專利名稱：一種多功能一體化酯交換反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種酯交換反應(yīng)裝置，屬于化學(xué)反應(yīng)設(shè)備制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
油脂酯交換反應(yīng)是指油脂與低碳醇在催化劑作用下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，是油脂改性 的重要手段之一，可制備出一系列高附加值化工產(chǎn)品或者保健產(chǎn)品，如脂肪酸低碳烷基酯、 生物柴油、甘二酯、蔗糖酯、留醇酯等。目前酯交換反應(yīng)中采用的催化劑有液體均相催化劑、 磁性或非磁性的固體催化劑等，不同特性的催化劑應(yīng)配備相適應(yīng)的反應(yīng)器才能實(shí)現(xiàn)高效傳 質(zhì)傳熱與節(jié)能快速反應(yīng)，如液體均相催化劑適用于攪拌式反應(yīng)器，磁性固體催化劑則采用 磁穩(wěn)定床反應(yīng)器更能發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。目前用于酯化或者酯交換反應(yīng)的反應(yīng)器較多，但采用磁穩(wěn)定床進(jìn)行催化酯交換反 應(yīng)還未見報(bào)道。CN1407063A、CN1406912A、CN1690035A分別公開了在磁穩(wěn)定床中進(jìn)行汽油 吸附脫硫、芳烴吸附脫硫、烷基蒽醌加氫的方法。CN101618304公開了一種適用于固體催化 羧酸類和醇類物質(zhì)進(jìn)行酯化反應(yīng)的反應(yīng)器，該反應(yīng)器由多塊塔板組成，每塊塔板上都安裝 一個(gè)降液管和一個(gè)升氣管，以實(shí)現(xiàn)氣、液、固三相充分接觸。CN1706793公開了一種酯化反應(yīng) 器，其主要特征是在進(jìn)料管出口處設(shè)有沿圓周切向布置的帶有頂擋板或側(cè)擋板的漩流導(dǎo)向 器，在漩流導(dǎo)向器的上方與反應(yīng)器內(nèi)的中上部和中下部之間分別設(shè)置加熱元件組，強(qiáng)化傳 熱、傳質(zhì)，提高結(jié)構(gòu)的可靠性及加熱效率、反應(yīng)速度和反應(yīng)平衡轉(zhuǎn)化率。CN101469273是一 種含有脂肪酸的原料與含有醇類的原料進(jìn)行酯化反應(yīng)制備生物柴油的逆流酯化反應(yīng)器，它 包含酯化反應(yīng)塔、第一進(jìn)料裝置、第二進(jìn)料裝置、第一出料裝置與第二出料裝置。CN2444948 一種新型高效酯化反應(yīng)器，它的特征是在酯化反應(yīng)器殼體內(nèi)攪拌槳附近設(shè)置有無聯(lián)箱盤管 換熱器，提高底物分子間傳質(zhì)傳熱效率。總之，酯交換反應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)與改造正在向增強(qiáng)傳質(zhì)效果、提高效率、降低成本的 趨勢(shì)發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種多功能一體化酯交換反應(yīng)裝置，該裝置可適用于 不同特性的催化酯交換反應(yīng)體系。