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1、糠醛精馏装置设计精馏塔部分第一章 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。n n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）1.49mpa.s，能部分溶于水，与乙醚或酒精可互融。n n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
2、炸下限2.1%，自燃温度315.6。糠醛遇浓硫酸会爆炸。n n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。n n糠糠醛醛由多由多缩缩戊糖戊糖经经水解、脱水而成。水解、脱水而成。n n许许多多农农作物的茎、皮、籽、壳都含有多作物的茎、皮、籽、壳都含有多缩缩戊戊糖，所以都能用作制造糠糖，所以都能用作制造糠醛醛的原料，但出的原料，但出醛醛率各不相同。率各不相
3、同。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。三、本设计的工艺流程精馏工段工艺流程1第二章 精馏塔工艺计算一、物料衡算一、物料衡算一、物料衡算一、物料衡算二、精二、精二、精二、精馏馏塔的塔板数塔的塔板数塔的塔板数塔的塔板数计计算算算算四、水力学性能四、水力学性能四、水力学性能四、水力学性能以下分析以以下分析以以下分析以以下分析以筛筛板塔板塔板塔板塔为为例。例。例。例。三、塔径与塔板布置三、塔径与塔板布置三、塔径与塔板布置三、塔径与塔板布置n n一、物料衡算一、物料衡算一、物料衡算一、物料衡算n n工程中工程
4、中工程中工程中习惯习惯用用用用质质量流量，而化工量流量，而化工量流量，而化工量流量，而化工单单元元元元设计设计中使用中使用中使用中使用摩摩摩摩尔尔流量流量流量流量较较方便。最好两者同方便。最好两者同方便。最好两者同方便。最好两者同时时算出，便于化工算出，便于化工算出，便于化工算出，便于化工计计算。算。算。算。n n1.1.产产品流量品流量品流量品流量n n本本本本设计为设计为年年年年产产1800220018002200吨吨吨吨纯纯糠糠糠糠醛醛，考，考，考，考虑虑到到到到检检修等原因，一年以修等原因，一年以修等原因，一年以修等原因，一年以300300天天天天计计24h/d24h/d），同），同）
5、，同），同时时考考考考虑虑到生到生到生到生产产裕度和裕度和裕度和裕度和过过程程程程损损失，使失，使失，使失，使设计设计能力增加能力增加能力增加能力增加15%15%，于是以，于是以，于是以，于是以单单位位位位时间计时间计，计计算理算理算理算理论产论产量量量量I In n2.2.分离罐衡算分离罐衡算分离罐衡算分离罐衡算n n分离罐出来的分离罐出来的分离罐出来的分离罐出来的产产品是粗糠品是粗糠品是粗糠品是粗糠醛醛，其，其，其，其组组成与分离罐的成与分离罐的成与分离罐的成与分离罐的温度有关。温度有关。温度有关。温度有关。设计规设计规定分离罐的温度定分离罐的温度定分离罐的温度定分离罐的温度为为3030，
6、故分，故分，故分，故分层层后的后的后的后的组组成可成可成可成可查查出。分离罐出来的出。分离罐出来的出。分离罐出来的出。分离罐出来的产产品是粗糠品是粗糠品是粗糠品是粗糠醛醛，其其其其质质量分率量分率量分率量分率为为94.2%94.2%，摩，摩，摩，摩尔尔分率分率分率分率为为75.28%75.28%。精馏塔工艺计算分离罐DJI3.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。二、精二、精二、精二、精馏馏塔的塔板数塔的塔板数塔的塔板数塔的塔板数计计算算算算1.1.物性参数物性参数物性参数物性参数( (注意注意注意注意单单位位位位
