年產(chǎn)5萬噸生物柴油生產(chǎn)工藝設(shè)計畢業(yè)課程設(shè)計

1、<p><b>　　畢 業(yè) 設(shè) 計</b></p><p>　　設(shè)計題目：年產(chǎn)5萬噸生物柴油生產(chǎn)工藝設(shè)計</p><p>　　系 別： 環(huán)境與化學(xué)工程系 </p><p>　　班 級： 08石油化工生產(chǎn)技術(shù)2班 </p><p>　　姓　 　名：

2、 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p><b>　　2011年6月8日</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)指導(dǎo)教師評議書(1)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)

3、評閱教師評議書(2)</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(論文)答辯小組評議書(3)</p><p>　　答 辯 委 員 會 意 見</p><p>　　年產(chǎn)5萬噸生物柴油生產(chǎn)工藝設(shè)計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計是根據(jù)生物柴油的制備和精餾工序，主要以髙凝點酸化

4、油—地溝油為原料，在98%濃硫酸催化劑作用下，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)，其中生成的甲酯進行精餾，經(jīng)過酯化與酯交換反應(yīng)后進行的精餾得到生物柴油產(chǎn)品和釜殘。</p><p>　　關(guān)鍵詞 ：制備 精餾 酯化 酯交換</p><p>　　Fermentation Pr

5、ocess Design Of 50,000 tons Biological diesel oil Per Year</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The design is based on biodiesel preparation and distillation processes, mainly in the ac

6、id 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

7、 methyl ester in 97% sodium hydroxide catalysts, it occurred with 99.9% methanol transesterification, methyl ester of which were generated by distillation, after esterification and transester</p><p><b>

8、;　　目錄</b></p><p><b>　　1 前 言1</b></p><p>　　1.1生物柴油的概況1</p><p>　　1.1.1國外生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.1.2國內(nèi)生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.2 國內(nèi)生物柴油主要存在的問題

9、1</p><p>　　1.3生物柴油的主要特性2</p><p>　　1.4生物柴油的技術(shù)現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4.1生物柴油的化學(xué)法生產(chǎn)2</p><p>　　1.4.2生物柴油的物理法生產(chǎn)4</p><p>　　1.4.3生物柴油的生物酶合成法5</p><p>　　2

10、生物柴油及其生產(chǎn)工藝流程設(shè)計6</p><p>　　2.1 生物柴油的成分6</p><p>　　2.2 生物柴油的生產(chǎn)工藝流程圖6</p><p>　　2.3 生物柴油的生產(chǎn)工序簡介6</p><p>　　2.3.1 脫水脫雜工序6</p><p>　　2.3.2 酯化酯交換工序7</p>

11、<p>　　2.3.3 回收蒸餾工序7</p><p>　　2.4生物柴油的性能8</p><p>　　2.4.1生物柴油的動力性能8</p><p>　　2.4.2生物柴油的經(jīng)濟性能8</p><p>　　2.4.3生物柴油的排放性能8</p><p>　　2.5 生物柴油的指標9</p&

12、gt;<p>　　2.5.1 生物柴油的檢測技術(shù)標準9</p><p>　　2.5.2 生物柴油的主要工藝指標9</p><p>　　2.6 原始設(shè)計條件與基本物性數(shù)據(jù)13</p><p>　　2.6.1原始設(shè)計條件13</p><p>　　2.6.2實驗室試驗提供的工藝參數(shù)與基本物性數(shù)據(jù)的選取13</p>

13、<p>　　2.7生物柴油的物料衡算13</p><p>　　2.8生物柴油的熱量衡算14</p><p>　　2.8.1基準溫度的選定15</p><p>　　2.8.2反應(yīng)釜的熱量衡算15</p><p>　　2.8.3回流冷凝器熱量衡算18</p><p>　　2.8.4冷凝冷卻器熱量衡算

14、19</p><p>　　2.9計算結(jié)果19</p><p>　　2.10設(shè)備的選型原則20</p><p>　　2.10.1 反應(yīng)釜的選型原則20</p><p>　　2.10.2 塔設(shè)備的選型原則20</p><p>　　2.11車間設(shè)備布置原則21</p><p><b&

15、gt;　　3總結(jié)22</b></p><p>　　3.1設(shè)計中存在的問題及改進措施22</p><p><b>　　3.2結(jié)語22</b></p><p><b>　　參考文獻23</b></p><p><b>　　附錄24</b></p>

16、<p><b>　　謝 辭24</b></p><p><b>　　外文資料26</b></p><p><b>　　外文翻譯30</b></p><p><b>　　1 前 言</b></p><p>　　1.1生物柴油的概況</

17、p><p>　　1.1.1國外生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　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)達國家，尤其是資源貧乏國家的高度重視。近十幾年來，生物柴油產(chǎn)業(yè)在世界各國發(fā)展很快。美國是最早研究生物柴油的國家，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，如美國的B-20生物柴油，其尾氣污染物排放量可降低50%以上

18、。近年又在深度加氫精制的普通柴油中加入5%的生物柴油，以改善其潤滑性能。</p><p>　　生物柴油使用最多的是歐洲，其份額已占到成品油市場的5%。歐盟制定了一系列促進機制和激勵政策，鼓勵生物柴油等生物質(zhì)燃料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將生物燃料的市場份額從2005年的2%逐步增加到2010年的5.75%。西方國家為發(fā)展生物柴油，在行業(yè)規(guī)范和政策鼓勵下采取了一系列的積極措施，制定了生物柴油技術(shù)標準，歐洲聯(lián)盟即將出臺鼓勵開發(fā)和使

