年產(chǎn)5萬(wàn)噸生物柴油生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)課程設(shè)計(jì)

1、唐 山 學(xué) 院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)LLLLL設(shè)計(jì)題目：年產(chǎn)5萬(wàn)噸生物柴油生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 系 別： 環(huán)境與化學(xué)工程系 班 級(jí)： 08石油化工生產(chǎn)技術(shù)2班 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： # 2011年6月8日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)1 環(huán)境與化學(xué)工程 系 石油化工生產(chǎn)技術(shù) 專(zhuān)業(yè) 2 班 姓名： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)時(shí)間： 2011 年 3 月 22 日 至 2011 年 6 月 8 日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 年產(chǎn)5萬(wàn)噸生物柴油生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的目的和意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染是目前人類(lèi)社會(huì)面臨的巨大挑戰(zhàn)，為了維持各自國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展，許多國(guó)家正大力開(kāi)發(fā)能源的可替代

2、品。生物柴油作為優(yōu)質(zhì)的能源可替代品具有優(yōu)良的環(huán)保特性和可再生性，大力發(fā)展生物柴油對(duì)推進(jìn)能源替代、減輕環(huán)境壓力、控制大氣污染具有重要意義。2.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求(1) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱有關(guān)資料、文獻(xiàn)，了解國(guó)內(nèi)外生物柴油生產(chǎn)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)；熟悉和掌握與本設(shè)計(jì)相關(guān)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)、技術(shù)規(guī)范；運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)理論對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題提出設(shè)計(jì)方案。(2） 依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，參照#市灤南縣金利海生物柴油生產(chǎn)工藝，進(jìn)行生產(chǎn)生物柴油的工藝設(shè)計(jì)。包括工藝路線的確定；物料及熱量衡算；設(shè)備選型；繪制工藝流程圖、主要設(shè)備圖、車(chē)間布置圖；編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 （3）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)按內(nèi)容和先后次序分章、節(jié)編寫(xiě)。

3、包括題目(中英文)、摘要(中英文)、關(guān)鍵詞(中英文)、目錄、正文、謝辭、參考文獻(xiàn)、附錄、外文資料及譯文等九個(gè)部分。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)字?jǐn)?shù)不少于1萬(wàn)2千字。 （4）繪制圖紙：重點(diǎn)設(shè)備圖、全廠工藝流程圖、車(chē)間布置圖，均要求2號(hào)圖紙。圖紙應(yīng)標(biāo)注圖號(hào)、圖題，圖紙要求圖面整潔、比例適當(dāng)。3.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成果的要求(1) 按學(xué)院要求格式撰寫(xiě)畢業(yè)論文，將論文題目、摘要關(guān)鍵詞翻譯成英文。(2) 參考文獻(xiàn)篇目不少于10篇，且必須有一定的外文文獻(xiàn)，外文文獻(xiàn)翻譯出不少于1000漢字的內(nèi)容簡(jiǎn)介附在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)后面。畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃安排階段應(yīng)完成的主要工作起止教學(xué)周1根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料并進(jìn)

4、行整理第45周2確定工藝路線，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告第56周3進(jìn)行主要設(shè)備的工藝計(jì)算及設(shè)備尺寸計(jì)算第69周4依據(jù)計(jì)算結(jié)果和相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行設(shè)備選型第912周5繪制工藝流程圖，主要設(shè)備圖，車(chē)間布置圖第1213周6編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，翻譯外文文獻(xiàn)第1314周7修改完善畢業(yè)設(shè)計(jì)第1415周8答辯第16周主要參考文獻(xiàn) 1 付玉杰，祖元?jiǎng)?生物柴油，北京：科學(xué)出版社，2006.2 陳順玉，呂瑋，陳登龍等.生物柴油制備方法的研究進(jìn)展J，福建師范大學(xué)福清分校學(xué)報(bào)，2008，(1)：7-12.3 葛婉華,等. 化工計(jì)算M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 1990: 118- 121.4 E. 貝拉蒂尼(意) . 油脂加工M .

5、北京: 中國(guó)商業(yè)出版社,1988: 2- 58.指導(dǎo)教師(簽名)： 審批人(簽名)：畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)指導(dǎo)教師評(píng)議書(shū)(1)序號(hào)評(píng)分指標(biāo)具 體 要 求分?jǐn)?shù)范圍得 分1學(xué)習(xí)態(tài)度努力學(xué)習(xí)，勤于思考，遵守紀(jì)律，作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)。04分2調(diào)研論證能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料及從事其它形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務(wù)并提出實(shí)施方案，有分析整理各類(lèi)信息并從中獲取新知識(shí)的能力。08分3綜合能力能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題，工作中有創(chuàng)新精神，成果有新意或有實(shí)用價(jià)值。010分4設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量論證、分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算、建模、實(shí)驗(yàn)正確合理，工作量飽滿。010分5外文翻譯摘要及外文資料翻譯準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)定內(nèi)容及字

6、數(shù)要求。04分6說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)質(zhì)量說(shuō)明書(shū)文字通順、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯性強(qiáng)、格式規(guī)范、符合規(guī)定字?jǐn)?shù)要求，繪圖清楚、工整、規(guī)范。 04分合計(jì)040分評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師： 年 月 日本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）需要特殊說(shuō)明的有關(guān)問(wèn)題指導(dǎo)教師： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)評(píng)閱教師評(píng)議書(shū)(2)序號(hào)評(píng)分指標(biāo)具 體 要 求分?jǐn)?shù)范圍得 分1調(diào)研論證能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)資料及從事其它形式的調(diào)研，能較好地理解課題任務(wù)并提出實(shí)施方案，有分析整理各類(lèi)信息并從中獲取新知識(shí)的能力。04分2綜合能力能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問(wèn)題，工作中有創(chuàng)新精神，成果有新意或有實(shí)用價(jià)值。05分3設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量論證、分析、設(shè)計(jì)、計(jì)算、建模、實(shí)驗(yàn)正確合理，

7、工作量飽滿。06分4外文翻譯摘要及外文資料翻譯準(zhǔn)確，文字流暢，符合規(guī)定內(nèi)容及字?jǐn)?shù)要求。02分5說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)質(zhì)量說(shuō)明書(shū)文字通順、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯性強(qiáng)、格式規(guī)范、符合規(guī)定字?jǐn)?shù)要求，繪圖清楚、工整、規(guī)范。 03分合計(jì)020分評(píng)語(yǔ)：評(píng) 閱 人： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯小組評(píng)議書(shū)(3)評(píng)分指標(biāo)具 體 要 求分?jǐn)?shù)范圍自 述思路清晰，語(yǔ)言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確，分析歸納合理。0 7分水 平工作中有創(chuàng)新精神，成果有新意或有實(shí)用價(jià)值。0 8分答 辯能夠正確回答所提出的問(wèn)題，基本概念清楚，有理論根據(jù)。020分資 料資料齊全，符合學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）規(guī)范化要求。0 5分合計(jì)040分評(píng)委1評(píng)委2評(píng)委3評(píng)委4

