生物柴油设计说明书.doc

1、福建农林大学本科毕业设计说明书-1-目录第一章 项目可行性报告 .1第一节 项目总论 11.1建设意义 11.2 可行性研究结论 .2第二节 项目概况 22.1项目名称：生物柴油 22.2项目建设的必要性 32.3生物柴油开发的优势 4第三节 市场分析 53.1行业情况 53.2公司产品进入市场的难度分析 63.3市场需求及发展趋势 63.4目标市场 6第四节 项目的工艺方案 74.1工艺方案选择 74.2工艺特点及论证 8第五节 厂址位置与建设条件 13第六节 技术经济指标 .14主要经济技术指标表 .14第七节 结论 16第二章 物料衡算和热量衡算 .16计算基准 17第一节 物料衡算 1

2、71.原料油预处理工段 .172.生物柴油合成工段 .183.生物柴油合成工段物料衡算汇总表 .18第二节 能量衡算 182.1能量流通关系示意图 182.已知数据 .193.能量衡算过程 19第三章 换热器设计 .221.物性参数 222.估算传热面积 233. 工艺结构尺寸设计 233.1管程数和传热管数 233.2平均传热温差校正及壳程数 243.3折流板 243.4接管 253.5换热器核算 253.6换热器内流体的流动阻力 274.换热器主要工艺结构参数和计算结构一览表 .28第五章 主要设备一览表 .29第六章 车间设备布局设计 .30第一节 车间平面布置 30福建农林大学本科毕业

3、设计说明书-2-1.1 车间平面布置的内容和要求 .30第二节 车间设备布置 312.1 车间设备布置的内容 .312.2 车间设备布置的要求 .312.3 车间设备布置的方法与步骤： .32第三节 设备布置图 323.1 设备布置设计的图样 .323.2 设备布置图与建筑图的关系 .33第七章 厂区总平面布置说明 .34第一节 方案 341.1主要生产装置 341.2设立的工段和仓库 341.3 生产辅助设施、公用工程、生活福利设施 .35第二节 建设规模 352.1 项目建设规模 .35第三节 总平面布置 353.1 总平面布置原则 .353.2 总平面布置方案 .36福建农林大学本科毕业

4、设计说明书-1-第一章 项目可行性报告第一节 项目总论1.1建设意义生物柴油一般不是直接作为燃料使用；而是与普通柴油混合使用。一个公认的经验值是调和 20%生物柴油 (B20)。生质柴油另一个环保优势，是其可降低引擎废气排放。生物柴油几乎没有含硫化物，排放的废气自然也没有硫化物。研究显示如果用 20%生质柴油的比例混合的话，柴油引擎 NOx 排放会增加 2%，但微粒排放会降低 12%，碳氢化合物排放会降低 20%，一氧化碳的排放会降低 12%如果生质柴油的来源是回锅油，可以减少餐厅换油成本，减少油炸用油的健康风险。一般认为，生物柴油的优点在于可以减少一氧化碳等废物的排放量，而且运输也比普通柴油

5、安全。1.1.1项目名称企业：XXX 股份有限公司工程：固体碱催化生物柴油制备1.1.2项目拟建地区、地点浙江嘉兴市海盐经济开发区百步新区1.1.3承担可行性研究工作的单位和法人代表可行性研究工作单位的名称：XXXX 股份有限公司负责的工程名称：固体碱催化生物柴油制备1.1.4研究工作依据(1) XXX 股份有限公司的请示报告的批复文件。(2) 根据项目需要进行调查和收集的设计基础资料，详见工程设计内容文件夹。福建农林大学本科毕业设计说明书-2-1.2 可行性研究结论生物柴油作为可再生能源的一种，生产发展前景十分广阔，有着无可替代的优势。经过详细的可行性分析,综合考虑原料供应、生产规模、厂址技

6、术方案、资金总额及筹措、项目的财务效益与国民经济、社会效益等重大问题, 得出明确的结论：建厂一切条件已成熟,我们应及时抓住可再生能源发展的大好时机，成立 XXX 股份有限公司,发展生物柴油产业.第二节 项目概况2.1项目名称：生物柴油生物柴油即指脂肪酸甲脂是以生物质资源作为原料经过合成而成的一种柴油,它是从可再生脂质资源,如植物油(如大豆油、棉籽油、米糠油、棕榈油等)或动物油脂（动物脂肪）以及废食用油中得到的长链脂肪酸烷基单脂，因其性质和石化柴油接近，所以叫做生物柴油。柴油作为一种重要的石油炼制产品，在各国燃料结构中占有较高的份额，已成为重要的动力燃料。随着世界范围内车辆柴油化趋势的加快，未来

