CN206089514U - 一种采用玉米芯制造糠醛的设备 - Google Patents

Abstract

一种采用玉米芯制造糠醛的设备，包括拌酸机及多个反应塔，各反应塔均与拌酸机通过管路连接，各反应塔连接有一个换热器。本实用新型提供的采用玉米芯制造糠醛的设备，通过在各个反应塔的底部设置换热器，弥补各个反应塔中的热能损失，避免反应塔内的水蒸气冷凝，减少液体积存造成的副反应，提高木糖转化率，同时，通过设置多级反应塔，将多级反应塔内生成的气相糠醛总和，从而能够提高糠醛的收率。

Description

一种采用玉米芯制造糠醛的设备

技术领域

本实用新型涉及化工技术领域，具体涉及一种采用玉米芯制造糠醛的设备。

背景技术

一步法生产糠醛是以玉米芯为原料，以硫酸为催化剂，以高压(0.6-0.8MPa)蒸汽为载体，在160度下首先将半纤维素水解成木糖，进而将木糖脱水生成糠醛。由于糠醛含有醛基、环氧基和不饱和键，在酸催化下液相中极易发生聚合、缩合等副反应，故生产中采用以蒸汽为载体，高温下使糠醛汽化，进入气相减少副反应发生。但由于蒸汽用量大，气相中糠醛含量低，因此采用三塔串联流程。该流程不仅会减少蒸汽用量，增加糠醛浓度，同时使原来单塔间歇操作流程转变成拟连续操作流程，提高了生产率，降低了能耗。但由于过程中热能的损失、物料的升温、聚戊糖水解、木糖脱水均会造成水蒸气冷凝，从而使塔内液体量增加，尤其在塔壁和塔的下部，液体积存造成副反应发生，从而造成糠醛毛收率低（低于50%），损失大。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的不足，提供一种能提高采用玉米芯制造糠醛收率的设备，本实用新型提供一种采用玉米芯制造糠醛的设备，包括拌酸机及多级反应塔，其中，

多级反应塔中的各级反应塔塔顶通过第一管路与拌酸机连接，且各级反应塔塔底连接有换热器，各换热器通过第二管路与饱和蒸汽源连接；

在多级反应塔中，除了第一级反应塔和最后一级反应塔之外，其余各级反应塔之间通过第三管路顺次连接，且与下一级反应塔连接的换热器设置于下一级反应塔和上一级反应塔之间连接的第三管路上；

最后一级反应塔与第一级反应塔之间通过第四管路连接，且与第一级反应塔连接的换热器设置于该第四管路上。

其中，在多级反应塔中，除了第一级反应塔和最后一级反应塔之外的其余各级反应塔之间，上一级反应塔的塔顶通过第三管路与下一级反应塔的塔底连接；

最后一级反应塔的塔顶通过第四管路与第一级反应塔的塔底连接。

其中，各换热器与饱和蒸汽源之间的第二管路上设有用于控制饱和蒸汽源的供应速率的阀门。

其中，各级反应塔塔顶通过第五管路与糠醛分离工段连接。

其中，与各级反应塔连接的第五管路上设有阀门，并且，在各阀门中，与反应中的末级反应塔连接的阀门开启，其余阀门保持关闭。

其中，各第三管路上，上一级反应塔与下一级反应塔所连接的换热器之间设有阀门，并且，该阀门仅在上一级反应塔的输出气体需要向下一级反应塔输送时才开启。

其中，前述第四管路上，最后一级反应塔与第一级反应塔所连接的换热器之间设有阀门，并且，该阀门仅在第一级反应塔不作为反应中的初级反应塔时才开启。

其中，各级反应塔塔底设有用于排出残渣的第六管路。

本实用新型提供的采用玉米芯制造糠醛的设备，通过在各个反应塔的底部设置换热器，弥补各个反应塔中的热能损失，避免反应塔内的水蒸气冷凝，减少液体积存造成的副反应，提高木糖转化率，同时，通过设置多级反应塔，将多级反应塔内生成的气相糠醛总和，从而能够提高糠醛的收率。

附图说明

图1：根据本实用新型的采用玉米芯制造糠醛的设备的实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术方案及有益效果有更进一步的了解，下面配合附图详细说明本实用新型的技术方案及其产生的有益效果。