8、評(píng)委5評(píng)委6評(píng)委7總 分平均成績(jī)答辯紀(jì)要：答辯小組秘書(shū)（簽字）：年 月 日答辯小組組長(zhǎng)（簽字）：年 月 日答 辯 委 員 會(huì) 意 見(jiàn)指導(dǎo)教師評(píng)議評(píng)閱人評(píng)議答辯小組評(píng)議匯總成績(jī)秘書(shū)（簽字）#學(xué)院 系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)于 年 月 日審查了 專(zhuān)業(yè)學(xué)生 的畢業(yè)設(shè)計(jì) （論文） （其中設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）共 頁(yè)，設(shè)計(jì)圖紙 張）。根據(jù)其設(shè)計(jì)（論文）的完成情況以及指導(dǎo)教師、評(píng)閱教師、答辯小組的意見(jiàn)，系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)認(rèn)真審議，決議如下：成績(jī)?cè)u(píng)定為： 主任（簽字）： 年 月 日 年產(chǎn)5萬(wàn)噸生物柴油生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)摘 要本設(shè)計(jì)是根據(jù)生物柴油的制備和精餾工序，主要以髙凝點(diǎn)酸化油地溝油為原料，在98%濃硫

9、酸催化劑作用下，使其與99.9%的甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)，其中生成的純甲酯進(jìn)行精餾，生成的粗甲酯在97%氫氧化鈉催化劑下，使其與99.9%甲醇發(fā)生酯交換反應(yīng)，其中生成的甲酯進(jìn)行精餾，經(jīng)過(guò)酯化與酯交換反應(yīng)后進(jìn)行的精餾得到生物柴油產(chǎn)品和釜?dú)?。關(guān)鍵詞 ：制備 精餾 酯化 酯交換Fermentation Process Design Of 50,000 tons Biological diesel oil Per YearAbstractThe design is based on biodiesel preparation and distillation processes, mainly in the

10、 acid oil pour point Gao - waste oil as raw material, 98% concentrated sulfuric acid catalyst, and 99.9% of its esterification reaction of methanol, which generated the distillation of pure methyl ester to produce the crude methyl ester in 97% sodium hydroxide catalysts, it occurred with 99.9% metha

11、nol transesterification, methyl ester of which were generated by distillation, after esterification and transesterification after the distillation kettle by residual products and bio-diesel. Keywords: Preparation Distillation Esterification Transesterification 目錄1 前 言11.1生物柴油的概況11.1.1國(guó)外生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀11.1.

12、2國(guó)內(nèi)生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀11.2 國(guó)內(nèi)生物柴油主要存在的問(wèn)題11.3生物柴油的主要特性21.4生物柴油的技術(shù)現(xiàn)狀21.4.1生物柴油的化學(xué)法生產(chǎn)21.4.2生物柴油的物理法生產(chǎn)41.4.3生物柴油的生物酶合成法52生物柴油及其生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)62.1 生物柴油的成分62.2 生物柴油的生產(chǎn)工藝流程圖62.3 生物柴油的生產(chǎn)工序簡(jiǎn)介62.3.1 脫水脫雜工序62.3.2 酯化酯交換工序72.3.3 回收蒸餾工序72.4生物柴油的性能82.4.1生物柴油的動(dòng)力性能82.4.2生物柴油的經(jīng)濟(jì)性能82.4.3生物柴油的排放性能82.5 生物柴油的指標(biāo)92.5.1 生物柴油的檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)92.5.2 生物

13、柴油的主要工藝指標(biāo)92.6 原始設(shè)計(jì)條件與基本物性數(shù)據(jù)132.6.1原始設(shè)計(jì)條件132.6.2實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)提供的工藝參數(shù)與基本物性數(shù)據(jù)的選取132.7生物柴油的物料衡算132.8生物柴油的熱量衡算142.8.1基準(zhǔn)溫度的選定152.8.2反應(yīng)釜的熱量衡算152.8.3回流冷凝器熱量衡算182.8.4冷凝冷卻器熱量衡算192.9計(jì)算結(jié)果192.10設(shè)備的選型原則202.10.1 反應(yīng)釜的選型原則202.10.2 塔設(shè)備的選型原則202.11車(chē)間設(shè)備布置原則213總結(jié)223.1設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題及改進(jìn)措施223.2結(jié)語(yǔ)22參考文獻(xiàn)23附錄24謝 辭24外文資料26外文翻譯301 前 言1.1生物柴油的

14、概況國(guó)外生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀 生物柴油是以菜籽油為原料，提煉而成的潔凈燃油，其突出的環(huán)保性和可再生性引起了世界發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其是資源貧乏國(guó)家的高度重視。近十幾年來(lái)，生物柴油產(chǎn)業(yè)在世界各國(guó)發(fā)展很快。美國(guó)是最早研究生物柴油的國(guó)家，為了降低生物柴油的生產(chǎn)成本，一般在普通柴油中加入10%-20%的生物柴油，如美國(guó)的B-20生物柴油，其尾氣污染物排放量可降低50%以上。近年又在深度加氫精制的普通柴油中加入5%的生物柴油，以改善其潤(rùn)滑性能。生物柴油使用最多的是歐洲，其份額已占到成品油市場(chǎng)的5%。歐盟制定了一系列促進(jìn)機(jī)制和激勵(lì)政策，鼓勵(lì)生物柴油等生物質(zhì)燃料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將生物燃料的市場(chǎng)份額從2005年的2%逐步增加

15、到2010年的5.75%。西方國(guó)家為發(fā)展生物柴油，在行業(yè)規(guī)范和政策鼓勵(lì)下采取了一系列的積極措施，制定了生物柴油技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，歐洲聯(lián)盟即將出臺(tái)鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)和使用生物柴油的新規(guī)定，如對(duì)制造生物柴油的企業(yè)免征增值稅，規(guī)定機(jī)動(dòng)車(chē)使用的生物動(dòng)力燃料占動(dòng)力燃料營(yíng)業(yè)總額的最低份額1。國(guó)內(nèi)生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀 生物柴油是清潔的可再生能源，是一種含氧清潔燃料，由菜籽油、大豆油、回收烹飪油、動(dòng)物油等可再生油脂與甲醇發(fā)生酯化反應(yīng)制得。它是優(yōu)質(zhì)的石油柴油代用品。生物柴油是典型“綠色能源”，大力發(fā)展生物柴油對(duì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，推進(jìn)能源替代，減輕環(huán)境壓力，控制城市大氣污染具有重要的戰(zhàn)略意義。 生物柴油在中國(guó)是一個(gè)新興的行業(yè)，表現(xiàn)出新興