7、柴油的需求量会愈来愈大，而石油资源的日益枯竭和人们环保意识的提高，大大促进了世界各国加快柴油替代燃料的开发步伐，尤其是进入了 20 世纪 90 年代，生物柴油以其优越的环保性能受到了各国的重视。2005 年全球生物柴油总产量约 200 万吨。生物柴油作为优质的柴油代用品，属于环境友好型绿色燃料，具有深远的经济效益和社会效益。生物柴油产业在我国具有巨大的发展潜力，并将对保障石油安全、保护生态环境、促进农业和制造业发展、提高农民收入，产生相当重要的积极作用。生物柴油燃烧时不排放二氧化硫，排除的有害气体比石油柴油减少 70%左右。与普通柴油相比使用生物柴油可降低 90%的空气毒性，降低 94%的患癌

8、率，由于生物柴油含氧高，燃烧时排烟少，排放的一氧化碳比普通柴油减少约 10%。福建农林大学本科毕业设计说明书-3-2.2项目建设的必要性2.2.1缓解能源压力，增强国家能源储备据统计，按目前的水平开采世界已探明的能源，煤炭资源尚可开采 100 年，石油在 40 年后即将枯竭，天然气也最多再撑 50 到 60 年。我国石油储量仅为全球 2%，迫使每年进口 1 亿多吨仍感不够，且依靠进口严重威胁着国家安全。生物柴油生产在我国刚刚起步，就得到了国务院领导和国家发改委、国家计委、国家经贸委、科技部等政府部门的支持，并已列入有关国家计划。相信生物柴油必将成为我国能源的一个有益补充之一，缓解我国能源压力，

9、增强我国石油安全。2.2.2开发生物能源有着显著的环保意义生物柴油由于本身含氧 10左右，十六烷值较高，且不含芳香烃和硫，所以它能够降低 CO、HC、微粒、NOx 和芳香烃等污染物的发动机排气管排放，从而降低了燃油对环境的污染。美国能源部研究得出的结论是：使用生物柴油和普通柴油按 1：4 混合和纯生物柴油较之使用柴油，从燃料生命循环的角度考虑，能分别降低二氧化碳排放的 15.6和 78.4。生物柴油的原料包括：餐饮业废油，植物油下脚料，其它行业回收油，木本植物油副产品等。而这些废油若不进行处理，直接排向江河则会造成水体过度肥化，引发“赤潮”等现象。所以生物柴油的生产能处理大量的生活和工业废油，

10、是对水体和土壤的保护。其次，生物柴油与石化燃料相比，更易生物降解。所以，如果发生泄露事故，生物柴油对水体、土壤的污染比石化燃料小得多。故生物柴油运用于农业、林业、船舶机械上的柴油机，对环境更为有利。2.2.3与常规柴油相比在环境保护方面具有如下无法比拟的性能。生物柴油硫含量较低，二氧化硫排放量比常规柴油低 20%-80%。同时硫化氢的排放量也低于常规柴油。生物柴油中不含对环境会造成污染的芳香族烷烃类物质。与普通柴油相比，使用生物柴油可降低 90%的空气毒性，降低 94%的患癌率。由于生物柴油含氧量高，使其燃烧时排烟少，一氧化碳的排放与柴油相比减少约 10%，PM10 的排放量低，降低癌症患病率

11、。生物柴油还具有的生物降解性高的特性，降解率可达 98%，是石油柴油的 2 倍。福建农林大学本科毕业设计说明书-4-生物柴油生产污染低，在生产过程仅有少量碱性污水排出，采用吸附罐吸附后达标排放。2.2.4调整农业结构，刺激油料林业发展众所周知，我国是农业大国，提高农民的收入是建立和谐社会的重要问题，而生物柴油的基本原料就是农业的产出物，从而可以大大刺激农民生产的积极性。我国粮食生产能力过剩，而将粮食转化成生物能源的效率和经济效益较低，故出现有些地方种田不赚钱，土地荒芜现象。所以完全可以通过调整农业产业结构，将这些地方发展成为生物柴油的原料基地，发挥生物柴油的环境效益与社会经济效益。另外，发展生

12、物柴油必将刺激油料林业的发展。中国地域辽阔，油料林木资源丰富，但现有的资源没有充分开发利用。国家目前大力推进退耕还林，建立长江大自然屏障，实施天然林保护工程，所以完全可以结合这些工程种植油料林木，既为生物柴油产业发展提供原料，又保护生态环境，有利于可持续发展。我国目前有近 6700 万公顷待造林面积，很大部分集中在西部地区，如果其中 10用来种植油料林木，再在西部地区建设大量小型分布生物柴油工厂，必将促进西部地区经济的发展，也将带给西部地区更多的就业机会。总之，发展油料植物生产生物柴油，可以走出一条农林产品向工业产品转化的富农、强农之路。2.2.5转化餐饮废油，保障人民身体健康我国每年消耗的植

13、物油可直接产生下脚酸化油 250 万吨，大中城市餐饮业产生地沟油可达 400 万吨。许多不法商人从下水道和泔水中提取垃圾油并当作食用油销售。一旦食用，将会破坏白血球和肠道黏膜，引起事物中毒，甚至致癌。有鉴于此，我国不少大中城市已积极开展工作，研究利用垃圾油生产生物柴油的技术。福州、厦门两城市的地沟油已经得到有效利用。因此，发展生物柴油在我国具备更广阔的市场。2.3生物柴油开发的优势（1）性能卓越点火性能佳。柴油的关键指标十六烷值较高，大于 45（石油化柴油为 45） ，抗暴福建农林大学本科毕业设计说明书-5-性能优于石化柴油。（2）燃烧更充分。生物柴油的含氧量高于石化柴油，可达 11%，在燃烧

