專利名稱：能夠安全展示板式塔內(nèi)液泛現(xiàn)象的精餾實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種板式塔精餾實驗裝置，尤其是一種能夠展示板式塔內(nèi)液泛現(xiàn)象的精餾實驗裝置，屬于化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
精餾是工業(yè)中常見的一種分離液體混合物的單元操作，是高等學(xué)?；ぜ跋嚓P(guān)專業(yè)學(xué)生必學(xué)的內(nèi)容，因而精餾實驗也就成為化工及相關(guān)專業(yè)學(xué)生實踐教學(xué)主要內(nèi)容之一。 通常板式塔精餾實驗裝置都包含一段用玻璃材料做成的透明塔體，用于展現(xiàn)板式塔的塔板結(jié)構(gòu)和汽液兩相在塔板上的流動狀態(tài)；同時可以測量全塔效率和(或者)單板效率等。板式塔液泛是板式塔內(nèi)氣液流量超出塔板負(fù)荷能力時出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，此時的板式精餾塔處于非正常操作工況，精餾塔的分離效率會明顯下降。目前有些板式塔精餾實驗裝置具有了展示液泛現(xiàn)象的功能，但是由于不能確定液泛現(xiàn)象首先在透明塔體段出現(xiàn)，要觀察到液泛現(xiàn)象，就要延長實驗時間、從而導(dǎo)致塔釜容積和釜液量增加。這樣不但增加了實驗過程的能耗，對于初學(xué)者而言也存在一定的操作安全問題。另外，目前常見的精餾實驗裝置普遍采用計量泵來控制進(jìn)料量、塔頂產(chǎn)品量、塔釜排液量，由于進(jìn)料泵的精度等原因，使得進(jìn)行部分回流精餾操作時很難維持進(jìn)出精餾塔的物料量達(dá)到平衡，容易造成部分精餾操作的失敗。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種能夠方便、安全地展示板式精餾塔內(nèi)的液泛現(xiàn)象，并可進(jìn)行全回流、部分回流精餾操作，測定不同操作工況下板式精餾塔的塔效率和板效率的實驗裝置。為了解決上述問題，本實用新型提供的能夠展示板式精餾塔內(nèi)液泛現(xiàn)象的精餾實驗裝置，它包括塔釜、塔體和塔頂冷凝器，它還包括塔頂冷凝液回流系統(tǒng)、塔體中部料液供給系統(tǒng)以及塔釜料液自排系統(tǒng)；所述的塔釜、塔體和塔頂冷凝器自下而上連為一體；所述的塔體包含一段用玻璃材質(zhì)做成的窺視節(jié)，其長度至少包含3個塔板；所述的窺視節(jié)中的3個塔板，其中有一個板間距較其它正常板間距縮小了 40%、 一個降液管面積較其它正常降液管面積減小了 50% ；所述的塔頂冷凝液回流系統(tǒng)包含一個溢流式回流控制槽、控制回流液量的流量計和塔頂產(chǎn)品儲罐；所述的塔體中部料液供給系統(tǒng)包含一個原料液儲罐、進(jìn)料計量泵、進(jìn)料流量計、料液預(yù)熱器；所述的塔釜料液自排系統(tǒng)包括一個塔釜平衡管、釜液溢流管和塔釜殘液儲罐。這部分按照權(quán)利要求書拷貝過來，同時去掉附圖標(biāo)記。如下面去掉附圖標(biāo)記一種能夠展示板式塔內(nèi)液泛現(xiàn)象的精餾實驗裝置，它包括塔釜、塔體(8)、塔頂冷凝器(1 以及塔頂冷凝液回流系統(tǒng)，它還包括料液補給系統(tǒng)和塔釜料液自排系統(tǒng)，所述的料液補給系統(tǒng)由原料液儲罐(M)、進(jìn)料計量泵(23)、進(jìn)料流量計0 和料液預(yù)熱器(20)組成并依次通過管道相連接，料液預(yù)熱器00)再通過管道連接到塔體(8)的中部；所述的塔釜料液自排系統(tǒng)由塔釜殘液儲罐(XT)、釜液溢流管06)和塔釜平衡管0 組成，釜液溢流管06)和塔釜平衡管0 的一端都與塔釜殘液儲罐、2Τ)相連接，釜液溢流管06) 的另一端連接在塔釜的中上部，而塔釜平衡管0 的另一端與塔釜的頂部相連接。