16、行業(yè)在產(chǎn)業(yè)化初期所共有的許多市場(chǎng)特征。許多企業(yè)被綠色能源和支農(nóng)產(chǎn)業(yè)雙重“概念”凸現(xiàn)的商機(jī)所吸引，紛紛進(jìn)入該行業(yè)，有人以“雨后春筍”形容生物柴油目前的狀態(tài)。一些外國(guó)公司資金實(shí)力雄厚，生產(chǎn)技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)化程度高，可以借規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)獲取成本優(yōu)勢(shì)，搶占原料基地和市場(chǎng)份額的綜合能力更強(qiáng) 隨著改革開(kāi)放的不斷深入，在全球經(jīng)濟(jì)一體化的進(jìn)程中，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平將進(jìn)一步提高，對(duì)能源的需求會(huì)有增無(wú)減，只要把關(guān)于生物柴油的研究成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，形成產(chǎn)業(yè)化，則其在柴油引擎、柴油發(fā)電廠、空調(diào)設(shè)備和農(nóng)村燃料等方面的應(yīng)用前景是非常廣闊的1。1.2 國(guó)內(nèi)生物柴油主要存在的問(wèn)題一是以菜籽油為原料生產(chǎn)的生物柴油成本高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，生物柴

17、油制備成本的75%是原料成本。因此采用廉價(jià)原料及提高轉(zhuǎn)化從而降低成本是生物柴油能否實(shí)用化的關(guān)鍵。 二是用化學(xué)方法合成生物柴油有以下缺點(diǎn)： (1)工藝復(fù)雜、醇必須過(guò)量，后續(xù)工藝必須有相應(yīng)的醇回收裝置，能耗高，設(shè)備投入大； (2)色澤深，由于脂肪中不飽和脂肪酸在高溫下容易變質(zhì)； (3)酯化產(chǎn)物難于回收，回收成本高； (4)生產(chǎn)過(guò)程有廢堿液排放2。 1.3生物柴油的主要特性(1)生物柴油具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃燒性好于柴油，燃燒殘留物呈微酸性，使催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的使用壽命加長(zhǎng)3。(2)具有較好的安全性能。由于閃點(diǎn)高，生物柴油不屬于危險(xiǎn)品。因此，在運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用方面的安全性又是顯而易

18、見(jiàn)的。(3)具有優(yōu)良的環(huán)保特性。生物柴油中不含對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染的芳香族烷烴，而且二氧化硫的排放也較普通柴油低很多。(4)具有可再生性能。作為可再生能源，與石油儲(chǔ)量不同，其通過(guò)農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)家的努力，可供應(yīng)量不會(huì)枯竭4。(5)具有較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能。無(wú)添加劑冷濾點(diǎn)達(dá)-20。(6)具有較好的潤(rùn)滑性能。使噴油泵、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和連桿的磨損率低，使用壽命長(zhǎng)。1.4生物柴油的技術(shù)現(xiàn)狀生物柴油的化學(xué)法生產(chǎn) 生物柴油的化學(xué)法生產(chǎn)是采用生物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇，并使用氫氧化鈉 (占油脂重量的1%) 或甲醇鈉 (Sodium methoxide) 做為觸媒，在酸性或者堿性催化劑和高溫(230250)下發(fā)生

19、酯交換反應(yīng)(transesterification)，生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯，再經(jīng)洗滌干燥即得生物柴油。甲醇或乙醇在生產(chǎn)過(guò)程中可循環(huán)使用，生產(chǎn)設(shè)備與一般制油設(shè)備相同，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生10%左右的副產(chǎn)品甘油。化學(xué)法包括高溫裂解法和酯交換法。裂解法是在熱或熱和催化劑的作用下，由熱能引起化學(xué)鍵斷裂而產(chǎn)生小分子，一種物質(zhì)轉(zhuǎn)變成另一種物質(zhì)的過(guò)程。最早對(duì)植物油進(jìn)行熱裂解的目的是為了合成石油。Schwab5等對(duì)大豆油熱裂解的產(chǎn)物進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)烷烴和烯烴的含量很高，占總質(zhì)量的60%；裂解產(chǎn)物的黏度比普通大豆油下降了3倍多，但是仍遠(yuǎn)高于普通柴油的黏度值。在十六烷值和熱值等方面，大豆油裂解產(chǎn)物與普通柴油相近。

20、Pioch5等將椰油和棕櫚油以SiO2/Al2O3為催化劑，在450 裂解，得到的產(chǎn)物分為氣液固三相，其中液相的成分為生物汽油和生物柴油。分析表明，該生物柴油與普通柴油的性質(zhì)非常相近。高溫?zé)崃呀夥ㄟ^(guò)程簡(jiǎn)單，沒(méi)有污染物產(chǎn)生。缺點(diǎn)是裂解過(guò)程必須在高溫下進(jìn)行、需催化劑、設(shè)備昂貴、反應(yīng)難以控制，且主要產(chǎn)品是生物汽油，產(chǎn)量不高，所以生物柴油的生產(chǎn)很少采用裂解法。由于以上措施不能從根本上改善植物油的使用性能，研究者們又提出了對(duì)植物油進(jìn)行酯化或酯交換反應(yīng)來(lái)制備生物柴油的新方法，通過(guò)這種方法得到的產(chǎn)物燃燒性能接近輕柴油，燃燒后排放性能大大優(yōu)于輕柴油，可直接代替石化柴油在柴油機(jī)上使用。酯交換法即用動(dòng)物或植物油脂

