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图3.13 换热管布管
壳体内径 采用多管程结构，壳体内径可按下式估算。取管板利用率η= 0.6，则壳体内径为：
D = 1.05t(N/η)^1/2
=1.05 *20 * 错误！未找到引用源。 = 414
按卷制壳体的进级档及考虑管程数，可取D=600mm。 管内表面传热系
α= 0.023(λ/di)(ρudi/μ)^0.8(CPμ/λ)
管程流通截面积
SI = 0.785*DI^2*Nt/2
=0.785*0.01^2*270/2 = 0.016
管程流速
Ui = V/S
= 16.9/997/0.016 = 1.60
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雷诺数 Re = 错误！未找到引用源。 = 17635.36 普兰特数 Pr = 4.182*0.00905/0.6 = 6.31
α=0.023*0.6/0.01*(17635.36)^0.8*(6.31)^0.4 =7193.48 壳程传热系数的确定
由于壳程流通的是发生相变的气体，所以可以按照下式计算壳程的传热系数。 α= 0.725错误！未找到引用源。)^0.25 其中 n = 1.022NT^0.519 （正三角形排列） N = 1.022*270^0.519 =17 所以 α=错误！未找到引用源。 =3258 污垢热阻和管壁热阻 查表得，可取 管外侧污垢热阻 R0 = 0.00176 m2.k/w 管内侧污垢热阻 Ri = 0.00004 m2.k/w 传热系数按下式计算得：
KC = 错误！未找到引用源。
Kc = 错误！未找到引用源。 =229.27
传热面积裕度依下式可得计算传热面积S1为
S1 = 708320.7/(229.27*37.81)=89.1687 实际传热面积为
S2 =3.14 NTD0l
=3.14*270*0.014*7.5=77.62m2
裕度为
ψ=错误！未找到引用源。=0.16
该换热器的实际传热面积合适，该换热器能够完成任务。
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3.3 精馏塔
3.3.1 概论
我们知道在此次工艺产物中有水、甲苯、甲醇以及二甲苯。其中水我们可以倾析罐分离出去，但是甲醇和甲苯与二甲苯为共沸物，普通分离难以满足工艺要求。精馏塔主要有两大类型：板式塔和填料塔。其主要区别如下表所示：
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表3.14 板式塔与填料塔的主要区别
序号 板式塔 填料塔 1 2 3 4 5 6 7 8
Φ600mm以下时，安装较困难 效率较稳定，大塔板效率比小塔板有所提高
空塔速度高
检修清理比填料塔容易 压降比填料塔大 气液比的适应范围大 多数不便于非金属材料制作
持液量大
Φ800mm以下，造价一般比板式塔低，直径大则造价高
用小填料时，小塔的效率高，塔较低；直径增大，效率下降，所需填料高度急增 空塔速度（生产能力）低 大塔检修费用大，劳动量大
压降小，对阻力要求小的场合较适用 对液相喷淋量有一定的要求
内部结构简单，便于非金属材料制作，可用于腐蚀较严重场合 持液量小
塔型的选取要求：
（1）在满足工艺条件的基础上，有尽可能高的转化率；
（2）生产能力比预期要求要高，使塔在正常状况下不能超负荷工作； （3）塔安全系数高，便于维修； （4）结构简单，造价成本低。
根据设计条件以及塔型的适用条件，我们选取板式塔。板式塔塔板可以大致分为穿流式和溢流式两种。跟据设计需求，我们采用溢流式塔板。穿流式塔板分离气液时稳定性较差，一般不使用。溢流式塔板又可以分为7种类型，具体数据如下表3.15。
表3.15 各类塔板性能比较
指标
F形浮阀
十字架形浮阀
负荷 弹性 压力降 雾沫夹带量
4 5 5 2
4 5 5 3
4 5 5 3
4 2 3 3
4 3 3 2
3 4 0 1
1 3 3 0
条形浮阀
筛板
舌形板
圆形泡罩
条形泡罩
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分离效率 处理量 成本 材料消耗 安装 维修 杂质对操作的影响
5 4 3 4 4 3 2
5 4 3 4 3 3 3
4 4 4 4 4 4 2
3 4 4 4 4 3 1
3 4 4 5 4 3 2
4 2 2 2 1 2 1
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由上表分析，筛板类型负荷较高、压力降满足最低要求、分离效率较高、处理满足要求、成本相对较低、安装简单、杂质对其操作影响小。综合分析，筛板式塔板的各个性能均满足设计要求，所以此次设计采用塔板类型为筛板最为经济合算。 3.3.2 精馏塔设计
塔回流比优化设计和塔顶采出优化设计是通过Aspen Plus模拟得到的，两座精馏塔回流比优化图3.16、3.17、3.18、3.19如下：
图3.16 甲醇精馏塔回流比优化图
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图3.17 甲醇塔塔顶采出率优化结果图
图3.18 甲苯精馏塔回流比优化图
图3.19 甲苯塔塔顶采出率优化结果图
塔顶返回到塔内的回流液流量L与塔顶产品流量D的比值，即R=L/D，称之为回流比。
精馏过程的分离效果、经济效益的一个十分重要的影响因素就是回流比大小。对于甲醇塔，由图3.16可知，当回流比增加到约4.5时，塔釜能达到较好的分离效果。因此，甲醇塔的优