一種藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)和工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)和工藝，主要包括汽化系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和真空系統(tǒng)四大部分，汽化系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和真空系統(tǒng)依次連接，汽化系統(tǒng)包括汽化釜、汽化釜夾套和導(dǎo)熱油泵汽化釜夾套套在汽化釜外；反應(yīng)系統(tǒng)包括固定床反應(yīng)器，固定床反應(yīng)器外設(shè)有加熱裝置，固定床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有催化劑；冷凝系統(tǒng)位于反應(yīng)系統(tǒng)的上部，冷凝系統(tǒng)包括冷凝器；冷凝器的尾端連接真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)包括真空泵。本發(fā)明有益的效果是：本發(fā)明提供的方案既能保證原料的高轉(zhuǎn)化率，又能保證產(chǎn)品的高收率、高品質(zhì)，從而可實(shí)現(xiàn)脂肪酸甲酯/脂肪酸高效轉(zhuǎn)化為二聚酸甲酯/二聚酸的目的。
【專利說明】一種藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)和工藝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及反應(yīng)分離耦合操作領(lǐng)域，尤其是一種藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)和工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在脂肪酸甲酯制備二聚酸甲酯或脂肪酸制備二聚酸的工藝和裝置中，目前普遍采用簡(jiǎn)單的攪拌釜。此反應(yīng)裝置存在以下問題:第一、難以協(xié)調(diào)原料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)品收率之間的矛盾:高的原料轉(zhuǎn)化率需要長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間和高的反應(yīng)溫度，而反應(yīng)溫度高、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)則會(huì)使二聚體產(chǎn)品進(jìn)一步聚合形成三聚體，甚至高聚體，從而產(chǎn)品收率低，產(chǎn)品粘度高、醇溶性差，產(chǎn)品質(zhì)量難以符合市場(chǎng)要求。第二、反應(yīng)釜內(nèi)存在大量空氣，原料/產(chǎn)品在高溫、空氣存在的環(huán)境下易發(fā)生氧化，不僅降低了產(chǎn)品收率，而且產(chǎn)品色澤深。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高收率、高品質(zhì)的藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)和工藝。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案:這種藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)，主要包括汽化系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和真空系統(tǒng)四大部分，汽化系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和真空系統(tǒng)依次連接，汽化系統(tǒng)包括汽化釜、汽化釜夾套和導(dǎo)熱油泵汽化釜夾套套在汽化釜外；反應(yīng)系統(tǒng)包括固定床反應(yīng)器，固定床反應(yīng)器外設(shè)有加熱裝置，固定床反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有催化劑；冷凝系統(tǒng)位于反應(yīng)系統(tǒng)的上部，冷凝系統(tǒng)包括冷凝器；冷凝器的尾端連接真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)包括真空泵。
[0005]所述汽化釜夾套與導(dǎo)熱油泵之間的連接處設(shè)有導(dǎo)熱油流量調(diào)節(jié)閥。
