废油脂生产生物柴油的工艺设计和技术评估.doc

废油脂生产生物柴油的工艺设计和技术评估 摘要：本文开发了以精炼油或废油脂为原料，在碱性或酸性条件下生产生物柴油的四种不同的连续法工艺流程。得出了每种工艺的详细操作条件和设备设计。对这四种工艺分别进行了技术评估，以评价它们在技术上的优势和局限性。分析结果表明，用精炼油作原料的碱催化工艺相对于其他工艺来说其所需要的工艺单元最少，其设备也最小，但其原料成本较其他工艺要高。利用废油脂生产生物柴油可以降低原料成本。废油脂采取酸催化工艺生产生物柴油经证明其在技术上是可行的，且比其碱催化工艺较简单。这就使得它可成为碱催化工艺工业化生产生物柴油的一种具竞争性的替代工艺。关键词：生物柴油；废油脂；甘三酯的酯交换；工艺设计。1. 前言 生物柴油的定义是从可再生脂质资源，如植物油或动物脂中得到的长链脂肪酸烷基单酯。“生物”表示它相对于石化柴油而言，是一种可再生的生物资源；“柴油”指的是它可用于柴油发送机。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。 作为一种替代性燃料，生物柴油有许多优点。首先它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二氧化碳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），使得它比石油柴油具有低挥发性，使得它在储存运输过程中比较安全。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很好替代品，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。 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油脂与醇反应生成脂肪酸单酯（也称生物柴油）和甘油的一个催化化学反应（图1）。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基经酯化形成的。当甘三酯与醇（如甲醇）反应时，三个脂肪酸链与甘油基断开，与醇结合生成脂肪酸烷基酯（如脂肪酸甲酯或FAME），生成的甘油作为一种副产品。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。酯交换反应可以在酸、碱或酶的催化条件下进行。对于前两种类型已经得到了很大的关注。而对于酶催化系统来说，它比其它两个系统要求更长的反应时间。资料表明它目前仅进行到实验室阶段，所以在本文中不再作过多的讨论。 目前，生物柴油的高成本是它进行商业化推广的最大障碍。据报道，生物柴油的成本高的主要原因是精炼油脂的成本较高造成的。积极探索降低生物柴油高成本的途径是当前生物柴油研究的重要工作内容，尤其是减少原料成本的方法。利用废油脂替代精炼油来生产生物柴油是降低其原料成本的一种有效途径，因为经估算它的成本仅为精炼油价格的一半。除此之外，利用废油脂同时可以帮助解决废油脂处理问题。 目前大多数的生物柴油研究主要是针对碱催化技术在实验室阶段进行的，而对于全连续的工业化工艺，其反应器和下游分离单元都是连续进行的，而得不到任何详细的技术资料，同时也没有工业化过程模拟及设计方面的资料。除了酯交换反应之外，生物柴油的实际生产过程还包括从原材料精炼到产品的分离与提纯的多个工艺步骤。而对于一个生物柴油装置的技术和经济可行性评价应包括所有的操作单元，而不仅仅是一台反应器。因此，这就需要设计一个全连续的生产工艺，并从整个生产装置的角度来全面评价它的各项性能指标。在本文中，其主要目的是对于酸催化与碱催化酯交换进行工艺开发，开发出以精炼油或废油脂为原料生产生物柴油的连续法工艺流程，同时对每一种工艺分别进行技术评估。这是一个尝试，通过尝试可以探索出对于当前生物柴油生产工艺的一种代替工艺，由此可以促进生物柴油生产的工业化进程。2.技术背景2.1 碱催化系统 在实验室阶段已经进行了许多碱催化酯交换反应方面的研究。