【正文】 ..............................................14 設(shè)計(jì)的內(nèi)容 .................................................................................................14 設(shè)計(jì)的意義 .................................................................................................14第二章 生產(chǎn)工藝計(jì)算 ................................................................................................17 物料衡算 ............................................................................................................17 反應(yīng)器物料衡算 .........................................................................................17 噴淋塔物料衡算 .........................................................................................19武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)IV 流化床物料衡算 .........................................................................................20 精餾塔物料衡算 .........................................................................................20 熱量衡算 ............................................................................................................23 熱量衡算綜述 .............................................................................................23 熱解反應(yīng)器的熱量衡算 .............................................................................25 噴淋塔熱量衡算 .........................................................................................28 流化床燃燒器的熱量衡算 .........................................................................30 精餾塔熱量衡算 .........................................................................................33 設(shè)備計(jì)算與選型 ................................................................................................35 旋轉(zhuǎn)篩板熱解器 .........................................................................................35 噴淋塔的設(shè)計(jì) .............................................................................................38 換熱器設(shè)備計(jì)算 .........................................................................................41 流化床的計(jì)算 .............................................................................................44 精餾塔的計(jì)算 .............................................................................................47第三章 結(jié)論與展望 ....................................................................................................50主要符號(hào)一覽表 ..........................................................................................................51參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................52致 謝 ..........................................................................................................................54武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)0第一章 概述 糠醛的應(yīng)用和市場前景 糠醛的應(yīng)用糠醛（分 子 式 C5H4O2）又稱 2呋喃甲醛，一般由農(nóng)副產(chǎn)品中所含聚戊糖裂解后脫水而得。 糠醛的市場隨著我國入世承諾的逐步執(zhí)行，貿(mào)易摩擦與日俱增，我國已成為被國外反傾銷的重災(zāi)區(qū)，且已連續(xù)十幾年成為反傾銷的最大受害國。1994 年年初，糠醛的國內(nèi)市場價(jià)格曾下跌到 2800 元/t 仍無銷路，企業(yè)的經(jīng)營狀況極度困難，生產(chǎn)設(shè)備因長期閑置而銹蝕嚴(yán)重，中國的糠醛產(chǎn)量大幅度下降，企業(yè)損失慘重。另一方面，糠醛價(jià)格的下降，是由于國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)急劇增加，企業(yè)間無序競爭現(xiàn)象嚴(yán)重，企業(yè)間的競相壓價(jià)從而導(dǎo)致糠醛出口出現(xiàn)量增價(jià)減的態(tài)勢。相信國際市場對糠醛的需求仍會(huì)繼續(xù)上升 [2＿4] 。mol?1 武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)5外觀 無色液體或晶體 密度 g相對密度，閃點(diǎn) 39℃，爆炸極限 4%～17%（體積） 。其生產(chǎn)工藝流程如圖 所示。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)7③醋酸法醋酸法是用醋酸做催化劑，而在生產(chǎn)糠醛的同時(shí)又副產(chǎn)醋酸，故該法又稱為自催化法，生產(chǎn)工藝簡單，可連續(xù)化操作，投資少，廢渣PH值高，易處理，故此法是一種生產(chǎn)糠醛最有前途的方法。不足之處在于：(1) 工藝較為復(fù)雜，設(shè)備投資高，且難于操作，仍存在著排出大量廢水的問題；(2) 第二步脫水工藝條件不成熟，在工業(yè)生產(chǎn)中未得到實(shí)際應(yīng)用。生成的液體產(chǎn)物中含有醋酸、木焦油和甲醇（冷卻時(shí)析出來） ；氣體產(chǎn)物中有 COCO 、CH H 2 等，可燃成分含量增加。