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1、糠醛精馏装置设计第1页，此课件共39页哦第一章 糠醛生产流程介绍一、糠醛特性n n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。第2页，此课件共39页哦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，
2、易于蒸汽一同挥发，其蒸汽与空气形成爆炸性混合物，爆炸下限2.1%，自燃温度315.6。糠醛遇浓硫酸会爆炸。第3页，此课件共39页哦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。第4页，此课件共39页哦n n糠醛由多缩戊糖经水解、脱水而成。n n许多农作物的茎、皮、籽、壳都含有多缩戊糖，所以都能用作制造糠醛的原料，但出醛率各不相同。第5页，此课件
3、共39页哦二、糠醛生产流程n n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。第6页，此课件共39页哦第7页，此课件共39页哦三、本设计的工艺流程精馏工段工艺流程1第8页，此课件共39页哦第二章 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、精馏塔的塔板数计算二、精馏塔的塔板数计算二、精馏塔的塔板数计算二、精馏塔的塔板数计算四、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筛板塔为例。以下分析以筛板塔为例。以下分析以筛板塔为例。以下分析以筛板塔为例。三、塔径与塔板布置三、塔径与塔板布置三、塔
4、径与塔板布置三、塔径与塔板布置第9页，此课件共39页哦n n一、物料衡算一、物料衡算一、物料衡算一、物料衡算n n工程中习惯用质量流量，而化工单元设计中使用摩工程中习惯用质量流量，而化工单元设计中使用摩尔流量较方便。最好两者同时算出，便于化工计算。尔流量较方便。最好两者同时算出，便于化工计算。1.1.产品流量产品流量本设计为年产本设计为年产1800220018002200吨吨纯糠醛纯糠醛，考虑到检修等原因，考虑到检修等原因，一年以一年以300300天计（天计（24h/d24h/d），同时考虑到生产裕度和过程），同时考虑到生产裕度和过程损失，使设计能力增加损失，使设计能力增加15%15%，于是以
5、单位时间计，计算理，于是以单位时间计，计算理论产量论产量I I2.2.分离罐衡算分离罐衡算n n分离罐出来的产品是粗糠醛，其组成与分离罐的温度分离罐出来的产品是粗糠醛，其组成与分离罐的温度有关。设计规定分离罐的温度为有关。设计规定分离罐的温度为3030，故分层后的组，故分层后的组成可查出。分离罐出来的产品是粗糠醛，其质量分率成可查出。分离罐出来的产品是粗糠醛，其质量分率为为94.2%94.2%，摩尔分率为，摩尔分率为75.28%75.28%。精馏塔工艺计算第10页，此课件共39页哦分离罐DJI第11页，此课件共39页哦3.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
6、、S、F等的质量和摩尔组成、单位时间流量等数据。第12页，此课件共39页哦二、精馏塔的塔板数计算二、精馏塔的塔板数计算1.物性参数(注意单位换算）n n根据以质量分率的相平衡数据，画出以摩尔分率表示的气液平衡数据；2理论塔板数（图算法）n n恒摩尔流假定：各组分摩尔气化潜热相等；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；塔设备保温良好，可忽略热损失。n n回流比第13页，此课件共39页哦三、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.确定工艺参数确定工艺参数确定工艺参数确定工艺参数操作温度、压力；气、液相负荷（精馏段、提馏段分别算）；操作温度、压力；气、液相负荷
7、（精馏段、提馏段分别算）；物性参数计算：比热和潜热；气、液相密度；液体表物性参数计算：比热和潜热；气、液相密度；液体表面张力；粘度面张力；粘度2.2.塔径计算塔径计算塔径计算塔径计算确定塔板流型，初定板间距确定塔板流型，初定板间距HHT T，初算塔径，初算塔径DD；核算塔径。；核算塔径。n n选取塔板间距选取塔板间距选取塔板间距选取塔板间距 HHT T：HHT T ，则塔高，则塔高，液沫夹带量，液沫夹带量，液，液泛气速泛气速 n nHHT T ，则塔内气速，则塔内气速，塔径，塔径，但塔高但塔高 第14页，此课件共39页哦n n考虑经济性、经验选取HTn n塔板间距和塔径的经验关系塔板间距和塔径