所得出的反应条件是反应温度接近于醇沸点温度（如甲醇为65），醇/油摩尔比为6：1。Freedman et al.(1986)对于碱催化系统进行了动力学研究。根据他们的研究结论，在90分钟内可以得到约9098油脂转化为脂肪酸甲酯的转化率。为了提高反应速度，Boocock et al.（1998）建议加入四氢呋喃（THF）作共溶剂，可以减小反应传质阻力，在甲醇油以6：1摩尔比的条件下，加入共溶剂（THF）1.25:1甲醇（体积比），以甲醇钠作碱性催化剂在40温度下反应约15分钟可以得到99.7的油转化率。在反应后，Karaosmanoglu et al.（1996）研究了从其它产物中提纯生物柴油的不同分离技术。对于生物柴油产品的纯度和收率，他们所得出的结论是用50的热水洗涤是最好的方法，可以得到生物柴油产品较高的纯度（99）和较高的收率（86）。 除了实验室阶段的研究外，生物柴油的碱催化生产工艺已经得到了工业化应用。Kreutzer(1984)开发了一个工业化连续法生物柴油碱催化生产工艺，该工艺是在高压（9Mpa）和高温（240）条件下工业化生产甲酯。然而，较高的能量消耗和很大的设备投资，以及潜在的安全性，如高温高压，都限制了该工艺的推广应用。Krawczyk(1996)曾发表了一个工业规模经酯交换反应生产生物柴油的工艺流程，该工艺是由一台酯交换反应器、一台甲醇/甘油蒸馏塔和一台甲酯蒸馏塔组成的。但是除了工艺流程外，没有提供该工艺的详细描述。Connemann和Fischer(1998)介绍了一种在常压和6570温度下，采用碱催化工艺，由精炼菜籽油生产生物柴油的连续脱甘油工艺。该工艺在欧洲成功的得到了工业化应用。在该工艺中，也采用了蒸馏塔将甲醇从生物柴油和甘油中分离出来，甲醇循环回到酯交换反应器中，采用多步水洗的方法来提纯生物柴油产品。上述生物柴油的工业化生产技术资料将用于本研究中的工艺设计中。 碱催化工艺有一个明显的局限性，就是它对于反应物的纯度比较敏感。碱催化系统对于反应物中的水和游离脂肪酸是非常敏感的，水的存在会导致酯在碱性条件下皂化。游离脂肪酸与碱性催化剂反应生成水和皂。皂化不仅能够消耗碱性催化剂，而且所产生的皂也能够导致形成乳化，乳化使得生物柴油的下游回收和提纯比较困难。因此，含有小于0.5wt游离脂肪酸的干燥植物油、干燥的碱性催化剂以及无水醇对于工业化碱催化系统是非常必须的。这个要求对于使用废油脂作为低成本的原料碱催化生产生物柴油来说有一定的限制性。通常情况下，废油脂的游离脂肪酸值要大于2wt。Lepper和Friesenhagen（1986）建议采用一个预处理步骤来减少游离脂肪酸的含量，即在硫酸催化剂的存在下与甲醇进行酯化反应。使用甘油作为一种带水剂来提纯精炼油。经过这个预处理后，油相就会有很低的游离脂肪酸值（小于0.5wt），则可以达到碱催化酯交换反应的要求。这样的一个预处理步骤可以用于本文中的废油脂碱催化工艺中。 2.2 酸催化系统 尽管酸催化系统对于原料中的游离脂肪酸含量并不敏感，但是由于其反应速度相当慢，所以酸催化系统在工业化生产过程中不被采用。Freedman et al.（1984）研究了大豆油与甲醇用1wt浓硫酸（基于油重量）的酯交换反应。他们发现在65温度及甲醇大豆油30：1的摩尔比条件下，需要69h才能够得到超过90的油转化为甲酯。Canakci和Gerpen(1999)研究了醇油摩尔比、反应温度、催化剂量及反应时间对于酸催化酯交换中酯转化率的影响。这些影响因素都是单独进行研究的。他们发现提高醇/油摩尔比、反应温度和延长反应时间都可以提高酯的转化率。然而，对于这些影响因素的综合作用并没有得到研究，至于酸催化反应的最佳优化条件也没有得到。Freedman et al.(1986)对于油脂与丁醇的酸催化酯交换反应的动力学进行了研究，他们指出正反方向的反应分别是准一级和二级的反应动力学。准一级正反应的结论与Ripmeester(1998)和McBride(1999)在实验室中所得到的结论一致。因为大豆油和丁醇并不等同于甲醇和菜籽油，所以在目前的酸催化工艺研究中，Freedman et al.