7、换换算）算）算）算）根据以根据以根据以根据以质质量分率的相平衡数据，画出以摩量分率的相平衡数据，画出以摩量分率的相平衡数据，画出以摩量分率的相平衡数据，画出以摩尔尔分率表分率表分率表分率表示的气液平衡数据；示的气液平衡数据；示的气液平衡数据；示的气液平衡数据；2 2理理理理论论塔板数塔板数塔板数塔板数图图算法）算法）算法）算法）恒摩恒摩恒摩恒摩尔尔流假定：各流假定：各流假定：各流假定：各组组分摩分摩分摩分摩尔尔气化潜气化潜气化潜气化潜热热相等；气液接相等；气液接相等；气液接相等；气液接触触触触时时因温度不同而交因温度不同而交因温度不同而交因温度不同而交换换的的的的显热显热可以忽略；塔可以忽略；
8、塔可以忽略；塔可以忽略；塔设备设备保保保保温良好，可忽略温良好，可忽略温良好，可忽略温良好，可忽略热损热损失。失。失。失。回流比回流比回流比回流比三、塔径与塔板布置三、塔径与塔板布置三、塔径与塔板布置三、塔径与塔板布置1.1.确定工确定工确定工确定工艺艺参数参数参数参数操作温度、操作温度、操作温度、操作温度、压压力；气、液相力；气、液相力；气、液相力；气、液相负负荷精荷精荷精荷精馏馏段、提段、提段、提段、提馏馏段段段段分分分分别别算）；算）；算）；算）；物性参数物性参数物性参数物性参数计计算：比算：比算：比算：比热热和潜和潜和潜和潜热热；气、液相密度；液体；气、液相密度；液体；气、液相密度；液
9、体；气、液相密度；液体表面表面表面表面张张力；粘度力；粘度力；粘度力；粘度2.2.塔径塔径塔径塔径计计算算算算确定塔板流型，初定板确定塔板流型，初定板确定塔板流型，初定板确定塔板流型，初定板间间距距距距HTHT，初算塔径，初算塔径，初算塔径，初算塔径DD；核算；核算；核算；核算塔径。塔径。塔径。塔径。选选取塔板取塔板取塔板取塔板间间距距距距HTHT：HTHT，则则塔高塔高塔高塔高，液沫，液沫，液沫，液沫夹带夹带量量量量，液泛气速，液泛气速，液泛气速，液泛气速 HTHT，则则塔内气速塔内气速塔内气速塔内气速，塔径，塔径，塔径，塔径，但塔高，但塔高，但塔高，但塔高n n考虑经济性、经验选取HTn
10、n塔板间距和塔径的经验关系n nn nn n工业塔中，板间距范围200900mm塔径确定原塔径确定原则： 防止防止过量液沫量液沫夹带液泛液泛 步步骤：先确定液泛气速：先确定液泛气速 uf (m/s)； 然后然后选设计气速气速 u； 最后最后计算塔径算塔径 D。n n液泛气速液泛气速C：气体：气体负荷因子，与荷因子，与 HT、 液体表面液体表面张力和两相接触状况有关。力和两相接触状况有关。图中，两相流中，两相流动参数参数 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时时的气的气体体负负荷因子，荷因子，查图
11、查图n n 选选取取取取设计设计气速气速气速气速uun n选选取泛点率：取泛点率：取泛点率：取泛点率：u/ufu/ufn n一般液体，一般液体，一般液体，一般液体，0.60.80.60.8；易起泡液体，；易起泡液体，；易起泡液体，；易起泡液体，0.50.50.60.6n n设计设计气速气速气速气速u=u=泛点率泛点率泛点率泛点率ufufn n所需气体流通截面所需气体流通截面所需气体流通截面所需气体流通截面积积n n n n塔截面塔截面塔截面塔截面积积AT=AT=气体流通截面气体流通截面气体流通截面气体流通截面积积A+A+降液管面降液管面降液管面降液管面积积 AdAdn n即：即：即：即：A=A
12、T-AdA=AT-Ad塔截面塔截面积：选选取取Ad/ATAd/AT，计计算塔径算塔径DD：阐阐明：明：计计算塔径需算塔径需圆圆整。整。 系列化系列化标标准：准：0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.2,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0m1.4,1.6,1.8,2.0m等等选选取取Ad/ATAd/AT原原则则单单流型弓形降液管：流型弓形降液管：0.060.120.060.12多流型：可适当增大；多流型：可适当增大；UU形流型：可适当减小。形流型：可适当减小。留意：留意： 1必必须用用圆整后的整后的D重新重新计算确
