专利名称：一种精馏实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种实验装置，特别涉及一种精馏实验装置。
背景技术：
在我国的化工及相关专业的教学科研中，鉴于通过做实验可以更好地掌 握化学相关知识，人们越来越强调实际动手做实验的能力，从而使得化学实 验装置具有广泛的市场需求。
当前，对精馏过程的研究是石油、化工、能源和自控等多个学科专业的 重要基础，而精馏实验实训设备，则是进行各项理论教学、科研探索和放大 试验的主要载体。在化学精馏实验领域，包含有例如萃取精馏、恒沸精馏、 反应精馏等多种实验类型， 一般情况下，人们所采取的实验装置是针对特定 的实验类型进行设计的， 一种实验装置只可以进行一种或两种特定的实验， 功能单一，因此，用户如果需要进行多种化学精馏实验，需要在不同的装置 上进行，这些不同装置的频繁更换，给实验人员带来很大的不便，并且大批 实验装置的购买增加了用户的经济支出，影响到化学实验的普及。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种精馏实验装置， 在一个装置上可以进行多个工艺实验，克服了现有精馏实验设备功能单一的 缺点，给人们带来极大的便利。
为此，本实用新型提供了一种精馏实验装置，包括塔顶换热器、进料 换热器、塔釜换热器、第一观察视镜容器、第二观察视镜容器、主进料加热 器、副进料加热器、回流液加热器、塔身、主进料泵、副进料泵、回流液计 量泵、塔顶产品出料泵、塔釜产品出料泵、主原料罐、副原料罐、塔釜产品罐、塔顶产品罐；
所述主原料罐的上端部与主进料加热器的下端部连通，所述主原料罐的
下端部与主进料泵的下端部连通；
所述主进料加热器的上端部通与塔身的高位进料口 、低位进料口相连通； 所述塔身的顶部与塔顶换热器连通；
所述副进料加热器的上端部与塔身的高位进料口对应位置相连通； 所述副进料加热器的下端部与副原料罐相连，并与进料换热器相连； 所述进料换热器的右端与副进料泵连通；
所述塔釜换热器的左端与进料换热器的左端相连通，且和塔身的底部相 连通，在其右端与塔釜产品出料泵相连通；
所述塔釜产品出料泵的上端部与塔釜产品罐的上端部和塔身的底部相连
通；
所述;荅顶换热器的左端部与:t荅身的顶部相连通，其右端部通过空心管与 第二观察视镜容器相连通，并且其右端部还与塔釜换热器的左端部相连； 所述第二观察视镜容器的下端部与回流液计量泵、塔顶产品出料泵相连
通；
所述回流液计量泵的上端部与回流液加热器的底部连通，所述:t荅顶产品 出料泵的上端部与塔顶产品罐相连接；
所述副进料泵与副原料罐通过空心管连通。
其中，在所述塔身的顶部与底部之间连接有差压计。
其中，所述差压计为U型差压计。
其中，所述塔釜换热器的右端连接有带有冷却水进水口的空心管。 其中，所述带有冷却水进水口的空心管上安装有冷却水进口流量计。 其中，所述主原料罐的上端部与下端部各连接有一个排空阀。 其中，所述塔顶换热器右端部通过安装有一玻璃转子流量计的空心管与
塔釜换热器的右端部相连。
其中，所述回流液计量泵、塔顶产品出料泵、塔釜产品出料泵的上端部
连接一计量泵緩冲器后与其他器件相连。
其中，第二观察^L镜容器的上端部还连接有一个水射泵，通过所述水射泵与所述塔釜换热器右端和进料换热器的右端连接。
其中，主进料泵、副进料泵、回流液计量泵、塔顶产品出料泵、塔釜产 品出料泵均为高精度计量泵。
与现有技术相比，本实用新型提供的一种精馏实验装置，包含进行九种 实验所必需的组成部件，当用户需要进行九种实验中的某一特定实验时，通 过该装置中的各个球阀或其他阀门来控制进行该特定实验所需要的组成部件 处于连通状态，从而使用户可以进行特定实验，进而本实用新型可以进行多 达九种精馏实验。
