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筛板精馏塔实验操作条件的改进 |
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| 筛板精馏塔实验操作条件的改进 |
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| 作者：陈秀宇; … 文章来源：中文期刊网 点击数： 更新时间：2011-10-13 17:38:01 |
收稿日期：2010-12-14
作者简介：陈秀宇（1964-），女，福建福清人，高级实验师，硕士，主要从事化工类实验教学研究工作。
摘要：本文对筛板精馏塔的性能进行全面的测试，主要对低浓度乙醇精馏过程中的不同实验操作条件
进行探讨，得出了塔釜浓度、回流比、进料量、进料位置等与全塔效率的关系，确定了该筛板精塔的最优实验
操作条件。
关键词：精馏；乙醇；回流比；全塔效率
中图分类号：TQ016 文献标志码：A 文章编号：1008-3421（2011）02-0028-05
《福建师范大学福清分校学报》
JOURNAL OF FUQING BRANCH OF FUJIAN NORMAL UNIVERSITY
2011 年第2 期
总第104 期Sum No.104
筛板精馏塔实验操作条件的改进
陈秀宇，余美琼，陈国奋，杨金杯，陈文韬
（福建师范大学福清分校生物与化学工程系，福建福清350300）
化学工业生产中能源消耗最大的单元操作之一是精馏，随着能源价格的不断上涨，精馏系统
的节能在化学工业的节能中占有越来越重要的地位, 有关精馏过程的节能措施一直是人们普遍
关注的问题。精馏操作是化工生产中应用非常广泛的一种单元操作，也是化工原理课程的重要章
节。分析运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时的分离效果变化，属于精馏的操作型问题。这类
问题取材于工程实践，是培养工程观念、提高学生解决实际问题能力的好方法，但同时也成为学习
的难点。在工业生产中，充分掌握操作条件各类因素的影响，对提高产品的质量稳定生产，提高效
益有重要的意义。
本研究从塔釜加热电压、塔釜浓度、回流比、进料量、进料位置、全回流和部分回流等操作因素
对数字型筛板精馏塔进行全面考察，得出一系列可靠直观的结果，加深对精馏操作中一些工程概
念的理解，对工业生产有一定的指导意义。通过本实验我们得出了大量的实验数据，由计算机绘图
找出最优一组实验参数,在这组参数下进行提纯将会节约大量能源，同时为今后开出的设计型、综
合型、研究型的实验项目，为学生的创新性科研项目具有重要的教改意义。
1 实验部分
1.1 实验装置
本实验装置的主体设备是筛板精馏塔，配套的有加料系统、回流系统、产品出料管路、残液出
料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。
筛板塔主要结构参数：塔内径D＝68mm，厚度δ＝2mm，塔节Φ76×4，塔板数N＝10 块，板间距
HT＝100mm。加料位置由下向上起数第3 块和第5 块。降液管采用弓形，齿形堰，堰长56mm，堰高
7.3mm，齿深4.6mm，齿数9 个。降液管底隙4.5mm。筛孔直径d0＝1.5mm，正三角形排列，孔间距t＝
5mm，开孔数为74 个。塔釜为内电加热式，加热功率2.5kW，有效容积为10L。塔顶冷凝器、塔釜换
热器均为盘管式。单板取样为自下而上第1 块和第10 块，斜向上为液相取样口，水平管为气相取
样口。见下图1。
第2期
1.塔釜排液口2.电加热器3.塔釜4.塔釜液位计5.塔板6.温度计(其余均以t 表示) 7.窥视节8.冷却
水流量计9.盘管冷凝器10.塔顶平衡管11.回流液流量计12.塔顶出料流量计13.产品取样口14.进料管路
15.塔釜平衡管16.盘管换热器17.塔釜出料流量计18.进料流量计19.进料泵20.料液储槽21.料槽液位计
22.料液取样口
图1 筛板塔精馏过程示意图
1.2 实验分析
实验采用GC112A 型气相色谱(上海精密科学仪器公司),载气为H2,柱为φ3×0.5×2000 不锈钢
填充柱。固定相为GDX-101 白色担体,老化温度200℃,最高使用温度220℃。热导检测，汽化室温度
170℃,柱温130℃，检测室温度200℃，柱前压0.11Mpa，进样量4μL，应用软件为N2000 色谱工作站
(浙大)。www.qkfb.com 论文发表
1.3 实验内容
本实验主要内容: 在全回流操作下，在同一加热温度下测定不同浓度塔釜液时的塔顶产品浓
度，并计算全塔效率；在部分回流操作下，测定总板效率随回流比的变化情况，测定总板效率随进
