【正文】 .................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 包括酯交換工段 的物料衡算 并 以此為依據(jù)完成設(shè)備的選型及輔助工程，車(chē)間布置的設(shè)計(jì)，相應(yīng)的廢水處理機(jī)制，綜合利用等 ， 最后繪制 的車(chē)間布置圖。 20xx 年世界生物柴油總產(chǎn)量約 2050 萬(wàn)噸，其中歐盟占 51%，南美地區(qū)（巴西為主）占 24%，亞洲 13%，中北美為 11%，其他地區(qū) 1%。生物柴油所具有的潤(rùn)滑特性可以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損，從而延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。 制備 生物柴油 的 化學(xué)反應(yīng)方程式如 圖 11 所示： 圖 11 酯交換反應(yīng)方程式 這里 R1， R2 和 R 3 是碳?xì)溟L(zhǎng)鏈，有時(shí)也被稱(chēng)為脂肪酸鏈。除去經(jīng)濟(jì)、健康和環(huán)境方面的好處外，標(biāo)準(zhǔn)的建立增強(qiáng)了生物柴油使用者、發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)商和其他團(tuán)體的信心，成為其商業(yè)化應(yīng)用的一個(gè)里程碑。 與常規(guī)柴油相比，生物柴油具有無(wú)法比擬的性能 ： （ 1） 具有優(yōu)良的環(huán)保特性 ； （ 2） 具 有較好的低溫發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能 。金屬與人造橡膠會(huì)影響生物柴油穩(wěn)定性，加快生物柴油氧化產(chǎn)生過(guò)氧化物。 生物柴油原料的選用根據(jù)各國(guó)的實(shí)際情況而有所區(qū)別。所以，本 7 項(xiàng)目利用精煉烏桕油加工生產(chǎn)生物柴油。在中國(guó)，烏桕油籽每年的產(chǎn)量都很大，政府作出了決定以烏桕油為原料大規(guī)模發(fā)展生物柴油的發(fā)展戰(zhàn)略 。在油料、原油價(jià)格與國(guó)際價(jià)格接軌的前提下，原料價(jià)格與產(chǎn)品要有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，需要有關(guān)各方共同努力應(yīng)對(duì)，合理定價(jià)。總體上，烏桕油的消費(fèi)主要集中在亞洲國(guó)家，歐盟也提高了烏桕油進(jìn)口量。而另一個(gè)原料 —固定化脂肪酶，是本項(xiàng) 目設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)之一。 擬建廠地區(qū)的地理位置 大悟縣位于大別山脈西段，湖北省東北部，鄂豫兩省交界處。大悟 土特產(chǎn) 品琳瑯滿(mǎn)目， 板栗 、花生、茶葉、 銀杏 、油桐、藥材形成產(chǎn)業(yè)化格局，尤其是烏桕產(chǎn)量居全國(guó)之冠。 年生產(chǎn) 20xx0 噸生物柴油項(xiàng)目工程建筑內(nèi)容包括： （ 1）主要生產(chǎn)裝置。 c、避免人流和物流的交叉，確保交通順暢。在全球石油資源面臨枯竭的大背景下，尋找更加環(huán)保的替代能源，無(wú)疑是我國(guó)一項(xiàng)長(zhǎng)期的戰(zhàn)略性任務(wù)。本項(xiàng)目的生物柴油工藝方案設(shè)計(jì)具有一定的利潤(rùn)，但要面對(duì)當(dāng)今不斷波動(dòng)的原油價(jià)格和成品油價(jià)格， 所以要依靠國(guó)家和當(dāng)?shù)卣闹С?，享受一定的?yōu)惠政策來(lái)促進(jìn)公司效益，但是從人類(lèi)發(fā)展角度看，生物柴油公司給社會(huì)和環(huán)境帶來(lái)的效益是無(wú)法估量的，必將成為以后發(fā)展潮流。本項(xiàng)目采購(gòu)大別山區(qū)煉制的烏桕油作為原料油，以降低生物柴油的原料成本，便于大規(guī)模生產(chǎn)。 酯交換 按甲醇 /油的摩爾比率為 4:1 加入物料， 在 固定化脂肪酶的 催化 作用 下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)溫度為 41℃ ，反應(yīng)時(shí)間 12h，酯純率可達(dá) 96％。