糠醛精餾裝置設(shè)計

糠醛精餾裝置設(shè)計第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第一章糠醛生產(chǎn)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(chǎn)生樹脂化。它能溶于很多有機(jī)溶劑，如酒精，乙醇，丙酮，乙醚，苯等。第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五純糠醛為無色、有芳香味、易燃的液體，放置后色澤逐漸由黃變深。沸點(diǎn)161.7℃，熔點(diǎn)-36.5℃，閃點(diǎn)56.8℃，相對密度（20℃）1.1598，折光指數(shù)1.528，粘度（25℃）1.49mpa.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(fā)，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℃?？啡┯鰸饬蛩釙ā５谌?，共三十九頁，編輯于2023年，星期五糠醛是一種重要的有機(jī)化工產(chǎn)品，它在合成樹脂、石油煉制、染料、醫(yī)藥和輕化工等工業(yè)部門有著廣泛的用途?？啡┦且愿缓嗫s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(chǎn)的。其生產(chǎn)方法比較簡單，經(jīng)濟(jì)效益也比較顯著。目前我國已是世界上生產(chǎn)糠醛的主要國家之一，其產(chǎn)品質(zhì)量也已達(dá)到國際先進(jìn)水平。第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五糠醛由多縮戊糖經(jīng)水解、脫水而成。許多農(nóng)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。第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、糠醛生產(chǎn)流程工業(yè)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(yīng)產(chǎn)物，經(jīng)分餾后得到糠醛成品，其流程圖如下。第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五三、本設(shè)計的工藝流程精餾工段工藝流程1第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第二章精餾塔工藝計算一、物料衡算二、精餾塔的塔板數(shù)計算四、水力學(xué)性能以下分析以篩板塔為例。三、塔徑與塔板布置第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五一、物料衡算工程中習(xí)慣用質(zhì)量流量，而化工單元設(shè)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(chǎn)品流量本設(shè)計為年產(chǎn)1800~2200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(chǎn)裕度和過程損失，使設(shè)計能力增加15%，于是以單位時間計，計算理論產(chǎn)量I2.分離罐衡算分離罐出來的產(chǎn)品是粗糠醛，其組成與分離罐的溫度有關(guān)。設(shè)計規(guī)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(chǎn)品是粗糠醛，其質(zhì)量分率為94.2%，摩爾分率為75.28%。精餾塔工藝計算第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五分離罐D(zhuǎn)JI第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.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(zhì)量和摩爾組成、單位時間流量等數(shù)據(jù)。第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、精餾塔的塔板數(shù)計算1.物性參數(shù)(注意單位換算）根據(jù)以質(zhì)量分率的相平衡數(shù)據(jù)，畫出以摩爾分率表示的氣液平衡數(shù)據(jù)；2理論塔板數(shù)（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(shè)備保溫良好，可忽略熱損失。回流比第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五三、塔徑與塔板布置1.確定工藝參數(shù)操作溫度、壓力；氣、液相負(fù)荷（精餾段、提餾段分別算）；物性參數(shù)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(nèi)氣速↑，塔徑↓，但塔高↑第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五考慮經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)驗選取HT塔板間距和塔徑的經(jīng)驗關(guān)系

工業(yè)塔中，板間距范圍200~900mm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(shè)計氣速

u；最后計算塔徑D。第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五①液泛氣速C：氣體負(fù)荷因子，與HT、液體表面張力和兩相接觸狀況有關(guān)。圖中，兩相流動參數(shù)FLV：式中，qVVs、qVLs：氣、液相體積流率m3/s；

qmL、qmV

：氣、液相質(zhì)量流率kg/s。C20

：σ=20mN/m時的氣體負(fù)荷因子，查圖第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五②選取設(shè)計氣速