（1986）所给出的反应动力学数据不能作为基础数据使用。 Ripmeester(1998)和McBride(1999)得出了废煎炸油与过量甲醇在70温度下，采用硫酸作催化剂的酸催化酯交换反应的中试阶段的数据，其所用的甲醇/油最小的摩尔比是50：1，酸的用量为1.53.5mol（基于反应混合物）。如此高比例的甲醇可以提高油生成酯的反应转化率。目前，他们所得到的结论是在80温度下，甲醇油摩尔比为50：1，压力是170180kPa，反应是在一台15L带夹套加热的不锈钢反应器中进行的，其搅拌速率为400rpm，在这些条件下，240分钟时间内达到了97的油转化为甲酯。他们建立了一个一级经验模型，并且计算出了反应速率常数。这些初步的结果可以用于确定本研究中酸催化工艺的反应器型号，以后再作进一步的动力学研究。 为了取代水洗工序，Nye et al.（1983）建议用己烷作为一种萃取溶剂从其他物质中提纯甲酯。这个特殊的提纯方法也用在了本研究中酸催化工艺的一个工艺设计里面。 对于酸催化系统的研究，其数量非常有限，没有报道过在工业化生物柴油装置中采用的是酸催化工艺。尽管酸催化工艺的反应速度特别慢，但它对于摆脱原料中的游离脂肪酸含量的限制是非常有利的，并且可以省掉预处理步骤。当利用废油脂作原料时，酸催化工艺的这些优势就表现的特别突出。 为了提高酸催化的反应速度，Boocock et al.（1998）建议加入四氢呋喃作共溶剂可以减小传质阻力，以硫酸作催化剂酯化反应可以在60温度下35分钟达到反应完全，随后可以用碱性催化剂进行酯交换反应。3.工艺过程模拟 为了评价所设计工艺的工业化生产可行性，首先要建立全面的过程模拟。尽管过程模拟的结果与实际生产过程之间存在着一些意料之中的差异，但是目前大多数模拟软件都有全面的热力学数据库，巨大的物料组分文献资料，以及先进的计算技术都能够提供关于工艺运行的可靠资料，该过程模拟软件是Hyprotech公司开发出的HYSYS.Plant NetVers 2.1.3，用于本研究中。 过程模拟的程序主要包括确定化学组分、选择热力学模型、确定装置生产能力、选择全面完整的工艺单元及建立输入条件（流量、温度、压力以及其他条件），大多数化学物质的基础数据都可以在HYSYS系统的物质资料库查到，如甲醇、甘油、硫酸、氢氧化钠和水。对于植物油原料，考虑以低芥酸菜籽油作为精炼油或废油的原料。由于低芥酸菜籽油中主要脂肪酸含量是油酸，所以在HYSYS模型中选用甘油三油酸酯来代表低芥酸菜籽油。据此，可以把油酸甲酯作为最终生物柴油产品，且它的物理化学性质也可以在HYSYS物质资料库中查到。对于有些物质，如甘油三油酸酯、氧化钙、硫酸钙、磷酸和磷酸钠在资料库中是查不到的，它们可以通过HYSYS中的“HYPO MANAGER”工具来确定。 由于高极性物质甲醇和甘油的存在，就需要用NRTL和UNIQUAC这两个热力学/动力学模型测定液相中物质的活度系数。Gess et al.(1991)对这些模型已经进行了详细的论述。有一些不能确定的交叉变量参数，例如甲醇/油酸甲酯，甘油/油酸甲酯和硫酸与一些其他物质之间，可以利用液-液平衡模型确定。 装置的生产能力是依据可能得到的废油脂的量及运输半径来确定的，这样可以使该生产装置达到能够处理本区域内的废油脂的目的，在目前的研究工作中，模拟的是一个8000吨/年生产生物柴油的生产装置。Conemann和Fischer(1998)描述了同样产能的现存连续生物柴油装置的工艺状况。 该装置的主要工艺设备包括：反应器、蒸馏塔、萃取塔、热交换器、泵和分离器。因为得不到动力学方面的详细资料，所以采用简单的反应器模型，酸和碱酯交换反应的转化率分别是97%和95%的油转化为FAME。设定该反应器为连续搅拌釜式反应器，其填充系数设为0.8（反应总物料与反应器容积之比）。理论上讲，反应中间产物，甘二酯和甘一酯，由于甲醇/油高比例的原因，且仅在反应的初期存在，所以在本研究过程中没必要考虑这些中间产物。 甲醇的回收，FAME与甘油产品的精制采用的是多级蒸馏，尽管甲醇的沸点（1atm，65）较低于FAME（1atm，150）与甘油（1atm，300），模拟过程中还是发现通过一个简单闪蒸单元并不能够达到生物柴油和甘油的要求纯度（较高于90）。