??1L醇V1L醇2/3?2/3Q1?0.441(q/T)???1L水V1L水?q???0.441?164.7?273.15?[16.79?(42.4)12/3
2/3?65.24?(18.4)]??0.3270A1?B1?Q1?1.9755?0.3270?1.6485
由于A1?lg(?1s水/?1s醇)，所以?1s水/?1s醇?44.51。又有于?1s水??1s醇?1。联立方程组求得：?1s醇?0.02197，?1s水?0.9780
第1块塔板上液体的表面张力：
?1m?(?1s水?1L水1/4??1s醇?1L醇1/41/4)4?(0.02197?65.27?0.9780?16.791/4)?17.39mN/m4
(b) 进料板上液体表面张力的估算
进料板上液体温度tF=79.11℃。 在此温度下甲醇的摩尔体积：
VFL醇=M醇?FL醇=32.04kg/kmol738.6kg/m3=0.0434m/kmol?43.4mL/mol
3在此温度下水的摩尔体积：
VFL水=M水?FL水=18.01kg/kmol972.44kg/m3=0.0185m/kmol?18.5mL/mol
3查《化学化工物性数据手册(有机卷)》580页，利用插值法算的得在此温度下甲醇的表面张力：?FL醇=15.15mN/m。
查《化学化工物性数据手册(无机卷)》15页，利用插值法算的得在此温度下水的表面张力：?FL水=62.86mN/m。
?F醇=xFVFL醇xFVFL醇?(1?xF)VFL水(1?xF)VFL水xFVFL醇?(1?xF)VFL水=0.27?43.40.27?43.4+(1-0.27)?18.5(1-0.27)?18.50.27?43.4+(1-0.27)?18.5?0.4646
?F水==?0.5354
对于甲醇-水体系，参考王国胜教材P38表3-5，参数q=1。 BF?lg(?F水/?F醇)?lg(0.5354/0.4646)?0.0616
qQF??FL醇VFL醇2/3?2/3?0.441(q/T)???FL水VFL水?q??179.11?273.15?[15.15?(43.4)12/3
2/3?0.441??62.86?(18.5)]??0.3162AF?BF?QF?0.0616?0.3162??0.2546
由于AF?lg(?Fs水/?Fs醇)，所以?Fs水/?Fs醇?0.5564。又有于?Fs水??Fs醇?1。联立方程组求得：?Fs醇?0.6425，?Fs水?0.3575
进料板上液体的表面张力：
?Fm?(?Fs水?FL水1/4??Fs醇?FL醇1/4)4?(0.3575?62.861/4?0.6425?15.151/4)?26.75mN/m4
(c) 塔釜液表面张力的估算
塔釜液体温度tw=99.9℃。 在此温度下甲醇的摩尔体积：
VWL醇=M醇?WL醇=32.04kg/kmol712.0kg/m3=0.045m/kmol?45mL/mol
3在此温度下水的摩尔体积：
VWL水=M水?WL水=18.01kg/kmol958.38kg/m3=0.0188m/kmol?18.8mL/mol
3查《化学化工物性数据手册(有机卷)》580页，利用插值法算的得在此温度下甲醇的表面张力：?WL醇=12.79mN/m。
查《化学化工物性数据手册(无机卷)》15页，利用插值法算的得在此温度下水的表面张力：?WL水=58.90mN/m。
?W醇=xWVWL醇xWVWL醇?(1?xW)VWL水(1?xW)VWL水xWVWL醇?(1?xW)VWL水=0.000562?450.000562?45+(1-0.000562)?18.8(1-0.000562)?18.80.000562?45+(1-0.000562)?18.8?1.344?10?3
?W水=??0.9987
对于甲醇-水体系，参考王国胜教材P38表3-5，参数q=1。 BW?lg(?W水/?W醇)?lg(0.9987/0.001344)?2.8710
qQW??WL醇VWL醇2/3?2/3?0.441(q/T)???WL水VWL水?q??199.9?273.15?[12.79?(45)12/3
2/3?0.441??58.90?(18.8)]??0.3010AW?BW?QW?2.8710?0.3010?2.57
由于AW?lg(?Ws水/?Ws醇)，所以?Ws水/?Ws醇?371.5。又有于?1s水??1s醇?1。联立方程组求得：?Ws醇?0.002685，?Ws水?0.9973
塔釜液体的表面张力：
?Wm?(?Ws水?WL水?(0.9973?58.91/4??Ws醇?WL醇1/4)41/4?0.002685?12.791/4)?58.70mN/m4
