北京理工大学珠海学院2011届本科生毕业设计
①液相平均密度：ρ 则ρ
②气相平均密度：
L,D=1/(x
醋酸
/ρ
醋酸
+x水/ρ水)
3
L,D=1÷(0.6576÷954.285+0.3423÷955.48)=954.789 kg/m
M=M醋酸y醋酸+M水y水 ρρ
V,D
=TM/22.4TD
M=60×0.8069+18×0.1931=51.89kg/kmol
V,D
=273.15×51.89÷22.4×(103.75+273.15)=1.679 kg/m3
L,F=1/(x
(2) 进料板密度的计算 ①液相平均密度：ρ则ρ
②气相平均密度： M=M醋酸y醋酸+M水y水
M=600.1886+18×0.8114=25.92
ρ
V,FV,F
醋酸
/ρ
醋酸
+x水/ρ水)
3
L,F=1÷(0.968÷936.8+0.0154÷945.48)=952.75 kg/m
=TM/22.4TF
ρ
=273.15×25.92÷22.4×(116.5+273.15)=0.8112 kg/m3
L,w=1/(x
(3) 塔釜密度的计算 ①液相平均密度：ρ则ρ
②气相平均密度： M=M醋酸y醋酸+M水y水
M=60×0.0332+18×0.9668=19.39kg/kmol ρρ
V,WV,W
醋酸
/ρ
醋酸
+x水/ρ水)
3
L,w=1÷(0.9995÷934.37+0.0005÷944.56)=934.375 kg/m
=TM/22.4TW
=273.15×19.39/22.4×(273.15+117.85)=0.6047 kg/m3
(4)精馏段和提馏段密度的计算 精馏段：
气相平均密度：?V=1／2×(?V,F+?V,D)= 1／2×(0.8112+1.679)=1.2451(kg/m3) 液相平均密度：?L=1／2×(?L,F +?L,D ) =1／2×(952.75+954.789)=953.7695(kg/m3) 提馏段：
气相平均密度：?V′=1／2×(?V,F+?V,W)= 1／2×(0.8112+0.6047)=0.70795(kg/m3) 液相平均密度：?L′=1／2×(?L,F +?L,W ) =1／2×(952.75+934.375)=943.5625(kg/m3)
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3.1.5表面张力的计算（参考《化工原理上册附录图7》）?7?
表3-4 表面张力数据表
温度/℃ 100 110 120 醋酸/ mN/m 19.90 19.2 17.9 ?7?
H2O/ mN/m 58.8 59.90 54.80 经插值计算得
表3-5 插值计算后表面张力数据表 温度/℃ 塔顶103.725 进料116.5 塔釜117.85 醋酸/mN/m 19.64 18.36 18.18 H2O/ mN/m 59.17 56.56 55.90 σD=σσF=σσW=σ
醋酸醋酸
x醋酸+σx醋酸+σx醋酸+σ
水水
x水=19.64×0.4146+59.17×0.7194=50.83 mN/m x水=18.36×0.9496+56.56×0.0504=20.29 mN/m x水=18.18×0.9984+55.90×0.0016=18.24 mN/m
醋酸水
精馏段：σ精=1/2（σD+σF）=1/2×（50.83+20.29）=35.56 mN/m 提镏段：σ提=1/2（σF+σW）=1/2×（20.29+18.24）=19.27 mN/m
表3-6 工艺条件列表
平均密度 (kg/m) 液体表面张力(mN/m) 3 气相 液相 液相 精馏段 提馏段 1.2451 953.7695 35.56 0.70795 943.5625 19.27
3.2精馏塔T101主要尺寸计算 3.2.1流量的计算
表3-7 相对分子质量数据表
平均相对分子质量 精馏段 提馏段 气相 液相 43.05 58.095 46.65 58.91
(1) 进料：
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醋酸：Fx醋酸=2649.14×0.968=2564.3675(kg/h)=0.7123(kg/s) H2O：FxH2O=2649.14×0.0504=133.5167 (kg/h)=0.0371(kg/s) (2) 精馏段： 气相流量：
V=(R+1) D=(25.29+1) ×3.11=81.7619 (kmol/h)=0.0227(kmol/s) =3519.8498(kg/h)=0.9772(kg/s)
VS=VMV/ρv=0.0227×43.05/1.2451=0.7849 m3/s Vh=2825.64 m3/h 液相流量：
L=RD=25.29×3.11=78.6519(kmol/h)=0.0218(kmol/s) =3669.1111(kg/h)=1.017(kg/s)
Ls=LML/ρL=0.0218×46.65÷953.7695=0.0011 m3/s Lh=3.96 m3/h (3) 提馏段： 气相流量：