在目前的研究中，对于酸和碱催化工艺都采用ASTM标准所要求达到的生物柴油纯度（99.65）。然而由于物质沸点之间的很大差异可以采用蒸馏，仅需要5或6个理论塔板数的蒸馏塔即可以有效的得到高质量的生物柴油和甘油。在模拟中，设定塔板效率为6070。由于FAME和甘油分别在150和250以上时易发生热分解，对于生物柴油和甘油的精制来说，采用真空操作可保持温度在适合的低值是非常必要的。液液萃取可用于从甘油、甲醇和催化剂中分离出FAME（即水洗塔T301）。 在输入数据及建立工艺单元模型后，用软件进行过程静态模拟，可得到每个单元的物料、能量平衡及操作条件。在本次模拟过程中对于热交换器和管道的压损不作考虑。4.工艺设计 设计五种不同的连续法工艺，两个是碱催化工艺，一个是使用精炼油作原料（工艺1），另一个是使用废油脂作原料（工艺2）；还有两个是（工艺3和4）使用废油脂作原料的酸催化工艺。剩下的一个是采用共溶剂减小传质阻力，适合多品种原料（游离脂肪酸含量130），酸催化和碱催化结合的先进工艺，该种工艺在本研究不做讨论。该四种工艺的工艺流程和主要物料特性参数见图25。 对于每一种工艺，其主要工艺单元的设备结构材质要求综合在表1中。Freedman et al.（1986）指出，碱催化酯交换反应比酸催化酯交换反应对于工艺设备的腐蚀性要小。Davis et al.（2000）表明当氢氧化钠的含量小于50wt时，从室温到95之间，可以使用碳钢。Peterson(1993)对于用0.2wt氢氧化钠，菜籽油生产生物柴油的间歇工艺进行了研究，该工艺中的酯交换反应器采用的是不锈钢材质。为了保险起见，在本研究中的酯交换反应器采用的是不锈钢材质。对于酸催化系统，Norden(1973)建议当硫酸的浓度低于5wt%或高于85wt%，温度在硫酸溶液的沸点以下时要选用不锈钢（316型）材质。Davis et al.（2000）指出不锈钢316对于5wt%硫酸在100温度下有一个可接受的腐蚀速率（小于0.5mm/yr），温度在50100之间时，不锈钢（合金20）对硫酸浓度小于60wt或高于80wt具有很好的抗腐蚀性。这些资料为所有的工艺设计中设备材质的选择提供了依据。表1.主要工艺单元设备的结构材质 除非有特殊说明，本文中所有的百分比都是质量百分比；工艺设备的型号都标记为直径高。4.1 纯净植物油的碱催化工艺（工艺）4.1.1酯交换反应 设计出一个使用精炼植物油的连续碱催化工艺流程（见图2）。其反应条件是：甲醇/油摩尔比为6：1，1%氢氧化钠（基于油重量），60温度和400kPa压力。新鲜甲醇（物料101，117kg/h），循环甲醇（物料1201，111kg/h）和干燥氢氧化钠（物料103，10kg/h）在进入反应器R101之前通过泵P101打循环混合均匀。精炼油（物料105）在进入反应器R101之前通过热交换器预热。在反应器R101中，设定95的油转化为FAME，产生的甘油作为副产品。从反应器出来的物料进入到甲醇蒸馏塔T201中。 4.1.2 甲醇回收 在T201中，采用理论塔板数为5及回流比为2就可以使甲醇与其他物料之间得到很好的分离。物料201是甲醇馏份，含有物料106中总甲醇量的94。利用真空蒸馏可以保持塔底温度在150 以下。回收的甲醇（物料1201）与补充的新鲜甲醇（物料101B）混合后返回到反应器R101中。蒸馏底物202经热交换器E201冷却到60后送入到洗涤塔T301中。4.1.3水洗 该步骤的目的是为了从甘油、甲醇和催化剂中分离出FAME。尽管Krawczyk(1996)曾建议可以采用重力沉降进行分离，但通过研究发现，其并不能够达到完全分离。在本研究中采用四个理论塔板数的水洗塔（T301）。通过加入11 kg/h水（50）可以将物料203中的FAME与甘油、甲醇和催化剂分离开来，在物料301A中的水含量小于6。所有的甘油留在底部物料303（128 kg/h）中，它含有81甘油、8水、3甲醇和9氢氧化钠。4.1.4 FAME精制 为了使所得到的最终生物柴油产品达到ASTM所要求的指标（大于99.6纯度）。