CN1616443A - 二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺及设备，工艺中涉及的聚戊糖水解反应在连续压力进料器内完成，水解反应温度为85－125℃；戊糖水解反应在进料柱内完成。设备主要包括连续水解釜、连续压力进料器、除渣器、冷却器、分醛器、排渣器、分离器、加热器和风机；进料柱连通水解釜，进料柱内有逆时针转动的中心立轴和十五层花板。物料在进料柱内与蒸汽连续气固换热，在连续气固换热过程中，物料温度由125℃逐渐升到180℃，料渣从水解釜底部排出，蒸汽温度由180℃逐渐降到130±5℃，含醛蒸汽从排醛室排出冷凝后可直接分离出40－60％糠醛。原料不需粉碎，与一步间断水解法比较，原料利用率提高15％，产醛率提高4－5％。

Description

二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺及设备

技术领域：

本发明属于糠醛的生产方法，具体涉及的是二步连续低压高温动态水解法生产糠醛(呋喃甲醛)工艺及设备。

背景技术：

国内的糠醛生产一直延用一步水解法(也称间断水解法)五十多年，糠醛产率一直在7-8％之间(玉米芯含水分15％)，产醛率低，吨醛各项物耗高，每吨醛消耗玉米芯12.5-13.84吨、硫酸240-300公斤、纯碱3-15公斤，电500-900度。吨精醛耗蒸汽35-40T(其中水解用蒸汽15.5吨/吨粗醛)。由于吨醛物耗高，产品成本高，经济效益低。(摘自林业部林业设计院——糠醛生产一书)。

以玉米芯作原料的糠醛生产中，主要发生二步化学反应：

第一步化学反应：玉米芯中聚戊糖在催化剂和水、热量的作用下，使聚戊糖发生溶解、水解成戊糖，其化学反应如下：

第二步化学反应：戊糖在热量作用下，发生水解，生成糠醛、醋酸、甲醇、丙酮、乙醛、甲酸和水。

一步法生产糠醛是在同一水解釜内、同一条件下发生二步水解反应，其水解时的蒸汽压力为6.5-7.5kg/cm²，温度在161-164℃，在全部反应过程中，使最敏感的戊糖和糠醛得不到充分保护。在糠醛生产中，普遍认为蒸汽压力高水解速度快，但是水解速度快，应该使水解产物快速降温，离开高温、高压区间，这样才能使生成的醛得到保护。一步法生产糠醛受工艺条件的限制，无法使生成的糠醛得到适宜的工艺条件保护，糠醛生产出来了，却长时间离不开高温区，致使生产出来的糠醛在无机酸和热量的作用下，糠醛发生树脂化和分解反应，生成醋酸、乙醛、甲酸，使戊糖和糠醛受到破坏。

化学反应方程：

可见，戊糖和糠醛在无机酸存在下，在长时间高温作用下受到破坏，是影响糠醛产量的重要原因。

发明内容：

本发明的目的是提供一种二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺及设备，解决以下四个技术问题：一是：将糠醛生产中的二步水解反应在反应不中断的前提下分开，单独在各自适宜的工艺条件下完成；二是：“放慢”第二步水解反应速度，控制糠醛汽相浓度、温度、时间三者关系，使物料中戊糖逐渐发生水解，将反应速度放慢，防止大量戊糖同时发生第二步化学反应，造成气相醛浓度过高、发生复分解反应，使戊糖和醛得到充分保护；三是：将第二步水解反应中生成的糠醛蒸汽快速与固体物料分离，快速降低糠醛温度，快速离开高温区间；四是：提供一套适应上述生产工艺条件的设备，保证实现二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺，提高糠醛产量。

本发明的工艺过程包括连续压力进料、连续动态水解、气固连续换热、连续低温排醛、连续排渣、料渣余热利用、废酸液回收；工艺中涉及的二步水解化学反应在连续压力进料、反应不中断的前提下分开；聚戊糖水解生成戊糖的水解反应在连续压力进料器内完成，连续压力进料器内的水解反应温度为85-125℃；戊糖水解成糠醛反应是在进料柱内完成，物料在进料柱内与含醛蒸汽气固连续换热，在气固连续换热过程中，物料温度由125℃逐渐升温到180℃，料渣从水解釜底部连续排出，蒸汽温度由180℃逐渐降温到130±5℃，生成含醛蒸汽由排醛室排出后冷凝，冷凝后的原液可直接分离出40-60％糠醛。