14、过程中所需的氧气含量较石化柴油少，燃烧、点火性能优于石化柴油。（3）适用性广，除了供公交车、卡车等柴油机的替代燃料外，又可以海洋运输、水域动力设备、地质矿业设备、燃料发电厂等非道路用柴油机之替代燃料。（4）保护动力，生物柴油较柴油的运动粘度较高，在不影响燃油雾化的情况下，更容易在汽缸内壁形成一层油膜，从而提高运动机件的润滑性，降低机件磨损。（5）通用性好，无须改动柴油机，可直接添加使用，同时无须另添设加油设备，储运设备及人员的特殊技术训练（通常的其他替代燃料有可能需修改引擎才能使用） 。（6）安全可靠，生物柴油的闪点较石化柴油高，有利于安全储运和使用。（7）节能降耗，生物柴油其本身即为燃料，以

15、一定比例与石化柴油混合使用可以降低油耗，提高动力性。（8）气候适应性好，由于不含石蜡，低温流动性佳，适合区域广泛。（9）功用多，不仅可做燃油又可作为添加剂促进燃烧效果，从而具有双重功能。第三节 市场分析3.1行业情况美国从 20 世纪 70 年代开始便成立了专门的生物柴油研究机构，能源政策法规案规定；2000 年用非石油燃料代替 10%的发动机燃料，到 2010 年达到 30%，总统签署开发生物质法令，并采取免税的政策。欧洲国家对生物柴油的生产企业进行免税政策，制定了生物柴油推广目标：努力实现生物燃料替代矿物燃料比为-2010 达 5.57%，2020年达 20%。我国 2004 年科技部启动

16、了“十五”国家科技攻关计划“生物燃料油技术开发项目” ，2005 年国家专项农林生物质工程启动，规划 2010 年生物柴油产量达 200 万吨/年，2020 年达 1200 万吨/年，2006 年 1 月开始实施中华人民共和国可再生能源法，鼓励发展生物质能源，并依法保护可再生能源开发利用者的合法权益，同时规定将符合国标的生物质液体燃料纳入其燃料销售体系，并给予税收优惠。总之，生物柴油是一种可再生能源，不会枯竭，是安全的能源，是一种环境友好的能源，因此有美好的前景。福建农林大学本科毕业设计说明书-6-3.2公司产品进入市场的难度分析（1） 我国今年 5 月出台了生物柴油产品标准，这有利于保证生物

17、柴油的质量；（2） 产品进入市场的难度有：a、国家没有规范生物柴油推向市场的程序b、按照可再生能源法，国家扶持生物柴油产业发展的具体政策还没有及时出台；c、广大客户对生物柴油的认识还需要一个过程3.3市场需求及发展趋势市场需求快速增大，生物柴油随着技术和质量的提高，生物柴油的竞争力也在不段提高。同时随着人们环保意识的增强，对生物柴油的绿色环保性有了更进一步的认知。（1）为鼓励使用生物柴油，许多国家出台税收等优惠政策，我国相继也出台很多优惠政策。（2）世界范围内柴油供应不足的严重趋势，为生物柴油发展留下了广阔的空间，我国柴汽比矛盾日益突出，开发生物柴油有一定原料基础，因此意义深远，按照国际上采用

18、比较广泛的标准（B10-B20）计算，到 2010 年，国内市场需求量为 1000-2000万吨，因此具有较强的上升空间。（3）发展趋势是生物柴油需求不断增大，生产企业要建立原料种植基地，注重延伸产品的开发，形成生物柴油产业化优势。3.4目标市场（1）作为车辆动力用油：目标客户主要是石化、石油公司，民营加油站，各种运输车队，船队和公交公司；（2）作为普通燃料用油：目标客户是各种船舶，工业锅炉，餐饮锅炉；（3）作为脂肪酸甲脂：目标客户大型化工企业，可作为表面活性剂，增塑剂等；（4）作为饲料用油：目标客户各类饲料企业；（5）作为脂肪酸甲脂开发国际市场，目前国际市场需求量很大总之，企业在发展中很可能

19、会遇到各式各样的风险，但我们会以积极的心态，积福建农林大学本科毕业设计说明书-7-极的措施面对，并积极抓住任何机遇，企业一定会健康快速发展！走上规模化、产业化良性快车道！第四节 项目的工艺方案4.1工艺方案选择4.1.1原料：主要采用城市生产的废弃油，先期采用过滤、漂泊和脱臭等处理措施，含水量低于 3%，氧化值低于 5，酸值为 88mgKOH/g。4.1.2废弃油预处理：采用碱性膨润土对其进行脱酸处理，而后再采用白土对其进行脱色处理，如若废弃油含水量较高可采用刮板式蒸发器在蒸发温度 150，真空度 0.7MPa 下进行操作可达到要求。4.1.3酯交换法：采用碱性膨润土固体碱催化法，在油脂与甲醇