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是一種多功能一體化酯交換反 應(yīng)裝置，其特征在于它包括反應(yīng)系統(tǒng)、第一連接管道、第二連接管道、物料循環(huán)泵、儲(chǔ)存罐、 催化劑加入器；所述的反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)釜、外部磁場(chǎng)、保溫加熱系統(tǒng)、攪拌器、第一過濾擋板、第 二過濾擋板、第一支撐架；反應(yīng)釜的上端設(shè)有催化劑加入口，反應(yīng)釜的上端部設(shè)有進(jìn)料接頭 管、溫度傳感器接口、壓力表接頭，進(jìn)料接頭管與反應(yīng)釜的反應(yīng)腔相連通，溫度傳感器接口 內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，壓力表接頭與反應(yīng)釜的反應(yīng)腔相連通，壓力表接頭上連接有壓力表；反 應(yīng)釜的下端設(shè)有反應(yīng)釜出料口，出料接頭管、排污接頭管分別與反應(yīng)釜出料口相連通，排污接頭管的輸出端設(shè)有第三閥門；反應(yīng)釜的反應(yīng)腔內(nèi)設(shè)有第一過濾擋板、第二過濾擋板，第一 過濾擋板、第二過濾擋板上均設(shè)有過濾孔，第二過濾擋板位于第一過濾擋板的下方，第一過 濾擋板位于與進(jìn)料接頭管相通的反應(yīng)釜進(jìn)料口的下方，第二過濾擋板位于反應(yīng)釜出料口的 上方；反應(yīng)釜固定在第一支撐架上；攪拌器的攪拌桿的下端部從反應(yīng)釜的上端的催化劑加入口中穿過進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)， 攪拌桿下端設(shè)置的攪拌葉片位于反應(yīng)腔內(nèi)；催化劑加入器位于反應(yīng)釜的上方，催化劑加入器的輸出口與反應(yīng)釜上的催化劑加 入口相通；保溫加熱系統(tǒng)包括保溫加熱夾層和加熱器，保溫加熱夾層包裹在反應(yīng)釜外，保溫 加熱夾層內(nèi)盛有導(dǎo)熱介質(zhì)，保溫加熱夾層的上端部設(shè)有出口，出口由第一導(dǎo)熱管與加熱器 的輸入端相連通，保溫加熱夾層的下端部設(shè)有進(jìn)口，進(jìn)口由第二導(dǎo)熱管與加熱器的輸出端 相連通；所述的保溫加熱夾層外圍設(shè)有外部磁場(chǎng)，外部磁場(chǎng)包括磁場(chǎng)線圈；第一連接管道的一端通過法蘭與出料接頭管相連通，第一連接管道的另一端通過 法蘭與儲(chǔ)存罐的物料進(jìn)口相連通，第一連接管道上設(shè)有第一閥門；第二連接管道的一端通 過法蘭與進(jìn)料接頭管相連通，第二連接管道的另一端通過法蘭與儲(chǔ)存罐的物料出口相連 通，第二連接管道上設(shè)有第二閥門、物料循環(huán)泵。本實(shí)用新型的有益效果是采用上述結(jié)構(gòu)(反應(yīng)釜、外部磁場(chǎng)的組合式)，可同時(shí) 適用于不同特性的催化酯交換反應(yīng)體系，顯著提高了設(shè)備的利用率和催化劑的使用效率， 降低了成本，并實(shí)現(xiàn)了物料的連續(xù)循環(huán)反應(yīng)。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖2的俯視圖。圖4是儲(chǔ)存罐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4的俯視圖。圖1中1-反應(yīng)釜，2-保溫加熱夾層，3-外部磁場(chǎng)，4-攪拌電機(jī)，5-儲(chǔ)存罐，6-物 料循環(huán)泵，7-攪拌器，8-反應(yīng)腔，9-反應(yīng)釜出料口，10-物料進(jìn)口，11-加料口，12-物料出 口，13-放料口，14-壓力表，15-第一連接管道，16-第一閥門，17-第二閥門，18-第三閥門， 19-第一過濾擋板，20-第二過濾擋板，21-出料接頭管，22-進(jìn)料接頭管，23-排污接頭管， 24-第一支撐架，25-攪拌桿，26-聯(lián)軸器，27-催化劑加入器，28-溫度傳感器接口，29-第二 連接管道，30-第二支撐架。