[0006]所述汽化釜夾套內(nèi)通過導(dǎo)熱油泵輸入有250°C _350°C的導(dǎo)熱油。
[0007]所述加熱裝置為加熱帶，加熱帶纏在固定床反應(yīng)器外，加熱帶與溫控儀相連接，加熱帶外包有保溫棉。
[0008]所述真空泵與冷凝器的連接處設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥。
[0009]這種藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的工藝，具體步驟如下:
[0010](I)將催化劑裝填入固定床反應(yīng)器，開啟溫控儀，將固定床反應(yīng)器加熱并控制到反應(yīng)設(shè)定溫度；
[0011](2)將反應(yīng)原料通過進(jìn)料管加入到汽化釜；
[0012](3)開啟真空泵，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)并控制系統(tǒng)壓力在設(shè)定值；
[0013](4)開啟導(dǎo)熱油泵，將導(dǎo)熱油輸送入汽化釜夾套內(nèi)，調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油流量調(diào)節(jié)閥，使汽化釜內(nèi)的物料溫度為系統(tǒng)壓力下反應(yīng)物料的飽和溫度；
[0014](5)開啟冷凝器的冷卻水閥，使進(jìn)入冷凝器的未反應(yīng)轉(zhuǎn)化的原料冷凝后回流回固定床反應(yīng)器，繼續(xù)反應(yīng)生成二聚酸甲酯；
[0015](6)反應(yīng)生成的二聚酸甲酯沸點(diǎn)較高，在系統(tǒng)壓力下為液體，回流回汽化釜；[0016](7)從汽化釜中定時(shí)取樣，用氣相色譜分析樣品中脂肪酸甲酯含量，至汽化釜中脂肪酸甲酯原料含量降低至要求值，關(guān)閉導(dǎo)熱油泵和溫控儀；
[0017](8)待汽化釜溫度降低至50°C以下，關(guān)閉真空泵和冷凝器的冷卻水；從汽化釜卸放出的物料，即為反應(yīng)產(chǎn)品。
[0018]所述反應(yīng)原料為脂肪酸甲酯或脂肪酸，催化劑為顆粒狀。
[0019]所述固定床反應(yīng)器的設(shè)定溫度為200°C _300°C，通過真空泵和壓力調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，使系統(tǒng)壓力低于反應(yīng)溫度下反應(yīng)原料的飽和蒸汽壓。
[0020]整個(gè)工藝的反應(yīng)時(shí)間根據(jù)汽化釜內(nèi)原料殘余量確定。
[0021]本發(fā)明有益的效果是:本發(fā)明的反應(yīng)在裝填有催化劑的固定床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。汽化釜內(nèi)的原料在系統(tǒng)壓力和溫度下汽化，氣態(tài)原料進(jìn)入催化劑床層反應(yīng)，未反應(yīng)完全的原料由固定床反應(yīng)器頂端逸出后進(jìn)入冷凝器冷凝，冷凝液回流回催化劑床層繼續(xù)反應(yīng)，如此循環(huán)，可以保證原料轉(zhuǎn)化完全；反應(yīng)生成的二聚體在系統(tǒng)壓力和溫度下為液體，一旦生成即由催化劑床層回流至汽化釜，與催化劑脫離，因此二聚體產(chǎn)品與催化劑接觸時(shí)間短，二聚體不易二次聚合成高聚體，產(chǎn)品收率和品質(zhì)高；反應(yīng)體系與真空系統(tǒng)連接，通過真空泵抽除體系中的空氣，減少反應(yīng)體系與空氣的接觸，從而避免反應(yīng)原料和產(chǎn)品的氧化，降低產(chǎn)品色澤；汽化部分和反應(yīng)部分由不同的加熱裝置控制，可以控制不同的溫度，通過提高反應(yīng)系統(tǒng)的真空度，在不影響反應(yīng)溫度的情況下，降低汽化溫度，從而保證反應(yīng)生成并回流至圓底燒瓶中的二聚體維持較低的溫度，進(jìn)一步避免其二次聚合。綜上所述，本發(fā)明提供的方案既能保證原料的聞轉(zhuǎn)化率，又能保證廣品的聞收率、聞品質(zhì)，從而可實(shí)現(xiàn)脂肪酸甲酯/脂肪酸聞效轉(zhuǎn)化為二聚酸甲酯/二聚酸的目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明產(chǎn)品的HPLC分析圖譜。
[0024]附圖標(biāo)記說明:汽化釜夾套1，汽化釜2，催化劑3，固定床反應(yīng)器4，加熱裝置5，冷凝器6，真空泵7，導(dǎo)熱油泵8，導(dǎo)熱油流量調(diào)節(jié)閥9，壓力調(diào)節(jié)閥10。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明:
[0026]如圖所示，這種藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)，主要包括汽化系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和真空系統(tǒng)四大部分，汽化系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、真空系統(tǒng)依次連接，汽化系統(tǒng)包括汽化釜2、汽化釜夾套I和導(dǎo)熱油泵8，汽化釜夾套I套在汽化釜2外，汽化釜夾套I與導(dǎo)熱油泵8之間的連接處設(shè)有導(dǎo)熱油流量調(diào)節(jié)閥9，汽化釜夾套I內(nèi)通過導(dǎo)熱油泵8輸入有250°C _350°C的導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油和釜內(nèi)物料通過間壁換熱，并根據(jù)釜內(nèi)物料的溫度控制導(dǎo)熱油的流量；反應(yīng)系統(tǒng)包括固定床反應(yīng)器4，固定床反應(yīng)器4外設(shè)有加熱裝置5，加熱裝置5為加熱帶，加熱帶纏在固定床反應(yīng)器4外，加熱帶與溫控儀相連接，加熱帶外包有保溫棉，通過加熱帶和溫控儀控制反應(yīng)床反應(yīng)器4的溫度，固定床反應(yīng)器4內(nèi)設(shè)有一定高度的催化劑3，催化劑3為顆粒狀；冷凝系統(tǒng)位于反應(yīng)系統(tǒng)的上部，冷凝系統(tǒng)包括冷凝器6，固定床反應(yīng)器4頂端出來的蒸汽進(jìn)入冷凝器6，經(jīng)冷凝后回流回固定床反應(yīng)器4 ;冷凝器6的尾端連接真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)包括真空泵7，真空泵7與冷凝器6的連接處設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥10。
[0027]利用反應(yīng)原料(藻油甲酯)與產(chǎn)品(二聚酸甲酯)的沸點(diǎn)差異，通過抽真空使藻油甲酯在較低的溫度下汽化；汽化后的藻油甲酯進(jìn)入固定床反應(yīng)器4，加熱到反應(yīng)溫度并在催化劑3的催化下反應(yīng)生成二聚酸甲酯，生成的二聚酸甲酯在系統(tǒng)壓力和溫度下呈液體狀態(tài)，回流回汽化釜2 ;汽化釜2的溫度低于反應(yīng)溫度，并且無催化劑3，從而避免了二聚酸甲酯進(jìn)一步生成三聚體和高聚體；一次反應(yīng)未完全轉(zhuǎn)化的脂肪酸甲酯原料，進(jìn)入冷凝器6，冷凝后回流回固定床反應(yīng)器4，繼續(xù)反應(yīng)，如此循環(huán)，直至脂肪酸甲酯轉(zhuǎn)化完全。因此，利用本發(fā)明提供的系統(tǒng)和裝置，可以在相對(duì)溫和的條件下，實(shí)現(xiàn)二聚酸甲酯的高效生成。
[0028]這種藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的工藝，具體步驟如下:
[0029]( I)將催化劑裝填入固定床反應(yīng)器4，開啟溫控儀，將固定床反應(yīng)器4加熱并控制到反應(yīng)設(shè)定溫度；
[0030](2)將反應(yīng)原料通過進(jìn)料管加入到汽化釜2 ；
[0031](3)開啟真空泵7，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥10，調(diào)節(jié)并控制系統(tǒng)壓力在設(shè)定值；
[0032](4)開啟導(dǎo)熱油泵8，將導(dǎo)熱油輸送入汽化釜夾套I內(nèi)，調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油流量調(diào)節(jié)閥9，使汽化釜2內(nèi)的物料溫度為系統(tǒng)壓力下反應(yīng)物料的飽和溫度；
[0033](5)開啟冷凝器6的冷卻水閥，使進(jìn)入冷凝器6的未反應(yīng)轉(zhuǎn)化的原料冷凝后回流回固定床反應(yīng)器4，繼續(xù)反應(yīng)生成二聚酸甲酯；
[0034](6)反應(yīng)生成的二聚酸甲酯沸點(diǎn)較高，在系統(tǒng)壓力下為液體，回流回汽化釜2 ;
[0035](7)從汽化釜2中 定時(shí)取樣，用氣相色譜分析樣品中脂肪酸甲酯含量，至汽化釜2中脂肪酸甲酯原料含量降低至要求值，關(guān)閉導(dǎo)熱油泵8和溫控儀；
[0036](8)待汽化釜2溫度降低至50°C以下，關(guān)閉真空泵7和冷凝器6的冷卻水；從汽化釜2卸放出的物料，即為反應(yīng)產(chǎn)品。