20、比为 1：6（摩尔比）的溶液里加入用量为油脂质量 2的固体碱催化剂，在反应温度 65下停留 3 小时。4.1.4甲酯分离：利用甲酯相与醇相的密度差采用离心机离心分离的方法将甲酯相分离出来，即可得到产品生物柴油。4.1.5甲醇与甘油分离：采用精馏塔。福建农林大学本科毕业设计说明书-8-4.2工艺特点及论证4.2.1固体碱催化酯交换反应采用碱性膨润土作为酯交换反应的催化剂，是本项目设计的主要特点之一。碱性膨润土是一种固体超强碱层状材料，由活性白土与氢氧化钙在半干条件下合成，蒙脱土层间的钙离子中的两个离子键中，一个与蒙脱土相连，另一个与氢氧根相连，碱容量为 34mmol/g。该催化剂层间距 1.6n

21、m，内表面超过 500M2/g，实验研究表明，使用棕榈油，加入 2的碱性膨润土，在油：醇1：6 及 65下反应 3h，反应转化率大于 96，是一种价格便宜、性能优良的催化剂，具有催化效率高、无反应、无废水、易于分离、对设备无腐蚀及可以回收重复使用等一系列特点。酯交换法主要包括包括碱催化酯交换法、酸催化酯交换法、生物酶催化酯交换法、超临界甲醇酯交换法等。其中，碱催化法中碱性催化剂包括易溶于醇的催化剂（如NaOH、 KOH、NaOCH3 、有机碱等）和各种固体碱催化剂；酸催化中酸性催化剂包括易溶于醇的催化剂（如硫酸、磺酸等）和各种固体酸催化剂，下面通过对各种催化法进行评价，来论证碱性膨润土催化的优

22、势。4.2.1.1碱催化法碱催化法是目前酯交换反应使用最广泛的催化方法。使用碱催化的优点是反应条件温和、反应速度快。有学者估计，使用碱催化的酯交换反应速度是使用同当量酸催化的 4000 倍。碱催化的酯交换反应甲醇用量远比酸催化的低，因此工业反应器可以大大缩小。另外，碱性催化剂的腐蚀性比酸性催化剂弱很多，在工业上可以用价廉的碳钢反应器。除了上述优点外，使用碱性催化剂还有以下缺点：碱性催化剂对游离脂肪酸比较敏感，因此油脂原料的酸值要求比较高。对于高酸值的原料，比如一些废弃油脂，需要经过脱酸或预酯化后才能进行碱催化的酯交换反应。已经工业化的碱性催化剂主要有两类：易溶于甲醇的 KOH、NaOH、NaO

23、CH3 等催化的液相反应，以及固体碱催化的多相反应。1）目前绝大多数的生物柴油工业生产装置都采用液相催化剂，用量为油重的0.52.0% 。甲醇钠与氢氧化钠（或氢氧化钾）用作酯交换催化剂时还有所不同。当使用甲醇钠为催化剂时，原料必须经严格精制，少量的游离水或脂肪酸都影响甲醇钠的催化活性，国外工艺中要求两者的含量都不超过 0.1；但其产物中皂的含量很少，有福建农林大学本科毕业设计说明书-9-利于甘油的沉降分离及提高生物柴油收率。而氢氧化钠（或钾）为催化剂对原料的要求相对不严格，原料中可含少量的水和游离脂肪酸，但这会导致生成较多的脂肪皂，影响甘油的沉降分离速度，同时会导致甘油相中溶解较多的甲酯，从而

24、降低生物柴油的收率。一般说来，以氢氧化钠（或钾）为催化剂，油脂原料的酸值不要超过 2 mg KOH/g，催化剂的用量为油脂重量的 0.52.0%。即使油脂原料的酸值较高，超过 2 mg KOH/g，理论上还可以使用氢氧化钠（或钾）催化剂，但需要加入过量的催化剂以中和游离脂肪酸。这种条件下皂的生成量高，甘油沉降分离困难，且甘油相中溶解的甲酯量较高，因此不宜采取。对于氢氧化钠和氢氧化钾，当用作酯交换催化剂时也有所不同。1）在对粗产物进行沉降分离过程中，催化剂主要存在于甘油相中。由于KOH 的分子量大于 NaOH，因此会提高甘油相的密度，加速甘油相的沉降分离。 2）使用 KOH 为催化剂皂的生成量要

25、比使用 NaOH 时少，这会减少甲酯在甘油相中的溶解。国外一项研究表明，以 KOH 为催化剂催化葵花籽油酯交换，分离后的甘油相中，甲酯的摩尔含量为 3，而以 NaOH 为催化剂时的摩尔含量为 6。3）以 KOH 为催化剂，产物用磷酸中和可生成磷酸二氢钾，这是一种优质肥料，不仅可以减少废物的排放，同时还会增加经济效益。与其相比，钠盐只能作为废物处理。NaOH 为催化剂的优点是其价格便宜。除此之外，国内外还在开发有机碱催化剂，比如胺类等。当以有机胺为催化剂时，在常压低温下经过 610h 的反应，可以达到比较高的转化率，但产物中甘油单酯和二酯的含量很高，而甘油的量很低，难以工业应用；当提高反应压力和