8、的经验关系工业塔中，板间距范围200900mm塔径确定原塔径确定原则则：防止过量液沫夹带液泛 步步骤骤：先确定液泛气速 uf(m/s)；然后选设计气速 u；最后计算塔径 D。第15页，此课件共39页哦n n 液泛气速液泛气速C：气体负荷因子，与 HT、液体表面张力和两相接触状况有关。有关。图图中，两相流中，两相流动动参数参数 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 时的气时的气 体负荷因子，查图体负荷因子，查图第16页，此课件共39页哦第17页，此课件共39页哦n n 选取选取选取选取设计气速设计气速设计
9、气速设计气速 u u 选取选取泛点率：泛点率：泛点率：泛点率：u u/u uf f 一般液体，一般液体，0.60.80.60.8；易起泡液体，；易起泡液体，0.50.60.50.6设计气速设计气速设计气速设计气速 u u=泛点率泛点率泛点率泛点率 u uf f所需气体流通截面积所需气体流通截面积所需气体流通截面积所需气体流通截面积 塔截面积塔截面积塔截面积塔截面积 AAT T=气体流通截面积气体流通截面积气体流通截面积气体流通截面积 AA+降液管面积降液管面积降液管面积降液管面积 AAd d 即即即即：AA=AAT T-AAd d塔截面积：塔截面积：第18页，此课件共39页哦选取选取 AAd
10、d/AAT T ，计算塔径计算塔径 DD：说明：说明：说明：说明：计算塔径需圆整。计算塔径需圆整。n n 系列化标准：系列化标准：系列化标准：系列化标准：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n n选取选取选取选取 AAd d/AAT T原则原则原则原则单流型弓形降液管：单流型弓形降液管：0.06 0.120.06 0.12多流型：可适当增大；多流型：可适当增大；U U 形流型：可适当减小。形流型：可适当减小。注意：注意：1）必）必须须用
11、用圆圆整后的整后的D重新重新计计算确定算确定实际实际的气体流通截面的气体流通截面积积、实实际际气速及泛点率。气速及泛点率。2）校核）校核HT与与D的范的范围围。第19页，此课件共39页哦3.塔塔盘结盘结构尺寸构尺寸塔塔盘结盘结构（直径大小，塔构（直径大小，塔盘盘形式，整形式，整块块 定距管，分定距管，分块块 ，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hw，计计算算how，必要，必要时调时调整堰型式；整堰型式；选择选择合理孔径和孔合理孔径和孔间间距，确定开孔区面距，确定开孔区面积积及开孔数。及开孔数。溢流装置溢流装置设计设计 溢流型式的溢流型式的选择选择 依据：依据
12、：塔径、流量；型式型式：单流型、U 形流型、双流型、阶梯流型等第20页，此课件共39页哦塔径m液 体 流 量 m3/hU型流型单流型双流型阶梯流型1.07451.49702.0119090-1603.011110110-200200-3004.011110110-230230-3505.011110110-250250-4006.011110110-250250-450液流型式液流型式选选取参考表取参考表第21页，此课件共39页哦 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：降液管：弓形弓形弓形弓形、圆形。、圆形。降液管截面积：由降液管截面积：由A Ad d/A
13、AT T=0.060.12=0.060.12确定；确定；底隙底隙 h hb b：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：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。：维持塔板上一定液层，使液体均匀横向流过。型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏型式：平直堰、溢流辅堰、三角形齿堰及栅栏堰。堰。第22页，此课件共39页哦堰高堰高 hW：直接影响塔板上液层厚度。过小，相际传质面积过小；过大，塔板阻力大，效率低。常、加压塔：4080mm；减压塔：25mm左右。堰长堰长 lW：影响液层高度。单流型：双流型:第23页，此课件共