利用四个理论塔板数和回流比为2的FAME蒸馏塔做进一步的提纯。将来自T301的物料301A送入T401中，T401采用真空操作，保持足够低的温度，以防止FAME分解。在塔的顶部安装有一台部冷器可以使甲醇与水很容易和FAME分离开来。甲醇和水随真空气体一起排去（物料401A）。在物料401中的FAME产品（99.65纯）作为一液体馏份得到（194和10kPa）。未反应油残留在塔T401的底部。由于仅有少量残留的未反应油（52kg/h），它可以作为废物进行处理。当反应器R101中油转化率非常低的时候，为了减少废物，将油循环回去是很必要的，需要一台冷却器和一台泵来将未反应的油返回到酯交换反应器中。可以将过热高压蒸汽作为再沸器的加热介质。4.1.5中和将物料303（128kg/h）送入到中和反应器R201中，加入磷酸（100纯）中和除去氢氧化钠，生成磷酸钠在重力分离器X302中分离出去。当使用KOH作催化剂时，所产生的磷酸钾可以作为非常有价值的副产品（如肥料）。4.1.6甘油精制 在中和除去氢氧化钠后，物料305中含有85的甘油。如果对甘油副产品的品质要求较高的话（如92），则需要将物料送入到T501中，通过蒸馏进一步脱除水和甲醇。甘油精制塔T501设计为四个理论塔板数和回流比为2。水和甲醇作为馏份501除去。在塔底部，可以得到92的高质量副产品甘油。4.1.7 废物处理 物料401A、402和501的组分含量见图2。由于它们的量都比较少，所以作为废气或废液进行处理的。然而，对于这些物料的回收利用对于以后的装置是非常有利的，尤其是对于大规模的生产装置。例如，物料501可以返回到T301中作为洗涤剂，以代替新鲜水。回收X301中的固废用作肥料也是非常可行的。总之，这些可行的方法都可以帮助减少废物处理的负荷，并且可以最大化的节省生产成本。4.2 使用废煎炸油的碱催化工艺（工艺） 为了降低生物柴油的生产成本，设计出一个利用废油脂生产生物柴油的连续碱催化工艺。该工艺与工艺1相比增加了一个预处理单元，包括游离脂肪酸酯化、甘油洗涤和甲醇回收，预处理单元工艺流程见图3，其它部分与工艺1中相同，在此省略。工艺2中的主要物料参数见图3。4.2.1酯化 酯化反应的条件是温度70，压力400kPa，甲醇油摩尔比6：1。回收甲醇物料1111（188kg/h）和硫酸物料103（10kg/h），经混合后用泵P101打入酯化反应器R-100中，废油脂物料105A（1050kg/h），其含有6的游离脂肪酸，经热交换器E-100加热到60后进入反应器R-100中。在R-100中，所有的游离脂肪酸都被转化成甲酯，经冷却到46后，物料106直接进入到甘油洗涤塔T-100中除去硫酸和水。4.2.2甘油洗涤 在进入碱催化酯交换工序之前，从R-100中产生的水和酸性催化剂（浓硫酸）必须被完全除去，通过加入110kg/h甘油，在25和200kPa条件下，经过三个理论塔板数洗涤后，油物料110A中所有的水都被除去，从T-100出来的物料110A打入到下游酯交换单元R101中，另一方面，物料110B（336kg/h）含有60未反应甲醇、33甘油、3油、1水分以及痕量的酯，回收该物料中的大多数甲醇回到R100中重复利用是非常合理的，在甲醇回收塔T101中进行处理。4.2.3甲醇回收 塔101采用的是理论塔板数为5和回流比为5。在28和20kPa条件下，从蒸馏中可以回收到总甲醇进料量的94（物料111），以188kg/h的流量回收。它含有99.94甲醇和0.06的水循环回到R-100中。在70和30kPa条件下，底物112（147kg/h）是由75甘油、8甲醇、7硫酸和3水组成。由于硫酸的存在，该物料不再重复利用，而是作为废物处理的。然而中和硫酸并回收甘油是一种可行的改进工艺，且可减少废物处理。一旦所得到的精炼油中不含有游离脂肪酸后，下游单元与工艺1中处理精炼油的过程相同。与工艺1相比，尽管通过使用废油脂降低了原料的成本，但是还需要使这些减少的成本能够大于在工艺2中增加的预处理单元所增加的投资及运行成本。