篩板精餾塔及塔板效率原理解析

1、篩板精微塔的操作及塔板效率的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .了解板式塔的結(jié)構(gòu)與流程，掌握其操作方法。2 .測(cè)定篩板塔在全回流和部分回流時(shí)的全塔效率。3 .改變操作條件(回流比、加熱功率等)，觀察塔內(nèi)溫度變化，從而了解回流的作用和操作條件對(duì)精微分離效果的影響。二、實(shí)驗(yàn)原理在板式精儲(chǔ)塔中，混合液在塔板上傳質(zhì)、傳熱，汽相逐板上升，液相逐板下降，層層接觸，多次部分冷凝、部分汽化，在塔頂?shù)玫捷^純的輕組分，塔釜得到較純的重組分，從而實(shí)現(xiàn)分離。當(dāng)離開塔板的汽液兩相組成平衡、溫度相同時(shí)，則此塔板稱為理論板。然而在實(shí)際操作中，由于塔板上汽液兩相接觸時(shí)間有限及相間返混等因素影響，使汽液兩相尚未達(dá)到平衡即離開塔板，即一塊實(shí)際

2、塔板的分離效果達(dá)不到一塊理論板的作用，因此精儲(chǔ)塔所需的實(shí)際板數(shù)比理論板數(shù)多。精儲(chǔ)塔之所以能使液相混合物得到較完全的分離，關(guān)鍵在于回流的運(yùn)用。從塔頂回流入塔的液體量與塔頂產(chǎn)品量之比稱為回流比，它是精儲(chǔ)操作的一個(gè)重要控制參數(shù)?；亓鞅葦?shù)值的大小影響著精微操作的分離效果與能耗，回流比可分為全回流、最小回流比和實(shí)際操作時(shí)采用的適宜回流比。全回流是一種極限情況，它不加料也不出產(chǎn)品。塔頂冷凝液全部回到塔內(nèi)，在生產(chǎn)上沒有意義。但是這種操作容易達(dá)到穩(wěn)定，故在裝置開工和科學(xué)研究中常常采用。對(duì)于一定的分離要求，減少回流比，所需理論塔板數(shù)增加，當(dāng)減到某一回流比時(shí)，需要無窮多個(gè)理論板才能達(dá)到分離要求，這一回流比稱為最小

3、回流比。實(shí)際選用的適宜回流比應(yīng)為最小回流比的1.22倍。板效率是反映塔板性能及操作好壞的重要指標(biāo)。精儲(chǔ)塔塔板數(shù)的計(jì)算利用圖解的方法最簡便。對(duì)于二元物系，若已知汽液平衡數(shù)據(jù)，則根據(jù)儲(chǔ)出液的組成XD、料液組成XF、釜?dú)?組成XW及回流比R,很容易求出理論板數(shù)Nt。1 .全回流操作時(shí)的全塔效率Et和單板效率EmV(n)的測(cè)定在全回流操作時(shí)，操作線在x-y圖上為對(duì)角線，根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所測(cè)定的塔頂、塔底組成和在操作線和平衡線間作梯級(jí)，即可得到理論板數(shù)，然后根據(jù)裝置實(shí)際板數(shù)，由式（1）可求取全塔效率Nt-1/(1)Ett一100%Np式中：Nt一為完成一定分離任務(wù)所需的理論板數(shù)，包括蒸儲(chǔ)釜；Np一為完成一定分

4、離任務(wù)所需的實(shí)際板數(shù)，本裝置Np=7汽相單板效率:EmV(n)yn-yn1*yn一yn1(2)在全回流操彳條件下，yn=Xn-1,yn+1=Xn。E二Xn-Xn所以,(3)EmV(n)一*yn-Xn式中：yn,yn+1自n板及n+1板上的上升蒸汽的平均濃度;Xn,Xn-1自n板及n-1板上的下降液體的平均濃度；y*與n板上的液體平均濃度xn成平衡的汽相濃度。2 .部分回流時(shí)全塔效率Et'的測(cè)定部分回流時(shí)，通過確定精儲(chǔ)段操作線方程和進(jìn)料q線方程，測(cè)量得到的塔頂組成xd、塔底組成xw和進(jìn)料組成，用x-y圖解法得到理論板數(shù)Nt,由式（1）便可求取全塔效率Et'。R精情段操作線方程：y

