【正文】 ...........................................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(chǎng)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。 Catalytic pyrolysis。歐盟曾是中國(guó)糠醛主要市場(chǎng)(1992 年歐盟進(jìn)口中國(guó)糠醛 萬(wàn)噸)，受制裁的影響，歐盟減少了從中國(guó)進(jìn)口糠醛的數(shù)量。2021 年上半年糠醛出口形勢(shì)良好，導(dǎo)致擴(kuò)產(chǎn)、擴(kuò)能現(xiàn)象比比皆是。s（25℃）乙酸在常溫下是一種有強(qiáng)烈刺激性酸味的無(wú)色液體。副產(chǎn)品回收率低，能耗高，成本高。預(yù)熱解階段（溫度為 150～275℃） ，物料的熱反應(yīng)比較明顯，化學(xué)組成開始變化，生物質(zhì)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(zhì)。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)11 催化熱解生產(chǎn)糠醛工藝原理及流程 反應(yīng)機(jī)理秸稈主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素這三類物質(zhì)組成其有機(jī)部分。反應(yīng)后，反應(yīng)產(chǎn)物分為氣、固兩相。秸稈來(lái)源最主要的三大農(nóng)作物分別是玉米、小麥和稻谷。表 噴淋塔進(jìn)出口物料衡算一覽表進(jìn)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 — —?dú)庀唷? — —H2O 糠醛 乙酸 ∑ 不凝氣武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)20 流化床物料衡算流化床利用細(xì)砂作為循環(huán)，砂石循環(huán)量為 ，參照 節(jié)中反應(yīng)器的計(jì)算得到。由于 Q1（Q 4）的絕對(duì)值是無(wú)法計(jì)算的，因而需要找一個(gè)計(jì)算基準(zhǔn)情況，即25℃及 105Pa 為計(jì)算基準(zhǔn)。木質(zhì)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(xì)砂在升溫過程中的平均比熱容，J/(kg未完全熱解的生物質(zhì)由篩孔進(jìn)入下級(jí)篩板繼續(xù)分解。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)40表 噴淋塔氣相組分參數(shù)組分 分子量 組成，wt% 質(zhì)量，kg 物質(zhì)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(zhì)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(jì)算 ()hdV2π??武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)41 換熱器設(shè)備計(jì)算①計(jì)算定性溫度，確定物理常數(shù)表 特性數(shù)據(jù)項(xiàng)目 管程 殼程定性溫度( ℃) 62 μ（) ρ（kg/m3) Cp（kJ/kg.℃） λ(W/m.℃) ②計(jì)算對(duì)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(shè)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(shí)間比顆粒短很多。重量 較輕 重一般來(lái)說，對(duì)于物系無(wú)特殊工藝特性要求，且生產(chǎn)能力不是過小的精餾操作，宜采用板式塔。mDS0⑥分別計(jì)算管程和殼程的傳熱系數(shù)每程管側(cè)的流路面積為 ()nNdaTt24??. mt ?? ()taWG?s)/(?kg ()?d?Re武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)43..35Re????查管內(nèi)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(nèi)傳熱因子圖 [25]，得 0?HJ忽略黏度的校正， 1w?武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)44 ()?????????????wphCDeJ??)/(?⑦總的傳熱系數(shù)管內(nèi)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(qiáng)， Pa； V－為氣體體積，m 3； N－為氣體的物質(zhì)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(jì)算得到。表 噴淋塔進(jìn)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(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)算計(jì)算過程中，以 1h 為計(jì)算基準(zhǔn)。