篩板精餾塔技術要求

1、氣（汽）液處理量大，即生產能力大時，仍不致發生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞操作的現象。

2、操作穩定，彈性大，即當塔裝置的氣（汽）、液負荷有較大範圍的變動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩定的操作並應保證長期連續操作所必須具有的可靠性。

3、流體流動的阻力小，即流體流經塔裝置的壓力降小，將節省動力消耗，從而降低操作費用。對於減壓精餾操作，過大的壓力降還將使整個系統無法維持必要的真空度，最終破壞物系的操作。

4、結構簡單，材料耗用量小，製造和安裝容易。

5、耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調節和檢修。

6、塔內的滯留量要小。

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簡述三個精餾塔主要溫度,壓力控制點和控制指標

要對精餾塔實施有效的自動控制，必須首先了解精餾塔的控制目標。精餾塔的控制目標一般從質量指標、產品產量和能量消耗三方面考慮。任何精餾塔的操作情況同時受約束條件的制約，因此，在考慮精餾塔控制方案時一定要把這些因 素考慮進去。 1．質量指標 質量指標（即產品純度）必須符合規定的要求。一般應使塔頂或塔底產品之一達到規定的純度，要求另一個產品也應該維持在規定的範圍之內，或者塔項和塔底的產品均保證一定的純度要求。如果產品質量不合格，它的價值就將遠遠低於合格產品。但決不是說質量越高越好。由於質量超過規定，產品的價值並不因此而增加；而產品產量卻可能下降，同時操作成本主要是能量消耗會增加很多。因此，總的價值反倒下降了。由此可見，除了要考慮使產品符合規格外，還應同 時考慮產品的產量和能量消耗。 2．產品產量指標 在達到一定質量指標要求的前提下，應得到儘可能高的產量，從而使產品的 回收率提高。這對於提高經濟效益顯然是有利的。 產品的回收率定義為產品量與進料中該產品組分的量之比。即： Ri=P/Fzi （8） 生產效益除了產品純度與產品回收率之間的關係，還必須考慮能量消耗因素。由精餾原理可知，用精餾搭進行混合物的分離是要消耗一定能量的；要使分 離的產品質量越高，產品產量越多，所需的能量也就越大。 3．能耗要求和經濟性指標 精餾過程中消耗的能量，主要是再沸器的加熱量和冷凝器的冷卻量消耗；此 外，塔和附屬裝置及管線也要散失部分能量。

在一定的純度要求下，增加塔內的上升蒸汽是有利於提高產品回收率的；同時也意味著再沸器的能量消耗要增大。且任何事物總是有一定限度的。在單位進料量的能耗增加到一定數值後，再繼續增加塔內的上升蒸汽，則產品回收率就增長不多了。應當指出精餾塔的操作情況，必須從整個經濟效益來衡量。在精餾操作中，質量指標、產品回收率和能量消耗均是要控制的目標。其中質量是必要條件，在質量指標一定的條件下應在控制過程中使產品的產量儘可能提高一些，同 時能量消耗盡可能低一些。 4．約束條件 為保證正常操作，需規定某些引數的極限值，並作為約束條件。塔內氣體的流速過低時，對於某些篩板精餾塔會產生漏液現象，從而影響操作降低塔板效率；而流速過高易產生液泛，將完全破壞塔的操作。由於塔板上液層增高，氣相通過液層的阻力增大，因而可用測量差壓的方法檢測塔的液泛現象。當壓差過高時，則通過差壓控制系統減小氣體流速。每個精餾塔都存在著一個最大操作壓力，超過這個壓力，塔的安全就沒有保障。為精餾過程提供能量的再沸器和冷凝器，也都存在一定。再沸器的加熱，受塔壓和再沸器中液相介質最大汽化率的影響；同時再沸器兩側間的溫差不能超過其臨界溫差，否則會導致給熱係數下降，傳熱量降低。對冷凝器冷卻能力影響最大的是冷卻介質的溫度。而在介質條件不變時，又與塔的操作壓力有關；同時餾出產品組份的變化也將影響到冷凝器的冷卻能力。在確定精餾塔的控制方案時，必須考慮到上述的約束條件，以 使精餾塔工作於正常操作區內。

甲醇水分離過程篩板精餾塔設計

設計條件如下：

操作壓力：105.325 Kpa(絕對壓力)

進料熱狀況：泡點進料

迴流比：自定

單板壓降：≤0.7 Kpa

塔底加熱蒸氣壓力：0.5M Kpa(表壓)

全塔效率：ET=47%

建廠地址：寧夏

[設計計算]

(一) 設計方案的確定

本設計任務為分離甲醇-水混合物。對於二元混合物的分離，應採用連續精餾流程。設計中採用泡點進料，將原料液通過預熱器加熱至泡點後送入精餾塔內。塔頂上升蒸氣採用全凝器冷凝，冷凝液在泡點下一部分迴流至塔內，其餘部分經產品冷卻後送至儲罐。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作迴流比取最小回流比的2倍。塔釜採用間接蒸氣加熱，塔底產品經冷卻後送至儲罐。

