1、糠醛精餾裝置設計第1頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二第一章 糠醛生產流程介紹一、糠醛特性糠醛又叫呋喃甲醛，分子式C6H4O2。分子量96.08（按1987年國際相對分子量）。呋喃甲醛為淺黃色至琥珀色透明油狀液體。有類似杏仁的刺激性氣味，在空氣和光的作用下，有淺黃色變褐色并產生樹脂化。它能溶于很多有機溶劑，如酒精，乙醇，丙酮，乙醚，苯等。 第2頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二純糠醛為無色、有芳香味、易燃的液體，放置后色澤逐漸由黃變深。沸點161.7，熔點-36.5，閃點56.8，相對密度（20）1.1598，折光指數1.528，粘度（25）1.49

2、mpa.s，能部分溶于水，與乙醚或酒精可互融。糠醛易燃，易于蒸汽一同揮發，其蒸汽與空氣形成爆炸性混合物，爆炸下限2.1%，自燃溫度315.6。糠醛遇濃硫酸會爆炸。第3頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二糠醛是一種重要的有機化工產品，它在合成樹脂、石油煉制、染料、醫藥和輕化工等工業部門有著廣泛的用途。糠醛是以富含多縮戊糖的植物纖維（如玉米芯、棉子殼、油茶殼和甘蔗渣等）為原料生產的。其生產方法比較簡單，經濟效益也比較顯著。目前我國已是世界上生產糠醛的主要國家之一，其產品質量也已達到國際先進水平。第4頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二糠醛由多縮戊糖經水解、脫

3、水而成。許多農作物的莖、皮、籽、殼都含有多縮戊糖，所以都能用作制造糠醛的原料，但出醛率各不相同。第5頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二二、糠醛生產流程工業上制糠醛的方法是將原料與稀硫酸在加壓下蒸煮，用高壓或過熱蒸汽帶出反應產物，經分餾后得到糠醛成品，其流程圖如下。第6頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二第7頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二三、本設計的工藝流程精餾工段工藝流程1第8頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二第二章 精餾塔工藝計算一、物料衡算二、精餾塔的塔板數計算四、水力學性能以下分析以篩板塔為例。三、

4、塔徑與塔板布置第9頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二一、物料衡算工程中習慣用質量流量，而化工單元設計中使用摩爾流量較方便。最好兩者同時算出，便于化工計算。1.產品流量本設計為年產18002200噸純糠醛，考慮到檢修等原因，一年以300天計（24h/d），同時考慮到生產裕度和過程損失，使設計能力增加15%，于是以單位時間計，計算理論產量I2.分離罐衡算分離罐出來的產品是粗糠醛，其組成與分離罐的溫度有關。設計規定分離罐的溫度為30，故分層后的組成可查出。分離罐出來的產品是粗糠醛，其質量分率為94.2%，摩爾分率為75.28%。精餾塔工藝計算第10頁，共39頁，2022年，5月

5、20日，9點32分，星期二分離罐DJI第11頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二3.精餾車間總衡算4.原料罐衡算5.精餾塔衡算（檢驗）6.得到I、J、D、W、S、F等的質量和摩爾組成、單位時間流量等數據。第12頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二二、精餾塔的塔板數計算1. 物性參數(注意單位換算）根據以質量分率的相平衡數據，畫出以摩爾分率表示的氣液平衡數據；2理論塔板數（圖算法）恒摩爾流假定：各組分摩爾氣化潛熱相等；氣液接觸時因溫度不同而交換的顯熱可以忽略；塔設備保溫良好，可忽略熱損失。回流比第13頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二

6、三、塔徑與塔板布置1.確定工藝參數操作溫度、壓力；氣、液相負荷（精餾段、提餾段分別算）；物性參數計算：比熱和潛熱；氣、液相密度；液體表面張力；粘度2.塔徑計算確定塔板流型，初定板間距HT，初算塔徑D；核算塔徑。選取塔板間距 HT ：HT ，則塔高，液沫夾帶量，液泛氣速 HT ，則塔內氣速，塔徑，但塔高第14頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二考慮經濟性 、經驗選取HT塔板間距和塔徑的經驗關系工業塔中，板間距范圍200900 mm塔徑確定原則： 防止過量液沫夾帶液泛 步驟：先確定液泛氣速 uf (m/s)； 然后選設計氣速 u； 最后計算塔徑 D。第15頁，共39頁，2022

7、年，5月20日，9點32分，星期二 液泛氣速C：氣體負荷因子，與 HT、 液體表面張力和兩相接觸狀況有關。圖中，兩相流動參數 FLV：式中，qVVs、qVLs：氣、液相體積流率 m3 /s； qmL、qmV ：氣、液相質量流率 kg /s。C20 ： =20mN/m 時的氣 體負荷因子，查圖第16頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二第17頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二 選取設計氣速 u 選取泛點率： u / uf 一般液體， 0.6 0.8；易起泡液體，0.5 0.6設計氣速 u = 泛點率 uf所需氣體流通截面積塔截面積 AT = 氣體流通截面積