13、定算确定实际的气体流通截面的气体流通截面积、实际气速及泛点率。气速及泛点率。 2校核校核HT与与D的范的范围。3. 3.塔塔塔塔盘结盘结构尺寸构尺寸构尺寸构尺寸塔塔塔塔盘结盘结构直径大小，塔构直径大小，塔构直径大小，塔构直径大小，塔盘盘形式，整形式，整形式，整形式，整块块 定距管，定距管，定距管，定距管，分分分分块块 ，等）；降液管及堰，等）；降液管及堰，等）；降液管及堰，等）；降液管及堰结结构尺寸；确定堰高构尺寸；确定堰高构尺寸；确定堰高构尺寸；确定堰高hwhw，计计算算算算howhow，必要，必要，必要，必要时调时调整堰型式；整堰型式；整堰型式；整堰型式；选择选择合理孔合理孔合理孔合理孔径
14、和孔径和孔径和孔径和孔间间距，确定开孔区面距，确定开孔区面距，确定开孔区面距，确定开孔区面积积及开孔数。及开孔数。及开孔数。及开孔数。溢流装置溢流装置设计 溢流型式的溢流型式的选择 根据：塔径根据：塔径 、流量；、流量； 型式：型式：单流型、流型、U 形流型、双流型、形流型、双流型、阶梯流梯流型等型等 塔径塔径m m液液 体体 流流 量量 m m3 3/h/hU U型流型型流型单单流型流型双流型双流型阶阶梯流型梯流型1.01.07745451.41.49970702.02.01111909090-16090-1603.03.01111110110110-200110-200200-300200
15、-3004.04.01111110110110-230110-230230-350230-3505.05.01111110110110-250110-250250-400250-4006.06.01111110110110-250110-250250-450250-450液流型式液流型式选取参考表取参考表降液管形式和底隙降液管形式和底隙降液管形式和底隙降液管形式和底隙降液管：弓形、降液管：弓形、降液管：弓形、降液管：弓形、圆圆形。形。形。形。降液管截面降液管截面降液管截面降液管截面积积：由：由：由：由Ad/AT=0.060.12Ad/AT=0.060.12确定；确定；确定；确定；底隙底隙底隙底
16、隙hbhb：通常在：通常在：通常在：通常在3040mm3040mm。溢流堰出口堰）溢流堰出口堰）溢流堰出口堰）溢流堰出口堰）作用：作用：作用：作用：维维持塔板上一定液持塔板上一定液持塔板上一定液持塔板上一定液层层，使液体均匀横向，使液体均匀横向，使液体均匀横向，使液体均匀横向流流流流过过。型式：平直堰、溢流型式：平直堰、溢流型式：平直堰、溢流型式：平直堰、溢流辅辅堰、三角形堰、三角形堰、三角形堰、三角形齿齿堰及堰及堰及堰及栅栅栏栏堰。堰。堰。堰。堰高堰高hW：直接影响塔板上液：直接影响塔板上液层厚度。厚度。过小，小，相相际传质面面积过小；小；过大，塔板阻力大，大，塔板阻力大，效率低。效率低。常
17、、加常、加压塔：塔：4080mm；减减压塔：塔：25mm左右。左右。堰堰长lW：影响液：影响液层高度。高度。单流型：流型：双流型双流型:n n堰上方液堰上方液头高度高度hOW：n n其中，其中，E：液流收：液流收缩系数，一般可近似系数，一般可近似取取E=1。n n要求：要求：n n否否则改用改用齿形堰。形堰。n n塔板及其布置塔板及其布置n n（1 受液区和降液区受液区和降液区n n一般两区面一般两区面积积相等。相等。n n（2 入口安定区和出口安定区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筛孔的尺寸和排列孔的尺寸和排列筛孔：孔：有效有效传