5、nL.XnxdR1(4)式中：R一回流比;XD塔頂廠品液相組成。實(shí)驗(yàn)中回流量由回流轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量，但由于實(shí)驗(yàn)操作中一般作冷液回流,故實(shí)際回流量L需進(jìn)行校正。cpDdD-tR)(5)L=LoI1+-D式中：Lo一回流轉(zhuǎn)子流量計(jì)上讀數(shù)值，l/min；L一實(shí)際回流量，l/min；tD塔頂液相溫度，C；tR一回流液溫度，C；1CpD塔頂回流放在t平均=2（tD+tR）下的比熱，kJ/（kg妁；rD塔頂回流液組成下的汽化潛熱，kJ/kg。產(chǎn)品量D可由產(chǎn)品轉(zhuǎn)子流量計(jì)測(cè)量，回流比R由式（6）計(jì)算(6)實(shí)驗(yàn)中塔頂取樣測(cè)定產(chǎn)品組成XD,并測(cè)量回流和產(chǎn)品轉(zhuǎn)子流量計(jì)讀數(shù)L0和D、回流溫度tR和塔頂液相溫度tD,查表

6、確定CpD和D,由式（5）、（6）可求得回流比R,代入式（4）即可得精儲(chǔ)段操作線方程。進(jìn)料q線方程:qXfy=-xq-1q-1式中：q一進(jìn)料的熱狀況參數(shù);XF一進(jìn)料液組成1kmol進(jìn)料變?yōu)轱柡驼羝锜崃?，CpF（ts-tF）(8)q=1+1kmol進(jìn)料的汽化潛熱rF式中：ts一進(jìn)料液的泡點(diǎn)溫度，C；tF一進(jìn)料液的溫度，C；1CpF一進(jìn)料液在t平均=1（ts+tF）下的比熱，kJ/（kg妁；rD一進(jìn)料液組成下的汽化潛熱，kJ/kg。實(shí)驗(yàn)中確定進(jìn)料液組成XF,測(cè)量進(jìn)料溫度tF,查表確定ts、CpF和rF,由式（8）即可得到q,代入式（7）即可得到q線方程。三、實(shí)驗(yàn)儀器精儲(chǔ)塔裝置由塔釜、塔體、全凝

7、器、加料系統(tǒng)、回流系統(tǒng)、貯槽（原料、產(chǎn)品、釜液）以及測(cè)量、控制儀表等組成（圖1）。篩板精儲(chǔ)塔內(nèi)徑（W8mm,共7塊塔板，其中精儲(chǔ)段5塊，提儲(chǔ)段2塊；精儲(chǔ)段板間距為150mm,提儲(chǔ)段板間距為180mm；篩孔孔徑為1.5mm,正三角形排列，孔間距4.5mm,開孔數(shù)為104個(gè)。本裝置采用電加熱方式，塔釜內(nèi)裝有3支額定功率為3kW的螺旋管加熱器。在由塔頂往下數(shù)的第4和第5塊板上的進(jìn)口堰處設(shè)有液相取樣口，可測(cè)取第3、第4塊上的下降液相樣品，另外在裝置上分別設(shè)有料液、產(chǎn)品和釜液的取樣口。塔頂有一蛇管式冷凝器，冷卻水走管內(nèi)，蒸汽在管外冷凝，冷凝液可由塔頂全部回流，也可以由塔頂取樣管將冷凝液（儲(chǔ)出液）全部放出

