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换热过程酯化釜酯化釜第一冷凝器酯化釜第二冷凝器脱醇塔脱醇塔顶冷凝器乙酰化釜乙酰化冷凝器脱酸塔塔釜脱酸塔顶冷凝器换热面积（m2）5.1215.011.171.2213.253.5922.721.556.68蒸汽最大流量（kg/h）177.48冷却水最大流量（kg/h）6192517.33128.527624(冷冻水)120.782010667.653839.58(冷冻水)
5 设备设计与选型
①正丁醇原料贮槽
需加入98%（质量分数）正丁醇1228.68kg，水和正丁醇的密度分别为998.2kg/m3和810.9kg/m3，则物料平均密度可由下式求得：
1=∑ρwiρi
式中：
wi——质量分数； ρi——密度，kg/m3。
正丁醇原料贮槽以贮存5天的量为准，装料系数取0.85，则正丁醇原料贮槽容积为1228.68×5/（813.95×0.85）=8.9m3
由文献[23]查得，选择公称容积为5 m3的立式平底平盖正丁醇贮罐2个。 ②酯化釜
进入酯化釜总物料为2040.96kg，固液混合物的密度取1000 kg/m3，则进入酯化釜物料的总体积为：
2040.96=2.041m31000
装料系数取0.75，则需要酯化釜的容积为 2.041=2.72m30.75
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由文献[23]查得选择规格为3000L的搪玻璃K型反应罐。对应的传热面积为8.67m2，与计算结果5.12m2比较，满足工艺要求。 ③酯化釜第一冷凝器
由热量衡算知，酯化釜第一冷凝器所需传热面积为15.01m2。 由文献[23]查得，选择换热面积16m2的列管式固定管板换热器。 ④酯化釜第二冷凝器
由热量衡算知，酯化釜第二冷凝器所需传热面积为1.17 m2。 由文献[23]查得，选择换热面积2 m2的列管式固定管板换热器。 ⑤酯化回流罐
酯化液最大流量：
正丁醇：139.48kg/h 水：102.67kg/h
3ρ=880.99kg/m平均密度
按贮存1小时的量计，装料系数取0.75，所需回流罐容积为
139.48+102.671×=0.37m30.75880.99
由文献[23]查得，选择公称容积0.5m3无折边锥形底平盖容器系列。 ⑥正丁醇输送泵
正丁醇输送量1228.68kg，输送正丁醇的体积为1228.68/813.95=1.510 m3，10分钟将该物料送入正丁醇计量罐，流量1.510×60/10=9.06m3/h
泵安装在厂房底层，酯化计量罐进料口在平面上方，考虑到能量损失，由文献[23]查得，选IS50—32—125型单级单吸离心泵。
泵为动设备，需选择2台，一开一备。 ⑦废水贮罐
酯化釜回收含正丁醇7.7%的溶液中，正丁醇4.30kg，水55.84kg。
脱醇塔回收含正丁醇7.7%的溶液240.3kg，其中正丁醇18.50kg，水221.8kg。
3ρ=980.8kg/m平均密度
以贮存5天的废水为基准，装料系数取0.8，所需废水贮罐体积为
1300.445=1.91m3××0.8980.8
由文献[23]查得，选择体积为2m3的立式平底平盖容器系列废水贮罐。 ⑧脱醇塔
进入脱醇塔物料如下： 柠檬酸 12.65kg
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正丁醇 401.68kg 氨基磺酸 31.24kg 水 240.98kg 柠檬酸三丁酯 1270.97kg 杂质 23.3kg 合计 1980.82kg
密度近似取为1000 kg/m3，装料系数取0.75，则脱醇塔釜体积为：
11980.82×=2.64m30.751000
因物料具有腐蚀性，由文献[23]，塔釜选搪玻璃系列公称容积为3000L的蒸馏罐。塔釜对应的传热面积为8.67m2，与计算结果1.22m2比较，满足工艺要求。
理论塔板数的确定 TBC的沸点如下：
170℃（133.32Pa，1mmHg） 225℃（666.61Pa,5mmHg） 233℃（2933.09Pa，22mmHg） 纯液体的饱和蒸汽压可由安托因方程
BT+C
式中：p——在温度T下的蒸汽压，mmHg；
lnp=A－ T——温度，K。
把上述三组TBC沸点与对应的饱和蒸汽压的数据代入方程中，得
Bln1=A－443.15+Cln5=A－B498.15+CB506.15+C
由上述三式，得A=－0.5800，B=43.393，C=－517.97
ln22=A－当P=2666Pa（20mmHg）时，
ln20=－0.5800－43.393T－517.97
解得，T=505.83K，即t=232.68℃
由文献[24]查得，2666 Pa（20mmHg）时，正丁醇的沸点为t=41.5℃ 该温度下TBC的饱和蒸汽压可由TBC得安托因方程解得，饱和蒸汽压PTBC=0.6931mmHg。
由文献[24]查得正丁醇的安托因常数为A=17.2160，B=3137.02，C=－94.43。
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当T=505.83K时，由安托因方程解得正丁醇的饱和蒸汽压P正丁醇=14629mmHg。
2666Pa下塔顶及塔釜正丁醇和柠檬酸三丁酯的饱和蒸汽压及相对挥发度列于表12。
表12 塔顶、塔釜正丁醇和TBC的饱和蒸汽压及相对挥发度
温度（K）314.65505.83P正丁醇（mmHg）2014629PTBC（mmHg）0.693120相对挥发度α28.86731.46
用几何平均值计算相对挥发度
α=√α1α2
则α=145.29
由脱醇塔物料衡算知，若将水和正丁醇看作正丁醇，则正丁醇的量为642.66kg；将其余物料看作柠檬酸三丁酯，则柠檬酸三丁酯的量为1338.16kg。则进脱醇塔正丁醇物质的量分数xF=0.3244
塔顶物料为正丁醇642.66kg，TBC为22.88kg，则正丁醇物质的量分数为xw=0.018
采用逐板计算法计算所需理论塔板数。 由相平衡方程
y=αx1+(α－1)x
式中：
y——气相组成，物质的量分数； x——液相组成，物质的量分数； α——相对挥发度。
回流比R=1.5，则操作线方程为
y=式中：
R——回流比；
RR+1xDx+R+1
xD——塔顶易挥发组分组成。
1.5x0.9656=0.6x+0.38624y=+1.5+11.5+1
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计算自塔顶xD=0.9656开始，交替使用操作线方程
y=0.6x+0.38624
及相平衡方程
x=yy=y145.29－144.29y α－（α－1）表13 操作终态时理论板数计算
依次计算，结果见表13。
气相组成yy1=0.9656y2=0.48338液相组成xx1=0.1619x2=0.0064
由此可知，需2块理论板数。塔釜相当于一块理论板，实际需要1块理论板即可。
泛点气速的计算 首先确定下式：
LG式中：
L——液相流量，kg/h； G——气相流量，kg/h； γG——气相密度，kg/m3； γL——液相密度，kg/m3。
114γG8γL
气相密度按正丁醇密度考虑，由下式
γG=PMRT
式中：
p——绝对压力，Pa； M——摩尔质量，kg/mol；
R——理想气体常数，8.314J/(mol·K) T——绝对温度，K，按塔顶温度计算。 气相密度