14、39页哦n n堰上方液头高度堰上方液头高度 hOW：其中，E：液流收缩系数，：液流收缩系数，一般可近似取E=1。n n要求：要求：n n否则改用齿形堰。第24页，此课件共39页哦n n 塔板及其布置塔板及其布置塔板及其布置塔板及其布置n n（1 1）受液区和降液区）受液区和降液区n n一般两区面积相等。一般两区面积相等。n n（2 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：单单流型弓形降液管塔板流型弓形降液管塔板：bcbdbslWrx第25页，此课件共39页哦筛筛孔的尺寸和排列孔的尺寸和排列 筛筛孔孔：有效传质区内，常按正三角形排列。筛筛板开孔率板开孔率
15、：筛筛孔直径孔直径 d0:3 8 mm(一般)。12 25 mm(大筛孔)孔中心距孔中心距 t:(2.55)d0 取整。开孔率开孔率:通常为 0.08 0.12。板厚：板厚：碳钢（3 4mm）、不锈钢。第26页，此课件共39页哦筛筛孔数：孔数：筛筛孔气速：孔气速：第27页，此课件共39页哦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.漏液漏液计算漏液点，验算其稳定性，必要时调整孔数及开孔计算漏液点，验算其稳定性，必要时调整孔数及开孔面积。面积。漏液点气速漏液点气速 u0 ：发生严重漏液时筛孔气速。稳稳定系数：定系数：（a）计算严严重漏液重漏液时时干板阻力干板阻力
16、h0（b）计算漏液点气速漏液点气速 u0 要求：要求：说说明：明：如果稳定系数k过小，可 减小开孔率减小开孔率 或 降低堰高。降低堰高。第28页，此课件共39页哦n n2.塔板压降计算干板压降、气体通过泡沫层压降。塔板阻力：塔板阻力：清液柱高度表示：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。第29页，此课件共39页哦（a）干板阻力）干板阻力h0（b）液）液层层阻力阻力 hl（c）克服液体表面）克服液体表面张张力阻力力阻力（一般可不计）故塔板阻力：说说明：明：若塔板
17、阻力过大，可 增加开孔率增加开孔率或 降低堰高。降低堰高。第30页，此课件共39页哦n n3.液泛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。降液管中清液柱高度降液管中清液柱高度(m)液面落差液面落差一般一般较较小，可不小，可不计计。液体通液体通过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和和进进口堰阻口堰阻力力hd2。第31页，此课件共39页哦无无进进口堰口堰时时：泡沫泡沫层层高度高度泡沫层相对密度：对不易起泡物系，要求：要求：说说明：明：若泡沫高度过大，可 减小塔板阻力减小塔板阻力或 增大塔板增大塔板间间距。距。第32页，此课件共39页哦液体在降液管中
18、停留液体在降液管中停留时间时间校核校核 目的：目的：避免严重的气泡夹带。停留停留时间时间：要求：要求：说说明：停留明：停留时间过时间过小，可小，可 增加降液管面增加降液管面积积 或或 增大塔板增大塔板 间间距。距。第33页，此课件共39页哦n n4.液沫夹带单位质量（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气体单位时间夹带到上层塔板的液体质量（或摩尔）e：kg液体/h或kmol液体/h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。ev的计算方法的计算方法：方法1：利用Fair关联图求，进而求出ev。方法2：用Hunt经验公式计算ev。第3
19、4页，此课件共39页哦式中Hf 为板上泡沫层高度：要求要求：ev 0.1 kg 液体/kg气体。说明：超过允许值，可调整 塔板塔板间间距距 或 塔径。塔径。第35页，此课件共39页哦n n5.确定负荷性能的许可限做出漏液线；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。第36页，此课件共39页哦 过量液沫夹带线（气相负荷上限线）过量液沫夹带线（气相负荷上限线）规定：ev =0.1（kg液体/kg气体）为限制条件。第37页，此课件共39页哦 液相下限线液相下限线液相下限线液相下限线整理出：严重漏液线（气相下限线）严重漏液线（气相下限线）代入相关公式，如hOW、u0，整理出。规定第38页，此课件共39页哦 液相上限线液相上限线液相上限线液相上限线保证液体在降液管中有一定的停留时间。保证液体在降液管中有一定的停留时间。降液管液泛线降液管液泛线第39页，此课件共39页哦