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...