年產(chǎn)8000噸脂肪酸甲酯工藝設(shè)計-課程設(shè)計-大學(xué)畢業(yè)設(shè)計論文

2015-7-19南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院課程設(shè)計2015-7-19南華大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院課程設(shè)計年產(chǎn)8000年產(chǎn)8000噸脂肪酸甲酯工藝設(shè)計化工小馬2015化工小馬2015年10月7日年產(chǎn)8000噸脂肪酸甲酯工藝設(shè)計隊長：參與隊員：專業(yè)班級：化學(xué)工程與工藝121班指導(dǎo)教師目錄第一篇設(shè)計說明書第1章概述········································51.1概論1.2設(shè)計依據(jù)和原則1.3設(shè)計原則1.4項目背景1.5項目研究范圍.第2章市場預(yù)測分析·······························82.1脂肪酸甲酯的特性2.2脂肪酸甲酯的優(yōu)點2.3脂肪酸甲酯的用途2.4脂肪酸甲酯的市場分析2.4.1前言2.4.2國外脂肪酸甲酯的發(fā)展?fàn)顩r2.4.3國內(nèi)脂肪酸甲酯的發(fā)展?fàn)顩r2.4.4脂肪酸甲酯的總體發(fā)展趨勢第3章產(chǎn)品生產(chǎn)方案及規(guī)模························113.1產(chǎn)品方案3.1.1產(chǎn)品方案的構(gòu)成3.1.2產(chǎn)品規(guī)格及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)3.2生產(chǎn)規(guī)模.3.3脂肪酸甲酯原料選擇原則3.3.1選擇指標(biāo)3.4脂肪酸甲酯原料獲取性分析3.4.1油料作物3.4.2動物油脂3.4.3廢棄油脂3.4.4糧食加工副產(chǎn)油脂3.4.5木本油料3.4.6其他原料——工程微藻第四章工藝方案的選擇及論證·····················164.1工藝方案的確定4.1.1物理法4.1.2化學(xué)法4.1.3酶交換法4.2工藝方案的選擇、4.3工藝的論證4.3.1實驗內(nèi)容4.3.2實驗試劑4.3.3實驗儀器4.3.4實驗方法固定化脂肪酶的制備酯交換反應(yīng)4.3.5分析方法4.3.6脂肪酸甲醋的GC/MS分析4.3.7反應(yīng)結(jié)果分析4.3.8單因素試驗結(jié)果與討論4.4工藝流程圖第5章廠址選擇································265.1廠址選擇的原則5.2選擇的方法5.3選址的結(jié)果及分析第二篇設(shè)計計算書第一章物料衡算·····································341.1物料衡算依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)1.2物料衡算任務(wù)1.3物料衡算1.3.1生產(chǎn)速率的計算1.3.2合成工段1.3.3脂肪酶催化菜籽油生成脂肪酸甲酯1.3.4脂肪酸甲酯精制工段能量衡算····································372.1概述2.2熱量衡算的原理和基準(zhǔn)2.3能量衡算任務(wù)（一）2.4能量衡算任務(wù)（二）2.5能量衡算表第3章塔設(shè)計說明書································443.1塔設(shè)計說明書3.2工藝流程及操作條件3.3塔徑的計算3.4塔高的計算3.5液體分布器計算3.6其他附屬塔內(nèi)件的選擇3.7吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)的計算第4章?lián)Q熱器設(shè)計說明·····························474.1概述4.2換熱器類型4.3換熱器的設(shè)計4.3.1計算管程壓降4.3.2計算殼程壓降4.3.3估算設(shè)備尺寸4.4傳熱系數(shù)校核4.4.1管程對流傳熱系數(shù)α4.4.2總傳熱系數(shù)C4.4.3折流板4.4.4換熱器內(nèi)流體的流動阻力4.5反應(yīng)器設(shè)計4.5.1確定筒體的直徑和高度4.5.2圓筒厚度的設(shè)計

4.5.3封頭厚度的設(shè)計4.5.4夾套設(shè)計4.5.5水壓試驗及其強(qiáng)度校核4.5.6

擋板

4.6反應(yīng)釜攪拌器裝置

4.7傳動裝置的選型與尺寸設(shè)計4.8反應(yīng)器附件的選型和尺寸設(shè)計第5章生產(chǎn)附屬設(shè)備計算說明························835.1泵5.2冷凝器（以甲醇冷凝器計算為準(zhǔn)）5.3過濾機(jī)5.4離心過濾機(jī)第一篇設(shè)計說明書第一章概述1.1概論脂肪酸甲醋是重要的化工中間體，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如可用來合成多種表面活性劑;用作洗滌劑以及其他許多化學(xué)制品的原料;用作高級潤滑油的添加劑、機(jī)械加工的切削油、冷卻液等。目前，脂肪酸甲最主要的作用就是作為生物柴油進(jìn)行開發(fā)，將脂肪酸或脂肪轉(zhuǎn)化為脂肪酸甲醋用作生物柴油可為I}}水油等提供有效利用途徑，因而更具有重要的食品安全意義。脂肪酸甲醋一般通過動植物油脂和甲醇的醋交換反應(yīng)獲得，根據(jù)催化劑性質(zhì)，可將脂肪酸甲醋的制備方法分為酸催化法、堿催化法和酶催化法等。酶催化具有能耗低、產(chǎn)品回收簡單、無污染等優(yōu)點，是最具潛力的制備方法之一。1.2計依據(jù)和原則（1）《化工建設(shè)項可行性研究報告內(nèi)容和深度的規(guī)定》（化工部2005年修訂版）及有關(guān)專業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)；（2）化工工廠初步設(shè)計文件內(nèi)容深度規(guī)定（HG/T20688一2000）；（3）項目的可行性研究報告；1.3設(shè)計原則（1）建設(shè)化工下游產(chǎn)業(yè)基地，脂肪酸甲酯生產(chǎn)項目的發(fā)展要統(tǒng)籌安排，合理布局，逐步完善。（2）在設(shè)計中采用在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用的先進(jìn)、成熟、可靠的技術(shù)和設(shè)備，引進(jìn)關(guān)鍵設(shè)備和先進(jìn)工藝，確保本項目能夠長期、安全、穩(wěn)定、連續(xù)地運(yùn)行，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的正丁醇和辛醇及化工產(chǎn)品。（3）在滿足脂肪酸甲酯質(zhì)量要求的前提下，選擇先進(jìn)的工藝流程，力求取得最好的經(jīng)濟(jì)效益。（4）充分利用工業(yè)園區(qū)現(xiàn)有條件，結(jié)合公司現(xiàn)狀及裝置特點，努力做到布置合理、緊湊，充分利用公司公用工程及輔助設(shè)施的潛力，力求節(jié)省用地和節(jié)約投資。（5）滿足現(xiàn)代化企業(yè)對生產(chǎn)環(huán)境和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的要求，做到源頭治理和尾部處理相結(jié)合，充分治理三廢，防治污染，保護(hù)環(huán)境。（6）從符合黨和國家的基本方針和技術(shù)政策出發(fā)，禁止對國家明令禁止的項目進(jìn)行設(shè)計，禁止在設(shè)計中采用國家明令淘汰的工藝技術(shù)，設(shè)計要符合國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展規(guī)劃、行業(yè)規(guī)劃、產(chǎn)業(yè)政策、行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。(7)執(zhí)行國家基本建設(shè)方針，在整個設(shè)計過程中嚴(yán)格遵守國家、行業(yè)有關(guān)設(shè)計規(guī)劃，規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)。特別是涉及?；贰⒒馂?zāi)、危險性為甲類的化工品的設(shè)計。(8)認(rèn)真貫徹工廠不值一體化，總流程系統(tǒng)化，生產(chǎn)裝置的聯(lián)合化，露天化，建筑物輕型化，公用工程設(shè)施力求社會話等設(shè)計。（9）樹立科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，帶著高度的責(zé)任感和責(zé)任心去完成設(shè)計作品，避免出現(xiàn)不可彌補(bǔ)的設(shè)計錯誤。（10）深入研究，精心設(shè)計，吸收國內(nèi)為先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)成果及生產(chǎn)時間經(jīng)驗，選擇最可靠的建設(shè)方案進(jìn)行設(shè)計，做到經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，美觀實用，設(shè)計的主要指標(biāo)達(dá)到同類工廠的先進(jìn)水平。（11）整個系統(tǒng)必須可操作和可控制。（12）設(shè)計方案及深度要保證有關(guān)審批，驗收工作能順利通過，如項目立項，許可審查，項目環(huán)評，安評，職業(yè)衛(wèi)生評價，安全設(shè)施審查，消防設(shè)計防火審查，防雷裝置設(shè)計審查，環(huán)保，安全，消防，職業(yè)防護(hù)設(shè)施驗收等工作。1.4項目背景脂肪酸甲醋是重要的化工中間體，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如可用來合成多種表面活性劑;用作洗滌劑以及其他許多化學(xué)制品的原料;用作高級潤滑油的添加劑、機(jī)械加工的切削油、冷卻液等。目前，脂肪酸甲醋最主要的作用就是作為生物柴油進(jìn)行開發(fā)，將脂肪酸或脂肪轉(zhuǎn)化為脂肪酸甲醋用作生物柴油可為I}}水油等提供有效利用途徑，因而更具有重要的食品安全意義。脂肪酸甲醋一般通過動植物油脂和甲醇的醋交換反應(yīng)獲得，根據(jù)催化劑性質(zhì)，可將脂肪酸甲醋的制備方法分為酸催化法、堿催化法和酶催化法等。酶催化具有能耗低、產(chǎn)品回收簡單、無污染等優(yōu)點，是最具潛力的制備方法之一。1.5項目研究范圍.首先對反應(yīng)體系進(jìn)行選擇，無溶劑體系、有機(jī)溶劑體系、水相體系、乳化反應(yīng)體系等；其次選擇甲醇的添加次數(shù)；最后通過單因素實驗分析影響酯交換反應(yīng)的各個因素，在單因素的基礎(chǔ)上進(jìn)一步通過響應(yīng)面實驗優(yōu)化酶促合成脂肪酸甲酯的工藝條件。通過單因素試驗分析影響固定化酶過程中的各個因素，并進(jìn)一步采用響應(yīng)面驗設(shè)計和分析方法對固定化酶催化酯交換反應(yīng)制備脂肪酸甲酯的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。后通過GC-MS對所得脂肪酸甲酯粗品進(jìn)行分析。所得脂肪酸甲酯粗產(chǎn)品中含有相當(dāng)部分的脂肪酸，因此采用堿煉工藝去除游離脂肪酸，達(dá)到初步純化的目的。第2章市場預(yù)測分析2.1脂肪酸甲酯的特性

脂肪酸甲酯的密度為0.86～0.90g/mL，粘度5～9mm/s，各組分的質(zhì)量含量為：十六烷指數(shù)≥49%，生物球菌0.3%，甲醇0.35%，甘油0.25%，水0.05%，硫0.02%

