1、本科毕业论文（20 届）年产 10 万吨生物柴油工厂生物柴油生产系统工艺设计所在学院 专业班级 化学工程与工艺 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 2 目 录摘要 .I英文摘要 .II1. 前言 .12. 设计概述 .21.1 设计依据 .21.2 设计原则 .23. 产品质量要求 .32.1. 生产能力 .32.2. 质量确定 .34. 工艺流程的确定 .43.1 工艺设计流程的论证和设计概述 .43.2 操作工艺流程参见工艺流程图 .45. 工艺参数的确定 .74.1 酯交换工序 .74.2 分离工序 .74.3 中和水洗工序： .74.4 脱醇工序： .74.5 真空干燥工
2、序： .86. 工艺计算以及设备选型： .95.1 V-101 甲醇储罐的设计 .95.2 R101 酯交换反应釜设计 .95.2.1 物料衡算： .95.2.2 热量衡算： .105.2.3 工艺计算 .115.2.4 反应釜附件计算及选型 .195.3 M101 甲酯层-甘油层液相分离器的设计 I .205.4 V-102 水洗装置的设计 .215.5 M-102 甲酯层-水层液相分离器的设计 II.225.6 V-103 蒸发釜的设计计算 .225.6.1 蒸发装置高度与底面直径 .225.6.2 蒸发装置封头选择： .235.6.3 蒸发设备辅助设备的计算及选型 .233 5.7 M-
3、103 真空干燥机的选型 .245.8 V-104 生物柴油中间储罐的设计 .245.9 P-101P-111 泵的选择 .257. 成本估算 .276.1 间固定资产估算 .276.2 原材料消耗定额及消耗量 .276.3.1 水的消耗 .286.3.2 KOH 的消耗 .286.4 动力（水、电、汽）消耗定额及消耗量表 .286.4.1 蒸汽消耗 .286.4.2 电力消耗 .286.4.3 冷却水消耗 .296.5 车间成本估算 .298. 结论 .319. 参考文献： .32致谢 .33I 10 万吨/年生物柴油工厂生物柴油生产系统工艺设计摘要本设计主要是根据已经给定的生物柴油工厂的年
4、产量及参数设计出合理生产系统工艺设计，包括酯交换反应釜的设计，甲酯相与粗甘油相的分离，水洗中和，混合甲酯的干燥精制等过程。具体包括反应釜选型和设计，搅拌装置的设计，换热设备的设计和选型，精馏塔的设计，分离器，水洗罐的选型，泵的选用等。通过对工艺系统中的各设备中的物料进行物料衡算和热量衡算，计算出各设备的工艺尺寸，包括塔高、塔径、进出接口孔径等的确定，经过一系列的工艺过程，最终能获得纯度为99.65%的生物柴油。关键词:酯交换；液相分离；水洗；甲醇精馏回收II 英文摘要The process design of a 10 tons/year biodiesel production system
5、 plantsAbstractThis design is mainly according to the given output of biodiesel plant and the parameters, including the ester exchange reaction kettle design, separation process, washing, drying, etc.Specific including refining reaction kettle selection and design calculation, stirring device design
6、, heat transmission equipment design, selection of the design of column, separator and selection of washed pot, pump selection, etc. Through the various equipment. We can process Material calculation and Heat calculation. After that, I can calculate the equipment technology dimension including high
