1、本科毕业论文（20 届）年产 10 万吨生物柴油工厂预处理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 I摘要生物柴油的生产主要工艺流程为原料预处理和酯交换反应，原料油中含有大量的游离脂肪酸、聚合物和分解物等，不能直接作为碱催化法制备生物柴油的原料。为了保证稳定的生产工艺和得到合格的产品，必须对原料油进行预处理。预处理主要有除杂、脱水、脱胶、脱酸。本次预处理系统工艺设计确定为二次水化脱胶和预甲酯化脱酸，并对设备选型及尺寸计算。具体包括贮罐的选型和设计，搅拌装置的设计，换热设备的设计和选型，精馏塔的设计，离心机和过滤机的选型，泵的选用等。考虑整
2、个工艺连续生产的可靠性及稳定性，所以在工艺系统中设计了多个中间缓冲罐，确保流体的流速稳定。根据工艺系统中各反应的停留时间进行计算，计算出各设备的工艺尺寸，包括反应釜直径和高度及塔高、塔径等的确定。从而确定预处理工艺的平面布置图。由以上计算可以画出主要设备搅拌釜的装备图。通过对贮罐的初选以及根据实际的停留时间得出各贮罐的体积，根据高径比计算出贮罐的直径和高度。接着通过对传热面积的计算确定换热器的型号，最后通过原料油含水量的要求进行计算选取干燥器。经预处理后胶质含量小于 20ppm，酸值小于 2mg KOH/g。根据以上所得画出预处理工艺车间的平面布置图、带控制点的工艺流程图、主要设备的装配图。关
3、键词 生物柴油 预处理 脱胶 脱酸II10 million tons / year biodiesel plant pretreatment system process designAbstractPretreatment and transesterification reaction are the main processes for biodiesel production. Waste oil contains large amounts of free fatty acids, polymers and decomposition products so that it cann
4、ot be used directly under the base catalysis as raw material for biodiesel production. In order to ensure stable production process and gain qualified products, waste oil must be pretreated which contains the processes of pre-cleaning, dehydration, degumming and deacidification. The pretreatment sys
5、tem process design using secondary hydration degumming and pre-esterification deacidification, and equipment selection and sizing. Specifically including the selection and design of storage tanks, mixing equipment design, heat transfer equipment design and selection, the design of distillation colum
6、ns, centrifuges and filter selection, pump selection, etc. Consider the whole process reliability and stability of continuous production, so in the process of the system design a number of intermediate buffer tank, to ensure the fluid flow rate stability. according to the residence time to calculate
7、 the size of the device technology, including diameter and height of the reactor and distillation tower high, determine the column diameter, etc. Determine the floor plan of Pretreatment process. Calculation can be drawn from the above major equipment agitator equipment diagram. Through the tanks pr
8、imary and derived according to the actual residence time of the volume of the tank and the diameter and height of tanks is calculated based on diameter ratio. Then based on the calculation of the heat exchanger model to determine. Finally, the water content of raw materials required to calculate the
9、 oil dryer selection.After the pretreated content of resin less than 20ppm, acid value is less than 2mg KOH/g.According to the above pre-treatment plant to draw from the floor plan, take control process flow diagram, the main equipment assembly drawing. Key word: biodiesel, pretreatment, degumming,
