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1、毕业设计文献综述年产1200吨糠醛精馏塔设计摘 要：本文主要介绍了糠醛，各种精馏设备及精馏塔工艺计算。通过介绍，对糠醛有了比较深入，理性的认识，同时了解了一些精馏设备，掌握学习了一些必要的计算公式，为即将进行的设计奠定了基础。关键词：糠醛；精馏；精馏塔1 糠醛1.1 糠醛简介 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。 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
2、.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）1.49mpa.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。 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。1.2 糠醛制备糠醛由多缩戊糖经水
3、解、脱水而成。 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，但出率各不相同。 糠醛的制备往往需要精制。目前国内采用的有3种方法：(1)简单蒸馏流程这是国内广泛采用的流程。即先用蒸馏塔连续分离出粗醛，再用精制釜在真空下精馏成精醛。此种流程特点是设备简单，投资少，上马快，但收率较低，同时醛的纯度低，损耗太，动力热损耗也大。(2)半连续精制流程针对一塔一釜”流程存在的问题，设计了两塔流程(初馏塔，精制塔)，精制收率大于90以上。但存在着低沸点物未能回收的缺点。(3)连续精制流程为了在精制糠醛的同时，能进一步回收低沸点物，国内外不步工厂采用连续精馏流程，提高了糠醛回收率，塔底
4、废水糠醛含量由原来的03降至003以下。降低了糠醛含水量及轻组分量，并降低了废水对环境的污染。连续蒸馏宜用于年产糠醛1500t以上的工厂，半连续精馏则宜用于小厂。在蒸馏塔的塔板选型上，多数厂用的是传统的泡罩塔，也有的厂改用了浮阀塔。过去人们对筛板塔抱有习惯偏见，一直认为不好操作，但实践证明，只要设计合理，筛板塔操作是很稳定的，而且结构简单、省材料、造价低。在糠醛的生产过程中，有许多废热、废气、废液、废渣大量产出，如何有效地利用是当前的重要问题。水解后的醛气温度还很高，这部分热量可利用二次蒸汽发生器产生低压蒸汽供其它用汽装置使用。1.3 废物利用 醛气中含的醋酸经过中和后可生产有价值的醋酸钠。糠
5、醛渣的利用除了可制取乙酰丙酸、二硫化碳、酵母、活性炭、饲料等外，还可代替煤做锅炉燃料。目前每吨糠醛平均耗煤7t如果全部用糠醛渣代替煤，不仅节约能源，而且又可不污染环境。目前，我省生产的糠醛90用于出口，一旦出口量减小，糠醛的生产将会产生被动局面。因此我们应该把眼光放远一点，不但生产糠醛，而且要加强糠醛及其衍生物的应用研究，立足于国内消化，牢牢掌握生产的主动权。如生产糠醇，糠醇的用途比糠醛的用途广。在糠醛厂发展糠醇经济效益会更好。2 精馏设备精馏设备指的是精馏操作所用的设备，主要包括精馏塔（精馏机）及再沸器和冷凝器。 2.1 精馏塔 完成精馏操作的主体设备。塔体为圆筒形，塔内设有供气液接触传质用
6、的塔板或填料。在简单精馏塔中，只有一股原料引入塔中，从塔顶和塔底分别引出一股产品。随化工生产的发展，出现了多股进料和多股出料或有中间换热的复杂塔。在实际生产中，常有组分相同而组成不同的几宗物料都需要分离。如果把这些物料混合以后进行分离，则能耗较大。为此可在塔体适当位置设置多个进料口，将各宗物料分别加入塔内。例如裂解气深冷分离的脱甲烷前的冷流程，就是将四宗组成和温度都不相同的液化裂解气在不同位置送入脱甲烷塔进行精馏的。在精馏塔内，气液两相的组成沿塔高逐渐发生变化。因此，在塔体不同高度上设置出料口，可以得到组成不同的产品，这称为侧线出料。石油炼制工业中的常压塔和减压塔，就是通过侧线出料得到不同产品
7、的实例。 在精馏塔内气液两相的温度自上而下逐渐增加，塔顶最低,塔底最高。如果塔底和塔顶的温度相差较大,可在精馏段设置中间冷凝器,在提馏段设置中间再沸器，以降低操作费用。供热费用取决于传热量和所用载热体的温位。在塔内设置的中间冷凝器，可用温位较高、价格较便宜的冷却剂，使上升气体部分冷凝，以减少塔顶低温冷却剂的用量。同理，中间再沸器可用温位较低的加热剂，使下降液体部分汽化，以减少塔底再沸器中高温加热剂的用量。 2.2 再沸器 用以将塔底液体部分汽化后送回精馏塔，使塔内气液两相间的接触传质得以进行。小型精馏塔的再沸器，传热面积较小，可直接设在塔的底部，通称蒸馏釜。大型精馏塔的再沸器，传热面积很大，与