（1）密度比水小，相對密度在0.8724～0.8886之間；

（2）具有“老化”傾向，加熱不宜超過80℃，宜避光、避免與空氣接觸保存；

（3）潤滑性能好；（4）含水率較高，最大可達(dá)30%～45%。水分有利于降低油的黏度、提高穩(wěn)定性，但降低了油的熱值；

（5）pH值低，故貯存裝置最好是抗酸腐蝕的材料（制備方法不同的酸價不一樣）；

（6）優(yōu)良的環(huán)保特性：硫含量低，二氧化硫和硫化物的排放低、脂肪酸甲酯的生物降解性高達(dá)98%，降解速率是普通柴油的2倍，可大大減輕意外泄漏時對環(huán)境的污染；

（7）較好的低溫發(fā)動機(jī)啟動性能；

（8）較好的安全性能：閃點高，運(yùn)輸、儲存、使用方面安全；

（9）十六烷值高，燃燒性能好于柴油；

（10）無須改動柴油機(jī)，可直接添加使用，同時無需另添設(shè)加油設(shè)備、儲存設(shè)備及人員的特殊技術(shù)訓(xùn)練。

2.2脂肪酸甲酯的優(yōu)點1.具有較好的低溫發(fā)動機(jī)啟動性能。無添加劑冷濾點達(dá)-20℃。

2.具有較好的潤滑性能。使噴油泵、發(fā)動機(jī)缸體和連桿的磨損率低，使用壽命長。3.具有優(yōu)良的環(huán)保特性。主要表現(xiàn)在由于脂肪酸甲酯中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可減少約30%(有催化劑時為70%)；脂肪酸甲酯中不含對環(huán)境會造成污染的芳香族烷烴，因而廢氣對人體損害低于柴油。檢測表明，與普通柴油相比，使用脂肪酸甲酯可降低90%的空氣毒性，降低94%的患癌率；由于脂肪酸甲酯含氧量高，使其燃燒時排煙少，一氧化碳的排放與柴油相比減少約10%(有催化劑時為95%)；脂肪酸甲酯的生物降解性高。

4.具有較好的安全性能。由于閃點高，脂肪酸甲酯不屬于危險品。因此，在運(yùn)輸、儲存、使用方面的安全性又是顯而易見的。

5.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)動機(jī)機(jī)油的使用壽命加長。

6.具有可再生性能。作為可再生能源，與石油儲量不同，其通過農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)家的努力，可供應(yīng)量不會枯竭。

7.無須改動柴油機(jī)，可直接添加使用，同時無需另添設(shè)加油設(shè)備、儲存設(shè)備及人員的特殊技術(shù)訓(xùn)練。

8.脂肪酸甲酯以一定比例與石化柴油調(diào)和使用，可以降低油耗、提高動力性，并降低尾氣污染。脂肪酸甲酯的優(yōu)良性能使得采用脂肪酸甲酯的發(fā)動機(jī)廢氣排放指標(biāo)不僅滿足目前的歐洲II號標(biāo)準(zhǔn)，甚至滿足隨后即將在歐洲頒布實施的更加嚴(yán)格的歐洲Ⅲ號排放標(biāo)準(zhǔn)。而且由于脂肪酸甲酯燃燒時排放的二氧化碳遠(yuǎn)低于該植物生長過程中所吸收的二氧化碳，從而改善由于二氧化碳的排放而導(dǎo)致的全球變暖這一有害于人類的重大環(huán)境問題,因而脂肪酸甲酯是一種真正的綠色柴油。2.3脂肪酸甲酯的用途

脂肪酸甲酯用途廣泛，主要的應(yīng)用范圍有：直接作為車用優(yōu)質(zhì)柴油使用，即100%脂肪酸甲酯（B100）；與石油柴油調(diào)配使用，品種有2%、5%、10%和20%，即B2、B5、B10、B20柴油；非車用柴油的替代品，如取暖、船用、農(nóng)用、發(fā)電等；用作機(jī)械加工潤滑劑；優(yōu)質(zhì)的溶劑，如用作脫漆劑（代替二氯甲烷）、印刷油墨、清洗劑。世界各國大多使用20%脂肪酸甲酯和80%石油柴油混配。可用于任何柴油發(fā)動機(jī)和直接利用現(xiàn)有的油品貯存、運(yùn)輸、分銷。脂肪酸甲酯的使用主要集中在城市公車、空調(diào)設(shè)備、柴油引擎、柴油發(fā)電廠、農(nóng)林業(yè)設(shè)備引擎等。

2.4脂肪酸甲酯的市場分析

2.4.1前言

脂肪酸甲酯也稱生化柴油，它是由可再生的動、植物油脂與甲醇(或乙醇)經(jīng)酯交換反應(yīng)而得到的長鏈脂肪酸甲(乙)酯，是一種可以替代普通(石化)柴油的可再生的清潔燃料。脂肪酸甲酯的主要原料是天然植物油、動物油甚至賓館飯店廢棄的地溝油都可以用來煉制脂肪酸甲酯，其資源一般不會枯竭。大量研究表明，脂肪酸甲酯是最重要的清潔燃料之一，是最有發(fā)展前途的柴油機(jī)替代燃料。由于石油價格不斷上漲、石油資源逐漸枯竭，全世界都面臨著能源短缺的危機(jī)，同時隨著人們生活水平的提高和環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，人們逐漸認(rèn)識到石油作為燃料所造成的空氣污染的嚴(yán)重性，特別是光化學(xué)煙霧、酸雨的頻繁出現(xiàn)對人體健康造成了極大的危害，C02產(chǎn)生的溫室效應(yīng)嚴(yán)重破壞了生態(tài)平衡。因此，國際石油組織認(rèn)為開發(fā)一種新的能源來替代石油燃料己迫在眉睫。

2.4.2國外脂肪酸甲酯的發(fā)展?fàn)顩r

100多年前，Rudolf就開始研究用植物油直接代替石化柴油作燃料。20世紀(jì)70年代，在世界范圍內(nèi)發(fā)生了石油危機(jī)，石油供給不足，美國、法國、意大利等發(fā)達(dá)國家也開始成立了專門的脂肪酸甲酯研究機(jī)構(gòu)，以尋求替代石油的新能源。近十幾年來，脂肪酸甲酯產(chǎn)業(yè)在世界各國發(fā)展很快，一些國家和地區(qū)已開始建立商品化脂肪酸甲酯基地。美國是最早研究脂肪酸甲酯的國家，20世紀(jì)90年代初開始了商品化生產(chǎn)，美國是以大豆油為原料的。經(jīng)歷了一百年的演變，現(xiàn)在世界上其他一些國家也在根據(jù)本國資源的情況開發(fā)脂肪酸甲酯產(chǎn)業(yè)：在日本脂肪酸甲酯生產(chǎn)能力己達(dá)到約40萬噸/年；泰國也于2001年7月發(fā)布了發(fā)展脂肪酸甲酯的計劃，泰國石油公司承諾每年收購7萬噸棕櫚油和2萬噸椰子油用于脂肪酸甲酯的生產(chǎn)，國家對脂肪酸甲酯實施稅收減免，泰國第一套脂肪酸甲酯裝置已經(jīng)投入運(yùn)行。馬來西亞采用棕櫚油和廢油也生產(chǎn)出了脂肪酸甲酯，但整個國家的用量不大；巴西第一個脂肪酸甲酯廠Soyminas2005年在米納斯州卡西歐市建成，年產(chǎn)量為1萬噸，原料采用大豆油；另外菲律賓、保加利亞、韓國、印度等國也在最近向國民推廣使用脂肪酸甲酯。由此我們那可以知道脂肪酸甲酯使用最多的地區(qū)是歐洲，份額已占到成品油市場的5%。目前在歐洲用于生產(chǎn)脂肪酸甲酯的原料主要為菜籽油。歐現(xiàn)生產(chǎn)脂肪酸甲酯70萬t/a，目標(biāo)是2010年達(dá)830萬t/a。

2.4.3國內(nèi)脂肪酸甲酯的發(fā)展?fàn)顩r

近年來，在政府部門的推動下，我國脂肪酸甲酯產(chǎn)業(yè)開始加速發(fā)展。隨著石油等傳統(tǒng)能源的日益緊缺。開發(fā)脂肪酸甲酯技術(shù)已經(jīng)引起了我國政府和眾多企業(yè)的關(guān)注。自2000年開始經(jīng)中國工程院、國家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會牽頭，中石化集團(tuán)、中國油品檢驗中心等進(jìn)行了多次論證和研究，已經(jīng)經(jīng)歷了幾年的發(fā)展，并完成了“節(jié)能和新能源關(guān)鍵技術(shù)”國家重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)的重大突破。在我國，許多研究機(jī)構(gòu)已致力于脂肪酸甲酯的研究開發(fā)，經(jīng)過多年的發(fā)展，已研制出利用菜籽油、大豆油、地溝油等為原料生產(chǎn)脂肪酸甲酯的工藝，進(jìn)行了工業(yè)生產(chǎn)試驗，海南正和生物能源公司、福建卓越新能源發(fā)展公司已開發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，分別建成了年產(chǎn)上萬噸脂肪酸甲酯的工廠。另外，還有四川古杉化學(xué)有限公司、西安藍(lán)田生物工程有限公司等也規(guī)?；a(chǎn)脂肪酸甲酯。目前。我國脂肪酸甲酯產(chǎn)業(yè)已具有一定的競爭力。就目前而言，中國脂肪酸甲酯生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)該處于初級階段。基于脂肪酸甲酯所具有的環(huán)保、可再生以及為調(diào)整當(dāng)前農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)可能帶來的機(jī)遇，脂肪酸甲酯將具有廣闊的發(fā)展前景。從目前可以獲得的統(tǒng)計和預(yù)測資料來看，柴油的供需平衡問題將是我國未來較長時間石油市場發(fā)展的焦點問題。近幾年來，盡管煉化企業(yè)通過持續(xù)的技術(shù)改造，生產(chǎn)柴汽比不斷提高，但仍不能滿足消費柴汽比的要求。因此，開發(fā)脂肪酸甲酯不僅與目前石化行業(yè)調(diào)整油品結(jié)構(gòu)提高柴汽比的方向相契合，同時由于其作為可再生能源因而意義深遠(yuǎn)。

2.4.4脂肪酸甲酯的總體發(fā)展趨勢

由于石油資源逐漸走向枯竭，也由于環(huán)境問題日益嚴(yán)重，各國政府都加大了開發(fā)環(huán)保型、可再生能源的力度，增加了研究經(jīng)費。脂肪酸甲酯是一種理想的柴油替代燃料，它具有可生物降解性、排放污染小、生產(chǎn)原料來源廣泛等特點，脂肪酸甲酯以其良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)價值受到越來越多的關(guān)注，是一種值得大力推廣的替代性燃料。目前脂肪酸甲酯的研究還是向著如何降低成本、節(jié)能降耗、充分利用資源和連續(xù)化生產(chǎn)的方向發(fā)展；此外，產(chǎn)品質(zhì)量有待進(jìn)一步提高。在未來，國內(nèi)外各大企業(yè)及研究領(lǐng)域應(yīng)主