连续压力进料器是二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺的第一步化学反应器，物料在酸性催化剂和水、热量的作用下，将玉米芯中的聚戊糖溶解、水解成戊糖。连续压力进料器内分为压缩段和导料段，压缩段物料温度由65升温至85℃，导料段温度由85升温至125℃，物料压缩比为2.92∶1。

连续进料柱是二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺中的第二步化学反应器，戊糖在连续进料柱内热量作用下水解糠醛、醋酸、甲醇、丙酮、乙醛、甲酸和水。连续进料柱与水解釜相通，柱内有十五层花板，第1层花板至柱顶部为排醛室，排醛室温度为130±5℃；第1层至4层花板的物料温度为135-140℃，第5层至10层花板的物料温度为140-155℃，第11层至15层花板的物料温度为155-170℃，水解釜内有无料空间，温度控制在170-175℃，水解釜内物料层温度控制在180℃。

物料自扩散管进入进料柱，在进料柱内上部的第1层转动花板逐层向下沉降，物料在沉降的过程中，与水解釜底部上升的180℃含醛蒸汽逐层气固连续换热，物料由125℃逐步升温到170℃，经过釜内170-175℃的无料空间落入釜内物料层上，料渣从水解釜底部排出；水解釜采用180℃过热蒸汽加热，蒸汽压力为3-4kg/cm²，蒸汽温度180℃，蒸汽自水解釜底部物料层上升，经过釜内无料空间上升到进料柱内与花板上的物料逐层连续换热，使釜底上升的180℃低浓度水解蒸汽逐步降温到130±5℃上升到排醛室排出；第一步未水解的聚戊糖在进料柱内135-140℃的反应温区内继续水解成戊糖，生成的含醛蒸汽从柱顶部的排醛室排出。

采用二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺的设备主要包括连续水解釜、连续压力进料器、离心除渣器、冷却器、分醛器、排渣器、分离器、换热器和风机；水解釜底部排渣口与排渣器之间由管线与法兰连接，离心除渣器与冷却器之间由管线联通，冷却器与分醛器联通，排渣器与水解釜底部、分离器接通，分离器与加热器接通，加热器与风机连接，其中：

在水解釜上封头安装连续进料柱，进料柱与水解釜内相通，釜下封头内安装环形多孔喷汽管，喷汽管与釜外部进气管相通，由环形多孔喷汽管为水解釜供应加热蒸汽；水解釜底部有排渣口，排渣口与排渣器之间由S型排渣管连接，用于排出釜底料渣；进料柱内装有逆时针转动的中心立轴，中心立轴上安装八层转动花板，进料柱内壁上安装七层固定花板，转动花板与固定花板间隔安装，第一层转动花板对应进料柱的内壁上安装三块平料板(a、a′、a″)，平料板与第一层转动花板之间对应进料柱的内壁上安装一块固定推料板；进料柱上部侧面焊接接管法兰，接管法兰安装连续压力进料器；在中心立轴的下端釜内安装物料分散器。

连续压力进料器包括压缩段、物料导管、扩散管组成，压缩段的中心轴上安装变经变距螺旋叶片，物料呈锥形螺旋压缩推进，物料导管、扩散管为连续压力进料器的导料段，物料经过导料段被物料推入柱内；物料导管安装在接管法兰内，首端与锥形压缩段壳体小端和进料柱侧壁的接管法兰螺栓联接为一体，末端与扩散管小端为一体，扩散管安装在进料柱内，连续压力进料器压缩段壳体有蒸汽加热外套。

安装后的进料柱内顶部为排醛室，物料从进料柱内逐层沉降到水解釜内、含醛蒸汽从釜底上升至进料柱顶部排醛室，从排醛室排出，冷却后的水解液含糠醛浓度15-20％。由于进料柱内有十五层花板，连同水解釜内可以形成5个不同温度、不同气相浓度、不同物料量的反应温区，物料和含醛蒸汽在下降或上升的过程中经过5个不同温度、不同气相醛浓度、不同物料量的反应温区，在5个不同的温度反应区内气固逐层连续换热，在热量交换的过程中完成第二步水解反应。五个反应温区为第二步化学反应在不同温度、不同时间、不同速度、不同气相浓度下提供了反应平衡条件。

物料被连续被推入进料柱内，每层固定花板上的物料层均被上层转动花板下料槽前板推入本层(固定花板)下料槽内，而板上的物料为逆时针方向运动；每层转动花板上的物料层均被上层固定花板的槽后板推入本层(转动花板)的下料槽内，而板上物料为顺时针方向运动。物料沉到底部最后一层转动花板离开进料柱，经最后一层转动花板下面的物料分散器打散，经水解釜内无料空间，与釜底上升的180℃低浓度醛蒸汽对流换热后，落入水解釜内物料层上。