(二) 精餾塔的物料衡算

1、 原料液及塔頂、塔底產品的摩爾分率

甲醇的摩爾質量：MA=32 Kg/Kmol 水的摩爾質量：MB=18 Kg/Kmol

xF=32.4%

xD=99.47%

xW=0.28%

2、 原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量

MF= 32.4%*32+67.6%*18=22.54 Kg/Kmol

MD= 99.47*32+0.53%*18=41.37 Kg/Kmol

MW= 0.28%*32+99.72%*18=26.91 Kg/Kmol

3、 物料衡算

原料處理量：F=(3.61*103)/22.54=160.21 Kmol/h

總物料衡算：160.21=D+W

甲醇物料衡算：160.21*32.4%=D*99.47%+W*0.28%

得D=51.88 Kmol/h W=108.33 Kmol/h

(三) 塔板數的確定

1、 理論板層數MT的求取

甲醇-水屬理想物系，可採用圖解法求理論板層數

①由手冊查得甲醇-水物搦的氣液平衡資料，繪出x-y圖(附表)

②求最小回流比及操作迴流比

篩板精餾中怎樣採集樣品才符合要求

具體步驟如下：

1、熟悉瞭解裝置，檢查加熱釜中料液量是否適當，釜中液麵必須浸沒電加熱器(為液麵計高1/2以上，約5升0釜內料液組成乙醇10－25％(重量)左右的水溶液。

2、開啟電源和加熱器開關，控制加熱功率在700W左右，開啟冷卻水，注意觀察塔頂、塔釜情況，當上升蒸汽開始迴流時此時塔頂冷凝器內冷卻水流量應控制好使蒸汽基本處於全凝狀況（50－100升/小時範圍）若流量過小會使蒸汽從塔頂噴出，過大塔板上泡沫層不均，溫度變低。

3、當塔板上泡沫層正常各泡沫層高度大體相等，且各點溫度基本保持穩定、操作穩定持續一段時間（20分鐘以上）後即可開始取樣。

4、由塔頂取樣管和釜底取樣考克用燒瓶接取試樣（150mι左右）取樣前應取少許試樣沖洗燒瓶，取樣後用塞子塞好，並用水衝瓶外部，使其冷卻到常溫。

5、將常溫試樣用比重天平稱出相對密度，用相對密度與質量百分數對照表查出質量百分數。

6、可加大加熱電流（5安培左右）觀察到液泛現象，此時塔內壓力明顯增加，觀察後，將加熱電流緩慢減到零，關閉電源開關。

關於食品工程原理裡的精餾塔實驗該如何設計

實驗8 篩板精餾塔實驗

一、實驗目的

1.瞭解篩板式精餾塔的結構流程及操作方法.

2.測取部分迴流或全迴流條件下的總板效率.

3.觀察及操作狀況.

二、實驗原理

在板式精餾塔中,混合液的蒸汽逐板上升,迴流液逐板下降,汽液兩相在塔板上接觸,實現傳質,傳熱過程而達到兩相一定程度的分離.如果在每層塔板上,液體與其上升的蒸汽到平衡狀態,則該塔板稱為理論板,然而在實際操作中、汽、液接觸時間有限,汽液兩相一般不可能達到平衡,即實際塔板的分離效果,達不到一塊理論板的作用,因此精餾塔的所需實際板數一般比理論板要多,為了表示這種差異而引入了“板效率”這一概念,板效率有多種表示方法,本實驗主要測取二元物系的總板效率Ep ：

板式塔內各層塔板的傳質效果並相同,總板效率只是反映了整個塔板的平均效率,概括地講總板效率與塔的結構,操作條件,物質性質、組成等有關是無法用計算方法得出可靠值,而在設計中需主它,因此常常通過實驗測取.實驗中實驗板數是已知的,只要測取有關資料而得到需要的理論板數即可得總板效率,本實驗可測取部分迴流和全迴流兩種情況下的板效,當測取塔頂濃度,塔底濃度進料濃度 以及迴流比 並找出進料狀態、即可通過作圖法畫出平衡線、精餾段操作線、提餾段操作線,並在平衡線與操作線之間畫梯級即可得出理論板數.如果在全迴流情況下,操作線與對角線重合,此時用作圖法求取理論板數更為簡單.

三、實驗裝置與流程

實驗裝置分兩種：

（1）用於全迴流實驗裝置

精餾塔為一小型篩板塔,蒸餾釜為臥直徑229m長3000mm內有加熱 器.塔內徑50mm共有匕塊塔板,每塊塔板上開有直徑2mm篩孔12個板間距100mm,塔體上中下各裝有一玻璃段用 以觀察塔內的操作情況.塔頂裝有蛇管式冷凝器蛇管為φ10×1紫銅管長3．25m,以水作冷凝劑,無提餾段,塔傍設有儀表控制檯,採用1kw調壓變壓器控制釜內電加熱器.在儀表控制檯上設有溫度指示表.壓強表、流量計以及有關的操作控制等內容.