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，一種多功能一體化酯交換反應(yīng)裝置，它包括反應(yīng) 系統(tǒng)、第一連接管道15、第二連接管道29、物料循環(huán)泵6、儲(chǔ)存罐5、催化劑加入器27 ；所述的反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)釜1、外部磁場(chǎng)3、保溫加熱系統(tǒng)、攪拌器7、第一過濾擋板19、第二過濾擋板20、第一支撐架24 ；反應(yīng)釜1的上端設(shè)有催化劑加入口，反應(yīng)釜1的上 端部設(shè)有進(jìn)料接頭管22、溫度傳感器接口 28、壓力表接頭，進(jìn)料接頭管22與反應(yīng)釜1的反 應(yīng)腔8相連通(由反應(yīng)釜1上的反應(yīng)釜進(jìn)料口相連通)，溫度傳感器接口 28內(nèi)設(shè)有溫度傳 感器，壓力表接頭與反應(yīng)釜1的反應(yīng)腔8相連通，壓力表接頭上連接有壓力表14 ；反應(yīng)釜1 的下端設(shè)有反應(yīng)釜出料口 9，出料接頭管21、排污接頭管23分別與反應(yīng)釜出料口 9相連通， 排污接頭管23的輸出端設(shè)有第三閥門18 ；反應(yīng)釜1的反應(yīng)腔8內(nèi)設(shè)有第一過濾擋板19、第 二過濾擋板20，第一過濾擋板19、第二過濾擋板20上均設(shè)有過濾孔，第二過濾擋板20位于 第一過濾擋板19的下方，第一過濾擋板19位于與進(jìn)料接頭管22相通的反應(yīng)釜進(jìn)料口的下 方，第二過濾擋板20位于反應(yīng)釜出料口 9的上方；反應(yīng)釜1固定在第一支撐架24上；攪拌器7的攪拌桿25的下端部從反應(yīng)釜1的上端的催化劑加入口中穿過進(jìn)入反 應(yīng)腔8內(nèi)，攪拌桿25下端設(shè)置的攪拌葉片位于反應(yīng)腔8內(nèi)；催化劑加入器27位于反應(yīng)釜1的上方，催化劑加入器27的輸出口與反應(yīng)釜1上 的催化劑加入口相通；保溫加熱系統(tǒng)包括保溫加熱夾層2和加熱器，保溫加熱夾層2包裹在反應(yīng)釜1夕卜， 保溫加熱夾層2內(nèi)盛有導(dǎo)熱介質(zhì)(如油或水)，保溫加熱夾層2的上端部設(shè)有出口，出口由 第一導(dǎo)熱管與加熱器的輸入端相連通，保溫加熱夾層2的下端部設(shè)有進(jìn)口，進(jìn)口由第二導(dǎo) 熱管與加熱器的輸出端相連通(導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度控制范圍為室溫 200°C ；出口、進(jìn)口分別 與外部可控溫?zé)嵩催B通，將熱源中加熱至一定溫度的介質(zhì)由保溫加熱夾層2的下部通入、 上部流出，如此循環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)釜1內(nèi)反應(yīng)物料的均勻加熱與保溫)；所述的保溫加熱夾層2外圍設(shè)有外部磁場(chǎng)3，外部磁場(chǎng)3包括磁場(chǎng)線圈，磁場(chǎng)線圈 與電源相連；第一連接管道15的一端通過法蘭與出料接頭管21相連通，第一連接管道15的另 一端通過法蘭與儲(chǔ)存罐5的物料進(jìn)口 10相連通，第一連接管道15上設(shè)有第一閥門16;第 二連接管道29的一端通過法蘭與進(jìn)料接頭管22相連通，第二連接管道29的另一端通過法 蘭與儲(chǔ)存罐5的物料出口 12相連通，第二連接管道29上設(shè)有第二閥門17、物料循環(huán)泵6。所述的攪拌器7包括攪拌電機(jī)4、攪拌桿25、聯(lián)軸器26、攪拌葉片，攪拌電機(jī)4固定 在第一支撐架24上，攪拌電機(jī)4的輸出軸由聯(lián)軸器26與攪拌桿25的上端連接，攪拌桿25 的下端設(shè)有攪拌葉片。攪拌器的攪拌桿、攪拌葉片均為聚四氟乙烯材料，攪拌器的類型有漿 式、旋漿式、渦輪式、錨式和螺帶式，可根據(jù)不同的反應(yīng)條件和物料特性選擇合適的攪拌方 式。