19、用生物柴油的新規(guī)定，如對制造生物柴油的企業(yè)免征增值稅，規(guī)定機動車使用的生物動力燃料占動力燃料營業(yè)總額的最低份額[1]。</p><p>　　1.1.2國內(nèi)生物柴油發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　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)展生物柴油對經(jīng)濟可持

20、續(xù)發(fā)展，推進能源替代，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。 </p><p>　　生物柴油在中國是一個新興的行業(yè)，表現(xiàn)出新興行業(yè)在產(chǎn)業(yè)化初期所共有的許多市場特征。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)的商機所吸引，紛紛進入該行業(yè)，有人以“雨后春筍”形容生物柴油目前的狀態(tài)。一些外國公司資金實力雄厚，生產(chǎn)技術(shù)成熟，產(chǎn)業(yè)化程度高，可以借規(guī)模經(jīng)濟效應(yīng)獲取成本優(yōu)勢，搶占原料基地和市場份額的綜合能力更強

21、</p><p>　　隨著改革開放的不斷深入，在全球經(jīng)濟一體化的進程中，中國的經(jīng)濟水平將進一步提高，對能源的需求會有增無減，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]。</p><p>　　1.2 國內(nèi)生物柴油主要存在的問題</p><p>　　一是以菜籽油為原料生產(chǎn)的生物柴

22、油成本高，據(jù)統(tǒng)計，生物柴油制備成本的75%是原料成本。因此采用廉價原料及提高轉(zhuǎn)化從而降低成本是生物柴油能否實用化的關(guān)鍵。 </p><p>　　二是用化學(xué)方法合成生物柴油有以下缺點： </p><p>　　(1)工藝復(fù)雜、醇必須過量，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； </p><p>　　(2)色澤深，由于脂肪中不飽和脂肪酸在高溫下容易變質(zhì)； &

23、lt;/p><p>　　(3)酯化產(chǎn)物難于回收，回收成本高； </p><p>　　(4)生產(chǎn)過程有廢堿液排放[2]。 </p><p>　　1.3生物柴油的主要特性</p><p>　　(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)動機機油的使用壽命加長[3]。</p><

24、p>　　(2)具有較好的安全性能。由于閃點高，生物柴油不屬于危險品。因此，在運輸、儲存、使用方面的安全性又是顯而易見的。</p><p>　　(3)具有優(yōu)良的環(huán)保特性。生物柴油中不含對環(huán)境會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。</p><p>　　(4)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[4]。<

25、;/p><p>　　(5)具有較好的低溫發(fā)動機啟動性能。無添加劑冷濾點達-20℃。</p><p>　　(6)具有較好的潤滑性能。使噴油泵、發(fā)動機缸體和連桿的磨損率低，使用壽命長。</p><p>　　1.4生物柴油的技術(shù)現(xiàn)狀</p><p>　　1.4.1生物柴油的化學(xué)法生產(chǎn)</p><p>　　生物柴油的化學(xué)法生產(chǎn)是采

26、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(230～250℃)下發(fā)生酯交換反應(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)過程中產(chǎn)生10%左右的副產(chǎn)品甘油。</p><p>　　化學(xué)法

27、包括高溫裂解法和酯交換法。</p><p>　　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)的過程。最早對植物油進行熱裂解的目的是為了合成石油。Schwab[5]等對大豆油熱裂解的產(chǎn)物進行了分析，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。Pi

28、och[5]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。</p><p>　　高溫熱裂解法過程簡單，沒有污染物產(chǎn)生。缺點是裂解過程必須在高溫下進行、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。</p><p&g

29、t;　　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植物油進行酯化或酯交換反應(yīng)來制備生物柴油的新方法，通過這種方法得到的產(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上使用。</p><p>　　酯交換法即用動物或植物油脂與甲醇或乙醇等低碳醇在催化劑和高溫下進行酯化反應(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

30、法[5]。</p><p>　　甘油三酸酯(動植物油脂的主要成分)是羧酸官能團衍生物的一種，所有羧酸的官能團衍生物都含有同樣的官能團—酰基，不管分子其它部分的結(jié)構(gòu)如何，官能團的性質(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σ鍵和其它三個原子相連接的，由于這些鍵所利用的是sp2軌道，所以它們處于同一個平面之中，間隔是1

31、20°。碳所剩下的P軌道與氧的P軌道重疊而形成一個二鍵。這樣，碳和氧就以雙鍵連接起來，分子中緊靠羰基碳的周圍部分是平的，氧羰基碳和直接連在羰基碳上的兩個原子同處在一個平面中。如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1. 羰基化學(xué)空間結(jié)構(gòu)</p><p>　　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)起親核進攻：(a)氧即使帶上一個負電荷還是與獲取電子的傾向；(b)差不

32、多沒有空間阻礙的過渡態(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核進攻。</p><p>　　酯交換反應(yīng)如下所示。它是通過甲醇，將甘油三酸酯的甘油酯基取代下來，形成長鏈脂肪酸甲酯，經(jīng)過酯基轉(zhuǎn)移反應(yīng)之后，使一個植物油或動物油的大分子分成3個單獨的脂肪酸甲酯，縮短了碳鏈的長度，使產(chǎn)品的粘度降低，揮發(fā)度提高，低溫流動性大大改善[6]。</p><p>　　Freedma

