篩板精餾塔精餾實(shí)驗(yàn)報告.docx

篩板精餾塔精餾實(shí)驗(yàn)報告篩板精餾塔精餾實(shí)驗(yàn)6.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解板式塔的結(jié)構(gòu)及精餾流程2理論聯(lián)系實(shí)際，掌握精餾塔的操作3掌握精餾塔全塔效率的測定方法。6.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用乙醇水系統(tǒng)測定精餾塔全塔效率、液泛點(diǎn)、漏液點(diǎn)在規(guī)定時間內(nèi)，完成D=500ml、同時達(dá)到*D93v%、*W3v%分離任務(wù)6.3實(shí)驗(yàn)原理塔釜加熱，液體沸騰，在塔內(nèi)產(chǎn)生上升蒸汽，上升蒸汽與沸騰液體有著不同的組成，這種不同組成來自輕重組份間有不同的揮發(fā)度，由此塔頂冷凝，只需要部分回流即可達(dá)到塔頂輕組份增濃和塔底重組份提濃的目的。部分凝液作為輕組份較濃的塔頂產(chǎn)品，部分凝液作為回流，形成塔內(nèi)下降液流，下降液流的濃度自塔頂而下逐步下降，至塔底濃度合格后，連續(xù)或間歇地自塔釜排出部分釜液作為重組份較濃的塔底產(chǎn)品。在塔中部適當(dāng)位置加入待分離料液，加料液中輕組份濃度與塔截面下降液流濃度最接近，該處即為加料的適當(dāng)位置。因此，加料液中輕組分濃度愈高，加料位置也愈高，加料位置將塔分成上下二個塔段，上段為精餾段，下段為提餾段。在精餾段中上升蒸汽與回流之間進(jìn)行物質(zhì)傳遞，使上升蒸汽中輕組份不斷增濃，至塔頂達(dá)到要求濃度。在提餾段中，下降液流與上升蒸汽間的物質(zhì)傳遞使下降液流中的輕組份轉(zhuǎn)入汽相，重組份則轉(zhuǎn)入液相，下降液流中重組份濃度不斷增濃，至塔底達(dá)到要求濃度。6.3.1評價精餾的指標(biāo)全塔效率全回流下測全塔效率有二個目的。一是在盡可能短的時間內(nèi)在塔內(nèi)各塔板，至上而下建立濃度分布，從而使未達(dá)平衡的不合格產(chǎn)品全部回入塔內(nèi)直至塔頂塔底產(chǎn)品濃度合格，并維持若干時間后為部分回流提供質(zhì)量保證。二是由于全回流下的全塔效率和部分回流下的全塔效率相差不大，在工程處理時，可以用全回流下的全塔效率代替部分回流下的全塔效率，全回流時精餾段和提餾段操作線重合，氣液兩相間的傳質(zhì)具有的推動力，操作變量只有1個，即塔釜加熱量，所測定的全塔效率比較準(zhǔn)確地反映了該精餾塔的性能，對應(yīng)的塔頂或塔底濃度即為該塔的極限濃度。全塔效率的定義式如下： NT?1 （1） NNT：全回流下的理論板數(shù)；N：精餾塔實(shí)際板數(shù)。6.3.2維持正常精餾的設(shè)備因素和操作因素精餾塔的結(jié)構(gòu)應(yīng)能提供所需的塔板數(shù)和塔板上足夠的相間傳遞面積。塔底加熱（產(chǎn)生上升蒸汽）、塔頂冷凝（形成回流）是精餾操作的主要能量消耗；回流比愈大，塔頂冷凝量愈大，塔底加熱量也必須愈大?；亓鞅扔?，相間物質(zhì)傳遞的推動力也愈大。6.3.2.1設(shè)備因素合理的塔板數(shù)和塔結(jié)構(gòu)為正常精餾達(dá)到指定分離任務(wù)提供了質(zhì)量保證，塔板數(shù)和塔板結(jié)構(gòu)為汽液接觸提供傳質(zhì)面積。塔板數(shù)愈少，塔高愈矮，設(shè)備投資愈省。塔板數(shù)多少和被分離的物系性質(zhì)有關(guān)，輕重組份間揮發(fā)度愈大，塔板數(shù)愈少。反之，塔板數(shù)愈多。塔結(jié)構(gòu)合理，操作彈性大，不易發(fā)生液沫夾帶、漏液、溢流液泛。反之，會使操作不易控制，塔頂塔底質(zhì)量難以保證。為有效地實(shí)現(xiàn)汽液兩相之間的傳質(zhì)，為了使傳質(zhì)具有的推動力，設(shè)計良好的塔結(jié)構(gòu)能使操作時的板式精餾塔（如圖2所示）應(yīng)同時具有以下兩方面流動特征：汽液兩相總體逆流；汽液兩相在板上錯流。塔結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理和操作不當(dāng)時會發(fā)生以下三種不正常現(xiàn)象：(i)嚴(yán)重的液沫夾帶現(xiàn)象由于開孔率太小，而加熱量過大，導(dǎo)致汽速過大，塔板上的一部分液體被上升汽流帶至上層塔板，這種現(xiàn)象稱為液沫夾帶。