所述的儲(chǔ)存罐5的上端部設(shè)有物料進(jìn)口 10、加料口 11(加料口用于添加物料)，儲(chǔ) 存罐5的下端部設(shè)有物料出口 12、放料口 13 ；儲(chǔ)存罐5固定在第二支撐架30上。外部磁場(chǎng)包括四個(gè)內(nèi)徑為190毫米、外徑500毫米、高度為100毫米、匝數(shù)為420 的磁場(chǎng)線圈，四個(gè)磁場(chǎng)線圈沿反應(yīng)釜1的軸向排布(以提供均勻磁場(chǎng))，磁場(chǎng)線圈之間的距 離為23. 5毫米，磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍為10 1500奧斯特。溫度傳感器、磁場(chǎng)線圈、物料循環(huán)泵6、閥門分別控制系統(tǒng)相連?？刂葡到y(tǒng)包括反應(yīng) 器內(nèi)的溫度控制、反應(yīng)時(shí)間控制、反應(yīng)壓力控制，磁場(chǎng)強(qiáng)度的控制。磁性固體催化劑催化酯交換反應(yīng)時(shí)，本實(shí)用新型的具體操作步驟為卸掉攪拌器 7，根據(jù)催化劑的粒徑選擇合適的第一過濾擋板19和第二過濾擋板20，將所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，將磁性催化劑通過催化劑加入器27加入反應(yīng)釜1中，同時(shí)向儲(chǔ)存罐中按一定比例 加入原料和輔料，外部磁場(chǎng)的磁場(chǎng)線圈通電，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度，使磁性催化劑在該磁場(chǎng)強(qiáng)度下 處于最佳分布狀態(tài)，熱源通電，使傳熱介質(zhì)升至一定溫度后通入保溫加熱夾層2，然后打開 第一閥門16、第二閥門17和儲(chǔ)存罐5上與第一連接管道、第二連接管道連接的上下兩個(gè)閥 門，開啟物料循環(huán)泵6，此時(shí)儲(chǔ)罐5中的物料通過循環(huán)泵6進(jìn)入反應(yīng)釜1與磁性催化劑充分 接觸反應(yīng)，物料流速通過第二閥門17控制，反應(yīng)后的混合物從反應(yīng)器下部經(jīng)過第一閥門16 回流至儲(chǔ)存罐5，如此循環(huán)，同時(shí)每間隔一定時(shí)間在儲(chǔ)罐5中取樣檢測(cè)，分析反應(yīng)混合物的 轉(zhuǎn)化率，當(dāng)轉(zhuǎn)化率不再發(fā)生顯著變化時(shí)，停止反應(yīng)。液體化學(xué)催化劑或游離脂肪酶催化酯交換反應(yīng)時(shí)，本實(shí)用新型的具體操作步驟 為卸掉第一過濾擋板19和第二過濾擋板20，將所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，向儲(chǔ)存罐中按一 定比例加入原料、輔料和催化劑，熱源通電，使傳熱介質(zhì)升至一定溫度后通入保溫加熱夾層 2，然后打開第一閥門16、第二閥門17和儲(chǔ)存罐5上與管道連接的上下兩個(gè)法蘭，開啟物料 循環(huán)泵6，此時(shí)儲(chǔ)罐5中的物料通過循環(huán)泵6進(jìn)入反應(yīng)釜1充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)，物料流速通過第 二閥門17控制，反應(yīng)后的混合物從反應(yīng)器下部經(jīng)過第一閥門16回流至儲(chǔ)存罐5，如此循環(huán)， 同時(shí)每間隔一定時(shí)間在儲(chǔ)存罐5中取樣檢測(cè)，分析反應(yīng)混合物的轉(zhuǎn)化率，當(dāng)轉(zhuǎn)化率不再發(fā) 生顯著變化時(shí)，終止反應(yīng)。