各种塔效率
实验七：精馏塔板效率测定实验
实验七精馏塔塔板效率测定实验一、实验目的1、熟悉精馏单元操作过程的设备与流程；2、了解板式塔结构与流体力学性能；3、掌握精馏塔的操作方法与原理；4、学习精馏塔效率的测定方法。
二、实验原理蒸馏原理是利用混合物中组分间挥发度的不同来分离组分，经多次平衡分离的蒸馏过程称为精馏。
常见的精馏单元过程由精馏塔、冷凝器、再沸器、加料系统、回流系统、产品贮槽、料液贮槽及测量仪表等组成。
精馏塔本身又分为板式精馏塔和填料精馏塔，本产品为板式精馏塔。
可进行连续或间歇精馏操作，回流比可任意调节，也可以进行全回流操作。
在板式精馏塔中，混合液的蒸气逐板上升，在塔顶冷凝后回流液逐板下降。
气液两相在塔板上接触实现热质传递，从而达到分离的目的。
如果在每层塔板上，下降液体与上升蒸气处于平衡状态，则该塔板称为理论板。
然而在实际操作的精馏塔中，由于气液两相在塔板上接触的时间有限，气液两相不可能完全达到平衡，亦即实际塔板的分离效果达不到理论板的作用，因此精馏塔所需要的实际板数总是比理论板数要多。
对于二元物系，如已知其气液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成、进料热状况、操作回流比及塔顶馏出液组成、塔底釜液组成，即可以求出该塔的理论板数N t。
1、精馏塔的正常与稳定操作精馏塔从开车到正常稳定操作是一个从不稳定到稳定、不正常到正常的渐进过程。
因为刚开车时，塔板上均没有液体，蒸汽可直接穿过干板到达冷凝器，被冷凝成液体后再返回塔内第一块塔板，并与上升的蒸汽接触；而后，逐板溢流至塔釜。
首先返回塔釜的液体经过的塔板数最多，达到的气液平衡次数也最多，所以其轻组分的含量必然最高；而第一块塔板上的液体轻组分含量反而会比它下面的塔板上的液体轻组分含量低一些，这就是“逆行分馏”现象。
从“逆行分馏”到正常精馏，需要较长的转换时间。
对实验室的精馏装臵，这一转换时间至少需30分钟以上。
而对于实际生产装臵，转换时间有可能超过2小时。
所以精馏塔从开车到稳定、正常操作的时间也必须保证在30 分钟以上。
实验6 筛板精馏塔理论板层数及塔效率的测定
根据乙醇体积分数������、质量分数������查表得������������、������������、������������（g/cm3 = kg/L），与相应体积流量之乘积 除以相应平均摩尔质量得摩尔流量：
������
=
������������ ������������ ������������
【实验装置与流程】
实验装置如下图，由
1.；2.；3.；4.；5.；6.；7.；8.；9.；10.；11.；12.；13.；14.；15.；16.；17.；18.；19.；20.
【实验步骤与注意事项】
1. 检查塔釜是否有足够原料液（须恰好浸没加热器），开启加热开关加热塔釜； 2. 观察塔板温度，塔板温度升高变化时开启冷却水阀向冷凝器供水； 3. 令精馏塔保持全回流状态至塔顶温度稳定（约 78~79℃），开始进料，通过流量计调节进料、塔顶 馏出、塔底出料和回流流量，观察塔釜储罐液位不变为止； 4. 待操作条件（塔内压强、塔顶温度）稳定不变后，对原料液、塔顶产品、塔釜液同时取样约150mL，冷 却至室温后用浮力式酒度计测量、读数； 5. 停止加热，关闭进料、塔顶塔釜出料阀，待其余热继续进行全回流一段时间后，关闭冷凝器供水。 ※1. 开始加热前塔釜液必须浸没加热器才可开启加热电源，否则会损坏加热器； 2. 取样时应缓慢开启取样阀，以免流体快速喷出导致烫伤； 3. 测试完的样品应当回收到废料桶里，不得倾倒于下水道.
