乙醇——水不同精馏分离操作过程塔效率的确定

乙醇——水不同精馏分离操作过程塔效率的确定
李春鹏金丽军
（沈阳化工学院，材料学院高分子材料0406，110142）
摘要
精馏是分离均相混合液的重要方法之一，化工生产中常用的精馏设备主要有填料塔和板式塔两大类，本文主要研究的是用板式塔中的筛板塔分离乙醇——水二元混合物，根据不同操作条件即精馏塔全回流和部分回流（R=3,R=5）条件下，
确定理论塔板数，进而由公式E
T =N
T
/N
P
*100％确定塔效率。

结论：加热电压为121V
的全回流条件下塔效率为82.86％，加热电压为129V的全回流条件下塔效率为97.14％；R=3时，塔效率为98.14％，R=5时，塔效率为95.14％。

关键字：精馏乙醇——水塔效率回流比
Ethanol——water distillation tower efficiency of the different operating process
Lichunpeng JinLijun
(shenyang insitiute of chemical technology, polymer material 0406 of school of material science and engineering 110142 )
Abstract
Distillation is one of the important ways of the separation of the mixture，Chemical production equipment used in the main distillation towers is two kinds . This paper studies the plate tower is the sieve tower ethanol -- water mixtures . Under the distillation of the entire return and return (R = 3, R = 5) conditions .Identified a number of theoretical plates ,by E T=N T/N P*100％to determine the efficiency of tower , Conclusion: when heating voltage is 121 V under the conditions of total reflux, the tower efficiency is 82.86% ,when it is 129 V , the tower efficiency is 97.14%, when R=3 , the tower efficiency is 98.14%,and when R=5 , the tower efficiency is 95.14%
Keywords ：Distillation Ethanol -- water tower efficiency Reflux Ratio
一引言
蒸馏是借助液体混合物中各组分的挥发性的不同而进行分离的化工单元操作，若将混合物加热到沸腾（只令其部分汽化），沸点低的组分（易挥发组分或轻组分）在气相中的浓度比在液相中的浓度要高，沸点高的组分（难挥发组分或重组分）在液相中浓度比在汽相中的高。

同理，混合物的蒸气部分冷凝，则冷凝液中难挥发组分的浓度要比汽相中高，反之亦然。

精馏是多次进行部分汽化或冷凝以后，最后可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，在液相中得到较纯的难挥发组分的过程[1]。

研究精馏塔的分离效率，是当前传质与分离研究的热点[2]本文主要研究的是用板式塔中的筛板塔分离乙醇——水二元混合物，根据不同操作条件即精馏塔全回流和部分回流（R=3,R=5）条件下，确定理论塔板数，进而确定塔效率。

分析影响塔效率的因素，绘图得出结论。

二实验部分
1 实验所用的仪器药品
表2.1 实验原料
乙醇（CH3CH2OH或C2H5OH）：无色、透明，具有特殊香味的液体（易挥发），密度比水小，能跟水以任意比互溶（一般不能做萃取剂）。

是一种重要的溶剂，能溶解多种有机物和无机物。

外观与性状：无色液体，有酒香。

熔点(℃)：-114.1 沸点(℃)：78.3 相对密度(水=1)：0.79 相对蒸气密度(空气=1)：1.59 饱和蒸气压(kPa)：5.33(19℃)。

水（H2O）：在常温常压下为无色无味的透明液体。

水通常多是酸、碱、盐等物质的溶液，习惯上仍然把这种水溶液称为水。

水是一种可以在液态、气态和固态之间转化的物质。

在20℃时，水的热导率为0.006 J/s•cm•K，冰的热导率为0.023 J/s•cm•K，水的密度在3.98℃时最大，为1×103kg/m3，温度高于3.98℃时，水的密度随温度升高而减小，在0～3.98℃时，水不服从热胀冷缩的规律，
密度随温度的升高而增加。