（2）用於部分迴流實驗裝置

裝置由塔、供料系統、產品貯槽和儀表控制櫃等部份組成.蒸餾釜為φ250×340×3mm不鏽鋼罐體,內設有2支1kw電熱器,其中一支恆加熱,另一支用可調變壓器控制.控制電源,電壓以及有關溫,壓力等內容均有相應儀表指示,

塔身採用φ57×3.5mm不鏽鋼管制成,設有二個加料口,共十五段塔節,法蘭連線,塔 身主要引數有塔板十五塊,板厚1mm不鏽鋼板,孔徑2mm,每板21孔三形排列,板間距100mm,溢流管為φ14×2不鏽鋼管堰高10mm.

在塔頂和靈敏板塔段中裝有WEG—001微型銅阻感溫計各一支由儀表櫃上的XCE—102溫度指示儀顯示,以監測相組成變化.

塔頂上裝有不鏽鋼蛇管冷凝器,蛇管為φ14×2長250mm以水作冷凝劑以LZB10型轉子流量計計量,冷凝器裝有排氣旋塞.

產品貯槽上方設有觀測罩,用於檢測產品.

迴流量、產品量及供料量分別由轉子流量計計量.料液從料液槽用液下泵輸送.釜液進料液和餾出液分別可由採出取樣,此外在塔身上、中、下三部分各在二塊上設有取樣口,只要用針筒穿取樣口中的矽膠板即可取樣品,因此本裝置不但可以進精餾操作效能的訓練和塔衝總效率的測定,而且還可以進行全迴流下單板效率的測定.

四、實驗方法

（一）全迴流操作實驗方法

1、熟悉瞭解裝置,檢查加熱釜中料液量是否適當,釜中液麵必須浸沒電加熱器(為液麵計高1/2以上,約5升0釜內料液組成乙醇10－25％(重量)左右的水溶液.

2、開啟電源和加熱器開關,控制加熱功率在700W左右,開啟冷卻水,注意觀察塔頂、塔釜情況,當上升蒸汽開始迴流時此時塔頂冷凝器內冷卻水流量應控制好使蒸汽基本處於全凝狀況（50－100升/小時範圍）若流量過小會使蒸汽從塔頂噴出,過大塔板上泡沫層不均,溫度變低.

3、當塔板上泡沫層正常各泡沫層高度大體相等,且各點溫度基本保持穩定、操作穩定持續一段時間（20分鐘以上）後即可開始取樣.

4、由塔頂取樣管和釜底取樣考克用燒瓶接取試樣（150mι左右）取樣前應取少許試樣沖洗燒瓶,取樣後用塞子塞好,並用水衝瓶外部,使其冷卻到常溫.

5、將常溫試樣用比重天平稱出相對密度,然後用相對密度與質量百分數對照表查出質量百分數.

6、可加大加熱電流（5安培左右）觀察到液泛現象,此時塔內壓力明顯增加,觀察後,將加熱電流緩慢減到零,關閉電源開關.

（二）部分迴流時操作方法

1、配製4～5％（體積）灑精水溶液,注入蒸餾釜（或由供料泵注入）至液位計上的標記為止.

2、在供料槽中配製15～20％（體積）灑精水溶液.

3、通電啟動加熱釜液,先可將可調變壓器達到額定電壓,開冷卻水,觀察塔各部情況.

4、進行全迴流操作,控制蒸發量“靈敏板”溫度應在80℃左右.

5、開加料泵,控制流量（需經幾度調節才能適宜流量）

6、為了首先滿足迴流要求、故在迴流分配器中的產品管（φ8）管口高於迴流管的管口,應調小回流量（過一段時間即可餾出產品）進行部分迴流並控制一定回比,使產品達到 要求的濃度94～95％（體積）

7、控制釜底排料量,使釜液麵保持不變.

8、控制好冷卻水用量(即塔頂冷凝器冷流體)便塔頂蒸汽基本處於全凝狀態.

9、操作均達到穩定後,進行樣品採集,可按進料、塔釜、塔頂、順序採集.並記錄進料迴流、餾出各流量及溫度等有關資料.

10、將樣品降到常溫後,在教師指導下用液體比重天平測定相對密度,再用對照關係曲線,查出質量百分數.

11、可加大加熱電流觀察液泛現象.

12、注意觀察操作條件不同對結果的影響.

五、資料處理

1、用作圖法確定實驗條件下理論板數,並進一步得出總板效率.

2、對結果的可靠性進行分析.

六、實驗討論題

1、在實驗中應測定哪些資料?如何測得?

2、比重天平如何使用?應注意什麼問題?

3、全迴流和部分迴流在操作上有何差異?

4、塔頂回流液濃度在實驗過程中有否改變?

（全迴流及部分迴流兩種情況）

5、怎樣採集樣品才能合乎要求?

6、比較兩種裝置在內容和操作方面的不同?

7、在操作過程中各塔板上泡沫層狀態有何不同?各發生過怎樣的變化?為什麼?

8、塔釜內壓強由何決定?為會麼會產生波動?

9、塔頂和塔底溫度和什麼條件有關?

10、精餾塔板效率都有幾種表示方法,試討論如何以板效率?

11、全迴流操作是否為穩定操作?當採集塔頂樣品時,對全迴流操作可能有何影響?

