年產(chǎn)6000噸的固體酸法兩步水解制取糠醛的生產(chǎn)系統(tǒng)方案案例目錄TOC\o"1-3"\h\u10036年產(chǎn)6000噸的固體酸法兩步水解制取糠醛的生產(chǎn)系統(tǒng)方案案例 170451.1生產(chǎn)規(guī)模 149851.2原料來(lái)源 1116671.3工藝流程圖 259691.4工藝流程簡(jiǎn)介 2143731.5糠醛產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 3268671.6反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù) 3215951.7Aspen流程模擬 41.1生產(chǎn)規(guī)模本項(xiàng)目采用固體酸法兩步水解制取糠醛，年產(chǎn)6000噸精制糠醛。1.2原料來(lái)源本項(xiàng)目使用的原料來(lái)源于本地玉米芯收購(gòu)點(diǎn)，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)最新發(fā)布的《2020年山東糧食生產(chǎn)形勢(shì)分析》，2020年，山東玉米總產(chǎn)量達(dá)到1520.2萬(wàn)噸，綜合預(yù)估玉米芯產(chǎn)量達(dá)到280萬(wàn)噸左右。玉米芯有效成分為半纖維素，該地玉米芯經(jīng)過(guò)工業(yè)分析其含有效成分32%。由前期的文獻(xiàn)調(diào)研以及工藝方案的確定，采用兩步水解法確定玉米芯：糠醛=10：1，也就是說(shuō)大約10噸玉米芯能夠生產(chǎn)1噸糠醛。達(dá)到完整的開(kāi)工生產(chǎn)時(shí)預(yù)計(jì)年消耗玉米芯6萬(wàn)噸，所以山東省淄博市的玉米芯產(chǎn)量是完全足夠生產(chǎn)所需的。并且高青縣交通便利，公路運(yùn)輸可直達(dá)工廠。所以玉米芯原料在本地高青玉米芯加工廠集中采購(gòu)，通過(guò)公路運(yùn)輸即可到達(dá)工廠。固體酸催化劑SO42-/MxOy一年需要消耗1噸左右，由武漢華翔科潔生物技術(shù)有限公司，其公司一年銷(xiāo)售額大于10噸，可開(kāi)展長(zhǎng)期合作，可通過(guò)鐵路交通運(yùn)輸。用來(lái)形成兩相水解體系下的氯化鈉和二氯甲烷都可直接在本地收購(gòu)，分別由山東飛碩化工有限公司和山東豐倉(cāng)化工有限公司提供，都可由公路直接運(yùn)輸，分別一年需要0.1萬(wàn)噸和0.6萬(wàn)噸。1.3工藝流程圖圖3-2工業(yè)流程圖1.4工藝流程簡(jiǎn)介（1）水解合成工段料倉(cāng)內(nèi)的玉米芯由斗式提升機(jī)運(yùn)到螺旋輸送機(jī)與固體酸混合拌酸后的玉米芯分配到各個(gè)水解鍋的進(jìn)料口內(nèi)，裝填完畢后，水解鍋密封通入1.6MPa的水蒸氣升溫升壓進(jìn)行水解反應(yīng)生成糠醛。水解鍋的最適壓力為1.5~1.7MPa，最適溫度為160~180℃，玉米芯在水解鍋內(nèi)水解2h。過(guò)程中需要定時(shí)排放不凝性氣體以維持合適的壓力溫度，幾個(gè)水解鍋串聯(lián)操作，反應(yīng)過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格控制好溫度，壓力和反應(yīng)時(shí)間，有秩序的進(jìn)行生產(chǎn)操作。玉米芯在水解鍋內(nèi)進(jìn)行水解是生產(chǎn)糠醛的一道關(guān)鍵工序。玉米芯中的半纖維素在酸的催化下水解成為戊糖，戊糖脫水環(huán)化生成糠醛。以上兩個(gè)反應(yīng)在常溫下都不易進(jìn)行，故實(shí)際生產(chǎn)中都是在高溫高壓下進(jìn)行的。在高溫下糠醛容易分解成甲酸等副產(chǎn)物，水解產(chǎn)生的糠醛采用汽提方式由水蒸氣吹出，由于糠醛在蒸汽中的含量不均衡，因此需要根據(jù)含醛量變化來(lái)調(diào)節(jié)蒸汽量。出醛量大的時(shí)候開(kāi)大蒸汽閥門(mén)，反之關(guān)小閥門(mén)。