【正文】 不同類型的板式塔則適用于各自不同的場合。根據(jù)前面物料衡算的結(jié)果，可以得到進(jìn)入流化床的氣體流量，再根據(jù)流速，可以計(jì)算出流化床的截面積 A?！? 設(shè)計(jì) =500 W/(m2a. 氣相體積已知噴淋塔內(nèi)壓力 ，按照公式()計(jì)算體積。K)。來自流化床的熱砂與加入的生物質(zhì)在旋轉(zhuǎn)篩板上密切接觸，并在動(dòng)態(tài)攪拌槳作用下迅速混合、分解，產(chǎn)生的蒸汽由蒸汽出口采出。 ()???ininpimtCqQ式中 －表示各組分的流量，kg/s；miq－表示各組分的定壓熱容，J/(kgK)pcm= 40K580????℃℃t故 ???tmcQp武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)31由于該熱量由碳的燃燒過程來提供，因而該部分所需的碳量可用下列式子計(jì)算， ()qQm1?碳式中 －表示由細(xì)砂升溫所需的碳的消耗量，kg1碳m－表示細(xì)砂升溫時(shí)所得到的熱量，JQq－表示碳的熱值，J/kg故可得到 =從而所需的空氣的量即可依下式求出 ()nVmVm????)10120(?碳空式中 －表示空氣的消耗量，m 3；空V－表示由細(xì)砂升溫所需的碳的消耗量，kg；1碳η－表示空氣中氧所占的比例；－表示標(biāo)況下單位摩爾的空氣的體積大小，L/mol ；mVn－表示空氣需要的過量系數(shù)(一般取 ) 。a. 物料帶入到設(shè)備的熱量 Q1 使用公式() 。纖維素的單體摩爾質(zhì)量為 162g/mol。（4）Q 2 的計(jì)算由以上計(jì)算過程得到 Q Q Q 6 后，根據(jù)熱量平衡方程式求出設(shè)備的熱負(fù)荷 Q2?！? ；T－物料的溫度，℃。其方法為將 d1 的第一次計(jì)算值作為初值重新做物料衡算列表求解如下。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)17第二章 生產(chǎn)工藝計(jì)算 物料衡算 反應(yīng)器物料衡算反應(yīng)器熱砂 秸稈 熱解蒸汽焦炭圖 反應(yīng)器的物流示意圖反應(yīng)塔進(jìn)口各組分流量： [7,8](a)秸稈： hkg/??(b)熱砂： 由熱量衡算得 反應(yīng)器出口各組分流量： (a)焦炭: hkg/??(b)熱砂: 由熱量衡算得 (c)CO2: /.. (d)CO: hkg5032605?? (e)CH4: /. (f)H2: k6 (g) CnHm(n=2): hg/??武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)18 (h)C3: hkg/?? (i)C4: 56 (j)H2O: k/.97. (k)糠醛: ?? (l)乙酸: k/表 反應(yīng)器進(jìn)出口物料組成及流量入口 出口物料名稱 組成，wt% 流量，kg/h 物料名稱 組成，wt% 流量，kg/h秸稈 6050 焦炭 熱砂 細(xì)砂 CO2 CO CH4 H2 C2 C3 C4 H2O 糠醛 乙酸 ∑ 100 ∑ 100 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)19 噴淋塔物料衡算噴淋塔熱解蒸汽 冷凝液粗糠醛液圖 噴淋塔的物流示意圖根據(jù)由已知的熱解氣的生成量和組成、冷凝溫度、塔內(nèi)壓力進(jìn)行的計(jì)算及 中所計(jì)算的結(jié)果，得到噴淋塔進(jìn)出口物料衡算一覽表如表 所示。其二是改革開放以后，一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)抓住自身的原料優(yōu)勢和國家政策扶持的有利時(shí)機(jī)，又先后建立了一大批年產(chǎn)量只有幾百噸的生產(chǎn)裝置。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021 年全國各秸稈產(chǎn)量將近 7 億噸，約合 3 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。大部分企業(yè)也在使用生物質(zhì)原料制備糠醛，但有兩個(gè)直得思考的問題：(1) 糠醛的原料局限于富含戊聚糖的玉米芯等產(chǎn)量比較少的原料；(2) 大多采用效率比較低下的水解法。經(jīng)切割處理后的秸稈（長度約 1cm~2cm）與催化劑（反應(yīng)開始后，由于催化劑的循環(huán)使用，只是少量補(bǔ)充）通過兩級螺旋加料裝置送入旋轉(zhuǎn)篩板熱解器與料倉來的沙石充分混合接觸，使反應(yīng)物的溫度快速上升到 500℃左右并同時(shí)發(fā)生催化熱解的反應(yīng)。在上述的酸性催化劑的催化作用之下，半纖維素在溫度為 500℃左右時(shí)，能大量定向轉(zhuǎn)化為糠醛，其反應(yīng)式如下： ()2222 COcbHam????? ?? 糠 醛半 纖 維 素 高 溫酸 性 催 化 劑木質(zhì)素是秸稈三種主要有機(jī)組分中最復(fù)雜，并且熱穩(wěn)定性最好的一種組分。(3) 催化熱解工藝更加環(huán)保，反應(yīng)產(chǎn)生的CH CO等氣體及焦炭均可以作為過程熱源提供者，對環(huán)境影響降到最低。催化熱解的生產(chǎn)工藝流程如圖 所示。干燥階段（溫度為 120～150℃） ，生物質(zhì)中的水分進(jìn)行蒸發(fā)，物料的化學(xué)組成幾乎不變。