以下结合附图详细描述本实用新型的实施方式
图1为本实用新型提供的一种精馏实验装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方法对本实用新型提供的具体技术方案作详细 说明。
精馏是一种利用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法。本实用新型 提供了一种精馏实验装置，可以进行多种(多达九种)精馏实验。图l是本 实用新型提供的精馏实验装置的结构图。
如图所示，本实用新型提供的精馏实验装置包括
塔顶换热器l、进料换热器2、塔釜换热器3、 U型差压计4，第一观察 视镜容器51、第二观察视镜容器52、第一滑轮61、第二球阀62、第三球阀 63、第四球阀64、第五球阀65、第六球阀66、第七球阀67、第八球阀68、 第九球阀69、第十球阀60、主进料加热器7、副进料加热器8、回流液加热 器9、塔身10、主进料泵ll,、副进料泵12、回流液计量泵13、塔顶产品出 料泵14、塔釜产品出料泵15、冷却水进口流量计16、主原料罐17、副原料 罐18、塔釜产品罐19、塔顶产品罐20、排空岡21、玻璃转子流量计22、计 量泵緩冲器23、水射泵24。
上述组件都安装在框架25上，所述框架25底部安装有第一滑轮61。所
6述塔身10可以由填料层段C1、 C2、 C3—起组成，具体连接上，三个填料层 段可以通过快接法兰来进行方便快捷地安装固定。
其中，所述第一观察视镜容器51、第二观察视镜容器52为带有观察视 镜的容器，用于接收塔顶换热器1输出的冷凝液。
主原料罐17的上端部与主进料加热器7的下端部通过一条空心管相连 通，在主原料罐17与主进料加热器7之间的空心管上设置有一球阀，该球阀 用于控制主原料罐17的上端部与主进料加热器7之间空心管的关闭或连通。
主原料罐17的下端部通过主进料泵11与主进料加热器7的下端部相连。
主原料罐17的上端部与下端部各连接有一个排空阀21，所述排空阀分 别用于主进料泵11向主原料罐17的回流，和向外界排空料液；
主进料加热器7的上端部通过安装有第二球阀62的空心管与塔身10的 低位进料口 10b相连通，并且通过第三球阀门63与塔身IO的高位进料口 10a 相连通；
塔身10的顶部与塔顶换热器1相连通；
副进料加热器8的上端部通过第四球阀64与塔身10的高位进料口 10a 对应位置相连通；
副进料加热器8的下端部一侧通过安装有第五球阀65、第六球阀66的 空心管与副原料罐18相连，并通过安装有第八球阀68的空心管与进料换热 器2相连；
所述进料换热器2的左端通过第8球阀68与副进料加热器8的下端部相 连，且通过空心管与塔釜换热器3直接连通，所述进料换热器2的右端与副 进料泵12通过空心管连通，且在其右端还具有一^f艮带有冷却水进水口 2a的 空心管；
所述塔釜换热器3的左端与进料换热器2的左端相连，且在其左端还具 有一根安装有一球阀的空心管和塔身10的底部相连通，在其右端通过空心管 与塔釜产品出料泵15相连通，且在右端还具有一根带有冷却水进水口 3a的 空心管，为了统计输入的冷却水的流量，该冷却水输入空心管上还可以安装 有冷却水进口流量计16。
所述塔釜产品出料泵15的上端部连接有一计量泵緩冲器23,并通过安装有一球阀的空心管与塔釜产品罐19的上端部相连，此外，还通过另外一根
安装有一球阀的空心管与塔身IO的底部相连通；
所述塔顶换热器1的左端部与塔身10的顶部相连通，其右端部通过空心 管与第二观察视镜容器52相连通，并且其右端部还通过安装有一玻璃转子流 量计22的空心管与塔釜换热器3的右端部相连；