8、。1原料槽；2一冷凝器；3篩板精儲(chǔ)塔；4塔釜；5一產(chǎn)品貯槽；6一釜液貯槽;7轉(zhuǎn)子流量計(jì)；8輸液泵。圖1實(shí)驗(yàn)裝置流程示意圖四、實(shí)驗(yàn)操作步驟1 .首先熟悉精儲(chǔ)塔設(shè)備的結(jié)構(gòu)和流程，并了解各部分的作用，然后檢查加熱釜中料液量是否適當(dāng)，釜中液面必須浸沒電加熱器（約為液面計(jì)高2/3左右），釜內(nèi)料液組成以含酒精15%20%（質(zhì)量分率）的水溶液為宜。2 .關(guān)閉進(jìn)、出料閥，關(guān)閉采樣閥，全開冷凝器頂部排氣閥，稍開冷卻水閥門，全開回流轉(zhuǎn)子流量計(jì)閥門，先進(jìn)行全回流操作。3 .接通總電源，打開儀表柜上的電源和加熱開關(guān)，用調(diào)壓器逐漸加大電壓。注意觀察塔頂、塔釜的溫度變化和第一塊塔板的情況，當(dāng)見到有上升蒸汽時(shí)，加大冷卻水，

9、冷卻水量可由轉(zhuǎn)子流量計(jì)觀察，其用量能將全部酒精蒸汽冷卻下來即可。4 .當(dāng)各層塔板上汽液鼓泡正常時(shí)，當(dāng)靈敏板溫度基本不變時(shí)，操作即達(dá)穩(wěn)定，此時(shí)塔頂、塔釜溫度恒定也不變，讀取回流液量和溫度，并取樣。用注射器同時(shí)抽取第三板和第四板的液相樣品；由塔頂取樣管和塔底取樣口用錐型瓶（或帶塞大試管）接取適量試樣，取樣前應(yīng)先取少量式樣沖洗錐型瓶一、二次。取樣后用塞子將錐型瓶塞嚴(yán)，并使其冷卻到2030c之間；酒精組分與比重對(duì)照，或采用氣相色譜分析樣品組成。5 .改變電壓，重復(fù)步驟4再進(jìn)行一次全回流操作。6 .進(jìn)行部分回流操作。將回流比調(diào)至35,同時(shí)調(diào)整進(jìn)料、產(chǎn)品、釜液等流量c當(dāng)靈敏板溫度穩(wěn)定以及釜液液面恒定后，即

10、部分回流操作達(dá)穩(wěn)定。讀取各轉(zhuǎn)子流量計(jì)的流量和各溫度計(jì)的溫度，并測(cè)取產(chǎn)品、料液、釜液的樣品，采用酒精計(jì)或氣相色譜測(cè)其組成。7 .實(shí)驗(yàn)結(jié)束，先將旋轉(zhuǎn)自耦變壓器手輪調(diào)至零位，按紅色按鈕并關(guān)掉電源，一切恢復(fù)原來狀態(tài)，待塔內(nèi)沒有回流后，關(guān)閉冷卻水。五、數(shù)據(jù)處理1 .將原始數(shù)據(jù)列表。2 .計(jì)算全塔效率。3 .根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析回流比、加熱效率對(duì)精儲(chǔ)操作的影響。六、注意事項(xiàng)1 .在操作過程中，釜液面千萬不能低于釜液出口位置。2 .一定要待操作穩(wěn)定后才能取樣，且要同時(shí)進(jìn)行，尤其是測(cè)定單板效率的兩只樣品，用微量注射器抽取塔板上液樣時(shí)，動(dòng)作要輕緩協(xié)調(diào)，抽取的液量不必太多，一般取0.30.5ml即可。七、思考題1 .影響精儲(chǔ)操作穩(wěn)定的因素是哪些？維持塔穩(wěn)定操作應(yīng)注意哪些操作崗位？如