上述的塔體⑶中部安裝有窺視節(jié)(7)；所述的窺視節(jié)(7)處安裝了 3塊塔板 (7-1、7-2、7-3)，其中第一塊塔板(7-1)和第二塊塔板(7- 之間的板間距相對較小，而從第三塊塔板(7- 到第二塊塔板(7-2)的降液管面積相對較小。上述的塔頂冷凝液回流系統(tǒng)含有溢流式回流控制槽(15)，溢流式回流控制槽 (15)通過管道分別與塔頂冷凝器(13)、回流液流量計(18)以及塔頂產(chǎn)品儲罐連接。采用以上結(jié)構(gòu)后，本實用新型能夠展示板式精餾塔內(nèi)液泛現(xiàn)象的精餾實驗裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點利用本實驗裝置可以進(jìn)行常規(guī)的全回流和部分回流精餾實驗，可以測定全塔效率，也可以測定單板效率。同時可以通過調(diào)節(jié)板式精餾塔內(nèi)汽液兩相流量，展示因不同原因而引起的液泛現(xiàn)象。利用帶有溢流式回流槽的塔頂冷凝液回流系統(tǒng)和塔釜料液自排系統(tǒng)可以很好的保證進(jìn)出精餾塔的物料平衡，使得部分回流精餾實驗操作更加容易。

圖1是板式塔精餾實驗裝置示意圖。其中，1塔釜電加熱器、2塔釜排液口、3塔釜液位計、4塔釜、5塔板、6溫度計、7窺視節(jié)、8塔體、9冷卻水流量計、10冷卻水進(jìn)口管、11惰性氣體出口、12冷卻水出口管、13塔頂冷凝器、14塔頂平衡管、15溢流式回流控制槽、16餾出液取出管、17塔頂產(chǎn)品取樣口、18 回流液流量計、19進(jìn)料口、20料液預(yù)熱器、21塔頂產(chǎn)品儲罐、22進(jìn)料流量計、23進(jìn)料計量泵、 24原料液儲罐、25塔釜平衡管、沈釜液溢流管、27塔釜殘液儲罐。圖2是板式塔精餾實驗裝置中窺視節(jié)處三塊塔板板間距和降液管大小示意圖。其中，第一塊塔板7-1和第二塊塔板7-2之間的板間距相對減小40% ；第三塊塔板7-3到第二塊塔板7-2的降液管面積相對縮小50%。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1所示，本實用新型能夠展示板式精餾塔內(nèi)液泛現(xiàn)象的精餾實驗裝置，它包括塔釜及電加熱系統(tǒng)，參照現(xiàn)有的實驗裝置，塔釜及電加熱系統(tǒng)主要由塔釜電加熱器1、塔釜排液口 2、塔釜液位計3、塔釜4組成。它還包括塔體8和塔頂冷凝器13，塔體8處于塔釜4和塔頂冷凝器13中間，并與塔釜4和塔頂冷凝器13焊接成一體。塔體4中部有一窺視節(jié)7，各塊塔板上安裝有溫度計 6 ；塔頂冷凝器13與冷卻水進(jìn)口管10、冷卻水出口管12通過管道相連，塔頂冷凝器13上設(shè)有惰性氣體出口 11，并在連接管路上布置適當(dāng)?shù)牧髁坑?如液體轉(zhuǎn)子流量計9)、閥門等部件。所述的窺視節(jié)7有3塊塔板7-1、7_2和7_3，如圖2所示。其中第一塊塔板7_1和第二塊塔板7-2之間的板間距比其它板間距都小，可以保證因塔內(nèi)上升蒸汽量增大液沫夾帶量過大而引起的液泛現(xiàn)象首先出現(xiàn)在第一塊塔板7-1與第二塊塔板7-2處；第三塊塔板 7-3到第二塊塔板7-2的降液管面積比其它降液管面積都小，可以保證因塔內(nèi)下降液體流量增大超過了降液管能力而引起的溢流液泛現(xiàn)象首先出現(xiàn)在第三塊塔板7-3處。通過調(diào)節(jié)窺視節(jié)7處塔板間距和降液管面積，可以保證精餾塔內(nèi)發(fā)生液泛時首先出現(xiàn)在窺視節(jié)7處， 不但有利于學(xué)生觀察液泛實驗現(xiàn)象，也使得精餾塔操作過程更安全。