專利名稱：一種生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物柴油生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置。
背景技術(shù)：
在生物柴油脂肪酸甲酯工業(yè)生產(chǎn)過程中，原料油首先要甲酯化包括酯化和酯交換反應(yīng)得到粗甲酯，而甲酯化過程裝備必須保證1油脂和甲醇充分混合，保證非均相反應(yīng)的相界面，促使反應(yīng)快速進行；2在較高的醇油摩爾比甲醇與油脂的摩爾比下反應(yīng)，保證甲醇過量，促使油脂轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)快速進行；3反應(yīng)裝置需要適合不同生產(chǎn)規(guī)模，不能單純從反應(yīng)裝置的復(fù)制來實現(xiàn)產(chǎn)能放大?，F(xiàn)有的生物柴油工業(yè)反應(yīng)裝置多用機械攪拌反應(yīng)器，混合主要靠攪拌槳來實現(xiàn)， 因攪拌過程中液體局部容易形成小循環(huán)，致使油脂和甲醇催化劑不能充分接觸、混合，從而反應(yīng)速率慢、效率較低；另外，采用攪拌結(jié)構(gòu)，反應(yīng)罐越大，攪拌功率越大，不利于工業(yè)放大。 針對上述問題，中國專利CN1301312C所述裝置采用水力空化器預(yù)混合，在水力空化器內(nèi)形成負壓區(qū)，產(chǎn)生空化泡以及空化泡長大和劇烈的崩潰，有利于管道內(nèi)甲醇催化劑相與油相的充分攪動混合、乳化，使得兩相界面迅速增大，在反應(yīng)罐內(nèi)快速反應(yīng)并循環(huán)；反應(yīng)罐底部為循環(huán)出口，頂部或側(cè)面為循環(huán)入口，動力來自循環(huán)泵，但采用該裝置，反應(yīng)罐內(nèi)甲醇催化劑相與油相容易分層，循環(huán)過程造成重相循環(huán)空化，而不是輕相和重相一起循環(huán)并空化，不利于反應(yīng)快速進行。中國專利CN201241095Y所述反應(yīng)裝置，除采用水力空化器預(yù)混合外， 在反應(yīng)罐內(nèi)還配有攪拌，能有效防止預(yù)混合好的甲醇催化劑相與油相分層，但能耗加大，反應(yīng)罐不易于進一步放大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是要解決上述技術(shù)存在的不足，而提供一種生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，該裝置結(jié)構(gòu)結(jié)單，設(shè)計合理，能耗低，降低生產(chǎn)成本，有利于工程放大。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案。這種生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，特別涉及用廢棄動植物油生產(chǎn)生物柴油工藝中的一種反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)罐和與反應(yīng)罐連接的反應(yīng)物料循環(huán)管路，所述的反應(yīng)罐的殼體上端設(shè)有輕相循環(huán)出口，反應(yīng)罐的殼體下端設(shè)有重相循環(huán)出口，輕相循環(huán)出口和重相循環(huán)出口之間的反應(yīng)罐殼體上設(shè)有輕相重相混合后循環(huán)入口，輕相循環(huán)出口和重相循環(huán)出口分別與反應(yīng)物料循環(huán)管路相連接，并通過反應(yīng)物料循環(huán)管路、循環(huán)泵、水力空化器、管道閥門與輕相重相混合后循環(huán)入口相連接；在反應(yīng)罐內(nèi)與輕相重相混合后循環(huán)入口連接有排管式液體分布器，排管式液體分布器與重相循環(huán)出口之間嵌入有U型管式加熱器。作為優(yōu)選，所述反應(yīng)物料循環(huán)管路與原料進口分別與循環(huán)泵的輸入端相連接，循環(huán)泵的輸出端一路與反應(yīng)產(chǎn)物出口相連接，另一路通過水力空化器與輕相重相混合后循環(huán)入口相連接。作為優(yōu)選，所述的排管式液體分布器包括分布器總管和分布器支管，在分布器支
3管的底部設(shè)置有分布器支管分布孔，孔徑在l_20mm之間。作為優(yōu)選，所述的反應(yīng)罐的殼體頂部設(shè)有放空口和人孔。作為優(yōu)選，所述反應(yīng)罐的殼體上端的輕相循環(huán)出口可以是一個或者多個，所述反應(yīng)罐的殼體下端的重相循環(huán)出口可以是一個或者多個。作為優(yōu)選，所述的循環(huán)泵采用揚程在30-50m的離心泵。作為優(yōu)選，所述的反應(yīng)罐的殼體材料采用碳鋼、不銹鋼、塑料PE，PP, PO或碳鋼襯