我國糠醛生產(chǎn)廠95%以上采用硫酸催化法，少數(shù)廠家使用鹽酸催化法。但原料利用率低，殘?jiān)灰滋幚砗屠?，設(shè)備腐蝕較嚴(yán)重。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)6 糠醛的生產(chǎn)工藝糠醛的生產(chǎn)工藝可以分為水解法和熱解法，水解法又可劃分為一步法和二步法；熱解法有生物質(zhì)直接快速熱解方法和催化熱解方法。F)） 溶解度（水）：水中完全溶解；乙醇丙酮中完全可溶，甲苯己烷中完全可溶，二硫化碳中幾乎不溶 pKa （ 25℃） 黏度 mPa芳香化合物糠醛穩(wěn)定性比苯小，而且對氫化作用和其他加成反應(yīng)的活性都遠(yuǎn)比其他芳香化合物大。其中亞洲整體數(shù)量的增長，拉動(dòng)了出口量的攀升；(2) 對比去年同期，阿爾及利亞，伊朗，哥倫比亞三國為新增貿(mào)易國，其中阿爾及利亞為非洲地區(qū)，說明出口渠道有所拓寬；(3) 從亞洲地區(qū)分布來看，基本在石油地區(qū)（印度尼西亞、伊朗、沙特阿拉伯、巴基斯坦） ，新興經(jīng)濟(jì)體（印度、土耳其、地中海、歐、亞、非經(jīng)濟(jì)區(qū)）及東盟（泰國、印度尼西亞、越南、新加坡） 。2021 年國際金融危機(jī)席卷全球，中國也不可避免的遭受創(chuàng)傷。1994 年美國海關(guān)對中國糠醛關(guān)閉，1995 年起歐盟對中國糠醛征收高額反傾銷稅。糠醛主要用作溶劑，它可有選擇性地從石油、植物油中萃取其中的不飽和組分，也可從潤滑油和柴油中萃取其中的芳香組分。關(guān)鍵詞：秸稈；催化熱解；糠醛制備；工藝設(shè)計(jì)；平衡計(jì)算武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)IIAbstractFurfural is an important chemical widely used in chemical engineering, pharmaceutical medical, and food industry, such as acting as an extraction solvent in the process of petroleum refining, and as an intermediate chemical for furan and its derivatives production, drug synthesis, and other chemicals and materials preparation.There are two main methods to produce furfural: one is hydrolysis of straws, and the other is catalytic pyrolysis of biomass. Compared to the hydrolysis method, catalysis pyrolysis process has an obvious advantage of short reaction time, high yield of furfural, and attracted more and more attention in furfural industry.Based on the process of catalysis pyrolysis, a design about an annual output of 10,000 tons furfural production is put forward. The process is posed of fluidization bustion, sieveshelf pyrolysis, spraying condensing, and furfural refining. The balance calculation of this design included material balance, heat balance, as well as the calculation and selection of some key equipment such as fluidization bed, pyrolysis reactor of sieveshelf, heater, and distillation tower. The evaluation of process control, environment protection and economics of this design has been discussed.Keywords: Straw。相比水解而言，催化裂解具有反應(yīng)時(shí)間短、出醛率高等優(yōu)點(diǎn)，受到糠醛工業(yè)界的關(guān)注。它是既是一種重要的有機(jī)化工原料，同時(shí)也是一種化工生產(chǎn)中常用的溶劑物質(zhì)，在石油煉制、石油化工、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥、食品、合成橡膠、合成樹脂、農(nóng)藥等行業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。2021 年我國共遭遇86 起貿(mào)易摩擦案件，我國遭遇反傾銷的產(chǎn)品多屬于勞動(dòng)密集型、資源能源消耗密集型、環(huán)境污染型、技術(shù)附加值不高的產(chǎn)品。1996~2021 年，由于國際市場上糠醛資源量減少導(dǎo)致需求增加，價(jià)格上漲，企業(yè)效益增加，進(jìn)而刺激各地紛紛建廠，擴(kuò)大產(chǎn)量。