21、與甲醇或乙醇等低碳醇在催化劑和高溫下進(jìn)行酯化反應(yīng)，生成相應(yīng)的脂肪酸甲酯或乙酯，再經(jīng)洗滌干燥制得生物柴油，是目前研究及應(yīng)用最多的生物柴油制備方法5。甘油三酸酯(動(dòng)植物油脂的主要成分)是羧酸官能團(tuán)衍生物的一種，所有羧酸的官能團(tuán)衍生物都含有同樣的官能團(tuán)?；还芊肿悠渌糠值慕Y(jié)構(gòu)如何，官能團(tuán)的性質(zhì)基本是一樣的。羧酸的衍生物中含有羰基C=O，羧基決定了羧酸衍生物的性質(zhì)。由于甘油三酸酯分子中存在羰基，決定了甘油三酸酯的特征和活性。羰基是由鍵和其它三個(gè)原子相連接的，由于這些鍵所利用的是sp2軌道，所以它們處于同一個(gè)平面之中，間隔是120°。碳所剩下的P軌道與氧的P軌道重疊而形成一個(gè)二鍵。這樣，碳

22、和氧就以雙鍵連接起來(lái)，分子中緊靠羰基碳的周?chē)糠质瞧降模豸驶己椭苯舆B在羰基碳上的兩個(gè)原子同處在一個(gè)平面中。如圖1-1所示：圖1-1. 羰基化學(xué)空間結(jié)構(gòu)電子因素和空間因素兩者都使羰基特別易于在羰基碳上發(fā)起親核進(jìn)攻：(a)氧即使帶上一個(gè)負(fù)電荷還是與獲取電子的傾向；(b)差不多沒(méi)有空間阻礙的過(guò)渡態(tài)導(dǎo)致三角形的反應(yīng)物變成四面體中間體。這些因素也使?；衔镆子谠馐苡H核進(jìn)攻。酯交換反應(yīng)如下所示。它是通過(guò)甲醇，將甘油三酸酯的甘油酯基取代下來(lái)，形成長(zhǎng)鏈脂肪酸甲酯，經(jīng)過(guò)酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)之后，使一個(gè)植物油或動(dòng)物油的大分子分成3個(gè)單獨(dú)的脂肪酸甲酯，縮短了碳鏈的長(zhǎng)度，使產(chǎn)品的粘度降低，揮發(fā)度提高，低溫流動(dòng)性大大改善

23、6。Freedman6等認(rèn)為酯交換反應(yīng)是由一連串可逆反應(yīng)組成，甘油三酸酯逐步轉(zhuǎn)化為二脂肪酸甘油酯、甘油單酯和甘油，每一步生成一種酯化產(chǎn)物。酯交換反應(yīng)的機(jī)理如下所示。從上面的反應(yīng)機(jī)理來(lái)看，酯交換法制備生物柴油的過(guò)程簡(jiǎn)單，所需的催化劑易得，工藝條件緩和，低溫常壓下便可大量生產(chǎn)，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。酯交換法制備生物柴油的技術(shù)關(guān)鍵是反應(yīng)所用的催化劑，根據(jù)催化劑的不同，酯交換法可分為：均相催化法、非均相催化法及超臨界無(wú)催化法。     生物柴油的物理法生產(chǎn) 在物理法生物柴油生產(chǎn)技術(shù)方面，主要是利用了動(dòng)植物油脂具有高能量密度和可燃燒的特性用于柴油代用燃料。

24、由于動(dòng)植物油脂具有粘度較高的特點(diǎn)，為了使其能夠用于內(nèi)燃機(jī)燃燒，一種方法是將植物油與石化柴油直接混合用于柴油代用燃料。Amans7等在1983年將大豆油與2號(hào)柴油進(jìn)行混合，然后在直接噴射的渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)上試驗(yàn)，結(jié)果表明，大豆油與2號(hào)柴油以l:2的比例可以得到很好地混合，降低了燃料油的黏度，并可直接用于農(nóng)用機(jī)械的替代燃料。通常采用植物油與石化柴油530的混合比，其性能與2號(hào)石油柴油的性能很接近。另一種方法是將動(dòng)植物油制成微乳液，來(lái)解決動(dòng)植物油的黏度高的問(wèn)題。Georing7等用乙醇水溶液與大豆油制成微乳液Ziejewski等用冬化葵花籽油、甲醇、l一丁醇制成乳狀液，Neuma等用表面活性劑(主要成分為

25、豆油皂質(zhì)、十二烷基磺酸鈉及脂肪酸乙醇胺)、助表面活性劑(主要成分為乙基、丙基、異戊基醇)、水、石化柴油和大豆油制成可替代柴油的微乳液。我國(guó)江蘇理工大學(xué)與德國(guó)ELSBETT公司合作，成功地開(kāi)發(fā)了燃燒植物油的小缸徑高速直噴內(nèi)燃機(jī)，并在開(kāi)發(fā)的車(chē)用內(nèi)燃機(jī)上開(kāi)展了用植物油做燃料的應(yīng)用研究，成功地燃燒多種植物油7。生物柴油的生物酶合成法生物酶法合成生物柴油，即用動(dòng)物油脂和低碳醇通過(guò)脂肪酶進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，制備相應(yīng)的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有條件溫和、醇用量小、無(wú)污染排放的優(yōu)點(diǎn)。2001年日本采用固定化Rhizopus oryzae細(xì)胞生產(chǎn)生物柴油，轉(zhuǎn)化率在80左右，微生物細(xì)胞可連續(xù)使用430小時(shí)

26、。 由于利用物酶法合成生物柴油具有反應(yīng)條件溫和、醇用量小、無(wú)污染物排放等優(yōu)點(diǎn)，具有環(huán)境友好性，因而日益受到人們的重視。但利用生物酶法制備生物柴油目前存在著一些亟待解決的問(wèn)題：脂肪酶對(duì)長(zhǎng)鏈脂肪醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效，而對(duì)短鏈脂肪醇(如甲醇或乙醇等)轉(zhuǎn)化率低，一般僅為40%-60%；甲醇和乙醇對(duì)酶有一定的毒性，容易使酶失活；副產(chǎn)物甘油和水難以回收，不但對(duì)產(chǎn)物形成一致，而且甘油也對(duì)酶有毒性；短鏈脂肪醇和甘油的存在都影響酶的反應(yīng)活性及穩(wěn)定性，使固化酶的使用壽命大大縮短。這些問(wèn)題是生物酶法工業(yè)化生產(chǎn)生物柴油的主要瓶頸8。 2生物柴油及其生產(chǎn)工藝流程設(shè)計(jì)2.1 生物柴油的成分 生物柴油，成分為脂肪酸甲酯，為

