查得液体粘度共线图 μa=0.468cp, μb=0.532 cp μL=ΣXiμi=0.045×0.468+0.955×0.532=0.5291 αμL=YaXbμL/XaYb=4.15
-0.245
查得：Et2%=0.49(αμL)=0.346 Np2=Nt2/Et2=7.17
∴Np=Np1+Np2=49.08+7.17=56.25 圆整为57块
其中精馏段49块，提馏段8块。
二 混合参数计算
2.1混合参数计算
溶质 C2H5OH 分子量 ： Ma=46.07 kg/kmol 溶剂 H2O 分子量：Mb=18.016 kg/kmol ρa=0.789 g/ml ρb=1.000 g/ml
(1)精馏段：
进料板液体温度 ：t进=87.32 ℃ 塔顶温度：t顶=79.25 ℃ tm=(87.32+79.25)/2=83.285℃ Xm=0.34 Ym=0.59 μa=0.382cp μb=0.592cp
Ml=Xm×Ma+(1-Xm)Mb=0.34×46.07+(1-0.34)×18.016
=27.55 kg/kmol Mg=Ym×Ma+(1-Ym)Mb=0.59×46.07+(1-0.59)×18.016
=34.56 kg/kmol
质量分率: Wa=XmMa/Ml=0.34×46.07/27.55=0.6855 Wb=1-Wa=1-0.6855=0.3145 1/ρl= Wa/ρa+Wb/ρb=0.6855/0.789+0.3145/1.00 ρl=845.1 kg/m3
P=105325Pa
ρv=PMg/RT=105325×34.56/(8314× (273.15+79.25)) ∴ρv=1.2424 kg/m3
(2)提馏段：
t
进
=87.32℃ t
底
=99.9℃ tm=93.61℃
Xm=0.045 Ym=0.27
Ml=Xm×Ma+(1-Xm)Mb=0.045×46.07+(1-0.045)×18.016 =19.278 kg/kmol
Mg=Ym×Ma+(1-Ym)Mb=0.27×46.07+(1-0.27)×18.016 =25.59 kg/kmol
质量分率: Wa=XmMa/Ml=0.045×46.07/19.278=0.1275 Wb=1-Wa=1-0.1275=0.8725
1/ρl= Wa/ρa+Wb/ρb=0.1275/0.789+0.8725/1
3
ρl=1.0341 kg/m P=105325Pa
ρv=PMg/RT=105325×25.59/(8314× (273.15+93.16)) ∴ρv=0.8839 kg/m3
σa=58.46 dyn/cm , σb=18.4 dyn/cm
σ=ΣXσ=0.688×58.46+(1-0.688)×18.4=45.96 dyn/cm
2.2塔径计算
(1)精馏段：
Ls=L×Ml/(3600ρl)=442.03×27.55/(3600×845.1) =0.004 m/s
Vs=V×Mv(3600ρv)=543.39×34.56/(3600×1.1952) =4.365m/s tm=83.285℃
此温度下液体的表面张力
σa=18.2 dyn/cm σb=67.3 dyn/cm σ=Xmσa+(1-Xm)σb=0.34×18.2+0.66×67.3=50.606 两相流动参数： Flv=Ls/Vs×(ρl/ρv) 0.5
=0.00013/0.137×(845.1/1.2424) =0.0247 初设 板间距HT=0.5 m 清液层高度HL=0.06m ∴HT-HL=0.44 m
查得： Cf,20 = 0.093
液气气相负荷因子：Cf = [(σ/20)0.20] × Cf,20 =0.112 气体气速：
un,f = Cf [(ρl-ρv)/ρv] 0.5
0.5
=0.112×[(845.1-1.2424) / 1.2424] = 2.919 m/s 空速： un=0.7un,f=0.7×2.919=2.0433 m/s 初估塔径：
D=(Vs/(0.785un))
=(0.137/(0.785×2.0433)) 0.5=0.292 m 圆整为 D=0.3 m
22
uf=vs/(0.785×D)=0.137/（0.785×0.3）=1.939 m/s 实际泛点百分率： uf/un,f=1.939/2.919=0. 6643
(2)提馏段：
Ls=L’×Ml/(3600ρl)
=14.723×19.278/(3600×1034.1)=0.000076 m/s Vs=V’×Mv(3600ρv)
=11.753×25.59/(3600×0.8839)=0.0945 m/s tm=93.61℃