當(dāng)物料溫度達(dá)到反應(yīng)溫度時(shí)開(kāi)始排放醛汽，部分醛汽先送至初餾塔作為加熱物質(zhì)預(yù)熱塔釜，多余的醛汽進(jìn)入冷凝器，冷卻后的稀醛溶液流入貯罐待以加工利用。水解完成后，關(guān)閉醛汽閥和蒸汽閥，打開(kāi)排空閥，泄壓后將鍋內(nèi)廢渣排出。（2）粗餾工段圖3-3玉米芯水解產(chǎn)物圖3-2玉米芯經(jīng)過(guò)醋酸水解的具體過(guò)程以及產(chǎn)物。從上圖可知，多縮戊糖酸解后主要產(chǎn)生戊糖，并且副產(chǎn)乙酸、甲醇、丙酮等沸點(diǎn)低于糠醛的組分。戊糖脫水后的中間組分有2-乙酰呋喃，5-甲基糠醛等沸點(diǎn)高于糠醛的組分。另外產(chǎn)生的糠醛在溫度高于110℃時(shí)還會(huì)部分分解為甲酸，或者相互縮合成為樹(shù)脂。為了避免糠醛分解，在水解釜中采用氣提的方式，將產(chǎn)生的糠醛即使移出水解釜，并且在精餾的時(shí)候嚴(yán)格糠醛采出處的出口溫度，以減少糠醛的分解和縮合。經(jīng)過(guò)脫輕塔塔可以將甲醇、丙酮等沸點(diǎn)低于糠醛的組分分離，在經(jīng)過(guò)共沸塔使得水和糠醛形成共沸物而分離，低溫從分醛罐中的到純度為98.4%左右的粗糠醛，此時(shí)產(chǎn)品內(nèi)主要雜質(zhì)為水。（3）精制工段粗餾后的糠醛溶液通過(guò)精制塔，精餾后的糠醛從塔底流出，冷卻后儲(chǔ)存至產(chǎn)品罐得到純度大于99%的糠醛產(chǎn)品。1.5糠醛產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)糠醛產(chǎn)品嚴(yán)格執(zhí)行GB/T1926.1-2009標(biāo)準(zhǔn)。各類(lèi)糠醛產(chǎn)品中各組分含量如下表3-2所示：1.6反應(yīng)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)以木糖為目標(biāo)產(chǎn)物來(lái)研究半纖維素稀酸水解的反應(yīng)歷程，建立Saeman模型，Saeman認(rèn)為半纖維素的水解反應(yīng)為一級(jí)擬均相不可逆反應(yīng)式中：k1,k2分別表示木聚糖水解速率常數(shù)和木糖降解速率常數(shù)，單位是min-1。在Saeman模型中，半纖維素、木糖和糠醛的質(zhì)量平衡方程如下：dMH/dt=?k1MHdMX/dt=k1MH?k2MXdMF/dt=k2MX式中：k1,k2分別表示木聚糖水解速率常數(shù)和木糖降解速率常數(shù)，單位是min-1；MH為半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，MX為木糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，MF為降解產(chǎn)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，t為反應(yīng)時(shí)間。由此可得到木糖生成速率常數(shù)、木糖降解速率常數(shù)、木糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、反應(yīng)時(shí)間之間的函數(shù)關(guān)系式，即：MX=MX0e?k2t+MH0k1/（k2-k1）（e?k1t?e?k2t）式中：k1表示木聚糖水解速率常數(shù)，k2表示木糖降解速率常數(shù)，單位是min-1，MH0為初始半纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，MX為木糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，MX0為初始木糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)，t為反應(yīng)時(shí)間。由于反應(yīng)水解液中的木糖是由半纖維素水解得到，所以MX0為0，于是可得：MX=MH0k1/（k2-k1）（e?k1t?e?k2t）另外，反應(yīng)速率常數(shù)與溫度之間的關(guān)系遵從Arrhenius方程：k=A0e?Ea/RT，即：lnk=ln