27、黃色澄清透明液體，具有一種溫和的、特有的氣味，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，沒(méi)有腐蝕性。生物柴油就是以生物質(zhì)原料為基礎(chǔ)加工而成的一種柴油(液體燃料)，具體地說(shuō)，它利用植物油脂如蓖麻油、菜籽油、大豆油、花生油、玉米油、棉籽油等；動(dòng)物油脂如魚(yú)油、豬油、牛油、羊油等；或者是上述油脂精練后的下腳料皂腳或稱油渣、油泥、酸化油；汽車(chē)修理廠的廢機(jī)油，臟柴油等；或者是城市潲水油(地溝油)；或者是各種油炸食品后的廢油和各種其他廢油在進(jìn)行改性處理后，與有關(guān)化工原料酯化、醇解、復(fù)合而成。其顏色與柴油一樣清亮透明。生物柴油含碳量1822，與柴油(1618)基本一致，在酯化后，分子量大約280左右，與柴油220接近，根據(jù)相似相溶的原理，它

28、與柴油相溶性極佳，而且能夠與國(guó)標(biāo)柴油一樣混合或者單獨(dú)用于汽車(chē)及機(jī)械。生物柴油由此成名9。2.2 生物柴油的生產(chǎn)工藝流程圖圖2-1 生物柴油生產(chǎn)工藝流程圖2.3 生物柴油的生產(chǎn)工序簡(jiǎn)介 脫水脫雜工序 第一段 脫水脫雜的工藝流程：原料油首先進(jìn)入儲(chǔ)油池ST101，在50下自然間為6個(gè)小時(shí)。儲(chǔ)油池ST101，ST102用于除去原料油中的泥沙，植物纖維。從ST102沉降6小時(shí)，取上層液進(jìn)入儲(chǔ)油池ST102。在50下，第二次沉降除雜，沉降時(shí)中出來(lái)的原料油經(jīng)過(guò)過(guò)濾，再經(jīng)過(guò)進(jìn)料泵P103，常開(kāi)液位調(diào)節(jié)器RV101后進(jìn)入換熱器E101， E102。經(jīng)換熱后的油進(jìn)入加熱器H101，在導(dǎo)熱油流量的調(diào)節(jié)下進(jìn)入脫水塔T

29、101，脫水塔T101的操作溫度為130±5。塔頂出來(lái)的水蒸氣作為換熱器E101的熱源，塔釜出來(lái)已經(jīng)脫水后的油進(jìn)入油罐V101 。V101底部要每班排一次膠質(zhì)。之后油罐中的油進(jìn)入2段生產(chǎn)。 酯化酯交換工序 第二段 酯化酯交換工藝流程：一段得到的油從酯化反應(yīng)釜R201的頂部進(jìn)入，甲醇儲(chǔ)罐V201中的甲醇從酯化反應(yīng)釜R201的底部進(jìn)入，再加入改性濃硫酸，使三者在R201中反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，依靠調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的流量調(diào)節(jié)R201的溫度使其溫度控制在130135。R201塔頂出來(lái)甲醇汽，塔釜出來(lái)的產(chǎn)品經(jīng)過(guò)加熱器H201加熱后進(jìn)入脫氣塔T201，T201的操作溫度為120130。T201的塔頂

30、出來(lái)甲醇汽。塔釜產(chǎn)品油進(jìn)入酯化反應(yīng)釜R202的頂部，改性濃硫酸也進(jìn)入R202頂部，甲醇從R202的底部進(jìn)入，三者在R202中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，依靠調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的流量調(diào)節(jié)R202的溫度，使其溫度控制在130135。R202塔頂出來(lái)甲醇汽，塔釜產(chǎn)品油經(jīng)過(guò)加熱器H202加熱后進(jìn)入脫氣塔T202。T202的操作溫度不得超過(guò)145。T202塔頂出來(lái)甲醇汽，塔釜油進(jìn)入油罐V202。定期每班排放一次V202中的膠質(zhì)，之后油罐中的油進(jìn)入3段生產(chǎn)。這是合成生物柴油的酯化過(guò)程。 第三段 精餾塔塔釜產(chǎn)品中性油進(jìn)入酯交換反應(yīng)釜R203，甲醇從配堿罐V203頂部進(jìn)入，與NaoH混合后進(jìn)入R203，在R203內(nèi)反

31、應(yīng)2小時(shí)。依靠調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的流量調(diào)節(jié)R203的溫度，使其控制在105110，然后向R203中加入H2SO4，中和反應(yīng)后的NaoH。R203塔頂出來(lái)甲醇汽，塔釜產(chǎn)品油經(jīng)加熱器H203加熱后進(jìn)入脫氣塔T203。T203的操作溫度控制在120130。T203塔頂出來(lái)甲醇汽，塔釜出來(lái)的產(chǎn)品油進(jìn)入油罐V205，之后油罐中的油進(jìn)入3段生產(chǎn)，這是合成生物柴油的酯交換過(guò)程。 回收蒸餾工序 第三段 甲醇回收 產(chǎn)品蒸餾的工藝流程：前兩段反應(yīng)生成的甲醇汽進(jìn)入氣液分離器S301，并使S301中保持一定液位，使其中的氣相進(jìn)入甲醇塔的氣相入口，液相進(jìn)入甲醇塔的液相入口。甲醇精餾塔T301的塔頂冷凝溫度設(shè)計(jì)為67，塔釜再沸溫

32、度控制在100105，進(jìn)料溫度設(shè)計(jì)為90，回流比為2:1。通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的流量實(shí)現(xiàn)對(duì)T301的塔釜溫度控制。T301的塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器E301冷卻后進(jìn)入V301，從V301中出來(lái)的甲醇一部分進(jìn)入甲醇儲(chǔ)罐V201，一部分回流進(jìn)入甲醇塔。T301的塔釜通過(guò)調(diào)節(jié)液位控制器排出廢水。這是甲醇回收過(guò)程。 油罐V202中的粗甲酯經(jīng)過(guò)加熱器H302后一部分進(jìn)入脫氣塔T302，T302是常壓設(shè)備，塔釜溫度控制在180200，塔頂出來(lái)甲醇汽進(jìn)入S301中繼續(xù)反應(yīng)；一部分在液位調(diào)節(jié)器作用下進(jìn)入真空精餾塔T303。T303的真空壓力設(shè)計(jì)為2.0±0.5，塔頂冷凝溫度控制在7590。在2.5±0.