33、n[6]等認為酯交換反應(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)的機理如下所示。</p><p>　　從上面的反應(yīng)機理來看，酯交換法制備生物柴油的過程簡單，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)，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。</p><p>　　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，

34、酯交換法可分為：均相催化法、非均相催化法及超臨界無催化法。     </p><p>　　1.4.2生物柴油的物理法生產(chǎn)</p><p>　　在物理法生物柴油生產(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。由于動植物油脂具有粘度較高的特點，為了使其能夠用于內(nèi)燃機燃燒，一種方法是將植物油與石化柴油直接混合用于

35、柴油代用燃料。Amans[7]等在1983年將大豆油與2號柴油進行混合，然后在直接噴射的渦輪發(fā)動機上試驗，結(jié)果表明，大豆油與2號柴油以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)用機械的替代燃料。通常采用植物油與石化柴油5~30％的混合比，其性能與2號石油柴油的性能很接近。另一種方法是將動植物油制成微乳液，來解決動植物油的黏度高的問題。Georing[7]等用乙醇水溶液與大豆油制成微乳液Ziejewski等用冬化葵

36、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。我國江蘇理工大學(xué)與德國ELSBETT公司合作，成功地開發(fā)了燃燒植物油的小缸徑高速直噴內(nèi)燃機，并在開發(fā)的車用內(nèi)燃機上開展了用植物油做燃料的應(yīng)用研究，成功地燃燒</p><p>　　1.4.3生物柴油的生物酶合成法&

37、lt;/p><p>　　生物酶法合成生物柴油，即用動物油脂和低碳醇通過脂肪酶進行轉(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、無污染排放的優(yōu)點。2001年日本采用固定化Rhizopus oryzae細胞生產(chǎn)生物柴油，轉(zhuǎn)化率在80％左右，微生物細胞可連續(xù)使用430小時。 </p><p>　　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、無污染物排放等優(yōu)

38、點，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題：脂肪酶對長鏈脂肪醇的酯化或轉(zhuǎn)酯化有效，而對短鏈脂肪醇(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，不但對產(chǎn)物形成一致，而且甘油也對酶有毒性；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。這些問題是生物酶法工業(yè)化生產(chǎn)生物柴油的主要瓶頸[8

39、]。 </p><p>　　2生物柴油及其生產(chǎn)工藝流程設(shè)計</p><p>　　2.1 生物柴油的成分</p><p>　　生物柴油，成分為脂肪酸甲酯，為黃色澄清透明液體，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，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；動物油脂

40、如魚油、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；汽車修理廠的廢機油，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18—22，與柴油(16—18)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，它與柴油相溶性極佳，而且能夠與國標柴油一樣混合或

41、者單獨用于汽車及機械。生物柴油由此成名[9]。</p><p>　　2.2 生物柴油的生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　圖2-1 生物柴油生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　2.3 生物柴油的生產(chǎn)工序簡介</p><p>　　2.3.1 脫水脫雜工序</p><p>　　第一段 脫水脫雜的工藝流程：原料油首先進

42、入儲油池ST101，在50℃下自然間為6個小時。儲油池ST101，ST102用于除去原料油中的泥沙，植物纖維。從ST102沉降6小時，取上層液進入儲油池ST102。在50℃下，第二次沉降除雜，沉降時中出來的原料油經(jīng)過過濾，再經(jīng)過進料泵P103，常開液位調(diào)節(jié)器RV101后進入換熱器E101， E102。經(jīng)換熱后的油進入加熱器H101，在導(dǎo)熱油流量的調(diào)節(jié)下進入脫水塔T101，脫水塔T101的操作溫度為130±5℃。塔頂出來的水蒸

43、氣作為換熱器E101的熱源，塔釜出來已經(jīng)脫水后的油進入油罐V101 。V101底部要每班排一次膠質(zhì)。之后油罐中的油進入2段生產(chǎn)。</p><p>　　2.3.2 酯化酯交換工序</p><p>　　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的頂部進入，甲醇儲罐V201中的甲醇從酯化反應(yīng)釜R201的底部進入，再加入改性濃硫酸，使三者在R201中反應(yīng)，反應(yīng)時間為2小時，依靠

44、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130℃—135℃。R201塔頂出來甲醇汽，塔釜出來的產(chǎn)品經(jīng)過加熱器H201加熱后進入脫氣塔T201，T201的操作溫度為120℃—130℃。T201的塔頂出來甲醇汽。塔釜產(chǎn)品油進入酯化反應(yīng)釜R202的頂部，改性濃硫酸也進入R202頂部，甲醇從R202的底部進入，三者在R202中進行反應(yīng)，反應(yīng)時間為2小時，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130℃—135℃。R2

45、02塔頂出來甲醇汽，塔釜產(chǎn)品油經(jīng)過加熱器H202加熱后進入脫氣塔T202。T202的操作溫度不得超過145℃。T202塔頂出來甲醇汽，塔釜油進入油罐V202。定期每班排放一次V202中的膠質(zhì)，之后油罐中的油進入3段生產(chǎn)。這是合成生物柴油的酯化過程。</p><p>　　第三段 精餾塔塔釜產(chǎn)品中性油進入酯交換反應(yīng)釜R203，甲醇從配堿罐V203頂部進入，與NaoH混合后進入R203，在R203內(nèi)反應(yīng)2小時。依靠調(diào)節(jié)