所述的塔頂冷凝液回流系統(tǒng)將塔頂冷凝器13內(nèi)的冷凝液由管道通入溢流式回流控制槽15，一部分流體經(jīng)過回流液流量計18后由塔頂進(jìn)入塔內(nèi)回流，溢流出的流體經(jīng)管道進(jìn)入塔頂產(chǎn)品儲罐21。為了保證溢流和回流液的暢通，用塔頂平衡管14將塔頂冷凝器13 和溢流式回流控制槽15相連通，并在適當(dāng)?shù)奈恢貌贾昧巳涌?如塔頂產(chǎn)品取樣口 17)、溫度計等部件。采用溢流式回流控制槽15后，可以控制回流液的流量恒定，剩余冷凝液溢流經(jīng)管道流入塔頂產(chǎn)品儲罐21。這樣可以保證回流液流量恒定，有利于精餾過程達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)以及精餾塔進(jìn)出物料的平衡控制。所述的塔體中部料液供給系統(tǒng)主要由原料液儲罐M、進(jìn)料計量泵23、進(jìn)料流量計 22和料液預(yù)熱器20組成并依次通過管道相連接，在連接管路上布置適當(dāng)?shù)牧髁坑?如進(jìn)料流量計22)、閥門等部件。同時利用管道和閥門可以實現(xiàn)不同位置進(jìn)料，如進(jìn)料口 19所示。所述的塔釜料液自排系統(tǒng)由塔釜殘液儲罐27、釜液溢流管沈和塔釜平衡管25組成，釜液溢流管沈和塔釜平衡管25的一端都與塔釜殘液儲罐27相連接，釜液溢流管沈的另一端連接在塔釜4的中上部，而塔釜平衡管25的另一端與塔釜4的頂部相連接。此溢流式塔釜料液自排系統(tǒng)通過釜液溢流管沈可以將塔釜4內(nèi)高于釜液溢流管沈的釜液自動排入塔釜殘液儲罐27，既可以保持塔釜內(nèi)液面恒定，又有利于實現(xiàn)精餾塔進(jìn)出物料量的平衡控制。在實際教學(xué)實踐中，通常以乙醇-水溶液(乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20% 45%)為實驗體系，具體操作過程如下。1.全回流料液經(jīng)進(jìn)料泵23輸送到精餾塔內(nèi)，當(dāng)塔釜料液量達(dá)到塔釜容積70 % 85 %時，停止進(jìn)料。開啟冷卻水進(jìn)口管10上的閥門，然后再打開塔釜加熱器1電源。當(dāng)塔釜溫度上升到釜液沸點以上，就有蒸汽由塔低逐漸上升至塔頂，經(jīng)塔頂冷凝器13冷凝，冷凝液經(jīng)回流管全部進(jìn)入塔內(nèi)。經(jīng)過一段時間后，塔釜溫度、塔頂溫度以及各塊塔板上的溫度都維持恒定不變，全回流操作即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這時從塔釜排液口 2和塔頂產(chǎn)品取樣口 17分別取樣， 并分析其組成即可。2.部分回流當(dāng)全回流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時，打開進(jìn)料泵，使料液以一定流量從進(jìn)料口 19進(jìn)入塔內(nèi)；同時調(diào)節(jié)回流液的流量為某一定值，剩余的塔頂冷凝液就通過溢流式回流控制槽15溢流進(jìn)入餾出液取出管16流入塔頂產(chǎn)品儲罐21。塔釜4內(nèi)高出釜液溢流管沈的釜液經(jīng)釜液溢流管沈自動排入塔釜殘液儲罐27，維持進(jìn)出物料量的平衡。經(jīng)過一段時間后，塔釜溫度、塔頂溫度、各塊塔板上的溫度以及進(jìn)出精餾塔的各物流量都維持恒定不變，部分回流精餾操作即達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。這時從塔釜排液口 2、原料液儲罐M和塔頂產(chǎn)品取樣口 17分別取樣，并分析其組成即可。