1997—2021年糠醛出口價(jià)格變化020040060080010001200140016001997 1998 1999 2021 2021 2021 2021 2021 2021 2021 2021 2021 年美元圖 糠醛出口價(jià)格變化1997—2021 年糠醛出口量變化01234561997 1998 1999 2021 2021 2021 2021 2021 2021 2021 2021 2021 年萬噸圖 糠醛出口量變化2021 年 1 月到 6 月，糠醛累計(jì)貿(mào)易總數(shù)量約 萬噸，累計(jì)貿(mào)易總額 2,465萬美元，折合均價(jià) 美元/噸；同比貿(mào)易數(shù)量增長 %，貿(mào)易額增長%；環(huán)比貿(mào)易數(shù)量降低 %，貿(mào)易額增長 %。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)4 糠醛及其副產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì) 糠醛圖 糠醛的化學(xué)結(jié)構(gòu)其它物理性質(zhì)如下：化學(xué)式 C5H4O2 摩爾質(zhì)量 gcm?3 (l) g純的乙酸在低于熔點(diǎn)時(shí)會(huì)凍結(jié)成冰狀晶體，所以無水乙酸又稱為冰醋酸。圖 水解法生產(chǎn)糠醛工藝流程一步法根據(jù)所用催化劑的不同又可分為：硫酸法、鹽酸法、醋酸法和重過磷酸鈣法。④重過磷酸鈣法重過磷酸鈣法是在水解過程中加入重過磷酸鈣做催化劑，水解后的殘?jiān)旧砭褪且环N優(yōu)良的復(fù)合肥。 催化熱解生物質(zhì)熱解是指生物質(zhì)在沒有氧化劑（空氣、氧氣、水蒸氣等）存在或只提供有限氧的條件下，加熱到逾 500℃，通過熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)大分子物質(zhì)武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)8（木質(zhì)素、纖維素和半纖維素）分解成較小分子的燃料物質(zhì)（固態(tài)炭、可燃?xì)?、生物油）的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)方法。這個(gè)階段要放出大量的熱。盡管催化熱解工藝尚未工業(yè)化，但是與其他生產(chǎn)工藝對比下，存在以下優(yōu)勢：(1) 催化熱解工藝轉(zhuǎn)化率比一步法及二步法都要高。反應(yīng)式如下： ()21211 COcbHam????? ?? 糠 醛纖 維 素 高 溫酸 性 催 化 劑半纖維素在秸稈中的含量雖然比較少，但它在三種組分中的反應(yīng)活性卻是最強(qiáng)的。若溫度未達(dá)到，則通過二次風(fēng)再次燃燒加熱。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)13 產(chǎn)品指標(biāo)及執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)本工藝要求產(chǎn)品的主要指標(biāo)依據(jù)工業(yè)糠醛的國家標(biāo)準(zhǔn) GB/。設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容包括反應(yīng)器、流化床、旋風(fēng)分離器、換熱器、噴淋塔、精餾塔的熱量計(jì)算、物料衡算、設(shè)備計(jì)算；設(shè)備裝配圖、帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。秸稈焚燒現(xiàn)象在我國許多地區(qū)已成為社會(huì)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一，解決問題的關(guān)鍵在于開發(fā)秸稈高效高附加值利用的新途徑。本工藝主要圍繞著清潔的生物質(zhì)能源的轉(zhuǎn)化利用，依據(jù)催化熱解技術(shù)生產(chǎn)高附加值化學(xué)品糠醛，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)完成 5 萬噸秸稈制備 1 萬噸武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)16糠醛的工藝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求：餾出液糠醛含量為 %以下釜液中乙酸含量為 %以下假定乙酸為輕關(guān)鍵組分（LK） 、糠醛為重關(guān)鍵組分（HK） ，用清晰分割法進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)物料衡算的關(guān)系式，可得到兩個(gè)關(guān)系式。③熱量平衡方程式熱量平衡方程式可以表達(dá)為：Q1＋Q 2＋Q 3=Q4＋Q 5＋Q 6 ()式中 Q1－隨物料進(jìn)入到設(shè)備的熱量，kJ（一般是無法得到的，只能通過與其它熱量的差值體現(xiàn)出來）；Q2－加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和所處理物料的熱量， kJ； Q3－過程熱效應(yīng)，kJ；Q4－隨物料離開設(shè)備所帶走的熱量，kJ