化工原理精馏实验教学方法的探讨
发布时间:2017-09-20 点击次数:次
通过化工原理实验教学不仅要使学生加深对化工原理基础理论的理解及强化动手能力,还要通过实验让学生掌握实际工程问题的研究方法,提高解决实际工程问题的能力。化工类专业的学生走上工作岗位以后,接触最多的是化工单元过程的操作。但由于实际生产过程的限制,工作过程所能够提供的实际操作训练的机会不多,特别是处理不正常现象的机会更少。因此,应该充分利用化工原理实验来培养和提高学生分析、处理、解决实际工程问题的能力。
精馏实验中可变因素很多,学生在实际操作精馏塔时遇到的问题也相对较多,这看似不利的方面其实对培养和提高学生的动手能力及分析、处理、解决实际工程问题的能力大有好处。下面就如何实现精馏实验的目的进行了一些探讨。
1、以渐变方式调整实验参数
精馏塔操作时要首先在塔内建立起稳定的浓度分布和温度分布,所以精馏操作开始时都是采用全回流操作,尽快建立起稳定的浓度分布和温度分布。但全回流操作得不到产品,所以全回流达到稳定以后应该进行部分回流操作,连续进料和出料。在调整进料量和出料量时要注意采取渐变方式,逐渐增大进料量,逐渐减小回流比,同时逐渐增大塔顶及塔釜的产品流量,让全塔的浓度分布和温度分布逐渐变化,从而使精馏塔尽快重新达到稳定,否则精馏塔需要更长时间才能重新达到稳定。同样在改变操作条件及调节其他参数如塔釜加热功率时也应该采取渐变方式。学生在操作过程中往往急于求成,想一步到位,结果是适得其反,所以要提醒学生要用渐变方式调整实验参数。
2、注意维持精馏塔的物料平衡
在连续操作的精馏塔中,不管是总物料还是其中的任一组分,进料与出料之间都应该满足物料平衡。如总进料量大于总出料量,会引起淹塔,反之会引起塔釜干料。为了加深学生的印象,教师可以适度地进行一些人为的误操作( 如只加大进料量) ,让学生观察淹塔现象,更重要的是可以指导生遇到这种情况如何紧急处理。要维持总物料平衡,只要注意观察塔釜液位基本维持不变就可以了。
在满足总物料平衡的基础上,更重要的是要注意维持其中任一组分的物料平衡。此时只能观察塔内温度( 特别是灵敏板温度) 来判断。当总物料保持平衡但轻组分进塔量大于出塔量时,塔内轻组分逐渐累积,此时的外观表现是: 塔釜液位基本维持不变,但塔内温度逐渐降低; 反之,当塔内温度逐渐升高时,就应该是塔内重组分逐渐累积。由于精馏时塔顶和塔底温度随组成变化幅度不太敏感,所以应当主要观察灵敏板温度的变化来判断塔内是否实现了轻( 重) 组分的物料平衡。在进料流量和组成保持不变的情况下,应当通过改变塔顶和塔底的流量来维持塔内任一组分的物料平衡。在实验中,教师可以人为的造成轻( 重) 组分的不平衡,让学生判断是什么原因引起的,该如何调节,以锻炼学生的动手能力和解决实际问题的能力。
3、注意维持正常的汽液负荷
要维持板式精馏塔操作正常及保持较高的塔板效率,就必须把塔内的汽液负荷限制在一定的范围以内,否则可能会出现漏液、液沫夹带、液泛等不正常现象,使塔板效率降低甚至使操作无法进行。在物料平衡以后,精馏实验中主要通过调节塔釜加热功率来调节塔内汽液相负荷。通过观察塔釜压力表读数或塔身视窗来判断塔内操作是否正常,如出现不正常的操作现象,则要及时调整塔釜加热功率。在实验中,教师可以利用实验室的有利条件人为制造液泛、漏液等不正常现象,并指导学生自己判断是什么原因造成的以及怎么进行调整,从而使学生对这些异常现象有更直观的认识。
4、注意回流比调节的方法
精馏塔操作时,如果塔顶、塔底产品浓度达不到规定的要求,一般通过增大回流比来实现。但在物料平衡以后,回流比的增大并不是通过单纯减小塔顶产品流量来实现的,此时为了维持总物料平衡,还要相应地增大塔底产品流量,并重新建立总物料平衡及各组分的物料平衡。在物料平衡以后,另外一种增大回流比的方法是增大上升蒸汽量,此时可以在塔顶及塔底产品流量基本不变的情况下,同时增大塔顶产品浓度和降低塔釜产品浓度。另外应注意,在回流比增大时塔内汽液相流量也相应会增大,此时又要避免塔内汽液负荷超过允许范围。
