填料塔分别效率的测定
试验目的
填料塔是生产中广泛使用的一种塔型，在进展设备设计时，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别要求，等板高度HETP则与塔的构造，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外表张力上的差异，沿着气液界面形成了外表张力梯度。外表张力梯度不仅能引起外表的猛烈运动，而且还可导致外表的集中或收缩。这对填料外表液膜的稳定或破坏以及传质速率都有亲热关系，从而影响分别效果。
本试验主要有两个目的。
(1)了解系统外表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。
试验原理
依据热力学分析，为使喷淋液能很好地润湿填料外表，在选择填料的材质时，要使固体的外表张力σ大于液体的外表张力σ。然而有时虽已满足上述热力
sv Lv
学条件，但液膜仍会裂开形成沟流，这是由于混合液中低沸组分与高沸组分外表张力不同，随着塔内传质传热的进展，形成外表张力梯度，造成填料外表液膜的裂开，从而影响分别效果。依据系统中组分外表张力的大小，可将二元精馏系统分为以下三类。
正系统:低沸组分的外表张力叫较低，即σσ
1
的外表张力σ 值渐渐增大。
Lv
当回流液下降时，液体
h。
负系统;与正系统相反，低沸组分的外表张力σ 较高，即σ＞σ 。因
1 1 h
而回流液下降过程中外表张力σ 渐渐减小。
Lv
中性系统:系统申低沸组分的外表张力与高沸组分的外表张力相近，即σ
1
≈σ，或两组分的挥发度差异甚小，使得回流液的外表张力值并不随着塔中的
h
位置有多大变化。
在精馏操作中，由于传质与传热的结果，导致液膜外表不同区域的浓度或温
１
度不均匀，使外表张力发生局部变化，形成外表张力梯度，从而引起外表层内液体的运动，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裂开，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。假设液膜不稳定，液膜裂开形成沟流，使相际接触面积削减。由于液膜不均匀，传质也不均匀，液膜较薄的局部轻组分传出较多，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)，由于轻组分的外表张力小于重组分，液膜薄处的外表张力较大，而液膜较厚处的外表张力比较薄处小，外表张力差推动液体从较厚处流向较薄处，这样液膜修复，变得稳定。对于负系统，则状况相反，在液膜较薄处外表张力比液膜较厚处小，外表张力差使液体从较薄处流向较厚处，这样液膜被撕裂形成沟流。试验证明，正、负系统在填料塔中具有不同的传质效率，负系统的等板高度〔HETP〕可比正系统大一倍甚至一倍以上。
本试验使用的精馏系统为具有最高共沸点的甲酸-水系统。试剂级的甲酸质量分数为85%左右。在使用同一系统进展正系统和负系统试验时，必需将其浓度配制在正系统与负系统的范围内。甲酸-水系统的共沸组成
为:x=0.435，而85%(质量分数)甲酸的水溶液
H2O
中水的摩尔分数为0.3048，落在共沸点的左边，为正系统范围，水-甲酸系统的x-y图如图2-30所示。
２
其汽液平衡数据如下:
预习与思考
何谓正系统、负系统?正负系统对填料塔的效率有何影响?
从工程角度动身，争论争论正、负系统对填料塔效率的影响有何意义?(3)本试验通过怎样的方法，得出负系统的等板高度(HETP)大于正
系统的HETP?
设计一个试验方案，包括如何做正系统与负系统的试验，如何配制溶液(假定含85%(质量分数)甲酸的水溶液5OOmL,约610g)o
为什么水-甲酸系统的x-y图中，共沸点的左边为正系统，右边为负系统?(6)估量一下正、负系统范围内塔顶、塔釜的浓度。
(7)操作中要留意哪些问题?(8)设计记录试验数据的表格。
(9)提出分析样品甲酸含量的方案。
试验装且及流程
本试验所用的玻璃填料塔内径为3lmm，填料层高度为54Omm，内装;4mm*4mm*1mm磁拉西环填料，整个塔体承受导电透亮薄膜进展保温。蒸馏釜为10OOmL圆底烧瓶，用功率350W的电热碗加热。塔顶装有冷凝器，在填料层的上、下两端各有一个取样装置，其上有温度计套管可插温度计(或铜电阻)测温。塔釜加热量用可控硅调压器调整，塔身保温局部亦用可控硅电压调整器对保温电流大小进展调整，试验装置如图2-31所示。
３
E 试验步骤及方法
试验分别在正系统与负系统的范围下进展，其步骤如下。
正系统:取85%(质量分数)的甲酸-水溶液，