武汉工程大学 毕业设计摘 要糠醛是一种重要的化工原料，可作为石油精炼过程中溶剂，用来生产呋喃及呋喃及呋喃衍生物、合成药物和其他化学品，广泛应用于化工、医药和食品工业。 糠醛的生产方法有两种：生物质水解和催化裂解。相比水解而言，催化裂解具有反应时间短、出醛率高等优点，受到糠醛工业界的关注。依据秸秆催化裂解制备糠醛技术，本设计提出了年产1万吨糠醛的生产工艺。生产过程包括流化床燃烧、筛板式反应器裂解、喷雾冷凝、糠醛蒸馏精制等工序，涉及物料衡算、热量衡算，如流化床、热解筛板反应器、精馏塔等主要设备的计算与选型，对工艺过程的控制、环境保护和经济评价提出了相应的要求。关键词：秸秆；催化热解；糠醛制备；工艺设计；平衡计算AbstractFurfural 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 composed of fluidization combustion, sieve-shelf 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 sieve-shelf, heater, and distillation tower. The evaluation of process control, environment protection and economics of this design has been discussed.Keywords: Straw; Catalytic pyrolysis; Furfural production; Process design; Balance calculationIII目 录摘 要IABSTRACTII第一章 概述11.1 糠醛的应用和市场前景11.1.1 糠醛的应用11.1.2 糠醛的市场11.2 糠醛及其副产物的结构和性质51.2.1 糠醛51.2.2 副产物51.3糠醛的生产工艺71.3.1 一步法71.3.2 二步法81.3.3 催化热解81.4 水解和热解工艺比较101.5 催化热解生产糠醛工艺原理及流程111.5.1反应机理111.5.2 生产工艺流程图121.5.3 生产工艺流程简述121.5.4 产品指标及执行的标准131.6 本设计的提出及意义141.6.1 设计的提出141.6.2 设计的内容141.6.3 设计的意义14第二章 生产工艺计算172.1 物料衡算172.1.1 反应器物料衡算172.1.2 喷淋塔物料衡算192.1.3 流化床物料衡算202.1.4 精馏塔物料衡算202.2 热量衡算232.2.1 热量衡算综述232.2.2 热解反应器的热量衡算252.2.3 喷淋塔热量衡算282.2.4 流化床燃烧器的热量衡算302.2.5 精馏塔热量衡算332.3 设备计算与选型352.3.1 旋转筛板热解器352.3.2 喷淋塔的设计382.3.3 换热器设备计算412.1.4 流化床的计算442.1.5 精馏塔的计算47第三章 结论与展望50主要符号一览表51参考文献52致 谢54第一章 概述1.1 糠醛的应用和市场前景1.1.1 糠醛的应用糠醛（分子式C5H4O2）又称2-呋喃甲醛，一般由农副产品中所含聚戊糖裂解后脱水而得。它是既是一种重要的有机化工原料，同时也是一种化工生产中常用的溶剂物质，在石油炼制、石油化工、化学工业、医药、食品、合成橡胶、合成树脂、农药等行业领域都有广泛的应用。由糠醛制得的呋喃经电解还原，还可制成丁二醛，后者为生产药物阿托品的原料。许多糠醛的衍生物具有很强的杀菌能力。糠醛主要用作溶剂，它可有选择性地从石油、植物油中萃取其中的不饱和组分，也可从润滑油和柴油中萃取其中的芳香组分。糠醛可代替甲醛与苯酚缩合，制造酚醛树脂。糠醛是制备多种药物和工业产品的原料。由糠醛制得的1、6-己二胺H2N-（CH2）6-NH2，为制取尼龙66的原料1。1.1.2 糠醛的市场随着我国入世承诺的逐步执行，贸易摩擦与日俱增，我国已成为被国外反倾销的重灾区，且已连续十几年成为反倾销的最大受害国。