【正文】 出口流量實(shí)現(xiàn)對塔釜液位的控制。系統(tǒng)中的不凝氣通過V301的排氣孔直接排放。其目的是使氣相進(jìn)入甲醇塔的氣相入口，液相進(jìn)入甲醇塔液相入口。，關(guān)鍵參數(shù)是塔釜溫度和液位。塔釜溫度設(shè)定為180200℃，當(dāng)溫度高于200℃時(shí)DCS控制系統(tǒng)報(bào)警。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。 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。塔釜的真空壓力應(yīng)不高于3+，T303的操作真空度由兩級蒸汽噴射泵和一級水環(huán)真空泵串聯(lián)實(shí)現(xiàn)。(2)塔頂冷凝溫度 塔頂冷凝溫度是指塔頂出口處不凝氣的溫度，冷凝溫度與冷卻換熱器E302管程內(nèi)的溫度是一致的。在正常的真空壓力下，塔頂冷凝溫度控制在7590℃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。生產(chǎn)操作中E302的冷卻水出口溫度一般不低于60℃。(4)塔釜再沸溫度 真空精餾塔T303正常操作時(shí)從塔頂?shù)剿獣⑵鸱€(wěn)定的上低下高的溫度分布。 KPa的真空壓力下，對應(yīng)的塔釜液相汽化為225－240℃。10℃。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(shí)采取措施提高真空度，以避免長時(shí)間在高溫條件下操作造成不必要的反應(yīng)，導(dǎo)致反應(yīng)的損失。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(bào)警。 原始設(shè)計(jì)條件與基本物性數(shù)據(jù)原料：地溝油。 生物柴油得率90 %； 酯交換反應(yīng)時(shí)間2 h； 酯交換反應(yīng)加熱溫度105～110 ℃； % (質(zhì)量分?jǐn)?shù)) 。℃) ，隨溫度升高比熱將增加， 取地溝油油熱容[12]2. 09 kJ / ( kg℃) ， 沸點(diǎn)64. 5 ℃； 水密度[14] 1. 0 103 kg/m3 ， 熱容4. 18 kJ / ( kg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。根據(jù)工藝流程，物料衡算框圖見圖22。 F3甲醇 F4催化劑 反應(yīng)釜回流冷凝器冷凝器反應(yīng)釜P3回收甲醇 P3+P4 t P5 P5 P1粗制柴油 圖22 物料衡算框圖 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(shí)際測定一些熱量，通過衡算計(jì)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(jì)新設(shè)備或裝置時(shí)，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。通過計(jì)算在指定條件下進(jìn)出物料的焓差，從而確定過程傳遞的熱量。在計(jì)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] 。 為便于計(jì)算，熱量輸入和輸出的基準(zhǔn)溫度選為20 ℃ (293 K) 。根據(jù)間隙操作工藝過程，每釜加入原料87t()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。℃) ；ΔHV水— kg水的汽化熱， kJ；γ水—水的汽化潛熱， kJ /kg ；ΔTΔT2 —油、水加熱前后的溫差， ℃。 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: ΔH油3 =m油CP油ΔT3 =863002. 09 (130 50) = 14429360 ( kJ ) (4) ΔH醇1 =m醇1CP醇ΔT4 +ΔHV醇1 = 43150 2. 508 (64. 5 20) +431501195 = 56380049( kJ ) (5)式中:ΔH油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: ΔH醇2 =m醇2CP醇ΔT5 +ΔHV醇1 = 431502. 508 (64. 5 50) + 431501 195 = 53133443( kJ ) (6)式中: ΔH醇2 —維持甲醇回流還需的熱焓， kJ；ΔT5 —甲醇返回反應(yīng)釜加熱前后的溫差， ℃。 甲醇回流2 h帶回反應(yīng)釜的熱焓為: ΔH醇4 =m醇3CP醇ΔT6 = 2 43150 2. 508 (50 20) =6493212( kJ ) (8)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(shí)與基準(zhǔn)溫度差， ℃。 回收甲醇帶出釜熱焓為: ΔH醇6 =m醇4CP醇ΔT7 +ΔHV醇2 = 33700 2. 508 (64. 5 20) + 33700 1 195 = 44032622 ( kJ ) (10)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(shí)與基準(zhǔn)溫度差， ℃。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。 P =αT AW ( TW T)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 /(m2h) 。取TW = 40℃， T = 20 ℃，AW = 12 m2 ，代入各式計(jì)算: αT = 9. 