8、 A +降液管面積 Ad 即： A = AT - Ad塔截面積：第18頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二選取 Ad / AT ，計算塔徑 D： 說明：計算塔徑需圓整。 系列化標準： 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0m 等選取 Ad / AT原則 單流型弓形降液管： 0.06 0.12 多流型：可適當增大； U 形流型：可適當減小。注意： 1）必須用圓整后的D重新計算確定實際的氣體流通截面積、實際氣速及泛點率。 2）校核HT與D的范圍。第19頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，

9、星期二3.塔盤結構尺寸塔盤結構（直徑大小，塔盤形式，整塊 定距管，分塊 ，等）；降液管及堰結構尺寸；確定堰高hw，計算how，必要時調整堰型式；選擇合理孔徑和孔間距，確定開孔區面積及開孔數。溢流裝置設計 溢流型式的選擇 依據：塔徑 、流量； 型式：單流型、U 形流型、雙流型、階梯流型等 第20頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二塔徑m液 體 流 量 m3/hU型流型單流型雙流型階梯流型1.07451.49702.0119090-1603.011110110-200200-3004.011110110-230230-3505.011110110-250250-4006.011

10、110110-250250-450液流型式選取參考表第21頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二 降液管形式和底隙 降液管：弓形、圓形。 降液管截面積：由Ad/AT = 0.06 0.12 確定； 底隙 hb ：通常在 30 40 mm。 溢流堰（出口堰） 作用：維持塔板上一定液層，使液體均勻橫向流過。 型式：平直堰、溢流輔堰、三角形齒堰及柵欄堰。第22頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二堰高 hW：直接影響塔板上液層厚度。 過小，相際傳質面積過小；過大，塔板阻力大，效率低。 常、加壓塔：40 80 mm ； 減壓塔：25 mm 左右。 堰長 lW ：影響

11、液層高度。單流型： 雙流型: 第23頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二堰上方液頭高度 hOW ： 其中， E：液流收縮系數，一般可近似取 E =1。要求： 否則改用齒形堰。第24頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二 塔板及其布置（1）受液區和降液區 一般兩區面積相等。（2）入口安定區和出口安定區 （3）邊緣區：（4）有效傳質區： 單流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrx第25頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二篩孔的尺寸和排列 篩孔： 有效傳質區內，常按正三角形排列。 篩板開孔率 ： 篩孔直徑 d0 : 3 8 mm (一般)。

12、12 25 mm (大篩孔) 孔中心距 t : (2.55) d0 取整。 開孔率: 通常為 0.08 0.12。 板厚：碳鋼（3 4mm）、不銹鋼。 第26頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二篩孔數：篩孔氣速：第27頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二四、水力學性能1.漏液計算漏液點，驗算其穩定性，必要時調整孔數及開孔面積。漏液點氣速 u0 ：發生嚴重漏液時篩孔氣速。 穩定系數：（a）計算嚴重漏液時干板阻力 h0 （b）計算漏液點氣速 u0 要求：說明：如果穩定系數k過小，可 減小開孔率 或 降低堰高。第28頁，共39頁，2022年，5月20日，9點3

13、2分，星期二2.塔板壓降計算干板壓降、氣體通過泡沫層壓降。塔板阻力：清液柱高度表示：塔板阻力 hf包括 以下幾部分: （a）干板阻力 h0氣體通過板上孔的阻力（設無液體時）； （b）液層阻力 hl 氣體通過液層阻力； （c）克服液體表面張力阻力 h孔口處表面張力。第29頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二（a）干板阻力h0（b）液層阻力 hl（c）克服液體表面張力阻力（一般可不計） 故塔板阻力：說明：若塔板阻力過大，可 增加開孔率或 降低堰高。第30頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二3.液泛計算降液管液面高度；校核板間距；校核液相在降液管 的停留時間。

14、降液管中清液柱高度 (m)液面落差一般較小，可不計。液體通過降液管阻力 hd：包括底隙阻力 hd1和進口堰阻力hd2。第31頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二無進口堰時：泡沫層高度泡沫層相對密度：對不易起泡物系，要求：說明：若泡沫高度過大，可 減小塔板阻力或 增大塔板間距。第32頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二液體在降液管中停留時間校核 目的：避免嚴重的氣泡夾帶。 停留時間：要求：說明：停留時間過小，可 增加降液管面積 或 增大塔板 間距。第33頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二4.液沫夾帶單位質量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質

15、量（或摩爾） ev ： kg 液體 / kg氣體，或 kmol液體 / kmol氣體單位時間夾帶到上層塔板的液體質量（或摩爾） e：kg 液體 / h 或 kmol液體 / h 液沫夾帶分率：夾帶的液體流量占橫過塔板液體流量的分數。ev的計算方法：方法1：利用Fair關聯圖求，進而求出ev。方法2：用Hunt經驗公式計算ev。第34頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二式中Hf 為板上泡沫層高度：要求： ev 0.1 kg 液體 / kg氣體。說明：超過允許值，可調整 塔板間距 或 塔徑。 第35頁，共39頁，2022年，5月20日，9點32分，星期二5.確定負荷性能的許可限做出漏液線；過量霧沫夾帶線；液相下限線；液相上限線；液泛線；操作線；確定操作點。第36頁，共39頁，2