7、tower, tower diameter, determination of access interface aperture, etc, after a series of process; we can eventually get the purity of 99.65% biodiesel.Keywords: Ester exchange; Liquid separation; Washed separation; Methanol distillation recycling1 1. 前言世界能源危机程度不断加深不断推动人们对新能源途径的寻找。生物柴油是继燃料乙醇后,第二个可望得
8、到大规模推广应用的清洁的可再生能源产品。如何生产利用现有技术制造生物柴油成为了能源领域的极有吸引力的一个课题。制约生物柴油生产的难点主要在成本上，如今世界粮食匮乏，使用食用类油作为成本非常奢侈，而非食用油的提取在成本上基本在短期内也不会下降，所以优化反应技术流程将是限制成本降低的主要原因只一。生物柴油的合成方法有直接混匀法、高温热裂解法、酯交换法、超临界甲醇法 。其1中，酯交换法作为一个相对成熟的工艺技术在生物柴油生产加工中被广泛使用。2 2. 设计概述1.1 设计依据本化工设计，以设计任务书为基础，综合所查文献，资料搜索，综合分析利用，以较新的一些科研成果为依据，参考一系列的教科书，选择了合
9、适设计方案。1.2 设计原则1.）因为设计化工厂，最重要的是安全的生产工艺，所以尽量选择成熟的已经被用作生产的技术为基础，结合工艺特点加以优化同时照顾到生产成本以确定最优方案。2.）尽可能节约能源，充分发挥工艺的效应，实现可持续的生产。3.）考虑到“三废”的后续处理，尽量在“节能”的同时“减排”，保护生产环境的安全。4.）在符合前三条的基础上，尽可能提高生产的效益，盈利最大化。3 3. 产品质量要求2.1. 生产能力该项目年产 10 万吨生物柴油，年开工日 330 天（约合 8000 小时），日产 303.03 吨。2.2. 质量确定见表（2.1） ：2表2.1柴油机调和用生物柴油质量指标指
10、标项 目S500 S50外 观 透 明 液 体 ， 无 悬 浮 物密 度 （ 20 ） ， Kg/cm3 820900运 动 黏 度 （ 40 ） /mm2) 1.96.0闪 点 ， 130水 含 量 （ 质 量 分 数 ） /% 0.05十 六 烷 值 49酸 值 （ mgKOH/g） 0.80游 离 甘 油 含 量 （ 质 量 分 数 ） /% 0.020总 甘 油 含 量 （ 质 量 分 数 ） /% 0.240最终，我们要求得到的是纯度 99.65%的生物柴油。4 4. 工艺流程的确定3.1 工艺设计流程的论证和设计概述生产过程操作分为间歇式操作和连续式操作。间歇式操作设备工艺比较简单
11、，且可以保证多品种产物的产出，然而其缺点也是不言而喻的：劳动生产率非常低，费时费力。所以间歇式的操作一般适用于产量少，品种多的生产工艺。本次设计的产量比较大，若用间歇式工艺，可能会造成设备体积过大等问题，故连续性的工艺流程是比较好的流程设计。生物柴油的制备工艺种类有不少，从工艺成熟度，设备的配合性以及效益来看，酯交换法是最好的选择，事实也正是如此，当今的生物柴油的生产工厂所用工艺也基本属于此类。酯交换反应又可分为酸催化，碱催化和两步法。为了使原料最大限度的反应，提高产品转化率，我选择“两步法”来制造生物柴油。主要的生产系统包括酯交换系统，水洗中和系统，精馏系统，分离系统。地沟油采用两步法制备的
12、生物柴油达到国家生物柴油标准要求。酯化反应设备一般选用搅拌式反应釜。反应釜的流动形式接近返混，釜内各部分组成和温度完全一致，考虑到流量要求较大，需要分釜以减少反应装置需要的体积，所以设计上选择多釜并联的生产模式。油脂和甘油的分离使用分离器。酯交换之后的油脂中因为有催化剂的存在呈碱性，因为含量不多，可以使用水洗法中和，将油脂加到反应釜中，在搅拌条件下每次加油脂重的5l0%温盐水洗涤34次，直至中性为止 。这一步骤，同时也将甲醇从甲酯相中提出，便于之后的分离。在酯交换反应中，为了使反应向产物方向偏移，原料之一的甲醇的投放需过量。过量的甲醇可以利用精馏塔从水洗产物即混合甲醇水溶液中提取甲醇，经冷凝后返回甲醇储罐得以再次利用，节省了原料，增加了效益。关于油品的脱水精致，常用的方法是将水洗后的油脂加到干燥釜内，温度在95 以上，在真空下脱水1小时，直至油面无水汽，然后可得纯度ASTM 标准所要求达到的生物柴油纯度（99.65） 。 33.2 操作工艺流程参见工艺流程图见（图 3.1,3.2）5 图3.1 原则流程图粗甘油油层甲酯相成品油酯交换反应釜酯交换水洗（分离）真空干燥粗甘油精制储罐甲醇储罐废水处理分离器分离甲醇水溶液KOH蒸发罐回收甲醇冷却器