料渣由水解釜底部连接的S形排渣管排出，进入锥形排渣器内、气固分离器内，料渣在分离器内在搅拌的作用下翻动，将大量蒸汽散发出来，自蒸发蒸汽经排汽管进入耐酸空气换热器内，换热升温后热空气由风机经管道送入沸腾干燥床干燥料渣或送到高位物料箱加热、缓冻物料，将料渣内的余热进行回收再利用。空气换热器底部排出的冷凝液，回收作配酸用水回收硫酸。

上述生产工艺可将糠醛生产中的二步化学反应在连续进料、不中断反应的前提下分开，使第一步水解反应在连续压力进料器内适宜的工艺条件下完成，第二步水解反应在进料柱内完成；釜内采用高温过热蒸汽水解，可以保证快速水解、气固连续换热和节约水解用汽；蒸汽压力为3-4kg/cm²的低压蒸汽，可以有效的控制、调整糠醛汽相浓度、温度、时间三者之间关系，加之进料柱内十五层花板的设置和形成的不同反应温度区域，使物料具有充分的接触反应条件和空间，充分接触，使戊糖水解反应速度放慢，为生成的戊糖和醛提供了充分的保护条件；均匀稳定的物料量在进料柱内逐层连续换热升温，使戊糖逐层发生水解，防止气相醛浓度过高过低，达到均衡产醛，含醛蒸汽快速从物料层中分离出来，快速上升与物料换热，快速降温，使生成的糠醛蒸汽快速从物料层分离出来，快速上升，离开高温区排出釜外，减少醛高温损失。

本发明具有以下优点和积极效果：

1、本发明的连续压力进料、连续动态水解、气固连续换热、连续低温排醛、连续排渣、料渣余热利用、废酸液回收工艺过程，体现了连续(连续压力进料)、低压(蒸汽压力3-4kg/cm2)高温(180℃过热蒸汽)动态连续水解，气固连续换热、连续低压低温排醛，连续压力排渣和连续利用料渣余热、废酸液回收工艺特点，工艺中的连续压力进料保证了在单位时间内物料量，反应物质量(聚戊糖，戊糖)、生成物质量(糠醛)连续均匀；工艺在动态适宜的工艺条件下将二步化学反应分开完成，保证了本工艺的可靠性和稳定性；水解液含糠醛浓度15-20％(是一步法6％浓度的2.5-3.3倍)，浓度均衡，原液可直接分离出40-60％粗糠醛，降低二次蒸馏损失，有利于糠醛和副产品的提取、回收，并节约水解蒸汽93.75％；提高糠醛产率，使糠醛产率达到12.5-13.5％(含水分15％玉米芯计算)，比一步水解法(间断法)提高产醛率4-5％；使用的原料(玉米芯)可以不粉碎，原料利用率提高15％。

2、提供的工艺设备设计合理，可以保证“二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺”顺利实施，一台10m3连续水解釜生产能力，等于10m³/台间断水解釜10台生产能力，工艺设备利用率达到97.8％。

附图说明：

图1是本发明的工艺设备流程图；

图2是本发明工艺设备中进料柱的结构剖视图；

图3是图2中的固定花板俯视图；

图4是图3中的侧视图；

图5是图2中转动花板的俯视图；

图6是图5中的侧视图；

图7是本发明中进料柱内转动花板与固定花板物料运动表；

图8是本发明的工艺流程简图。

图中：1连通水解釜、2接管法兰、3锥形封头、4排渣口、5椭圆封头、6连续进料柱、7中心立轴、8转动花板、9固定推料板、10转动花板的下料槽、11固定花板、12物料分散器、13支承座瓦、14接管法兰、15排醛室出口、16排醛室、17槽前板、18槽后板、19传动装置、20电机、21连续压力进料器、22物料导管、23扩散管、24加热外套、25进料口、26减速器、27电机、28S型排渣管、29密封装置、30离心除渣器、31排醛管线、32排渣阀、33冷却器、34U形管、35不凝汽排出管线、36分醛器、37排醛管线、38排原液管线、39进汽管口、40排渣器、41排渣管、42传动装置、43进渣管入口、44分离器、45蒸汽排出管线、46排渣器、47空气换热器、48风机、49槽前板、50槽后板、51排酸液管。