������
=
������
+
���������̅ ���������(������������ ������
−
������������ )
，������
=
������������ ������������
塔效率计算公式
塔效率计算公式塔效率是化工原理中一个非常重要的概念，咱们今天就来好好聊聊塔效率的计算公式。
在化工生产中，塔设备是经常会用到的，比如精馏塔、吸收塔等等。
要想知道这些塔设备工作得好不好，就得靠塔效率这个指标来衡量。
塔效率的计算公式其实有好几种，咱先来说说总板效率。
总板效率ET 可以用实际所需的理论板数 NT 和实际板数 NP 来计算，公式就是ET = NT / NP 。
比如说有一个精馏塔，要分离两种混合物，经过计算发现，理论上需要 10 块板才能达到理想的分离效果，但实际上这个塔有 20 块板。
那通过公式一算，总板效率就是 0.5 。
这就意味着这个塔的效率还有很大的提升空间。
再来讲讲默弗里板效率。
默弗里板效率又分为单板效率和全塔效率。
单板效率有气相单板效率和液相单板效率。
气相单板效率 Emv 等于（yn - yn+1）/（yn* - yn+1），液相单板效率 EmL 等于（xn - xn-1）/（xn - xn-1*）。
这里的 yn 、yn+1 、xn 、xn-1 是塔内不同位置的气液相组成，yn* 、xn-1* 是与 yn+1 、xn 成平衡的气液相组成。
我给您举个例子吧。
有一次我去工厂实习，就碰到了一个关于塔效率计算的实际问题。
那是一个吸收塔，用来吸收废气中的有害物质。
工程师们正在为塔的效率不高而发愁，我跟着他们一起研究。
我们测量了塔内不同位置的气液相组成，然后按照默弗里板效率的公式进行计算。
发现有几块板的单板效率特别低，经过仔细排查，原来是塔板上的开孔不均匀，导致气液接触不充分。
找到问题所在后，进行了改进，塔的效率果然提高了不少。
全塔效率呢，则是各单板效率的某种平均值。
在实际应用中，选择哪种塔效率计算公式，得根据具体的情况来定。
而且，计算塔效率可不仅仅是为了得到一个数字，更重要的是通过这个数字来分析塔的运行状况，找出问题，进行优化改进，提高生产效率，降低成本。
总之，塔效率的计算公式虽然看起来有点复杂，但只要咱们掌握了基本原理，多结合实际情况去分析，就能够轻松应对啦。
精馏塔效率的测定
精馏塔效率的测定1. 实验目的①熟悉板式精馏塔和填料精馏塔的结构、性能与操作。
②掌握板式塔全塔效率及填料塔等板高度的测定方法。
③了解精馏操作中各项操作因素之间的关系与相互影响。
2. 实验原理板式精馏塔连续稳态操作时涉及的基本参数有：F 、D 、W 、F x 、D x 、W x 、α、R 、q 、E 、p N 共计11个，操作中必然满足的基本关系有以下几方面：①物料平衡：包括总物料与各组分的平衡，基本衡算式为：W D F += （3-25）W D FWx Dx Fx += （3-26） 式中：F 、D 、W — 进料，塔顶、塔底产品的摩尔流率，s m olF x 、D x 、W x — 进料，塔顶、塔底产品中轻组分的摩尔分率，无因次上述参量中，只有4个独立变量，通常F 、F x 、D 、W 确定，则D x 、W x 唯一确定。
②相平衡：采用相对挥发度，则平衡方程为：()x x y 11-+=αα （3-27）式中：α— 平均相对挥发度，无因次 ③在分离效率E ，分离程度D x 、W x 确定的前提下，操作回流比R 与实际塔板数pN 的对应；若人为改变操作参数从而引起回流比的改变，在分离效率与塔板数固定的前提下，必然引起塔两端产品浓度的改变。
④进料参数的固定，进料参数包括进料量F 与进料浓度F x ，进料的热状态参数q 以及引入进料的位置进N ，人为改变上述参数，必然破坏精馏塔已有的平衡，引起相应操作参数的改变，最终使塔建立新的平衡，从而改变分离效果。
除上述平衡外，精馏操作中还要满足热量的平衡，即塔底加热量与塔顶冷凝量的对应以及冷、热物料热量交换的平衡，在恒摩尔流假定的前提下，热量平衡与物料平衡是相互关联、相互制约的，在数学描述中可以不再单独考虑。
