气体负荷因子 C= C20×(σ/20)0.2=0.093 Umax=3.14m/s
取安全系数为0.7，则空塔气速为 U=0.7Umax=0.7×3.14=2.20m/s D?/V0.785u=0.921m
按标准塔径圆整后为D=1.0m 塔截面积为At=3.14×1×1=0.785 m2
实际空塔气速为U实际=1.466/0.785=1.868 m/s
U实际/ Umax=1.868/3.14=0.59(安全系数在充许的范围内，符全设计要求) ⑶ 精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度为 Z精=（N精-1）HT=（5-1）×0.40=1.6 m 提馏段有效高度为 Z提=（N提-1）HT=（9-1）×0.40=3.2 m 在进料板上方开一个人孔，其高度为0.8 m
故精馏塔有效高度为Z=Z精+Z提+0.5=1.6+3.2+0.8=5.6m
六、塔板主要工艺尺寸的计算
⑴ 精馏段 a．溢流装置计算 因塔径 D=1.0m，
所以可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘。( 此种溢流方式液体流径较长，塔板效率较高，塔板结构简单，加工方便，在直径小于2.2m的塔中被广泛使用。)各项计算如下： 1) 堰长lw
可取lw=0.60D=0.60m 2) 溢流堰高度hw 由hw=hL－how
选用平直堰，( 溢流堰板的形状有平直形与齿形两种，设计中一般采用平直形溢流堰板。) 堰上层液高度how由下列公式⑷计算，即有 how=2.84/1000×E×(Lh/lw)how=0.0083m
取板上清液层高度hL=0.05 m 故 hw=0.0417m
3) 弓形降液管的宽度Wd和截面积Af 由Wd/D=0.6 m 查⑷可求得 Af/AT=0.057 Wd/D=0.125
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(2/3)
并由图液流收缩系数计算图⑷，则可取用E= 1.0 ，则
Af=0.057×0.785=0.0448 m Wd=0.125×1.0=0.125 m
并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即
θ=3600 Af×HT/Lh= 3600 ×0.0448×0.40/ (3600×0.0084)=21.31s＞5s 其中HT即为板间距0.40m，Lh即为每小时的体积流量 验证结果为降液管设计符合要求。 4）降液管底隙高度ho ho= Lh/（3600×lw×uo'） 取uo'=0.07m/s
则ho=0.0084×3600/(3600×0.6×0.07)
=0.020024 m＞0.02m
Hw-ho=0.0417-0.020024=0.02167191＞0.006 m 故降液管底隙高度设计合理 选用凹形受液盘，深度h’w=55mm。
b．塔板布置
1) 塔板的分块
因为D≥ 800mm，所以选择采用分块式，查⑷可得，塔板可分为3块。 2) 边缘区宽度确定
取Ws=W’s= 65mm , Wc=35mm c．开孔区面积计算
开孔区面积Aa按下面式子计算，则有 Aa=2【x（r－x）+∏ r/180×sin（x/r）】 其中 x=D/2－(Wd＋Ws)
r= D/2－Wc
并由Wd/D=0.125， 推出Wd=0.125 由上面推出 Aa=0.530m2 d 筛孔计算与排列
本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用δ= 3mm碳钢板，取筛孔直径do=5mm⑷
筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为 t=3 do=15mm 筛孔的数目n为 n=1.155Ao/t=2721个
开孔率为φ=0.907（do/t）2=10.1% 气体通过阀孔的气速为
uo=Vs/Ao=1.481/（Aa×φ）=27.67m/s ⑵ 提馏段 (计算公式和原理同精馏段) a．溢流装置计算
22
2
0.5
2
-1
2
12
因塔径D=1.0m，
所以可选取单溢流弓形降液管，采用凹形受液盘（同精馏段）。各项计算如下： 1) 堰长lw
可取lw=0.60D=0.60m 2) 溢流堰高度hw
由hw=hL－how可选取平直堰，堰上层液高度how由下列公式计算，即有 h(2/3)
ow=2.84/1000×E×(Lh/lw)
并由图液流收缩系数计算图⑷，则可取用E= 1.0 ，则
how=0.0159m
取板上清液层高度hL=0.06 m 故 hw=0.06-0.0159=0.0441 m 3) 弓形降液管的宽度Wd和截面积Af
由Wd/D=0.6 m 查图⑷可求得 Af/AT=0.057 Wd/D=0.125 Af=0.057×0.785=0.044745 m Wd=0.125×1.0=0.125 m
并依据下式验算液体在降液管中的停留时间，即
θ=3600 Af×HT/Lh= 3600 ×0.044745×0.40/ (3600×0.0022)=8.14s＞5s 其中HT即为板间距0.40m，Lh即为每小时的体积流量 验证结果为降液管设计符合要求。 4）降液管底隙高度ho