33、5的真空壓力下，塔釜液相氣化溫度為225240，塔釜溫度依靠H303的加熱強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)。T303的側(cè)線采出溫度控制在180220，側(cè)線采出產(chǎn)品經(jīng)冷卻器E304后出來(lái)產(chǎn)品，塔釜在液位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)下出來(lái)二段酯交換原料進(jìn)入V204。油罐V205中的粗甲酯經(jīng)過(guò)加熱器H304后一部分進(jìn)入脫氣塔T304，T304塔釜溫度控制在180200，塔頂出來(lái)甲醇汽進(jìn)入S301中繼續(xù)反應(yīng)；一部分在液位調(diào)節(jié)器作用下進(jìn)入真空精餾塔T305。T305的真空壓力設(shè)計(jì)為2.0±0.5，塔頂冷凝溫度控制在7590。在2.5±0.5的真空壓力下，塔釜液相氣化溫度為230240，塔釜溫度依靠H305的加熱強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)

34、節(jié)。T305的側(cè)線采出溫度控制在180220，側(cè)線采出產(chǎn)品經(jīng)冷卻器E304后出來(lái)產(chǎn)品，塔釜在液位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)下出來(lái)釜?dú)?。從真空精餾塔T305塔頂出來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)入真空緩沖罐V302，在V302中分為氣相和液相。氣相連接真空泵，液相進(jìn)入V303，從V303底部出產(chǎn)品。2.4生物柴油的性能生物柴油的動(dòng)力性能柴油是許多大型車(chē)輛如卡車(chē)，內(nèi)燃機(jī)及發(fā)電機(jī)等的主要?jiǎng)恿θ剂希渚哂袆?dòng)力大，價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，我國(guó)柴油需求量很大，具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃燒性好于柴油，燃燒殘留物成微酸性，是催化劑和發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油的使用壽命加長(zhǎng)。生物柴油的經(jīng)濟(jì)性能 具有良好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能。無(wú)添加劑，冷濾點(diǎn)達(dá)-20。無(wú)需改動(dòng)柴

35、油機(jī)，可直接添加使用，同時(shí)無(wú)需另添設(shè)加油設(shè)備、儲(chǔ)存設(shè)備及人員的特殊技術(shù)訓(xùn)練。生物柴油以一定比例與石化柴油調(diào)和使用，可以降低油耗、提高動(dòng)力性，并降低尾氣污染。生物柴油的排放性能 采用生物柴油尾氣中有毒有機(jī)物排放量?jī)H為十分之一，顆粒物為普通柴油的20，一氧化碳和二氧化碳排放量?jī)H為石油柴油的10，無(wú)硫化物和鉛及有毒物的排放；混合生物柴油可將排放含硫化物濃度從500PPM(PPM百萬(wàn)分之一)降低到5PPM。檢測(cè)表明，與普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空氣毒性，降低94%的患癌率10。2.5 生物柴油的指標(biāo)生物柴油的檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 參看表2-1。 生物柴油的主要工藝指標(biāo)一段工藝指標(biāo)1.操作溫度 儲(chǔ)

36、油池ST101、ST102的最佳操作溫度是40-50，該溫度下有利于保持原料油良好的流動(dòng)性。溫度過(guò)低會(huì)使原料油黏度增大，流動(dòng)性變差，使得原料油除雜效果變差。溫度過(guò)高，儲(chǔ)油池與環(huán)境溫差較大，從而大量散熱導(dǎo)致能量損失。 脫水塔T101的最佳操作溫度是125-135。脫水塔溫度不能太高也不能太低，溫度太低脫水不徹底，溫度過(guò)高會(huì)造成中間儲(chǔ)罐V101的溫度過(guò)高，導(dǎo)致高溫原料油與空氣接觸氧化而最終影響產(chǎn)品質(zhì)量。2.操作壓力 脫水塔T101的操作壓力為微正壓，該微壓是由脫水產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)換熱器和管道產(chǎn)生的阻力造成的。操作時(shí)盡量保持管道閥門(mén)暢通，降低脫水塔的操作壓力，保證脫水更徹底。3.操作流量脫水塔T101

37、的入口流量設(shè)計(jì)值為4.68 m3/h，最大不能超過(guò)5.8 m3/h。4. 沉降池的沉降時(shí)間不低于6h。二段工藝指標(biāo)1.操作溫度 酯化釜R201、R202的最佳反應(yīng)溫度為130-135，酯交換反應(yīng)釜的最佳反應(yīng)溫度為105-110。各級(jí)反應(yīng)釜的操作溫度通過(guò)調(diào)節(jié)加熱夾套的導(dǎo)熱油流量來(lái)控制，在實(shí)際操作過(guò)程中必須嚴(yán)格控制各級(jí)反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度，避免反應(yīng)溫度過(guò)高導(dǎo)致系統(tǒng)超壓引發(fā)安全事故，同時(shí)注意避免反應(yīng)溫度過(guò)低，導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，影響產(chǎn)量。脫氣塔T202的最高操作溫度應(yīng)控制在不超過(guò)145。T201、T203的最佳操作溫度為120-130。各脫氣塔的操作溫度通過(guò)調(diào)節(jié)加熱器H201、H202、H203的導(dǎo)熱油流

38、量來(lái)調(diào)節(jié)，脫氣后的反應(yīng)液分別進(jìn)入V202和V205，其凈罐溫度控制在不超過(guò)130，以避免溫度過(guò)高在中間油罐內(nèi)反應(yīng)液與空氣發(fā)生氧化反應(yīng)而影響產(chǎn)品質(zhì)量。表2-1 生物柴油的檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)11 項(xiàng)目 質(zhì)量指標(biāo) 試驗(yàn)方法 S500 S50密度(20) /(kg/m )820-900 GB/T 2540運(yùn)動(dòng)粘度(40/(mm /s)19-6.0 GB/T265 閃點(diǎn)(閉口)/ 不低于 130GB/T 261 項(xiàng)目 質(zhì)量指標(biāo)試驗(yàn)方法 S500 S50冷濾點(diǎn) / 報(bào)告 SH/T 0248 硫含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) / % 不大于0.005SH/T 068910%蒸余物殘?zhí)?質(zhì)量分?jǐn)?shù)) / % 不大于 0.3 GB/

39、T 17144硫酸鹽灰分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) / %不大于 0.020 GB/T 2433 水含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/ % 不大于 0.05 SH/T 0246 機(jī)械雜質(zhì) 無(wú) GB/T 511 銅片腐蝕(50，3h)/ 級(jí)不大于 1GB/T 5096 十六烷值 不小于 49 GB/T 386 氧化安定性(110)/小時(shí) 不小于 6.0 EN14112 酸值/(mgKOH/g) 不大于 0.80 GB/T 264 游離甘油含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/ % 不大于 0.020 ASTM D 6584游離甘油含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))/ % 不大于 0.240ASTM D 6584 90%回收溫度/ 不高于 360 GB/T 653