12、塔頂冷凝器內冷流體用量大小,對精餾操作有何影響?

13、如何判別部分迴流操作已達到穩定操作狀態?

苯-甲苯混合物分離精餾塔設計

第一章 概 述 1.1精餾塔的簡單介紹 精餾塔是進行精餾的一種塔式汽液接觸裝置，又稱為蒸餾塔。有板式塔與填料塔兩種主要型別。根據操作方式又可分為連續精餾塔與間歇精餾塔。蒸氣由塔底進入，與下降液進行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(低沸點)組分不斷地向蒸氣中轉移，蒸氣中的難揮發(高沸點)組分不斷地向下降液中轉移，蒸氣愈接近塔頂，其易揮發組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發組分則愈富集，達到組分分離的目的。由塔頂上升的蒸氣進入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為迴流液返回塔頂進入精餾塔中，其餘的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，熱蒸發後，蒸氣返回塔中，另一部分液體作為釜殘液取出。

1.2本設計的目的和意義 通過本次課程設計，培養學生多方位、綜合地分析考察工程問題並解決工程實際問題的能力。主要體現在以下幾個方面：

（1）資料、文獻、資料的查閱、收集、整理和分析能力。要科學、合理、有創新地完成一項工程設計，往往需要各種資料和相關資料。因此，資料、文獻和資料的查詢、收集是工程設計必不可少的基礎工作。

（2）工程的設計計算能力和綜合評價的能力。為了使設計合理要進行大量的工藝計算和裝置設計計算。本設計包括塔板結構和附屬裝置的結構計算。

（3）工程設計表達能力。工程設計完成後，往往要交付他人實施或與他人交流，因此，在工程設計和完成過程中，都必須將設計理念、理想、設計過程和結果用文字、圖紙和表格的形式表達出來。只有完整、流暢、正確地表達出來的工程設計的內容，才可能被他人理解、接受，順利付諸實施。

通過本設計不僅可以進一步鞏固學生所學的相關啊知識，提高學生學以致用的綜合能力，尤其對精餾、流體力學等課程更加熟悉，同時還可以培養學生尊重科學、注重實踐和學習嚴禁、作風踏實的品格。

第二章 設計計算 2.1確定設計方案 本設計任務是分離苯-甲苯混合物。對於二元混合物的分離，應採用連續精餾流程。設計中採用中間泡點進料，將苯和甲苯混合液經原料預熱器加熱至泡點後送入精餾塔。塔頂上升蒸汽採用全凝器冷凝後，一部分作為迴流，其餘為塔頂產品，經冷卻器冷卻後送至貯槽。該物系屬易分離物系，最小回流比較小，故操作迴流比取最小回流比的2倍。塔釜採用間接蒸汽加熱，塔底產品冷卻後送至儲罐。