要致力于尋找合適的脂肪酸甲酯原料，研究新的生產(chǎn)工藝和開發(fā)新的高附加值產(chǎn)品，以提高脂肪酸甲酯的競爭力，這對于推廣脂肪酸甲酯對經(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。到2010年，我國柴油需求量將突破1億t，2015年市場需求量將達(dá)到13億t左右。因此，開發(fā)脂肪酸甲酯產(chǎn)業(yè)對調(diào)整油品結(jié)構(gòu)具有重要意義。我國已經(jīng)把發(fā)展脂肪酸甲酯列入了國家能源計劃中，經(jīng)過多年的努力!國內(nèi)脂肪酸甲酯產(chǎn)業(yè)有了一定的競爭力!并預(yù)計近10年內(nèi)將會有更大的發(fā)展。但是，我國對于脂肪酸甲酯產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的研究還相對滯后，我們應(yīng)參考國外成熟經(jīng)驗。根據(jù)中國目前脂肪酸甲酯的生產(chǎn)和使用情況!制訂適宜的脂肪酸甲酯技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。為脂肪酸甲酯的發(fā)展提供技術(shù)與法規(guī)的保障。促進(jìn)脂肪酸甲酯產(chǎn)業(yè)健康快速的發(fā)展。第3章產(chǎn)品生產(chǎn)方案及規(guī)模3.1產(chǎn)品方案3.1.1產(chǎn)品方案的構(gòu)成方案主要由酯化反應(yīng)部分，脂肪酸甲酯精致部分，甘油精致部分。在市場經(jīng)濟(jì)分析及預(yù)測的基礎(chǔ)上，為吉化建立一座以工程微藻油為原料制生物柴油的裝置，年運(yùn)行天數(shù)8000小時，年產(chǎn)8000噸。3.1.2產(chǎn)品規(guī)格及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)3.2生產(chǎn)規(guī)模本廠年生產(chǎn)時間為8000h，年生產(chǎn)能力8000噸a，脂肪酸甲酯含量為99.96%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）3.3脂肪酸甲酯原料選擇原則3.3.1選擇指標(biāo)含油率含油率是進(jìn)行脂肪酸甲酯原料的首要標(biāo)準(zhǔn)。含油率的高低決定了能源植物利用的價值大小。不含油成分，就不是油料植物；含油率不高，達(dá)不到利用程度，也就談不上油料植物的開發(fā)利用。生物產(chǎn)量能源植物的生物產(chǎn)量，決定了其作為脂肪酸甲酯原料的開發(fā)利用價值和潛力。生物產(chǎn)量越大，開發(fā)利用的價值也就越高，開發(fā)利用的可行性也越大。決定某種能源植物生產(chǎn)的因素主要有：（1）單位面積產(chǎn)量的高低或結(jié)實形狀的好壞。對于已人工栽培的植物而言，其單位面積產(chǎn)量越高，其生物產(chǎn)量也越大；對于尚未栽培的野生種來說，若有好的結(jié)實形狀，在經(jīng)人工種植后，生物產(chǎn)量可能會較高。（2）適生區(qū)域的大小。適生區(qū)域越大，分布面積相對也越大，供開發(fā)利用的區(qū)域范圍越廣，可收獲的生物量也越大。（3）繁殖的難以程度。某種能源植物若含油率很高，但是種子的發(fā)芽率很低、無性繁殖或移栽不易成活，很難繁殖，不能規(guī)?；亟⒅舅峒柞サ脑匣?，其生物產(chǎn)量也不可能打到很高。采集、提取和加工的難易程度作為脂肪酸甲酯的原料，起含油器官要易于采集油樣要容易提取和加工，這樣就能控制脂肪酸甲酯的制取成本。必須適合中國的國情山地多，耕地少，要充分利用發(fā)揮山地資源優(yōu)勢，大力地規(guī)模栽培木本油料植物。（1）調(diào)查方法確定結(jié)實量的辦法:結(jié)實果枝占樹冠總枝條的百分?jǐn)?shù)；果實在結(jié)果枝上分布的均勻程度3.4脂肪酸甲酯原料獲取性分析3.4.1油料作物我國的油料作物有近30種，油菜、花生、大豆、棉花和向日葵是我國五大食用油料作物，其中油菜和花生的產(chǎn)量居世界第一。2008年，大豆、油菜籽、花生及棉油自產(chǎn)5474萬噸，榨油消耗3200萬噸，包括芝麻、玉米胚芽等在內(nèi)，2008年我國自產(chǎn)植物油總計940萬噸(見表1)。表2給出了2008年我國植物油進(jìn)出口情況，進(jìn)口數(shù)量最大的有豆油(包括大豆)、棕櫚油、菜籽油(包括油菜籽)。植物油進(jìn)口總量1560．4萬噸，而出口量較小，總計24．76萬噸植物油表觀消費量達(dá)N2475．64萬噸。進(jìn)口量占表觀消費量的69％，由此可看出我國植物油缺口很大?？紤]國家當(dāng)前“不與民爭油”保證食用油供應(yīng)安全等政策，植物油不作為脂肪酸甲酯的原料。3.4.2動物油脂我國的動物油主要是豬肉、牛肉、羊肉、禽肉類等的副產(chǎn)。我國肉類產(chǎn)量一般在9000萬噸／年以上，副產(chǎn)油脂800萬噸／年以上(其中豬油占75％左右)，除70％左右食用外，其他是油脂化工生產(chǎn)的原料。由于動物油脂含有大量的飽和脂肪酸，生產(chǎn)的脂肪酸甲酯冷濾點高，冬季應(yīng)用困難，一般不適宜作為脂肪酸甲酯原料。3.4.3廢棄油脂廢棄油脂包括廢棄食用油脂、油脂生產(chǎn)工業(yè)副產(chǎn)的酸化油及糧食加工副產(chǎn)的低品質(zhì)油脂。廢棄油脂原料組成及性能變化大，需要進(jìn)行預(yù)處理，可以作為現(xiàn)階段發(fā)展生物柴油的原料資源。2008年我國廢棄油脂資源合計999萬噸，其中，地溝油、泔水油295萬噸，酸化油、非食用標(biāo)準(zhǔn)植物油318萬噸，非食用動物~1386萬噸。1)廢棄食用油脂廢棄食用油脂俗稱地溝油，我國目前食用油消費量約為2500萬噸／年(包括動物油脂)，并且每年還在不斷增加，估計每年廢棄食用油的數(shù)量大約在375～625萬噸。過去廢棄食用油的主要用途是生產(chǎn)脂肪酸，目前社會上已開始用于生產(chǎn)脂肪酸甲酯，而且比例越來越高。2)酸化油酸化油是利用油脂精制中產(chǎn)生的膠質(zhì)和皂腳經(jīng)酸化分離產(chǎn)生的油脂。食用油生產(chǎn)加工過程中約副產(chǎn)10％左右的皂腳油，全國皂腳油產(chǎn)量約150～200萬噸／年，一般情況下每噸皂腳油能加工生產(chǎn)0.4噸酸化油。酸化油中游離脂肪酸含量一般在50％以上，可皂化組分在85％以上?？勺鳛橹参锊裼驮稀?.4.4糧食加工副產(chǎn)油脂糧食加工副產(chǎn)的油脂利用最成功的是玉米加工副產(chǎn)的玉米胚芽油，可加工生產(chǎn)高品質(zhì)的食用油。我國每年稻谷加工中將副產(chǎn)米糠5000多萬噸，包括稻殼、稻糠等，米糠含油量一般在11％左右，如果全部加工可生產(chǎn)500萬噸／年左右米糠油。而米糠油易酸敗，對加工食用油影響很大，但對脂肪酸甲酯影響小，因此米糠油作為生物柴油原料很有發(fā)展前景。3.4.5木本油料我國現(xiàn)已查明的油料植物(種子植物)種類為151~697屬1554種，其中種子含油量在40％以上的植物有154種。目前，可用作建立良種供應(yīng)基地的脂肪酸甲酯木本植物僅幾種，如：大戟科的麻瘋樹，漆樹科的黃連木，無患子科的文冠果，山茱萸科的光皮樹等。表3給出了有代表性的主要木本油料樹種的含油以及分布情況。木本油料植物在我國分布不均勻。以秦嶺、太行山為大致區(qū)分南北的界限，則油脂植物的1／4種類分布于我國北方，3／4的種類分布于南方。北方的少數(shù)種類則常常占有廣大的分布區(qū)。以目前種植面積最大的麻瘋樹為代表分析木本油料作為脂肪酸甲酯原料的種植以及成本情況。麻瘋樹，又名小桐子、小油桐，屬大戟科麻瘋樹屬，落葉小喬木或灌木，樹高2～5米，全株有灰白色乳汁，內(nèi)含大量毒蛋白。種植3年后開始結(jié)果，5年成熟，可持續(xù)20年。目前，對麻瘋樹資源的開發(fā)利用，大多還停留在野生資源的利用階段，優(yōu)良種子的培育還在育苗、栽培階段，大面積種植雖已開始，但是規(guī)?；_花掛果還需要時問。麻瘋樹抗災(zāi)能力不強(qiáng)，在貴州省羅甸有些種苗在前幾年冰凍時被凍死?！笆晃濉蔽覈ㄔO(shè)能源林示范基地1200萬畝；到2020年，能源林達(dá)到2億畝，可以提供600萬噸脂肪酸甲酯。3.4.6其他原料——工程微藻微藻是指一些微觀的單細(xì)胞群體，是最低等的、自養(yǎng)的放氧植物，是水生植物的一種。含油微藻是微藻的一類，化學(xué)成分除油脂外，還有纖維素、木質(zhì)素和蛋白質(zhì)等，通過溶劑浸漬或超臨界CO，萃取技術(shù)，可以獲得微藻細(xì)胞中的油脂。當(dāng)前，國內(nèi)外有許多科學(xué)家在探索新的藻種，并研制“工程微藻”，希望能實現(xiàn)規(guī)?；B(yǎng)殖，降低成本，為獲得油脂資源提供一條可靠的途徑。美國國家可再生能源實驗室(NREL)通過現(xiàn)代生物技術(shù)制成“工程微藻”，實驗室條件下脂肪質(zhì)含量高達(dá)60％，戶外生產(chǎn)也可達(dá)40％，而一般自然微藻的脂肪質(zhì)含量為5％～20％。預(yù)計每英畝(1英畝=6．07畝)“工程微藻”可年產(chǎn)40～100桶脂肪酸甲酯。清華大學(xué)等通過異養(yǎng)轉(zhuǎn)化細(xì)胞工程技術(shù)獲得了高脂含量的異養(yǎng)小球藻細(xì)胞，其脂類化合物含量高達(dá)細(xì)胞干重的55％；中國科學(xué)院植物研究所和中國科學(xué)院水生生物研究所，通過基因工程在較短的時問內(nèi)也開發(fā)出了高產(chǎn)的油藻品種；青島海洋大學(xué)通過十幾年的淡水及海水藻類物質(zhì)的研究，已積累了海洋藻類研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的經(jīng)驗。表4為海藻與幾種農(nóng)作物產(chǎn)油量的對比。由表4可知，海藻的產(chǎn)油量是大豆的223倍，因此含油微藻的開發(fā)具有重要意義，被稱為第三代生物燃料。微藻油脂生產(chǎn)擺脫了對耕地資源的依賴，而且可以實現(xiàn)工廠化操作，有利于集中生產(chǎn)大量油脂，建設(shè)大型脂肪酸甲酯裝置，但微藻油脂實現(xiàn)工業(yè)化還存在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的問題。據(jù)新加坡化學(xué)與工程研究院介紹，在現(xiàn)行市場價格條件下，微藻生物質(zhì)原料成本5000美元／噸，而現(xiàn)行的原油價格為500～600美元／噸。