蒸餾實驗理論板梯級圖

1. 關於食品工程原理里的精餾塔實驗該如何設計

實驗8 篩板精餾塔實驗
一、實驗目的
1.了解篩板式精餾塔的結構流程及操作方法。
2.測取部分迴流或全迴流條件下的總板效率。
3.觀察及操作狀況。
二、實驗原理
在板式精餾塔中，混合液的蒸汽逐板上升，迴流液逐板下降，汽液兩相在塔板上接觸，實現傳質，傳熱過程而達到兩相一定程度的分離。如果在每層塔板上，液體與其上升的蒸汽到平衡狀態，則該塔板稱為理論板，然而在實際操作中、汽、液接觸時間有限，汽液兩相一般不可能達到平衡，即實際塔板的分離效果，達不到一塊理論板的作用，因此精餾塔的所需實際板數一般比理論板要多，為了表示這種差異而引入了「板效率」這一概念，板效率有多種表示方法，本實驗主要測取二元物系的總板效率Ep ：

板式塔內各層塔板的傳質效果並相同，總板效率只是反映了整個塔板的平均效率，概括地講總板效率與塔的結構，操作條件，物質性質、組成等有關是無法用計算方法得出可靠值，而在設計中需主它，因此常常通過實驗測取。實驗中實驗板數是已知的，只要測取有關數據而得到需要的理論板數即可得總板效率，本實驗可測取部分迴流和全迴流兩種情況下的板效，當測取塔頂濃度，塔底濃度進料濃度 以及迴流比 並找出進料狀態、即可通過作圖法畫出平衡線、精餾段操作線、提餾段操作線，並在平衡線與操作線之間畫梯級即可得出理論板數。如果在全迴流情況下，操作線與對角線重合，此時用作圖法求取理論板數更為簡單。
三、實驗裝置與流程
實驗裝置分兩種：
（1）用於全迴流實驗裝置
精餾塔為一小型篩板塔，蒸餾釜為卧直徑229m長3000mm內有加熱 器。塔內徑50mm共有匕塊塔板，每塊塔板上開有直徑2mm篩孔12個板間距100mm，塔體上中下各裝有一玻璃段用 以觀察塔內的操作情況。塔頂裝有蛇管式冷凝器蛇管為φ10×1紫銅管長3．25m，以水作冷凝劑，無提餾段，塔傍設有儀表控制台，採用1kw調壓變壓器控制釜內電加熱器。在儀表控制台上設有溫度指示表。壓強表、流量計以及有關的操作控制等內容。
（2）用於部分迴流實驗裝置
裝置由塔、供料系統、產品貯槽和儀表控制櫃等部份組成。蒸餾釜為φ250×340×3mm不銹鋼罐體，內設有2支1kw電熱器，其中一支恆加熱，另一支用可調變壓器控制。控制電源，電壓以及有關溫，壓力等內容均有相應儀表指示，
塔身採用φ57×3.5mm不銹鋼管製成，設有二個加料口，共十五段塔節，法蘭連接，塔 身主要參數有塔板十五塊，板厚1mm不銹鋼板，孔徑2mm，每板21孔三形排列，板間距100mm，溢流管為φ14×2不銹鋼管堰高10mm。
在塔頂和靈敏板塔段中裝有WEG—001微型銅阻感溫計各一支由儀表櫃上的XCE—102溫度指示儀顯示，以監測相組成變化。
塔頂上裝有不銹鋼蛇管冷凝器，蛇管為φ14×2長250mm以水作冷凝劑以LZB10型轉子流量計計量，冷凝器裝有排氣旋塞。