46、導(dǎo)熱油的流量調(diào)節(jié)R203的溫度，使其控制在105—110℃，然后向R203中加入H2SO4，中和反應(yīng)后的NaoH。R203塔頂出來甲醇汽，塔釜產(chǎn)品油經(jīng)加熱器H203加熱后進入脫氣塔T203。T203的操作溫度控制在120—130℃。T203塔頂出來甲醇汽，塔釜出來的產(chǎn)品油進入油罐V205，之后油罐中的油進入3段生產(chǎn)，這是合成生物柴油的酯交換過程。</p><p>　　2.3.3 回收蒸餾工序</p>

47、<p>　　第三段 甲醇回收 產(chǎn)品蒸餾的工藝流程：前兩段反應(yīng)生成的甲醇汽進入氣液分離器S301，并使S301中保持一定液位，使其中的氣相進入甲醇塔的氣相入口，液相進入甲醇塔的液相入口。甲醇精餾塔T301的塔頂冷凝溫度設(shè)計為67℃，塔釜再沸溫度控制在100—105℃，進料溫度設(shè)計為90℃，回流比為2:1。通過調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的流量實現(xiàn)對T301的塔釜溫度控制。T301的塔頂產(chǎn)品經(jīng)冷卻器E301冷卻后進入V301，從V301中出來的

48、甲醇一部分進入甲醇儲罐V201，一部分回流進入甲醇塔。T301的塔釜通過調(diào)節(jié)液位控制器排出廢水。這是甲醇回收過程。</p><p>　　油罐V202中的粗甲酯經(jīng)過加熱器H302后一部分進入脫氣塔T302，T302是常壓設(shè)備，塔釜溫度控制在180—200℃，塔頂出來甲醇汽進入S301中繼續(xù)反應(yīng)；一部分在液位調(diào)節(jié)器作用下進入真空精餾塔T303。T303的真空壓力設(shè)計為2.0±0.5，塔頂冷凝溫度控制在75—

49、90℃。在2.5±0.5的真空壓力下，塔釜液相氣化溫度為225—240℃，塔釜溫度依靠H303的加熱強度進行調(diào)節(jié)。T303的側(cè)線采出溫度控制在180—220℃，側(cè)線采出產(chǎn)品經(jīng)冷卻器E304后出來產(chǎn)品，塔釜在液位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)下出來二段酯交換原料進入V204。</p><p>　　油罐V205中的粗甲酯經(jīng)過加熱器H304后一部分進入脫氣塔T304，T304塔釜溫度控制在180—200℃，塔頂出來甲醇汽進入S3

50、01中繼續(xù)反應(yīng)；一部分在液位調(diào)節(jié)器作用下進入真空精餾塔T305。T305的真空壓力設(shè)計為2.0±0.5，塔頂冷凝溫度控制在75—90℃。在2.5±0.5的真空壓力下，塔釜液相氣化溫度為230—240℃，塔釜溫度依靠H305的加熱強度進行調(diào)節(jié)。T305的側(cè)線采出溫度控制在180—220℃，側(cè)線采出產(chǎn)品經(jīng)冷卻器E304后出來產(chǎn)品，塔釜在液位調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)下出來釜殘。從真空精餾塔T305塔頂出來的產(chǎn)品進入真空緩沖罐V302，在

51、V302中分為氣相和液相。氣相連接真空泵，液相進入V303，從V303底部出產(chǎn)品。</p><p>　　2.4生物柴油的性能</p><p>　　2.4.1生物柴油的動力性能</p><p>　　柴油是許多大型車輛如卡車，內(nèi)燃機及發(fā)電機等的主要動力燃料，其具有動力大，價格便宜的優(yōu)點，我國柴油需求量很大，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

52、微酸性，是催化劑和發(fā)動機機油的使用壽命加長。</p><p>　　2.4.2生物柴油的經(jīng)濟性能</p><p>　　具有良好的低溫發(fā)動機啟動性能。無添加劑，冷濾點達-20℃。無需改動柴油機，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。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、提高動力性，并降低尾氣污染。</p><p>　　2.4

53、.3生物柴油的排放性能</p><p>　　采用生物柴油尾氣中有毒有機物排放量僅為十分之一，顆粒物為普通柴油的20％，一氧化碳和二氧化碳排放量僅為石油柴油的10％，無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百萬分之一)降低到5PPM。檢測表明，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]。</p><p>　　2.5

54、 生物柴油的指標</p><p>　　2.5.1生物柴油的檢測技術(shù)標準</p><p><b>　　參看表2-1。</b></p><p>　　2.5.2 生物柴油的主要工藝指標</p><p><b>　　一段工藝指標</b></p><p><b>　　1.操作

55、溫度</b></p><p>　　儲油池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性。溫度過低會使原料油黏度增大，流動性變差，使得原料油除雜效果變差。溫度過高，儲油池與環(huán)境溫差較大，從而大量散熱導(dǎo)致能量損失。</p><p>　　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，溫度過高

56、會造成中間儲罐V101的溫度過高，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。</p><p><b>　　2.操作壓力</b></p><p>　　脫水塔T101的操作壓力為微正壓，該微壓是由脫水產(chǎn)生的蒸汽通過換熱器和管道產(chǎn)生的阻力造成的。操作時盡量保持管道閥門暢通，降低脫水塔的操作壓力，保證脫水更徹底。</p><p><b>