水在0℃时，密度为0.99987×103 kg/m3，冰在0℃时，密度为0.9167×103 kg/m3。

3 实验流程
4 实验中相关公式
(1) 精馏塔总板效率[3]
E T =N
T
/N
P
*100％
N
T
——精馏塔理论塔板数
N
P
——精馏塔实际塔板数
（2）精馏塔部分回流时，进料热状况参数（q值）
q= (C
pm *(t
BP
-t
F
)+r
m
)/r
m
t
F
——进料温度；℃
t
BP
——进料泡点温度；℃
C pm ——进料液体在平均（t
F
+ t
BP
）/2的比热；KJ*Kmol-*℃-
r
m
——进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热；KJ/Kmol
C pm =C
p1
M
1
x
1
+ C
p2
M
2
x
2
KJ*Kmol-*℃-
r m =r
1
M
1
x
1
+ r
2
M
2
x
2
KJ/Kmol
C p1, C
p2
——纯组分1和2在平均温度下的比热；KJ*Kg-*℃-
r 1, r
2
——纯组分1和2在泡点温度下的汽化潜热；KJ*Kg-
M 1，M
2
——纯组分1和2的质量；Kg/ Kmol
x 1，x
2
——纯组分1和2在进料中的分率
（3）质量浓度与折光指数的关系（30℃）W=31.9425n-42.5565
W——质量浓度
n——折光指数
（4）摩尔浓度
x=n1/(n1+n2)
x——摩尔浓度
n1——组分1的物质的量浓度
n2——组分1的物质的量浓度
(5) q线方程
/(q-1)
y=qx/(q-1)-x
F
三结果与讨论
表3.4 进料条件（2）下精馏塔原始数据表
板式塔的分离效率主要全塔效率（塔效率E
T ），影响塔效率E
T
的因素很多，
主要有操作因素，设备因素和物系因素三类[4]。

某塔在不同操作条件得出的塔效率，只能代表该次试验的全部条件同时存在时的全塔效率的值。

当塔的结构因素固定，物系相同，影响的最主要因素是操作因素，而回流比是诸多操作因素最主要的影响因素，当精馏塔全回流操作时，理论塔板数最少，当改变回流比会对塔效率产生影响[5]。

板式塔的分离效率的研究是当今传质与分离研究的热点问题，国内外在精馏领域的研究出现了许多科研成果和全新的研究方向，已经由二组分分离向多组分分离发展，出现了许多像催化精馏，加盐精馏等新课题，对这些精馏过程塔效率的研究已经成为研究焦点[6]。

图3.1乙醇-水t-x-y
图3.2 条件1全回流条件下理论塔板数图
图3.3 条件1全回流条件下理论塔板数图
图3.4回流比R=3条件下理论塔板数图
图3.5回流比R=5条件下理论塔板数图
四结论
1.加热功率不同，精馏塔的分离效率（塔效率）不同，不同操作方式的精馏塔的塔效率不同。

2. 全回流操作时，加热电压为121V的全回流条件下塔效率为82.86％，加热电压为129V的全回流条件下塔效率为97.14％。

3.不同回流比时，塔效率不同，R=3时，塔效率为98.14％，R=5时，塔效率为95.14％。

参考文献
[1] 陈敏恒等.化工原理.下册.第二版。

北京：化学工业出版社，2000
[2] 刘家祺等.化工传质与分离过程. 北京：化学工业出版社，1995
[3] 王志愧等.化工原理.第三版.北京：化学工业出版社，2004
[4] 兰州石油机械研究所.现代塔器技术.北京：烃加工出版社，1990
[5] 刘家祺等.分离过程. 北京：化学工业出版社，2002
[6] 肖剑，刘家祺.化工进展.1999，18（2）：8
致谢
感谢材料学院的科研导论课程教学的四位教授（葛铁军，张秀斌，赵立群，张永明）给了我这次科技论文实际写作的机会。

感谢四位老师对我在论文写作上和科技文献检索的理论指导，四位老师渊博的知识，高尚的人品，对学生教诲有方，都给我留下了深刻的记忆，激励我完成论文，感谢化工原理实验的指导教师对我的实验指导，感谢我的同学张苏在论文细节和格式上的帮助。

我一定会珍惜这次机会，把论文按要求完成。