液沫夾帶是一種與液體主流方向相反的流動，屬返混現(xiàn)象，使板效率降低，嚴(yán)重時還會發(fā)生夾帶液泛，破壞塔的正常操作（見圖3所示）。這種現(xiàn)象可通過P釜顯示，由于：P釜P頂板壓降 （2）此時板壓降急劇上升，表現(xiàn)P釜讀數(shù)超出正常范圍的上限。(ii)嚴(yán)重的漏液現(xiàn)象由于開孔率太大，加上加熱量太小，導(dǎo)致汽速過小，部分液體從塔板開孔處直接漏下，這種現(xiàn)象稱為漏液。漏液造成液體與氣體在板上無法錯流接觸，傳質(zhì)推動力降低。嚴(yán)重的漏液，將使塔板上不能積液而無法正常操作，上升的蒸汽直接從降液管里走，板壓降幾乎為0，見圖4所示。此時P釜P頂。荷愈大，表現(xiàn)為操作壓力P釜也愈大。P釜過大，液沫夾帶將發(fā)生，P釜過小，漏液將出現(xiàn)。若液沫夾帶量和漏液量各超過*%，被稱為嚴(yán)重的不正常現(xiàn)象。所以正常的精餾塔，操作壓力P釜應(yīng)有合適的范圍即操作壓力區(qū)間。(iii)溢流液泛由于降液管通過能力的限制，當(dāng)氣液負(fù)荷增大，降液管通道截面積太小，或塔內(nèi)某塔板的降液管有堵塞現(xiàn)象時降液管內(nèi)清液層高度增加，當(dāng)降液管液面升至堰板上緣時（見圖5所示）的液體流量為其極限通過能力，若液體流量超過此極限值，常操作。6.3.2.2操作因素適宜回流比的確定回流比是精餾的核心因素。在設(shè)計時，存在著一個最小回流比，低于該回流比即使塔板數(shù)再多，也達(dá)不到分離要求。在精餾塔的設(shè)計時存在一個經(jīng)濟(jì)上合理的回流比，使設(shè)備費(fèi)用和能耗得到兼顧。在精餾塔操作時，存在一個回流比的允許操作范圍。處理量恒定時，若汽液負(fù)荷（回流比）超出塔的通量極，會發(fā)生一系列不正常的操作現(xiàn)象，同樣會使塔頂產(chǎn)品不合格。加熱量過大，會發(fā)生嚴(yán)重的霧沫夾帶和液泛；加熱量過小，會發(fā)生漏液，液層過薄，塔板效率降低。物料平衡F=D+W （3）F*f=D*D+W*W （4）(i)總物料的平衡：F=D+W若D+W，塔釜液位將會上升，從而發(fā)生淹塔；若F(ii) 輕組分的物料平衡：F*f=D*D+W*W在回流比R一定的條件下，若F*fD*D+W*W，塔內(nèi)輕組分大量累積，即表現(xiàn)為每塊塔板上液體中的輕組分增加，塔頂能達(dá)到指定溫度和濃度，此時塔內(nèi)各板的溫度所對應(yīng)塔板的溫度分布曲線如圖6所示，但塔釜質(zhì)量不合格，表明加料速度過大或塔釜加熱量不夠；若F*fD*D+W*W，塔內(nèi)輕組分大量流失，此時各板上液體中的重組分增加，塔內(nèi)溫度分布曲線如圖7所示，這時塔頂質(zhì)量不合格，塔底質(zhì)量合格。表示塔頂采出率過大，應(yīng)減小或停止出料，增加進(jìn)料和塔釜出料。6 F*fD*D+W*W時溫度分布曲線 圖7 F*fD*D+W*W時溫度分布曲線圖6.3.2.3靈敏點(diǎn)溫度T靈（1） 靈敏板溫度是指一個正常操作的精餾塔當(dāng)受到某一外界因素的干擾（如R，*f，采出率等發(fā)生波動時），全塔各板的組成將發(fā)生變動，全塔的溫度分布也將發(fā)生相應(yīng)的變化，其中有一些板的溫度對外界干擾因素的反映最靈敏，故稱它們?yōu)殪`敏板。（2） 按塔頂和塔釜溫度進(jìn)行操作控制的不可靠性小，儀表難以準(zhǔn)確顯示，特別是高純度分離時；另一是過程的遲后性，當(dāng)溫度達(dá)到指定溫度后由于過程的慣性，溫度在一定時間內(nèi)還會繼續(xù)變化，造成出料不合格。（3） 塔內(nèi)溫度劇變的區(qū)域塔內(nèi)沿塔高溫度的變化如圖7所示。顯然，在塔的頂部和底部附近的塔段內(nèi)溫度變化較小，中部溫度變化較大。因此，在精餾段和提餾段適當(dāng)?shù)奈恢酶髟O(shè)置一個測溫點(diǎn)，在操作變動時，該點(diǎn)的溫度會呈現(xiàn)較靈敏的反應(yīng)，因而稱為靈敏點(diǎn)溫度。（4） 按靈敏點(diǎn)溫度進(jìn)行操作控制操作一段時間后能得知當(dāng)靈敏點(diǎn)溫度處于何值時塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品能確保合格。