甲苯-乙苯的精馏工艺设计
最大允空塔气速： ?F1?C1?Lm1-?Vm1773.2563-3.2508?0.08824?1.35805 m/s
?Vm13.2508 取适宜空塔气速：μ1=0.7μF1=0.95064 m/s 估算塔径 ：D1'?Vs10.6708??0.9481 m，按标准塔径0.785?0.785?0.95064圆整后取塔径D＝1 m。
塔截面积为 AT1=0.785D2=0.785×12=0.785 m2
2、 提馏段塔径的计算
取板间距HT=0.50m，取板上清液层高度 hL＝0.06m。
L??Lm2 液气动能参数 ：PF2?s2?Vs2???Vm2????1/20.00404?763.6458?????0.6159?3.7023?1/2?0.09421
查Smith通用关联图得C20??0.0863
?? 负荷因子：C2?C20???Lm2??20?0.2?17.4532??0.0863???20??0.2?0.08398 m/s
最大允空塔气速： ?F2?C2?Lm2-?Vm2763.6458-3.7023?0.08398?1.20318 m/s
?Vm23.7023 取适宜空塔气速：μ2=0.7μF=0.84223 m/s 估算塔径 ：D2'?Vs2?0.785?0.6159?0.9652 m，为加工方
0.785?0.84223便，圆整取D?1m，即上下塔段直径保持一致. 塔截面积为 AT2=0.785D2=0.785×12=0.785 m2 表6 板间距与塔径的关系⑤ 塔径D/mm 300～500 500～800 800～1600 1600～2400
21
甲苯-乙苯的精馏工艺设计
板间距200，250，250，300，300，350，400，450，HT/mm 300 350 400，450，500 500，550，600 （二）、精馏塔有效高度的计算
精馏段有效高度： Z精=( Np1-1)HT=(15-1) ×0.5=7 m 提馏段有效高度： Z提=( Np2-1)HT=(16-1) ×0.5=0.75 m 在进料板上方开一人孔H′T，其高度为0.5 m
故精馏塔的有效高度Z =Z精＋Z提＋0.5=7＋7.5＋0.5=15 m 六、塔板主要工艺尺寸的计算 (一)、溢流装置计算 1、精馏段溢流装置计算
因塔径D＝1 m，可选用单溢流弓形降液管平直堰，采用凹形液盘。各项计算如下：
①、堰长lW1： 取lW1?0.7D?0.7?1?0.7 m ②、溢流堰高度hw1
由
Lh1lW12.5?lW18.7765?21.4080?0.7，根据液流收缩系数图可查得液；0.72.5D流收缩系数E1=1.031，对于平直堰，堰上液层高度hOW1可由Francis经验公式计算得： hOW12.84?Lh1???E1??1000?l?W1?2/3?8.7765??0.00284?1.031???0.7??2/3?0.0158 m?15.8 mm
hOW应大于6mm，本设计满足要求，板上清液层高度 hL＝60mm ，故hW1?hL?hOW1?60-15.8?44.2 mm
③、弓形降液管宽度Wd1和截面积Af1
22
甲苯-乙苯的精馏工艺设计
由lW1/D?0.7查弓形降液管的参数图得：
Wd1?0.11?Wd1?1?0.11?0.11 m DAf1?0.09?Af1?0.09?0.785?0.07065 m2
AT1 液体在降液管中停留时间：
?1?Af1HT0.07065?0.5??14.4893 s ?5 s 故降液管设计合理。 Ls10.00244 ④、降液管底隙高度ho1
??0.10 m/s则ho1? 取降液管底隙的流速?0Ls1?lW1?0?0.00244?0.03486 m
0.7?0.1（ho不宜小于0.02～0.025 m，满足要求）
hW1-ho1=44.2-34.86=9.34 mm>6 mm故降液管底隙高度设计合理。 选用凹形受液盘，深度取h?W=50mm。 2、提馏段溢流装置计算
因塔径D＝1 m，可选用单溢流弓形降液管平直堰，采用凹形液盘。各项计算如下：
①、堰长lW2： 取lW2?lW1?0.7 m ②、溢流堰高度hw2
由
Lh2lW22.5?lW214.5303?35.4429?0.7，根据液流收缩系数图可查得；
D0.72.5液流收缩系数E2=1.081，对于平直堰，堰上液层高度hOW2由Francis经验公式计算：
hOW22.84?Lh2???E2??1000?lW2??2/3?14.5303??0.00284?1.081??0.7??2/3?0.023188 m
hOW应大于6mm，本设计满足要求 ，板上清液层高度 hL＝60mm ，
23
甲苯-乙苯的精馏工艺设计
故hW2?hL?hOW2?60-23.188?36.812 mm
③、弓形降液管宽度Wd2和截面积Af2
因lW2=lW1，塔径D相同故Wd2=Wd1=0.11 m，Af2=Af1=0.07065 m2 液体在降液管中停留时间：?2?降液管设计合理。 ④、降液管底隙高度ho2
???0.20 m/s则 取降液管底隙的流速?0Af2HT0.07065?0.5??8.744 s ?5 s 故Ls20.00404ho2?Ls2??lW2?0?0.00404?0.02886 m (满足要求）
0.7?0.2
hW2-ho2?0.036812-0.02886?0.007952 m?7.952 mm?6 mm
故降液管底隙高度设计合理。
?=50mm。 选用凹形受液盘，深度取h?W（二）、塔板布置 1、精馏段塔板布置 ①、塔板的分块
因D1≥800mm，故塔板采用分块式。塔板分为3块。 表7 塔板分块数与塔径的关系 塔径D/mm 800～1200 1400～1600 1800～2000 2200～2400 4 5 6 塔板分块数 3 ②、破沫区(安定区)宽度、无效边缘区确定
?=0.06 取破沫区宽度：Ws1=Ws1m ；取无效边缘区：Wc1=0.05 m。
③、开孔区面积计算
24
甲苯-乙苯的精馏工艺设计
??r2arcsin???计算 开孔区面积Aa按Aa?2?xr2?x2?180??r?????x? 其中x1=D/2-(Wd1＋Ws1 )= 0.5-(0.11+0.06)=0.33 m r1 = D/2-Wc1 =0.5-0.05=0.45 m 故 Aa1?2??0.33?0.452-0.332???3.1416?0.33??2?0.452?arcsin????0.5353 m 180??0.45?? ④、筛孔计算及其排列
本设计所处理的物系无腐蚀性，可选用δ＝3 mm（一般的厚度为3～4mm）碳钢板，取筛孔直径 d01＝5 mm（工业生产中孔径一般在3～10mm之间，4～5mm居多），筛孔按正三角形排列，取孔中心距t为 t1＝3d01＝3 × 5＝15mm（通常采用2.5～5倍孔直径的中心距） 。
?1158?103??1158?103??Aa????0.5353?2755（个） 筛孔数目：n?? 22????t1?15??? 开孔率为：?1?A010.9070.907???0.100778?10.0778%（开2Aa1（t1/d01）(15/5)2孔率一般在5～15%之间,满足要求）
每层塔板开孔面积：Ao1??1Aa1?0.100778?0.5353?0.05395 m2 气体通过筛孔的气速： uo1?Vs1/Ao1?0.6708/0.05395?12.4337 m/s 2、提馏段塔板布置 ①、塔板的分块
因D2≥800mm，故塔板采用分块式。塔板分为3块。 ②、破沫区(安定区)宽度、无效边缘区确定
?=Ws1=0.06 m 取破沫区宽度：Ws2=Ws2 取无效边缘区：Wc2=Wc1=0.05 m
25