57、;　　3.操作流量</b></p><p>　　脫水塔T101的入口流量設(shè)計值為4.68 m3/h，最大不能超過5.8 m3/h。</p><p>　　沉降池的沉降時間不低于6h。</p><p><b>　　二段工藝指標</b></p><p><b>　　1.操作溫度</b><

58、/p><p>　　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℃。各級反應(yīng)釜的操作溫度通過調(diào)節(jié)加熱夾套的導(dǎo)熱油流量來控制，在實際操作過程中必須嚴格控制各級反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度，避免反應(yīng)溫度過高導(dǎo)致系統(tǒng)超壓引發(fā)安全事故，同時注意避免反應(yīng)溫度過低，導(dǎo)致反應(yīng)時間延長，影響產(chǎn)量。</p><p>　　脫氣塔T202的最高操作溫度應(yīng)控制在不超過145℃

59、。T201、T203的最佳操作溫度為120-130℃。各脫氣塔的操作溫度通過調(diào)節(jié)加熱器H201、H202、H203的導(dǎo)熱油流量來調(diào)節(jié)，脫氣后的反應(yīng)液分別進入V202和V205，其凈罐溫度控制在不超過130℃，以避免溫度過高在中間油罐內(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。</p><p>　　表2-1 生物柴油的檢測技術(shù)指標[11]</p><p><b>　　2.裝填量和配

60、料比</b></p><p>　　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)量的千分之一來計算，即每噸原料油配加1千克濃硫酸。</p><p>　　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/

61、1000計算，即每噸原料油配加0.6千克的濃硫酸。</p><p>　　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計算，即每噸原料油加1.5千克NaOH。</p><p><b>　　3.反應(yīng)時間</b></p><p>　　第一第二次酯化反應(yīng)時

62、間不低于2h。反應(yīng)時間指達到設(shè)定溫度和設(shè)定壓力后，保溫保壓反應(yīng)的時間。酯交換反應(yīng)時間也需要2h以上。</p><p><b>　　4.操作壓力</b></p><p>　　酯化反應(yīng)釜R201、R202設(shè)計操作壓力為0.8MPa，酯交換反應(yīng)釜R203設(shè)計操作壓力為0.3MPa。在酯化和酯交換反應(yīng)過程中可通過調(diào)節(jié)反應(yīng)釜夾套導(dǎo)熱油的流量來控制反應(yīng)釜的溫度，由此來實現(xiàn)對操作壓

63、力的控制，適當調(diào)節(jié)反應(yīng)過程的醇油比或釋放甲醇蒸汽也可實現(xiàn)對反應(yīng)釜操作壓力的控制。</p><p><b>　　三段工藝指標</b></p><p>　　1.甲醇精餾塔T301：</p><p>　　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)。</p>

64、;<p>　　塔頂冷凝溫度設(shè)計為67℃，為了避免從冷凝液回流罐V301中釋放的不凝氣中夾帶甲醇，操作中適當增加冷凝換熱器的冷卻強度，進一步降低冷凝溫度以得到冷凝液。</p><p>　　塔釜再沸溫度甲醇精餾塔T301正常操作時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)該嚴格控制避免溫度過高造成暴沸干塔或溫度過低造成塔釜采出的廢水中甲醇含量超標，甲醇精餾塔T301的進料溫

65、度設(shè)計為90℃。</p><p>　　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提高回流比。</p><p>　　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，避免干塔操作。通過調(diào)節(jié)熱水泵P301的出口流量實現(xiàn)對塔釜液位的控制。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警，塔頂回流罐V301的液位通

66、過液位調(diào)節(jié)閥自動采出。系統(tǒng)中的不凝氣通過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。其目的是使氣相進入甲醇塔的氣相入口，液相進入甲醇塔液相入口。氣液分離器S301的液位通過調(diào)節(jié)閥門V001控制。</p><p>　　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。</p><p>　　塔釜溫度依靠加熱器H302的加熱強度進行調(diào)節(jié)，即通過調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油流量實

67、現(xiàn)對塔釜溫度的控制。塔釜溫度設(shè)定為180-200℃，當溫度高于200℃時DCS控制系統(tǒng)報警。</p><p>　　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)定操作。為了維持塔內(nèi)的物料平衡，塔釜液位既不能過高也不能過低。脫氣塔T302的液位由排往Ｔ303管線上的流量調(diào)節(jié)閥控制，塔釜液位超高或超低時，DCS控制系統(tǒng)報警。</p><p>　　3.真空精餾塔T303<

68、;/p><p>　　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。</p><p><b>　　(1)系統(tǒng)真空度</b></p><p>　　T303的操作真空壓力設(shè)計為2+-0.5KPa，以塔頂壓力表測量的數(shù)值為準。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蒸汽噴射泵和一級水環(huán)真

69、空泵串聯(lián)實現(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，塔釜再沸溫度會相應(yīng)提高，當塔釜再沸溫度超過250℃時，塔釜物料發(fā)生聚合和裂解反應(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時間超過250℃。</p><p><b>　　(2)塔頂冷凝溫度</b></p><p>　　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