料流量的变化情况；测定总板效率随进料组成的变化情况。
本文在全回流下,对不同塔釜液与总板效率情况进行了比较分析,找出了一组最佳操作条件，
并对不同回流比、不同塔釜液浓度、不同进料量和不同进料位置进行比较分析。
2 结果与讨论
2.1 改变塔釜乙醇浓度对筛板塔精馏分离能力的影响
实验条件：全回流，加热温度180～250℃之间，确定在相同的加热状况下设定不同乙醇浓度的
溶液（10.05%、14.8%、18.59%、23.74%）进行全回流，待回流稳定有回流液出现时开始计时（0、10、
20、30、40min…直到结果趋于稳定时停止取样），分别取样分析，经计算并做全塔效率～塔釜乙醇浓
度的关系图（图2）。
由图2 可见，随着乙醇浓度的升高，分离效率在约14%之后呈明显上升的趋势，但在19%以
后，乙醇浓度继续上升反而使分离效率下降。如果再用提高乙醇浓度的方法来提高分离效率将会
浪费大量的能源。所以通过上述实验，可以选取最优乙醇浓度为19%。
陈秀宇，余美琼，陈国奋，杨金杯，陈文韬：筛板精馏塔实验操作条件的改进29
福建师范大学福清分校学报2011年3 月
图2 全回流时塔釜浓度对精馏塔分离能力的影响
2.2 改变回流比对筛板塔精馏分离能力的影响
向塔釜加入18.59%乙醇水溶液，设定塔釜加热温度为180～250℃之间，进料浓度28%。待全回
流稳定后，设定回流比R(2.0∶1,3.0∶1,4.0∶1,5.0∶1)，进行部分回流操作，回流稳定有回流液时开始记时
（间隔15min,直到结果趋于稳定停止取样），对塔顶取样分析，并作出全塔效率～回流比的关系图
（如图3）。
图3 回流比对精馏分能力的影响
由图3可见，增大回流比可提高全塔效率，但同时增加能耗，当R 超过4：1 之后分离效率下降
趋势明显。所以本实验可以确定合适的回流比为R=4：1，但实际生产中要根据具体处理量来综合
选择回流比的。
2.3 部分回流时塔釜浓度对精馏分离能力的影响
实验条件：向塔釜加入不同浓度（10%、15%、19%、24%）的乙醇溶液，设定塔釜加热温度为
180～250℃之间，回流比R 为4：1，进料28%，进行部分回流操作,回流稳定有馏出液后开始记时，每
间隔15min，测一次，直到结果趋于稳定停止取样，对塔顶取样分析,并作出全塔效率—塔釜浓度的
关系图（如图4）。
30
第2期
图4 部分回流时塔釜浓度对分离能力的影响
由图4可见，随着乙醇浓度的上升，分离效率在约15%之后呈较明显的上升趋势，但在约19%
之后分离效率随乙醇浓度的提高而呈明显下降趋势，综合可以确定最优的乙醇浓度约为19%。
2.4 不同进料流量对精馏分离能力的影响。
向塔釜加入20%的乙醇溶液，设定塔釜加热温度为180～250℃之间，回流比R 为4：1，设定不
同的进料量（5、7.5、10、12.5、15L/H），进料浓度为23.74%，进行部分回流操作, 回流稳定有馏出液
后开始记时，每间隔15 min，测一次，直到结果趋于稳定停止取样，对塔顶取样分析,并作出全塔
效率—进料量的关系图（如图5）。
图5 不同进料量对精馏分离能力的影响
由图5 可见，随着进料流量的增加，分离效率显著提高，但当进料量增加超过12.5L/H 时，呈现
较明显的下降趋势，综合回流操作可以选取最优进料流量为12.5L/H。
2.5 不同塔板位置对筛板塔精馏分离能力的影响
向塔釜20%浓度乙醇水溶液，加热温度180～250℃，打开进料阀，经调节后保证回流比R=4，设
定不同的进料位置（第三块和第五块）进料流量为12.5L/H，进料浓度为28%，进行部分回流。稳定
45min 后，对塔顶、塔底，进料溶液分别进行取样分析，算出各板的全塔效率进行比较，结果如下表
1。
陈秀宇，余美琼，陈国奋，杨金杯，陈文韬：筛板精馏塔实验操作条件的改进31
福建师范大学福清分校学报2011年3 月
表1 不同进料位置的比较
由上表可知，最优进料位置为第三塔板。
3 结论
本论文通过乙醇—水体系，考察了我校实验室的数字型筛板精馏塔中各种不同操作条件，从
进料位置、进料量、进料浓度、回流比等因素对全塔进行考察，并在全流流和部分回流的条件下，得
出一组最优的操作参数，即在进料浓度为20%，回流比R=4，进料流量控制为12L/H 和第三板进料
时，筛板塔的分离效率最高，分离能力最好，此时产品质量最佳。
参考文献：
[1] 赵朝晖.精馏设计性实验教学改革与实践[J].广东化工，2009，36（9）：217.
[2] 赵晶莹,刘龙,王璐,张微微,孙兰兰.精馏分离技术及进展(上)[J].化工科技市场，2006（6）.
[3] 汪建新.[1] [2] 下一页
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