海藻生物質(zhì)燃料應(yīng)重點研究，是重要的脂肪酸甲酯資源。雖然脂肪酸甲酯的原料來源比較多樣，但各種原料是非常有限的，就算把他們加起來也難以滿足人類對燃油的需求。拿產(chǎn)量最大的油料作物來說，雖然我國現(xiàn)有油料作物年產(chǎn)油脂1000萬噸以上，但尚不足以滿足國內(nèi)食油消費市場需求，近幾年油脂進(jìn)口逐年增加，成為全球最大的食用油進(jìn)口國。與此同時，我國的交通運(yùn)輸，每年大概要6400萬噸燃油，而且還在以每年30%的速度遞增。如果想用脂肪酸甲酯完全替代石油燃料來滿足我國的運(yùn)輸需求，那需要種植多少油料作物見下表（表4）從上表不難發(fā)現(xiàn)，只有微藻才可能將石化柴油完全替代掉。作為新一代柴油原料，微藻擁有很多優(yōu)勢種類繁多廣泛分布于淡水和海水中。全球已經(jīng)鑒定的微藻大約有40000種，而且其數(shù)量還在不斷的增加。相對于傳統(tǒng)油料作物，微藻具有生物量大、生長周期短。微藻的生長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于陸生作物，一般微藻在24h內(nèi)其生物量就可以加倍，在指數(shù)生長期的生物量倍增時間一般為3.5h。微藻油的成分與植物油相似，是植物油的替代品，可直接運(yùn)用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)生物柴油。一般微藻的含油量都可達(dá)20%~50%，部分微藻的含油量可以超過其干質(zhì)量的80%（見表5）微藻能用海水培養(yǎng)，能耐受沙漠、干旱地、半干旱地的極端環(huán)境，不占用耕地，因此不會對糧食作物的生產(chǎn)構(gòu)成威脅。微藻能吸收并利用工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中排放的大量二氧化碳和氮化物或從廢水中取得氮、磷等，有利于改善環(huán)境。微藻盡管是在液體中培養(yǎng)，但與傳統(tǒng)的油料作物比較，只需要少量的灌溉用水。微藻的生物化學(xué)成分可以通過環(huán)境條件的改變加以調(diào)節(jié)，從而提高含油量。能生產(chǎn)出有高附加值的副產(chǎn)品，如生物高聚物、蛋白質(zhì)、色素、動物飼料、酒精、氫氣等。綜上述，本次設(shè)計選用的原料為工程微藻所產(chǎn)出的油脂。第四章工藝方案的選擇及論證4.1工藝方案的確定4.1.1物理法直接混合法就是將植物油脂與石化柴油直接混合由于柴油代用燃料。經(jīng)過長期的使用過程中，發(fā)現(xiàn)直接使用植物油脂作燃料存在著很多問題，諸如燃料中的積碳和潤滑油污染等。以油脂作為燃料，另一個缺點就是植物油脂尤其是動物油脂的粘度很高，通常是石化燃料的11~17倍。因此，直接以動植物油脂與石化柴油混合為燃料動力的柴油機(jī)并沒有在世界范圍內(nèi)推廣使用。4.1.2化學(xué)法化學(xué)法制備脂肪酸甲醋是采用動植物油脂與甲醇，在酸性或堿性催化劑和高溫下發(fā)生醋交換反應(yīng)，生成脂肪酸甲醋和甘油。酸催化醋交換反應(yīng)要比堿催化醋交換反應(yīng)慢，所用酸有硫酸、鹽酸、磷酸、有機(jī)磺酸、固體超強(qiáng)酸等。當(dāng)用作脂肪酸甲醋的原料酸值較高時，一般選用酸催化醋交換反應(yīng)。YanLi}}}等采用一種超強(qiáng)催化劑5042-/Zr02-Ti02/La3十，在原料油游離脂肪酸含量高達(dá)60%時候，能同時有效的催化醋交換反應(yīng)和醋化反應(yīng)。當(dāng)醇油摩爾比是15:1、催化劑用量為5%、反應(yīng)溫度2000C、反應(yīng)時間為2小時時，將產(chǎn)品進(jìn)行GC-MS分析，脂肪酸甲醋含量達(dá)到%.24%oSatoshiFuruta}lo]究研了固體超強(qiáng)酸催化劑硫酸錫、氧化錯、鎢酸錯等催化大豆油與甲醇進(jìn)行醋交換反應(yīng)。結(jié)果顯示鎢酸錯一鋁是一種很有前景的酸催化劑，在溫度200-3000C、常壓下，酉旨交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率超過90%。徐偉等采用固體超強(qiáng)酸5042一/Ti02-Fe}04為催化劑，選用餐飲廢油脂為原料與甲醇醋交換反應(yīng)制備脂肪酸甲醋，結(jié)果表明，在溫度700C、反映時間5小時條件下，酉旨轉(zhuǎn)化率達(dá)82.9%，建立了餐飲廢油生產(chǎn)脂肪酸甲醋的綠色工藝。堿催化醋交換反應(yīng)是目前工業(yè)上用得最多的脂肪酸甲醋的制備方法。其中所用堿包括NaOH,KOH、各種碳酸鹽及鈉和鉀的醇鹽等。堿催化醋交換反應(yīng)，產(chǎn)物脂肪酸甲醋收率很高，但是對原料的要求比較苛刻，特別要求原料的水分含量要很低。SanjibKK等以KOH為催化劑，催化不可食用的Pongaiapinnata油與甲醇醋交換反應(yīng)，結(jié)果在醇油摩爾比10:1,溫度600C條件下，甲醋得率高達(dá)92%。以四氫吠喃作共溶劑時，甲醋得率增加到95%。劉偉偉等]以橡膠籽油為原料，采用高溫氣相醋化酒旨交換法制備脂肪酸甲醋。在催化劑(KOH)用量為油重的1.0%、甲醇用量為油重的5%、反應(yīng)溫度600C條件下反應(yīng)90分鐘，酉旨交換轉(zhuǎn)化率達(dá)到93.0%。劉學(xué)軍等研究了以甲醇鈣固體堿催化劑催化菜籽油和甲醇醋交換反應(yīng)制備脂肪酸甲醋的反應(yīng)性能，分析了甲醇鈣的比表面積、總孔體積、平均孔徑和熱穩(wěn)定性，結(jié)果表明，甲醇鈣熱穩(wěn)定性好，堿性強(qiáng);在催化劑用量為2.0%、反應(yīng)溫度650C,醇油摩爾比為22:1、反應(yīng)時間2.5小時的條件下，脂肪酸甲酉旨產(chǎn)率達(dá)95%o可見，化學(xué)法制備脂肪酸甲醋的醋交換率可高達(dá)90%以上，盡管化學(xué)法有這么高的產(chǎn)率，但是用化學(xué)法制備脂肪酸甲醋存在能耗高、甲醇用量大、對環(huán)境造成污染等缺點。4.1.3酶交換法工業(yè)上脂肪酸甲醋的制備方法主要是醋交換法。在醋交換反應(yīng)中，油脂(直鏈脂肪酸三甘油醋)與甲醇在催化劑的作用下發(fā)生醋交換反應(yīng)得到脂肪酸甲醋和甘油。酉旨交換反應(yīng)分為化學(xué)法(酸催化、堿催化)、酶催化法、超臨界醋交換等。酉旨交換反應(yīng)如式1.1所示。醋交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，分三步進(jìn)行，如式(C1.2)一((1.4)所示。按化學(xué)計量式計算，1moL三甘油醋需要3moL甲醇，由于是可逆反應(yīng)，為提高轉(zhuǎn)化率，醇油摩爾比一般應(yīng)大于3。酶催化法即用脂肪酶為催化劑，催化動植物油脂與甲醇進(jìn)行醋交換反應(yīng)，生成脂肪酸甲醋和甘油。目前，酶法是最具有前景的脂肪酸甲醋制備方法，吸引了眾多國內(nèi)外研究者的注意力。現(xiàn)將各方法的特點比較如下表1.1所示。4.2工藝方案的選擇目前，脂肪酸甲酯的生產(chǎn)工藝歸結(jié)起來主要有三種方法：物理法、化學(xué)法和高溫裂解法。在物理法脂肪酸甲酯生產(chǎn)技術(shù)方面，主要是利用了動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。與物理方法不同，化學(xué)法脂肪酸甲酯技術(shù)就是將動植物油脂進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化，改變其分子結(jié)構(gòu)，使主要組成為脂肪酸甘油酯轉(zhuǎn)換成為分子量僅為其1/3的脂肪酸低碳烷基酯，使其從根本上改善流動性和年度，適合用作脂肪酸甲酯內(nèi)燃機(jī)的燃料。酯化和酯交換是脂肪酸甲酯的主要生產(chǎn)方法。酯交換法主要包括均相催化法、非均相催化法、生物催化法和超臨界發(fā)等。由于物理方法生產(chǎn)的脂肪酸甲酯是一種分散的多相體系，一直存在穩(wěn)定性的問題，而且其物化性能指標(biāo)難以控制，因此物理法生產(chǎn)脂肪酸甲酯在物柴油產(chǎn)業(yè)中所占比重很小?；瘜W(xué)法生產(chǎn)的脂肪酸甲酯完全改變了物理法生產(chǎn)脂肪酸甲酯的物性狀況，成為完全均勻的液態(tài)產(chǎn)品，年度也得到大幅度降低，而且能與石化柴油以任意比互溶，形成單一的均相體系，其使用技術(shù)更多地體現(xiàn)在脂肪酸甲酯產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范上。因此，選酯交換法制備脂肪酸甲酯.4.3工藝的論證4.3.1實驗內(nèi)容由于游離脂肪酶在使用過程中，存在一些不足，如:酶的穩(wěn)定性較差在溫度、pH和無機(jī)離子等外界因素的影響下，容易變性失活;酶與底物反應(yīng)結(jié)束后，即使酶仍有較高的活力，也難于回收利用，這樣一次性使用酶的方式，不僅使成本較高，而且難于連續(xù)化生產(chǎn);游離酶反應(yīng)結(jié)束后成為雜質(zhì)與產(chǎn)物混在一起，給進(jìn)一步的分離純化帶來一定的困難。固定化脂肪酶則具有可以回收、重復(fù)利用、穩(wěn)定性高、產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點。因此，本章才用固定化脂肪酶催化菜籽油與甲醇進(jìn)行酷交換反應(yīng)制備脂肪酸甲酷。4.3.2實驗試劑固定化脂肪酶:實驗室自制;菜籽油(鯉魚牌):市售;甲醇、聚乙烯醇(聚合度1799、氫氧化鉀，95%乙醇、硫代硫酸鈉、氫氧化鈉、硫酸、碘化鉀、高碘酸鉀、可溶性淀粉、無水乙醇、乙醚等均為分析純。4.3.3實驗儀器BT423S精密天平，SHA-B恒溫振蕩培養(yǎng)箱，JJ-2組織勻漿搗碎eppendorf,Centrifuge5810R高速離心機(jī)。4.3.4實驗方法4.3.4.1固定化脂肪酶的制備取1OmL質(zhì)量濃度為1.25%的海藻酸鈉溶液，再加入SmL脂肪酶酶液，兩者混勻后，用注射器滴入到12%的氯化鈣溶液中，浸泡1個小時后，真空抽濾，用緩沖溶液洗滌凝膠表面鈣離子，再用蒸餾水洗滌，干燥，得球狀固定化脂肪酶。酯交換反應(yīng)將9.06克菜籽油與一定量2%的聚乙烯醇溶液經(jīng)組織搗碎機(jī)勻漿乳化，向1OOmL具塞三角瓶加入該乳化液和適量的甲醇，置于自動控溫的搖床中加熱，至一定溫度后加入適量的固定化脂肪酶開始反應(yīng)，一定時間后終止反應(yīng)。