E T = ⨯100% C pm (t BP - t
F ) + r m 精馏塔实验讲义
一、 实验目的
1． 充 分 利 用 计 算 机 采 集 和 控 制 系 统 具 有 的 快 速 、 大 容 量 和 实 时 处 理 的 特 点 ， 进 行
精馏过程多实验方案的设计，并进行实验验证，得出实验结论。
以掌握实验研究的方法。
2． 学会识别精馏塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。
3． 学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。
4． 测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识。
二、 实验原理
1． 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔板逐板上升与来字塔板下降的回流液，在塔板
上实现多次接触，进行传热与传质，使混合液达到一定程度的分离。
回流是精馏操作得以实现的基础。
塔顶的回流量与采出量之比，称为回流比。
回流比是
精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。
回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。
若塔在最小回流比下操作，要完成分
离任务，则需要有无穷多块塔板的精馏塔。
当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是
一个操作限度。
若操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全
部返回塔内中，这在生产中无实际意义。
但是，由于此时所需理论塔板数最少，又易于达到
稳定，故常在工业装置的开停车、排除故障及科学研究时使用。
实际回流比常取最小回流比 1.2—2.0 倍。
在精馏操作中，若回流系统出现故障，操作情
况会急剧恶化，分离效果也会变坏。
2． 对于二元物系，如已知其汽液平衡数据，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，塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数 N T 。
按照式（5-1）可以
得到总板效率 E T ，其中 N P 为实际塔板数。
N T N P
部分回流时，进料热状况参数的计算式为
q = r m
式中：
t F——进料温度，℃。
t BP——进料的泡点温度，℃。
C pm——进料液体在平均温度（t F + t P）/2 下的比热，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 p1M1x1+C p2M2x2，kJ/（kmol．℃）
r m=r1M1x1+r2M2x2，kJ/kmol
式中：
C p1，C p2——分别为纯组份1 和组份2 在平均温度下的比热，kJ/（kg．℃）。
r1，r2——分别为纯组份1 和组份2 在泡点温度下的汽化潜热，kJ/kg。
M1，M2——分别为纯组份1 和组份2 的质量，kg/kmol。
x1，x2——分别为纯组份1 和组份2 在进料中的分率。
三、实验装置与流程
东方-804主体设备位号及名称：
T101——精馏塔
D101——原料液储罐
D102——塔顶产品储罐
D103——塔底产品储罐
E101——预热器
E102——塔釜电加热器
E103——空气冷凝器
P101——进料泵
LV101——塔釜掖位控制电磁阀
四、实验步骤
单回路中，MV 代表调节阀门的开度，有时也有用OP 表示的。
·选择参数
1．在“实验参数”界面，选择精馏段塔板数，选择提馏段塔板数。
以下实验步骤以精馏段塔
板数为5，提馏段塔板数为3，回流比为 4 的情况下为例。
·精馏塔进料
1．检查各容器罐内是否为空。
2．检查各管线阀门是否关闭。
3．在“实验参数”界面，配置一定浓度的乙醇/正丙醇混合液，即进料配料比。
4．设定进料罐的一次性进料量，单击“进料”按钮，进料罐开始进料，直到罐内液位达到70%以上。
5．打开进料泵P101 的电源开关，启动进料泵。
