實 驗 報 告姓名： 學號： 報告成績： 課程名稱化工原理實驗實驗名稱實驗八 精餾塔性能實驗班級名稱組 別同組者指導教師實驗日期教師對報告的校正意見一、實驗目的 了解板式精餾塔的基本構造、精餾設備流程及各個部分的作用，觀察精餾塔工作時塔板上的水力狀況。 學習精餾塔性能參數的測量方法，并掌握其影響因素。二、實驗內容 測定精餾塔在全回流條件下，穩定操作后的全塔理論板數和總板效率。 測定精餾塔在全回流條件下，穩定操作后的相鄰兩塊板的單板效率。3. 測定精餾塔在某一回流比下，穩定操作后的全塔理論塔板數和總板效率。三、實驗原理對于二元物系，如已知其氣液平衡數據，則根據精餾塔的原料液組成、進料熱狀況、操作回流比及塔頂餾出液組成、塔底釜液組成可以求出該塔的理論板數NT。按照式（8-1）可以得到總板效率ET，其中NP為實際塔板數。 (8-1)理論板數NT可由圖解法求得部分回流時，進料熱狀況參數的計算式為 (8-2)單板效率EmEm是指氣相或液相經過一層實際塔板前后的組成變化與經過一層理論板前后的組成變化的比值。按液相組成變化表示的單板效率為：式中：-與yn成平衡的液相組成。四、實驗裝置：實驗裝置為七層塔板精餾塔、阿貝折光儀。五、實驗條件：本實驗采用乙醇正丙醇二元物系，乙醇質量濃度20%左右。乙醇沸點：78.3；正丙醇沸點：97.2，乙醇分子量MA=46; 正丙醇分子量MB=60。30下使用阿貝折光儀測定液相折光率計算液相組成。六、實驗步驟a)、實驗前準備工作、檢查工作：實驗裝置七層塔板精餾塔1將與阿貝折光儀配套的超級恒溫水浴調整運行到30。 2檢查實驗裝置上的各個旋塞、閥門均應處于關閉狀態，電流、電壓表及電位器位置均應為零。3將配制好的乙醇正丙醇混合液（總容量6000毫升左右），然后倒入高位瓶（指導教師事前做好這一步）。4打開進料轉子流量計的閥門，向精餾塔釜內加料到指定的高度（冷液面在塔釜總高約2/3處），而后關閉流量計閥門；b)、人工實驗操作1全回流操作打開塔頂和塔釜冷凝器的冷卻水，冷卻水量約8升/分鐘）。記下室溫值。打開總電源開關。設定加熱電壓：100V左右，預熱10分鐘，待塔板上建立液層時，加大加熱電壓至140V，使塔內維持正常操作。在全回流情況下穩定20分鐘左右（期間注意觀察塔頂溫度，應該基本保持穩定，溫度顯示選擇開關在0時為塔頂溫度，在6時為進料溫度），待操作穩定后分別在塔頂、塔釜取樣口用注射器和容器同時取樣，用阿貝折射儀分析樣品濃度。（每個點采2次樣，測定后取平均值。）在n層板及n-1層板取樣品，用阿貝折射儀分析樣品濃度，求單板效率。2、部分回流操作調節進料轉子流量計閥，以2.0（L/h）的流量向塔內加料；用回流比控制調節器調節回流比R4（設置顯示104）；餾出液收集在塔頂容量管中，打開塔釜溢流管開關，塔釜產品經冷卻后由溢流管流出，收集在容器內。整個操作中維持進料流量計讀數不變，等操作穩定后，記下加熱電壓、電流、塔頂溫度等有關數據，用注射器或容器取塔頂、塔釜和進料三處樣品，用折光儀分析，并記錄進原料液的溫度（溫度顯示選擇開關在6時為進料溫度）。3、實驗結束檢查數據合理后，停止加料并關閉電加熱；關閉回流比調節器開關。停止加熱后10分鐘，關閉冷卻水，一切復原。七、數據處理根據表8-1 （ 溫度折光指數液相組成之間的關系）及30下質量分率與折光指數的回歸式計算。表8-1 溫度折光指數液相組成之間的關系（30）液相組成00.050520.099850.19740.2950.39770.4970.599折光指數1.38091.37961.37841.37591.37551.37121.3691.3668(續表8-1) 液相組成0.64450.71010.79830.84420.90640.95091折光指數1.36571.3641.3621.36071.35931.35841.3574 圖1 30折光指數液相組成關系圖30下質量分率與折光儀指數讀數之間的回歸式：58.84411642.61325nD其中W為乙醇的質量分率; nD為折光儀讀數(折光指數)由質量分率求摩爾分率(XA): 其中：乙醇分子量MA=46; 正丙醇分子量MB=60乙醇正丙醇物系的t-x-y關系見表8-2表8-2 乙醇正丙醇 t-x-y關系t97.6793.8592.6691.688.3286.2584.9884.1383.0680.578.38x00.1260.1880.2100.3580.4610.5460.6660.6330.8841y00.2400.3180.3490.5500.6500.7110.7600.7990.9141按表8-2（乙醇正丙醇 t-x-y關系）繪制T-X-Y相圖（見圖2）、X-Y平衡曲線（見圖3）圖2 T-X-Y平衡相圖精餾實驗測定數據見原始記錄表。計算結果見實驗數據表。