5、注意冷液回流的温度对精馏过程的影响
理论教学时一般都会详细讨论到五种不同的进料状况对精馏过程的影响,所以实验教学中学生对进料温度对精馏过程的影响都理解得比较深。但为简便起见,理论教学时一般都是假定塔顶回流是泡点回流,而在实际精馏设备中为使塔顶蒸汽能够全部冷凝,塔顶冷凝水流量都比较大,从而使塔顶回流都是冷液回流。由于低于泡点的冷液回流到精馏塔内后其温度会升高到泡点,而塔内汽液相又都是饱和的,所以使冷液温度升高到泡点所需的热量只能来源于塔内蒸汽的冷凝,从而使塔内回流液流量增大,形成内回流增量,使实际回流比比由流量计读数计算得到的回流比大。此时就必须要根据热交换的原理来计算出内回流增量,从而得到实际回流比。
6、注意精馏实验与其他单元操作的联系
在精馏实验中,除涉及精馏这个单元操作以外,还与其他单元操作密切相关,如塔釜再沸器和塔顶冷凝器中进行的是传热过程,管道中进行的是流体输送过程,塔中两块塔板之间汽液相除进行传质以外也还有流体流动和沉降过程等。
为了提高学生综合运用所学知识的能力,教师可以在精馏实验教学中提一些涉及其他单元操作的问题,让学生在实验时思考。如为什么精馏塔塔顶出料口与塔内最上面一块塔板之间要留一段较大的距离; 板间距大和小各有什么优缺点;冷凝器为什么要用水做冷却剂,冷凝水流量大和小对精馏结果有什么影响,能不能选用空气作为冷凝剂; 用泵进料和用高位槽进料各有什么优缺点; 流量计怎么校正等等。从而使学生在实验中达到精馏实验基本目的的基础上能进一步提高综合运用知识的能力,能够加强经济观点等。
7、结论
总之,我们在实验教学中不仅要让学生通过实验验证所学的理论知识,掌握实验操作的基本方法,而且还要发挥实验装置的优势,注意让学生观察和解决实验中出现的问题。
尤其是要通过人为设定的一些“误操作”让学生掌握不正常现象的处理方法,并在单个实验中注意加强与其他单元操作的联系,进一步培养学生的综合能力。
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1、以渐变方式调整实验参数
精馏塔操作时要首先在塔内建立起稳定的浓度分布和温度分布,所以精馏操作开始时都是采用全回流操作,尽快建立起稳定的浓度分布和温度分布。但全回流操作得不到产品,所以全回流达到稳定以后应该进行部分回流操作,连续进料和出料。在调整进料量和出料量时要注意采取渐变方式,逐渐增大进料量,逐渐减小回流比,同时逐渐增大塔顶及塔釜的产品流量,让全塔的浓度分布和温度分布逐渐变化,从而使精馏塔尽快重新达到稳定,否则精馏塔需要更长时间才能重新达到稳定。同样在改变操作条件及调节其他参数如塔釜加热功率时也应该采取渐变方式。学生在操作过程中往往急于求成,想一步到位,结果是适得其反,所以要提醒学生要用渐变方式调整实验参数。
2、注意维持精馏塔的物料平衡
在连续操作的精馏塔中,不管是总物料还是其中的任一组分,进料与出料之间都应该满足物料平衡。如总进料量大于总出料量,会引起淹塔,反之会引起塔釜干料。为了加深学生的印象,教师可以适度地进行一些人为的误操作( 如只加大进料量) ,让学生观察淹塔现象,更重要的是可以指导生遇到这种情况如何紧急处理。要维持总物料平衡,只要注意观察塔釜液位基本维持不变就可以了。