2.2精餾塔的物料衡算 1.原料及塔頂、塔底產品的摩爾分率

苯的摩爾質量 MA=78.11 kg/kmol

甲苯的摩爾質量 MA=92.13 kg/kmol

xF = =0.541

xD = =0.992

xW = =0.012

2.原料液及塔頂、塔底產品的平均摩爾質量

MF=0.541×78.11+(1-0.541)×92.13=84.55 kg/kmol

MD=0.992×78.11+(1-0.992)×92.13=78.22 kg/kmol

MW=0.012×78.11+(1-0.012)×92.13=91.96 kg/kmol

3.物料衡算

原料處理量 F= =131.41 kmol/h

總物料衡算 D+W=131.41

苯物料衡算 0.992D+0.012W=131.41×0.541

聯立解得 D=70.93 kmol/h

W=60.48 kmol/h

2.3塔板數的確定 常壓下苯-甲苯的氣液平衡與溫度關係

溫度t

110.6

106.1

102.2

98.6

95.2

92.1

89.4

86.8

84.4

82.3

81.2

80.2

x（摩爾分數）

y

0

0

0.088

0.212

0.2

0.37

0.3

0.5

0.397

0.618

0.489

0.71

0.592

0.789

0.7

0.853

0.803

0.914

0.903

0.957

0.95

0.979

1.0

1.0

1.理論塔板數NT的求取

苯-甲苯屬理想物系，可採用圖解法求理論塔板數。

①由上表查得苯-甲苯物系的氣液平衡資料，繪出下面x-y圖

②求最小回流比及操作迴流比。

採用作圖法求最小回流比。在上圖中對角線上，子點e（0.542，0.542）做垂線ef即為進料線（q線），該線於平衡線的交點座標為

yq=0.756 xq=0.542

故最小回流比為

Rmin=1.103

取操作迴流比為

R=2Rmin=2.206

③求精餾塔氣、液相負荷

L=RD=156.47 kmol/h

V=(R+1)D=234.47 kmol/h

L′=L+F=289.94 kmol/h

V′=V=234.47 kmol/h

④求操作線方程

精餾段操作線方程為

y= x+ XD=0.667x+0.301

提餾段操作線方程為

y′= ’- Xw =1.237x’-0.003

5圖解法求理論塔板層數

採用圖解法求理論踏板層數，如上圖所示。求解結果為

總理論塔板層數 NT=12.5

進料板位置 NF=6

2.實際塔板層數的求取

精餾段實際塔板層數 N精=6/0.56≈11

提留段實際塔板層數 N提=6.5/0.56≈12

2.4精餾塔工藝條件的計算 1.操作壓力計算

塔頂操作壓力 PD=101.3+4=105.3 kPa

每層塔板壓降 ΔP=0.7 kPa

進料板壓力 PF=112.3 kPa

精餾段平均壓力 Pm=108.8 kPa

2.平均摩爾質量計算

塔頂平均摩爾質量計算

由xD=y1=0.992，查平衡曲線，得

x1=0.956

MVDm=0.992×78.11+(1-0.992)92.13=78.22 kg/kmol

MLDm=0.956×78.11+(1-0.956)92.13=79.66 kg/kmol

進料板平均摩爾質量計算

由圖解理論板，得

yF=0.720

查平衡曲線，得

xF=0.497

MVFm=0.720×78.11+(1-0.720)92.13=82.04 kg/kmol

MLFm=0.497×78.11+(1-0.497)92.13=85.16 kg/kmol

精餾段平均摩爾質量

MVm=(78.22+82.04)/2=80.13 kg/kmol

MLm=(79.66+85.16)/2=82.41 kg/kmol

3.平均密度計算

(1)氣相平均密度計算

由理想氣體狀態方程計算，即

рVm= =2.88 kg/m3

(2)液相平均密度的計算

液相平均密度計算依下式計算，即

1/рVm=∑ai/рi

塔頂液相平均密度的計算

由tD=82.1℃，查手冊得

рA=812.7 kg/m3 рB=807.9 kg/m3

рLDm= =812.6kg/m3

進料板的平均密度計算

由tF=99.5℃，查手冊得

рA=793.1 kg/m3 рB=790.8 kg/m3

進料板液相的質量分率

aA=0.456

рLFm= =791.8 kg/m3

精餾段液相平均密度為

рLm=(812.6+791.8)/2=802.2 kg/m3

2.5精餾塔塔體工藝尺寸計算 1.塔徑的計算

精餾段的氣、液相體積流率

Vs= =1.812 m3/s

Ls= =0.0045 m3/s

由 umax=C

=0.0413

取板間距HT=0.40 m，板上液層高度hL=0.06 m,則

HT-hL=0.40-0.06=0.34 m

查資料可得 C20=0.075

C= C20 =0.0753

Umax =0.0753 =1.254 m/s

取安全係數為0.7，則空塔氣速為

u=0.7 umax=0.878 m/s

D= =1.66 m

按標準塔徑圓整後為 D=1.5 m

塔截面積為

AT=2.16 ㎡

實際空塔氣速為

u=0.839 m/s

2.精餾塔的有效高度計算

精餾段有效高度為

Z精=（N精—1）HT=4 m

提餾段有效高度為

Z提=（N提—1）HT=4.4 m

在進料板上開一人孔，其高度為0.8 m

故精餾塔的有效高度為

Z=Z精+Z提+0.8=9.2 m

2.6塔板主要工藝尺寸的計算 1.溢流裝置的計算

因塔徑D= 1.5m，可選用單溢流弓形降液管，採用凹形受液盤。各項計算如下：

(1)堰長lW

取 lW=0.66D=0.99 m

(2)溢流堰高度hW

由 hW=hL-hOW

選取平直堰，堰上液層高度hOW，近似的取E=1得

hOW= E =0.019 m

取板上清液層高度 hL=0.06 m

故 hW=0.06-0.019=0.041 m

(3)弓形降液管寬度Wd和截面積Af

由 lW/D=0.66 得

Af/AT=0.0722 Wd/D=0.124

故 Af=0.198 ㎡

