【正文】 ...........................................35 噴淋塔的設計 .............................................................................................38 換熱器設備計算 .........................................................................................41 流化床的計算 .............................................................................................44 精餾塔的計算 .............................................................................................47第三章 結論與展望 ....................................................................................................50主要符號一覽表 ..........................................................................................................51參考文獻 ......................................................................................................................52致 謝 ..........................................................................................................................54武漢工程大學 畢業(yè)設計0第一章 概述 糠醛的應用和市場前景 糠醛的應用糠醛（分 子 式 C5H4O2）又稱 2呋喃甲醛，一般由農副產品中所含聚戊糖裂解后脫水而得。 Catalytic pyrolysis。歐盟曾是中國糠醛主要市場(1992 年歐盟進口中國糠醛 萬噸)，受制裁的影響，歐盟減少了從中國進口糠醛的數(shù)量。2021 年上半年糠醛出口形勢良好，導致擴產、擴能現(xiàn)象比比皆是。s（25℃）乙酸在常溫下是一種有強烈刺激性酸味的無色液體。副產品回收率低，能耗高，成本高。預熱解階段（溫度為 150～275℃） ，物料的熱反應比較明顯，化學組成開始變化，生物質中的不穩(wěn)定成分如半纖維素分解成二氧化碳、一氧化碳和少量醋酸等物質。武漢工程大學 畢業(yè)設計11 催化熱解生產糠醛工藝原理及流程 反應機理秸稈主要由纖維素、半纖維素、木質素這三類物質組成其有機部分。反應后，反應產物分為氣、固兩相。秸稈來源最主要的三大農作物分別是玉米、小麥和稻谷。表 噴淋塔進出口物料衡算一覽表進口 出口組分組成 wt% 流量 kg/h 組成 wt% 流量 kg/hCO2 CO CH4 H2 CnHm(n=2) CnHm(n=3) CnHm(n=4) H2O — —糠醛 — —乙酸 605 — —氣相∑ — —H2O 糠醛 乙酸 ∑ 不凝氣武漢工程大學 畢業(yè)設計20 流化床物料衡算流化床利用細砂作為循環(huán)，砂石循環(huán)量為 ，參照 節(jié)中反應器的計算得到。由于 Q1（Q 4）的絕對值是無法計算的，因而需要找一個計算基準情況，即25℃及 105Pa 為計算基準。木質素的燃燒熱為 (－kJ/g) 。故求得 ?空空氣升溫所需的熱量為 ??空空 ?式中 －表示細砂在升溫過程中的平均比熱容，J/(kg未完全熱解的生物質由篩孔進入下級篩板繼續(xù)分解。武漢工程大學 畢業(yè)設計40表 噴淋塔氣相組分參數(shù)組分 分子量 組成，wt% 質量，kg 物質的量，mol 體積，m 3 溫度，℃二氧化碳 44 450一氧化碳 28 450甲烷 16 450氫氣 2 450CnHm(n=2) 28 450CnHm(n=3) 42 450CnHm(n=4) 56 450H2O 18 450糠醛 96 450乙酸 60 450∑ － 100 －b. 回流液體積表 噴淋塔回流液組分參數(shù)組分 組成（ wt%） 流量（kg/h） 質量(kg) 密度（kg/m3） 體積(m 3)糠醛 50 乙酸 20 H2O 30 ∑ 100 － － c. 塔高及塔徑校正氣體體積 ??校 正總體積 35..416?總噴淋塔值徑計算 ()hdV2π??武漢工程大學 畢業(yè)設計41 換熱器設備計算①計算定性溫度，確定物理常數(shù)表 特性數(shù)據(jù)項目 管程 殼程定性溫度( ℃) 62 μ（) ρ（kg/m3) Cp（kJ/kg.℃） λ(W/m.℃) ②計算對數(shù)平均溫差 )()(1 ????mt ???tS傳熱量 ())(21TcWQp sJ/????冷卻水量 ())(122tcp?skgW/)35( ???③溫差修正系數(shù)設定管程數(shù)為多程，單程殼程。循環(huán)流化床(快速床) 中的顆粒的平均速度(氣流方向上的)并不是流化床中的氣流的速度，因而氣體的停留時間比顆粒短很多。重量 較輕 重一般來說，對于物系無特殊工藝特性要求，且生產能力不是過小的精餾操作，宜采用板式塔。mDS0⑥分別計算管程和殼程的傳熱系數(shù)每程管側的流路面積為 ()nNdaTt24??. mt ?? ()taWG?s)/(?kg ()?d?Re武漢工程大學 畢業(yè)設計43..35Re????查管內傳熱因子圖 [25]，得 HJ ()??pc?? 