(d) 精馏段的平均表面张力
?精?(?1m??Fm)/2?(17.39?26.75)/2?22.07mN/m
(e) 提馏段的平均表面张力
?提?(?Wm??Fm)/2?(58.70?26.75)/2?42.73mN/m
3.2.3 实际板数的估算
3.2.3.1 总板效率（全塔效率）的估算
利用奥康奈尔公式估算总板效率。 (a) 精馏段的总板效率
ET精?0.49(?精?L精)-0.245=0.49?（3.63?0.531）-0.245=0.417
(b) 提馏段的总板效率
?提(?L提 ET提?0.49-0.245)=0?（.49?5.97）0.348
-0.245=0.4103.2.3.2 实际板数的估算
(a) 精馏段的实际板数：
Np精=N精ET精N提ET提=80.41750.41=20
(b) 提馏段的实际板数：Np提=实际总板数：Np总=20+13=33 加料板在第21块。
==13
3.2.4 部分工艺操作条件及有关物性的计算-2
3.2.4.1 操作压力的估算
假设每层塔板的压降为0.7kPa。
塔顶第1块塔板的气相压力：p1?101.3kPa
进料板上的气相压力：pF?101.3kPa?0.7kPa?20?115.3kPa 塔釜的气相压力：pW?101.3kPa?0.7kPa?33?124.4kPa 精馏段的平均压力：p精=提馏段的平均压力：p精=3.2.4.2 塔内气相密度的估算
假设气相为理想气体，则??pMRTp1?pF2pW?pF2?101.3?115.32124.4?115.32?108.3kPa ?119.9kPa?
。
塔顶第1块塔板气相的密度：
?V1?p1MV1RT1?101.3?10Pa?31.89?10Kg/mol8.3145J/mol?K?(273.15?64.7)K3-3?1.15kg/m3
进料板的气相密度：
?VF?pFMVFRTF?115.3?10Pa?27.02?10Kg/mol8.3145J/mol?K?(273.15?79.11)K3-3?1.06kg/m3
塔釜的气相密度：
?VW?pWMWFRTW?124.4?10Pa?18.06?10Kg/mol8.3145J/mol?K?(273.15?99.9)K3-3?0.72kg/m3
精馏段气相的平均密度： ?v精?提馏段气相的平均密度： ?V提?3.2.4.3 塔内气液相负荷的估算
(a) 精馏段气液相负荷
?V1??VF2??1.15?1.0620.72?1.062?1.11kg/m3
3?VW??VF2?0.89kg/m
精馏段液相摩尔流量：L精?RD?1.651?47.5kmol/h?78.4kmol/h 精馏段气相摩尔流量：V精?(R?1)D?2.651?47.5kmol/h?125.9kmol/h 精馏段液相质量流量：
Lm精?L精ML精=78.4kmol/h?26.76kg/kmol?2098kg/h
精馏段气相质量流量：
Vm精?V精MV精?125.9kmol/h?29.46kg/kmol?3709kg/h
精馏段液相体积流量：
LV精?Lm精?L精?2098kg/h809.8kg/m3?2.591m/h?7.197?103?4m/s
3精馏段气相体积流量：
VV精?Vm精?V精?3709kg/h1.11kg/m3?3341m/h?0.9282m/s33
(b) 提馏段气液相负荷 提馏段液相摩尔流量：
L提?L精?qF?78.4kmol/h+1?174.43kmol/h?252.8kmol/h
提馏段气相摩尔流量：
V提=V精+(1-q)F?125.9kmol/h
提馏段液相质量流量：
Lm提?L提ML提=252.8kmol/h?19.92kg/kmol?5036kg/h
提馏段气相质量流量：
Vm提?V提MV提?125.9kmol/h?22.54kg/kmol?2838kg/h
提馏段液相体积流量：
LV提?Lm提?L提?5036kg/h910.6kg/m3?5.530m/h?1.536?103?3m/s3
提馏段气相体积流量：
VV提?Vm提?V提?2838kg/h0.89kg/m3?3189m/h?0.8858m/s
333.2.5 塔径的估算
假设精馏段板间距：HT精?400mm，板上清液层高度hL精?50mm；提馏段板间距：HT提?350mm，板上清液层高度hL提?100mm。 3.2.5.1 精馏段塔径
由于
LV精VV精(?L精?V精)1/2?7.197?10m/s0.9282m/s3?43?(809.8kg/m1.11kg/m33)1/2?0.021，依据HT-hL