Wd=0.186 m

驗算液體在降液管中停留的時間

θ= =17.6 s＞5 s

故降液管設計合理。

2.7篩板流體力學的驗算 1.液麵落差

對於篩板塔，液麵落差很小，且塔徑和液流量不是很大，故可忽略液麵落差的影響。

2.液沫夾帶

液沫夾帶量eV計算，即

eV= ( ) =0.042 kg＜0.1 kg

hf=2.5 =0.15 m

故在本設計中液沫夾帶量eV在允許範圍內。

3.漏液

對篩板塔，漏液點氣速u0，min計算，即

u0，min=4.4

=6.0276 m/s

實際孔速

u0= Vs/A0=16.23 m/s＞u0，min

穩定係數為

K=u0 /u0，min=2.692＞1.5

故在本設計中無明顯漏液。

第三章 設計結果彙總

序號 專案 數值

1 平均溫度 ,℃ 90.8

2 平均壓力Pm，kPa 108.8

3 氣相流量Vs (m3/s) 0.872

4 液相流量Ls (m3/s) 0.0022

5 實際塔板數 23

6 有效段高度Z，m 9.2

7 塔徑，m 1.0

8 板間距，m 0.4

9 溢流形式 單溢流

10 降液管形式 弓形

11 堰長，m 0.66

12 堰高，m 0.051

13 板上層液高度，m 0.06

14 堰上層液高度，m 0.009

15 空塔氣速，m/s 1.111

16 液沫夾帶eV，(kg液/kg氣) 0.042

17 穩定係數 2.69

18 篩孔直徑,m 0.005

19 孔中心距,m 0.015

20 篩孔直徑,m 0.005

精餾塔篩板的穩定係數為多少時不會發生液漏

一、篩板精餾實驗裝置篩板的流體力學驗算

1.氣體通過篩板壓強相當的液柱高度hp

（1）幹板壓降相當的液柱高度，查幹篩孔的流量係數圖得，C0=0.84

（2）氣體穿過板上液層壓降相當的液柱高度由充氣係數與關聯圖查得板上液層充氣係數﹦0.62

（3）克服液體表面張力壓降相當的液柱高度，故單板壓降

二、篩板精餾實驗裝置篩板的流體力學驗算

1、幹板壓降相當的液柱高度，查幹篩孔的流量係數圖得，C0=0.84

2、氣體穿過板上液層壓降相當的液柱高度，由充氣係數與關聯圖查得板上液層充氣係數﹦0.73

3、克服液體表面張力壓降相當的液柱高度，故單板壓降

二、霧沫夾帶量的驗算

1、篩板精餾實驗裝置霧沫夾帶量的驗算

故在設計負荷下不會發生過量霧沫夾帶。

2、篩板精餾實驗裝置霧沫夾帶量的驗算

故在設計負荷下不會發生過量霧沫夾帶。

三、篩板精餾實驗裝置漏液的驗算

1、篩板精餾實驗裝置漏液的驗算

篩板的穩定性係數 故在設計負荷下不會產生過量漏液。

2、篩板精餾實驗裝置漏液的驗算

篩板的穩定性係數 故在設計負荷下不會產生過量漏液。

四、液泛驗算

1、篩板精餾實驗裝置液泛驗算 為防止降液管液泛的發生，應使降液管中清液層高度，則故在設計負荷下不會發生液泛。

2、篩板精餾實驗裝置液泛驗算

為防止降液管液泛的發生，應使降液管中清液層高度，則故在設計負荷下不會發生液泛。根據以上塔板的各項液體力學驗算，可認為此精餾塔塔徑及各項工藝尺寸是適合的

化工原理課程設計.化工原理課程設計任務書 苯——甲苯混合液篩板(浮閥)精餾塔設計 二. 原始資料 年處理量

化工原理課程設計任務書

苯——甲苯混合液篩板(浮閥)精餾塔設計

二. 原始資料

年處理量：60000 噸

料液初溫：20℃

料液濃度： 44% （苯質量分率）

塔頂產品濃度： 98.5%（苯質量分率）

塔底釜液含甲苯量不低於 98%(以質量計)

每年實際生產天數：330天（一年中有一個月檢修）

精餾塔塔頂壓強：4 kpa（表壓）

單板壓降不超過0.7kPa

冷卻水溫度：20℃

飽和水蒸汽壓力：0.25Mpa(表壓)

裝置型式：篩板(浮閥)塔

建廠地區壓力：1atm

篩板精餾塔精餾實驗報告

篩板精餾塔精餾實驗

6.1實驗目的

1．瞭解板式塔的結構及精餾流程

2．理論聯絡實際，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實驗內容

⑴採用乙醇～水系統測定精餾塔全塔效率、液泛點、漏液點

⑵在規定時間內，完成D=500ml、同時達到xD≥93v%、xW≤3v%分離任務

6.3實驗原理

塔釜加熱，液體沸騰，在塔內產生上升蒸汽，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度，

由此塔頂冷凝，只需要部分迴流即可達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品，部分凝液

作為迴流，形成塔內下降液流，下降液流的濃度自塔頂而下逐步下

降，至塔底濃度合格後，連續或間歇地自塔釜排出部分釜液作為重

組份較濃的塔底產品。

在塔中部適當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迴流之間進行物質傳遞，使上升蒸汽中輕

組份不斷增濃，至塔頂達到要求濃度。在提餾段中，下降液流與上

升蒸汽間的物質傳遞使下降液流中的輕組份轉入汽相，重組份則轉

入液相，下降液流中重組份濃度不斷增濃，至塔底達到要求濃度。

6.3.1評價精餾的指標—全塔效率η

全迴流下測全塔效率有二個目的。一是在儘可能短的時間內在塔

內各塔板，至上而下建立濃度分佈，從而使未達平衡的不合格產品

全部回入塔內直至塔頂塔底產品濃度合格，並維持若干時間後為部

分迴流提供質量保證。二是由於全迴流下的全塔效率和部分迴流下

的全塔效率相差不大，在工程處理時，可以用全迴流下的全塔效率

代替部分迴流下的全塔效率，全迴流時精餾段和提餾段操作線重合，

氣液兩相間的傳質具有的推動力，操作變數只有1個，即塔釜

加熱量，所測定的全塔效率比較準確地反映了該精餾塔的性

能，對應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） N

NT：全迴流下的理論板數；

N：精餾塔實際板數。

6.3.2維持正常精餾的裝置因素和操作因素

精餾塔的結構應能提供所需的塔板數和塔板上足夠的相間傳遞面積。塔底加熱（產生上升蒸汽）、塔頂冷凝（形成迴流）是精餾操作的主要能量消耗；迴流比愈大，塔頂冷凝量愈大，塔底加熱量也必須愈大。迴流比愈大，相間物質傳遞的推動力也愈大。