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)10 水解和熱解工藝比較通過對糠醛以上四種生產(chǎn)工藝的對比，可以看出每個(gè)生產(chǎn)工藝都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，本項(xiàng)目最終選擇了催化熱解生產(chǎn)工藝制取糠醛。但在一種酸性催化劑的作用下，會(huì)使得纖維素大部分向糠醛定向轉(zhuǎn)化。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)12 生產(chǎn)工藝流程圖流化床旋風(fēng)分離器除塵器料倉加料倉熱解反應(yīng)器噴霧冷凝塔粗品儲(chǔ)槽除水器精餾塔精餾塔氣柜二次風(fēng)二次風(fēng)圖 催化熱解生產(chǎn)糠醛工藝流程 生產(chǎn)工藝流程簡述由空氣壓縮機(jī)進(jìn)來的空氣（一次氣）與焦炭和氣柜過來的燃料氣在流化中發(fā)生燃燒反應(yīng)，加熱存在于流化床中的沙石，使其升溫到 750℃～850℃。固相物質(zhì)（主要是炭、灰等）從反應(yīng)器底部出反應(yīng)器，再經(jīng)加料器進(jìn)料到流化床內(nèi)作為燃料。 設(shè)計(jì)的內(nèi)容本設(shè)計(jì)以生物質(zhì)秸稈作為基礎(chǔ)原料，通過初步處理，進(jìn)入反應(yīng)器，在高效催劑的作用下進(jìn)行熱解反應(yīng)，反應(yīng)的產(chǎn)物中，氣體進(jìn)行冷凝分離，液體進(jìn)行精餾分離，氣體進(jìn)行除水回收；固體返回流化床燃燒升溫，再反回反應(yīng)器。但值得注意的是，近年來，由于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，農(nóng)民的消費(fèi)觀念和消費(fèi)方式發(fā)生了巨大的變化，為追求高質(zhì)量的生活標(biāo)準(zhǔn)，隨著常規(guī)能源市場的放開，農(nóng)民已有條件和能力大量使用石油、液化氣等礦物能源，秸稈不再是農(nóng)民能源消費(fèi)的惟一選擇，大量剩余秸稈被遺棄在田間地頭，有些地區(qū)甚至將剩余秸稈在田間地頭焚燒，即浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境。對此，我們根據(jù)目前近年來國內(nèi)的相關(guān)研究熱點(diǎn)與我國的具體實(shí)際，設(shè)計(jì)了通過熱解秸稈生產(chǎn)糠醛的生產(chǎn)工藝。表 物性參數(shù)物質(zhì) 分子量 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 質(zhì)量流量 kg/s 摩爾流量 mol/s 摩爾比 飽和蒸汽壓 分離溫度 K 相對揮發(fā)度水 18 己酸 60 56944 糠醛 96 1總計(jì) － 1 1 － － －武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)21由于是多組分精餾，所以計(jì)算方法根據(jù)分離過程中的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。②熱量衡算依據(jù)熱量衡算依據(jù)的是能量守恒定律，是以物料衡算的結(jié)果中得到部分?jǐn)?shù)據(jù)為基礎(chǔ)而進(jìn)行的。（2）反應(yīng)過程熱效應(yīng) Q3化學(xué)過程的熱效應(yīng)包括化學(xué)反應(yīng)熱與狀態(tài)變化熱。a. 物料帶入到設(shè)備的熱量 Q1武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)26 ()npniTCmQ??1式中 m－輸入設(shè)備的物料量，kg； Cp－物料在物化溫度下的比熱容，kJ/(kg molkJQf /?? kJff ?(2)狀態(tài)變化熱表 熱解反應(yīng)器中物質(zhì)汽化潛熱組分 流量，kg/h 氣化潛熱，kJ/kgH2O 糠醛 452乙酸 605 ???????? (3)過程熱效應(yīng) ??zfQe. 熱砂量的計(jì)算 J ?Q武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)28由此，可計(jì)算出進(jìn)入反應(yīng)器的細(xì)砂的質(zhì)量流量為 ??mq 噴淋塔熱量衡算①設(shè)計(jì)依據(jù) 來自旋轉(zhuǎn)篩板熱解反應(yīng)器的熱解蒸汽，由粗糠醛液作為冷凝液在噴淋塔內(nèi)降溫。Q1Q6Q3Q4流化床圖 流化床熱量流通示意圖以常溫 25℃為基準(zhǔn)，計(jì)算單位時(shí)間 1s 內(nèi)各物流的熱流情況：流化床出口細(xì)砂流量為：。2碳m故 ????Q5+Q6 可由下式求出： J1.)1%0(65??式中 10%為所取的（Q 5＋Q 6）:（Q＋Q 5＋Q 6）的值所以反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量 Q3 可表示為 ()653??sJ/?由 Q3 可計(jì)算出提供這些熱量所需求的碳的量 ?碳式中 －表示反應(yīng)產(chǎn)生的總熱量，J/s；3－表示碳的熱值，J/kg；q－表示總共消耗的碳的量，kg。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)35 設(shè)備計(jì)算與選型 旋轉(zhuǎn)篩板熱解器①旋轉(zhuǎn)篩板熱解器簡述本工藝采用中國科學(xué)院過程工程研究所開發(fā)的新型熱解反應(yīng)器－旋轉(zhuǎn)篩板熱解反應(yīng)器。分別求出生物質(zhì)、熱砂、熱解蒸汽在該生產(chǎn)量下所武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)37占體積，即可確定反應(yīng)器體積。以停留時(shí)間為基準(zhǔn)，計(jì)算出該時(shí)間內(nèi)熱解蒸汽和冷凝液體積。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)42⑤計(jì)算所需的傳熱面積 ()mtKQA??? 選定 作為傳熱管，管心距 PT 定為 68mm，??。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)45因此，該設(shè)備的計(jì)算參照了《化學(xué)工程手冊》 、 《流態(tài)化手冊》 、 《流態(tài)化技術(shù)基礎(chǔ)及應(yīng)用》 、 《化學(xué)反應(yīng)工程》 （陳甘棠版）及其《化工原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》 [9＿13] 相關(guān)章節(jié)進(jìn)行。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)46表 流化床設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表指標(biāo)名稱 單位 計(jì)算值 確定值砂石質(zhì)量流量 kg/s umf m/s －ut m/s －ut/umf －uc/ut －εf －εmf －uc m/s －面積 A m2 直徑 D m 1高度 m －床層高度 m －布風(fēng)板 采用風(fēng)帽式面積 F m2 －小孔總面積 m2 開孔率 － －m － 8 8n － 1169 1169分布板壓降 Pa －流化床壓降 Pa －武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)47表 旋風(fēng)分離器設(shè)計(jì)結(jié)果一覽表指標(biāo)名稱 單位 計(jì)算值 確定值進(jìn)口速度 m/s 16進(jìn)口面積 ab m2 a/b － b m a m b/D0 － D0 m de/D0 － de m hc/D0 － hc m h/D0 － h m (Hh)/D0 － Hh m H m D2/D0 － D2 m K － ξ － P pa 精餾塔的計(jì)算精餾塔選型時(shí)，主要要考慮生產(chǎn)能力、效率、流動(dòng)阻力、操作彈性、結(jié)構(gòu)、造價(jià)、安裝檢修是否方