[0031]3.液泛現(xiàn)象當(dāng)全回流操作達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，逐漸增大塔釜加熱功率，塔內(nèi)上升蒸汽流量和下降液體流量均會逐漸增大。從窺視節(jié)7處可以看到各塔板上的液層厚度會逐漸增加。隨著第一塊塔板7-1上液層厚度的增加和塔內(nèi)上升蒸汽流量的增加，液沫夾帶量會增多，由于第一塊塔板7-1和第二塊塔板7-2之間的板間距較小，第一塊塔板7-1上方的液沫將會不斷被帶到第二塊塔板7-2，使第二塊塔板7-2上的液層厚度不斷增多，明顯多于塔板7-3上的液層厚度，這就是液沫夾帶引起的液泛現(xiàn)象。如果隨著塔內(nèi)上升蒸汽流量和下降液體流量的逐漸增大，因為第三塊塔板7-3和第二塊塔板7-2間的降液管面積較小，導(dǎo)致第三塊塔板7-3上方液層厚度逐漸增高，直至達(dá)到上層塔板，這就是溢流液泛現(xiàn)象。
權(quán)利要求1.一種能夠展示板式塔內(nèi)液泛現(xiàn)象的精餾實驗裝置，它包括塔釜、塔體(8)、塔頂冷凝器(13)以及塔頂冷凝液回流系統(tǒng)，其特征在于它還包括料液補給系統(tǒng)和塔釜料液自排系統(tǒng)，所述的料液補給系統(tǒng)由原料液儲罐(M)、進(jìn)料計量泵(23)、進(jìn)料流量計0 和料液預(yù)熱器OO)組成并依次通過管道相連接，料液預(yù)熱器OO)再通過管道連接到塔體(8) 的中部；所述的塔釜料液自排系統(tǒng)由塔釜殘液儲罐(27)、釜液溢流管06)和塔釜平衡管 (25)組成，釜液溢流管06)和塔釜平衡管0 的一端都與塔釜殘液儲罐(XT)相連接，釜液溢流管06)的另一端連接在塔釜(4)的中上部，而塔釜平衡管0 的另一端與塔釜(4) 的頂部相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能夠展示板式塔內(nèi)液泛現(xiàn)象的精餾實驗裝置，其特征在于 所述的塔體(8)中部安裝有窺視節(jié)(7)；所述的窺視節(jié)(7)處安裝了 3塊塔板(7-1、7-2、 7-3)，其中第一塊塔板(7-1)和第二塊塔板(7-2)之間的板間距相對較小，而從第三塊塔板 (7-3)到第二塊塔板(7-2)的降液管面積相對較小。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能夠展示板式塔內(nèi)液泛現(xiàn)象的精餾實驗裝置，其特征在于所述的塔頂冷凝液回流系統(tǒng)含有溢流式回流控制槽(15)，溢流式回流控制槽(1 通過管道分別與塔頂冷凝器(13)、回流液流量計(18)以及塔頂產(chǎn)品儲罐連接。
專利摘要本實用新型涉及一種板式塔精餾實驗裝置，它包括塔釜、塔體和塔頂冷凝器，它還包括塔頂冷凝液回流系統(tǒng)、塔體中部料液供給系統(tǒng)以及塔釜料液自排系統(tǒng)；所述的塔釜、塔體和塔頂冷凝器自下而上連為一體；所述的塔體包含一段用玻璃材質(zhì)做成的窺視節(jié)，其長度至少包含3個塔板。本實用新型可用于展示板式精餾塔內(nèi)液泛現(xiàn)象、方便快捷完成部分回流精餾操作、測定板式精餾塔全塔效率和單板效率的實驗裝置。該裝置設(shè)計簡潔、使用方便、測量數(shù)據(jù)重現(xiàn)性好，可用于化工及相關(guān)專業(yè)的實驗教學(xué)中。
文檔編號B01D3/22GK202289528SQ20112038309
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月11日
發(fā)明者尚龍安, 張艷輝, 楊志杰, 王穎, 陳效寧 申請人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院