ho= Lh/（3600×lw×uo'） 取 uo'=0.17m
则ho=0.0022×3600/(3600×0.6×0.17)
=0.022 m＞0.02m
Hw-hO=0.0417-0.022=0.0197m＞0.006 m 故降液管底隙高度设计合理 选用凹形受液盘，深度h’w=55mm。
b 塔板布置
1) 塔板的分块
因为D≥ 800mm，所以选择采用分块式，查表⑷可得，塔板可分为3块。2) 边缘区宽度确定
取Ws=W’s= 65mm , Wc=35mm c 开孔区面积计算
开孔区面积Aa按式子5-12计算，则有 Aa=2【x（r2
－x2
）0.5
+∏ r2
/180×sin-1
（x/r）】 其中 x=D/2－(Wd＋Ws)
r= D/2－Wc
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并由Wd/D=0.125，推出Wd=0.125 由上面推出Aa=0.530m2 d 筛孔计算与排列
本实验研究的物系基本上没有腐蚀性，可选用δ= 3mm碳钢板，取筛孔直径do=5mm 筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为 t=3 do=15mm 筛孔的数目n为 n=1.155Ao/t=2721个
开孔率为φ=0.907（do/t）2=10.1% 气体通过阀孔的气速为
uo=V’s/Ao=1.466/（0.101×0.530）=27.38m/s
2
七、筛板的流体力学验算
⑴ 精馏段
1) 塔板的压降 a 干板的阻力hc计算 干板的阻力hc计算由公式 hc=0.051(uo/co)2×（ρv/ρl）
并取do/δ= 5/3=1.67 ,可查史密斯关联图得，co=0.772 所以hc=0.051(27.67/0.772) 2×(1.01/819.1)=0.0786m液柱 b 气体通过液层的阻力hl的计算 气体通过液层的阻力hl由公式 hl=βhL
ua=Vs/（AT－Af）=1.481/(0.785-0.0047)=1.897m/s Fo=1.897(1.01)=1.90kg/(s m) 可查⑸得，得β=0.54
所以hl=βhL=0.54×(0.0417+0.0083)=0.027 m液柱 c 液体表面张力的阻力hσ计算
液体表面张力的阻力hσ由公式hσ=4σL/（ρl×g×do）计算,则有 hσ=(4×37.97×10-3)/(819.1×9.81×0.005)=0.0038 m液柱 气体通过每层塔板的液柱高度hP，可按下面公式计算 hP=hc+hl+hσ=0.0786+0.027+0.0038=0.1094m液柱 气体通过每层塔板的压降为
△ Pp= hP×ρl×g =0.1094×819.1×9.81=879.07Pa＜0.9KPa（设计允许值） 2) 液面落差
对于筛板塔，液面落差很小，由于塔径和液流量均不大，所以可忽略液面落差的影响。
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1/2
1/2
1/2
3) 液沫夹带
液沫夹带量，采用公式
ev=5.7×106/σL×【 ua/(HT－hf)】3.2
由hf=2.5hL=2.5×0.05=0.125m 所以： e-6
-3
v=(5.7×10/37.97×10) 【1.897/(0.4-0.125)】 =0.068kg液/kg气＜0.1kg液/kg气 可知液沫夹带量在设计范围之内。 4) 漏液
对于筛板塔，漏液点气速uo,min可由公式
Uo,min=4.4Co【(0.0056+0.13 h1/2
L-hσ)/ρL /ρV】=8.81m/s 实际孔速为Ｕo27.67m/s＞Uo,min
稳定系数为 Ｋ=Uo/Uo,min=27.67/8.81=3.14＞1.5 故在本设计中无明显漏液。 5) 液泛
为防止塔内发生液泛，降液管内液高度Hd应服从式子 Hd≤ψ(HT＋hw)
甲醇与水属于一般物系，取ψ= 0.5，则 ψ(HT＋hw)=0.5（0.40+0.0417）=0.221m 而Hd=hp+hL+hd 板上不设进口堰，则有
hd=0.153(uo’)2=0.153×(0.07)2=0.0007m液柱 Hd=hp+hL+hd=0.1094+0.05+0.0007=0.160m液柱 则有： Hd≤ψ(HT＋hw) 于是可知本设计不会发生液泛 ⑵ 提馏段 1) 塔板的压降 a 干板的阻力hc计算 干板的阻力hc计算由公式 hc=0.051(uo/co)2×（ρv/ρl）
并取do/δ= 5/3=1.67 ,可查图得，co=0.772 所以h’c= 0.0561m液柱 b 气体通过液层的阻力hl计算 气体通过液层的阻力hl由公式 hl=βhL
ua=Vs/（AT－Af）=1.879m/s Fo=1.897×0.80.5
=1.68kg1/2
/s m1/2
可查图得β=0.58
所以hl=βhL=0.0344m液柱
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