所述第二观察视镜容器52的上端部与回流液计量泵13、塔顶产品出料 泵14相连通，此外，第二观察视镜容器52的上端部还通过水射泵24与所述 塔釜换热器3右端和进料换热器2的右端连接，回流液计量泵13与塔顶产品 出料泵14通过安装有第九球阀69、第十球阀60的空心管相连。
需要说明的是，第二观察视镜容器52的上端部通过PU管与水射泵24 相连。
回流液加热器9的底部通过一根安装有一球阀和一计量泵緩冲器23的空 心管与回流液计量泵13的上端部相连通，其在该空心管上还具有一回流温度 计，用于观察回流液的温度；回流液加热器9的顶部与塔身10的顶部相连通。
所述塔顶产品出料泵14的上端部通过一根安装有计量泵緩冲器23的空 心管与塔顶产品罐20相连接。
副进料泵12与副原料罐18通过空心管连通，并在连通的空心管上具有 第7球阀67。
为了方便用户观察塔身10内部的气体加热情况，本实用新型还在塔身 10上安装有第一观察^L镜容器51。
此外，为了方便安装，所述塔身IO可以分为三段组件后通过法兰实现快 速连接。
塔身IO的底部连接有两个排空阀21，用于塔身10内料液的排空。 为了测量塔身10内部的压力，在塔身IO的顶部和底部之间连接有U型 差压计4。
本实用新型附图中，在所标T部位可以采用Ptl00铂热电阻来实时检测 实验的温度，从而实现对各个实验的温度的准确监控。
基于本实用新型提供的精馏实验装置，下面对在该装置上所进行的9个 工艺实验流程进行介绍(1)普通精馏实验
添加适量原料到主原料罐17中，由主进料泵11抽送到主进料加热器7 中加热。关闭第二球阀62,打开第三球阀63,再通过塔身IO加热，同时打开 循环冷却水进口流量计16，则冷却水即可通过塔顶换热器l将蒸汽冷凝。沸 点较低的物质首先汽化，经过塔顶换热器l换热，冷凝液流入第二观测视镜 容器52,再调节回流液计量泵13和塔顶产品出料泵14,调整回流比，使实 验装置稳定。
(2 )进料口可变精馏实验
对于精馏过程的研究中，塔身各原料进料口位置的不同对物系分离的效 果影响也各不相同，因为不同进料口造成了不同的塔内精馏段和提镏段。如 图l,第二球阀62、 63所在即为两个位置不同的进料口，分别定义为低位进 料口和高位进料口。实验时可分别由此二阀门进料，并按照相同的精馏实验 步骤，最后比较实验效果。
(3) 填料高度可变精馏实验
精馏的实验效果，特别是填料精馏，还取决于塔内填料的选型和填料层 的高度。本装置主体的精馏塔设置了多个拆卸点，且塔身外的保温层也是可 便捷剥离或包裹，通过快接法兰将塔身分成三段，例如
图1所示C1、 C2、 C3三个填料层段，则可换选各种规格的填料品种或者填充不同的高度，以进 行对比研究或展开正交实验。
(4) 侧线出料实验
精馏实验物系中的低沸点物质会积聚于塔身10的塔上部至塔顶的区间 内。实验研究时常需要获取在不同塔段出料口的物质，因为在不同位置的出 料，则物质的沸点组成也不尽相同。在本装置主体的精馏用塔爸加热器中上 部，设置了两个侧线出料口 ，分别连接塔顶换热器1和第四球阀4。
(5) 萃取精馏实验
当混合液组分间相对挥发度较小，用普通精馏将它们较完全地分开需要 很多块塔板或很高的填料层，或者混合液是恒沸物，根本无法用普通精馏将 它们分开，此时需要釆用其他特殊的精馏过程。分离这类物系较常用的方法 是恒沸精馏和萃取精馏，它们的基本原理都是在被分离的混合液中加入第三组分，以提高组分间的相对挥发度，从而用精馏方法将它们分离。恒沸精馏 和萃取精馏是根据第三组分所起的作用进行划分的。 .净皮分离的二元混合液中加入第三组分，若该组分与原溶液中A、 B两组 分的分子作用力不同，能有选择性地改变A、 B的蒸汽压，从而增大它们的 相对挥发度，或打破原恒沸体系，使精馏得以进行，这种形式的精馏称为萃 取精馏。其中所添加的第三组分称为萃取剂，它不与其他组分形成恒沸物， 且沸点很高，精馏时从塔底排出。