[0037]所述反應(yīng)原料為脂肪酸甲酯或脂肪酸，催化劑為顆粒狀。固定床反應(yīng)器4的設(shè)定溫度為200°C -300°C，通過真空泵7和壓力調(diào)節(jié)閥10調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，使系統(tǒng)壓力低于反應(yīng)溫度下反應(yīng)原料的飽和蒸汽壓。整個(gè)工藝的反應(yīng)時(shí)間根據(jù)汽化釜2內(nèi)原料殘余量確定。
[0038]在常壓下，脂肪酸甲酯的沸點(diǎn)在330°C左右，而二聚酸甲酯的沸點(diǎn)高于600°C，兩者沸點(diǎn)相差很大。通過真空泵7和壓力調(diào)節(jié)閥10，調(diào)節(jié)和控制系統(tǒng)的壓力，使在反應(yīng)溫度(2000C -300°C)下，原料脂肪酸甲酯/脂肪酸為氣態(tài)，而產(chǎn)品二聚酸甲酯/ 二聚酸為液態(tài)，氣態(tài)原料進(jìn)入固定床反應(yīng)器4發(fā)生催化聚合反應(yīng)生成二聚體產(chǎn)品，由固定床反應(yīng)器4頂部逸出的未轉(zhuǎn)化的原料進(jìn)入冷凝器6，冷凝后回流回固定床反應(yīng)器4繼續(xù)反應(yīng)以提高原料轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)生成的液態(tài)產(chǎn)品回流回汽化釜2，與催化劑床層脫離，從而阻止其進(jìn)一步聚合為三聚體，提高了產(chǎn)品收率和品質(zhì)。由于在負(fù)壓下操作，系統(tǒng)內(nèi)空氣含量較低，從而降低了物料氧化的可能性，避免產(chǎn)品色澤加深。
[0039]實(shí)施例:
[0040](I)將300g粒狀白土裝填入固定床反應(yīng)器4。粒狀白土的酸度為4，球形，粒徑為40-60目；固定床反應(yīng)器4內(nèi)徑為20mm，長(zhǎng)度為1000mm，固定床反應(yīng)器4外纏有加熱帶，加熱帶長(zhǎng)度5m，功率為Ikw ;加熱帶與溫控儀連接，溫控儀控溫精度為±1°C ；
[0041](2)開啟溫控儀，將反應(yīng)器床反應(yīng)器4加熱并控制到240°C ；
[0042](3)將500g藻油甲酯通過進(jìn)料管加入到汽化釜2 ;[0043](4)開啟真空泵7，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥8，調(diào)節(jié)并控制系統(tǒng)壓力在2600pa ；
[0044](5)開啟導(dǎo)熱油泵8，將250°C導(dǎo)熱油輸送入汽化釜夾套I內(nèi)，控制導(dǎo)熱油流量調(diào)節(jié)閥9，調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油流量，使汽化釜2內(nèi)的物料溫度220°C ；
[0045]( 6 )開啟冷凝器6的冷卻水閥；
[0046](7)反應(yīng)進(jìn)行4h后，每隔30min，從汽化釜2中取樣，樣品用氣相色譜分析藻油甲
酯含量；
[0047](8)反應(yīng)進(jìn)行6h后，關(guān)閉導(dǎo)熱油泵8和溫控儀；待汽化釜2溫度降低至50°C以下，關(guān)閉真空泵7和冷凝器6的冷卻水；從汽化釜2卸放出的物料，即為反應(yīng)產(chǎn)品。
[0048] 轉(zhuǎn)化率=(原料質(zhì)量X原料中脂肪酸甲酯含量-產(chǎn)品質(zhì)量X產(chǎn)品中脂肪酸甲酯含量)/ (原料質(zhì)量X原料中脂肪酸甲酯含量)(a)
[0049]收率=產(chǎn)品質(zhì)量X產(chǎn)品中二聚酸甲酯含量/原料質(zhì)量 (b)
[0050]反應(yīng)產(chǎn)品稱重，取樣用氣相色譜分析產(chǎn)品中藻油甲酯，并根據(jù)式(a)計(jì)算藻油甲酯的轉(zhuǎn)化率為90.4% ;取樣用液相色譜分析產(chǎn)品中二聚酸甲酯，并根據(jù)式(b)計(jì)算二聚酸甲酯的收率為85.6%。
[0051 ] 除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)，主要包括汽化系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和真空系統(tǒng)四大部分，汽化系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)和真空系統(tǒng)依次連接，其特征是:汽化系統(tǒng)包括汽化釜(2)、汽化釜夾套(I)和導(dǎo)熱油泵(8)，汽化釜夾套(I)套在汽化釜(2)外；反應(yīng)系統(tǒng)包括固定床反應(yīng)器(4 )，固定床反應(yīng)器(4 )外設(shè)有加熱裝置(5 )，固定床反應(yīng)器(4 )內(nèi)設(shè)有催化劑(3);冷凝系統(tǒng)位于反應(yīng)系統(tǒng)的上部，冷凝系統(tǒng)包括冷凝器(6);冷凝器(6)的尾端連接真空系統(tǒng)，真空系統(tǒng)包括真空泵(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)，其特征是:所述汽化釜夾套(I)與導(dǎo)熱油泵(8)之間的連接處設(shè)有導(dǎo)熱油流量調(diào)節(jié)閥(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)，其特征是:所述汽化釜夾套(I)內(nèi)通過導(dǎo)熱油泵(8)輸入有250°C _350°C的導(dǎo)熱油。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)，其特征是:所述加熱裝置(5)為加熱帶，加熱帶纏在固定床反應(yīng)器(4)外，加熱帶與溫控儀相連接，加熱帶外包有保溫棉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)，其特征是:所述真空泵(7)與冷凝器(6)的連接處設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥(10)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的藻油甲 酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的系統(tǒng)，其特征是:所述催化劑(3)為顆粒狀。
7.一種藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的工藝，其特征是:具體步驟如下: (1)將催化劑裝填入固定床反應(yīng)器(4)，開啟溫控儀，將固定床反應(yīng)器(4)加熱并控制到反應(yīng)設(shè)定溫度； (2)將反應(yīng)原料通過進(jìn)料管加入到汽化釜(2)； (3)開啟真空泵(7)，調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)閥(10)，調(diào)節(jié)并控制系統(tǒng)壓力在設(shè)定值； (4)開啟導(dǎo)熱油泵(8)，將導(dǎo)熱油輸送入汽化釜夾套(I)內(nèi)，調(diào)節(jié)導(dǎo)熱油流量調(diào)節(jié)閥(9)，使汽化釜(2)內(nèi)的物料溫度為系統(tǒng)壓力下反應(yīng)物料的飽和溫度； (5 )開啟冷凝器(6 )的冷卻水閥，使進(jìn)入冷凝器(6 )的未反應(yīng)轉(zhuǎn)化的原料冷凝后回流回固定床反應(yīng)器(4)，繼續(xù)反應(yīng)生成二聚酸甲酯； (6)反應(yīng)生成的二聚酸甲酯在系統(tǒng)壓力下為液體，回流回汽化釜(2)； (7)從汽化釜(2)中定時(shí)取樣，用氣相色譜分析樣品中脂肪酸甲酯含量，至汽化釜(2)中脂肪酸甲酯原料含量降低至要求值，關(guān)閉導(dǎo)熱油泵(8)和溫控儀； (8)待汽化釜(2)溫度降低至50°C以下，關(guān)閉真空泵(7)和冷凝器(6)的冷卻水；從汽化釜(2 )卸放出的物料，即為反應(yīng)產(chǎn)品。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的工藝，其特征是:所述反應(yīng)原料為脂肪酸甲酯或脂肪酸，催化劑為顆粒狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的工藝，其特征是:所述固定床反應(yīng)器(4)的設(shè)定溫度為200°C _300°C，通過真空泵(7)和壓力調(diào)節(jié)閥(10)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力，使系統(tǒng)壓力低于反應(yīng)溫度下反應(yīng)原料的飽和蒸汽壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的藻油甲酯生產(chǎn)二聚酸甲酯的工藝，其特征是:整個(gè)工藝的反應(yīng)時(shí)間根據(jù)汽化釜(2)內(nèi)原料殘余量確定。
【文檔編號(hào)】C07C67/347GK103467284SQ201310413870
【公開日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月11日
【發(fā)明者】陸向紅, 計(jì)建炳, 盧美貞, 張秋紅 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)