6．设定进料泵功率，将进料流量控制器的MV 值设为50%，开始进料。
7．设定预热器功率，将进料温度控制器的MV 值设为60%，开始加热。
8．如果塔釜液位涨过70%，打开LV101，将塔釜液位控制器的MV 值折为30%左右，控制塔釜液位在70%-80%之间。
·启动再沸器
1．打开阀门V103，将塔顶冷凝器内通入冷却水。
2．设定塔釜加热功率，将塔釜加热控制器的MV 值设为50%，使塔缓缓升温。
·建立回流
1．在“回流比控制器”界面，将回流值设为20，将采出值设为5，即回流比控制在4。
2．将塔釜加热控制器的MV 值设为60%，加大蒸出量。
3．将塔釜液位控制器的MV 值设为10%左右，控制塔釜液位在50%左右。
·调整至正常
1．进料温度稳定在95.3℃左右时，将进料温度控制器设自动，将SP 值设为95.3℃。
2．塔釜液位稳定在50%左右时，将塔釜液位控制器设自动，将SP 值设为50%。
3．塔釜温度稳定在90.5℃左右时，将塔釜温度控制器设为自动，SP 值设为90.5℃。
4．稳定时塔顶温度在75.8℃左右。
5．保持稳定操作几分钟，取样记录分析组分成份。
·停车操作
1．关闭原料预热器，将进料温度控制器设手动，将MV 值设0。
2．关闭原料进料泵电源，将进料流量控制器设手动，将MV 值设0。
3．关闭塔釜加热器，将塔釜温度控制器设受动，将MV 值设0。
4．待塔釜温度冷却至室温后，关闭冷却水。
五、思考题
1．精馏段与提馏段的理论板:
A. 精馏段比提馏段多
B. 精馏段比提馏段少
C. 两者相同
D. 不一定
答案：D
2．当采用冷液进料时,进料热状况q 值:
A. q>1
B. q=1
C. q=0
D. q<0
答案：A
3．精馏塔塔身伴热的目的在于：
A. 减小塔身向环境散热的推动力
B. 防止塔的内回流
C. 加热塔内液体
答案：B
4．全回流操作的特点有：
A. F=0，D=0，W=0
B. 在一定分离要求下NT 最少
C. 操作线和对角线重合
答案：A
5．本实验全回流稳定操作中，温度分布与哪些因素有关？
A. 当压力不变时，温度分布仅与组成的分布有关
B. 温度分布仅与塔釜加热量有关系
C. 当压力不变时，温度分布仅与板效率、全塔物料的总组成及塔顶液与釜液量的摩尔量的比
值有关
答案：A
6．冷料回流对精馏操作的影响为：
A. XD 增加，塔顶T 降低
B. XD 增加，塔顶T 升高
C. XD 减少，塔顶T 升高
答案：A
7．在正常操作下，影响精馏塔全效率的因素是：
A. 物系，设备与操作条件
B. 仅与操作条件有关
C. 加热量增加效率一定增加
D. 加热量增加效率一定减少
E. 仅与物系和设备条件有关
答案：A
8．精馏塔的常压操作是怎样实现的？
A. 塔顶连通大气
B. 塔顶冷凝器入口连通大气
C. 塔顶成品受槽顶部连通大气
D. 塔釜连通大气
E. 进料口连通大气
答案：C
9．塔内上升气速对精馏操作有什么影响？
A. 上升气速过大会引起漏液
B. 上升气速过大会引起液泛
C. 上升气速过大会造成过量的液沫夹带
D. 上升气速过大会造成过量的气泡夹带
E. 上升气速过大会使塔板效率下降
答案：B C E
10．为什么要控制塔釜液面高度？
A. 为了防止加热装置被烧坏
B. 为了使精馏塔的操作稳定
C. 为了使釜液在釜内有足够的停留时间
D. 为了使塔釜与其相邻塔板间的足够的分离空间
E. 为了使釜压保持稳定
答案：A B C
11．如果实验采用酒精-水系统塔顶能否达到98%（重量）的乙醇产品？(注:95.57%酒精-水系统的共沸组成)
A. 若进料组成小于95.57% 塔不顶可达到98%以上的酒精
B. 若进料组成大于95.57% 塔釜可达到98%以上的酒精
C. 若进料组成小于95.57% 塔顶可达到98%以上的酒精
D. 若进料组成大于95.57% 塔顶不能达到98%以上的酒精
答案：A B
12．全回流在生产中的意义在于：
A.用于开车阶段采用全回流操作
B.产品质量达不到要求时采用全回流操作
C.用于测定全塔效率
答案：A B C
六、参考文献
[1] 冷士良. 化工单元过程及操作. 北京：化学工业出版社，2002
[2] 张金利等. 化工原理实验. 天津：天津大学出版社，2005
[3] 杨祖荣. 化工原理实验. 北京：化学工业出版社，2004 东方东。