40、6 2.裝填量和配料比 第一酯化反應(yīng)釜R201：裝填原料油9-10m3，配加甲醇4.5-5 m3，其中包括以汽相形式加入的甲醇和補(bǔ)充加入的新鮮甲醇。催化劑配加量按原料油裝填質(zhì)量的千分之一來(lái)計(jì)算，即每噸原料油配加1千克濃硫酸。 第二酯化反應(yīng)釜R202:裝填原料油和配加甲醇量與R201一樣。但加入甲醇全為新鮮甲醇。催化劑配加量按原料油裝填質(zhì)量的0.6/1000計(jì)算，即每噸原料油配加0.6千克的濃硫酸。 酯交換反應(yīng)釜R203：裝填原料油9-10 m3，配加甲醇4.5-5 m3，均為新鮮甲醇，催化劑配加量按原料油裝填質(zhì)量的1.5/1000NaOH計(jì)算，即每噸原料油加1.5千克NaOH。3.反應(yīng)時(shí)間 第

41、一第二次酯化反應(yīng)時(shí)間不低于2h。反應(yīng)時(shí)間指達(dá)到設(shè)定溫度和設(shè)定壓力后，保溫保壓反應(yīng)的時(shí)間。酯交換反應(yīng)時(shí)間也需要2h以上。4.操作壓力 酯化反應(yīng)釜R201、R202設(shè)計(jì)操作壓力為0.8MPa，酯交換反應(yīng)釜R203設(shè)計(jì)操作壓力為0.3MPa。在酯化和酯交換反應(yīng)過(guò)程中可通過(guò)調(diào)節(jié)反應(yīng)釜夾套導(dǎo)熱油的流量來(lái)控制反應(yīng)釜的溫度，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)操作壓力的控制，適當(dāng)調(diào)節(jié)反應(yīng)過(guò)程的醇油比或釋放甲醇蒸汽也可實(shí)現(xiàn)對(duì)反應(yīng)釜操作壓力的控制。三段工藝指標(biāo)1.甲醇精餾塔T301： 關(guān)鍵參數(shù)包括塔頂冷凝溫度、塔底再沸溫度、回流比三個(gè)參數(shù)。塔釜液位和塔頂氣回流罐V301的液位也是甲醇精餾塔T301的重要工藝參數(shù)。 塔頂冷凝溫度設(shè)計(jì)為6

42、7，為了避免從冷凝液回流罐V301中釋放的不凝氣中夾帶甲醇，操作中適當(dāng)增加冷凝換熱器的冷卻強(qiáng)度，進(jìn)一步降低冷凝溫度以得到冷凝液。 塔釜再沸溫度甲醇精餾塔T301正常操作時(shí)塔釜液相溫度控制在100-105，塔釜再沸熱量由導(dǎo)熱油提供。塔釜溫度應(yīng)該嚴(yán)格控制避免溫度過(guò)高造成暴沸干塔或溫度過(guò)低造成塔釜采出的廢水中甲醇含量超標(biāo)，甲醇精餾塔T301的進(jìn)料溫度設(shè)計(jì)為90。 回流比:為了得到比較純的甲醇，回流比應(yīng)控制在2:1是比較合理的。如果改善甲醇的純度可以適當(dāng)提高回流比。 相關(guān)液位:塔釜液位應(yīng)保持在較高水平，以使再沸器H301被較高的液相浸沒(méi)，避免干塔操作。通過(guò)調(diào)節(jié)熱水泵P301的出口流量實(shí)現(xiàn)對(duì)塔釜液位的控

43、制。為了使精餾塔操作穩(wěn)定，DCS控制系統(tǒng)需設(shè)超高液位和超低液位報(bào)警，塔頂回流罐V301的液位通過(guò)液位調(diào)節(jié)閥自動(dòng)采出。系統(tǒng)中的不凝氣通過(guò)V301的排氣孔直接排放。在氣液分離器S301中保持一定的液位也非常需要。其目的是使氣相進(jìn)入甲醇塔的氣相入口，液相進(jìn)入甲醇塔液相入口。氣液分離器S301的液位通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)V001控制。2.脫氣塔T302是常壓設(shè)備，關(guān)鍵參數(shù)是塔釜溫度和液位。 塔釜溫度依靠加熱器H302的加熱強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，即通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油流量實(shí)現(xiàn)對(duì)塔釜溫度的控制。塔釜溫度設(shè)定為180-200，當(dāng)溫度高于200時(shí)DCS控制系統(tǒng)報(bào)警。 脫氣塔T302 的液位直接影響脫氣效果和后續(xù)真空精餾塔T303的穩(wěn)

44、定操作。為了維持塔內(nèi)的物料平衡，塔釜液位既不能過(guò)高也不能過(guò)低。脫氣塔T302的液位由排往303管線上的流量調(diào)節(jié)閥控制，塔釜液位超高或超低時(shí)，DCS控制系統(tǒng)報(bào)警。3.真空精餾塔T303 關(guān)鍵操作參數(shù)有系統(tǒng)真空度、塔頂冷凝溫度、塔底再沸溫度、側(cè)線采出溫度、相關(guān)液位和采出流量。(1)系統(tǒng)真空度 T303的操作真空壓力設(shè)計(jì)為2+-0.5KPa，以塔頂壓力表測(cè)量的數(shù)值為準(zhǔn)。塔釜的真空壓力應(yīng)不高于3+-0.2KPa，T303的操作真空度由兩級(jí)蒸汽噴射泵和一級(jí)水環(huán)真空泵串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)真空度與塔釜再沸溫度直接相關(guān)，隨著操作真空度的降低，塔釜再沸溫度會(huì)相應(yīng)提高，當(dāng)塔釜再沸溫度超過(guò)250時(shí)，塔釜物料發(fā)生聚合和裂解

45、反應(yīng)，而產(chǎn)生結(jié)焦生碳現(xiàn)象，從而導(dǎo)致甲酯收率降低，一般情況下塔釜再沸溫度不能長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)250。(2)塔頂冷凝溫度 塔頂冷凝溫度是指塔頂出口處不凝氣的溫度，冷凝溫度與冷卻換熱器E302管程內(nèi)的溫度是一致的?？捎晒艹坛隹诘臏囟葴y(cè)點(diǎn)確定。在正常的真空壓力下，塔頂冷凝溫度控制在75-90之間，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品輕組分跑失量增大溫度過(guò)低會(huì)影響采出的產(chǎn)品質(zhì)量。在控制過(guò)程中換熱器E302的換熱強(qiáng)度也是一個(gè)比較重要的參數(shù)，需要調(diào)節(jié)冷卻水的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)塔頂冷凝溫度的控制。生產(chǎn)操作中E302的冷卻水出口溫度一般不低于60。(3)側(cè)線采出溫度 T303的側(cè)線采出溫度與產(chǎn)品質(zhì)量直接相關(guān)，一般控制在180220，該溫度通