本实用新型提供一种采用玉米芯制造糠醛的设备，包括拌酸机及多级反应塔，其中，

多级反应塔中的各级反应塔塔顶通过第一管路与拌酸机连接，拌酸机用于将经粉碎合格的玉米芯与酸液混合，并将混合后的物质通过第一管路送入各级反应塔进行反应；

各级反应塔塔底连接有换热器，各换热器通过第二管路与饱和蒸汽源连接，由于半纤维素水解生成木糖和木糖脱水生成糠醛的反应过程中，会吸收大量的热，导致反应塔内温度降低，使得气相糠醛在进入下一级反应塔后，影响下一级反应塔内的转化率，因此，通过各级反应塔塔底连接一换热器的结构，可使进入各级反应塔内的含糠醛的气相，得到进一步升温，从而使各级反应塔内维持第一级反应的反应条件，保证糠醛的收率。

在多级反应塔中，除了第一级反应塔和最后一级反应塔之外，其余各级反应塔之间通过第三管路顺次连接，且与下一级反应塔连接的换热器设置于下一级反应塔和上一级反应塔之间连接的第三管路上，具体实施时，上一级反应塔的塔顶通过第三管路与下一级反应塔的塔底连接；第三管路用于将上一级反应塔内反应生成的气相糠醛导入下一级反应塔内，换热器用于在将上一级反应塔内反应生成的气相糠醛导入下一级反应塔内之前，对其升温。

最后一级反应塔的塔顶通过第四管路与第一级反应塔的塔底连接，与第一级反应塔连接的换热器设置于该第四管路上，且所述第四管路上，末级反应塔与初级反应塔所连接的换热器之间设有阀门，并且，该阀门仅在第一级反应塔不作为反应中的初级反应塔时才开启；同时，各第三管路上，上一级反应塔与下一级反应塔所连接的换热器之间设有阀门，并且，该阀门仅在上一级反应塔的输出气体需要向下一级反应塔输送时才开启；各级反应塔塔顶通过第五管路与糠醛分离工段连接，且第五管路上设有阀门，并且，在各阀门中，与反应中的末级反应塔连接的阀门开启，其余阀门保持关闭；如此，各级反应塔通过上述第三管路及第四管路，形成了一个循环的回路，通过配合第三管路、第四管路以及第五管路上设置的阀门的开启或关闭，使本实用新型提供的设备中，各级反应塔都可以作为初级气相糠醛产生装置，也都可以作为末级气相糠醛产生装置，同时也可以使得本设备在产生气相糠醛的过程中，如果其中某一级反应塔需要装料或卸料，那么剩下的几级反应塔仍能形成一个完整的装置继续反应，避免因为其中某一级反应塔的工作中止而影响到整个装置的工作。

具体实施时，只有作为末级气相糠醛产生装置的反应塔上连接的第五管路上的阀门开启，作为输出产物的通道。作为初级气相糠醛产生装置的反应塔，配合之后顺序连接的各级反应塔，使各级反应塔内产生的糠醛通过第三管路以及第四管路顺序供应至作为末级气相糠醛产生装置的反应塔中，最后经第五管路输出。

较优的，各换热器与饱和蒸汽源之间的第二管路上设有阀门，用于控制饱和蒸汽源的供应速率。

较优的，各级反应塔塔底设有用于排出残渣的第六管路。

图1为根据本实用新型的一实施例结构示意图，如图所示，本实用新型提供的采用玉米芯制造糠醛的设备，以设置三个反应塔为例，分别为反应塔12、反应塔30以及反应塔31，反应塔12、30及31塔顶通过第一管路（图示的管道4）与拌酸机2连接，拌酸机2用于将经粉碎合格的玉米芯与酸液混合，并将混合后的物质通过第一管路送入反应塔12、30及31内进行反应。

反应塔12塔顶通过第三管路（具体对应图中的管道19、20及18）与反应塔30塔底连接，所述第三管路上与反应塔30塔底连接的部分（即图示管道18处）设有换热器17，用于对进入反应塔30内的气相糠醛升温；同时，所述第三管路上，反应塔12塔顶与换热器17之间设置有阀门16，当反应塔12作为末级气相糠醛产生装置时，阀门16关闭，反应塔12内的气相糠醛进入糠醛分离工段，当反应塔12不作为末级气相糠醛产生装置时，阀门16开启，反应塔12内的气相糠醛进入反应塔30内。

