基本原理:
1、在板式蒸馏塔中,混合液的蒸汽逐板上升,回流液逐板下降,气液两相在塔板上接触,实现传质、传热过程而达到分离的目的。如果在每层塔板上,上升的蒸汽与下降的液体处于平衡状态,则该塔板称之为理论塔板。然而在实际操做过程中由于接触时间有限,气液两相不可能达到平衡,即实际塔板的分离效果达不到一块理论塔板的作用。因此,完成一定的分离任务,精馏塔所需的实际塔板数总是比理论塔板数多。
对于双组分混合液的蒸馏,若已知汽液平衡数据,测得塔顶流出液组成Xd、釜残液组成Xw ,液料组成Xf及回流比R和进料状态,就可用图解法在y-x图上,或用其他方法求出理论塔板数Nt。精馏塔的全塔效率Et为理论塔板数与实际塔板数N之比,既: Et=Nt/N
影响塔板效率的因素很多,大致可归结为:流体的物理性质(如粘度、密度、相对挥发度和表面张力等)、塔板结构以及塔的操作条件等。由于影响塔板效率的因素相当复杂,目前塔板效率仍以实验测定给出。
2、精馏塔的单板效率Em可以根据气相(或液相)通过测定塔板的浓度变化进行计算。 若以液相浓度变化计算,则为:
Eml=(Xn-1-Xn) / (Xn-1- Xn*) 若以气相浓度变化计算,则为:
Emv=(Yn-Yn+1) / ( Yn*-Yn-1)
式中:Xn-1-----第n-1块板下降的液体组成,摩尔分率; Xn-------第n块板下降的液体组成,摩尔分率;
Xn*------第n块板上与升蒸汽Yn相平衡的液相组成,摩尔分率; Yn+1-----第n+1块板上升蒸汽组成,摩尔分率; Yn-------第n块板上升蒸汽组成,摩尔分率;
Yn*------第n块板上与下降液体Xn相平衡的气相组成,摩尔分率。
在实验过程中,只要测得相邻两块板的液相(或气相)组成,依据相平衡关系,按上述两式即可求得单板效率Em.
设备参数:
(1)精馏塔——精馏塔采用筛板结构,塔身用直径Φ57X3.5mm的不锈钢管制成,共15块塔板,塔板用板厚1mm的不锈钢板;板间距为10mm;板上开孔率为4%,孔径是2mm,孔数为21个,孔按三角形排列;降液管为直径Φ14X2mm的不锈钢管,堰高是10mm;在塔顶和塔釜中装有铜电阻感温计,并由仪表柜的温度指示仪加以显示。他有两个进料口,分别在第11、13块塔板,一般采用第11块塔板进料。
(2)蒸馏釜为直径Φ250X340X3mm不锈钢材质立式结构,用二支1kW的SRY-2-1型电热棒进行加热,其中一支为恒温加热,另一支则用自耦变压器调节控制,并由仪表柜上的电压、电流表加以显示。釜上有压力计,
以测量釜内的压力。
(3)冷凝器——采用不锈钢蛇管式冷凝器,蛇管为直径Φ14X2mm,长是2500mm,用自来水作冷却剂,冷凝器上方装有排气悬塞。
(4)原料——酒精摩尔比为0.2,温度30℃
计算方法、原理、公式:
(1)精馏塔的全塔效率Et为理论塔板数与实际塔板数N之比,既:
Et=Nt/N
(2)精馏塔的单板效率Em可以根据气相(或液相)通过测定塔板的浓度变化进行计算。 若以液相浓度变化计算,则为:
Eml=(Xn-1-Xn) / (Xn-1- Xn*) 若以气相浓度变化计算,则为:
Emv=(Yn-Yn+1) / ( Yn*-Yn-1) 式中:Xn-1-----第n-1块板下降的液体组成,摩尔分率 Xn-------第n块板下降的液体组成,摩尔分率
Xn*------第n块板上与升蒸汽Yn相平衡的液相组成,摩尔分率 Yn+1-----第n+1块板上升蒸汽组成,摩尔分率 Yn-------第n块板上升蒸汽组成,摩尔分率
Yn*------第n块板上与下降液体Xn相平衡的气相组成,摩尔分率
在实验过程中,只要测得相邻两块板的液相(或气相)组成,依据相平衡关系,按上述两式即可求得单板效率Em。
注意事项:
(1)简化掉了配液过程,原料液直接装在原料罐内
(2)电源开关由两个简化为一个
(3)加热开始后,回流开始前,应注意塔釜温度和塔顶压力的变化。当塔顶压力超过一个大气压很多时(例如0.1atm以上),应打开衡压排气阀进行排气降压。此时应密切注视塔顶压力,当降到一个大气压时,应马上关闭。注意:回流开始以后就不能在打开衡压排气阀,否则会影响结果。
(4)对于产品的检验,有些学校使用比重计,有些学校使用折光仪,各不相同,仿真实验为了简化我们直接给出了摩尔分率。
步骤:1、打开泵开关。
在控制台上用鼠标左键点击泵电源开关的上端(带白点的一端),打开泵电源开关。
2、打通进料的管线,
依次打开阀门1、2、3,向塔釜进料,进料至液位计的红点(正常液位标志)位置,完成进料。
全回流进料完成后,开始加热,如图所示:
首先点击加热电源开关上端,打开加热电源开关。
用鼠标点击加热电压调节手柄,左键增加电压,每点击一次加5伏,右键减少电压,每点击一次减5伏。或者在电压显示栏内用左键点击一下,输入所需的电压(0~350伏),然后在控制台窗口的空白处左键点击即可完成输入。
1、注意衡压
加热开始后,回流开始前,应注意塔釜温度和塔顶压力的变化。当塔顶压力超过一个大气压很多时(例如0.1atm以上),应打开衡压排气阀进行排气降压。
此时应密切注视塔顶压力,当降到一个大气压时,应马上关闭。 注意:回流开始以后就不能再打开衡压排气阀,否则会影响结果。
2、塔顶的冷却水默认全开,当塔釜温度达到91度左右时,开始有冷凝液出现(在塔顶及储液罐之间有细线闪烁)。此时鼠标左键点击回流支路上的转子流量计,如图所示:
鼠标左键点击“组份测试”可看到组份含量(真实实验用仪器检测,此处简化),如图所示。开始全回流10分钟以上,组份基本稳定达到正常值。
当组份稳定以后,鼠标左键点击主窗口左侧菜单“数据处理”,在“原始数据”页填入数据(方法详见标准数据库操作方法)。 也可以使用自动记录功能进行记录。
逐渐打开塔中部的进料阀和塔底的排液阀以及产品采出阀,注意维持塔的物料平衡、塔釜液位和回流比。
请参考记录全回流数据部分,将数据处理中的数据填好。 全回流和部分回流的数据处理基本相同。
在原始数据处可看到自动记录的数据(或手工记录后填写的数据)。
在实验结果项处可看到自动计算的结果,(点击“计算结果” 键可自动计算),也可以把手工计算的结果填入数据栏中(可由此数据画出特性曲线)。
在理论板数项中可由计算结果中的数据画出精馏塔的特性曲线,
全回流和部分回流的数据处理基本相同。具体参考全回流的数据处理。
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