常用的精馏塔效率分为单板效率和全塔效率。
单板效率亦称作默弗里效率，反映塔板实际增浓度与理论板增浓度的差距，可分别以气相浓度和液相浓度表示，气相默弗里效率的定义为：11+*+--=n n n n mv y y y y E （3-28） 式中：n y 、1+n y — 分别为离开和进入第n 块板的气流浓度n *n y — 与离开第n 板的液流浓度n x 成平衡的气相浓度全塔效率E 可看作精馏塔中各单板效率的平均值，是理论塔板数t N 与实际塔板数的比值：%N N E pt 100⨯= （3-29） 精馏塔操作中，抽样测定某塔板上下方的气、液流浓度，则可确定该板的单板效率，测定塔顶、塔底产品浓度，并依据操作参数计算达到该分离程度所需的理论板数，则可确定该塔的全塔效率。
精馏塔的塔板效率
•根据雾沫夹带对板效率的影响，在工程上一般建议使 e'M不V 超过0.1。这样对
于表观效率的降低程度一般在10%之内。
L'M
（3）板效率与全塔效率的关系
当操作线和平衡线都是直线时
Nth
ln
1 a
1 A
1
N pr
ln 1
A
A LV M
M，板上摩尔分数时气液相平衡的斜率
A，操作线斜率与平衡线斜率之比
②板效率MV或Ml （莫菲里效率）
实际上的摩尔分数变化与平衡时应达到的摩尔分数变化之比
对于气体 MV
y n y n 1
y
* n
y n1
yn*
yn
Yn-1
对于液体
ML
xn1 xn xn1 xn*
xn
yn
Xn+1
Xn*
xn
③ 点效率OV
塔板上某点处实际上的摩尔分数变化与平衡时应达到的 摩尔分数变化之比 板效率是板上各点效率数值积分结果的一种表达形式
OV
Байду номын сангаас
y n
y
* J
yn1 yn1
（2）雾沫夹带对板效率的影响（表观效率）
由于雾沫夹带的结果，使一部分 高沸点组分含量多的液相直接被 带到上一层塔板，从而降低了上 一层塔板上的低沸点组分的摩尔 分数，抵消了部分精馏的效果。
a
MV
1
e'MV L'M
e'，单位鼓泡面积的夹带量
L'M，单位鼓泡面积的液相流量
5.8 空气二元系精馏过程的计算
5.8.1 精馏塔的塔板效率 5.8.2 用y－x图解法求双级精馏塔的理论塔板数
精馏塔的塔板效率
5.8.1 精馏塔的塔板效率 5.8.2 用y－x图解法求双级精馏塔的理论塔板数
5.8.1 精馏塔的塔板效率 （1）塔板效率的表示方法 ①全塔效率 理论塔板数与实际塔板数之比
Nth N pr
• 1)按二元系计算时，平均塔板效率 • 上塔=0.25，下塔 =0.3~0.35 • 2)按三元系计算时，平均塔板效率=0.6~0.8
OV
y n
y
* J
yn1 yn1
（2）雾沫夹带对板效率的影响（表观效率）
由于雾沫夹带的结果，使一部分 高沸点组分含量多的液相直接被 带到上一层塔板，从而降低了上 一层塔板上的低沸点组分的摩尔 分数，抵消了部分精馏的效果。
a
MV
1
e'MV L'M
e'，单位鼓泡面积的夹带量
L'M，单位鼓泡面积的液相流量
②板效率MV或Ml （莫菲里效率）
实际上的摩尔分数变化与平衡时应达到的摩尔分数变化之比
对于气体 MV
y n y n 1
y
* nபைடு நூலகம்
y n1
yn*
yn
Yn-1
对于液体
ML
xn1 xn xn1 xn*
xn
yn
Xn+1
Xn*
xn
③ 点效率OV
塔板上某点处实际上的摩尔分数变化与平衡时应达到的 摩尔分数变化之比 板效率是板上各点效率数值积分结果的一种表达形式
•根据雾沫夹带对板效率的影响，在工程上一般建议使 e'M不V 超过0.1。这样对
于表观效率的降低程度一般在10%之内。
L'M
（3）板效率与全塔效率的关系
6.10. 塔高和塔径的计算解析
NT E 100% NP
式中： NT ——理论板数； NP ——实际板数；
(6－95)
6.10.2. 单板效率的概念（EM）
1、EMV：用汽相组成变化表示的单板效率。
EMV yn yn 1 * yn yn 1
一块实际板汽相浓度的变化 一块理论汽相浓度的变化
(6－95)
6.10.