具体实施方式：

实施例1：

1、二步连续低压高温动态水解法生产糠醛的工艺设备：

(1)连续压力水解釜：如图1、图2所示，连续压力水解釜1安装有连续进料柱6，为连通水解釜。水解釜1上封头为标准椭圆封头5，釜底为60度标准锥形封头3，封头下口有排渣口4，排渣口4与S型排渣管28法兰联接。在锥形封头3内安装环形多孔喷汽管，环形多孔喷汽管进气管口39与水解釜1外进汽管相通，供给釜内180±5℃高温过热蒸汽，蒸汽压力3-4kg/cm²，并安装自动控制进汽装置。

(2)连续进料柱：如图1、图2所示，连续进料6安装在水解釜1上封头5接管法兰上，与水解釜1内相通，顶部为排醛室16；进料柱6上部侧面壁上设有接管法兰14，接管法兰14安装连续压力进料器21；在中心立轴7的下端釜内上封头内安装物料分散器12，中心立轴7下部安装支承座瓦13。

连续进料柱6内安装中心立轴7，中心立轴7每分钟逆时针转动一周。中心立轴7上端在排醛室16封头外与传动装置19相联接。在中心立轴7下端安装四浆叶物料分散器12。在进料柱6内的中心立轴7上安装八层不锈钢转动花板8，转动花板8上开有气孔。转动花板8随中心立轴7逆时针转动，中心立轴7每转动一周，八层转动花板也同时转动一周。在进料柱6的内壁上安装七层不锈钢固定花板11，固定花板11开有气孔，中心开有轴孔。

花板8、11上均开有30度圆心角扇形孔，花板8、11开孔下面焊接下料槽板，形状与圆心角扇形孔相同；转动花板8上的槽前板17高、槽后板18低，参阅图5、图6。槽前、后板与下层花板垂直，槽前板17与下层花板间距2毫米，槽前板17是下层固定花板推料板，槽后板18是下层固定花板平料板，每层固定花板上的物料层均被上层转动花板下料槽前板17推入本层固定花板下料槽内，而板上物料为逆时针方向运动。固定花板11上的下料槽前板49低、槽后板50高，槽后板50是下层转动花板的推料板，参阅图3、图4。每层转动花板上的物料层均被上层固定花板下料槽后板推入本层(转动花板)下料槽内，而花板上物料为顺时针方向运动。第1层转动花板安装在中心立轴7上，位置于进料柱6侧壁接管法兰14中心线下450毫米，第1层转动花板为接料花板，在第1层转动花板面220毫米高处对应进料柱6的内壁上安装三块不锈钢平料板(a、a′、a″)，三块不锈钢平料板呈120°分布。在转动花板上面对应进料柱6的内壁上安装一块固定推料板9。在第1层转动花板下350毫米处安装第1层固定花板。转动花板与固定花板间隔安装，依此顺序一直安装到第15层花板。花板间距根据物料层厚度和排汽空间和物料受热体积收缩量而定。槽低板的高度与下层花板上的物料层高度一致。

花板安装均按计算角度安装，每层花板的下料口错开30度角，保持十五层花板由上至下均匀连续下料、上料，保证每层花板不断料。

(3)连续压力进料器

连续压力进料器21由压缩段、物料导管22、扩散管23组成，压缩段为园锥形，压缩段中心轴上安装变经变距螺旋叶片，装满锥形段。锥形压缩段小端壳体与物料导管22首端设法兰，物料导管22安装在接管法兰内，物料导管22首端法兰与锥形段壳体小端法兰和进料柱6侧壁的接管法兰14螺栓联接为一体。扩散管23呈锥形，安装在进料柱6内，物料导管22末端与扩散管23小端为一体，连续压力进料器21的压缩段壳体有蒸汽加热外套24，用于加热物料，将压缩段物料温度由65℃升至85℃，导料段物料温度由85℃升温至125℃。

连续压力进料器21安装在进料柱6侧面的接管法兰14上，轴中心线与进料柱6中心线保持90度垂直平行，保证连续压力进料器21壳体中心线与轴中心线一致，连续压力进料器21安装电子转数表一块。

连续压力进料器21轴转数30-38转/分，采用蜗轮减速器26减速，55KW调速电机27驱动，对轮联接。根据生产需要可调整连续压力进料器转数。

(4)除渣器

除渣器30为离心除渣，设备为市售成品。

(5)排渣器和分离器

排渣器40为立式锥形螺旋排渣，连续排渣，由调速电机20驱动，上口与S形排渣管28连接，下口与分离器44进口41相联接1，器内装搅拌器，未端下部与转鼓式排渣器46相接，通过排汽管45与耐酸空气换热器47连接，耐酸空气换热器47与风机48连接。