將混合液移入分也漏斗中進(jìn)行分離，分出下層甘油層。上層甲酷層首先進(jìn)行常壓蒸餾回收過量甲醇，然后10000r/min高速離心，分出上層甲酷層。4.3.3分析方法在有水分存在的微乳液反應(yīng)體系中，油脂既可以和甲醇發(fā)生醇解反應(yīng)生成甘油和脂肪酸甲酷，又可以發(fā)生部分水解反應(yīng)生成甘油和脂肪酸，脂肪酸又能和甲醇發(fā)生酷化反應(yīng)生成脂肪酸甲酷和水。本文通過測定反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品酸價計算產(chǎn)物中脂肪酸甲酷含量。(1)轉(zhuǎn)化率的測定利用皂化一高碘酸氧化法測定產(chǎn)物中的甘油含量。由于甘油產(chǎn)率等于原料的轉(zhuǎn)化率，采用下式計算得到原料和產(chǎn)品中的甘油含量。4.3.4脂肪酸甲醋的GC/MS分析色譜條件:色譜柱為Rtx-SMS(3OmX0.25mmX0.25um);汽化室溫度:2800C;程序溫:160℃保持2分鐘，以80C/分鐘升到2500C，保持16分鐘;分流比:30:1;載氣為氮氣，量:1.OOmL/min，進(jìn)樣量:luL。質(zhì)譜條件:質(zhì)量掃描范圍:55-SSOu;電離方式:EI,70eV;離子源溫度:2000C，傳輸線溫度:2800C;溶劑延長時間:3.Smin。4.3.5反應(yīng)結(jié)果分析4.3.5.1單因素試驗結(jié)果與討論(1)水分含量對酷交換反應(yīng)的影響為考察水分含量對酷交換反應(yīng)的影響，選取固定化脂肪酶400ILT/g、反應(yīng)時間16h,反應(yīng)溫度400C、醇油摩爾比6:1，不同水分含量對反應(yīng)轉(zhuǎn)換率、產(chǎn)品酸價、甲酷得率的影響。結(jié)果如表4.1所示。從圖4.1可以看出，當(dāng)水分含量低于35%時，隨著水分含量的增加，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率增大，酸價變化不大，甲酷得率逐漸增加，當(dāng)水分含量超過35%時，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率變化不明顯，酸價變化加大，甲酷得率反而逐漸減小。這是因為適量的水分可以使甲醇分子分散的接近酶分子，降低了甲醇對酶分子的毒性，有利于酷交換反應(yīng)的進(jìn)行;適量的水分可以降低酷交換反應(yīng)產(chǎn)物甘油的濃度，有利于可逆反應(yīng)向右進(jìn)行;當(dāng)水分過量時，增加了副反應(yīng)水解反應(yīng)的進(jìn)行，不利于酷交換反應(yīng)。但是過量水的加入則加大了油脂發(fā)生酶促水解反應(yīng)的可能，因此水分含量對反應(yīng)的影響很顯著，當(dāng)水分含量35%時，甲酷得率最高。(2)醇油摩爾比對酷交換反應(yīng)的影響為了考察醇油摩爾比對酷交換反應(yīng)的影響，選取固定化脂肪酶400ILT/g、反應(yīng)時間16h、反應(yīng)溫度400C，水分含量35%，同醇油摩爾比對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品酸價、甲酷得率的影響。結(jié)果如表4.2所示。從圖4.2可以看出，當(dāng)反應(yīng)體系中水分含量一定時，隨著甲醇用量的增加，轉(zhuǎn)化率先逐漸增大，當(dāng)醇油摩爾比達(dá)到6:1時，轉(zhuǎn)化率最大，此時產(chǎn)品酸價也較大，再增加甲醇用量時，轉(zhuǎn)化率則逐漸減小，產(chǎn)品酸價也隨著甲醇用量的增加而逐漸減小，當(dāng)醇油摩爾比8:1時候，甲酷得率最大。這是因為適量的增加甲醇用量有利于酷交換反應(yīng)的進(jìn)行，但甲醇過量的話，則會體現(xiàn)出短鏈醇對酶的毒害作用。由圖還可看出，雖然反應(yīng)轉(zhuǎn)化率隨著甲醇用量的增大而減小，但減小得不明顯，說明甲醇對固定化酶的毒害不如游離酶那么明顯。(3)溫度對酷交換反應(yīng)的影響為了考察溫度對甲酷得率的影響，選取水分含量35%、固定化脂肪酶400ILT/g、反應(yīng)時間16h、醇油摩爾比8:1，不同溫度對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品酸價、甲酷得率的影響。結(jié)果如表4.3所示。從圖4.3可以看出，溫度對酷交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率影響顯著，對酸價影響不明顯。隨著反應(yīng)溫度的升高，酉旨交換反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、甲酷得率隨著增高，當(dāng)溫度達(dá)到450C時，轉(zhuǎn)化率、甲酷得率達(dá)到最高。當(dāng)溫度超過450C時，轉(zhuǎn)化率、甲酷得率隨著溫度的升高而降低，這是由于在一定的溫度范圍內(nèi)，溫度的升高，使得反應(yīng)底物碰撞頻率增大，，酶促酷交換反應(yīng)速度加快，但超過一定范圍，高溫使脂肪酶蛋白變性失活;同時高溫使甲醇對酶的毒性增加;高溫使甲醇容易揮發(fā)等，導(dǎo)致轉(zhuǎn)化率逐漸下降。因此反應(yīng)溫度選取450C時，甲酉旨得率最高。(4)固定化酶用量對酷交換反應(yīng)的影響為了考察固定化酶用量對酷交換反應(yīng)的影響，選取水分含量35%、反應(yīng)時間16h,醇油摩爾比8:1、反應(yīng)溫度450C，不同脂肪酶用量對反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品酸價、甲酷得率的影響。結(jié)果如表4.4所示。由圖4.4可知，當(dāng)固定化酶用量低于400IU/g時，酉旨交換反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品酸價、甲酷得率都隨著固定化酶用量的增加而增大，當(dāng)酶用量達(dá)到400IU/g時，再增加酶量，各反應(yīng)指標(biāo)不再有明顯的變化。這是因為酶促酷交換反應(yīng)時，在一定的酶濃度范圍內(nèi)，由圖4.5可知，當(dāng)反應(yīng)時間低于20h時，酉旨交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、甲酷得率均隨著反應(yīng)時間的延長而增大，產(chǎn)品酸價變化不明顯，當(dāng)反應(yīng)時間超20h時，再延長反應(yīng)時間，各反應(yīng)指標(biāo)變化均趨于穩(wěn)定。這是因為，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定時間后，反應(yīng)體系中的反應(yīng)底物甲醇和甘油三酷濃度都減小，再延長反應(yīng)時間，酉旨交換反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和甲酷得率也不會有太大變化。因此反應(yīng)時間選20h最佳。4.4工藝流程圖（ASPENPLUS)第五章廠址選擇5.1廠址選擇的原則1、符合國家和地區(qū)工業(yè)布局以及地方的城市規(guī)劃要求；2、廠址所在地應(yīng)原料、公用工程供應(yīng)和產(chǎn)品銷售便利的地區(qū)；3、廠址應(yīng)有良好的水源、水質(zhì)，能夠滿足工廠的生活用水和工業(yè)用水需要；4、廠址應(yīng)有良好的交通運(yùn)輸條件，具有良好的水運(yùn)、鐵路和公路運(yùn)輸路線；5、選廠應(yīng)注意節(jié)約用地，合理布局，并應(yīng)有發(fā)展的可能性；6、廠址應(yīng)盡量靠近熱電供應(yīng)地，盡量滿足工廠的供電供熱要求；7、選廠應(yīng)注意環(huán)保，并對工廠投產(chǎn)后對于環(huán)境可能造成的影響作出預(yù)評價；8、盡量要有污水處理廠或排污河流，滿足工廠排水要求；9、廠址選擇還應(yīng)應(yīng)綜合考慮建設(shè)成本和營運(yùn)成本問題；10、地形、地質(zhì)和氣候條件滿足建廠要求。5.2選擇的方法廠址選擇通常分為兩個階段：1、確定選址范圍和建廠地點。側(cè)重考慮廠址的外部區(qū)域經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件，包括：距離原材料、燃料動力基地和消費地的遠(yuǎn)近；與各地聯(lián)系的交通運(yùn)輸條件；當(dāng)?shù)氐膹S際生產(chǎn)協(xié)作條件；供水、排水及電源的保證程度；原有城鎮(zhèn)基礎(chǔ)和職工生活條件；有否可供工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展、工業(yè)成組布局和城鎮(zhèn)發(fā)展的場地；是否與城鎮(zhèn)規(guī)劃及區(qū)域規(guī)劃相協(xié)調(diào)；土地使用費用、建筑材料來源及施工力量等。2、確定廠址最后具體位置。主要考慮項目設(shè)計任務(wù)書和廠區(qū)總平面布置的有關(guān)要求及投資約束條件。包括：廠址場地條件，如建設(shè)用地的面積與外形、地勢坡度、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)狀況、地震裂度、災(zāi)害性威脅（如土石方量、洪水、泥石流等），土地征用的數(shù)量、質(zhì)量及處理難度，廠址下有無礦藏等；距水源地的遠(yuǎn)近和給排水的揚(yáng)程；修建鐵路專用線、廠外公路等交通設(shè)施的工程量與投資；供電、供熱設(shè)施的工程量及投資；距已有城鎮(zhèn)生活區(qū)與公共服務(wù)設(shè)施的遠(yuǎn)近；“三廢”排放對城鎮(zhèn)和周圍環(huán)境的影響及環(huán)保費用等。廠址一經(jīng)選定，不僅對所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)建設(shè)和環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生重要影響，而且直接關(guān)系到新建項目的基本建設(shè)投資和建廠速度，并長期影響企業(yè)的經(jīng)營、管理等經(jīng)濟(jì)效果。5.3選址結(jié)果及分析初步設(shè)定廠址位于衡陽市。衡陽市，是湖南省所屬地級市，因地處南岳衡山之南而得此名。因“北雁南飛，至此歇翅?；亍?，棲息于市區(qū)回雁峰，故雅稱“雁城”。