4.3废煎炸油的酸催化工艺（工艺） 酸催化系统对于油中的一些游离脂肪酸是不敏感的，所以设计了一个酸催化连续工艺处理废油脂可以替代碱催化工艺。工艺3的流程与前面工艺1和工艺2是不同的。4.3.1酯交换 在2.2论述的基础上，工艺反应条件是甲醇油摩尔比为50：1，硫酸废油的摩尔比为1.3：1，反应温度是80，压力为400kPa，新鲜甲醇（物料101，216kg/h），回收甲醇（物料1201，1594kg/h）和硫酸（物料103，150kg/h）首先混合好，然后用泵P-101打入到酯交换反应器R-101中，废油（物料105，1030kg/h）经热交换器E101加热到60后进入到R-101中，在R101中，设定在4h后97的油转化成FAME，采用两级串连釜式反应器，在图4中标为R101A/B。4.3.2甲醇回收 因为在物料106中存在着大量的甲醇，所以再反应后紧接着进行甲醇回收是为了减少下游单元的负荷。在甲醇蒸馏塔T201中，采用五个理论塔板数，回流比2及真空蒸馏。与工艺1相同，在物料201中达到90的甲醇回收率，且循环到R101中，底物202直接进入到中和单元R202中。4.3.3中和 对于中和工序，其设计原理与工艺1中的碱中和相同，在反应器R201中，通过加入CaO生成CaSO4和水的中和反应，硫酸被全部除去。使用CaO的主要原因是它相对于其它碱性物质来说价格比较低廉，同时它还可以吸收水份将CaSO4形成CaSO4.2H2O。然而因为CaSO4的吸水速率是非常慢，所以在目前的工艺模拟中是以CaSO4计算，而不是以CaSO4.2H2O作为固废计算的。采用重力分离器X201除去CaSO4，产生的物料203C（1247kg/h）含有79FAME、9甘油、85甲醇、2未反应油及2水进入到水洗塔t301中。依据设备型号和操作条件，下面的水洗塔（T301）和精制单元（如FAME精制塔T401和甘油精制塔T-501）与在工艺中的类似。4.3.4其它方法 通过一些其它方法也可以提高油到酯的转化率，在目前实验结果的基础上，当甲醇油的摩尔比为245：1时，在80温度下反应4小时后可以得到99的油转化成FAME，得到一个合格的生物柴油产品，且能有效的减少未反应油的浪费，然而，如此大量的过量甲醇，在系统中会造成反应器的型号，蒸馏塔及其它分离设备的型号增加的非常大。因此，这对于生物柴油装置的经济性是不可行的。4.4己烷萃取的酸催化工艺（工艺） 为了避免水洗过程中形成乳化现象，利用己烷或石油醚作溶剂可以从其它物质中将FAME萃取出来，从反应器R101到甲醇蒸馏T-201单元的操作条件与工艺3中的相同，接下来讨论的是甲醇蒸馏塔T201以后的下游工艺单元情况。在T201后，反应混合物中含有甲醇、FAME、甘油、硫酸、未反应油。当加入己烷时，在模拟己烷萃取FAME中用的是液液萃取，结果表明FAME并不完全回收在己烷中，这是因为在一个如此复杂的多组份系统的关联参数上HYSYS缺乏部分数据以及己烷在甲醇中的溶解度。为了降低己烷的溶解度，以体积比1：10加水到甲醇中。另外取而代之的是一个液液萃取单元，萃取塔T301A和T301B用于工艺4中的己烷萃取FAME和甲醇/水洗涤。在实验结果的基础上，我们假设在加入己烷和水后，FAME/己烷和甘油/甲醇/水相之间达到了很好的分离。基于进入物料203和205中，100的己烷和未反应油，99.5的FAME、4的甲醇和水、2的硫酸和1甘油在上层中，在从T301A出来的相中（物料205A），下层（物料205B）含有残留的甘油、甲醇、硫酸和水。在室温下，用甲醇/水（205B）进行二级洗涤可以完全除去水、甘油和硫酸，从物料205A中的己烷/FAME相，下面对于这些分离过程进行详细的论述。4.4.1溶剂萃取 基于物料203中的甲醇体积，等体积的己烷（0.13m3/h）和0.01m3/h水（体积比水甲醇为1：10）加入到T301A中，在25，200kPa条件下，经己烷萃取后在T301A中，25，150kPa条件下，物料205A直接到二级洗涤单元（T301B）中，底部物料205B主要组份是甲醇（27）、甘油（28）、硫酸（40）和FAME（1.4），在塔