连续水解釜1锥形封头3下部排渣口4与S型排渣管28一端法兰联接，S形排渣管28另一端与排渣器40的进口法兰43相联，排渣器40的下口与分离器44进口41相联。

2、二步连续低压高温动态水解法生产糠醛的工艺过程

根据图8提供的工艺流程简图，物料(温度为-25-15℃)在高位加热物料箱内停留30分钟直接受120℃-130℃热空气加热，使物料升温度50℃，经箱底部转鼓式卸料器连续排入混酸搅拌槽内，喷入5％浓度稀硫酸溶液，加酸比为1∶0.6。混酸搅拌槽有夹层加热套，槽内层半园底有进气孔。120-130℃热空气进入加热外套、热空气从孔喷出直接与着酸物料换热，物料在搅拌器的上下翻动下，使物料均匀着酸、均匀受热。物料在混酸槽内停留5分钟，使物料由50℃升温到65℃，从混酸槽未端底部排料管经转鼓式卸料器连续排入连续压力进料器21进料口25内。

连续压力进料器21连续进入不粉碎加酸物料(玉米芯)，物料被连续压力进料器21内旋转螺旋叶片由大端推向小端，使物料逐渐受到强力搅拌和压缩，使玉米芯破碎和体积收缩，物料中空气被压出，物料压缩比2.92∶1，物料容重达到665kg/m³。物料表层催化剂在压力作用下，渗透到物料颗粒内部，使物料中的聚戊糖发生溶解，物料在压缩段由65℃升温到85℃(外套24蒸汽加热)，当物料由压缩段被推入物料导管22物料由85℃升温到95℃(在管内形成料堵，阻止柱内蒸汽反冲作用)，当物料由导料管22进入扩散管时，扩散管23大端出料口内物料膨松，柱内130±5℃蒸汽渗透到物料中，使扩散管23的物料由85℃升温到125℃(导料管22和扩散管23均安装进料柱6，直接受柱内蒸汽加热导管使物料升温)；物料在连续压力输送过程中，使物料由50℃逐渐升温到125℃，物料中聚戊糖水解率达95-100％。

物料中少部分(10-16％)未转化聚戊糖在连续进料柱6内的低温区(第1至第4层花板，温度为130-140℃)水解为戊糖。

物料(玉米芯)在连续压力进料器21内，受到强力压缩，物料的内部组织也受到破坏，使玉米芯变软，失去弹性，密度增大，同时在催化剂和热量的作用下，使聚戊糖的转化加快，随着物料的不断压缩、推进，物料中的聚戊糖在连续压力进料器21内的压缩段、导料段迅速发生水解生成戊糖，由于此段的温度不超过125℃，戊糖能够得到充分保护，不会被高温破坏。连续压力进料器起到了物料分配，保证在单位时间内物料量、反应物质量(聚戊糖、戊糖)、生成物质量(糠醛)均匀稳定作用，保证了水解汽相醛浓均衡，提高产醛率。

第二步戊糖水解是在热量的作用下，生成糠醛、醋酸、甲醇、丙酮、乙醛、甲酸和水，化学反应过程较为复杂。

不粉碎加酸物料(玉米芯)由进料器压缩连续被推入进料柱6内，呈松散状向下沉降，落到第1层转动花板上，被柱内壁上固定平料板刮平，物料在第1层转动花板上形成一层212mm厚均匀料层。花板转动第二周时，板上物料被固定推料板推下，落到下面第1层固定花板上，随第1层转动花板转动，物料连续铺在第1层固定花板上；当中心立轴转动第三周时，第1层固定花板上物料被上层(第1层转动板)推料板推下，物料经下料槽落入第2层转动花板上，随花板转动物料连续铺在花板上；中心立轴7转动第四周时，第2层转动花板物料被上层(第1层固定板)下料槽板推入第2层固定花板上，随第2层花板转动第2层固定花板上撒下均匀料层。当立轴转动第五周时，第2层固定花板上物料被上层(第2层转动板)下料槽板推入第3层转动花板上形成均匀料层，每层花板连续下料时，上层花板也同时连续下料，保持每层花板不断料。按此顺序物料由第1层转动花板，由上至下连续向下沉降到第15层转动花板。由于转动花板的下料槽前板高、槽后板低，(按立轴转动方向，区分前后板)槽前板是下层花板推料板，槽后板是下层固定花板的平料板，每层固定花板上的物料层均被上层转动花板下料槽前板推入本层(固定花板)下料槽内，而板上的物料为逆时针方向运动；由于固定花板下料槽槽前板低、槽后板高，槽前板是下层转动花板的平料板，槽后板是下层转动花板的推料板，每层转动花板上的物料层均被上层固定花板下料槽后板推入本层(转动花板)的下料槽内，而板上物料为顺时针方向运动。物料沉降到底部十五层转动花板离开进料柱6，经下面的物料分散器打散12，物料经水解釜内无料空间，与釜底上升的180℃低浓度醛蒸汽空间对流换热后，落入水解釜1内物料层上。