實驗裝置:第1套 實際塔板數:7 物系:乙醇-正丙醇加熱電壓:140V全回流 R= 塔頂溫度:79.2 部分回流:R=4 進料量:2L/H塔頂溫度: 80進料溫度: 21.8 泡點溫度:89.8塔頂組成塔釜組成N層板N-1層板塔頂組成塔釜組成進料組成折光指數1.35911.37651.36661.36341.36001.37641.3752質量分率0.9284 0.1870 0.609 0.7452 0.8901 0.1912 0.2424 摩爾分率0.9442 0.2308 0.6700 0.7923 0.9135 0.2357 0.2944 計算實例：1、 求乙醇的質量分率及摩爾分率：以全回流塔頂組成為例W=58.844116-42.613251.3591=0.9284X=（0.9284/46）/（0.9284/46）+（1-0.9284）/60）=0.94422、計算精餾塔在全回流條件下，穩定操作后的全塔理論板數和總板效率總板效率ET按下式計算：其中NP為實際塔板數，NT為塔的理論板數。 圖解法求理論板數：根據測值已知： xD=0.9442, xw=0.2308精餾段操作方程：y=(Rx /(R+1) +xD /(R+1) ， 對角線方程y=x，全回流時R=，沒有提餾段，操作線與對角線重合，理論板數為最少N=Nmin, Nmin,可在x-y圖上的平衡線與對角線上直接圖解求得。NT=3.8（見圖3）總板效率Er=3.8/7*100%=54.3%圖3 全回流圖解法求理論板數 3、精餾塔在全回流條件下，穩定操作后的相鄰兩塊板的單板效率單板效率Em按液相組成變化表示的計算公式如下： xn*為與yn成平衡的液相組成。xn-1=0.7923, xn=0.6700, yn與xn-1滿足操作關系，xn*與yn滿足平衡關系，yn=Xn-1=0.7923，從圖2可得xn*=0.618Emln=（0.7923-0.6700）/（0.7923-0.618）=70.17% 頁4、計算精餾塔回流比R=4，穩定操作后的全塔理論塔板數和總板效率根據測值已知：xD=0.9136, xw=0.2357, xF=0.2944精餾段操作方程：y=(Rx /(R+1) +xD /(R+1) =0.8x+0.182, 對角線方程y=x。操作線與對角線的交點：x= xD,y= xD, 見圖中a點。截距為xD/(R+1)=0.182,繪制精餾段操作線a-b。進料方程：y=qx/(q-1)-xF/(q-1)=4.268x-0.9622。（通過查表計算得q=1.306。見后附q值的計算）聯立進料方程與精餾段操作方程，求得交點d(0.3301，0.4468)，進料方程與對角線的交點e（x= xF,y= xF）。過e,d兩點繪q線。提餾段操作線與對角線的交點為x=xW，y= xW。見圖中c點。與精餾段操作線交于d連接c-d點即為提餾段操作線。見圖4圖4 部分回流圖解法求理論板數圖解法求理論板數NT=7-1=6總板效率=NT/NP=6/7=85.7%附：q值的計算：進料熱狀況參數 tF 進料溫度，。21.8tB 進料的泡點溫度，。89.8。（見圖2）Cpm 進料液體的平均摩爾熱容，kJ/（kmol ）。 頁rm 進料液體的平均摩爾汽化潛熱，kJ/kmol。Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2，kJ/kmol (8-3)rm=r1M1x1+r2M2x2，kJ/kmol (8-4)式中：Cp1，Cp2分別為純組份1和組份2在平均溫度（tF + tB）/ 2下的比熱，（kJ/kg ）。（tF + tB）/ 2=(21.8+89.8)/2=55.8 (55.8+273.15330K) 。在液體比熱容共線圖（教材上冊P346）上查出相應的比熱容。Cp1（乙醇）=3.04 kJ/（kgK）， Cp2（正丙醇）=2.85（kJ/kgK）。在液體比熱容共線圖（教材上冊P346）上查出相應的比熱容。（注：kJ/kgK與kJ/kg 相當）在汽化熱共線圖（教材上冊P350）上查出相應的汽化熱。乙醇臨界溫度tc=243 （tc-t=243-89.8=144.2），正丙醇臨界溫度tc=264（tc-t=264-89.8=174.2）r1=850（kJ/kg）， r2=680（kJ/kg）kJ/kg。r1，r2分別為純組份1和組份2在泡點溫度下的汽化潛熱。M1，M2分別為純組份1和組份2的摩爾質量，kg/kmol。M1=46，M2=60x1，x2分別為純組份1和組份2在進料中的摩爾分率。x1=0.2944，x2=1- x1=0.7056計算q值：Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2=3.04*46*0.2944+2.85*60*0.7056=43.21+118.16=161.37rm=r1M1x1+r2M2x2=850*46*0.2944+680*60*0.7056=12081.9+28192.8=40274.7=（161.37*（93.84-17.5）+40274.7）/40274.7=1.306八、結果與討論 頁實 驗 原 始 記 錄表1 精餾實驗原始記錄表實驗裝置：裝置一 實際塔板數： 七層 物系：乙醇正丙醇二元物系，乙醇質量濃度20%左右。全回流：R = 加熱電壓：140V塔頂溫度：79.2部分回流：R = 4 進料量：2