70、卻換熱器E302管程內(nèi)的溫度是一致的。可由管程出口的溫度測點確定。在正常的真空壓力下，塔頂冷凝溫度控制在75-90℃之間，溫度過高會導(dǎo)致產(chǎn)品輕組分跑失量增大溫度過低會影響采出的產(chǎn)品質(zhì)量。在控制過程中換熱器E302的換熱強度也是一個比較重要的參數(shù)，需要調(diào)節(jié)冷卻水的流量來實現(xiàn)對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℃。</p><p><b>　　(3)側(cè)線采出溫度</b

71、></p><p>　　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180－220℃，該溫度通過調(diào)節(jié)采出流量來控制，增大采出流量能降低側(cè)線溫度，提高真空精餾塔的負荷或加大塔釜的加熱量也能提高側(cè)線采出溫度。</p><p><b>　　(4)塔釜再沸溫度</b></p><p>　　真空精餾塔T303正常操作時從塔頂?shù)剿獣⑵鸱€(wěn)

72、定的上低下高的溫度分布。在2.5±0.5 KPa的真空壓力下，對應(yīng)的塔釜液相汽化為225－240℃。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±10℃。塔釜溫度依靠H303加熱強度進行調(diào)節(jié)，即通過調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油的流量來實現(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250℃，如果在該溫度下仍不能正常精餾，說明真空度不夠，經(jīng)及時采取措施提高真空度，以避免長時間在高

73、溫條件下操作造成不必要的反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)的損失。</p><p>　　(5)相關(guān)液位和采出流量</p><p>　　塔釜液位應(yīng)保持在適當水平，以免過高液位造成塔釜液停留時間過長，產(chǎn)生物料焦化損失，同時也避免液位過低造成干塔操作。為了維持塔內(nèi)物料平衡，塔釜液位不能過高也不能過低，因此DCS控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置超高液位和超低液位報警。</p><p>　　4.冷卻換熱器E304

74、</p><p>　　經(jīng)過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)過換熱降溫后再進入產(chǎn)品儲罐，換熱出口溫度控制在100℃以下。</p><p>　　2.6 原始設(shè)計條件與基本物性數(shù)據(jù)</p><p>　　2.6.1原始設(shè)計條件</p><p><b>　　原料：地溝油。</b></p>

75、<p>　　生物柴油產(chǎn)量:年產(chǎn)5萬噸，320個工作日，每釜產(chǎn)生物柴油78 t，間歇操作，一釜料為一作周期。</p><p>　　2.6.2實驗室試驗提供的工藝參數(shù)與基本物性數(shù)據(jù)的選取</p><p>　　2.6.2.1實驗室試驗提供的工藝參數(shù)</p><p>　　生物柴油得率90 %； 酯交換反應(yīng)時間2 h； 酯交換反應(yīng)加熱溫度105～110 ℃； 原

76、料油含水量0.8% (質(zhì)量分數(shù)) 。</p><p>　　2.6.2.2基本物性數(shù)據(jù)的選取</p><p>　　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[12]2. 09 kJ / ( kg·℃) ，原料地溝油[12] 密度0. 92 ×103 kg/m3 ； 甲醇密度[13] 0

77、. 79 ×103 kg/m3 ， 潛熱1 195 kJ /kg， 熱容2. 508 kJ / ( kg·℃) ， 沸點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100 ℃。</p><p>　　2.7生物柴油的物料衡算</p><p>　

78、　根據(jù)物料衡算的質(zhì)量守衡定律，在間歇操作過程中，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， 催化劑加入量按去水后油脂的1/1000。根據(jù)工藝流程，物料衡算框圖見圖2-2。</p><p>　　根據(jù)物料衡算圖，列出下列物料衡算式(單位：噸):[15]</p><p>　　F1 + F2 + F

79、3 + F4 = P1 + P2 + P3 + P4</p><p><b>　　分項物料衡算式:</b></p><p>　　P1 = F1 ×X1 = 77.7</p><p>　　P2 = F1 ×(X2 + X3 + X4 ) = 17.3</p><p>　　P3 = F3 - F1 

80、15;X4 = 33.7</p><p>　　P4 = F2 =0.7</p><p>　　P5 = F3 ×X5 = 86.3</p><p>　　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 —

81、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 —甘油對原料油的得率， 7 %； X3 —皂類物質(zhì)對原料油的產(chǎn)率， 2 %； X4 —甲醇對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 %。</p><p>　　F3甲醇 F4催化劑 P4冷凝水0.7t</p><p>　

82、　43.15t 86.3kg </p><p><b>　　P3回收甲醇 </b></p><p>　　P3+P4 33.7t</p><p>　　F1油86.3 t P5</p><p>　　F2水0.7t

83、 P5 P1粗制柴油</p><p><b>　　77.7t</b></p><p>　　P2甘油混合物17.3t</p><p>　　圖2-2 物料衡算框圖</p><p>　　2.8生物柴油的熱量衡算</p><

84、p>　　熱量衡算解決兩種類型的問題，一種是先對使用中的設(shè)備或裝置實際測定一些熱量，通過衡算計算出一些難以直接測定的熱量，由此作出熱量方面的評估；另一種是在設(shè)計新設(shè)備或裝置時，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化為Q =ΔH，即焓變就等于外加的熱量。通過計算在指定條件下進出物料的焓差，從而確定過程傳遞的熱量。由于生