另外， 脂肪酶有一個(gè)獨(dú)特的特征，能夠在水相和有機(jī)相的界面起作用，而它的活性通常取決于有效界面面積，加水后，水能有助于油形成更多的油水液滴，有效界面增大， 該反應(yīng)體系需要 7%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的水參與。 圖 41 甘油三油酸酯的酯化反應(yīng) C H2O C R1C H2O C R3C H2O C R2OOOC H3O H C H3O C ROC H2O HC H2O HC H2O H+ +催化劑油脂 甲醇 柴油 甘油3 3884g 3 *3 2 g 3 *2 9 6 g 92g 18 根據(jù)計(jì)算，甘油三油酸酯的 平均 分子量是 884，所以， 1 摩爾甘油三油酸酯的重量為 884g，三摩爾甲醇的重量為 96g， 3 摩爾的油酸甲酯為 888g， 1 摩爾的甘油為 92g。 經(jīng)過(guò)濾的濾液主要組分為 甘油三油酸酯 和水，其含量分別為 19 甘油三油酸酯 ： 水： 生物柴油合成工段 甘油三油酸酯 的量為 ， 根據(jù)反應(yīng)式和反應(yīng)條件： CH3OH 的量（需要）： 3 32=， 反應(yīng)體系中 醇油比為 4:1，實(shí)際 CH3OH 的量： 4 32=?！?)；水密度 103kg／ m3，熱容 ／ (kg 蒸汽、冷凝水計(jì)算 蒸汽主要用來(lái)蒸餾設(shè)備，每 h需要蒸汽提供的 總熱量 Q=Q3= 使用表壓為 的飽和蒸汽， h=，則： 0 = 22 5 g/hhiQM ? ? （ K）－ ）（ 式中 i──相應(yīng)冷凝水的焓（ ） h──蒸汽的熱效率，去η =95% 每噸產(chǎn)品消耗蒸汽量 m=225/=81kg。 物料性質(zhì) 脂肪酸甲酯的密度為 900kg 每立方，甲醇的密度為 887kg每立方， 固定化脂肪酶 量為 %，比較松散，密度以 1000kg每立方計(jì)。 已知物料的流量 V 和逗留時(shí)間 τ，可以計(jì)算出設(shè)備的有效容量 V 有效 ： V 有效 =Vτ= 12=（ m3） 連續(xù)操作設(shè)備為保證反應(yīng)的充分均勻，防止滯留和滑漏現(xiàn)象，根據(jù)生產(chǎn)性質(zhì)的不同，一般取設(shè)備數(shù)量為 3~6 個(gè)。 生物反應(yīng)釜選擇與設(shè)計(jì) 由于本工藝 每 h進(jìn)料多且反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 12h，若設(shè)計(jì)反應(yīng)塔，則塔會(huì)過(guò)于太多，操作穩(wěn)定性會(huì)降低，不便于操作。 設(shè)計(jì)任務(wù)、目的 物料的攪拌既是液 液體系的攪拌也是固 液體系的攪拌，要使催化劑比較均勻的懸浮在脂肪酸甲酯和甲醇中，進(jìn)行催化反應(yīng)，脂肪酸甲酯和甲醇的混合比較容易，但是要達(dá)到液滴直徑比較小的分散則有一定的難度，為此需要將攪拌轉(zhuǎn)速適當(dāng)提高。初始溫度選取廠址地區(qū)的平均氣溫 ℃。 反應(yīng)產(chǎn)物（反應(yīng)釜出口） 甲酯的量 =反應(yīng)生成量： 甘油三油酸酯的量 =輸入量－參加反應(yīng)的量： （ 1－ ） 884= CH3OH 的量 =輸入量－參加反應(yīng)的量： （ 4－ 3 ） 32= 甘油的量 =反應(yīng)生成量： 96% 92= 水的量 =反應(yīng)原料帶入的水分的量： 濾液 ：脂肪酶帶走 30%的水分 甲酯含量： 甘油三酯的 含 量： CH3OH 的量： 甘油的量： 水的量： = 分相：已知 甲酯 相 中 分得 95%的 CH3OH 甘油相： CH3OH 的 含 量 ： 5%= 甘油的 含 量 ： 水的 含 量： 甲酯相（生物柴油） 甲酯的 收率為 99%， 甲酯的 含 量 ： =2750Kg 甘油 三脂的 含 量 ： CH3OH 的 含 量 ： = 20 水的量：忽略 回收甲醇： 甲醇質(zhì)量： 110Kg。（ 1— %）247。 已知數(shù)據(jù) 已知： 甘油三油酸酯平均分子量 為 884，含水量 %；甲醇分子量為 32，含水量 1%；甘油分子量為 92；脂肪酸甲酯 平分子量 為 296，收率為 99%。 甘油的回收 生物柴油生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的甘油水 。 