反应塔30塔顶通过第三管路（具体对应图中的管道28、27及24）与反应塔31塔底连接，所述第三管路上与反应塔31塔底连接的部分（即图示管道24处）设有换热器25，用于对进入反应塔31内的气相糠醛升温；同时，所述第三管路上，反应塔30塔顶与换热器25之间设置有阀门26，当反应塔30作为末级气相糠醛产生装置时，阀门26关闭，反应塔30内的气相糠醛进入糠醛分离工段，当反应塔30不作为末级气相糠醛产生装置时，阀门26开启，反应塔30内的气相糠醛进入反应塔31内。

反应塔31塔顶通过第四管路（具体对应图中的管道32、7及11）与反应塔12塔底连接，所述第四管路上与反应塔12塔底连接的部分（即图示管道11处）设有换热器10，用于对进入反应塔12内的气相糠醛升温；同时，所述第四管路上，反应塔31塔顶与换热器10之间设置有阀门33和阀门9，当反应塔31作为末级气相糠醛产生装置时，阀门33和阀门9关闭，反应塔31内的气相糠醛进入糠醛分离工段，当反应塔31不作为末级气相糠醛产生装置时，阀门33和阀门9开启，反应塔31内的气相糠醛进入反应塔12内。

换热器10、17及25通过第二管路（具体对应图中的管道6、14、22及5）与饱和蒸汽源（图未示）连接，且所述第二管路（具体为图中管道6、14及22处）上分别设有阀门8、15及23，用于控制饱和蒸汽源的供应速率。

反应塔12、30及31塔底设有用于排出反应残渣的第六管路（图示的管道13）。

反应塔12塔顶通过第五管路（具体对应图中的管道19及35）与糠醛分离工段（图未示）连接，并且，与反应塔12连接的第五管路上设有阀门21，反应塔12作为末级气相糠醛产生装置时，阀门21开启，以将成品糠醛送入糠醛分离工段，反应塔12不作为末级气相糠醛产生装置时，阀门21关闭，反应塔12内的气相糠醛被供应至反应塔30中。

反应塔30塔顶通过第五管路（具体对应图中的管道28及35）与糠醛分离工段（图未示）连接，并且，与反应塔30连接的第五管路上设有阀门29，反应塔30作为末级气相糠醛产生装置时，阀门29开启，以将成品糠醛送入糠醛分离工段，反应塔30不作为末级气相糠醛产生装置时，阀门29关闭，反应塔30内的气相糠醛被供应至反应塔31中。

反应塔31塔顶通过第五管路（具体对应图中的管道32及35）与糠醛分离工段（图未示）连接，并且，与反应塔31连接的第五管路上设有阀门34，反应塔31作为末级气相糠醛产生装置时，阀门34开启，以将成品糠醛送入糠醛分离工段，反应塔31不作为末级气相糠醛产生装置时，阀门34关闭，反应塔31内的气相糠醛被供应至反应塔12中。

为了进一步理解本实用新型的提供的采用玉米芯制造糠醛的设备的技术方案及其有益效果，下面分三种情况详述其中某一反应塔处于装料或卸料过程使，其使用方法及其有益效果。

一、反应塔12处于装料或卸料过程

此时，反应塔12不工作，反应塔30作为初级气相糠醛产生装置，反应塔31作为末级气相糠醛产生装置，阀门26及34开启，阀门26、21、29、33及9关闭。

经粉碎合格的玉米芯经输送带1送入拌酸机2，与催化剂硫酸混合，之后由传送带3经第一管路（即管道4）分别送入反应塔30及31。

由管道5来的饱和蒸汽（压强0.5-0.8MPa），通过管道14和阀门15进入换热器17升温后经管道18进入反应塔30，反应塔30内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，通过管道28、管道27、阀门26，经换热器25再次升温后，进入反应塔31。