非磁性普通固體催化劑催化酯交換反應(yīng)時(shí)，本實(shí)用新型的具體操作步驟為卸掉 攪拌器7，選擇并更換第一過濾擋板19和第二過濾擋板20，使其孔徑略小于催化劑粒徑， 將所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，將一定量催化劑加入反應(yīng)釜1中，同時(shí)向儲(chǔ)存罐中按一定比例 加入原料和輔料，熱源通電，使傳熱介質(zhì)升至一定溫度后通入反應(yīng)釜保溫夾層2，然后打開 第一閥門16、第二閥門17和儲(chǔ)存罐5上與管道連接的上下兩個(gè)法蘭，開啟物料循環(huán)泵6，此 時(shí)儲(chǔ)罐5中的物料通過循環(huán)泵6進(jìn)入反應(yīng)釜1與固體催化劑充分接觸反應(yīng)，物料流速通過 第二閥門17控制，反應(yīng)后的混合物從反應(yīng)器下部經(jīng)過第一閥門16回流至儲(chǔ)存罐5，如此循 環(huán)，同時(shí)每間隔一定時(shí)間在儲(chǔ)存罐5中取樣檢測(cè)，分析反應(yīng)混合物的轉(zhuǎn)化率，當(dāng)轉(zhuǎn)化率不再 發(fā)生顯著變化，終止反應(yīng)。
權(quán)利要求一種多功能一體化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于它包括反應(yīng)系統(tǒng)、第一連接管道(15)、第二連接管道(29)、物料循環(huán)泵(6)、儲(chǔ)存罐(5)、催化劑加入器(27)；所述的反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)釜(1)、外部磁場(chǎng)(3)、保溫加熱系統(tǒng)、攪拌器(7)、第一過濾擋板(19)、第二過濾擋板(20)、第一支撐架(24)；反應(yīng)釜(1)的上端設(shè)有催化劑加入口，反應(yīng)釜(1)的上端部設(shè)有進(jìn)料接頭管(22)、溫度傳感器接口(28)、壓力表接頭，進(jìn)料接頭管(22)與反應(yīng)釜(1)的反應(yīng)腔(8)相連通，溫度傳感器接口(28)內(nèi)設(shè)有溫度傳感器，壓力表接頭與反應(yīng)釜(1)的反應(yīng)腔(8)相連通，壓力表接頭上連接有壓力表(14)；反應(yīng)釜(1)的下端設(shè)有反應(yīng)釜出料口(9)，出料接頭管(21)、排污接頭管(23)分別與反應(yīng)釜出料口(9)相連通，排污接頭管(23)的輸出端設(shè)有第三閥門(18)；反應(yīng)釜(1)的反應(yīng)腔(8)內(nèi)設(shè)有第一過濾擋板(19)、第二過濾擋板(20)，第一過濾擋板(19)、第二過濾擋板(20)上均設(shè)有過濾孔，第二過濾擋板(20)位于第一過濾擋板(19)的下方，第一過濾擋板(19)位于與進(jìn)料接頭管(22)相通的反應(yīng)釜進(jìn)料口的下方，第二過濾擋板(20)位于反應(yīng)釜出料口(9)的上方；反應(yīng)釜(1)固定在第一支撐架(24)上；攪拌器(7)的攪拌桿(25)的下端部從反應(yīng)釜(1)的上端的催化劑加入口中穿過進(jìn)入反應(yīng)腔(8)內(nèi)，攪拌桿(25)下端設(shè)置的攪拌葉片位于反應(yīng)腔(8)內(nèi)；催化劑加入器(27)位于反應(yīng)釜(1)的上方，催化劑加入器(27)的輸出口與反應(yīng)釜(1)上的催化劑加入口相通；保溫加熱系統(tǒng)包括保溫加熱夾層(2)和加熱器，保溫加熱夾層(2)包裹在反應(yīng)釜(1)外，保溫加熱夾層(2)內(nèi)盛有導(dǎo)熱介質(zhì)，保溫加熱夾層(2)的上端部設(shè)有出口，出口由第一導(dǎo)熱管與加熱器的輸入端相連通，保溫加熱夾層(2)的下端部設(shè)有進(jìn)口，進(jìn)口由第二導(dǎo)熱管與加熱器的輸出端相連通；所述的保溫加熱夾層(