6.3.2.1裝置因素

合理的塔板數和塔結構為正常精餾達到指定分離任務提供了質量保證，塔板數和塔板結構為汽液接觸提供傳質面積。塔板數愈少，塔高愈矮，裝置投資愈省。塔板數多少和被分離的物系性質有關，輕重組份間揮發度愈大，塔板數愈少。反之，塔板數愈多。塔結構合理，操作彈性大，不易發生液沫夾帶、漏液、溢流液泛。反之，會使操作不易控制，塔頂塔底質量難以保證。為有效地實現汽液兩相之間的傳質，為了使傳質具有的推動力，設計良好的塔結構能使操作時的板式精餾塔（如圖2所示）應同時具有以下兩方面流動特徵：

⑴汽液兩相總體逆流；

⑵汽液兩相在板上錯流。

塔結構設計不合理和操作不當時會發生以下三種不正常現象：

(i)嚴重的液沫夾帶現象

由於開孔率太小，而加熱量過大，導致汽速過大，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，屬返混現象，使板效

率降低，嚴重時還會發生夾帶液泛，破壞塔的正常操作（見圖3

所示）。這種現象可通過P釜顯示，由於：

P釜＝P頂＋∑板壓降 （2）

此時板壓降急劇上升，表現P釜讀數超出正常範圍的上限。

(ii)嚴重的漏液現象

由於開孔率太大，加上加熱量太小，導致汽速過小，部分液體從塔

板開孔處直接漏下，這種現象稱為漏液。漏液造成液體與氣體在板上

無法錯流接觸，傳質推動力降低。嚴重的漏液，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裡走，板壓降幾乎為0，

見圖4所示。此時P釜≈P頂。

荷愈大，表現為操作壓力P釜也愈大。P釜

過大，液沫夾帶將發生，P釜過小，漏液將出現。若液沫夾帶量和漏液量各超過10%，被稱為嚴重的不正常現象。所以正常

的精餾塔，操作壓力P釜應有合適的範圍即操作壓力區間。

(iii)溢流液泛

由於降液管通過能力的，當氣液負荷增大，降液管通道截面積

太小，或塔內某塔板的降液管有堵塞現象時降液管內清液層高度

增加，當降液管液麵升至堰板上緣時（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

⑴適宜迴流比的確定

迴流比是精餾的核心因素。在設計時，存在著一個最小回流比，低於該回流比即使塔板數再多，也達不到分離要求。

在精餾塔的設計時存在一個經濟上合理的迴流比，使裝置費用和能耗得到兼顧。在精餾塔操作時，存在一個迴流比的允許操作範圍。處理量恆定時，若汽液負荷（迴流比）超出塔的通量極，會發生一系列不正常的操作現象，同樣會使塔頂產品不合格。加熱量過大，會發生嚴重的霧沫夾帶和液泛；加熱量過小，會發生漏液，液層過薄，塔板效率降低。 ⑵物料平衡

F=D+W （3）

Fxf=DxD+WxW （4）

(i)總物料的平衡：F=D+W

若F>D+W，塔釜液位將會上升，從而發生淹塔；若F<d+w，塔釜液位將會下降，從而發生幹塔。調節塔釜排放閥開度，可以維持塔釜液位恆定，實現總物料的平衡。 p=""> </d+w，塔釜液位將會下降，從而發生幹塔。調節塔釜排放閥開度，可以維持塔釜液位恆定，實現總物料的平衡。>

(ii) 輕組分的物料平衡：Fxf=DxD+WxW

在迴流比R一定的條件下，若Fxf＞DxD+WxW，塔內輕組分大量累積，即表現為每塊塔板上液體中的輕組分增加，塔頂能達到指定溫度和濃度，此時塔內各板的溫度所對應塔板的溫度分佈曲線如圖6所示，但塔釜質量不合格，表明加料速度過大或塔釜加熱量不夠；若Fxf＜DxD+WxW，塔內輕組分大量流失，此時各板上液體中的重組分增加，塔內溫度分佈曲線如圖7所示，這時塔頂質量不合格，塔底質量合格。表示塔頂採出率過大，應減小或停止出料，增加進料和塔釜出料。