与反应塔30相同，反应塔31内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，

反应塔31顶端总和了反应塔30及31内生成的气相糠醛，并通过阀门34经管道35送入糠醛分离工段。

二、反应塔30处于装料或卸料过程

此时，反应塔30不工作，反应塔31作为初级气相糠醛产生装置，反应塔12作为末级气相糠醛产生装置，阀门33、9及21开启，阀门26、29、34及16关闭。

经粉碎合格的玉米芯经输送带1送入拌酸机2，与催化剂硫酸混合，之后由传送带3经第一管路（即管道4）分别送入反应塔12及31。

由管道5来的饱和蒸汽（压强0.5-0.8MPa），通过管道22和阀门23进入换热器25升温后经管道24进入反应塔31，反应塔31内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，通过管道32、管道7、阀门9，经换热器10再次升温后，进入反应塔12。

与反应塔31相同，反应塔12内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，

反应塔12顶端总和了反应塔12及31内生成的气相糠醛，并通过阀门21经管道35送入糠醛分离工段。

三、反应塔31处于装料或卸料过程

此时，反应塔31不工作，反应塔12作为初级气相糠醛产生装置，反应塔30作为末级气相糠醛产生装置，阀门16及29开启，阀门33、9、21、26及34关闭。

经粉碎合格的玉米芯经输送带1送入拌酸机2，与催化剂硫酸混合，之后由传送带3经第一管路（即管道4）分别送入反应塔12及30。

由管道5来的饱和蒸汽（压强0.5-0.8MPa），通过管道6和阀门8进入换热器10升温后经管道11进入反应塔12，反应塔12内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，通过管道19、阀门16，经换热器17再次升温后，进入反应塔30。

与反应塔12相同，反应塔30内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升

，反应塔30顶端总和了反应塔12及30内生成的气相糠醛，并通过阀门29经管道35送入糠醛分离工段。

同样的，本实用新型提供的采用玉米芯制造糠醛的设备，在各反应塔均工作时，也有三种不同的工作模式。

一、反应塔12作为初级气相糠醛产生装置

此时，反应塔31作为末级气相糠醛产生装置，阀门16、26及34开启，阀门21、29、33及9关闭。

经粉碎合格的玉米芯经输送带1送入拌酸机2，与催化剂硫酸混合，之后由传送带3经第一管路（即管道4）分别送入反应塔12、30及31。

由管道5来的饱和蒸汽（压强0.5-0.8MPa），通过管道6和阀门8进入换热器10升温后经管道11进入反应塔12，反应塔12内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，通过管道19、管道20、阀门16，经换热器17再次升温后，进入反应塔30。

与反应塔12相同，反应塔30内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，通过管道28、管道27、阀门26，经换热器25再次升温后，进入反应塔31。

同样的，反应塔31内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解生成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，反应塔31顶端总和了反应塔12、30及31内生成的气相糠醛，并通过阀门34经管道35送入糠醛分离工段。

二、反应塔30作为初级气相糠醛产生装置

此时，反应塔12作为末级气相糠醛产生装置，阀门26、33、9及21开启，阀门29、34及16关闭。

经粉碎合格的玉米芯经输送带1送入拌酸机2，与催化剂硫酸混合，之后由传送带3经第一管路（即管道4）分别送入反应塔12、30及31。

由管道5来的饱和蒸汽（压强0.5-0.8MPa），通过管道14和阀门15进入换热器17升温后经管道18进入反应塔30，反应塔30内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，通过管道28、管道27、阀门26，经换热器25再次升温后，进入反应塔31。

与反应塔30相同，反应塔31内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，通过管道32、阀门33、阀门9，经换热器10再次升温后，进入反应塔12。

同样的，反应塔12内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解生成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，反应塔12顶端总和了反应塔12、30及31内生成的气相糠醛，并通过阀门21经管道35送入糠醛分离工段。

三、反应塔31作为初级气相糠醛产生装置

此时，反应塔30作为末级气相糠醛产生装置，阀门33、9、16及29开启，阀门21、26及34关闭。

经粉碎合格的玉米芯经输送带1送入拌酸机2，与催化剂硫酸混合，之后由传送带3经第一管路（即管道4）分别送入反应塔12、30及31。

由管道5来的饱和蒸汽（压强0.5-0.8MPa），通过管道22和阀门23进入换热器25升温后经管道24进入反应塔31，反应塔31内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，通过管道32、阀门33、阀门9，经换热器10再次升温后，进入反应塔12。