2011年，衡陽城市建成區(qū)面積達(dá)158平方公里，中心城區(qū)戶籍人口180萬，步入中國特大型城市行列，是湖南省、華南北部地區(qū)（湘中南、贛南、粵北、桂北）中心城市、湘南經(jīng)濟(jì)文化中心。衡陽市現(xiàn)為湖南省廣場最多的城市，是湖南省重要的交通、商貿(mào)、科教城市、國家老工業(yè)基地、中國優(yōu)秀旅游城市。衡陽市轄5區(qū)5縣，代管2縣級市，是湖南省域副中心城市，是中南地區(qū)重要的工業(yè)城市，是國家承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)以及全國加工貿(mào)易重點承接地。衡陽歷史悠久，人文景觀與自然景觀遍布，是中國優(yōu)秀旅游城市、中國抗戰(zhàn)紀(jì)念城。衡陽交通便利，瀕臨湘江，多條公路、鐵路干線在此交會，衡陽南岳機(jī)場也將在2014年6月通航，衡陽是湖南省以及中南地區(qū)重要的交通樞紐之一。衡陽位于中國中南地區(qū)中心，東鄰株洲，南抵郴州，西南接永州，西北挨邵陽，北達(dá)婁底、湘潭，面積15310平方公里；衡陽景色迷人、氣候溫和，是江南湘江流域一個交通、商貿(mào)、文教發(fā)達(dá)的區(qū)域中心城市。相傳北方的大雁因懼怕塞外凜冽的寒風(fēng)，便成群結(jié)隊往南遷徙，飛越千山萬水，來此氣候溫和，風(fēng)景秀麗之地，安營扎寨、停歇棲息，這就是雁城衡陽。大雁經(jīng)常聚集在回雁峰下的湘江灘岸上，即瀟湘八景之“平沙落雁”。今回雁峰石刻載：某年冬天有群大雁棲息于衡陽某山，因一雄雁被獵人射死，一雌雁也撞死山頭，故不肯飛走，整日在城市上空哀鳴，發(fā)出很凄切悲涼之聲。人們不知怎么回事？過了冬，怎么驅(qū)趕都不飛走。時任縣令就貼出一張懸賞榜來解決。后來，回雁峰某長者聽出了大雁的哀鳴聲很悲傷，就到大雁經(jīng)常棲息的地方走訪獵戶?？从姓l有沒有射死大雁，并找到那獵人揭了榜。于是，縣令懲罰了那個獵人，并頒布法令：不準(zhǔn)射殺大雁，且在山上雕筑大雁像立碑挽詩及在雁峰寺焚香三日超渡，那群大雁才飛走。此后每年大雁南飛，飛經(jīng)雁峰山仿佛都聽到那雙死去大雁哀鳴招喚聲，都不再南飛，便棲息在雁峰上渡冬。不少文人墨客都在寺內(nèi)題寫不少挽雁詩。故范仲淹詞云：“衡陽雁去無留意”，至今衡陽民間有不準(zhǔn)射殺大雁的習(xí)俗。衡陽“雁城”之名由來已久，有關(guān)詩詞也是很多，比較著名的有初唐四杰之一的王勃《滕王閣序》中“漁舟唱晚，響窮彭蠡之濱；雁陣驚寒，聲斷衡陽之浦”、范仲淹的《漁家傲》中“塞下秋來風(fēng)景異，衡陽雁去無留意”、王安石亦有“萬里衡陽雁，尋常到此回”。衡陽市處于湖南省凹形面軸帶部分。周圍環(huán)繞著古老宕層形成的斷續(xù)環(huán)帶的嶺脊山地，內(nèi)鑲大面積白堊系和下第三系紅層的紅色丘陵臺地，構(gòu)成典型的盆地形勢。衡陽盆地南高北低。盆地南面地勢較高，1000米以上的山中東西連綿數(shù)十公里；盆地北面相對偏低，衡山山脈雖較高，但各峰呈峰林狀屹立于中間，其東西兩側(cè)都有較低的向北通道，其東側(cè)的湘江河谷兩岸海拔高度均在100米以下。整個地形由西南向東北復(fù)合傾斜，而盆地由四周向中部降低，呈現(xiàn)1000米、800-700米、400-300米、150米四級夷為平面。四周山丘圍繞，中部平崗丘交錯自然氣候氣候條件衡陽市上半年氣溫延續(xù)近10年來偏高的特點，主要原因是冬季偏暖，而春季氣溫也一再偏高。這有利于越冬、春作物的播種，同時影響環(huán)境和人類及各種生物的生活規(guī)律，如：候鳥提前北歸、作物過早發(fā)芽。入春后降水較集中，影響春收和春插。下半年氣候基本趨勢：夏秋季節(jié)雨水充沛，比較涼爽，雨季結(jié)束不明顯，與上半年的暖冬事件有較好的相關(guān)性，是厄爾尼諾現(xiàn)象導(dǎo)致氣候異常變化的重要表現(xiàn)。自然資源衡陽資源豐富、物產(chǎn)眾多、開發(fā)前景誘人，是全國著名的“有色金屬之鄉(xiāng)”、“非金屬之鄉(xiāng)”和“魚米之鄉(xiāng)”。以紅壤、紫色土為主的土地資源極為適合農(nóng)、林、漁業(yè)的發(fā)展。全市糧食、油料、經(jīng)濟(jì)作物共有10余類、1100多個品種；在林木資源中，現(xiàn)有原始次森林多處，以岐山原始次森林一直為學(xué)術(shù)界所關(guān)注，并作為教學(xué)研究基地。全市有樹種1047種，其中珍稀樹種12種；其中楠木為國家一級保護(hù)樹種;屬國家二級保護(hù)的有香果樹、伯樂樹、蓖子三尖杉、金錢松、傘花木等樹種?；ɑ苤参镉胁杌?、芙蓉等240余種；藥用植物有丹皮、白芍等500余種。全市水能資源理論蘊(yùn)藏量約88萬千瓦，可開發(fā)點有544處，可開發(fā)量約為64萬千瓦。經(jīng)濟(jì)概況工業(yè)發(fā)展衡陽在計劃經(jīng)濟(jì)時期被定位為國家裝備工業(yè)基地，20世紀(jì)50-80年代，與唐山、徐州、綿陽、錦州為中國五大二類工業(yè)重鎮(zhèn)、湖南工商業(yè)中心，是外地人的“工作首選地”。90年代，衡陽國有大中型企業(yè)紛紛步入困境，企業(yè)破產(chǎn)，職工下崗，被衡陽人戲稱“消失的十年”。隨著國企改制的推進(jìn)，以特變電工為代表的外來資本紛紛兼并重組衡陽本地企業(yè)，緊接著伴隨著國企整合的大趨勢下，中鋼集團(tuán)投資20億元整合衡陽有色冶金機(jī)械廠；中建材總投資50億元在衡陽打造以水泥、玻璃、陶瓷、石膏板材四大產(chǎn)業(yè)為重點的高附加值新能源建材基地；五礦集團(tuán)增資10億使得千年老礦水口山進(jìn)入央企，在衡陽投資50億元新上年產(chǎn)40萬噸電解銅項目，新增產(chǎn)能200億元，打造南中國有色金屬基地。招商局物流集團(tuán)湘臺會上簽約入衡。與此同時，中鹽、中核、中油、國電等16家央企和富士康、歐姆龍、中興通訊紛紛來衡落戶。輸變電制造、鹽鹵化工及精細(xì)化工、有色金屬冶煉及深加工、鋼鐵冶煉及管材深加工、汽車及零部件等為衡陽五大產(chǎn)業(yè)集群和機(jī)械裝備制造、輕紡及釀酒食品加工、電子信息及新材料、生物制藥、非金屬及建材等為衡陽五大特色產(chǎn)業(yè)。大型企業(yè)全球最大的無縫鋼管生產(chǎn)基地——衡鋼集團(tuán)全球最大的IT代工企業(yè)生產(chǎn)基地一一富士康衡陽工業(yè)園(富士康工業(yè)新城)全球知名的自動化控制及電子設(shè)備制造廠商一一歐姆龍精密電子衡陽有限公司中國最大的特高壓輸變電設(shè)備的研發(fā)制造基地和系統(tǒng)集成基地——特變電工衡陽變壓器有限公司世界鉛都、中國鉛鋅工業(yè)的搖籃——水口山有色金屬集團(tuán)有限公司中國裝備制造業(yè)大型骨干企業(yè)——中鋼集團(tuán)衡陽重機(jī)有限公司中國最大的50家交通運(yùn)輸企業(yè)之一、湖南省最大的運(yùn)輸企業(yè)——衡汽集團(tuán)中國重要核原料生產(chǎn)基地——中核集團(tuán)二七二鈾業(yè)有限責(zé)任公司（原中核二七二廠）中南地區(qū)最大的銅陽極板生產(chǎn)基地、湖南省有色金屬行業(yè)10強(qiáng)企業(yè)——衡陽市金虎銅業(yè)有限公司湖南省最大的火力發(fā)電廠——大唐集團(tuán)耒陽電廠中南地區(qū)鑄鋼件生產(chǎn)能力最大的廠家——衡陽中鋼衡重鑄鍛有限公司全國最大的陶瓷生產(chǎn)基地——衡利豐陶瓷有限公司全國最大的梳篦生產(chǎn)企業(yè)——衡陽市天天見梳篦實業(yè)集團(tuán)有限公司亞洲規(guī)模最大的小蘇打生產(chǎn)企業(yè)——湖南裕華化工集團(tuán)有限公司工業(yè)園區(qū)衡陽市高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)衡陽白沙洲工業(yè)園區(qū)（深圳工業(yè)園）衡陽松木工業(yè)園區(qū)衡陽鋼管深加工產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)耒陽經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)衡陽西渡經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)衡陽南岳旅游經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)衡陽云集工業(yè)園衡陽大浦工業(yè)園區(qū)衡山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)水口山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)祁東經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)社會事業(yè)教育截至2013年底，衡陽市的本科院校有南華大學(xué)、衡陽師范學(xué)院、湖南工學(xué)院、湖南交通工程學(xué)院、衡陽師范學(xué)院南岳學(xué)院、南華大學(xué)船山學(xué)院、長沙醫(yī)學(xué)院衡陽校區(qū)等。專科院校有湖南環(huán)境生物職業(yè)技術(shù)學(xué)院、湖南高速鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院、衡陽財經(jīng)工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、湖南工商職業(yè)學(xué)院、衡陽技師學(xué)院、衡陽廣播電視大學(xué)、中鋼集團(tuán)衡陽重機(jī)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、衡陽工業(yè)職工大學(xué)、湖南工業(yè)科技職工大學(xué)等。2012年衡陽市學(xué)前三年教育毛入學(xué)率為70%、小學(xué)生輟學(xué)率0.22%，初中生輟學(xué)率1.37%。全市中等職業(yè)教育學(xué)校40所，在校學(xué)生數(shù)居全省第二，其中有3所國家中等職業(yè)教育改革發(fā)展示范校，8所國家級重點中等職業(yè)學(xué)校，8所省級示范性中等職業(yè)學(xué)校，5所省示范性縣級職教中心。全市共有各類民辦教育機(jī)構(gòu)1311所，在校學(xué)生35.08萬人，教職工2.27萬人，事業(yè)發(fā)展規(guī)模居全省第二。