在目前沒(méi)有相關(guān)政策的支持下，本項(xiàng)目是否盈利取決于烏桕油價(jià)格及 0柴油價(jià)格。 表 31 生物柴油的制備工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較 工藝 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 微乳法 工藝較為簡(jiǎn)單，產(chǎn)物粘度有所降低 產(chǎn)物十六烷值較低，且對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)易 造成損害 熱裂解法 制備工藝法簡(jiǎn)單 需高溫和催化劑，耗能大； 且設(shè)備要求高，產(chǎn)物中以生物汽油為主 化學(xué)法 堿法速率快，效率高； 酸法對(duì)原料油脂要求不高 皂化物加大產(chǎn)物分離的難度；酸法時(shí)間較長(zhǎng)； 均有三廢產(chǎn)生，污染環(huán)境 酶法 反應(yīng)條件溫和，甲醇用量少；對(duì)環(huán) 境無(wú)污染 反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，脂肪酶成本高，易失 活 超臨界法 不需要催化劑，速率快，效率高，底物消耗量小 設(shè)備要求極高，能量需 求大，成本高 工程微藻 屬天然細(xì)胞代謝物，對(duì)環(huán)境無(wú)害，成本低 對(duì)水體會(huì)產(chǎn)生污染，且起步較晚，技術(shù)不成熟 在生物酶法中，固定化脂肪酶催化技術(shù)倍受青睞，其具有以下優(yōu)點(diǎn) [14]： ① 固定化酶可以再生和再利用，因?yàn)榉磻?yīng)進(jìn)行時(shí)，它們能夠留在反應(yīng)器中； ② 可以允許在反應(yīng)器中使用高濃度的酶，這會(huì)更長(zhǎng)久地保持酶的活性； ③ 由于處于天然狀態(tài)，酶具有更強(qiáng)的熱穩(wěn)定性； ④ 酶的固定化能夠在溶劑中保護(hù)酶，而溶劑則能防止所有的酶顆粒聚集到一起。由于生物柴油含氧量高，使其燃燒時(shí)排煙少，一氧化碳的排放與柴油相比減少約 10%（有催化劑時(shí)為 95%）；生物柴油的生物降解性高。并用隔離墻將生產(chǎn)區(qū)與生活區(qū)進(jìn)行隔離； 在大門(mén)旁邊可建設(shè)一些接待間、備用間等，如一些配電間、化驗(yàn)間、維修間，即可節(jié)約用地有可方便生產(chǎn)； 辦公樓建在生活區(qū)靠近大門(mén)以利于辦公和與外界交流； 食堂和套房設(shè)置在辦公樓左側(cè)區(qū)域，可完全與生產(chǎn)區(qū)辦公區(qū)隔離，其設(shè)計(jì)原則是少地多層即采 用少的建筑面積設(shè)置多層樓高，一般以 4層樓高算； 消防水池和油罐設(shè)置在廠房的最底段，其物流通道主要以側(cè)門(mén)為主，為達(dá)到防火防爆要求，將兩個(gè)污水池放在油罐與鍋爐房之間，以達(dá)到鍋爐房遠(yuǎn)離油罐和廠房的目的； 料倉(cāng)挨廠房建設(shè)以利于進(jìn)料方便，且靠近側(cè)門(mén)交通便利； 生產(chǎn)區(qū)為整個(gè)廠區(qū)的心臟，其位置靠近廠區(qū)中心，并在其左側(cè)設(shè)置料渣存放區(qū)和一些水塔設(shè)施，并只進(jìn)行物流的交換，廠區(qū)員工主要從廠房右側(cè)進(jìn)入廠房，原料油儲(chǔ)罐和生物柴油儲(chǔ)罐圍繞其布置； 廠區(qū)的物流與人流進(jìn)行一定的分開(kāi)，生產(chǎn)區(qū)的物料及設(shè)備的出入口以側(cè)門(mén)為主，產(chǎn)品的量可定期從大 門(mén)出。 （ 3）生產(chǎn)輔助設(shè)施、公用工程、生活福利設(shè)施。 （ 2） 降水：降雨集中在夏季， 9 的雨量占全年的 65%~85% （ 3） 降雪和積雪 ： 年平均降雪日為 10 天左右，主要出現(xiàn)在 12—2 月。 廠址地區(qū)自然 資源 大悟風(fēng)光旖旎，景色迷人。 10 第 2章 廠址選擇、布置及效益分析 廠址選擇 廠 址選擇是企業(yè)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，包括了建廠地區(qū)的選擇和工廠場(chǎng)地位置的選擇。原料豐富，可再生；可采取多種工藝制備生物柴油，工藝流程簡(jiǎn)單，條件溫和。 