6 Fxf＞DxD+WxW時溫度分佈曲線 圖7 Fxf＜DxD+WxW時溫度分佈曲線圖

6.3.2.3靈敏點溫度T靈

（1） 靈敏板溫度是指一個正常操作的精餾塔當受到某一外界因素的干擾（如R，xf，採

出率等發生波動時），全塔各板的組成將發生變動，全塔的溫度分佈也將發生相應

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，故稱它們為靈敏板。

（2） 按塔頂和塔釜溫度進行操作控制的不可靠性

不可靠性來源於二個原因：一是溫度與組成雖然有一一對應關係，但溫度變化較

小，儀表難以準確顯示，特別是高純度分離時；另一是過程的遲後性，當溫度達

到指定溫度後由於過程的慣性，溫度在一定時間內還會繼續變化，造成出料不合

格。

（3） 塔內溫度劇變的區域

塔內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的位置各設定一個

測溫點，在操作變動時，該點的溫度會呈現較靈敏的反應，因而稱為靈敏點溫度。

（4） 按靈敏點溫度進行操作控制

操作一段時間後能得知當靈敏點溫度處於何值時塔頂產品和塔底產品能確保合

格。以後即按該靈敏點溫度進行調節。例如，當精餾段靈敏點溫度上升達到規定

值後即減小出料量，反之，則加大出料量。

因此能用測量溫度的方法預示塔內組成尤其

是塔頂餾出液組成的變化。圖6和圖7是物料不

平衡時，全塔溫度分佈的變化情況；圖8是分離

能力不夠時，全塔溫度分佈的變化情況，此時塔

頂和塔底的產品質量均不合格。從比較圖7和圖8

可以看出，採出率增加和迴流比減小時，靈敏板

的溫度均上升，但前者溫度上升是突躍式的，而

後者則是緩慢式的，據此可判斷產品不合格的原

因，並作相應的調整。

6.4實驗設計

6.4.1實驗方案設計

⑴採用乙醇～水物系，全迴流操作測全塔效率 根據??NT?1，在一定加熱量下，全迴流操作 N

穩定後塔頂塔底同時取樣分析，得xD、xW，用作圖法求理論板數。

⑵部分迴流時迴流比的估算

操作迴流比的估算有二種方法：

(i) 通過如圖所示，作一切線交縱座標，截距為

xD，即可求得Rmin，由R=(1.2～2)Rmin，Rmin?1

xD初估操作迴流比。 Rmin?1

(ii) 根據現有塔裝置操作摸索迴流比，方法如下：

（1） 選擇加料速度為4～6l/h，根據物料衡算塔頂

出料流量及調至適當值，塔釜暫時不出料。 （2） 將加熱電壓關小，觀察塔節視鏡內的氣液

接觸狀況，當開始出現漏液時，記錄P釜讀數，此時P釜作為操作壓力下限，對應的加熱電壓即為最小加熱量，讀取的迴流比即為操作迴流比下限。

（3） 將加熱電壓開大，觀察塔節視鏡內的氣液接觸狀況，當開始出現液泛時，記錄P釜讀數，此時P釜作為操作壓力上限，對應的加熱電壓即為加熱量，讀取的迴流比即為操作迴流比上限。

（4） 在漏液點和液泛點之間選擇一合適的塔釜加熱量。

⑶部分迴流時，塔頂塔底質量同時合格D的估算

根據輕組份物料衡算，得D的大小，應考慮全迴流時塔底輕組分的含量。

6.4.2實驗流程設計

⑴需要1個帶再沸器和冷凝器的篩板精餾塔。

⑵需要3個溫度計，以測定T頂、T靈、T釜。

⑶需要1個塔釜壓力錶，以確定操作壓力P釜。

⑷需要1個加料泵，供連續精餾之用。

⑸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裝置配上貯槽、閥門、管件等組建如下實驗裝置圖。

6.6實驗塔效能評定時的操作要點

（1） 分離能力——全迴流操作

在塔釜內建入10～30v%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 3

V，開啟塔頂冷凝器進水閥。塔釜加熱，塔頂冷凝，不加料，不出產品。待塔內建立起穩定的濃度分佈後，（迴流流量計浮子浮起來達10min之久後），同時取樣分析塔頂xD與塔釜xW。由該二組成可作圖得到該塔的理論板數並與實際板數相除得到全塔效率。

（2） 的處理能力——液泛點

全迴流條件下，加大塔釜的加熱量，塔內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增大，當塔釜壓力急劇上升時即出現液泛現象，讀取該時刻的迴流量和加熱電流量，即為該塔操作的上限——液泛點。

（3） 最小的處理能力——漏液點

全迴流條件下，逐次減小塔釜加熱量，測定塔效率，塔效率劇降時，讀取該時刻的迴流量和加熱電流量，即為該塔操作的下限——漏液點。

（4） 部分迴流時，將加料流量計開至4 L/h，按照上述提及的迴流比確定方法操作。

（5）若發生T靈急劇上升，應採取D=0，F?，W?的措施。

6.7 原始資料記錄

實驗體系：酒精水溶液

有關板式精餾塔的小問題？（分離苯和甲苯）

根據理論塔板數推匯出實際塔板數，對於黏度大的物料一般板間距要大一些；人孔處一般以檢修方便為依據，其他沒有太多要求；溢流形式和溢流裝置一般的《化工原理》教科書上都有很詳細的介紹，你可以參考一下，小型的精餾塔一般都採用單流型；“三苯”精餾塔一般都採用單流型；芳烴分離裝置和上游裝置配套一般都不會太大。其核心技術是控制手段先進、精度高，一般都是採取“溫差控制”。不知回答對你是否有幫助？不對之處請您指正。關於芳烴分離的其他問題，我們可以在其他時間交流。