糠醛精馏装置设计

1、糠醛精馏装置设计第1页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二第一章 糠醛生产流程介绍一、糠醛特性糠醛又叫呋喃甲醛，分子式C6H4O2。分子量96.08（按1987年国际相对分子量）。呋喃甲醛为浅黄色至琥珀色透明油状液体。有类似杏仁的刺激性气味，在空气和光的作用下，有浅黄色变褐色并产生树脂化。它能溶于很多有机溶剂，如酒精，乙醇，丙酮，乙醚，苯等。 第2页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二纯糠醛为无色、有芳香味、易燃的液体，放置后色泽逐渐由黄变深。沸点161.7，熔点-36.5，闪点56.8，相对密度（20）1.1598，折光指数1.528，粘度（25）1.49

2、mpa.s，能部分溶于水，与乙醚或酒精可互融。糠醛易燃，易于蒸汽一同挥发，其蒸汽与空气形成爆炸性混合物，爆炸下限2.1%，自燃温度315.6。糠醛遇浓硫酸会爆炸。第3页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二糠醛是一种重要的有机化工产品，它在合成树脂、石油炼制、染料、医药和轻化工等工业部门有着广泛的用途。糠醛是以富含多缩戊糖的植物纤维（如玉米芯、棉子壳、油茶壳和甘蔗渣等）为原料生产的。其生产方法比较简单，经济效益也比较显著。目前我国已是世界上生产糠醛的主要国家之一，其产品质量也已达到国际先进水平。第4页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二糠醛由多缩戊糖经水解、脱

3、水而成。许多农作物的茎、皮、籽、壳都含有多缩戊糖，所以都能用作制造糠醛的原料，但出醛率各不相同。第5页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二二、糠醛生产流程工业上制糠醛的方法是将原料与稀硫酸在加压下蒸煮，用高压或过热蒸汽带出反应产物，经分馏后得到糠醛成品，其流程图如下。第6页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二第7页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二三、本设计的工艺流程精馏工段工艺流程1第8页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二第二章 精馏塔工艺计算一、物料衡算二、精馏塔的塔板数计算四、水力学性能以下分析以筛板塔为例。三、

4、塔径与塔板布置第9页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二一、物料衡算工程中习惯用质量流量，而化工单元设计中使用摩尔流量较方便。最好两者同时算出，便于化工计算。1.产品流量本设计为年产18002200吨纯糠醛，考虑到检修等原因，一年以300天计（24h/d），同时考虑到生产裕度和过程损失，使设计能力增加15%，于是以单位时间计，计算理论产量I2.分离罐衡算分离罐出来的产品是粗糠醛，其组成与分离罐的温度有关。设计规定分离罐的温度为30，故分层后的组成可查出。分离罐出来的产品是粗糠醛，其质量分率为94.2%，摩尔分率为75.28%。精馏塔工艺计算第10页，共39页，2022年，5月

5、20日，9点32分，星期二分离罐DJI第11页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二3.精馏车间总衡算4.原料罐衡算5.精馏塔衡算（检验）6.得到I、J、D、W、S、F等的质量和摩尔组成、单位时间流量等数据。第12页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二二、精馏塔的塔板数计算1. 物性参数(注意单位换算）根据以质量分率的相平衡数据，画出以摩尔分率表示的气液平衡数据；2理论塔板数（图算法）恒摩尔流假定：各组分摩尔气化潜热相等；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；塔设备保温良好，可忽略热损失。回流比第13页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二

6、三、塔径与塔板布置1.确定工艺参数操作温度、压力；气、液相负荷（精馏段、提馏段分别算）；物性参数计算：比热和潜热；气、液相密度；液体表面张力；粘度2.塔径计算确定塔板流型，初定板间距HT，初算塔径D；核算塔径。选取塔板间距 HT ：HT ，则塔高，液沫夹带量，液泛气速 HT ，则塔内气速，塔径，但塔高第14页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二考虑经济性 、经验选取HT塔板间距和塔径的经验关系工业塔中，板间距范围200900 mm塔径确定原则： 防止过量液沫夹带液泛 步骤：先确定液泛气速 uf (m/s)； 然后选设计气速 u； 最后计算塔径 D。第15页，共39页，2022

7、年，5月20日，9点32分，星期二 液泛气速C：气体负荷因子，与 HT、 液体表面张力和两相接触状况有关。图中，两相流动参数 FLV：式中，qVVs、qVLs：气、液相体积流率 m3 /s； qmL、qmV ：气、液相质量流率 kg /s。C20 ： =20mN/m 时的气 体负荷因子，查图第16页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二第17页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二 选取设计气速 u 选取泛点率： u / uf 一般液体， 0.6 0.8；易起泡液体，0.5 0.6设计气速 u = 泛点率 uf所需气体流通截面积塔截面积 AT = 气体流通截面积