8、塔体分开安装，以热虹吸式和釜式再沸器最为常用。热虹吸式再沸器是一垂直放置的管壳式换热器。液体在自下而上通过换热器管程时部分汽化，由在壳程内的载热体供热。它的优点是液体循环速度快,传热效果好,液体在加热器中的停留时间短；但是，为产生液体循环所需的压头，这种精馏塔的底座较高。釜式再沸器通常水平放置在釜内进行气液分离，可降低塔座高度；但加热管外的液体是自然对流的，传热效果较差，液体在釜内停留时间也长，因而不适于粘度较大或稳定性较差的物料。 2.3 冷凝器 用以将塔顶蒸气冷凝成液体，部分冷凝液作塔顶产品，其余作回流液返回塔顶，使塔内气液两相间的接触传质得以进行。最常用的冷凝器是管壳式换热器。小型精馏塔
9、的冷凝器可安装在精馏塔顶部；大型的冷凝器则单独安装,并设有回流槽,回流液用泵送至塔顶。 2.4 精馏机（超重力精馏设备） 有机物的精馏分离多年来一直使用填料塔或板式塔，在塔设备中，液膜流动较慢，气液接触比表面积较小，传质效率相对较低，所以设备体积庞大、空间利用率低、占地面积大。近年来出现的超重力精馏技术，利用高速旋转产生的数百至千倍重力的超重力场代替常规的重力场，极大地强化气液传质过程。 2.5 超重力精馏机将传质单元高度降低1个数量级。从而使巨大的塔设备变为高度不到2米的超重力精馏机，达到增加效率、缩小体积的目的。目前国内由浙江工业大学发明、与杭州科力化工设备有限公司联合开发的折流式超重力床
10、，已成功地应用于工业生产中的连续精馏过程，改变了传统的塔设备精馏模式，只要在室内厂房里就可以实现连续精馏过程。用它代替传统的塔设备，对社会的发展而言可节省钢材资源，延长地球资源的使用年限；对企业的发展而言，可以节约场地与空间资源，减少污染排放，提高产品质量，改善经营管理模式，降低生产劳动强度，增加生产的安全性。3 精馏塔工艺计算3.1 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。3.1.1产品流量 本设计为年产1200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
11、时间计，计算理论产量I3.1.2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%。精馏车间总衡算，原料罐衡算精馏塔衡算（检验），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。3.2 精馏塔的塔板数计算3.2.1 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；3.2.2 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。
12、回流比 3.3 塔径与塔板布置3.3.1 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3.3.2 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，但塔高考虑经济性 、经验选取HT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。 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。 选取设计气
13、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塔截面积 AT = 气体流通截面积 A +降液管面积 Ad即： A = AT - Ad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。3.3.3 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
14、；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 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。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 ：影响液层高
15、度。单流型： 双流型: 堰上方液头高度 how ： 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：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 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。 筛孔气速： 参考文献：1 化学工业部科学技术情报研究所壤化工产品手册。有机化工原料，下册北京：化学工业出版社，19852 南京林产工业学院主壤林产品化工手册，上册北京：中国林业