產品貯槽上方設有觀測罩，用於檢測產品。
迴流量、產品量及供料量分別由轉子流量計計量。料液從料液槽用液下泵輸送。釜液進料液和餾出液分別可由采出取樣，此外在塔身上、中、下三部分各在二塊上設有取樣口，只要用針筒穿取樣口中的硅膠板即可取樣品，因此本裝置不但可以進精餾操作性能的訓練和塔沖總效率的測定，而且還可以進行全迴流下單板效率的測定。
四、實驗方法
（一）全迴流操作實驗方法
1、熟悉了解裝置，檢查加熱釜中料液量是否適當，釜中液面必須浸沒電加熱器(為液面計高1/2以上，約5升0釜內料液組成乙醇10－25％(重量)左右的水溶液。
2、打開電源和加熱器開關，控制加熱功率在700W左右，打開冷卻水，注意觀察塔頂、塔釜情況，當上升蒸汽開始迴流時此時塔頂冷凝器內冷卻水流量應控制好使蒸汽基本處於全凝狀況（50－100升/小時范圍）若流量過小會使蒸汽從塔頂噴出，過大塔板上泡沫層不均，溫度變低。
3、當塔板上泡沫層正常各泡沫層高度大體相等，且各點溫度基本保持穩定、操作穩定持續一段時間（20分鍾以上）後即可開始取樣。
4、由塔頂取樣管和釜底取樣考克用燒瓶接取試樣（150mι左右）取樣前應取少許試樣沖洗燒瓶，取樣後用塞子塞好，並用水沖瓶外部，使其冷卻到常溫。
5、將常溫試樣用比重天平稱出相對密度，然後用相對密度與質量百分數對照表查出質量百分數。
6、可加大加熱電流（5安培左右）觀察到液泛現象，此時塔內壓力明顯增加，觀察後，將加熱電流緩慢減到零，關閉電源開關。
（二）部分迴流時操作方法
1、配製4～5％（體積）灑精水溶液，注入蒸餾釜（或由供料泵注入）至液位計上的標記為止。
2、在供料槽中配製15～20％（體積）灑精水溶液。
3、通電啟動加熱釜液，先可將可調變壓器達到額定電壓，開冷卻水，觀察塔各部情況。
4、進行全迴流操作，控制蒸發量「靈敏板」溫度應在80℃左右。
5、開加料泵，控制流量（需經幾度調節才能適宜流量）
6、為了首先滿足迴流要求、故在迴流分配器中的產品管（φ8）管口高於迴流管的管口，應調小迴流量（過一段時間即可餾出產品）進行部分迴流並控制一定回比，使產品達到 要求的濃度94～95％（體積）
7、控制釜底排料量，使釜液面保持不變。
8、控制好冷卻水用量(即塔頂冷凝器冷流體)便塔頂蒸汽基本處於全凝狀態。
9、操作均達到穩定後，進行樣品採集，可按進料、塔釜、塔頂、順序採集。並記錄進料迴流、餾出各流量及溫度等有關數據。
10、將樣品降到常溫後，在教師指導下用液體比重天平測定相對密度，再用對照關系曲線，查出質量百分數。
11、可加大加熱電流觀察液泛現象。
12、注意觀察操作條件不同對結果的影響。
五、數據處理
1、用作圖法確定實驗條件下理論板數，並進一步得出總板效率。
2、對結果的可靠性進行分析。

