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《太原理工大学》 2007年
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隔离相变薄液层精馏塔板的初步研究

马全忠  
【摘要】: 隔离相变薄液层精馏塔板遵循了现有的精馏原理。精馏的本质是将两组分或多组分物质的液体混合物利用它们沸点的差异进行分离的化工单元操作,精馏塔的分离的基本原理在于使气相分凝而液相部分蒸发。基于精馏塔的分离原理的基础上,本文对一种让气液之间进行尽量少混合而多分离的精馏装置——隔离相变薄液层精馏塔板做了探索和研究。隔离相变薄液层精馏塔板仍然是利用气液之间本身的换热而达到气相分凝而液相部分蒸发的目的。 新的塔板的工作原理有其独特性。塔板由一块无板孔的薄板组成,工作时,板上液相与同一板下汽相在水平逆向流动中通过传热分别被蒸馏和分凝;同一板上的下层液相与上层汽相两相之间则在同向流动中过相界面直接传质。换言之,本塔靠间接传热在n层塔板上完成一次蒸馏和一次分凝:蒸馏残液流到n层塔板下一层塔板,蒸馏产生的蒸汽在n层塔板上一层板的下面被冷却而分凝,凝液滴下留在n层塔板继续蒸馏,分凝剩余的蒸汽上升。 该塔的构思具有如下优点:塔板结构简单、板间距低、没有雾沫夹带和板孔漏液。 从理论上预期隔离相变薄液层精馏塔板有优势也有劣势:优势在于热力学上应该就是在汽液组成平衡状态下进行精馏,因为分凝、蒸馏隔开进行,两过程都处汽液组成平衡态而又不混合。(这点非常重要,传统的塔板有汽液混合是不能在平衡状态下工作的。)隔离相变薄液层精馏塔板劣势在于动力学方面传热速率慢,弥补的方法是采用极薄铜板(导热系数高)等。 通过实验探讨了小板距精馏塔的可行性。边实验边设计中先后制作了7个不同的精馏塔,用酒精作介质、用全回流的方式进行精馏操作,待精馏过程稳定后采样测定塔釜液相和塔顶馏出液的酒精浓度,通过用塔顶塔底的酒精浓度值来计算塔板效率,7个不同的精馏塔彼此数据偏差较大,但都有一定的精馏效果。例如其中一个塔:塔直径120mm、板间距50mm、回流液量20ml/min下,板效率为35.3%。本塔与现有塔板的板效率是接近的,但没有达到按照原理可能达到接近100%的板效率。在板效率的比较中,需要指出的是传统精馏塔板效率未去除塔壁和管道的分凝作用影响(使得板效率值略高),而本塔板效率是在完全去除塔壁和管道的分凝作用影响的情况下,得出的净板效率。 实验还测定、比较了本塔的流量。本塔与传统塔相比较,空塔气速度是传统塔的二十分之一左右,实际汽流线速度是2.26倍,单位塔容积单位时间处理量是42%。 实验观察了流量与板效率的关系,基本是流量增加而板效率降低。流量从最小的4ml/min到38ml/min,而对应的板效率从74%到15%。但最后一个塔是其中最大的塔,即在一定流量范围内,情况相反。
【学位授予单位】:太原理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TQ053.5

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【参考文献】
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