在普通精馏过程中，从第二观察视镜容器52处添加萃取剂，由回流液计 量泵13经回流液加热器9输入到塔身10内，在内部与已精馏物系再结合， 实现萃取精馏过程。(6) 恒沸精馏实验 在被分离的二元混合液中加入第三组分，该组分能与原溶液中的一个或者两个组分形成最低恒沸物，从而形成了 "恒沸物-纯组分"的精馏体系，恒 沸物从塔顶蒸出，纯组分从塔底排除，这种形式的精馏称为恒沸精馏，其中 所添加的第三组分称为恒沸剂或者夹带剂。与萃取精馏类似，^Mv第二观察^L镜容器52处添加第三组分后，由回流液 计量泵13经回流液加热器9输入到塔身10内，在内部与已精馏物系再结合， 实现恒沸精馏过程。(7) 反应精馏实验 反应精馏是物系间边反应边精馏的单元操作类型。在本装置上，两种反应物可分别从塔身IO塔下部、塔上部进料，在塔内一定温度、压力下进行反 应生成一种新物质，再根据普通精馏的物料流程，从塔顶或塔釜获取这种新 物质。前述这两个过程是同时进行的。现假定一个简单反应A+B=C,则A 物料可贮存在主原料罐17内，经主进料泵11和主进料加热器7,选择进料 口通过第二球阀62或者第三球间63进入塔身10塔内，B物料可贮存在副原 料罐18内，经副进料泵12和副进料加热器8,从连接有第四球阀64的进料 口进入塔身10塔内，在塔身IO塔内适当温度和压力条件下，两者接触生成 新物质C。而C物料又通过精馏原理，积聚于塔顶或塔釜(根据沸点的不同)， 然后通过塔顶换热器1或进料换热器2釆出。(8) 真空精馏实验精馏需要一定的温度、压力进行，温度控制是通过塔釜的加热管电压控 制实现的，而压力控制特别是真空压力，常采用机械真空泵，该种泵噪音大、 实验成本相对较高。本装置釆用水力学原理对精馏塔做减压真空，即高速的 水流通过文丘里节流件时，会在喉径处形成真空。当上述各种类型的精馏过 程需要在真空条件下进行时，则可打开外接水源，通过冷却水进口流量计16 将整个装置抽成真空，真空度的调节则可通过外接水源水量的大小实现。(9) 列管换热器换热面积可变实验列管换热器是一种内部由多根管子和折流板组成的换热器，冷热流体分 别在管内和管外对流，从而实现换热作用。要达到一定的换热温度，取决与 换热器本身的换热面积，而本装置采用的列管换热器如塔顶换热器1、进料 换热器2、塔釜换热器3，可通过改变内部列管根数(堵住对应的列管开口 )， 从而改变换热面积，可供实验研究不同换热面积下的换热效果。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干 改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种精馏实验装置，其特征在于，包括塔顶换热器(1)、进料换热器(2)、塔釜换热器(3)、第一观察视镜容器(51)、第二观察视镜容器(52)、主进料加热器(7)、副进料加热器(8)、回流液加热器(9)、塔身(10)、主进料泵(11)、副进料泵(12)、回流液计量泵(13)、塔顶产品出料泵(14)、塔釜产品出料泵(15)、主原料罐(17)、副原料罐(18)、塔釜产品罐(19)、塔顶产品罐(20)；所述主原料罐(17)的上端部与主进料加热器(7)的下端部连通，所述主原料罐(17)的下端部与主进料泵(11)的下端部连通；所述主进料加热器(7)的上端部通与塔身(10)的高位进料口(10a)、低位进料口(10b)相连通；所述塔身(10)的顶部与塔顶换热器(1)连通；所述副进料加热器(8)的上端部与塔身(10)的高位进料口(10a)对应位置相连通；所述副进料加热器(8)的下端部与副原料罐(18)相连，并与进料换热器(2)相连；所述进料换热器(2)的右端与副进料泵(12)连通；所述塔釜换热