10、deacidification.本科生毕业论文I目 录摘要 .IAbstract .II1.前言 .11.1 背景 .11.2 预处理工艺 .12.工艺确定及工艺流程 .22.1 脱胶工艺确定 .22.2 脱酸工艺确定 .22.3 工艺流程 .23.已知数据及说明 .53.1 已知数据 .53.2 数据说明 .54.工艺计算及说明 .64.1 H102 原料油换热器计算 .64.2 H101 软水换热器设计及选型 .104.3 J101、J102 搅拌釜设计计算 .154.4 离心分离机选型 .174.5 J103 甲酯化搅拌釜设计 .204.6 T101 甲醇精馏塔及 H103 甲醇全凝器与
11、塔底加热器设计选型 .264.7 J104、J105 水洗搅拌釜设计计算 .404.8 D101 干燥器选型计算 .424.9 缓冲罐及储罐的设计计算 .444.10 泵及电机选型 .494.11 设备选型及计算结果一览表 .515.车间成本估算 .535.1 设备一览表 .53本科生毕业论文II5.2 原材料消耗定额及消耗量表 .545.3 动力（水、电、汽）消耗定额及消耗量表 .555.4 车间成本估算 .566.环境保护与安全措施 .586.1 环境保护措施 .586.2 安全措施 .58结论 .59参考文献 .60致 谢 .61本科生毕业论文11 前言1.1 背景随着全球各国对能源需求
12、的不断增加、原油价格上涨及愈加严格的环保要求，所以开发具有可再生性、环保的替代燃料已成为各国经济可持续发展和国防战略最重要课题之一。利用生物质资源和废油生产燃料技术应运而生。生物柴油是指以油料作物、野生油料作物和工程微藻等水生植物油脂，以及动物油脂、餐饮业废油等为原料油通过酯交换工艺制成的甲酯或乙酯燃料。作为可替代石化柴油的清洁生物燃料, 生物柴油的生产成本和使用性能都与石化柴油基本相当，且具有良好的环境特性和可生物降解性, 具有广阔的发展前景。但是在生产生物柴油时原料的预处理直接关系到酯交换反应的速率，为了防止酯交换时发生皂化，预处理工艺中降低酸值是要解决的关键问题。原料油脂中含有的胶质是影
13、响成品油质量的主要因素，因为这些胶质常包裹住油脂细小粒子, 使油脂与催化剂不能有效地相接触, 从而降低了催化效率与裂解速度。另外胶质含量高还会使油脂在炼制过程中易翻泡、易乳化、增加残渣、影响产品的色泽及稳定性等。1.2 预处理工艺（一）脱胶工艺 1.2脱胶主要有水化脱胶、干法脱胶、特殊湿法脱胶、Unilever 超级脱胶、特殊脱胶工艺、完全脱胶（特殊脱胶加干法脱胶） 、超滤脱胶、吸附脱胶、超临界二氧化碳脱胶、酶法脱胶、乙醇胺脱胶、膜分离脱胶等工艺。（二）脱酸工艺 3.4脱酸的主要方法有碱炼、蒸馏、溶剂萃取、预甲酯化脱酸、吸附法脱酸、超临界 CO2 萃取脱酸、膜分离脱酸。本科生毕业论文22 工艺
14、确定及工艺流程2.1 脱胶工艺确定因为脱胶后的油脚中的磷脂进行精炼、浓缩后作为食品型产品，所以脱胶工艺不能选择对胶质品质有影响的工艺来进行，本次设计采用水化脱胶工艺。水化脱胶采用二次脱胶方法进行，第一次水化工艺是过滤毛油与一定量的热水混合反应经一台自清式分离机分离，分出油中的水化磷脂，磷脂去综合利用（如果原料油脱胶油脚不能用于食品，则油脚输送到二次水化脱胶油脚罐储存）。第二次水化工艺是在一次水化后的油中加入一定量的电解质混合反应，使油中非水化磷脂转化成水化磷脂，然后再与一定量的热水混合反应后，采用一台水冲式分离机分离，去除油中的残余磷脂，从而生产出合格的油。工艺条件 5毛油温度 75第一次加水
15、量油重的 3%第二次加水量油重的 3%热软水水温 75磷酸加入量 0.1%（油重）2.2 脱酸工艺确定脱酸工艺也有很多种，碱炼法脱酸对碱的需求量大，对于生产生物柴油的工厂而言对原料中游离的脂肪酸就没有得到很好的利用。预甲酯化脱酸利用甲醇与游离脂肪酸酯化反应生成甲酯，充分利用了原料油中的游离脂肪酸，提高原料的利用率。工艺条件 6醇油摩尔比 17浓硫酸加入量 4.2%(油重)反应时间 1.7h反应温度 652.3 工艺流程原料油在储罐中加热到35，经B105泵输送至H102原料油换热器加热到75后进入J101一次水化搅拌釜与75工业软水混合，停留半小时，经L101一次水化分离器分离，油脚经B108
16、泵输送至油脚储罐（如果原料油脱胶油脚不能用于食品，则油脚输送到V102酸化脱胶油脚罐储存），一次脱胶毛油经B107泵输送至J102二次水化搅拌釜（如果一次脱胶检测合格则直接进入甲酯化脱酸工段）与工业软水、磷酸混合进行二次脱胶，经L102二次水化分离器分离得到二次脱胶毛油（二次脱胶毛油如果检测不合格则输送回去再次进行二次脱胶）和酸化油脚。酸化油脚经B110泵输送至V102酸化脱胶油脚罐，二次脱胶毛油经B112泵输送至V101脱胶油缓冲罐再由B113泵输送至J103甲酯化搅拌釜进入甲酯化工段，醇油摩尔比17，浓硫酸4.2 (油重)，反应时间1.7小时，反应温度65，反应结束后经泵B114输送至L1
17、03甲酯化分本科生毕业论文3离器分离成甲醇相跟油相。甲醇相经B116泵输送至T101甲醇精馏回收最后经B124泵循环使用；油相经B115进入J104一次水洗搅拌釜进行水洗，经B117泵输送至L104一次水洗分离器分离（酸值检测合格则进入D101桨叶式干燥器进行干燥），再经B119泵输送至J105二次水洗搅拌釜进行水洗，经B119泵输送至L105二次水洗分离器分离，油脂相经B121泵输送至D101桨叶式干燥器进行干燥，干燥后对酸值进行检测如果酸值太高则重新进行甲酯化脱酸。毛油 加热 混合 离心分离一次脱胶毛油混合离心分离水洗 油脂 甲醇、水甲醇油脚软水软水、磷酸二次脱胶毛油 甲酯化离心分离分离干燥浓硫酸油脚图2.1 工艺流程方块图本科生毕业论文4图2.2工艺流程图图22工艺流程图本科生毕业论文53 已知数据及说明3.1 已知数据1、原料油：地沟油 2、磷脂含量：2.5%3、游离脂肪酸：2mol/kg(油) 4、处理量：380吨/年6、操作时间：330天/年3.2 数据说明1、原料油与生物柴油以 1:0.8 计，则 10 万吨生物柴油需原料油 12.5 万吨。2、原料油中的磷脂含量以 2.5%计，有 72%的磷脂（平均值）一次水化后进入油脚，二次水化近似以完全脱除胶质。
