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实验七、填料精馏塔实验
一、实验目的
1. 观察填料精馏塔精馏过程中气、液两相流动状况;
2. 掌握测定填料等板高度的方法;
3. 研究回流比对精馏操作的影响。
二、实验原理
精馏塔是实现液体混合物分离操作的气液传质设备,精馏塔可分为板式塔和填料塔。板式塔为气液两相在塔内逐板逆流接触,而填料塔气液两相在塔内沿填料层高度连续微分逆流接触。填料是填料塔的主要构件,填料可分为散装填料和规整填料,散装填料如:拉西环、鲍尔环、阶梯环、弧鞍形填料、矩鞍形填料、θ网环等;规整填料有板波纹填料、金属丝网波纹填料等。
由于填料塔内气液两相传质过程十分复杂,影响因素很多,包括填料特性、气液两相接触状况及两相的物性等。在完成一定分离任务条件下确定填料塔内的填料层高度时,往往需要直接的实验数据或选用填料种类、操作条件及分离体系相近的经验公式进行填料层高度的计算。
确定填料层高度有两种方法:
1. 传质单元法
填料层高度=传质单元高度×传质单元数
(2—50) 或: (2—51)
由于填料塔按其传质机理是气液两相的组成沿填料层呈连续变化,而
不是阶梯式变化,用传质单元法计算填料层高度最为合适,广泛应用于吸收、解吸、萃取等填料塔的设计计算。
2. 等板高度法
在精馏过程计算中,一般都用理论板数来表达分离的效果,因此****惯用等板高度法计算填料精馏塔的填料层高度。
(2—52)
式中:Z——填料层高度,m;
NT——理论塔板数;
HETP——等板高度,m。
等板高度HETP,表示分离效果相当于一块理论板的填料层高度,又称为当量高度,单位为m。进行填料塔设计时,若选定填料的HETP无从查找,可通过实验直接测定。
对于二元组分的混合液,在全回流操作条件下,待精馏过程达到稳定后,从塔顶、塔釜分别取样测得样品的组成,用芬斯克(Fenske)方程或在x~y图上作全回流时的理论板数。
芬斯克方程:
(2—53)
式中:-——全回流时的理论板数;
——塔顶易挥发组分与难挥发组分的摩尔比;
——塔底难挥发组分与易挥发组分的摩尔比;
——全塔的平均相对挥发度,当α变化不大时,
在部分回流的精馏操作中,可由芬斯克方程和吉利兰图,或在x~y
图上作梯级求出理论板数。理论板数确定后,根据实测的填料层高度,求出填料的等板高度,即:
(2—54)
三、实验装置及流程
图2-68 填料精馏塔实验—实验装置示意图及流程
1—调压器;2—U型管压差计;3—转子流量计;4—料液罐;5—冷凝器;6—塔顶温度计; 7—填料精馏塔塔体;8—塔釜温度计;9、11—塔釜取样口;10—塔釜;12—塔釜放空口; 13—分液装置;14—产品罐;15—回流控制仪。
填料精馏塔实验装置由填料精馏塔和仪表控制柜两部分组成,,直径为25mm,×。精馏段与提馏段的长度可根据需要自行选择,蒸馏釜容积为1000ml,电热套加热功率为100~500W,由可调电流表和AI智能仪表控制,塔釜、塔顶温度由铂电阻传感器与高精度数字显示仪表显示温度。塔顶冷凝器旁有一分液装置,用时间继电器(回流比控制仪)控制回流及馏出液量。回流比控制范围1∶99~