8、 A +降液管面积 Ad 即： A = AT - Ad塔截面积：第18页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二选取 Ad / AT ，计算塔径 D： 说明：计算塔径需圆整。 系列化标准： 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2.0m 等选取 Ad / AT原则 单流型弓形降液管： 0.06 0.12 多流型：可适当增大； U 形流型：可适当减小。注意： 1）必须用圆整后的D重新计算确定实际的气体流通截面积、实际气速及泛点率。 2）校核HT与D的范围。第19页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，

9、星期二3.塔盘结构尺寸塔盘结构（直径大小，塔盘形式，整块 定距管，分块 ，等）；降液管及堰结构尺寸；确定堰高hw，计算how，必要时调整堰型式；选择合理孔径和孔间距，确定开孔区面积及开孔数。溢流装置设计 溢流型式的选择 依据：塔径 、流量； 型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等 第20页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二塔径m液 体 流 量 m3/hU型流型单流型双流型阶梯流型1.07451.49702.0119090-1603.011110110-200200-3004.011110110-230230-3505.011110110-250250-4006.011

10、110110-250250-450液流型式选取参考表第21页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二 降液管形式和底隙 降液管：弓形、圆形。 降液管截面积：由Ad/AT = 0.06 0.12 确定； 底隙 hb ：通常在 30 40 mm。 溢流堰（出口堰） 作用：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。 型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。第22页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二堰高 hW：直接影响塔板上液层厚度。 过小，相际传质面积过小；过大，塔板阻力大，效率低。 常、加压塔：40 80 mm ； 减压塔：25 mm 左右。 堰长 lW ：影响

11、液层高度。单流型： 双流型: 第23页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二堰上方液头高度 hOW ： 其中， E：液流收缩系数，一般可近似取 E =1。要求： 否则改用齿形堰。第24页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二 塔板及其布置（1）受液区和降液区 一般两区面积相等。（2）入口安定区和出口安定区 （3）边缘区：（4）有效传质区： 单流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrx第25页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二筛孔的尺寸和排列 筛孔： 有效传质区内，常按正三角形排列。 筛板开孔率 ： 筛孔直径 d0 : 3 8 mm (一般)。

12、12 25 mm (大筛孔) 孔中心距 t : (2.55) d0 取整。 开孔率: 通常为 0.08 0.12。 板厚：碳钢（3 4mm）、不锈钢。 第26页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二筛孔数：筛孔气速：第27页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二四、水力学性能1.漏液计算漏液点，验算其稳定性，必要时调整孔数及开孔面积。漏液点气速 u0 ：发生严重漏液时筛孔气速。 稳定系数：（a）计算严重漏液时干板阻力 h0 （b）计算漏液点气速 u0 要求：说明：如果稳定系数k过小，可 减小开孔率 或 降低堰高。第28页，共39页，2022年，5月20日，9点3

13、2分，星期二2.塔板压降计算干板压降、气体通过泡沫层压降。塔板阻力：清液柱高度表示：塔板阻力 hf包括 以下几部分: （a）干板阻力 h0气体通过板上孔的阻力（设无液体时）； （b）液层阻力 hl 气体通过液层阻力； （c）克服液体表面张力阻力 h孔口处表面张力。第29页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二（a）干板阻力h0（b）液层阻力 hl（c）克服液体表面张力阻力（一般可不计） 故塔板阻力：说明：若塔板阻力过大，可 增加开孔率或 降低堰高。第30页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二3.液泛计算降液管液面高度；校核板间距；校核液相在降液管 的停留时间。

14、降液管中清液柱高度 (m)液面落差一般较小，可不计。液体通过降液管阻力 hd：包括底隙阻力 hd1和进口堰阻力hd2。第31页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二无进口堰时：泡沫层高度泡沫层相对密度：对不易起泡物系，要求：说明：若泡沫高度过大，可 减小塔板阻力或 增大塔板间距。第32页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二液体在降液管中停留时间校核 目的：避免严重的气泡夹带。 停留时间：要求：说明：停留时间过小，可 增加降液管面积 或 增大塔板 间距。第33页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二4.液沫夹带单位质量（或摩尔）气体所夹带的液体质

15、量（或摩尔） ev ： kg 液体 / kg气体，或 kmol液体 / kmol气体单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔） e：kg 液体 / h 或 kmol液体 / h 液沫夹带分率：夹带的液体流量占横过塔板液体流量的分数。ev的计算方法：方法1：利用Fair关联图求，进而求出ev。方法2：用Hunt经验公式计算ev。第34页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二式中Hf 为板上泡沫层高度：要求： ev 0.1 kg 液体 / kg气体。说明：超过允许值，可调整 塔板间距 或 塔径。 第35页，共39页，2022年，5月20日，9点32分，星期二5.确定负荷性能的许可限做出漏液线；过量雾沫夹带线；液相下限线；液相上限线；液泛线；操作线；确定操作点。第36页，共39页，2