烏桕油消費(fèi)狀況 近些年來(lái)，動(dòng)物油脂消耗量在全球油脂中的比重大幅下降，植物油脂的消耗卻以每年 34%的速度增長(zhǎng)。 脂肪酸成分 數(shù)值（ %） 特征 數(shù)值 十二酸甲酯 (C12:0) 密度 (g/cm3) 十六酸甲酯 (C16:0) 皂化值 (mg KOH/g) 十八酸甲酯 (C18:0) 酸值 (mg KOH/g) 油酸甲酯 (C18:1) 總脂肪酸 (%) 亞油酸甲酯 (C18:2) 分子質(zhì)量 亞麻酸酸甲酯 (C18:3) 碘值 (g/100g) 含水量 (%) 運(yùn)動(dòng)粘度 (25℃ ,) 過(guò)氧化值 (meq/kg) 8 （ 3） 生產(chǎn)不含氧的碳?xì)浠衔镒鳛榈诙锊裼褪钱?dāng)前國(guó)際上新的發(fā)展趨勢(shì)，而以烏桕油為原料又有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在科技高度發(fā)展的今天，桕籽的用途更加廣泛，是國(guó)防、化工、紡織、機(jī)械、醫(yī)藥等工業(yè)生產(chǎn)不 可缺少的原料。同時(shí)，基因工程會(huì)是未來(lái)生物質(zhì)能利用的一個(gè)重要研究方向。 生物柴油中總是存在水分 (溶解的、乳化的、甚至存在于容器底部，微量 單甘 、甘二酯還能增強(qiáng)生物柴油的吸水能力 )，水解是生物柴油劣變的原因之一，殘留的酸會(huì)使生物柴油酸敗 ，水分還會(huì)促使銹生成。而且由于生物柴油燃燒時(shí)排放的 CO2 遠(yuǎn)低于該植物生長(zhǎng)過(guò)程中所吸收的 CO2，從而改善由于 CO2 的排放而導(dǎo)致的全球變暖這一有害于人類(lèi)的重大環(huán)境問(wèn)題。 德國(guó)推廣生物柴油最早，也是最普及的國(guó)家，德國(guó)的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)比美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格和細(xì)致。kg1 熱值 /kJ甘三酯作為油脂的主要組分，是由三個(gè)長(zhǎng)鏈脂肪酸與一個(gè)甘油 分子 經(jīng)酯化形成的。而生物柴油作為一種理想的清潔燃油，其無(wú)污染，可再生的特性使其大規(guī)模的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展成為我國(guó)新能源戰(zhàn)略的重點(diǎn)，該產(chǎn)業(yè)在我國(guó)的成功發(fā)展將對(duì)我們建設(shè)和諧的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系產(chǎn)生重大而深遠(yuǎn)的影響 [4] 生物柴油可以從可再生的本土資源中得到，因此可以減少對(duì)于石油燃料進(jìn)口的依賴(lài)；其次它是可生物降解的，且無(wú)毒。近年來(lái)，綠色發(fā)展在全球蓬勃興起，其核心是減少對(duì)能源資源的過(guò)度消耗，追求經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展 [1]。國(guó)際上主要利用大豆油、菜籽油等為原料制備生物柴油，而我國(guó)食用油供給仍需大量進(jìn)口。 參考文獻(xiàn) ........................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 關(guān)鍵詞 ：生物柴油 固定化 脂肪酶 酶 催化 工藝 設(shè)計(jì) 1 2 第 1章 前 言 生物柴油的簡(jiǎn)介 能 源是支撐人類(lèi)文明進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展須臾不可或缺的基本動(dòng)力。 我國(guó)是世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為迅速的國(guó)家之一，對(duì)能源的需求量長(zhǎng)期持續(xù)高速增長(zhǎng)，在現(xiàn)有的能源消耗構(gòu)成中，石油和天然氣供給遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)分析，到 20xx 年，我國(guó)原油供給進(jìn)口依存度將由現(xiàn)