18、质区内，常按正三角形排列。区内，常按正三角形排列。筛板开孔率板开孔率：筛孔直径孔直径 d0 : 3 8 mm (普通普通)。 12 25 mm (大大筛孔孔) 孔中心距孔中心距 t : (2.55) d0 取整。取整。 开孔率开孔率: 通常通常为 0.08 0.12。 板厚：碳板厚：碳钢3 4mm）、不）、不锈钢。 筛孔数：孔数：筛孔气速：孔气速：n n四、水力学性能四、水力学性能四、水力学性能四、水力学性能n n1.1.漏液漏液漏液漏液n n计计算漏液点，算漏液点，算漏液点，算漏液点，验验算其算其算其算其稳稳定性，必要定性，必要定性，必要定性，必要时调时调整孔数及整孔数及整孔数及整孔数及开孔
19、面开孔面开孔面开孔面积积。漏液点气速漏液点气速 u0 ：发生生严重漏液重漏液时筛孔气速。孔气速。 稳定系数：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：要求：阐明：如果明：如果稳定系数定系数k过小，可小，可 减小开孔率减小开孔率 或或 降低堰高。降低堰高。n n2.塔板压降n n计算干板压降、气体通过泡沫层压降。塔板阻力：塔板阻力：清液柱高度表示：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。（a干板阻力干板阻力h0（b液液
20、层阻力阻力 hl（c克服液体表面克服液体表面张力阻力一般可不力阻力一般可不计） 故塔板阻力：阐明：若塔板阻力明：若塔板阻力过大，可大，可 增加开孔率或增加开孔率或 降低堰高。降低堰高。n n3.液泛n n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。n n降液管中清液柱高度(m)液面落差液面落差一般一般较小，可不小，可不计。液体通液体通过降液管阻力降液管阻力 hd：包括底隙阻力：包括底隙阻力 hd1和和进口口堰阻力堰阻力hd2。无无进口堰口堰时：泡沫泡沫层高度高度泡沫层相对密度：对不易起泡物系，要求：要求：阐明：若泡沫高度明：若泡沫高度过大，可大，可 减小塔板阻力或减小塔板阻力或
21、 增大塔增大塔板板间距。距。液体在降液管中停留液体在降液管中停留时间校核校核 目的：避免目的：避免严重的气泡重的气泡夹带。 停留停留时间：要求：要求：阐明：停留明：停留时间过小，可小，可 增加降液管面增加降液管面积 或或 增大增大塔板塔板 间距。距。n n4.液沫夹带n n单位质量或摩尔气体所夹带的液体质量或摩尔）ev：kg液体/kg气体，或kmol液体/kmol气体n n单位时间夹带到上层塔板的液体质量或摩尔）n ne：kg液体/h或kmol液体/hn n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。n nev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
22、经验公式计算ev。式中Hf 为板上泡沫层高度：要求：要求： ev 0.1 kg 液体液体 / kg气体。气体。阐明：超明：超过允允许值，可，可调整整 塔板塔板间距距 或或 塔径。塔径。 n n5.确定负荷性能的许可限n n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。过过量液沫量液沫夹带线夹带线 气相气相负负荷上限荷上限线线）规规定：定：ev=0.1（kg液体液体/kg气体）气体）为为限制条件。限制条件。 液相下限液相下限液相下限液相下限线线线线整理出： 严严重漏液重漏液线线 气相下限气相下限线线）代入相关公式，如hOW、u0，整理出。规定 液相上限液相上限液相上限液相上限线线线线保保保保证证证证液体在降液管中有一定的停留液体在降液管中有一定的停留液体在降液管中有一定的停留液体在降液管中有一定的停留时间时间时间时间。 降液管液泛降液管液泛线线
