本發(fā)明涉及到一種氣液兩相酯化預處理微生物油脂的方法及設備，涉及油脂化學利用、生物柴油制備及相關(guān)設備技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
眾所周知綠色環(huán)保可再生的生物柴油是替代現(xiàn)有燃油的潛在油料，有著非常廣泛的運用前景，但目前由于生產(chǎn)成本過高等原因而無法推廣使用。
這其中對于高酸值油脂的預處理工藝就是制約因素之一，目前，用來生產(chǎn)生物柴油的設備有：釜式反應器、管式反應器、滴流床反應器、膜反應器、微通道反應器等，除傳統(tǒng)的反應釜外其他裝置幾乎主要用于酯交換反應，且一班停留在研發(fā)或中式階段。釜式反應器就是一般的反應釜。其投料方便、操作簡單、工藝成熟。但傳質(zhì)差，在降低高酸值油脂上需要多級反應才能達到預期效果，不僅提高了能耗，延長了時間，增加了低級醇的使用量，且工藝繁瑣。
此外，油脂來源是制約其工業(yè)化的另一個主要因素。目前隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，微生物油脂逐步成為了可利用制備生物柴油的原料，但高品質(zhì)的一般用于食用等其他高附加值領域，而較差的油料，其酸值過高，有的達到了30mgKOH/g，在制備生物柴油前必須進行降酸值的酯化預處理。
由此可見若要設計出原理簡單、步驟集成，節(jié)能少時，且可一步降低微生物油脂酸價的工藝及設備顯得尤為迫切。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的多級反應，能耗高，耗時長，工序復雜等缺點，本發(fā)明提供一種氣液兩相酯化預處理微生物油脂的方法及設備，該反應器原理簡單、步驟集成，可以實現(xiàn)高酸值油脂的一步降低酸值的目的。
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種氣液兩相酯化預處理微生物油脂的設備，依次由反應器、冷凝器、餾分收集罐、加熱器、精餾塔、醇儲罐、防爆泵、汽化器串聯(lián)組成循環(huán)反應體系；所述的反應器頂部設有混合蒸汽出口，底部醇蒸汽入口處設有氣體分布網(wǎng)，氣體分布網(wǎng)下設止回閥。
反應器中設有攪拌、隔板或循環(huán)裝置中的任意一種或幾種。
所述氣體分布網(wǎng)包括網(wǎng)狀、孔狀分布網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
反應器的上部還設有微生物油料及催化劑進口、觀察口，反應器的底部還設有產(chǎn)品出口。
基于所述的一種氣液兩相酯化預處理微生物油脂的設備的方法，微生物油料從微生物油料進口進入反應器中，低級醇蒸氣由反應器底部的醇蒸汽進口進入，底部進入的低級醇蒸氣經(jīng)過氣體分布網(wǎng)與反應器中的微生物油料在酸催化劑的存在下接觸反應，未反應的低級醇蒸氣和生成的水蒸汽從頂部的混合蒸汽出口排出，經(jīng)冷凝器冷凝得到的水和低級醇混合液進入餾分收集罐中，并通過精餾塔處理后進入醇儲罐中待用，當反應器中油料酸價降低到酸值小于2mgKOH/g時停止反應；醇儲罐中的回收低級醇通過防爆泵進入汽化器內(nèi)，氣化后由止回閥控制重新進入反應器內(nèi)反應。
反應器中的溫度為101～260℃，汽化器的溫度為65～150℃。