六、實驗討論題
1、在實驗中應測定哪些數據？如何測得？
2、比重天平如何使用？應注意什麼問題？
3、全迴流和部分迴流在操作上有何差異？
4、塔頂迴流液濃度在實驗過程中有否改變？
（全迴流及部分迴流兩種情況）
5、怎樣採集樣品才能合乎要求？
6、比較兩種裝置在內容和操作方面的不同？
7、在操作過程中各塔板上泡沫層狀態有何不同？各發生過怎樣的變化？為什麼？
8、塔釜內壓強由何決定？為會么會產生波動？
9、塔頂和塔底溫度和什麼條件有關？
10、精餾塔板效率都有幾種表示方法，試討論如何以板效率？
11、全迴流操作是否為穩定操作？當採集塔頂樣品時，對全迴流操作可能有何影響？
12、塔頂冷凝器內冷流體用量大小，對精餾操作有何影響？
13、如何判別部分迴流操作已達到穩定操作狀態？

2. 關於食品工程原理里的精餾塔實驗該如何設計

實驗8 篩板精餾塔實驗
一、實驗目的
1.了解篩板式精餾塔的結構流程及操作方法.
2.測取部分迴流或全迴流條件下的總板效率.
3.觀察及操作狀況.
二、實驗原理
在板式精餾塔中,混合液的蒸汽逐板上升,迴流液逐板下降,汽液兩相在塔板上接觸,實現傳質,傳熱過程而達到兩相一定程度的分離.如果在每層塔板上,液體與其上升的蒸汽到平衡狀態,則該塔板稱為理論板,然而在實際操作中、汽、液接觸時間有限,汽液兩相一般不可能達到平衡,即實際塔板的分離效果,達不到一塊理論板的作用,因此精餾塔的所需實際板數一般比理論板要多,為了表示這種差異而引入了「板效率」這一概念,板效率有多種表示方法,本實驗主要測取二元物系的總板效率Ep ：

板式塔內各層塔板的傳質效果並相同,總板效率只是反映了整個塔板的平均效率,概括地講總板效率與塔的結構,操作條件,物質性質、組成等有關是無法用計算方法得出可靠值,而在設計中需主它,因此常常通過實驗測取.實驗中實驗板數是已知的,只要測取有關數據而得到需要的理論板數即可得總板效率,本實驗可測取部分迴流和全迴流兩種情況下的板效,當測取塔頂濃度,塔底濃度進料濃度 以及迴流比 並找出進料狀態、即可通過作圖法畫出平衡線、精餾段操作線、提餾段操作線,並在平衡線與操作線之間畫梯級即可得出理論板數.如果在全迴流情況下,操作線與對角線重合,此時用作圖法求取理論板數更為簡單.
三、實驗裝置與流程
實驗裝置分兩種：
（1）用於全迴流實驗裝置
精餾塔為一小型篩板塔,蒸餾釜為卧直徑229m長3000mm內有加熱 器.塔內徑50mm共有匕塊塔板,每塊塔板上開有直徑2mm篩孔12個板間距100mm,塔體上中下各裝有一玻璃段用 以觀察塔內的操作情況.塔頂裝有蛇管式冷凝器蛇管為φ10×1紫銅管長3．25m,以水作冷凝劑,無提餾段,塔傍設有儀表控制台,採用1kw調壓變壓器控制釜內電加熱器.在儀表控制台上設有溫度指示表.壓強表、流量計以及有關的操作控制等內容.
（2）用於部分迴流實驗裝置
裝置由塔、供料系統、產品貯槽和儀表控制櫃等部份組成.蒸餾釜為φ250×340×3mm不銹鋼罐體,內設有2支1kw電熱器,其中一支恆加熱,另一支用可調變壓器控制.控制電源,電壓以及有關溫,壓力等內容均有相應儀表指示,