此温度下液体的表面张力
σa=18.2 dyn/cm σb=67.3 dyn/cm
σ=Xmσa+(1-Xm)σb=0.045×18.2+0.955×67.3=65.091 两相流动参数： Flv=Ls/Vs×(ρl/ρv) 0.5
=0.000076/0.0945×(1034.1/0.8839) =0.0275 初设 板间距HT=0.5 m 清液层高度HL=0.06m ∴HT-HL=0.44 m
查得： Cf,20=0.0947
液气气相负荷因子：Cf=[(σ/20) 0.20]×Cf,20=0.1199 气体气速：
un,f=Cf[(ρl-ρv)/ρv]
=0.1199×[(1034.1-0.8839)/0.8839] 0.5=4.099 m/s 空速： un=0.7un,f=0.7×4.099=2.869 m/s 初估塔径：
D=(Vs/(0.785un)) 0.5
=(0.0945/(0.785×2.869)) 0.5=0.205 m 圆整为 D=0.25 m
uf=vs/(0.785×D2)=0.0945/（0.785×0.252）=1.926 m/s 实际泛点百分率： uf/un,f=1.926/4.099=0.470
0.5
0.5
0.5
0.5
2.3塔板的详细设计
1.流动型式: 选取单溢流型
2.堰的计算:
（1）精馏段：
堰长取 lw=0.6D=0.6×0.3=0.18 m 堰高 hw=0.04 m
lh/lw=0.00013×3600/0.18=34.046 又 lw/D= 0.6 查得： E=1.03
堰上清液高 how=0.00284E(Lh/lw) 2/3=0.00553 m 清液层高度 hl=hw+how=0.04+0.00553=0.04553 m 降液管底隙高 ho=hw-0.008=0.032 m
（2）提馏段：
堰长取 lw=0.6D=0.6×0.25=0.15 m 堰高 hw=0.04 m
lh/lw2.5=0.00013×3600/0.15 2.5=53.705 又 lw/D= 0.6 查得： E=1.03
堰上清液高 how=0.00284E(Lh/lw) =0.00137 m 清液层高度 hl=hw+how=0.04+0.00137=0.04137 m 降液管底隙高 ho=hw-0.012=0.028
3.塔板的布置
(1)精馏段：
选取碳钢为筛板的材料，板厚δ=4 mm，孔径do=6 mm 取孔中心距t=18 mm，t/do=3
开孔率φ=Ao/Aa=0.907/(t/do)=0.1008 Ao—开孔面积， Aa—开孔区面积 Af—降液管截面积，At—空塔截面积 取外堰前的安定区：Ws1=0.02 m 取内堰前的安定区：Ws2=0.02 m 边缘区：Wc=20mm （D≤2.5m） lw/D=0.6
2
2/3
2.5
2.5
r = D/2-Wc=0.3/2-0.02=0.13 m Wd=0.1×0.3=0.03 x=D/2-(Wd+Ws)=0.1
An=2[x×(r-x) +rarcsin(x/r)]=0.0463
22
开孔区面积/塔板面积=0.0463/(0.785×0.3)=0.6553 m 筛孔总面积 A0=An×υ=0.0463×0.1008=0.004667 m2
2
孔数：N=A0/u=0.004667/(0.785×0.006)=165.15 取整：N=166 孔
(2)提馏段：
选取碳钢为筛板的材料，板厚δ=4 mm，孔径do=6 mm 取孔中心距t=18 mm，t/do=3
开孔率υ=Ao/Aa=0.907/(t/do)2=0.1008 Ao—开孔面积， Aa—开孔区面积 Af—降液管截面积，At—空塔截面积 取外堰前的安定区：Ws1=20mm 取内堰前的安定区：Ws2=20mm 边缘区：Wc=20mm （D≤2.5m） lw/D=0.6
r = D/2-Wc=0.25/2-0.02=0.105 m
Wd=0.1×0.25=0.025 x=D/2-(Wd+Ws)=0.08
An=2[x×(r2-x2) 0.5+r2arcsin(x/r)]=0.030
22
开孔区面积/塔板面积=0.030/(0.785×0.25)=0.7856 m 筛孔总面积 A0=An×φ=0.030×0.1008=0.003024 m2 孔数：N=A0/u=0.003024/(0.785×0.0062)=107.006 取整：N=108 孔
2.4校核
(1)精馏段
1.压降校核
δ=4mm，do/δ=1.5， 查图得Co=0.78 Hc—干板压降，Co—孔流系数
下板阻力 Hc=0.051（ρv/ρl）×（Uo/Co）2
2
2
0.5
2