4 + 0. 052 (40 20) = 10. 44 (W / (m2℃ 進(jìn)入反應(yīng)釜的熱量總和為: ΣH2 =ΔH油1 +ΔH水1 +ΔH油3 +ΔH醇1 +ΔH醇2 +ΔH醇3 +ΔH醇4 +Q損 =193869454 ( kJ) (13) 帶出反應(yīng)釜的熱量總和: ΣH1 =ΔH油2 +ΔH水1 +ΔH醇5 +ΔH醇6 +Q損 =173157136 ( kJ) (14) 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: HQ = ΣH2 ΣH1 = 20712318 ( kJ ) (15) 反應(yīng)釜需外加補(bǔ)充熱量H外為: H外=ΔH油1 +ΔH水1 +ΔH油3 +ΔH醇1 +ΔH醇2 +ΔH醇3 +Q損 = 187376242 ( kJ ) (16) 根據(jù)工藝過程，一操作周期反應(yīng)釜平均加熱時(shí)間為4h，因此熱油爐負(fù)荷P爐為: P爐=H外/ T1 = 187376242 247。 ΔH醇3 Q損 41497034kJ 36096 kJ 反應(yīng)釜HQ 187376242 kJ ΔH醇2 ΔH醇4 53133443kJ 6493212kJΔH醇1 56380049 kJ Q損 36096kJ ΔH油314429360 kJ ΔH水1 1898960 kJ ΔH醇644032622kJΔH油120001300 kJ ΔH油2 ΔH醇5 112760098kJ 14429360kJ ΔH水1 1898960kJ 圖23反應(yīng)釜熱量衡算框圖 甲醇總回流量為86300 kg， 回流冷凝器熱負(fù)荷為: ΔH醇7 =m醇3CP醇ΔT5 + 2 ΔHV醇1 = 86300 2. 508 (64. 5 50) +2 43150 1 195 = 106266886 ( kJ ) (18)式中:ΔH醇7 —回流冷凝器熱負(fù)荷， kJ。2 = 53133443 ( kJ /h) (19)式中: T2 —回流冷凝器平均操作時(shí)間。 冷凝蒸汽相變帶走熱焓ΔHV水為: ΔHV水=m水γ水 = 7002 253 = 1577100 ( kJ ) (20) 熱負(fù)荷冷凝甲醇帶走的熱焓ΔH醇8為: ΔH醇8 =m醇4CP醇ΔT8 +ΔHV醇2 = 33700 2. 508 (64. 5 50) + 33700 1195 = 41497034( kJ ) (21)式中:ΔH醇8 —冷凝冷卻回收甲醇的熱負(fù)荷， kJ；ΔT8 —甲醇冷凝冷卻溫度差。顯然后者熱負(fù)荷大于前者，因此峰值熱負(fù)荷P回2 : P回2 =ΔH醇8 / T3 = 41497034 247。根據(jù)物料衡算結(jié)果，進(jìn)行熱量衡算，50000t生物柴油中試生產(chǎn)線，外加熱油爐的峰值熱負(fù)荷出現(xiàn)在甲醇回流期間，1個(gè)生產(chǎn)周期(4 h)的平均熱負(fù)荷為46844MJ /h；回流冷凝器冷卻負(fù)荷為53133 MJ /h，冷凝冷卻器最大冷卻負(fù)荷為41497MJ /h， 釜內(nèi)冷卻盤管的總負(fù)荷為14429MJ。在輕化工工藝中，涉及眾多反應(yīng)類型，如酯化、皂化、氧化、氫化、中和等。所以在設(shè)計(jì)和制造各種反應(yīng)釜時(shí)，都分別必須滿足上述工藝條件及安全操作條件，此外，還要考慮到技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)條件的要求[16]。 塔設(shè)備的選型原則在塔設(shè)備的選型中，一般應(yīng)注意以下幾個(gè)方面要求。本設(shè)計(jì)根據(jù)塔設(shè)備在工藝流程中的地位和特點(diǎn)，選用甲醇精餾塔的各項(xiàng)指標(biāo)見表23：表23甲醇精餾塔項(xiàng)目參數(shù)設(shè)計(jì)壓力(MPa)最高工作壓力(MPa)耐壓試驗(yàn)壓力(MPa)設(shè)計(jì)溫度(℃)150介質(zhì)甲醇、水甲醇精餾塔的容器凈重：24020kg，設(shè)備類型／產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：一類JB／T47102005，塔高：27815mm，塔徑: 1500mm，板間距：3080mm，人孔：450 mm，裙座：2500 mm，進(jìn)料口：200 mm，氣液分布器：760 mm。2. 依據(jù)生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備選型，保證工藝流暢和順暢，保證水平方向和垂直方向的連續(xù)性，縮短工藝管路。，消防通道及出入口。設(shè)計(jì)中涉及到的物料衡算、能量衡算、設(shè)備的選型原則、車間布置原則等都是書中學(xué)到的知識，由于學(xué)的不夠扎實(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)花費(fèi)了很多時(shí)間查閱資料。目前我國在生物柴油新能源領(lǐng)域技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化才剛剛起步，需要政府給予積極的政策扶持和引導(dǎo)，創(chuàng)造良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境，同時(shí)科研單位加強(qiáng)生物柴油技術(shù)創(chuàng)新研究和應(yīng)用技術(shù)研究，多研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)適用技術(shù)，產(chǎn)業(yè)界積極開拓生物柴油市場，相信通過社會各界協(xié)調(diào)一致的共同努力