26、温度时，反应过程中又有可能生成酰胺，降低产品质量。因此，以有机碱为酯交换催化剂还需要有做大量的研究工作来证明其可行性。2）固体碱催化法最近几年正在工业化。与液碱催化法相比，使用固体催化法可以大大提高甘油相的纯度，降低甘油精制的成本， “三废”排放少，产物不含皂，提高生物柴油收率；但反应速度慢，需要较高的温度和压力，较高的醇油比，且对游离脂肪酸和水比较敏感，原料需严格精制。法国石油研究院开发的 Esterfip-H 工艺是第一个将固体碱为催化剂成功应用于工业生成的生物柴油生成工艺，其催化剂是具有尖晶石结构的双金属氧化物，已经建成 16 万吨/年的生成装置。另外，德国波鸿的鲁尔大学也开发了一种固体

27、碱催化剂，这种固体碱催化剂是一种氨基酸的金属络合物，催化酯交换反应的温度为 125，高于液碱催化剂的反应温度（60左右） ，将建设 1 吨/小时的工业示范装置。日本正在开发强碱性阴离子树脂催化剂，已取得很大进展。不过阴离子树脂只能在低温（60以下）操作，否则很快失活，而低温下酯交换活性又比较低，所以限制了其工业应用。由于树脂容易再生，因此若将来能开发出耐高温的强碱性树福建农林大学本科毕业设计说明书-10-脂，则具有一定的工业化前景。除此之外，国内外正在开发的固体碱催化剂还包括粘土、分子筛、复合氧化物、碳酸盐以及负载型碱（土）金属氧化物等。4.2.1.2酸催化法与碱催化相比，酸性催化剂可以加工高

28、酸值原料，因为在酸性催化剂存在下，游离脂肪酸会与甲醇发生酯化反应生成甲酯。因此酸性催化剂非常适合加工高酸值的油脂。另外，对于长链或含有支链的脂肪醇与油脂的酯交换，一般也用酸性催化剂。但是，酸催化酯交换的反应速度非常慢，且需要比较高的反应温度和醇油比。在酸催化反应中，如反应温度较高，可能副反应，生成副产物如二甲醚、甘油醚等。另外，在酸催化中，水对催化剂活性的影响非常大。据报道，硫酸催化大豆油与甲醇酯交换的反应中，若大豆油中加入 0.5的水，则酯交换转化率由 95降到 90。如果加入 5的水，则转化率仅为 5.6。在酯交换过程中生成的碳阳离子容易与水反应生成碳酸，从而降低生物柴油收率。当油脂中游离

29、脂肪酸含量高时应注意这一问题，因为酸性催化剂会催化游离脂肪酸与甲醇酯化，从而产生一定量的水，影响反应进程，一步酯交换反应难以达到满意的转化率。以高酸值的油脂如废弃油脂为原料时，为了避免产生的水的影响，工业上常常采用边反应边脱水的方法，或采用间歇操作，把水分出去后再补充甲醇继续反应。 在工业应用中，最常用的酸性催化剂是浓硫酸和磺酸或其混合物。两者相比，硫酸价格便宜，吸水性强，这有利于脱除酯化反应生成的水，缺点是腐蚀性强，且较容易与碳碳双键反应，导致产物的颜色较深。磺酸催化剂的催化活性比硫酸弱，但在生成过程中产生的问题少，且不攻击碳碳双键。强酸型阳离子交换树脂和磷酸盐是两种典型的酯交换酸性固体酸催

30、化剂，但它们都需要比较高的反应温度和较长的反应时间，且酯交换的转化率比较低，使用说明短，因此限制了工业应用。其它固体酸催化剂如硫酸锆、硫酸锡、氧化锆及钨酸锆等也有人在研究。另外，据 2005 年 11 月的 Nature 报道，日本东京工业大学正在开发从天然有机物如糖、淀粉、纤维素等生产固体酸催化剂。其制备方法是先把有机物如葡萄糖、蔗糖在低温（300）下进行不完全碳化，然后进行磺化反应，引进磺酸基，得到磺化的非定形碳催化剂。此种催化剂具有价格便宜、酯化活性高、使用寿命长的特点，但还没发现用于酯交换反应方面的报道。目前，在国外的生物柴油生成装置中，很少用酸催化的酯交换工艺。酸性催化剂主要被用来对