进料柱6内排醛室的温度为130±5℃，进料柱6到水解釜1，按戊糖水解速度划分成五个大的不同温区：第一层至四层花板之间的物料温度控制在130-140℃区间逐步升温，第5层至10层花板的物料温度控制在140-155℃区间逐步升温，第11层至15层花板的物料温度是控制在155-170℃区间逐步升温，水解釜1内无料空间为3米，温度控制在170-175℃，釜内物料层温度控制在180℃。在五个大的温度区域内，每个温区气固温度，生成物量、气相浓度、反应时间、物料量均不相同，可见连续进料柱保证了第二步戊糖水解过程中的气固温度、气相浓度、反应时间和工艺的稳定性、可靠性。

物料在连续进料柱6内从第一层花板上被推下，逐层向下沉降，物料温度也逐层升高。下沉物料从第十五层花板上被推下，经物料分散器12分散，均匀散开纷纷下沉，经釜内无料空间，沉降在釜内的物料上层，保持釜内物料层次、松散、均匀受热。下沉物料与水解釜1底部上升耒的180℃低浓度含醛蒸汽，在釜内无料空间对流换热，物料中的戊糖发生水解，戊糖转化率为85-90％，生成的含醛蒸汽继续上升，连续穿过15层花板与物料逐层连续换热，换热过程使上升的含醛蒸汽连续降温，下降物料连续升温，见附图7。

物料由上至下，经十五层花板连续向釜底沉降，每层花板上物料停留一分钟，物料逐层连续换热十五次。在物料连续向下沉降的过程中，随着物料温度的不断升高，物料中的戊糖不断的发生水解，生成的糠醛同不断上升的含醛蒸汽混合，快速从松散的料层中分离出耒，快速上升，穿过各层花板孔与物料连续换热，随着戊糖的不断水解，含醛蒸汽中的醛浓度逐渐增加。当含醛蒸汽穿过花板孔(上升气速1.4米/秒)迅速离开本层物料上升到上层花板与上层花板的物料换热时，使醛蒸汽温度快速降低，经过十五层花板与物料连续换热降温，含醛蒸汽上升到排醛室16内降温到130±5℃，经排醛出口15进入离心除渣器30离心除渣，料渣经排渣阀32间断排出。除渣后的含醛蒸汽经排醛管线31进入140平方米冷却器33内冷却，经不凝汽体管线35排出，冷却液(称原液，含糠醛浓度15-20％)进入分醛器36内进行分离。分醛器36可直接从冷却液(称原液，含糠醛浓度15-20％)中分离出40-60％粗糠醛，经排醛管线37连续排入储缸，原液(含糠醛浓度8-9％)经排原液管线38去蒸馏塔回收糠醛。

连续压力排渣和余热回收利用、废酸液回收是通过排渣器40和分离器44完成。物料在连续压力水解釜1内停留50-60分钟，物料中含有的10-15％未水解戊糖在水解釜1中继续水解。高温过热蒸汽(180℃)从水解釜1底部锥形封头3内的多孔环形管39喷出，加热釜内物料，压力为3-4kg/cm²蒸汽逐渐透过3米高的物料层，使物料中残存的戊糖发生水解反应，生成的水解醛蒸汽经十五层花板与物料换热后上升到排醛室16，经排醛出口15排出釜外。水解釜1内保持3米高料层后开始连续排出多余料渣，料渣在蒸汽压力下，料渣自重逐渐下沉到从水解釜锥形封头3下口的排渣管4排出，经S形排渣管28，进入立式锥形螺旋排渣器40内，料渣(约180℃)在转动螺旋叶片将料渣推入下方，使料渣受到压缩推入分离器44，在接料管41内形成料堵，阻止釜内蒸汽从接料管41排出釜外。接料管41内料渣连续被料渣推出进入分离器44内，料渣在搅拌的作用下，物料翻动，大量蒸汽散发出来，自蒸发蒸汽经排汽管45进入空气换热器内47(要求耐酸)，与空气换热，使空气升温120-130℃，由热空气经风机48输送到沸腾干燥床，干燥料渣或送到高位物料箱加热、缓冻物料。空气换热器47底部排出的冷凝液，冷凝液经排酸液管51排出，回收作配酸用水回收硫酸，消除排放污染环境。