V＇=V=81.7619(kmol/h)=0.0227(kmol/s)=3519.8498(kg/h)=0.9772(kg/s) VS′=0.7849 m3/s Vh′=2825.64 m3/h 液相流量：
L＇=L+F=78.6519+2649.14=2727.7919(kmol/h)=0.7877(kmol/s) =1.6069×105(kg/h)=46.4034(kg/s) LS＇=0.7877×58.91÷943.5625=0.04918 m3/s Lh＇=177.048(m3/h)
3.2.2塔径的计算
（1）计算公式
D?4Vs??u
D：塔径（m）
Vs3：塔内气体流量m/s
u：空塔内气速m/s u=安全系数×
umax
umax
：极限空塔气速m/s
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C：负荷系数（可由史密.斯关联图查出）
?v、?L：分别为塔内气液两相密度kg/m3
umaxC=
?L??V?V
（2）精馏段计算：
Ls/Vs*(ρL/ρv)0.5=0.0011÷0.7849×(953.7695÷1.2451)0.5=0.03879 取板间距HT=0.45m，取板上液层高度hL=0.05m 则HT-hL=0.45-0.05=0.4m
根据以上数据，由《化工原理》下册p158图3—7史密斯关联图查得： C20=0.08 其中σ精=35.56 mN/m
则C=C20(σ精/20)0.2=0.08（35.56/20）0.2=0.08976
所以umax=0.08976×[(ρL-ρv)/ ρv]0.5=0.08976×[(953.7695-1.2451)/1.2451]0.5=2.4827m/s 取安全系数为0.7，则空塔气速 u=0.7umax=1.7379m/s
所以塔径 D=（4Vs/πu）0.5=（4×0.7849÷3.14×1.7379）0.5=0.7585m 按标准塔径圆整后，取 D=0.8m
塔截面积：AT=πD2/4=3.14×0.82÷4=0.5024m2 空塔气速：u=VS/AT=0.7849÷0.5024=1.5623 m/s （3）提馏段计算：
LS＇/ VS′×(ρL/ρv)0.5=0.04918/0.7849×（943.5625÷0.70795）0.5=2.2875 取板间距HT′=0.6m，取板上液层高度hL′=0.08m 则HT′- hL′=0.6-0.08=0.52(m)
根据以上数据，由《化工原理》下册p158图3—7史密斯关联图查得： C20′=0.012
由于物系表面张力为19.27mN/m，校正： C‘=C20’(σ提÷20)0.2=0.012（19.27÷20）0.2=0.0119
umax‘= C‘×[(ρL-ρv)/ ρv]0.5=0.0119×[(943.5625-0.70795) ÷0.70795]0.5=0.4343m/s 取安全系数为0.6，则空塔气速 u‘=0.6umax’=0.2606m/s
所以塔径 D‘=（4Vs‘/πu）0.5=（4×0.7849÷3.14×0.2606）0.5=1.9587m 按标准塔径圆整后，取 D=2m
塔截面积：AT‘=πD2/4=3.14×22÷4=3.14m2 空塔气速：u‘=VS‘/AT’=0.7849÷3.14=0.2499m/s
3.2.3塔板结构的设计
(一) 精馏段
板间距HT=0.45m,取板上液层高度hL=0.05m
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塔径D=0.8m
根据塔径和液体的流量，选用弓形降液管，不设进口堰，塔板采用单溢流和分块式组装。 (1) 溢流装置 ①堰长lW
取堰长lW=0.8D,即lW=0.8×0.8=0.64(m) ②堰上液层高度hOW
2hOW =2.841000E(Lhl)3，取E≈1
whOW =2.84/1000×1×（3.96 /0.64）2/3=0.0096
hOW>0.006m，符合要求。一般how不应小于6mm,以免液体在堰上分布不均。③出口堰高hW
hL=hW+hOW，即hW= hL- hOW=0.05-0.0096=0.0404m ③ 降液管底隙高度 ho
ho=hw-0.006=0.0404-0.006= 0.0344(m) ④ 弓形降液管宽度Wd和面积Af Lw/D=0.8
查《化工原理》下册，图3-12得 Af/AT=0.15, AT=0.5024m2 所以Af=0.0754 m2
Wd/D=0.2 D=0.8m
所以Wd=0.2×0.8=0.16m ⑤ 液体在液管中停留时间θ θ= AfHT/ Ls=0.0754×0.45÷0.0011=30.8s 停留时间θ>5s，故降液管尺寸可用。 (2) 塔板布置及筛孔数目与排列
因为D小于1.5m，所以取WS=0.06m WC=0.05m
本设计中所处理的物系有腐蚀性，可选用??2.5mm的不锈钢塔板，d0?2??5mm
筛孔按正三角形排列，取孔中心距t?3d0?15mm 筛孔数目 n?1.55Aat2 其中 A?x?a?2???xr2?x2??r2?1180sinr???
21
筛孔直径