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原料來源 1116671.3工藝流程圖 259691.4工藝流程簡介 2143731.5糠醛產(chǎn)品的質(zhì)量標準 3268671.6反應(yīng)動力學數(shù)據(jù) 3215951.7Aspen流程模擬 41.1生產(chǎn)規(guī)模本項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原料來源本項目使用的原料來源于本地玉米芯收購點，根據(jù)國家統(tǒng)計最新發(fā)布的《2020年山東糧食生產(chǎn)形勢分析》，2020年，山東玉米總產(chǎn)量達到1520.2萬噸，綜合預(yù)估玉米芯產(chǎn)量達到280萬噸左右。玉米芯有效成分為半纖維素，該地玉米芯經(jīng)過工業(yè)分析其含有效成分32%。由前期的文獻調(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，也就是說大約10噸玉米芯能夠生產(chǎn)1噸糠醛。達到完整的開工生產(chǎn)時預(yù)計年消耗玉米芯6萬噸，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，公路運輸可直達工廠。所以玉米芯原料在本地高青玉米芯加工廠集中采購，通過公路運輸即可到達工廠。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，其公司一年銷售額大于10噸，可開展長期合作，可通過鐵路交通運輸。用來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，分別由山東飛碩化工有限公司和山東豐倉化工有限公司提供，都可由公路直接運輸，分別一年需要0.1萬噸和0.6萬噸。1.3工藝流程圖圖3-2工業(yè)流程圖1.4工藝流程簡介（1）水解合成工段料倉內(nèi)的玉米芯由斗式提升機運到螺旋輸送機與固體酸混合拌酸后的玉米芯分配到各個水解鍋的進料口內(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。過程中需要定時排放不凝性氣體以維持合適的壓力溫度，幾個水解鍋串聯(lián)操作，反應(yīng)過程應(yīng)嚴格控制好溫度，壓力和反應(yīng)時間，有秩序的進行生產(chǎn)操作。玉米芯在水解鍋內(nèi)進行水解是生產(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。以上兩個反應(yīng)在常溫下都不易進行，故實際生產(chǎn)中都是在高溫高壓下進行的。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)含醛量變化來調(diào)節(jié)蒸汽量。出醛量大的時候開大蒸汽閥門，反之關(guān)小閥門。當物料溫度達到反應(yīng)溫度時開始排放醛汽，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)過醋酸水解的具體過程以及產(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-甲基糠醛等沸點高于糠醛的組分。另外產(chǎn)生的糠醛在溫度高于110℃時還會部分分解為甲酸，或者相互縮合成為樹脂。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，并且在精餾的時候嚴格糠醛采出處的出口溫度，以減少糠醛的分解和縮合。經(jīng)過脫輕塔塔可以將甲醇、丙酮等沸點低于糠醛的組分分離，在經(jīng)過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精制塔，精餾后的糠醛從塔底流出，冷卻后儲存至產(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)量標準糠醛產(chǎn)品嚴格執(zhí)行GB/T1926.1-2009標準。各類糠醛產(chǎn)品中各組分含量如下表3-2所示：1.6反應(yīng)動力學數(shù)據(jù)以木糖為目標產(chǎn)物來研究半纖維素稀酸水解的反應(yīng)歷程，建立Saeman模型，Saeman認為半纖維素的水解反應(yīng)為一級擬均相不可逆反應(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)量分數(shù)，MX為木糖質(zhì)量分數(shù)，MF為降解產(chǎn)物質(zhì)量分數(shù)，t為反應(yīng)時間。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)量分數(shù)、反應(yīng)時間之間的函數(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)量分數(shù)，MX為木糖質(zhì)量分數(shù)，MX0為初始木糖質(zhì)量分數(shù)，t為反應(yīng)時間。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