85、物柴油生產(chǎn)的進出物料在一種以上，Q =ΔH 式可表達為ΣQ = ΣH2 - ΣH1[15]。在計算過程中由于把熱容值看作常數(shù)， 因此焓的變量即可表示為ΔH =mCPΔT[15] 。通過熱量衡算，計算出在生物柴油生產(chǎn)中熱油爐、換熱器、釜內(nèi)冷卻盤管的負荷。</p><p>　　2.8.1基準溫度的選定</p><p>　　為便于計算，熱量輸入和輸出的基準溫度選為20 ℃ (293 K) 。焓變

86、量的計算運用公式ΔH =mCPΔT[15]計算各部分焓的變化。</p><p>　　2.8.2反應(yīng)釜的熱量衡算</p><p>　　根據(jù)間隙操作工藝過程，每釜加入原料87t(其中含水0.7t)在反應(yīng)釜內(nèi)完成以下熱傳遞過程:(1)加熱去除原料油中的水分； (2)將原料油降溫至50 ℃； (3)在加入甲醇后將釜內(nèi)的物料加熱至130℃，并維持甲醇在64. 5 ℃下回流反應(yīng)2 h，總回流量為加入甲

87、醇量的2倍； (4)反應(yīng)完成后回收甲醇所需的熱量； (5)帶回反應(yīng)釜總熱焓； (6)帶出反應(yīng)釜的熱焓。</p><p>　　2.8.2.1加熱去除原料油中水分的焓變量</p><p>　　設(shè)原料油加入溫度20 ℃， 原料油87 t(其中油86.3 t，水0.7 t) ，加熱到130 ℃，并將水蒸發(fā)，焓變量為:</p><p>　　ΔH油1 =m油CP油ΔT1<

88、/p><p>　　= 87000 ×2. 09 ×(130 - 20)</p><p>　　= 20001300( kJ ) (1)</p><p>　　ΔH水1 =m水CP水ΔT2 +ΔHV水</p><p>　　= 700 

89、5;4. 18 ×(130 - 20) +700 ×2 253</p><p>　　= 1898960 ( kJ ) (2)</p><p>　　式中: ΔH油1、ΔH水1 —油、水的焓變量， kJ； m油、m水—油、水的質(zhì)量， kg； CP油、CP水—油、水的比熱容， kJ /

90、 ( kg·℃) ；ΔHV水—0.7 kg水的汽化熱， kJ；γ水—水的汽化潛熱， kJ /kg ；ΔT1、ΔT2 —油、水加熱前后的溫差， ℃。其中，ΔHV水=m水γ水= 1577.1( kJ ) γ水= 2 253 ( kJ /kg)</p><p>　　2.8.2.2原料油降溫至50 ℃的焓變量</p><p>　　原料油從130 ℃降到50 ℃，焓變量為:</p&

91、gt;<p>　　ΔH油2 =m油CP油ΔT3</p><p>　　=86300×2. 09 ×(130 - 50)</p><p>　　= 14429360( kJ ) (3)</p><p>　　式中:ΔH油2 —油的焓變量， kJ；

92、ΔT3 —油降溫前后的溫差， ℃。</p><p>　　2.8.2.3維持回流反應(yīng)所需的熱焓</p><p>　　加入甲醇后，再將油從50 ℃加熱至130 ℃， 甲醇在64. 5 ℃下蒸發(fā)回流，甲醇加入溫度20 ℃，焓變量為:</p><p>　　ΔH油3 =m油CP油ΔT3</p><p>　　=86300×2. 09 ×

93、;(130 - 50)</p><p>　　= 14429360 ( kJ ) (4)</p><p>　　ΔH醇1 =m醇1CP醇ΔT4 +ΔHV醇1</p><p>　　= 43150 ×2. 508 ×(64. 5 - 20) +43150×

94、1195</p><p>　　= 56380049( kJ ) (5)</p><p>　　式中:ΔH油3、ΔH醇1 —油、甲醇的焓變量， kJ； m醇1 —加入甲醇的質(zhì)量， kg； CP醇—甲醇的熱容， kJ /( kg·℃) ； ΔHV醇1 —43150 kg 甲醇的汽化熱， kJ ；

95、</p><p>　　γ醇—甲醇的汽化潛熱， kJ /kg ；ΔT3、ΔT4 —油、甲醇加熱前后的溫差， ℃。</p><p>　　其中，ΔHV醇1 =m醇1γ醇， γ醇= 1 195 ( kJ /kg)設(shè)總回流量為甲醇加入量的2倍，冷凝回流后返回反應(yīng)釜的甲醇溫度為50 ℃，所以維持回流還需熱焓:</p><p>　　ΔH醇2 =m醇2CP醇ΔT5 +ΔHV醇1&l

96、t;/p><p>　　= 43150×2. 508 ×(64. 5 - 50) + 43150×1 195</p><p>　　= 53133443( kJ ) (6)</p><p>　　式中: ΔH醇2 —維持甲醇回流還需的熱焓， kJ；ΔT5

97、—甲醇返回反應(yīng)釜加熱前后的溫差， ℃。</p><p>　　2.8.2.4反應(yīng)完成后回收甲醇所需的熱焓</p><p>　　回收甲醇要加的熱焓為:</p><p>　　ΔH醇3 =m醇4CP醇ΔT5 +ΔHV醇2</p><p>　　=33700×2. 508 ×(64. 5 - 50) + 33700 ×1 1

98、95</p><p>　　= 41497034( kJ ) (7)</p><p>　　式中:ΔH醇3 —回收甲醇所需的熱焓， kJ； m醇4 —回收甲醇的質(zhì)量， kg；ΔHV醇2 —33700 kg甲醇的汽化熱， kJ。</p><p>　　2.8.2.5回流帶回反應(yīng)釜的熱