（3）Q 5 與 Q6 的確定武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)25根據(jù)工藝操作經(jīng)驗(yàn)，（Q 5＋Q 6）一般為（Q 4＋Q 5＋Q 6）的 5%～10%，只要計(jì)算出 Q4，就可以確定（Q 5＋Q 6），從而計(jì)算出 Q2。表 精餾塔物料衡算結(jié)果編號(hào) 組分 進(jìn)料量 進(jìn)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(jì) 1 1 1 () ????????????????????mN為核實(shí)清晰分割法的假設(shè)是否合理，計(jì)算塔釜中 H2O 的摩爾量和含量得 ()????????w （摩爾分?jǐn)?shù)） (),?Wxw可見水按清晰分割法分割略有誤差，應(yīng)再進(jìn)行試差。在我國(guó)糠醛發(fā)展歷史上經(jīng)歷了兩次發(fā)展較快的時(shí)期，其一是在上個(gè)世紀(jì) 70 年代，當(dāng)時(shí)世界的化學(xué)工業(yè)受到二次石油危機(jī)的影響，刺激了糠醛消費(fèi)的增長(zhǎng)，這時(shí)我國(guó)迅速建立起幾十個(gè)小型糠醛生產(chǎn)企業(yè)，生產(chǎn)能力均在500 1000 噸左右。武漢工程大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)14 本設(shè)計(jì)的提出及意義 設(shè)計(jì)的提出根據(jù)現(xiàn)今國(guó)際國(guó)內(nèi)的嚴(yán)峻能源形勢(shì)，將石油等比較昂貴的基礎(chǔ)化工原料應(yīng)用于糠醛的生產(chǎn)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(chǎn)物。實(shí)際上，上述四個(gè)階段的界限難以明確劃分，各階段的反應(yīng)過程會(huì)相互交叉。一步法中四種生產(chǎn)糠醛的方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，目前，國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)工廠均采用此法。乙酸鹽也易溶于水。它會(huì)與同種類化合物起反應(yīng)，如乙醛和其他芳香化合物。我國(guó)的糠醛行業(yè)對(duì)國(guó)際市場(chǎng)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(qiáng)的殺菌能力。依據(jù)秸稈催化裂解制備糠醛技術(shù)，本設(shè)計(jì)提出了年產(chǎn) 1 萬(wàn)噸糠醛的生產(chǎn)工藝。從事這些產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)多屬于中小型企業(yè)，多家企業(yè)生產(chǎn)同一種產(chǎn)品，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)異常激烈，多數(shù)企業(yè)受到反傾銷制裁后束手無(wú)策。表 列出了 2021 年1—6 月主要出口國(guó)糠醛出口情況。cm?3 (s) 熔點(diǎn) ℃（( K, 176。①硫酸法硫酸法是用稀硫酸做催化劑，該法歷史較長(zhǎng)，為間歇操作。生物質(zhì)熱解的燃料能源轉(zhuǎn)化率可達(dá) % ，最大限度的將生物質(zhì)能量轉(zhuǎn)化為能源產(chǎn)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(jiǎn)單，設(shè)備投資費(fèi)用更少。升溫后的沙石受氣流的作用流態(tài)化進(jìn)入旋風(fēng)分離器，流化床來(lái)的氣體經(jīng)處理后排空。 設(shè)計(jì)的意義生物質(zhì)能源簡(jiǎn)稱生物質(zhì)能，它是指蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量。設(shè)計(jì)主要圍繞流化床燃燒器、熱解反應(yīng)器、噴淋換熱器、精餾塔等工藝設(shè)計(jì)，為秸稈利用和糠醛生產(chǎn)提供一個(gè)有效途徑，對(duì)解決當(dāng)前能源危機(jī)和環(huán)境問題具有重要意義。如圖 所示。 n－反應(yīng)器進(jìn)口各物料 ???Qb. 物料離開設(shè)備帶走的熱量 Q4使用公式() kJ ?c. Q5 與 Q6 的計(jì)算 根據(jù)工藝操作經(jīng)驗(yàn)，取(Q 5+Q6)為(Q 4+Q5+Q6)的 10%。K；pcm－表示單位時(shí)間細(xì)砂的循環(huán)量，kg；－表示細(xì)砂進(jìn)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(jí)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(jì)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(chǎn)量變低。⑧換熱器設(shè)計(jì)結(jié)果換熱器設(shè)計(jì)結(jié)果匯總于表 中。得出氣相各物質(zhì)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(jì)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(jì)算 根據(jù)工藝操作經(jīng)驗(yàn)，取(Q 5+Q6)為(Q 4+Q5+Q6)的 10%。④熱量