科技2012全年衡陽市完成高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)增加值286.3億元，增長38.9%。專利申請量、授權(quán)量分別達(dá)1853件、867件，增長54.2%、3.7%。實現(xiàn)了全市省科技進(jìn)步一等獎零的突破。衡陽高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)升級為國家高新區(qū)，西渡經(jīng)開區(qū)升級省級高新園區(qū)，中南大學(xué)國家技術(shù)轉(zhuǎn)移中心設(shè)立衡陽分中心。截至2012年底，衡陽市已經(jīng)建成國家級企業(yè)技術(shù)中心3家，省級重點實驗室11家，省級企業(yè)技術(shù)中心19家，省級工程技術(shù)研究中心7家。公用工程和輔助設(shè)施方案總圖布6.1.1設(shè)計依據(jù)1、《化工企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計規(guī)范》GB50489-20092、《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計規(guī)范》GB50187—20133、《石油化工企業(yè)廠區(qū)總平面布置設(shè)計規(guī)》SH/T3053—20024、《化工工藝設(shè)計手冊》（第四版）化學(xué)工業(yè)出版社，2009年5、《化工企業(yè)建設(shè)節(jié)約用地若干規(guī)定》GB50187—20136、《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》GB50160—20087、《化工裝置設(shè)備布置設(shè)計工程規(guī)定》HG20546—20098、《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016—2010工廠總平面布置原則1、廠區(qū)布置應(yīng)充分考慮安全布局，嚴(yán)格遵守防火、衛(wèi)生等安全相關(guān)規(guī)定；2、工廠總平面布置應(yīng)考慮工廠發(fā)展的可能性、和分期建設(shè)的問題；3、工廠總平面布置應(yīng)考慮自然條件和周圍環(huán)境的影響；4、工廠總平面布置應(yīng)為施工安裝創(chuàng)造有利條件。5、工廠總平面布置必須貫徹節(jié)約用地的原則；6、工廠總平面布置應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝、公用設(shè)施和運(yùn)輸要求；總體布局本項目的廠區(qū)總平面布置是嚴(yán)格遵照6.1.2所列設(shè)計規(guī)范的要求進(jìn)行設(shè)的。根據(jù)本項目的生產(chǎn)特性、工藝要求、火災(zāi)危險性、運(yùn)輸及安全衛(wèi)生要求，結(jié)合各種自然條件和當(dāng)?shù)貤l件，需要合理布置全廠建、構(gòu)筑物，各種設(shè)施，交通運(yùn)輸路線。所以在進(jìn)行化工廠總平面布置之前，分析了全廠生產(chǎn)流程順序、各部分的生產(chǎn)特點和火災(zāi)危險性，同時考慮了廠區(qū)地形和風(fēng)向，選擇了合理的朝向，使人員集中的建筑物有良好的采光及自然通風(fēng)條件。根據(jù)廠區(qū)總平面布置要求，合理的利用和改造廠區(qū)的豎向布置和土方調(diào)配規(guī)劃；正確選擇廠內(nèi)外各種運(yùn)輸方式，合理的組織運(yùn)輸系統(tǒng)和處理人流、物流；合理的綜合布置廠內(nèi)室外地上、地下各種工程技術(shù)管線以及廠區(qū)的綠化美化設(shè)計。根據(jù)本項目的生產(chǎn)功能，可將廠區(qū)劃分為四個部分：生產(chǎn)裝置區(qū)、儲運(yùn)區(qū)、輔助生產(chǎn)及公用工程區(qū)、生活與管理區(qū)。（1）生產(chǎn)裝置區(qū)主要包括：生產(chǎn)車間、生產(chǎn)車間和生產(chǎn)車間。（2）儲運(yùn)區(qū)主要為：原料罐區(qū)、產(chǎn)品罐區(qū)、裝卸臺，倉庫等。（3）輔助生產(chǎn)及公用工程區(qū)：消防站、產(chǎn)品檢驗中心、機(jī)修室、廢水處理站控制中心、公用工程站、鍋爐房、配電站、冷凍站等。（4）生活與管理區(qū)：包括行政樓、停車場、員工活動中心、生活多功能樓（醫(yī)療室、食堂、職工宿舍等）。廠區(qū)面積廠區(qū)布置為矩形，東西方向長為502.5m，南北方向?qū)挒?62.5m，總面積為131906.25m2，建筑面積43161.3m2。廠區(qū)西側(cè)為總廠公路，北側(cè)與通往園區(qū)鐵路裝卸站的公路主干道相連。生產(chǎn)裝置區(qū)的布置根據(jù)設(shè)計規(guī)范的要求，生產(chǎn)工藝裝置集中布置在廠區(qū)的東側(cè)，形成一個或幾個裝置街區(qū)。這樣可以使工藝生產(chǎn)流程順暢，布置緊湊合理，銜接短捷，與相鄰的儲運(yùn)區(qū)、消防站等相關(guān)設(shè)施很好的協(xié)調(diào)，并有利于生產(chǎn)管理施工、安裝、檢修和安全防護(hù)。輔助生產(chǎn)及公用工程區(qū)的布置輔助生產(chǎn)及公用工程區(qū)主要分為輔助生產(chǎn)區(qū)和公用工程區(qū)。輔助生產(chǎn)區(qū)布置在生產(chǎn)裝置區(qū)的西側(cè)，離儲運(yùn)區(qū)較遠(yuǎn)，并緊臨生產(chǎn)裝置區(qū)，這可以保證該區(qū)的安全和縮短物料的管道運(yùn)輸距離。公用工程區(qū)位于生活與管理區(qū)的東側(cè)，緊鄰輔助生產(chǎn)區(qū)和生產(chǎn)裝置區(qū)，這可以最大化地合理利用管道布置，更合理的利用土地資源，減少管道回轉(zhuǎn)次數(shù)，節(jié)省管線。儲運(yùn)區(qū)的布置儲運(yùn)區(qū)布置在廠區(qū)的東北部，是廠區(qū)邊緣的安全地帶，可分為罐區(qū)和運(yùn)輸裝卸區(qū)。罐區(qū)與生產(chǎn)裝置區(qū)相鄰，運(yùn)輸裝卸區(qū)靠近北門，便于原料、燃料和產(chǎn)品等的交通運(yùn)輸。原料、燃料、材料、成品及半成品的倉庫、堆場及儲罐，應(yīng)按其儲存物料的性質(zhì)、數(shù)量、包裝及運(yùn)輸方式等條件，按不同類別，相對集中布置，并宜靠近相關(guān)裝置和運(yùn)輸線路，且應(yīng)符合防火、防爆、安全、衛(wèi)生的規(guī)定，為管理創(chuàng)造有利條件。生活與管理區(qū)由于生活與管理區(qū)流動人員密集，所以該區(qū)布置在廠區(qū)的西側(cè)，處于全年主導(dǎo)方向的上風(fēng)側(cè)，環(huán)境條件好，交通以及對外聯(lián)絡(luò)方便。生活與管理區(qū)主要包括行政樓、停車場、員工活動中心、醫(yī)療室、食堂、職工宿舍等。為了提高土地利用率，所以將行政樓、員工活動中心、醫(yī)療室、食堂、職工宿舍有效組合成綜合性多功能建筑。第二篇設(shè)計計算書第一章物料衡算1.1物料衡算依據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)基于質(zhì)量守恒定律，物料平衡方程是首先滿足的。即任何過程必須遵循質(zhì)量守衡，質(zhì)量既不會創(chuàng)造也不會消滅。因此進(jìn)行物料衡算時，首先必須確定衡算的體系。子系統(tǒng)或系統(tǒng)等物質(zhì)必須滿足:對一般體系，均可表示為：（物料積聚率）=（物料進(jìn)入率）-（物料流出率）+（反應(yīng)生成率）-（反應(yīng)消耗率）當(dāng)系統(tǒng)無化學(xué)反應(yīng)時：（物料的積聚率）=（物料進(jìn)入率）-（物料流出率）在穩(wěn)定狀態(tài)下有：（物料進(jìn)入率）=（物料流出率）2.2物料衡算任務(wù)通過對系統(tǒng)整體以及部分主要工段的詳細(xì)物料衡算，得到主、副產(chǎn)品的產(chǎn)量，原料的消耗量，“三廢”的排放量以及最后產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)等關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，對所選工藝路線、設(shè)計流程進(jìn)行定量評述，為后階段的設(shè)計提供依據(jù)。2.3物料衡算2.3.1生產(chǎn)速率的計算擬定為8000噸/年脂肪酸甲酯項目。甲醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%,脂肪酸甲酯產(chǎn)率和選擇性達(dá)到90%,脂肪酸甲酯粗品純度達(dá)90%。按開工天數(shù)年300天計算，每天24小時生產(chǎn)，平均計算得為：脂肪酸甲酯的生產(chǎn)速率：則生成脂肪酸甲酯消耗的甲醇的量為：則由甲醇消耗脂肪酶催化菜籽油的量為：換算成摩爾流量可知脂肪酶催化菜籽油摩爾流量為：按照反應(yīng)方程式:按照反應(yīng)方程式分別計算得CO2、甲醇的流量都為：31.4276kmol/h。實際生產(chǎn)過程中，合成氣中脂肪酶催化菜籽油與水的摩爾配比一般控制在1:1~1.2:1之間，所以水的摩爾流量為37.7131kmol/h。2.3.2合成工段將甲醇體與脂肪酶催化菜籽油送入第一個反應(yīng)器，操作壓力為2.25MPa，溫度為165℃，然后再進(jìn)入第二個反應(yīng)器，操作壓力為2.25MPa，溫度為165℃的反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)2.3.3脂肪酶催化菜籽油生成脂肪酸甲酯由甲醇水解生成脂肪酸甲酯工段。利用離子液體作為新型催化劑，溫度為165℃，壓力為2.25MPa。2.3.4脂肪酸甲酯精制工段來自收集槽和脫氣器的脂肪酸甲酯進(jìn)入前塔,分餾后，重組分由塔釜送往辛醇精制塔,輕組分冷凝后一部分。進(jìn)入前塔餾出物接受器，一部分回流，其余送出。由前塔釜采出的液體進(jìn)入精制塔,精制后的產(chǎn)品辛醇由塔側(cè)線采出,送至產(chǎn)品接受槽,最后送往罐區(qū)貯槽。第2章熱量衡算2.1概述通過能量衡算，以分析工程設(shè)計和操縱中能量的利用是否經(jīng)濟(jì)合理，以提高能量的利用水平。能量核算的主要思想是能量守恒，在我們的設(shè)計中，需要進(jìn)行能量衡算的主要設(shè)備有泵、換熱器、反應(yīng)器、精餾塔。