每层花板开口下面均焊接与开口形状相同的下料槽，转动花板槽前板17高与下层花板间距2mm并垂直下层花板，槽前板17是下层花板推料板，槽后板18低，是下层花板平料板，槽前板推料，板后槽内下料。固定花板下料槽槽后板50高，是下层花板推料板，槽前板49低，是下层花板平料板，槽后板50与下层花板间距2mm并垂直下层花板，槽后板50推料，槽前板49平料，板后槽内下料，保持十五层花板上的物料由上至下连续均匀下料、上料，每层花板不断料，物料均匀的撒在下层花板上，使花板面上物料均匀一致。下料槽低板高度与下层花板上物料高度一致。槽内充满物料，物料比重大，阻止了蒸汽从下料槽下口上升的机会，迫使蒸汽从板孔上升与物料换热。

水解釜1内蒸汽压力3-4kg/cm²，蒸汽温度180℃，进料柱内蒸汽上升气速0.393m/秒，花板孔上升汽速1.4m/秒，保证了花板孔汽速穿过物料层的能量，使85-90％戊糖水解在进料柱内完成，未转化的戊糖在水解釜1内的温区内完成。进料柱6作为第二步反应器，为第二步化学反应提供了适宜的工艺条件，使戊糖糠醛及副产物质得到充分保护，将糠醛产率提高到12.5-13.5％。

二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺与一步间断水解法比较，其吨醛各项物耗对比情况见下列表：

序	名称	单位	一步间断水解法	二步连续水解法	二步法与一步法对照
						1	产醛率	％	8.5	12.5	+4
2	吨醛玉米芯(15％水)	公斤	11,764.70	8,000	-3,764.71
						3	粉碎损失15％	公斤	2,076.13	除杂质、不粉碎	-2,076.13
4	92％工业硫酸	公斤	244.75	166.3	-78.45
						5	水解蒸汽	吨	15.5	8	-7.5
6	生产周期	时/台	6时/台×4次/日	24小时连续生产
						7	年糠醛产量	吨	2,000	3,460	+1,460
8	年玉米芯用量	吨	加工23,530/27,680	27,680	+4,150
						9	日加工原料量	吨	12/台日×10台＝120	120t/1台
10	日产糠醛量	公斤	10,200	15,000	+4,800
						11	有效生产天数	天	196.1	230.7	+34.6
12	原料总量产醛率	％	7,225	12.5	+5.275
						13	吨醛耗料	吨	13.84	8	-5.84
14	副产品回收		不收	回收醋酸、甲醇、丙酮、甲酸	消除环境污染

从上表可见，二步连续低压高温动态水解法生产糠醛的工艺与一步间断法比较各项物耗、产醛率、生产能力、设备台数、产品数量等差别较大，经济效益差别更大。可见二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺具有显著的经济优势和效益优势。

此项生产工艺技术和工艺设备不仅适应糠醛生产，而且，还可适用于其它生产领域应用。

Claims (9)

1、一种二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺，其工艺过程包括连续压力进料、连续动态水解、气固连续换热、连续低温排醛、连续排渣、料渣余热利用、废酸液回收；工艺中涉及的二步水解化学反应在连续压力进料、反应不中断的前提下分开，其中：

a、聚戊糖水解生成戊糖的水解反应在连续压力进料器(21)内完成，连续压力进料器(21)内的水解反应温度为85-125℃；

b、戊糖水解成糠醛反应是在进料柱(6)内完成，物料在进料柱(6)内与含醛蒸汽气固连续换热，在换热过程中，物料温度由125℃逐渐升到180℃，料渣从水解釜(1)底部连续排出，蒸汽温度由180℃逐渐降到130±5℃，生成含醛蒸汽由排醛室(16)排出后冷凝，冷凝后的原液可直接分离出40-60％糠醛。

2、根据权利要求1所述的二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺，其特征在于：连续压力进料器(21)内分为压缩段和导料段，物料压缩段温度由65升至85℃，导料段温度由85升至125℃，物料压缩比为2.92∶1。