塔身採用φ57×3.5mm不銹鋼管製成,設有二個加料口,共十五段塔節,法蘭連接,塔 身主要參數有塔板十五塊,板厚1mm不銹鋼板,孔徑2mm,每板21孔三形排列,板間距100mm,溢流管為φ14×2不銹鋼管堰高10mm.
在塔頂和靈敏板塔段中裝有WEG—001微型銅阻感溫計各一支由儀表櫃上的XCE—102溫度指示儀顯示,以監測相組成變化.
塔頂上裝有不銹鋼蛇管冷凝器,蛇管為φ14×2長250mm以水作冷凝劑以LZB10型轉子流量計計量,冷凝器裝有排氣旋塞.
產品貯槽上方設有觀測罩,用於檢測產品.
迴流量、產品量及供料量分別由轉子流量計計量.料液從料液槽用液下泵輸送.釜液進料液和餾出液分別可由采出取樣,此外在塔身上、中、下三部分各在二塊上設有取樣口,只要用針筒穿取樣口中的硅膠板即可取樣品,因此本裝置不但可以進精餾操作性能的訓練和塔沖總效率的測定,而且還可以進行全迴流下單板效率的測定.
四、實驗方法
（一）全迴流操作實驗方法
1、熟悉了解裝置,檢查加熱釜中料液量是否適當,釜中液面必須浸沒電加熱器(為液面計高1/2以上,約5升0釜內料液組成乙醇10－25％(重量)左右的水溶液.
2、打開電源和加熱器開關,控制加熱功率在700W左右,打開冷卻水,注意觀察塔頂、塔釜情況,當上升蒸汽開始迴流時此時塔頂冷凝器內冷卻水流量應控制好使蒸汽基本處於全凝狀況（50－100升/小時范圍）若流量過小會使蒸汽從塔頂噴出,過大塔板上泡沫層不均,溫度變低.
3、當塔板上泡沫層正常各泡沫層高度大體相等,且各點溫度基本保持穩定、操作穩定持續一段時間（20分鍾以上）後即可開始取樣.
4、由塔頂取樣管和釜底取樣考克用燒瓶接取試樣（150mι左右）取樣前應取少許試樣沖洗燒瓶,取樣後用塞子塞好,並用水沖瓶外部,使其冷卻到常溫.
5、將常溫試樣用比重天平稱出相對密度,然後用相對密度與質量百分數對照表查出質量百分數.
6、可加大加熱電流（5安培左右）觀察到液泛現象,此時塔內壓力明顯增加,觀察後,將加熱電流緩慢減到零,關閉電源開關.
（二）部分迴流時操作方法
1、配製4～5％（體積）灑精水溶液,注入蒸餾釜（或由供料泵注入）至液位計上的標記為止.
2、在供料槽中配製15～20％（體積）灑精水溶液.
3、通電啟動加熱釜液,先可將可調變壓器達到額定電壓,開冷卻水,觀察塔各部情況.
4、進行全迴流操作,控制蒸發量「靈敏板」溫度應在80℃左右.
5、開加料泵,控制流量（需經幾度調節才能適宜流量）
6、為了首先滿足迴流要求、故在迴流分配器中的產品管（φ8）管口高於迴流管的管口,應調小迴流量（過一段時間即可餾出產品）進行部分迴流並控制一定回比,使產品達到 要求的濃度94～95％（體積）
7、控制釜底排料量,使釜液面保持不變.
8、控制好冷卻水用量(即塔頂冷凝器冷流體)便塔頂蒸汽基本處於全凝狀態.
9、操作均達到穩定後,進行樣品採集,可按進料、塔釜、塔頂、順序採集.並記錄進料迴流、餾出各流量及溫度等有關數據.
10、將樣品降到常溫後,在教師指導下用液體比重天平測定相對密度,再用對照關系曲線,查出質量百分數.
11、可加大加熱電流觀察液泛現象.
12、注意觀察操作條件不同對結果的影響.
五、數據處理
1、用作圖法確定實驗條件下理論板數,並進一步得出總板效率.
2、對結果的可靠性進行分析.

