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1、毕业设计 设计题目：年产20000吨生物柴油工厂的工艺设计目录摘 要1Abstract2第1章 前 言31.1 生物柴油的简介31.2 生物柴油的基础知识41.3 生物柴油的质量标准51.4 生物柴油的品质性能61.5 生物柴油的稳定性71.6 原料路线71.6.1乌桕概述81.6.2乌桕油各项指标81.6.3 乌桕油制备生物柴油的意义81.6.4 乌桕油消费状况91.6.5 乌桕油原料路线确定91.7 固定化脂肪酶来源确定10第2章 厂址选择、布置及效益分析112.1 厂址选择112.1.1 拟建厂地区的地理位置112.1.2 厂址地区自然资源112.1.3 气象条件112.2 厂区总平面布
2、置说明122.2.1 方案122.2.2 建设规模122.2.3 总平面布置122.3 效益分析与评价132.3.1 社会效益分析132.3.2 环境效益分析132.3.3 经济评价14第3章 生物柴油生产工艺流程论述153.1 生产模式163.2 生物柴油生产工艺流程163.2.1工艺路线与技术163.2.2 原料油预处理173.2.3 酯交换173.2.4分离生物柴油173.2.5甲醇的回收173.2.6甘油的回收17第4章 物料与能量衡算184.1 设计任务及物料衡算184.1.1工艺流程示意图184.1.2 已知数据184.1.3 反应过程184.1.4 计算基准194.1.5 原料油
3、预处理工段194.1.6 生物柴油合成工段204.1.7 物料衡算汇总214.2 能量衡算224.2.1 能量流通关系示意图224.2.2 已知数据224.2.3 能量衡算过程224.2.4 蒸汽、冷凝水计算24第5章 生物反应釜设计及选型255.1 设计目的及参数确定255.1.1 设计任务、目的255.1.2 物料性质255.1.3 确定操作参数255.1.4 生物反应釜选择与设计255.1.5 反应釜搅拌器的选型265.2 搅拌特性计算275.2.1 计算雷诺数Re275.2.2 搅拌功率计算和电机的选择275.3 生物反应釜釜体及封头设计285.3.1 设计条件285.3.2 按计算压
4、力计算釜体和封头厚度285.4 传热设计285.5 主要生产设备一览表31第6章 换热器的设计326.1 设计任务及要求326.1.1 设计题目326.1.2 设计任务及操作条件326.1.3 设计要求326.2 换热器类型的选择336.3 流体流速的选择336.3.1 确定物性数据336.3.2 物料衡算336.3.3 初算平均传热温差）346.3.4 初估总传热系数K346.3.5 计算传热面积346.3.6 计算工艺结构尺寸346.4 辅助电加热器的计算35第7章 生产辅助设备计算说明367.1 泵367.2 冷凝器367.3 过滤机367.4 离心过滤机37第8章 废水、废渣的处理和综
5、合利用388.1 生产废水处理方法 388.2 废渣的处理和综合利用388.3 噪音防治 39第9章 安全生产与防火防爆409.1 安全防范重点部位409.2 设计时注意事项41第10章 设计总结42致 谢 辞43参考文献44附录46摘 要生物柴油作为一种环保和可再生的替代燃料，已受到越来越广泛的关注。近年来随着微水相酶学及技术的迅速发展，应用固定化脂肪酶催化制备生物柴油技术正成为生物能源领域新的战略，由于脂肪酶的高价格和油脂原料的缺乏，我国酶法生产生物柴油的产业化进程受到一定程度的制约。国际上主要利用大豆油、菜籽油等为原料制备生物柴油，而我国食用油供给仍需大量进口。我国东南地区有着大量的乌桕
6、，每年出产大量的乌桕油。考虑不与民争粮、不与粮争地的情况下，政府作出了以乌桕油为原料大规模发展生物柴油的决定。本文利用固定化脂肪酶在微水相中催化乌桕油制备生物柴油，最佳配比是：甲醇/油的摩尔比率为4:1，脂肪酶用量为2.7%（质量分数），最适温度为41，200rpm的搅拌速度下进行12小时，产量达到96%，并对其工艺条件进行工艺设计。设计的主要任务包括酯交换工段的物料衡算并以此为依据完成设备的选型及辅助工程，车间布置的设计，相应的废水处理机制，综合利用等，最后绘制的车间布置图。关键词：生物柴油 固定化脂肪酶 酶催化 工艺设计1第1章 前 言1.1 生物柴油的简介能源是支撑人类文明进步的物质基础