2)外圍設(shè)有外部磁場(chǎng)(3)，外部磁場(chǎng)(3)包括磁場(chǎng)線圈；第一連接管道(15)的一端通過法蘭與出料接頭管(21)相連通，第一連接管道(15)的另一端通過法蘭與儲(chǔ)存罐(5)的物料進(jìn)口(10)相連通，第一連接管道(15)上設(shè)有第一閥門(16)；第二連接管道(29)的一端通過法蘭與進(jìn)料接頭管(22)相連通，第二連接管道(29)的另一端通過法蘭與儲(chǔ)存罐(5)的物料出口(12)相連通，第二連接管道(29)上設(shè)有第二閥門(17)、物料循環(huán)泵(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能一體化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于所述的攪 拌器(7)包括攪拌電機(jī)(4)、攪拌桿(25)、聯(lián)軸器(26)、攪拌葉片，攪拌電機(jī)(4)固定在第一 支撐架(24)上，攪拌電機(jī)(4)的輸出軸由聯(lián)軸器(26)與攪拌桿(25)的上端連接，攪拌桿 (25)的下端設(shè)有攪拌葉片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能一體化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于所述的儲(chǔ) 存罐(5)的上端部設(shè)有物料進(jìn)口(10)、加料口(11)，儲(chǔ)存罐(5)的下端部設(shè)有物料出口 (12)、放料口 (13)；儲(chǔ)存罐(5)固定在第二支撐架(30)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能一體化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于外部磁場(chǎng) 包括四個(gè)內(nèi)徑為190毫米、外徑500毫米、高度為100毫米、匝數(shù)為420的磁場(chǎng)線圈，四個(gè)磁 場(chǎng)線圈沿反應(yīng)釜(1)的軸向排布，磁場(chǎng)線圈之間的距離為23. 5毫米，磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍為10 1500奧斯特。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種酯交換反應(yīng)裝置。一種多功能一體化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于它包括反應(yīng)系統(tǒng)、第一連接管道、第二連接管道、物料循環(huán)泵、儲(chǔ)存罐、催化劑加入器；所述的反應(yīng)系統(tǒng)包括反應(yīng)釜、外部磁場(chǎng)、保溫加熱系統(tǒng)、攪拌器、第一過濾擋板、第二過濾擋板、第一支撐架；保溫加熱系統(tǒng)的保溫加熱夾層外圍設(shè)有外部磁場(chǎng)；第一連接管道的一端通過法蘭與出料接頭管相連通，第一連接管道的另一端通過法蘭與儲(chǔ)存罐的物料進(jìn)口相連通，第一連接管道上設(shè)有第一閥門；第二連接管道的一端通過法蘭與進(jìn)料接頭管相連通，第二連接管道的另一端通過法蘭與儲(chǔ)存罐的物料出口相連通。該裝置可適用于不同特性的催化酯交換反應(yīng)體系。
文檔編號(hào)B01J19/18GK201750992SQ20102025588
公開日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者萬楚筠, 劉昌盛, 李文林, 楊湄, 程小英, 鄧乾春, 郭萍梅, 鈕琰星, 黃鳳洪, 黃慶德 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所