六、實驗討論題
1、在實驗中應測定哪些數據?如何測得?
2、比重天平如何使用?應注意什麼問題?
3、全迴流和部分迴流在操作上有何差異?
4、塔頂迴流液濃度在實驗過程中有否改變?
（全迴流及部分迴流兩種情況）
5、怎樣採集樣品才能合乎要求?
6、比較兩種裝置在內容和操作方面的不同?
7、在操作過程中各塔板上泡沫層狀態有何不同?各發生過怎樣的變化?為什麼?
8、塔釜內壓強由何決定?為會么會產生波動?
9、塔頂和塔底溫度和什麼條件有關?
10、精餾塔板效率都有幾種表示方法,試討論如何以板效率?
11、全迴流操作是否為穩定操作?當採集塔頂樣品時,對全迴流操作可能有何影響?
12、塔頂冷凝器內冷流體用量大小,對精餾操作有何影響?
13、如何判別部分迴流操作已達到穩定操作狀態?

3. 太陽能海水淡化技術的發展現狀

中國對太陽能海水淡化技術的研究也有較好的基礎，在這方面做過較多工作的有中國科學院廣州能源研究所和中國科學技術大學等。還在上世紀 80年代初，廣州能源研究所即開展了太陽能海水淡化技術的研究，完成了空氣飽和式太陽能蒸餾器的試驗研究，並於1982年左右在我國嵊泗島建造廠一個具有數百平方米太陽能採光面積的大規模的海水淡化裝置，成為我國第一個實用的太陽能蒸餾系統。接著，中國科學技術大學也進行了一系列的太陽能蒸餾器的研究，並在理論上進行了探討。對海水濃度、海水中添加染料及裝置的幾何尺寸等因素對海水蒸發量的影響進行了實驗，給出了有益的結果。
進入上世紀90年代後，天津大學、西北工業大學、西安交通大學等單位也加入到了太陽能海水淡化技術研究的行列，提出了一系列新穎的太陽能海水淡化裝置的實驗機型，並對這些機型進行了理論和實驗研究。比較有代表意義的有西北工業大學提出的「新型，高效太陽能海水淡化裝置」；天津大學提出的「回收潛熱的太陽能蒸餾器」；中國科學技術大學提出的「降膜蒸發氣流吸附太陽能蒸餾器」等等，使太陽能海水淡化技術有了較大進步。
進入本世紀之後，太陽能海水淡化技術進一步成熟。其中西安交通大學、北京理工大學等提出了 「橫管降膜蒸發多效回熱的太陽能海水淡化系統」，試制出了多個原理樣機，並對樣機進行實驗測試和理論研究。清華大學等單位在借鑒國外先進經驗的基礎上，對多級閃蒸技術在太陽能海水淡化領域的應用進行了探索，試制出了樣機，並在我國的秦皇島市建立了主要由太陽能驅動的實際運行系統，取得有益的經驗。
中國太陽能海水淡化技術的研究，走過了近 25年的歷史，取得了可喜的成績。綜觀整個研究過程，基本可分為3個階段。第一階段在上世紀整個 80年代至90年代初期。這個階段是中國太陽能海水淡化技術研究的起步階段．也是中國太陽能熱利用研究的起步階段。那時，包括太陽能蒸餾器在內的許多太陽能應用技術，如太陽能乾燥器、太陽能熱水器、太陽能集熱器、太陽房以及太陽能聚光器等都吸引了許多科學家進行研究。但由於是起步階段，所以整個研究都處於較低的水平上，如對太陽能海水淡化技術的研究，基本都集中在單級盤式太陽能蒸餾器上。上面的討論已經指出，這種蒸餾器具有取材方便、結構簡單、無動力部件、建造和維修便利以及可以長期無故障運行等優勢，因而受到廣大用戶的青睞。但這種裝置由於其內部海水容量大，因而升溫緩慢，致使海水蒸發動力不足，加之整個蒸餾過程中未能回收蒸汽的凝結潛熱，所以一般系統的效率都不高， 約在35% 以下。在晴好天氣下。每平方米採光面積的產淡水量在3．5—4．Okg 左右。
第二階段在上世紀90年代初到90年代末。此階段上，許多研究者逐步認識到了盤式太陽能蒸餾器的缺陷。在設法減少裝置中海水的容量方面，採取了梯級送水、濕布芯送水以及在海水表層加海綿等方式，大大減小了裝置中的海水存量，使裝置中待蒸發的海水溫度得到進一步提高，也使裝置更快地有淡水產出，延長了產水時間，提高了裝置的產水效率。在回收水蒸汽的凝結潛熱方面，實驗了多級迭盤式太陽能蒸餾器以及其他回收水蒸汽潛熱的太陽能蒸餾器。採取這些措施之後，裝置的總效率提高到了約50% 。
上世紀90年代末至現在，對太陽能海水淡化技術的研究進入到了第三個階段。在總結和分析了第二階段的研究成果後，人們發現：盡管採取了許多被動強化傳熱傳質措施，如減小裝置中海水的容量、多次回收蒸汽的凝結潛熱等，仍不能滿足用戶的要求，即太陽能蒸餾器的經濟性仍然不夠理想。分析發現，裝置內自然對流的傳熱傳質模式是限制裝置產水率提高的主要因素。於是研究者紛紛選擇了對主動式(加有動力，如水泵或風機等)的太陽能蒸餾器的研究。此期間出現了氣流吸附式、多級降膜多效回熱式、多級閃蒸式等許多新穎的太陽能海水淡化裝置，裝置的總效率也有了較大提高，達到 ·80% 左右(包括電能的消耗)。