以后即按該靈敏點(diǎn)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，當(dāng)精餾段靈敏點(diǎn)溫度上升達(dá)到規(guī)定值后即減小出料量，反之，則加大出料量。因此能用測量溫度的方法預(yù)示塔內(nèi)組成尤其是塔頂餾出液組成的變化。圖6和圖7是物料不平衡時，全塔溫度分布的變化情況；圖8是分離能力不夠時，全塔溫度分布的變化情況，此時塔頂和塔底的產(chǎn)品質(zhì)量均不合格。從比較圖7和圖8可以看出，采出率增加和回流比減小時，靈敏板的溫度均上升，但前者溫度上升是突躍式的，而后者則是緩慢式的，據(jù)此可判斷產(chǎn)品不合格的原因，并作相應(yīng)的調(diào)整。6.4實(shí)驗(yàn)設(shè)計6.4.1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計采用乙醇水物系，全回流操作測全塔效率 根據(jù)NT?1，在一定加熱量下，全回流操作 N穩(wěn)定后塔頂塔底同時取樣分析，得*D、*W，用作圖法求理論板數(shù)。部分回流時回流比的估算操作回流比的估算有二種方法：(i) 通過如圖所示，作一切線交縱坐標(biāo)，截距為*D，即可求得Rmin，由R=(1.22)Rmin，Rmin?1*D初估操作回流比。Rmin?1(ii) 根據(jù)現(xiàn)有塔設(shè)備操作摸索回流比，方法如下：（1） 選擇加料速度為46l/h，根據(jù)物料衡算塔頂出料流量及調(diào)至適當(dāng)值，塔釜暫時不出料。（2） 將加熱電壓關(guān)小，觀察塔節(jié)視鏡內(nèi)的氣液接觸狀況，當(dāng)開始出現(xiàn)漏液時，記錄P釜讀數(shù)，此時P釜作為操作壓力下限，對應(yīng)的加熱電壓即為最小加熱量，讀取的回流比即為操作回流比下限。（3） 將加熱電壓開大，觀察塔節(jié)視鏡內(nèi)的氣液接觸狀況，當(dāng)開始出現(xiàn)液泛時，記錄P釜讀數(shù)，此時P釜作為操作壓力上限，對應(yīng)的加熱電壓即為加熱量，讀取的回流比即為操作回流比上限。（4） 在漏液點(diǎn)和液泛點(diǎn)之間選擇一合適的塔釜加熱量。部分回流時，塔頂塔底質(zhì)量同時合格D的估算根據(jù)輕組份物料衡算，得D的大小，應(yīng)考慮全回流時塔底輕組分的含量。6.4.2實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計需要1個帶再沸器和冷凝器的篩板精餾塔。需要3個溫度計，以測定T頂、T靈、T釜。需要1個塔釜壓力表，以確定操作壓力P釜。需要1個加料泵，供連續(xù)精餾之用。需要3個流量計，以計量回流量、塔頂出料量、加料量。將以上儀表和主要塔設(shè)備配上貯槽、閥門、管件等組建如下實(shí)驗(yàn)裝置圖。6.6實(shí)驗(yàn)塔性能評定時的操作要點(diǎn)（1） 分離能力全回流操作在塔釜內(nèi)置入1030v%的乙醇水溶液，釜位近液位計2處，開啟加熱電源使電壓為220 3V，打開塔頂冷凝器進(jìn)水閥。塔釜加熱，塔頂冷凝，不加料，不出產(chǎn)品。待塔內(nèi)建立起穩(wěn)定的濃度分布后，（回流流量計浮子浮起來達(dá)10min之久后），同時取樣分析塔頂*D與塔釜*W。由該二組成可作圖得到該塔的理論板數(shù)并與實(shí)際板數(shù)相除得到全塔效率。（2） 的處理能力液泛點(diǎn)全回流條件下，加大塔釜的加熱量，塔內(nèi)上升蒸汽量和下降液體量將隨之增大，塔板上液層厚度和塔釜壓力也相應(yīng)增大，當(dāng)塔釜壓力急劇上升時即出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，讀取該時刻的回流量和加熱電流量，即為該塔操作的上限液泛點(diǎn)。（3） 最小的處理能力漏液點(diǎn)全回流條件下，逐次減小塔釜加熱量，測定塔效率，塔效率劇降時，讀取該時刻的回流量和加熱電流量，即為該塔操作的下限漏液點(diǎn)。（4） 部分回流時，將加料流量計開至4 L/h，按照上述提及的回流比確定方法操作。（5）若發(fā)生T靈急劇上升，應(yīng)采取D=0，F(xiàn)?，W?的措施。6.7 原始數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)體系：酒精水溶液