器(3)的左端与进料换热器(2)的左端相连通，且和塔身(10)的底部相连通，在其右端与塔釜产品出料泵(15)相连通；所述塔釜产品出料泵(15)的上端部与塔釜产品罐(19)的上端部和塔身(10)的底部相连通；所述塔顶换热器(1)的左端部与塔身(10)的顶部相连通，其右端部通过空心管与第二观察视镜容器(52)相连通，并且其右端部还与塔釜换热器(3)的左端部相连；所述第二观察视镜容器(52)的下端部与回流液计量泵(13)、塔顶产品出料泵(14)相连通；所述回流液计量泵(13)的上端部与回流液加热器(9)的底部连通，所述塔顶产品出料泵(14)的上端部与塔顶产品罐(20)相连接；所述副进料泵(12)与副原料罐(18)通过空心管连通。
2、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述塔身(10)的顶部与 底部之间连接有差压计(4)。
3、 如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述差压计(4)为U型差 压计。
4、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述塔釜换热器(3)的右端 连接有带有冷却水进水口 (3a)的空心管。
5、 如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述带有冷却水进水口 (3a) 的空心管上安装有冷却水进口流量计(16)。
6、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主原料罐(17)的上端 部与下端部各连接有一个排空阀(21)。
7、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述塔顶换热器(1)右端部 通过安装有一玻璃转子流量计(22)的空心管与塔釜换热器(3)的右端部相 连。
8、 如权利要求l所述的装置，其特征在于，所述回流液计量泵(13)、塔 顶产品出料泵(14)、塔釜产品出料泵(15 )的上端部连接一计量泵緩冲器(23 ) 后与其他器件相连。
9、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，第二观察视镜容器(52)的 上端部还连接有一个水射泵(24),通过所述水射泵(24)与所述塔釜换热器(3)右端和进料换热器(2)的右端连接。
10、 如权利要求1所述的装置，其特征在于，主进料泵(11)、副进料泵 (12)、回流液计量泵(13)、塔顶产品出料泵(14)、塔釜产品出料泵(15)均为高精度计量泵。
专利摘要本实用新型公开了一种精馏实验装置，包括塔顶换热器、塔釜换热器、进料换热器、第一观察视镜容器、第二观察视镜容器、主进料加热器、副进料加热器、回流液加热器、塔身、主进料泵、副进料泵、回流液计量泵、塔顶产品出料泵、塔釜产品出料泵、主原料罐、副原料罐、塔釜产品罐、塔顶产品罐；各个器件之间通过空心管进行连通，并由球阀或其他阀门开启或关闭连通状态。鉴于本实用新型包含有进行九种实验所必需的组成部件，当用户需要进行九种实验中的某一特定实验时，通过该装置中的各个球阀或其他阀门来控制进行该特定实验所需要的组成部件处于连通状态，从而使用户可以进行特定实验，进而本实用新型可以进行多达九种精馏实验。
文档编号B01L3/16GK201168454SQ20072031022
公开日2008年12月24日 申请日期2007年12月4日 优先权日2007年12月4日
发明者俞永炎, 南碎飞, 吴安良, 梅 窦, 菅小伟, 邢子龙 申请人:中控科技集团有限公司;浙江大学;浙江中控科教仪器设备有限公司