塔高和塔径的计算
6.10.1. 全塔效率的概念（E）（总板效率） 6.10.2. 单板效率的概念（EM） 6.10.3. x—y图上的xn-1、 xn、xn*、 yn+1、 y n、 y n* 6.10.4. 塔高的计算 6.10.5. 塔内径的计算
6.10.1. 全塔效率的概念（E）（总板效率）
图6-51
单板效率定义附图
单板效率定义附图
6.10.4. 塔高的计算
NT Z 1 H T ET
式中：
(6－97)
Z ——塔的有效段高度，m； NT ——塔内所需的理论板数，个； ET ——总板效率； HT ——塔板间距，m；
HT 取值范围：300mm，350mm，450mm，500mm， 600mm，800mm；
6.10.5. 塔内径的计算
VS
4
Du
2
(6－98)
4VS D u
精馏段：V
(6－99)
L D ( R 1) D km ol/ h
(6－100)
VM m VS 3600V
(6－101)
式中： Mm——分子量kg/kmol； 提馏段：
V ' Mm ' VS ' 3600 V '
液相板效率示意图
精馏塔的操作和全塔效率的测定实验
0.1532
39914
0.9339
0.8468
塔釜
39427
1.0000
1.0000
0
0.0000
0.0000
以塔顶为例,具体的计算步骤如下:
乙醇的质量百分数
水的质量百分数
乙醇的摩尔分数
水的摩尔分数
利用理论塔板绘制软件，得到理论塔板数为11（含塔釜），所以全塔效率为
（2）在部分回流连续精馏操作时，根据进料组成 和分离要求（ ≥93%， ≤3%）。初步估计操作回流比R的大小，根据进料流量（2～4L/h）估算D和W。
同理，D=0.2887，塔顶采出率D/F=0.0656
2.5在进料量5.0L/h，回流量 ,采出量 下，回流比 =5.5，同样计算方法的如下表格
回流比5.5
水
乙醇
峰面积
质量百分数
摩尔分数
峰面积
质量百分数
摩尔分数
塔顶
4849
0.0781
0.1780
43621
0.9219
0.8220
塔釜
60228
1.0000
2.1 在进料量4L/h，回流量 ,采出量 下，回流比 =1.9，同样计算方法的如下表格
回流比1.9
水
乙醇
峰面积
质量百分数
摩尔分数
峰面积
质量百分数
摩尔分数
塔顶
2692
0.0653
0.1515
29374
0.9347
0.8485
塔釜
31851
1.0000
1.0000
0.0000
0.0000
利用理论塔板绘制软件，得到理论塔板数为11（含塔釜），所以全塔效率为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
典型的塔板效率经验数据
石油化工
塔名称塔板效率 (%)
脱乙烷塔 60～65
二甲苯分离塔 90～95
高压脱乙烷塔 50～60
苯/甲苯/二甲苯分离塔 75～85
脱丙烷塔 65～75
苯/异丙苯分离塔 50～55
脱丁烷塔 75～85
吸收塔 20～35
脱异丁烷/脱戊烷塔 80～90 解吸塔(再沸器供热) 40～50
乙烷/乙烯分离塔 85～90 解吸塔(蒸汽汽提) 20～30
丙烷/丙烯分离塔 90～95 气体汽提塔 7～10
丁烷/丁烯分离塔 85～95 干燥塔 15
戊烷/戊烯分离塔 85～95
化工及其它
塔名称塔板效率 (%) 塔名称塔板效率 (%)
醋酸乙烯装置聚乙烯醇装置
醋酸精馏塔 60～70 聚醋酸乙烯分离塔(聚合一塔) 50～60
醋酸乙烯精馏塔 55～65 醋酸乙烯/甲醇分离塔(聚合二塔) 50～55 乙醛汽提塔 20～25 醋酸乙烯分离塔(聚合三、四塔) 60～70
丙酮萃取塔 15～20 甲醇回收塔(回收一塔) 55～65
洗涤塔 30～40 甲醇回收塔(回收二、三塔) 50～60。