3、根据权利要求1所述的二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺，其特征在于：连续进料柱(6)与水解釜(1)相通，柱(6)内有十五块花板；第1层花板至柱顶部为排醛室(16)，排醛室(16)温度为130±5℃；第1层至4层花板之间的物料温度为135-140℃；第5层至10层花板的物料温度为140-155℃；第11层至15层花板的物料温度为155-170℃；水解釜(1)内有无料空间，无料空间温度控制在170-175℃；水解釜(1)内物料层温度为180℃。

4、物料自扩散管(23)进入进料柱(6)，在进料柱(6)内的第1层花板逐层向下沉降，物料在柱内沉降的过程中，与水解釜(1)底部上升的含醛蒸汽逐层气固连续换热，物料在柱内由125℃逐步升温到170℃，物料经过170-175℃的无料空间落入水解釜(1)内；水解釜(1)采用过热蒸汽加热，蒸汽压力为3-4kg/cm²，蒸汽温度180℃，蒸汽自釜底上升，与花板上物料逐层气固连续换热，蒸汽由180℃逐步降温到130±5℃。

5、根据权利要求1所述的二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺，其特征在于：物料中的未水解的聚戊糖在进料柱(6)内135-140℃的反应温区内继续水解成戊糖。

6、用于权利要求1所述的二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺设备，主要包括连续水解釜(1)、连续压力进料器(6)、除渣器(30)、冷却器(33)、分醛器(36)、排渣器(40)、分离器(44)、加热器(47)和风机(48)；水解釜(1)底部排渣口(4)与排渣器(40)之间由管线与法兰(43)连接，除渣器(30)与冷却器(33)之间由管线联通，冷却器(33)与分醛器(36)联通，排渣器(40)与水解釜(1)底部、分离器(44)接通，分离器(44)与加热器(47)接通，加热器(47)与风机(48)连接，其中：

a、在水解釜(1)上封头安装连续进料柱(6)，进料柱(6)与水解釜(1)相通，釜锥形下封头(3)内安装环形多孔喷汽管(39)，喷汽管(39)与外部进气管相通；水解釜(1)底部有排渣口(4)，排渣口(4)与排渣器(40)之间由S型排渣管(28)连接；

b、进料柱(6)内有逆时针转动的中心立轴(7)，中心立轴(7)上安装八层转动花板(8)，进料柱(6)内壁上安装七层固定花板(11)，转动花板(8)与固定花板(11)间隔安装；第1层转动花板对应进料柱(6)的内壁上安装三块平料板(a、a′、a″)，平料板与第1层转动花板之间对应进料柱(6)的内壁上安装一块固定推料板(9)；进料柱(6)上部侧面焊接接管法兰(14)，接管法兰(14)安装连续压力进料器(21)，中心立轴(7)的下端安装物料分散器(12)；

c、连续压力进料器(21)包括压缩段、物料导管(22)、扩散管(23)，压缩段的中心轴上安装变经变距螺旋叶片，物料呈锥形螺旋压缩推进，物料导管(22)、扩散管(23)为连续压力进料器(21)的导料段，物料经过导料段被推入进料柱(6)内；物料导管(22)安装在接管法兰(14)内，首端与锥形压缩段壳体小端和进料柱(6)侧壁的接管法兰(14)螺栓联接，末端与扩散管(23)小端为一体，扩散管(23)安装在进料柱(6)内，连续压力进料器(21)压缩段壳体有蒸汽加热外套(24)。

7、根据权利要求6所述的二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺设备，其特征在于：花板(8、11)上均开有30度圆心角扇形孔，孔下面焊接下料槽板，形状与圆心角扇形孔相同的下料槽；转动花板(8)槽前板(17)高、槽后板(18)低，槽前板(17)是下层固定花板的推料板，槽后板(18)是下层固定花板平料板；固定花板(11)上的槽前板(49)低、槽后板(50)高，槽前板(49)是下层转动花板的平料板，槽后板(50)是下层转动花板的推料板。

8、根据权利要求6所述的二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺设备，其特征在于：连续压力进料器(21)安装在接管法兰(14)上，轴中心线与进料柱(6)中心线保持90度垂直平行。

9、根据权利要求6所述的二步连续低压高温动态水解法生产糠醛工艺设备，其特征在于：第1层转动花板对应进料柱(6)的内壁上安装的三块不锈钢平料板(a、a′、a″)呈120°分布。

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