程序设计-淡江大学化学工程与材料工程学系.doc

经典文档 下载后可编辑复制 PAGE 经典文档 下载后可编辑复制 台灣化學工程學會2009程序設計比賽 生質柴油製程設計 淡江大學化學工程與材料工程學系四年級 學生： 李秉諺 F126770870 廖程楷 A125850016 廖宏吉 M122298078 民國98年2月 摘要 地球資源有限，人口卻日益增加，石化資源的消耗也逐步增加，也因此資源的開發，變成現階段最重要的課題；除此之外，尋找替代能源，也是很重要的課題。本報告將說明一個生質柴油生產製程的設計。 本製程生質柴油的年產量達到8萬公秉，純度達99.8wt%以上，需要使用到的主要設備包括熱交換器、幫浦、反應器、蒸餾塔、驟沸器、萃取塔等。設計工作首先由系統初步質量平衡決定原物料之用量，繼而進行設備之設計條件決定，再利用Aspen Plus?進行整體流程模擬，最後決定設備尺寸，完成成本分析，此外，並利用模擬探討重要變數改變之影響，進行最適化分析。本報告也包括了製程控制系統之規劃與安全性之討論。 成本分析結果顯示，設備之總購置成本為529,520美元，總裸模成本為2,666,378美元，總投資成本為3,800,973美元，總製造成本為68,394,681美元，其中以生質柴油蒸餾塔及甘油蒸餾塔之成本最高，因此針對此二塔另進行最適化探討。 目錄 摘要 I 目錄 II 圖目錄 V 表目錄 VII 一、前言 1 二、程序設計 3 2.1設計規範 3 2.2程序說明 3 2.3系統初步質量平衡 13 2.4反應器之設計 15 2.5萃取塔之設計 17 2.6蒸餾塔之設計 19 2.6.1甲醇驟沸塔之設計 20 2.6.2生質柴油蒸餾塔之設計 21 2.6.3甘油蒸餾塔之設計 23 2.7熱交換器之設計 24 2.8幫浦之設計 26 三、成本分析 28 3.1設備成本及裸模成本 28 3.1.1反應器、攪拌器之設備成本及裸模成本 28 3.1.2蒸餾塔、萃取塔設備成本及裸模成本 29 3.1.3熱交換器設備成本及裸模成本 30 3.1.3.1蒸餾塔冷凝器設備成本及裸模成本 30 3.1.3.2加熱器、冷凝器設備成本及裸模成本 30 3.1.3.3蒸餾塔再沸器設備成本及裸模成本 31 3.1.4幫浦設備成本及裸模成本 31 3.1.5投資成本表 32 3.2製造成本 33 3.2.1公用設施成本 33 3.2.2原物料成本 34 3.2.3廢棄物處理成本 35 3.2.4人力操作成本 36 3.2.5製造成本表 37 四、控制系統之設計 38 五、本質安全及風險危害評估 40 六、最適化分析 41 6.1甘油塔最適化 41 6.2生質柴油塔最適化 43 七、結論 46 八、致謝 47 九、符號說明 48 十、參考文獻 51 十一、附錄 52 附錄一 系統初步質量平衡 53 附錄二 各設備之設計 54 附錄三 設備成本及裸模成本之設計 59 附錄四 製造成本之設計 63 圖目錄 圖 1 程序模擬流程圖 5 圖 2 系統初步質量平衡圖 14 圖 3 反應器(R-101)之程序流程圖 15 圖 4 轉化率對時間圖 16 圖 5 萃取操作流程圖 17 圖 6 萃取塔(T-301)之程序流程圖 19 圖 7 冷凝器的類型 19 圖 8 甲醇驟沸塔(T-101)之程序流程圖 20 圖 9 生質柴油蒸餾塔(T-103)之程序流程圖 22 圖 10 甘油蒸餾塔(T-104)之程序流程圖 24 圖 11 驅動效率對軸功圖 27 圖 12 CEPCI值 28 圖 13 設備購置成本對功率消耗圖 29 圖 14 幫浦設備購置成本圖 31 圖 15 幫浦壓力因子圖 32 圖 16 幫浦裸模因子對壓力材質因子圖 32 圖 17 控制系統設計 39 圖 18 調整迴流比所需增加的板數 41 圖 19 Qc與Qr對迴流比的影響 42 圖 20 迴流比對公用設施成本的影響 42 圖 21 總裸模成本對迴流比的影響 42 圖 22 總年成本對迴流比的影響 43 圖 23 冷凝器熱負荷對迴流比圖 43 圖 24 再沸器熱負荷對迴流比圖 44 圖 25 總年成本對迴流比圖 44 圖 26 甘油蒸餾塔之冷凝器E-109物流配置示意圖 55 圖 27 冷凝器E-104物流配置示意圖 56 圖 28 加熱器