化学工程与工艺专业试验1

填料塔分离效率的测定 1.实验目的填料塔是生产中广泛使用的一种塔型，在进行设备设计时，要确定填料层高度，或确定理论塔板数与等板高度 HETP。其中理论板数主要取决于系统性质与分离要求，等板高度 HETP 则与塔的结构，操作因素以及系统物性有关。由于精馏系统中低沸组分与高沸组分表面张力上的差异，沿着气液界面形成了表面张力梯度。表面张力梯度不仅能引起表面的强烈运动，而且还可导致表面的蔓延或收缩。这对填料表面液膜的稳定或破坏以及传质速率都有密切关系，从而影响分离效果。本实验主要有两个目的。 (1)了解系统表面张力对填料精馏塔效率的影响机理; (2)测定甲酸-水系统在正、负系统范围的 HETP。 2.实验原理根据热力学分析，为使喷淋液能很好地润湿填料表面，在选择填料的材质时，要使固体的表面张力σsv 大于液体的表面张力σLv。然而有时虽已满足上述热力学条件，但液膜仍会破裂形成沟流，这是由于混合液中低沸组分与高沸组分表面张力不同，随着塔内传质传热的进行，形成表面张力梯度，造成填料表面液膜的破碎，从而影响分离效果。根据系统中组分表面张力的大小，可将二元精馏系统分为下列三类。 (1)正系统:低沸组分的表面张力叫较低，即σ1<σ的表面张力σLvh。当回流液下降时，液体值逐渐增大。 (2)负系统;与正系统相反，低沸组分的表面张力 σ1 较高，即σ1＞σh 。因而回流液下降过程中表面张力σLv逐渐减小。1 (3)中性系统:系统申低沸组分的表面张力与高沸组分的表面张力相近，即σ≈σh，或两组分的挥发度差异甚小，使得回流液的表面张力值并不随着塔中的位置有多大变化。在精馏操作中，由于传质与传热的结果，导致液膜表面不同区域的浓度或温１度不均匀，使表面张力发生局部变化，形成表面张力梯度，从而引起表面层内液体的运动，产生 Marangoni 效应。这一效应可引起界面处的不稳定，形成旋涡;也会造成界面的切向和法向脉动，而这些脉动有时又会引起界面的局部破裂，因此由玛兰哥尼(Marangoni)效应引起的局部流体运动反过来又影响传热传质。填料塔内，相际接触面积的大小取决于液膜的稳定性。若液膜不稳定，液膜破裂形成沟流，使相际接触面积减少。由于液膜不均匀，传质也不均匀，液膜较薄的部分轻组分传出较多，重组分传入也较多，于是液膜较薄处的轻组分含量就比液膜较厚处小。对正系统而言 (如图 2-29 所示)，由于轻组分的表面张力小于重组分，液膜薄处的表面张力较大，而液膜较厚处的表面张力比较薄...