99、焓</p><p>　　甲醇回流2 h帶回反應(yīng)釜的熱焓為:</p><p>　　ΔH醇4 =m醇3CP醇ΔT6</p><p>　　= 2 ×43150 ×2. 508 ×(50 - 20)</p><p>　　=6493212( kJ )

100、 (8)</p><p>　　式中:ΔH醇4 —帶回反應(yīng)釜的熱焓， kJ； m醇3 —回流甲醇的質(zhì)量， kg；ΔT6 —甲醇流入反應(yīng)釜時與基準溫度差， ℃。</p><p>　　2.8.2.6帶出反應(yīng)釜總熱焓</p><p>　　甲醇回流2 h帶出釜熱焓為:</p><p>　　ΔH醇5 = 2 ×ΔH醇1<

101、;/p><p>　　= 2 ×56380049</p><p>　　= 112760098( kJ) (9)</p><p>　　式中:ΔH醇5 —帶出反應(yīng)釜的熱焓， kJ。</p><p>　　回收甲醇帶出釜熱焓為:</p><

102、;p>　　ΔH醇6 =m醇4CP醇ΔT7 +ΔHV醇2</p><p>　　= 33700 ×2. 508 ×(64. 5 - 20) + 33700 ×1 195</p><p>　　= 44032622 ( kJ ) (10)</p><p>

103、;　　式中:ΔH醇6 —帶出反應(yīng)釜的熱焓， kJ；ΔT7 —甲醇流出反應(yīng)釜時與基準溫度差， ℃。</p><p>　　2.8.2.7反應(yīng)釜散熱損失</p><p>　　散熱損失主要考慮反應(yīng)釜的熱損失:熱載體管道的熱損耗不包括在計算中。由于化工設(shè)備的外壁溫度高于周圍的環(huán)境溫度，因此熱量將由壁面以對流和輻射的形式散失。根據(jù)各自的傳熱速率方程，可求得單位時間的散熱量P[12]。</p>

104、;<p>　　P =αT AW ( TW - T)</p><p>　　式中: TW —設(shè)備外壁溫度， ℃； T—環(huán)境溫度， ℃；AW —設(shè)備外壁面積， m2 ； αT —傳熱膜系數(shù)， kJ /(m2·℃·h) 。</p><p>　　當TW < 150 ℃時，對有保溫層的反應(yīng)釜聯(lián)合傳熱膜系數(shù)αT = 9. 4 + 0. 052 ( TW - T)

105、。取TW = 40℃， T = 20 ℃，AW = 12 m2 ，代入各式計算:</p><p>　　αT = 9. 4 + 0. 052 ×(40 - 20)</p><p>　　= 10. 44 (W / (m2·℃) )</p><p>　　= 37. 6 ( kJ / (m2·℃·h) )</p><

106、;p>　　P =αTAW ( TW - T)</p><p>　　= 37. 6 ×12 ×(40 - 20)</p><p>　　= 9 024 ( kJ /h) (11)</p><p>　　按間歇操作每釜平均加熱時間4 h計，總散熱量(Q

107、損)為:</p><p>　　Q損= 9 024 ×4 = 36 096 ( kJ) (12)</p><p>　　2.8.2.8反應(yīng)釜的熱量平衡計算 </p><p>　　反應(yīng)釜熱量平衡計算見圖2-3。</p><p>　　進入反應(yīng)

108、釜的熱量總和為:</p><p>　　ΣH2 =ΔH油1 +ΔH水1 +ΔH油3 +ΔH醇1 +ΔH醇2 +ΔH醇3 +ΔH醇4 +Q損</p><p>　　=193869454 ( kJ) (13)</p><p>　　帶出反應(yīng)釜的熱量總和:</p><p&

109、gt;　　ΣH1 =ΔH油2 +ΔH水1 +ΔH醇5 +ΔH醇6 +Q損 </p><p>　　=173157136 ( kJ) (14)</p><p>　　根據(jù)熱量平衡關(guān)系，可求得完成反應(yīng)后釜內(nèi)物料的焓變量HQ 為:</p><p>　　HQ = ΣH2 - ΣH1 = 2

110、0712318 ( kJ ) (15)</p><p>　　反應(yīng)釜需外加補充熱量H外為:</p><p>　　H外=ΔH油1 +ΔH水1 +ΔH油3 +ΔH醇1 +ΔH醇2 +ΔH醇3 +Q損</p><p>　　= 187376242 ( kJ )

111、 (16)</p><p>　　2.8.2.9外加熱油爐負荷計算</p><p>　　根據(jù)工藝過程，一操作周期反應(yīng)釜平均加熱時間為4h，因此熱油爐負荷P爐為:</p><p><b>　　P爐=H外/ T1</b></p><p>　　= 187376242 ÷4&

112、lt;/p><p>　　= 46844061( kJ /h) (17)</p><p>　　式中: T1 —熱油爐平均加熱時間。</p><p>　　ΔH醇3 Q損</p><p>　　41497034kJ 36096 kJ </p>

113、;<p>　　ΔH醇2 ΔH醇4 </p><p>　　53133443kJ 6493212kJ</p><p>　　ΔH醇1 56380049 kJ Q損 36096kJ</p><p>　　ΔH油314429360 kJ