31、酸值较高的油脂进行预酯化，然后再进行碱催化的酯交换。我国现有的生物柴油厂主要以高酸值的废弃油脂为原料，规福建农林大学本科毕业设计说明书-11-模小，使用的催化剂大多是液体酸，也有少数开发使用固体酸。使用固体酸催化剂对高酸值的植物油进行预酯化，然后再用碱催化酯交换制备生物柴油，是一条较好的工艺路线。4.2.1.3生物酶催化酯交换法 研究表明 1-2，脂肪酶是一种很好的催化醇与脂肪酸甘油酯的酯交换反应的催化剂。但它对甲醇和乙醇的转化率低，并且醇的碳原子数越少，造成酶不可逆失活的能力就越强。如果在体系中添加有机溶剂(如正己烷等)或水时，脂肪酶对甲醇的耐受能力会有一定程度的提高。也可以用乙酸甲酯替代甲

32、醇作为酶法催化酯交换的底物，即使乙酸甲酯和油的物质的量之比为 12：1，也不会造成脂肪酶(Candida antarctica)的失活3 。Hama 等4人则用固定化根霉(Rhizopm oryzae)细胞作为细胞催化剂来催化大豆油和甲醇合成生物柴油。脂肪酶催化技术具有以下优点： 固化残渣可以再生和再利用，因为反应进行时，它们能够留在反应器中； 可以允许在反应器中使用高浓度的酶，这会更长久地保持酶的活性； 由于处于天然状态，酶具有更强的热稳定性； 酶的固化能够在溶剂中保护酶，而溶剂则能防止所有的酶颗粒聚集到一起。 产品的分离更为容易。但脂肪酶催化技术也具有如下一些缺点： 由于油分子的体量而失去

33、部分初始活性； 酶的数量不统一； 生物催化剂比天然酶昂贵。4.2.1.4超临界甲醇法超临界甲醇法超临界甲醇法制备生物柴油是最近几年发展起来的一种新方法，它的最大特点是对原料要求低，不使用催化剂，反应时间短，反应转化率高，产物易于分离精制。肖建华等5以食用大豆色拉油为原料，采用超临界甲醇法制备生物柴油。北京化工大学曹维良等6 采用加入小分子共溶剂 CO2，在超临界条件下制备生物柴油。但超临界甲醇法须在高温高压下才可以，反应条件苛刻，而加入促溶剂法较简单可行。BIOX 工艺用四氢呋喃(THF)作为共溶剂，虽然共溶剂和未反应掉的甲醇可循环利用，福建农林大学本科毕业设计说明书-12-但还是会有部分的共

34、溶剂会损失掉，成为不可忽视的生产成本。THF 价格昂贵，最好寻找一种性能优良价格便宜的共溶剂。理想的共溶剂应具备一下条件：1)优良的促溶性能；2) 化学性质稳定，不与反应物反应或者对反应进行有协同促进作用；3)容易从产物中分离回收；4)无毒、无腐蚀性，对环境无污染；5)产物残留的溶剂不影响燃料性能；6)价格便宜。在性能方面各种方法比较有表 1-1：表 1-1 各种催化剂对酯交换反应性能的比较变量 碱催化剂脂肪酶催化剂超临界醇 酸催化剂反应温度（） 6070 3040 239385 5580原料中的自由脂肪酸 皂化产品 甲酯 酯 酯原料中的水 干扰反应 无影响 干扰反应甲酯产量 一般 较高 好

35、一般甘油回收 难 易 难甲酯纯化 反复清洗 无影响 反复清洗催化剂生产成本 便宜 相对昂贵 中间的 便宜综合考虑，固体碱催化剂用于酯交换反应，具有生产工艺简单，产品与催化剂分离容易，后处理方便，无废水产生，避免了大量废液的排放，有效防止了环境污染的特点，同时固体碱催化剂具有易活化再生，便于连续操作的特点，使得固体碱作为催化剂进行酯交换反应具有绝对优势。同时在国内有关固体碱催化法生产生物柴油的报道已经有许多，如刘祥华等就以固体碱 K2CO3A12O3 为催化剂，对菜籽油和甲醇的酯交换反应进行了研究，实验结果表明该反应在最佳工艺条件为：反应温度 50、催化剂用量 4、醇油摩尔比 15：1 和反应时

36、间 3h 下进行反应，生物柴油产率为98.627。吴玉秀等 8，制备和表征 Mg-AI 复合氧化物水滑石，并用它作为催化剂催化植物油与甲醇酯交换反应。研究发现，煅烧过水滑石具有较高活性，最佳反应温度 333 K343 K，此时甲酯转化率达 90 以上。李为民等 9利用共沉淀法制备水滑石，焙烧后得到 Mg-AI 复合氧化物，并以此为催化剂进行菜籽油酯交换反应，得出最佳工艺条件为：反应温度 65 、醇油摩尔比 6： 1、反应时间为 3h，催化剂加入量为菜籽油质量 2，脂肪酸甲酯(生物柴油)产率为 9517。此外，Corma 等10所制备AI-Mg 水滑石具有较强催化甘油三酯和甘油酯交换反应能力，在

