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5.2 精馏塔的设计
5.2.1 基础数据整理
(1) 精馏段
平均温度： (130+65)=97.5℃
平均压力： [(0.13 106-0.01 106) 0.01 106]=99.6KPa
表5.1 精馏段物料流率
物料 质量流量：kg/h 分子量：kg/kmol
内回流 7053.66 62.07
标准状况下的体积：V0=181.50 22.4=4065.60 Nm3/h
操作状况下的体积：V1=4065.60
=2778.05m3/h
气体负荷：Vn= =0.772m3/s
气体密度： = =2.54kg/m3
液体负荷：Ln= =1.96
查《化工工艺设计手册》，97.5℃时丙烯腈的密度 =1025.8kg/m3
Ln= =0.00191
97.5℃时丙烯腈的密度 =1025.8kg/m3
(2) 提馏段
平均温度： (108+130)=114.5℃
入料压力：(0.13 106-0.01 106) =89.6kPa
平均压力： (89.6 103+0.13 106)=109.8kPa
表5.2 提馏段内回流量
物料 质量流量：kg/h 分子量：kg/kmol
内回流 7617.12 62.07
标准状况下的体积： =199.02 22.4=4458.05 Nm3/h
操作状态下的体积： =4458.05
=3074.86
所以：气体负荷：Vm= =0.854m3/s
气体密度： = =2.48kg/m3
查得进料状态丙烯腈溶液温为130℃，丙烯腈的密度为985.8kg/m3。
塔底含醇1%，可近似为纯水，108℃，0.13Mpa下水的密度为958.4kg/m3。
所以：液体平均密度 = =972.1kg/m3
则液体负荷Lm= =0.00218m3/s
5.2.2 初估塔径
本设计采用F1重阀浮阀塔，设全塔选用标准结构，板间距HT=0.45m，溢流堰高hc=0.05m。
(1) 精馏段
A 求操作负荷系数C
精馏段功能参数： ( ) = ( )
=0.0497
塔板间的有效高度 H0=HT-hC =0.35-0.05=0.30m
查史密斯关联图《化工原理 下册》天津大学出版社。得负荷系数：C20=0.0515m/s
又查得97.5℃时, 丙烯腈的表面张力为：15.87 10-5N/cm
水的表面张力为：68.87 10-5N/cm
精馏段丙烯腈水溶液的平均组成为：
丙烯腈： (0.998+0.417)=0.7075 wt
则含水为：1-0.7075=0.2925wt
所以表面张力：σ=0.7075 15.87 10-5+0.2925 68.87 10-5
=31.37 10-5N/cm
所以：C =C20 =
=0.0056
B 最大流速Umax
Umax=C20 =0.0515
=1.034m/s
U适=0.7Umax=1.034 0.7=0.72m/s
C 求塔径D
D= = =1.166 m
(2) 提馏段
A 求操作负荷系数C
提馏段功能参数： （ ） = ( ) =0.0505
查史密斯图得G =0.0524
又得119℃时， 丙烯腈表面张力为：14.13 10-5N/cm
水的表面张力为：57.06 10-5N/cm
提馏段中丙烯腈--水混合平均组成：
丙烯腈： (0.01+0.417)=0.2135
水：1-0.2135=0.7865
平均表面张力：
=0.2135 14.13 10-5+0786 57.06 10-5
=47.89 10-5 N/cm
所以：C=C =
=0.0062
B 最大流速U’max
max=C =0.0524
=1.036 m/s
适=0.7 max=0.7 1.036=0.73 m/s
C 求塔径
= = =1.221m
所以，对全塔，取塔径D=1400mm