所述的酸催化劑包括濃硫酸、對甲苯磺酸、Al2O3、SiO2、TiO2、TiO2-SiO2、Al2O3-SiO2、ZrSO4、ZrO2/SiO2、SO42-/TiO2固體酸中的任意一種或幾種混合物。
餾分收集罐的出口通過防爆泵將混合液經(jīng)加熱器預熱后送至精餾塔精餾，精餾低級醇回至醇儲罐待用。
所述的低級醇包括甲醇或乙醇。
有益效果：
本發(fā)明采用新型氣液兩相反應器酯化微生物油脂，設備整體為錐形，該氣液兩相反應器為可加熱的耐壓裝置，可以在較低壓力下使低沸點低級醇在高于其沸點的情況下與微生物油脂有足夠的時間接觸反應，反應器可根據(jù)具體需要加攪拌、隔板或循環(huán)裝置。低級醇蒸汽入口裝有氣體分布網(wǎng)，該設計可使低級醇以蒸汽的形式從反應器底部進入反應器并利用爬升高度與游離脂肪酸實現(xiàn)在低壓高溫下快速反應；為使反應可在高于低級醇沸點的溫度下反應，設備需適當耐壓(1MPa)；反應器中出來的醇水混合物經(jīng)冷凝后可通過精餾的方式精制并回用。該方法可有效降低油脂酸值，油脂轉(zhuǎn)化率≥95％，油收率≥98％。此設備可有效將副產(chǎn)物水隨時排出反應體系，并通過精餾法將低級醇回用，可有效提高高酸值油脂的酯化產(chǎn)率和減少低級醇使用量。
附圖說明
圖1：一個實施例流程簡易說明圖。
其中，1為止回閥，2為氣體分布網(wǎng)，3為反應器，4為汽化器，5為防爆泵，6為醇儲罐，7為精餾塔，8為餾分收集罐，9為加熱器，10為冷凝器。
具體實施方法
若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段。
結(jié)合附圖，以下是具體實施例。
本發(fā)明主要涉及一種氣液兩相酯化預處理微生物油脂的方法及設備。其主要步驟為將微生物油料，酸催化劑從原料進口投入錐形反應器中，加熱至設定溫度101℃～260℃，以此保障反應生成水及時脫離錐形反應器，提高游離脂肪酸酯化率；將低級醇蒸氣由反應器底部的低沸點原料蒸汽進口進入，底部進入的低級醇蒸氣經(jīng)過分布網(wǎng)與反應器中的微生物油脂接觸反應，未反應的低級醇蒸氣和生成的水蒸汽從反應器的混合蒸汽出口排出，進入冷凝器中冷凝，經(jīng)冷凝器冷凝得到的水和低級醇混合液進入餾分收集罐中，并通過精餾塔處理后進入醇儲罐中回用，當反應器中油料酸價降低到一定程度時停止反應并放出產(chǎn)品。一種氣液兩相反應器，反應器主體由反應器及攪拌器、冷凝器、氣體分布網(wǎng)和止回閥組成，其他配套設備有汽化器、防爆泵、醇儲罐、精餾塔、餾分收集罐等組成。反應器中低級醇氣體入口為網(wǎng)狀、孔狀等均勻分布器；該設計可使低級醇以蒸汽的形式從反應器底部進入反應器并利用爬升高度與游離脂肪酸實現(xiàn)在低壓高溫下快速反應。
反應器的混合蒸汽出口與冷凝器的進口連接，冷凝器的出口與餾分收集罐連接，餾分收集罐的出口通過防爆泵可將混合液經(jīng)加熱器預熱后送至精餾塔精餾，其精餾低級醇回至醇儲罐待用。
原料低級醇罐出口鏈接防爆泵和汽化器的進口連接，汽化器的出口和反應器的底部連接并通過氣體分布網(wǎng)向反應器內(nèi)輸送低級醇氣體，為防止油料逆流，在氣體分布網(wǎng)下端安裝有止回閥；反應器和加熱器中設有加熱裝置；反應器的上部設有微生物油料及催化劑進口、混合蒸汽出口、觀察口、攪拌器等，反應器的底部設有低級醇蒸汽進口和產(chǎn)品出口。
反應器中設有攪拌、隔板或循環(huán)裝置中的任意一種或幾種。