37、 240下反应 5 h 后转化率达 92。谢文磊等11也对此进行了一定的研究都取得了一定的成功，因此选用固体碱作为催化剂进行催化不仅在经济角度上有一定优势而且从技术角度角度上来说福建农林大学本科毕业设计说明书-13-也是完全可行的。但是，用固体碱 K2CO3A12O3 催化剂油醇比过高，使用水滑石催化剂制造成本较高，因而，采用碱性膨润土是较为理想的方案。4.2.2无水洗干法生产工艺整个工艺都采用了改性膨润土材料，实现了固体碱脱酸，活性白土脱色及固体碱催化，这些处理过程结束后，只需简单的液固分离，无需加水洗涤及油水分离，大大简化了生产工艺及设备，整个工艺无废水产生。（1）由于采用了固体碱作为催化

38、剂，生产过程中无副反应产生，杂质含量少；催化剂可采用过滤机分离，分离简单、效率高；产品纯度高不需要进行水洗操作，避免了产生大量的废水；液相分离简单，可连续进行。（2）废弃油脱酸及脱色：脱酸的方法主要包括传统的脱酸法和一些新型的脱酸法。传统的脱酸工艺包括：碱洗电精制法、加氢精制法和吸附法。其中碱洗电精制法消耗大量的强酸、强碱，乳化严重，对环境造成极大的污染；加氢法是目前国外广泛采用的柴油脱酸方法，该法脱酸效果好，但是加氢法破坏了宝贵的环烷酸资源，而且国内中小型炼油厂普遍氢源不足，限制了该法推广应用；吸附法是开发较早的脱酸精制工艺，该法采用天然或人工合成的吸附剂脱除环烷酸，脱酸效果好，但是该法需要

39、建立吸附一脱附装置和溶剂再生系统，投资大，能耗高，目前仅限于实验室研究。针对传统脱酸工艺的不足，人们开发了一系列新的脱酸方法，如微波辐射法、脱酸剂技术和绿色脱酸法等，这些新工艺具有一定的优势但在工业上还为大力推广。脱色主要用活性白土作为脱色剂，用活性白土来脱色是工业上使用的最广泛和最为成熟的一个工艺，其可行性不会存在任何问题。综合考虑以上各种优缺点，本项目脱酸主要采用经过改进了的传统的吸附方法，其根据主要是以广西大学李琪琳，韦藤幼，童张法的改性膨润土无水精炼油茶籽油工艺研究12 论文为指导，该工艺先用活性白土脱色，然后用碱性钙基膨润土脱酸，在脱色及脱酸的同时进行了脱胶，脱色的最佳工艺条件为 5

40、0、25 min、白土用量2.5 ；脱酸的最佳工艺条件为 56、120 min、碱性土用量 3。第五节 厂址位置与建设条件嘉兴，东邻上海，西南连杭州，西与湖州接壤，北接苏州，与绍兴、宁波隔杭州福建农林大学本科毕业设计说明书-14-湾相望不仅可以收购周边城市的地沟油原料，并且近些年随着嘉兴餐饮业的兴旺，仅市区一年产生的地沟油总量就多达 5000 吨左右。海盐县城共有 179 家餐饮单位，每年可产生废弃油脂 50 吨左右。此外， 交通便捷，铁路、公路、水路四通八达，沪杭铁路复线、沪杭高速铁路、320 国道、沪杭高速公路、乍嘉苏高速公路、申嘉湖高速公路等贯穿境内。原料、成品的运输都极为方便。浙江是渔

41、业大省，生物柴油可以作为渔船的动力燃料。且周边地区对生物柴油的需求量也很大。嘉兴市政府专门制定了嘉兴市区餐厨废弃物管理办法 ，进一步细化和明确餐厨废弃物产生、收集、运输、处置等各环节的部门职责。严厉打击非法生产地沟油的窝点，以使废油脂能够流向正规厂家，得到资源化利用。海盐新世纪石化设备有限公司也位于海盐县百步区，该公司主要从事化工设备、石化配件、化工填料、塔内件、不锈钢制品等的开发、生产，公司产品主要面向工业领域的精馏、吸收、解吸、萃取、换热、洗涤等过程使用。工厂可以就近购买生产所需的化工设备，减少运输费用。第六节 技术经济指标主要经济技术指标表福建农林大学本科毕业设计说明书-15-序 号 项

42、目 单位 数量一 生产规模1 生物柴油 万吨/年 1.2二 主要原料及燃料动力1 泔水 万吨 12 甲醇 吨 12003 抗氧化剂 吨 164 酸度调节剂 吨 15 煤 吨 19806 电 万 Kwh 112三 新增定员 人 25四 新增建筑面积 平方米 4066五 运行时间 时/年 8000六 主要经济指标I 经济数据1 1 总投资 万元 42122 建设投资 万元 35923 其中：建设期利息 万元 234 流动资金 万元 2066其中：铺底流动资金 万元 6205 资金筹措 万元 4212其中：债务资金 万元 620项目资本金 万元 3592资本金比例 % 85.28%6 年平均营业收入

43、 万元 192407 年平均营业税金及附加 万元 1168 年平均总成本费用 万元 163479 年平均利润总额 万元 277710 年平均所得税 万元 69411 年平均净利润 万元 208312 年平均息税前利润 万元 285713 年平均增值税 万元 1449II 财务评价指标1 总投资收益率 % 50.49%2 项目资本金净利润率 % 57.67%福建农林大学本科毕业设计说明书-16-3 项目投资财务内部收益率(所得税前 ) % 54.09%4 项目投资财务净现值(所得税前 ) 万元 136555 项目投资回收期（所得税前） 年 3.276 项目投资财务内部收益率(所得税后 ) % 4