2.2熱量衡算依據(jù)

對于連續(xù)穩(wěn)定流動過程，如果沒有功的傳遞，并且動能和位能也可以忽略不計，

則可得到熱量衡算的基本方程式：

∑Q=∑Hout-∑Hin

式中：∑Q—過程換熱量之和，包括熱損失；

∑Hout—離開設(shè)備的各物料焓的總和；

∑Hin—進(jìn)入設(shè)備的各物料焓的總和；

熱量衡算就是計算在指定條件下進(jìn)出設(shè)備物料的焓值，從而確定過程傳遞的熱量，在化工廠，熱量是最常見最普遍最主要的能量傳遞的形式，因此能量衡算中熱量衡算占有重要地位。通過熱量衡算，可以確定傳入或傳出的熱量。從而求出加熱劑或冷卻劑的消耗量和各物流的溫度，并且結(jié)合設(shè)備計算還可以計算出傳熱面積的大小。2.3.能量衡算任務(wù)（一）（1）確定流程中機(jī)械所需的功率，為設(shè)備設(shè)計和選型提供依據(jù)。（2）確定精餾各工段操作中所需的熱量或冷量及傳遞速率，確定加熱劑和冷劑的用量，為后續(xù)換熱和公用工程的設(shè)計做準(zhǔn)備。（3）確定反應(yīng)過程中的熱交換量，指導(dǎo)反應(yīng)器的設(shè)計和選型。（4）最終計算出所需的能量和費用，判定工藝過程的經(jīng)濟(jì)性。2.4能量衡算任務(wù)（二）（1）確定流程中機(jī)械所需的功率，為設(shè)備設(shè)計和選型提供依據(jù)。（2）確定精餾各單元操作中所需的熱量或冷量及傳遞速率，確定加熱劑和冷劑的用量，為后續(xù)換熱和公用工程的設(shè)計做準(zhǔn)備。（3）確定反應(yīng)過程中的熱交換量，指導(dǎo)反應(yīng)器的設(shè)計和選型。（4）最終計算出所需的能量和費用，判定工藝過程的經(jīng)濟(jì)2.5能量衡算表表1-4-1脂肪酸甲酯反應(yīng)數(shù)據(jù)表表1-4-2脂肪酸甲酯反應(yīng)相平衡表1-4-3R1反應(yīng)質(zhì)量和能量平衡表1-4-4R2反應(yīng)質(zhì)量和能量平衡表1-4-5換熱器質(zhì)量和能量平衡表1-4-6分流器質(zhì)量和能量平衡表1-4-7反應(yīng)總衡算表1-4-8分流結(jié)果表1-4-9脂肪酸甲酯精餾塔表1-4-10閃蒸罐G1質(zhì)量和能量平衡表1-4-11閃蒸罐G2質(zhì)量和能量平衡表1-4-12精餾塔D1質(zhì)量和能量平衡表1-4-13精餾塔D2質(zhì)量和能量平衡第3章塔設(shè)計說明書3.1T101塔設(shè)計說明書3.1.1工藝流程及操作條件T101塔為蒸餾塔，從離心分離來的混合液25844.01kmol/h，兩塔均常壓操作。填料選用聚丙烯階梯環(huán)形填料，規(guī)格50mm×25mm×1.5mm，堆積個數(shù)10204個/m3，堆積重量58.6kg/m3，比表面積110.7m2/m3，空隙率0.936，干填料因子135m-1。經(jīng)Aspen模擬得到如下結(jié)果：塔頂溫度76.081℃，CH4O量為66.152kmol/h，H2O量為0.0346kmol/h，F(xiàn)AME量為2.068×10?26kmol/h，甘油量為8.475×10?22kmol/h，OIL量為1.968×10?43kmol/h，F(xiàn)AME、甘油、OIL的含量忽略不計。塔底溫度174.634℃，CH4O量為4.235kmol/h，H2O量為2.265kmol/h，F(xiàn)AME量為57.571kmol/h，甘油量為19.203kmol/h，OIL量為3.741kmol/h。3.1.2塔徑的計算采用貝恩霍夫泛點關(guān)聯(lián)式：對于塑料階梯環(huán)填料，A=0.204,K=1.75查石油化工實際手冊第三卷知Vs按塔內(nèi)最高流量計算。安全系數(shù)u/uf=0.73，符合要求D=0.9m合理。3.1.3塔高的計算經(jīng)Aspen模擬，T101理論塔板數(shù)NT=8，經(jīng)查得聚丙烯階梯環(huán)形填料的等板高度HETP=0.7~0.75，取0.75，則得到塔有效高度：料液在釜內(nèi)停留時間按15min考慮，裝料系數(shù)0.5。塔釜料液量：塔釜體積又因為所以為了減少塔頂出口氣體中夾帶的液體量，頂部空間一般取1.2—1.5m，本設(shè)計取1.2m。裙座取1.5m，所以塔高H=6+4.1+1.2+1.5=12.8m3.1.4液體分布器計算液體分布器液體分布器的性能主要由分布器的布液點密度（即單位面積上的布液點數(shù)），各布液點的布液布液均勻性，各布液點上的液相組成的均勻性決定設(shè)計液體分布器主要是確定決定這些參數(shù)的結(jié)構(gòu)尺寸。為使液體分布器具有較好的分布性能，必須合理確定布液孔數(shù)，布液孔數(shù)應(yīng)依所用填料所需的質(zhì)量要求決定。在通常情況下，滿足各種填料質(zhì)量分布要求的適宜噴淋點見下表，在選擇填料的噴淋點密度時應(yīng)該遵循填料的效率越高，所需的噴淋點密度越大這一規(guī)律，依所選用的填料，確定單位面積的噴淋點后，在根據(jù)塔的截面積即可求得分布器的布液孔數(shù)。布液孔數(shù)按Eckert建議值,D≥750時,噴淋點密度為50點/m2。布液點數(shù)為：n=0.785×0.92×50≈32點回流液分布器。流速系數(shù)?可取0.82~0.85，推動力液柱高度H可取0.12~0.15m以上，本設(shè)計選用?=0.83，H=0.16m3.1.5其他附屬塔內(nèi)件的選擇本裝置的直徑較小可采用簡單的進(jìn)氣分布裝置,同時排放的凈化氣體中的液相夾帶要求嚴(yán)格,應(yīng)設(shè)除液沫裝置,為防止填料由于氣流過大而液泛,應(yīng)在填料上放置一個篩網(wǎng)裝置,防止填料上浮。填料支撐板填料支撐板用于支撐塔填料及其所特有的氣體、液體的質(zhì)量，同時起著氣液流道及其體均布作用，支撐板上氣液流動阻力太大，將影響塔的穩(wěn)定操作甚至引起塔的液泛。支撐板大體分為兩類，一類為氣液逆流通過的平板支撐板，板上有篩孔或為柵板式；另一類斯氣體噴射型，可分為圓柱升氣管式的氣體噴射型支撐板和梁式氣體噴射型支撐板。平板型支撐板結(jié)構(gòu)簡單，但自由截面分率小，且因氣液流同時通過板上篩孔或柵縫，故板上存在液位頭。氣體噴射性支撐板氣液分道，即有利于氣體的均勻分配，又避免了液體在板上聚集。梁式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，裝卸方便，可提高大于塔截面的自由截面，且允許氣液負(fù)荷較大，其應(yīng)用日益受到重視。當(dāng)塔內(nèi)氣液負(fù)荷較大或負(fù)荷波動較大時，塔內(nèi)填料將發(fā)生浮動或相互撞擊，破壞塔的正常操作甚至損壞填料，為此，一般在填料層頂部設(shè)壓板或床層限制板。填料壓板與床層限制板填料壓板系借自身質(zhì)量壓住填料但不致壓壞填料；限制板的質(zhì)量輕，需固定于塔壁上。為防止在上升氣流的作用下填料床層發(fā)生松動或跳動，需在填料層上方設(shè)置填料壓緊裝置。填料壓緊裝置有壓緊柵板、壓緊網(wǎng)板、金屬壓緊器等不同的類型。對于散裝填料，可選用壓緊網(wǎng)板，也可選用壓緊柵板，在其下方，根據(jù)填料的規(guī)格敷設(shè)一層金屬網(wǎng)，并將其與壓緊柵板固定；對于規(guī)整填料，通常選用壓緊柵板。設(shè)計中，為防止在填料壓緊裝置處壓降過大甚至發(fā)生液泛，要求填料壓緊裝置的自由截面積應(yīng)大于70%。液體分布裝置液體分布裝置的種類多樣，有噴頭式、盤式、管式、槽式及槽盤式等。工業(yè)應(yīng)用以管式、槽式及槽盤式為主。管式分布器由不同結(jié)構(gòu)形式的開孔管制成，其突出的特點是結(jié)構(gòu)簡單，供氣體流過的自由截面大，阻力小。但小孔易堵塞，操作彈性一般較小。管式液體分布器多用于中等以下液體負(fù)荷的填料塔中。在減壓精餾及絲網(wǎng)波紋填料塔中，由于液體負(fù)荷較小，設(shè)計中通常用管式液體分布器。槽式液體分布器是由分流槽(又稱主槽或一級槽)、分布槽(又稱副槽或二級槽)構(gòu)成的。一級槽通過槽底開孔將液體初分成若干流股，分別加人其下方的液體分布槽。分布槽的槽底(或槽壁)上設(shè)有孔道域?qū)Ч?，將液體均勻分布于填料層上。槽式液體分布器具有較大的操作彈性和極好的抗污堵性，特別適合于大氣液負(fù)荷及含有固體懸浮物、粘度大的液體的分離場合，應(yīng)用范圍非常廣泛。槽盤式分布器是近年來開發(fā)的新型液體分布器，它兼有集液、分液及分氣三種作用，結(jié)構(gòu)緊湊，氣液分布均勻，阻力較小，操作彈性高達(dá)10：1，用于各種液體噴淋量。近年來應(yīng)用非常廣泛，在設(shè)計中建議優(yōu)先選用。氣體進(jìn)出口裝置與排液裝置填料塔的氣體進(jìn)口既要防止液體倒灌，更要有利于氣體的均勻分布。氣體出口裝置既要保證氣流暢通，又要盡量除去被夾帶的液沫。最簡單的裝置是在氣體出口處裝一除沫擋板，或填料式、絲網(wǎng)式除霧器，對除沫要求高時可采用旋流板除霧器。液體出口裝置既要使塔底液體順利排出，又能防止塔內(nèi)與塔外氣體串通，常壓吸收塔可采用液封裝置。常壓塔氣體進(jìn)出口管氣速可取10～20m/s（高壓塔氣速低于此值）；液體進(jìn)出口氣速可取0.8～1.5m/s（必要時可加大些）管徑依氣速決定后，應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)管規(guī)定進(jìn)行圓整。3.1.6吸收塔的流體力學(xué)參數(shù)的計算吸收塔的壓力降氣體通過填料層的壓力降采用Eckert關(guān)聯(lián)圖計算，其中橫坐標(biāo)為：查散裝填料壓降填料因子得：縱坐標(biāo)為查圖得填料層壓力降ΔP=490.5×22.5=11.04kPa氣體動能因子吸收塔內(nèi)氣體動能因子為：氣體動能因子在常用的范圍內(nèi)。第四章?lián)Q熱器設(shè)計說明4.1概述化學(xué)反應(yīng)過程和反應(yīng)器是化工生產(chǎn)流程中的中心環(huán)節(jié)，反應(yīng)器的設(shè)計往往占有重要的地位。反應(yīng)器設(shè)計所依據(jù)的是化學(xué)反應(yīng)工程理論，是化學(xué)反應(yīng)工程理論的實際應(yīng)用。由于化學(xué)反應(yīng)的多樣性，化學(xué)反應(yīng)工程理論在實際應(yīng)用方面尚處于發(fā)展之中，一個好的反應(yīng)器設(shè)計往往較多地倚重研究試驗工作。根據(jù)本項目所涉及的化學(xué)反應(yīng)過程的