在满足总物料平衡的基础上,更重要的是要注意维持其中任一组分的物料平衡。此时只能观察塔内温度( 特别是灵敏板温度) 来判断。当总物料保持平衡但轻组分进塔量大于出塔量时,塔内轻组分逐渐累积,此时的外观表现是: 塔釜液位基本维持不变,但塔内温度逐渐降低; 反之,当塔内温度逐渐升高时,就应该是塔内重组分逐渐累积。由于精馏时塔顶和塔底温度随组成变化幅度不太敏感,所以应当主要观察灵敏板温度的变化来判断塔内是否实现了轻( 重) 组分的物料平衡。在进料流量和组成保持不变的情况下,应当通过改变塔顶和塔底的流量来维持塔内任一组分的物料平衡。在实验中,教师可以人为的造成轻( 重) 组分的不平衡,让学生判断是什么原因引起的,该如何调节,以锻炼学生的动手能力和解决实际问题的能力。
3、注意维持正常的汽液负荷
要维持板式精馏塔操作正常及保持较高的塔板效率,就必须把塔内的汽液负荷限制在一定的范围以内,否则可能会出现漏液、液沫夹带、液泛等不正常现象,使塔板效率降低甚至使操作无法进行。在物料平衡以后,精馏实验中主要通过调节塔釜加热功率来调节塔内汽液相负荷。通过观察塔釜压力表读数或塔身视窗来判断塔内操作是否正常,如出现不正常的操作现象,则要及时调整塔釜加热功率。在实验中,教师可以利用实验室的有利条件人为制造液泛、漏液等不正常现象,并指导学生自己判断是什么原因造成的以及怎么进行调整,从而使学生对这些异常现象有更直观的认识。
4、注意回流比调节的方法
精馏塔操作时,如果塔顶、塔底产品浓度达不到规定的要求,一般通过增大回流比来实现。但在物料平衡以后,回流比的增大并不是通过单纯减小塔顶产品流量来实现的,此时为了维持总物料平衡,还要相应地增大塔底产品流量,并重新建立总物料平衡及各组分的物料平衡。在物料平衡以后,另外一种增大回流比的方法是增大上升蒸汽量,此时可以在塔顶及塔底产品流量基本不变的情况下,同时增大塔顶产品浓度和降低塔釜产品浓度。另外应注意,在回流比增大时塔内汽液相流量也相应会增大,此时又要避免塔内汽液负荷超过允许范围。
5、注意冷液回流的温度对精馏过程的影响
理论教学时一般都会详细讨论到五种不同的进料状况对精馏过程的影响,所以实验教学中学生对进料温度对精馏过程的影响都理解得比较深。但为简便起见,理论教学时一般都是假定塔顶回流是泡点回流,而在实际精馏设备中为使塔顶蒸汽能够全部冷凝,塔顶冷凝水流量都比较大,从而使塔顶回流都是冷液回流。由于低于泡点的冷液回流到精馏塔内后其温度会升高到泡点,而塔内汽液相又都是饱和的,所以使冷液温度升高到泡点所需的热量只能来源于塔内蒸汽的冷凝,从而使塔内回流液流量增大,形成内回流增量,使实际回流比比由流量计读数计算得到的回流比大。此时就必须要根据热交换的原理来计算出内回流增量,从而得到实际回流比。
6、注意精馏实验与其他单元操作的联系
在精馏实验中,除涉及精馏这个单元操作以外,还与其他单元操作密切相关,如塔釜再沸器和塔顶冷凝器中进行的是传热过程,管道中进行的是流体输送过程,塔中两块塔板之间汽液相除进行传质以外也还有流体流动和沉降过程等。
为了提高学生综合运用所学知识的能力,教师可以在精馏实验教学中提一些涉及其他单元操作的问题,让学生在实验时思考。如为什么精馏塔塔顶出料口与塔内最上面一块塔板之间要留一段较大的距离; 板间距大和小各有什么优缺点;冷凝器为什么要用水做冷却剂,冷凝水流量大和小对精馏结果有什么影响,能不能选用空气作为冷凝剂; 用泵进料和用高位槽进料各有什么优缺点; 流量计怎么校正等等。从而使学生在实验中达到精馏实验基本目的的基础上能进一步提高综合运用知识的能力,能够加强经济观点等。
7、结论
总之,我们在实验教学中不仅要让学生通过实验验证所学的理论知识,掌握实验操作的基本方法,而且还要发挥实验装置的优势,注意让学生观察和解决实验中出现的问题。
尤其是要通过人为设定的一些“误操作”让学生掌握不正常现象的处理方法,并在单个实验中注意加强与其他单元操作的联系,进一步培养学生的综合能力。
您只要致电:021-60641703 021-60766769 (0)15216837090(张经理)
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