忽略黏度的校正， ?w? ())(Pr)??wpHGcJh?)/(. 23/21 smWh ?????? ()??24/.22DPeT??m19. ()0dCT??.? 折流板間距 ? ()TsPBDa??./? ()sWGs?)/(? ()?ssDe?查管內傳熱因子圖 [25]，得 0?HJ忽略黏度的校正， 1w?武漢工程大學 畢業(yè)設計44 ()?????????????wphCDeJ??)/(?⑦總的傳熱系數(shù)管內糠醛粗液的污垢系數(shù) Kr/)(??管外水的污垢系數(shù)為 072平均直徑 ? ()wlr?? ()101010 ???????????wdrrdhK W/(m2a. 熱解蒸汽理想氣體狀態(tài)方程： ()nRTPV?式中 P－為氣體壓強， Pa； V－為氣體體積，m 3； N－為氣體的物質的量，mol； T－為體系溫度，K； R－為比例系數(shù) (mol再沸器的熱量用于組分的汽化和升溫，其中升溫過程的熱量可用下面方法計算得到。表 噴淋塔進口物料數(shù)據(jù)表組分 組成wt% 流量kg/h 溫度 ℃ 比熱 Cp(225℃)kJ/kg.℃ RkJ/kg二氧化碳 450 －一氧化碳 450 －甲烷 450 －氫氣 450 －CnHm(n=2) 450 －CnHm(n=3) 450 －CnHm(n=4) 450 －H2O 450 糠醛 450 452乙酸 450 ∑ 100 － － －表 噴淋塔液相各組成的物性參數(shù)組分 組成wt% 溫度 ℃ 比熱 Cp(44℃)kJ/kg.℃糠醛 40 乙酸 40 H2O 40 ∑ 100 － －武漢工程大學 畢業(yè)設計29表 噴淋塔出口數(shù)據(jù)表組分 流量kg/h 溫度 ℃ 比熱 Cp(42℃)kJ/kg.℃二氧化碳 84 一氧化碳 84 甲烷 84 氫氣 84 CnHm(n=2) 84 CnHm(n=3) 84 CnHm(n=4) 84 糠醛 84 乙酸 84 H2O 84 ②噴淋塔熱量計算計算過程中，以 1h 為計算基準。（3）Q 5 與 Q6 的確定武漢工程大學 畢業(yè)設計25根據(jù)工藝操作經(jīng)驗，（Q 5＋Q 6）一般為（Q 4＋Q 5＋Q 6）的 5%～10%，只要計算出 Q4，就可以確定（Q 5＋Q 6），從而計算出 Q2。表 精餾塔物料衡算結果編號 組分 進料量 進料比例 餾出液 餾出液比例 釜液 釜液比例1 水 % % 0 %2 乙酸(LK) % % %3 糠醛(HK) % % %總計 1 1 1 () ????????????????????mN為核實清晰分割法的假設是否合理，計算塔釜中 H2O 的摩爾量和含量得 ()????????w （摩爾分數(shù)） (),?Wxw可見水按清晰分割法分割略有誤差，應再進行試差。在我國糠醛發(fā)展歷史上經(jīng)歷了兩次發(fā)展較快的時期，其一是在上個世紀 70 年代，當時世界的化學工業(yè)受到二次石油危機的影響，刺激了糠醛消費的增長，這時我國迅速建立起幾十個小型糠醛生產企業(yè)，生產能力均在500 1000 噸左右。武漢工程大學 畢業(yè)設計14 本設計的提出及意義 設計的提出根據(jù)現(xiàn)今國際國內的嚴峻能源形勢，將石油等比較昂貴的基礎化工原料應用于糠醛的生產是不可取的。半纖維素在一般熱解過程中，以呋喃衍生物為熱解過程的中間產物。實際上，上述四個階段的界限難以明確劃分，各階段的反應過程會相互交叉。一步法中四種生產糠醛的方法各有優(yōu)缺點，目前，國內外絕大多數(shù)工廠均采用此法。乙酸鹽也易溶于水。它會與同種類化合物起反應，如乙醛和其他芳香化合物。我國的糠醛行業(yè)對國際市場的依存度很高，一旦出口量下跌，則表示大批企業(yè)倒閉。許多糠醛的衍生物具有很強的殺菌能力。依據(jù)秸稈催化裂解制備糠醛技術，本設計提出了年產 1 萬噸糠醛的生產工藝。從事這些產品生產的企業(yè)多屬于中小型企業(yè)，多家企業(yè)生產同一種產品，企業(yè)之間的競爭異常激烈，多數(shù)企業(yè)受到反傾銷制裁后束手無策。表 列出了 2021 年1—6 月主要出口國糠醛出口情況。cm?3 (s) 熔點 ℃（( K, 176。①硫酸法硫酸法是用稀硫酸做催化劑，該法歷史較長，為間歇操作。生物質熱解的燃料能源轉化率可達 % ，最大限度的將生物質能量轉化為能源產品，物盡其用，而熱解也是燃燒和氣化必不可少的初始階段。(2) 催化熱解工藝簡單，設備投資費用更少。升溫后的沙石受氣流的作用流態(tài)化進入旋風分離器，流化床來的氣體經(jīng)處理后排空。 設計的意義生物質能源簡稱生物質能，它是指蘊藏在生物質中的能量。設計主要圍繞流化床燃燒器、熱解反應器、噴淋換熱器、精餾塔等工藝設計，為秸稈利用和糠醛生產提供一個有效途徑，對解決當前能源危機和環(huán)境問題具有重要意義。如圖 所示。 n－反應器進口各物料 ???Qb. 物料離開設備帶走的熱量 Q4使用公式() kJ ?c. Q5 與 Q6 的計算 根據(jù)工藝操作經(jīng)驗，取(Q 5+Q6)為(Q 4+Q5+Q6)的 10%。K；pcm－表示單位時間細砂的循環(huán)量，kg；－表示細砂進出口的的溫差，K。靜態(tài)攪拌槳的作用在于混合熱砂、物料，并迫使未熱解的物料流向下級篩板繼續(xù)熱解。故在氣相體積乘以系數(shù) 。一般取 =～由此，可以計算得到 。由于精餾過程中，如果溫度過高，則糠醛易生成絮狀物，使其產量變低。⑧換熱器設計結果換熱器設計結果匯總于表 中。得出氣相各物質體積表 。t?全塔的平均溫度為 100℃，而塔釜溫度為 104℃，故升溫過程中 ????tCqQpm水 8163乙 酸 / 醛 ????iQ汽化潛熱計算方法如下： ()?ininimrq式中 －表示各組分的流量，kg/s；miq－表示各組分的汽化潛熱，J/kg。 ?c. Q5 與 Q6 的計算 根據(jù)工藝操作經(jīng)驗，取(Q 5+Q6)為(Q 4+Q5+Q6)的 10%。④熱量