46、過(guò)調(diào)節(jié)采出流量來(lái)控制，增大采出流量能降低側(cè)線溫度，提高真空精餾塔的負(fù)荷或加大塔釜的加熱量也能提高側(cè)線采出溫度。(4)塔釜再沸溫度 真空精餾塔T303正常操作時(shí)從塔頂?shù)剿獣?huì)建立起穩(wěn)定的上低下高的溫度分布。在2.5±0.5 KPa的真空壓力下，對(duì)應(yīng)的塔釜液相汽化為225240。隨著真空壓力的升高或降低，塔釜溫度也隨之升降，調(diào)整幅度不應(yīng)超過(guò)±10。塔釜溫度依靠H303加熱強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，即通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的流量來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于生物柴油在高溫條件下容易聚合和裂解，因而真空精餾塔T303的塔釜應(yīng)控制在不超過(guò)250，如果在該溫度下仍不能正常精餾，說(shuō)明真空度不夠，經(jīng)及時(shí)采取措施提高真空度，以避

47、免長(zhǎng)時(shí)間在高溫條件下操作造成不必要的反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)的損失。(5)相關(guān)液位和采出流量 塔釜液位應(yīng)保持在適當(dāng)水平，以免過(guò)高液位造成塔釜液停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)生物料焦化損失，同時(shí)也避免液位過(guò)低造成干塔操作。為了維持塔內(nèi)物料平衡，塔釜液位不能過(guò)高也不能過(guò)低，因此DCS控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置超高液位和超低液位報(bào)警。4.冷卻換熱器E304經(jīng)過(guò)真空精餾得到的生物柴油產(chǎn)品溫度較高，容易氧化而影響產(chǎn)品質(zhì)量，需經(jīng)過(guò)換熱降溫后再進(jìn)入產(chǎn)品儲(chǔ)罐，換熱出口溫度控制在100以下。2.6 原始設(shè)計(jì)條件與基本物性數(shù)據(jù)原始設(shè)計(jì)條件原料：地溝油。 生物柴油產(chǎn)量:年產(chǎn)5萬(wàn)噸，320個(gè)工作日，每釜產(chǎn)生物柴油78 t，間歇操作，一釜料為一作周期。實(shí)

48、驗(yàn)室試驗(yàn)提供的工藝參數(shù)與基本物性數(shù)據(jù)的選取.1實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)提供的工藝參數(shù) 生物柴油得率90 %； 酯交換反應(yīng)時(shí)間2 h； 酯交換反應(yīng)加熱溫度105110 ； 原料油含水量0.8% (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 。.2基本物性數(shù)據(jù)的選取 在低溫下油或油脂的平均熱容在2. 05 2. 51 kJ / ( kg·) ，隨溫度升高比熱將增加， 取地溝油油熱容122. 09 kJ / ( kg·) ，原料地溝油12 密度0. 92 ×103 kg/m3 ； 甲醇密度13 0. 79 ×103 kg/m3 ， 潛熱1 195 kJ /kg， 熱容2. 508 kJ / ( kg

49、83;) ， 沸點(diǎn)64. 5 ； 水密度14 1. 0 × 103 kg/m3 ， 熱容4. 18 kJ / ( kg·) ， 潛熱2 253 kJ /kg， 沸點(diǎn)100 。2.7生物柴油的物料衡算根據(jù)物料衡算的質(zhì)量守衡定律，在間歇操作過(guò)程中，若系統(tǒng)內(nèi)不發(fā)生物料量的積累，輸入的物料量等于輸出的物料量。按一操作周期處理原料87 t，其中含水0.7t，甲醇加入量按去水后油脂的50% 計(jì)， 催化劑加入量按去水后油脂的1/1000。根據(jù)工藝流程，物料衡算框圖見(jiàn)圖2-2。 根據(jù)物料衡算圖，列出下列物料衡算式(單位：噸):15 F1 + F2 + F3 + F4 = P1 + P2 +

50、 P3 + P4 分項(xiàng)物料衡算式: P1 = F1 ×X1 = 77.7 P2 = F1 ×(X2 + X3 + X4 ) = 17.3 P3 = F3 - F1 ×X4 = 33.7 P4 = F2 =0.7 P5 = F3 ×X5 = 86.3式中: F1 去除水分的原料油油質(zhì)量， t； F2 原料油中水分質(zhì)量， t； F3 甲醇質(zhì)量， t； F4 催化劑質(zhì)量， t； P1 生物柴油質(zhì)量， t ； P2 甘油混合物質(zhì)量， t； P3 回收的甲醇質(zhì)量， t； P4 冷凝水質(zhì)量， t； P5 回流甲醇質(zhì)量， t； X1 生物柴油得率， 90 %； X2

51、甘油對(duì)原料油的得率， 7 %； X3 皂類(lèi)物質(zhì)對(duì)原料油的產(chǎn)率， 2 %； X4 甲醇對(duì)原料油的綜合消耗率， 11 %； X5 甲醇回流量與加入量的比值取， 200 %。 F3甲醇 F4催化劑 P4冷凝水0.7t 43.15t 86.3kg 反應(yīng)釜回流冷凝器冷凝器反應(yīng)釜P3回收甲醇 P3+P4 33.7t F1油86.3 t P5 F2水0.7t P5 P1粗制柴油 77.7t P2甘油混合物17.3t 圖2-2 物料衡算框圖 2.8生物柴油的熱量衡算 熱量衡算解決兩種類(lèi)型的問(wèn)題，一種是先對(duì)使用中的設(shè)備或裝置實(shí)際測(cè)定一些熱量，通過(guò)衡算計(jì)算出一些難以直接測(cè)定的熱量，由此作出熱量方面的評(píng)估；另一種是在設(shè)計(jì)新設(shè)備或裝置時(shí)，根據(jù)已知或可設(shè)定的物料量求得未知的物料量或溫度和需要加入或移走的熱量。本研究的熱量衡算以第二種情況為主，忽略了位差、功的傳遞、反應(yīng)熱，因此總熱量衡算式可簡(jiǎn)化為Q =H，即焓變就等于外加的熱量。通過(guò)計(jì)算在指定條件下進(jìn)出物料的焓差，從而確定過(guò)程傳遞的熱量。由于生