44、2.31%7 项目投资财务净现值(所得税后 ) 万元 115398 项目投资回收期（所得税后） 年 3.779 项目资本金财务内部收益率 % 53.54%10 盈亏平衡点（生产能力利用率） % 67.64%第七节 结论生物柴油作为可再生能源的一种，生产发展前景十分广阔，有着无可替代的优势。经过详细的可行性分析,综合考虑原料供应、生产规模、厂址技术方案、资金总额及筹措、项目的财务效益与国民经济、社会效益等重大问题, 得出明确的结论：我们应及时抓住可再生能源发展的大好时机，成立生物柴油股份有限公司,发展生物柴油产业.第二章 物料衡算和热量衡算分子式 相对分子量 质量分数 甘油三酸酯相对分子量 甲酯

45、分子量棕榈酸 C15H31COOH 256.43 16.14% 807.38 270.45硬脂酸 C17H35COOH 284.48 7.55% 891.47 298.5油酸 C17H33COOH 282.45 35.19% 885.38 296.47亚油酸 C17H31COOH 280.45 32.04% 879.41 294.47亚麻酸 C17H29COOH 278.44 3.42% 879.38 292.46其他 5.66%福建农林大学本科毕业设计说明书-17-主反应： + + 2123CHOR 3CH 催 化 剂 3123COR22CHO计算基准(1)时间基准：该工艺属连续性操作，每年

46、的工作时间是 320 天，每 天 24 小时，以每小时的产量为基准进行衡算。(2)质量基准：以吨为基准进行衡算。(3)物料基准：甲酯量 = 5.3632 koml/h = 1.5625 t/h甘油三酯= 1.9432 koml/h = 1.6911 t/h第一节 物料衡算1.原料油预处理工段废弃油脂 脱酸 过滤器 脱色 过滤器碱性膨润土 活性白土白土渣甘油三酯第一工段：原料预处理工段流程示意图福建农林大学本科毕业设计说明书-18-原料预处理工段物料衡算汇总表输入 输出组分 物质的量/kmol 质量/t 组分 物质的量/kmol 质量/t甘油三酯 1.9432 1.6911 甘油三酯 1.943

47、2 1.6911脂肪酸 0.0997 脂肪酸H2O 0.0995 0.0018 H2O 0.0995 0.0018碱性膨润土 0.0359 碱性膨润土 0.1355活性白土 0.0846 活性白土 0.0846总和 2.0427 1.9131 总和 2.0427 1.91312.生物柴油合成工段 3.生物柴油合成工段物料衡算汇总表输入 输出 组分 物质的量/kmol 质量/t 组分物质的量/kmol 质量/t甘油三酯 1.9431 1.6911 甘油三酯 0.1555 0.1353CH3OH 10.7264 0.3437 CH3OH 5.3632 0.1718固体碱 0.1565 0.0339

48、 固体碱 0.1565 0.0339H2O 0.5158 0.0093 H2O 0.5158 0.0093甘油 1.7878 0.1645甲酯 5.3632 1.5625总计 13.3420 2.0779 总计 13.3420 2.0779甘油三脂 反应器 水洗塔蒸馏水沉降水相油相 精馏1精馏2甲醇和水生物柴油甲醇和水甘油第二工段流程示意图福建农林大学本科毕业设计说明书-19-第二节 能量衡算2.1能量流通关系示意图2.已知数据蒸汽温度为 150充分加热变为 90冷却水初始温度 22升温后变为 40热容/ (kJ*kg-1* -1)气化潜热/ kJ*kg-1 密度/ kg*m -3 沸点/ 摩

49、尔生成焓/KJ*mol-1原料油 2.090 900.000 甲醇 2.508 1195.000 800.000 64.500 -238.400 甘油 2.425 原料油22 预热器 脱酸 预热器反应器水洗沉降精馏塔1精馏塔2Q1脱色Q传动1 Q传动2 Q250Q损1 Q损2Q损3 反应器进料64.5Q损4Q3Q4甘油60水和甲醇55水和甲醇55生物柴油60Q 损 5Q 热水福建农林大学本科毕业设计说明书-20-3.能量衡算过程3.1预热器热量衡算蒸汽用量 0.418 t原油增加热量 Q=2.09*（50-22 ）*（1.6911+0.0.0997+0.0018）=104.92 MJ预热器输入热量 Q1=0.418*4.18*（150-90 ）=104.92 MJ预热器热量平衡表收方 支方原油增加热量 104.902 预热器输入热量 104.902 3.2搅拌釜热量衡算设原油温度不变，Q 传动 1Q损 179.920 MJQ 传动 2Q损 2 79.920 MJ搅拌釜热量平衡表传动输入 损失输出 脱酸搅拌釜 79.