7、，也是现代社会发展须臾不可或缺的基本动力。人类对能源的利用，从薪柴时代到煤炭时代，再到油气时代，每一次变迁都伴随着生产力的巨大飞跃。当然，传统化石能源的开发利用，也给人类的可持续发展带来了严峻挑战。近年来，绿色发展在全球蓬勃兴起，其核心是减少对能源资源的过度消耗，追求经济、社会、生态全面协调可持续发展1。生物柴油作为一种替代性燃料，它能够以纯态或与石化柴油混合使用。近年来，生物柴油得到了很快的发展。美国能源部在2001年提交美国国会的立法咨询报告中提出，美国应该通过立法，将替代燃料所占份额从2002年的1.2提高到2016年的4，其中，生物柴油的需求量将从2003年的7 300万加仑提高到20
8、16年的8亿1000万加仑2。2011年世界生物柴油总产量约2050万吨，其中欧盟占51%，南美地区（巴西为主）占24%，亚洲13%，中北美为11%，其他地区1%。我国是世界上经济发展最为迅速的国家之一，对能源的需求量长期持续高速增长，在现有的能源消耗构成中，石油和天然气供给远远满足不了经济发展的需要，据国际能源机构预测分析，到2015年，我国原油供给进口依存度将由现在的30递增到50 以上3。这样高的石油进口依存度，给我国的能源安全带来巨大的隐患。同时，随着国际石油价格的高涨，不仅增加了购买石油的外汇消耗，而且给我国经济的稳定发展造成不容忽视的负面影响。而生物柴油作为一种理想的清洁燃油，其无
9、污染，可再生的特性使其大规模的产业化发展成为我国新能源战略的重点，该产业在我国的成功发展将对我们建设和谐的循环经济体系产生重大而深远的影响4生物柴油可以从可再生的本土资源中得到，因此可以减少对于石油燃料进口的依赖；其次它是可生物降解的，且无毒。与石化柴油相比，生物柴油在燃烧排放方面有很多优点，如一氧化碳、颗粒物及未燃碳氢化合物的排放量较低。生物柴油燃烧时产生的CO2能够通过光合作用循环，因此可以把生物柴油燃烧对温室效应的影响减到最小。生物柴油具有相当高的闪点（150），使得它具有更低的挥发性，因此与石化柴油相比，它在储存运输过程中更为安全。生物柴油所具有的润滑特性可以减少发动机的磨损，从而延长
10、发动机的使用寿命。总之，生物柴油的这些优点使得它成为一种石化柴油的良好替代品，并且已经在很多国家使用，尤其是对环境比较重视的国家和地区。1.2 生物柴油的基础知识5生物柴油最常用的生产方法是采用酯交换反应。所谓酯交换反应是指甘油三酯与醇反应生成脂肪酸单酯（也称生物柴油）和甘油的一个反应过程。甘三酯作为油脂的主要组分，是由三个长链脂肪酸与一个甘油分子经酯化形成的。当甘三酯与醇（如甲醇）反应时，三个脂肪酸链与甘油骨架断开，与醇结合生成脂肪酸烷基酯（如脂肪酸甲酯或乙酯），并生成副产物甘油。甲醇因其成本比较低廉，所以比较常用。通常情况下，使用大量的过量甲醇可以使反应平衡向正方向进行，但大量的甲醇在造成
11、成本浪费之外，也带来环境污染。制备生物柴油的化学反应方程式如图1-1所示：图1-1 酯交换反应方程式这里R1， R2和R 3是碳氢长链，有时也被称为脂肪酸链。表1-1 生物柴油的物化性能燃料密度（15）/gcm-3运动黏度（40）/mm2s-1闪点/灰分/%水分/mgkg-1热值/kJg-1餐饮废油生物柴油0.884.10152.00无240.0037.99菜籽油生物柴油0.884.00156.00无200.0038.61大豆油生物柴油0.884.50156.00无170.0040.67乌桕油生物柴油0.884.30152.00无200.0039.74ASTM标准-1.9-6.01000.0260130120110100100130凝固点 ()-12.8-2010碳残留(%)0.240.170.050.30.30.30.3硫含量 (%)0.0030.20.00150.0010.01-0.010.005水分 (mg.kg.-1)0.0180.020.030.050.030.020.030.05灰分(%)0.040.010.020.020.030.02机械杂志 (%)0.001200.00240.0020.002馏程（360）90%90% 90% 95% 90% 冷滤点()-11.50-