u

選取泛點(diǎn)率：u/uf

一般液體，0.6~0.8；易起泡液體，0.5~0.6設(shè)計氣速

u=泛點(diǎn)率×uf所需氣體流通截面積

塔截面積AT=氣體流通截面積A+降液管面積Ad即：A=AT-Ad塔截面積：

第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五選取Ad/AT，計算塔徑D：

說明：計算塔徑需圓整。

系列化標(biāo)準(zhǔn)：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(dāng)增大；

U形流型：可適當(dāng)減小。注意：

1）必須用圓整后的D重新計算確定實(shí)際的氣體流通截面積、實(shí)際氣速及泛點(diǎn)率。

2）校核HT與D的范圍。第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.塔盤結(jié)構(gòu)尺寸塔盤結(jié)構(gòu)（直徑大小，塔盤形式，整塊定距管，分塊，等）；降液管及堰結(jié)構(gòu)尺寸；確定堰高h(yuǎn)w，計算how，必要時調(diào)整堰型式；選擇合理孔徑和孔間距，確定開孔區(qū)面積及開孔數(shù)。溢流裝置設(shè)計①溢流型式的選擇依據(jù)：塔徑、流量；

型式：單流型、U形流型、雙流型、階梯流型等

第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五塔徑m液體流量m3/hU型流型單流型雙流型階梯流型1.0<7<451.4<9<702.0<11<9090-1603.0<11<110110-200200-3004.0<11<110110-230230-3505.0<11<110110-250250-4006.0<11<110110-250250-450液流型式選取參考表第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五②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30~40mm。③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。第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五堰高h(yuǎn)W：直接影響塔板上液層厚度。過小，相際傳質(zhì)面積過小；過大，塔板阻力大，效率低。常、加壓塔：40~80mm；減壓塔：25mm左右。堰長lW

：影響液層高度。單流型：雙流型:第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五堰上方液頭高度hOW：其中，E：液流收縮系數(shù)，一般可近似取E=1。要求：

否則改用齒形堰。第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五④塔板及其布置（1）受液區(qū)和降液區(qū)一般兩區(qū)面積相等。（2）入口安定區(qū)和出口安定區(qū)（3）邊緣區(qū)：（4）有效傳質(zhì)區(qū)：單流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrx第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五⑤篩孔的尺寸和排列

篩孔：有效傳質(zhì)區(qū)內(nèi)，常按正三角形排列。篩板開孔率：篩孔直徑d0:3~8mm(一般)。

12~25mm(大篩孔)

孔中心距t:(2.5~5)d0

取整。開孔率φ:

通常為0.08~0.12。板厚：碳鋼（3~4mm）、不銹鋼。

第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五篩孔數(shù)：篩孔氣速：第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五四、水力學(xué)性能1.漏液計算漏液點(diǎn)，驗算其穩(wěn)定性，必要時調(diào)整孔數(shù)及開孔面積。漏液點(diǎn)氣速u0′：發(fā)生嚴(yán)重漏液時篩孔氣速。

穩(wěn)定系數(shù)：（a）計算嚴(yán)重漏液時干板阻力

h0′（b）計算漏液點(diǎn)氣速u0′要求：說明：如果穩(wěn)定系數(shù)k過小，可減小開孔率或降低堰高。第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五2.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—?dú)怏w通過板上孔的阻力（設(shè)無液體時）；（b）液層阻力hl—?dú)怏w通過液層阻力；（c）克服液體表面張力阻力hσ—孔口處表面張力。第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五（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。第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五3.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。降液管中清液柱高度(m)液面落差Δ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(jìn)口堰阻力hd2。第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五無進(jìn)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。第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五液體在降液管中停留時間校核

目的：避免嚴(yán)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。第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五4.液沫夾帶單位質(zhì)量（或摩爾）氣體所夾帶的液體質(zhì)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(zhì)量（或摩爾）

e：kg液體/h或kmol液體/h液沫夾帶分率ψ：夾帶的液體流量占橫過塔板液體流量的分?jǐn)?shù)。ev的計算方法：方法1：利用Fair關(guān)聯(lián)圖求Ψ，進(jìn)而求出ev。方法2：用Hunt經(jīng)驗公式計算ev。第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五式中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(diào)整塔板間距或塔徑。

第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五5.確定負(fù)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(diǎn)。