一種氣液兩相酯化預處理微生物油脂的方法及設備，將微生物油料，酸催化劑從原料進口投入錐形反應器中，低級醇蒸氣由反應器底部的低沸點原料蒸汽進口進入，底部進入的低級醇蒸氣經(jīng)過分布網(wǎng)與反應器中的微生物油脂接觸反應，未反應的低級醇蒸氣和生成的水蒸汽從反應器的混合蒸汽出口排出，進入冷凝器中冷凝，經(jīng)冷凝器冷凝得到的水和低級醇混合液進入餾分收集罐中，并通過精餾塔處理后進入醇儲罐中回用，當反應器中油料酸價降低到一定程度時停止反應并放出產(chǎn)品。
精餾塔中的水定期從底部的副產(chǎn)物出口排出。
反應器中的溫度為101～260℃，汽化器的溫度為65～150℃，保證低級醇的氣化。
所述的固體酸催化劑的載體為分子篩、硅膠、吸附樹脂、多孔陶瓷、硅藻土或浮石中的任意一種。
可用于此反應的酸催化劑為濃硫酸、對甲苯磺酸、Al2O3、SiO2、TiO2、TiO2-SiO2、Al2O3-SiO2、ZrSO4、ZrO2/SiO2、SO42-/TiO2等固體酸中的任意一種或幾種混合物。
微生物油脂(酸值為26mgKOH/g)、催化劑、甲醇、乙醇均為市購。
實施例1：
原料：微生物油脂(中國科學院大連化學物理研究所)，甲醇，濃硫酸
向反應器3中注入適量的微生物油脂和0.8％質(zhì)量比的濃硫酸催化劑，升高溫度至110℃，開始從下端注入甲醇蒸汽，汽化器4溫度為80℃。當餾分收集罐中有大量醇水混合物時開啟精餾塔，控制回流比為1:1，塔頂溫度為65℃，當反應器下端放出的油品酸價達到1mgKOH/g時即可停止甲醇進入并繼續(xù)加熱脫除反應器中甲醇，開啟放料閥既得低酸值油脂。測得脂肪酸甲酯化的轉(zhuǎn)化率達到96.1％，油收率為98.3％。
實施例2：
原料：微生物油脂，甲醇，對甲苯磺酸
向反應器3中注入適量的微生物油脂和1％質(zhì)量比的對甲苯磺酸催化劑，升高溫度至150℃，開始從下端注入甲醇蒸汽，汽化器4溫度為75℃。當餾分收集罐中有大量醇水混合物時開啟精餾塔，控制回流比為1.2:1，塔頂溫度為64.8℃，當反應器下端放出的油品酸價達到1.1mgKOH/g時停止甲醇進入并繼續(xù)加熱脫除反應器中甲醇，開啟放料閥既得低酸值油脂。測得脂肪酸甲酯化的轉(zhuǎn)化率達到95.7％，油收率為98％。
實施例3
原料：微生物油脂，甲醇，固體酸催化劑
將反應器中注入適量的微生物油脂，并加入15％質(zhì)量比的SO42-/TiO2催化劑，升高溫度至200℃，開始從下端注入甲醇蒸汽，汽化器溫度100℃。當餾分收集罐中有大量醇水混合物時開啟精餾塔，控制回流比為1.1:1，塔頂溫度為64.9℃，當反應器下端放出的油品酸價達到達到1.2mgKOH/g時停止甲醇進入并繼續(xù)加熱脫除反應器中甲醇，開啟放料閥既得低酸值油脂。測得脂肪酸甲酯化的轉(zhuǎn)化率達到95.3％，油收率為98.1％。
實施例4：
原料：微生物油脂，乙醇，混合催化劑
將反應器中注入適量的微生物油脂，并加入0.5％質(zhì)量比的對甲苯磺酸和20％質(zhì)量比的ZrO2/SiO2催化劑，升高溫度至230℃，開始從下端注入低級醇蒸汽，汽化器溫度90℃。當餾分收集罐中有大量醇水混合物時開啟精餾塔，控制回流比為1.2:1，塔頂溫度為78.2℃，當反應器下端放出的油品酸價達到達到0.9mgKOH/g時停止低級醇進入并繼續(xù)加熱脫除反應器中低級醇，開啟放料閥既得低酸值油脂。測得脂肪酸甲酯化的轉(zhuǎn)化率達到96.5％，油收率為97.6％。