与反应塔31相同，反应塔12内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，通过管道19、管道20、阀门16，经换热器17再次升温后，进入反应塔30。

同样的，反应塔30内的玉米芯在高温和催化下发生半纤维素水解生成木糖，木糖脱水生成糠醛并进入气相，随蒸汽上升，反应塔30顶端总和了反应塔12、30及31内生成的气相糠醛，并通过阀门29经管道35送入糠醛分离工段。

本实用新型中，所谓的第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路以及第六管路，仅是为了方便区分原料及产物走向而定义的一个相对概念，其都是由一个或多个管道构成的管路，且各管路之间可以共用同一个管道，例如，第三管路和第五管路共用了管道19、28及32。

根据本实用新型的实施例制造糠醛，可将现有技术中木糖的转化率由50%提高至60%，并且，成品糠醛中，产物浓度可由5%提高至7%。

综上，本实用新型提供的采用玉米芯制造糠醛的设备，具有如下优点：

1、通过在各个反应塔的底部设置换热器，弥补各个反应塔中的热能损失，避免反应塔内的水蒸气冷凝，减少液体积存造成的副反应，提高木糖转化率。

2、通过设置多级反应塔，将多级反应塔内生成的气相糠醛在最后一级反应塔塔顶总和，从而能够提高糠醛的收率。

3、通过控制各级管路上阀门的开启，可在其中任一反应塔处于装料或卸料过程中时，使其它的反应塔仍形成一个完整的工作回路，保证连续化生产。

4、通过控制各级管路上阀门的开启，可使各级反应塔都可以作为初级气相糠醛产生装置，也都可以作为末级气相糠醛产生装置，使装置具有不同的作用模式。

虽然本实用新型已利用上述较佳实施例进行说明，然其并非用以限定本实用新型的保护范围，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围之内，相对上述实施例进行各种变动与修改仍属本实用新型所保护的范围，因此本实用新型的保护范围以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种采用玉米芯制造糠醛的设备，包括拌酸机及多级反应塔，其特征在于：

多级反应塔中的各级反应塔塔顶通过第一管路与拌酸机连接，且各级反应塔塔底连接有换热器，各换热器通过第二管路与饱和蒸汽源连接；

在多级反应塔中，除了第一级反应塔和最后一级反应塔之外，其余各级反应塔之间通过第三管路顺次连接，且与下一级反应塔连接的换热器设置于下一级反应塔和上一级反应塔之间连接的第三管路上；

最后一级反应塔与第一级反应塔之间通过第四管路连接，且与第一级反应塔连接的换热器设置于该第四管路上。

2.如权利要求1所述的采用玉米芯制造糠醛的设备，其特征在于：在多级反应塔中，除了第一级反应塔和最后一级反应塔之外的其余各级反应塔之间，上一级反应塔的塔顶通过第三管路与下一级反应塔的塔底连接；

最后一级反应塔的塔顶通过第四管路与第一级反应塔的塔底连接。

3.如权利要求1所述的采用玉米芯制造糠醛的设备，其特征在于：各换热器与饱和蒸汽源之间的第二管路上设有用于控制饱和蒸汽源的供应速率的阀门。

4.如权利要求1所述的采用玉米芯制造糠醛的设备，其特征在于：各级反应塔塔顶通过第五管路与糠醛分离工段连接。

5.如权利要求4所述的采用玉米芯制造糠醛的设备，其特征在于：与各级反应塔连接的第五管路上设有阀门，并且，在各阀门中，与反应中的末级反应塔连接的阀门开启，其余阀门保持关闭。

6.如权利要求1所述的采用玉米芯制造糠醛的设备，其特征在于：各第三管路上，上一级反应塔与下一级反应塔所连接的换热器之间设有阀门，并且，该阀门仅在上一级反应塔的输出气体需要向下一级反应塔输送时才开启。

7.如权利要求1所述的采用玉米芯制造糠醛的设备，其特征在于：所述第四管路上，最后一级反应塔与第一级反应塔所连接的换热器之间设有阀门，并且，该阀门仅在第一级反应塔不作为反应中的初级反应塔时才开启。

8.如权利要求1所述的采用玉米芯制造糠醛的设备，其特征在于：各级反应塔塔底设有用于排出残渣的第六管路。