2006年我国共遭遇86起贸易摩擦案件，我国遭遇反倾销的产品多属于劳动密集型、资源能源消耗密集型、环境污染型、技术附加值不高的产品。从事这些产品生产的企业多属于中小型企业，多家企业生产同一种产品，企业之间的竞争异常激烈，多数企业受到反倾销制裁后束手无策。我国糠醛、糠醇产品出口遭遇反倾销制裁已经十几个年头了，我国的两糠产品在出口过程中所遭遇到的反倾销制裁的国家之多、时间之长、征税额度之高、外汇流失之严重，在受国外反倾销制裁的产品中极具代表性。1994年美国海关对中国糠醛关闭，1995年起欧盟对中国糠醛征收高额反倾销税。欧盟曾是中国糠醛主要市场(1992年欧盟进口中国糠醛1.2万吨)，受制裁的影响，欧盟减少了从中国进口糠醛的数量。1995年中国糠醛的出口量从1990年的3.84万吨跌落到1.37万吨，出口年均增长率为-23%。中国的糠醛行业是依托国际市场生存和发展的，连续5年(19911995)糠醛出口大幅度下滑，给中国的糠醛业带来巨大的损失，许多企业处于停产或半停产状态，开工不足，产品积压。1994年年初，糠醛的国内市场价格曾下跌到2800元/t仍无销路，企业的经营状况极度困难，生产设备因长期闲置而锈蚀严重，中国的糠醛产量大幅度下降，企业损失惨重。19962000年，由于国际市场上糠醛资源量减少导致需求增加，价格上涨，企业效益增加，进而刺激各地纷纷建厂，扩大产量。20012003年由于糠醛产大于需，出口受阻，价格下滑，企业纷纷倒闭，我国的糠醛产业又经历了一个从低谷波峰低谷的周期。我国的糠醛行业对国际市场的依存度很高，一旦出口量下跌，则表示大批企业倒闭。2008年国际金融危机席卷全球，中国也不可避免的遭受创伤。表1.1列出了19972008年我国糠醛的生产和销售情况。表1.1 国内糠醛的生产销售情况年份总产量万吨国内消费万吨年增长率%出口量万吨出口占总量之比出口价格美元/吨19978.985.113.870.43803.33199811.295.69115.650.5745.48199912.26.173.550.29595.92200013.16.5574.920.38510.77200114.27.36122.480.17633.72200215.48.28122.720.18488.57200317.19.32122.230.13523.3020042.68843.2220053.85854.2420063.30724.6220072.861058.3020083.961366.16可以看出：(1) 糠醛出口价格波动大，总的趋势是向上增长的，糠醛出口价格在2008年达到了最高值，出口量在经历低潮后也有所上升，说明了糠醛在国外市场上总体来说需求是巨大的。(2) 糠醛出口价格和出口量波动大，一方面说明我国糠醛对国外市场依赖性强，欧盟及美国对我国糠醛出口进行反倾销，对我国的糠醛产业打击很大。另一方面，糠醛价格的下降，是由于国内生产企业急剧增加，企业间无序竞争现象严重，企业间的竞相压价从而导致糠醛出口出现量增价减的态势。19972008年糠醛出口价格变化02004006008001000120014001600199719981999200020012002200320042005200620072008年美元图1.1 糠醛出口价格变化19972008年糠醛出口量变化0123456199719981999200020012002200320042005200620072008年万吨图1.2 糠醛出口量变化2008年1月到6月，糠醛累计贸易总数量约1.8万吨，累计贸易总额2,465万美元，折合均价1369.90美元/吨；同比贸易数量增长8.30%，贸易额增长72.36%；环比贸易数量降低3.51%，贸易额增长 9.74%。表1.2列出了2008年16月主要出口国糠醛出口情况。表1.2 2008年16月出口数据按贸易汇总贸易国数量（吨）贸易额（美元）去年同期数量（吨）美国6489.34583553192824.2泰国335046972502185比利时3146.18241820063996.308日本163425108441325阿尔及利亚1000.0061353