塑材質(zhì)。作為優(yōu)選，所述循環(huán)管路上的水力空化器兩端通過法蘭與管道連接。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益的效果是通過循環(huán)管路上的水力空化器，反應(yīng)物料中原料油與甲醇催化劑實現(xiàn)了微觀初混合，極大的提高了酯化酯交換相反應(yīng)所需要的相界面積，提高了反應(yīng)速率；通過控制反應(yīng)罐的輕相循環(huán)出口和重相循環(huán)出口體積流量，一方面保證了進入循環(huán)管路上水力空化器的物料是原料油與甲醇催化劑的混合物，另一方面通過循環(huán)管路的閥門能實現(xiàn)最佳的醇油摩爾比下空化混合，并在反應(yīng)罐內(nèi)快速反應(yīng)，這樣操作的有益效果是減少了一次性甲醇投入量，提高了原料油的轉(zhuǎn)化率，減少了循環(huán)時間，大大降低了循環(huán)泵的能耗；通過反應(yīng)罐內(nèi)的排管式液體分布器，使得微觀混合好的反應(yīng)物料在反應(yīng)罐水平方向上濃度、溫度和流速均勻分布，有利于反應(yīng)罐內(nèi)反應(yīng)均勻進行；采用排管式液體分布器，有利于反應(yīng)罐的放大，罐內(nèi)無需攪拌器，大大降低了能耗。利用本發(fā)明裝置生產(chǎn)生物柴油，設(shè)備簡單，投資小，能耗低，效果好，已在年產(chǎn)3萬噸和15萬噸生物柴油工業(yè)裝置上成功應(yīng)用，取得了很好的節(jié)能效果，與傳統(tǒng)攪拌反應(yīng)釜相比，年節(jié)能50%以上。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的接排管式液體分布器結(jié)構(gòu)的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的接排管式液體分布器結(jié)構(gòu)的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是圖3中A處的放大示意圖。附圖標記說明反應(yīng)罐1，放空口 1-1，人孔1-2，輕相循環(huán)出口 1-3，重相循環(huán)出口 1-4，輕相重相混合后循環(huán)入口 1-5，排管式液體分布器1-6，分布器總管1-6-1，分布器支管 1-6-2，分布器支管分布孔1-6-3，U型管式加熱器1-7，加熱蒸氣入口 1_8，加熱蒸氣冷凝水出口 1-9，循環(huán)泵2，水力空化器3，壓力表4，反應(yīng)物料循環(huán)管路5，流量計6，原料進口 7，反應(yīng)產(chǎn)物出口 8，進料閥9，循環(huán)泵入口總閥10，出料閥11，空化器開關(guān)閥12，加熱蒸氣進口閥 13，冷凝水排出閥14，疏水器進口閥15，反應(yīng)罐循環(huán)入口閥16，反應(yīng)罐頂部放空閥17，反應(yīng)罐輕相循環(huán)出口閥18，反應(yīng)罐重相循環(huán)出口閥19。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明如圖1所示，這種生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)罐1和與反應(yīng)罐1連接的反應(yīng)物料循環(huán)管路5，反應(yīng)罐1的殼體材料采用碳鋼、不銹鋼、塑料ΡΕ，ΡΡ，Ρ0或碳鋼襯塑材質(zhì)。反應(yīng)罐1的殼體頂部設(shè)有放空口 1-1、反應(yīng)罐頂部放空閥17和人孔1-2，所述的反應(yīng)罐1的殼體上端設(shè)有一個或多個輕相循環(huán)出口 1-3，反應(yīng)罐1的殼體下端設(shè)有一個或多個重相循環(huán)出口 1-4，輕相循環(huán)出口 1-3和重相循環(huán)出口 1-4之間的反應(yīng)罐1殼體上設(shè)有輕相重相混合后循環(huán)入口 1-5。輕相循環(huán)出口 1-3通過反應(yīng)罐輕相循環(huán)出口閥18、流量計6與反應(yīng)物料循環(huán)管路5相連接，重相循環(huán)出口 1-4通過反應(yīng)罐重相循環(huán)出口閥19與反應(yīng)物料循環(huán)管路5相連接，匯總到一路后通過循環(huán)泵入口總閥10與循環(huán)泵2的輸入端相連接，原料進口 7通過進料閥9與循環(huán)泵2的輸入端相連接，其中循環(huán)泵2采用揚程在30-50m的離心泵；循環(huán)泵2的輸出端一路通過出料閥11與反應(yīng)產(chǎn)物出口 8相連接，另一路通過空化器開關(guān)閥12、水力空化器3、反應(yīng)罐循環(huán)入口閥16與輕相重相混合后循環(huán)入口 1-5相連接，空化器開關(guān)閥12和水力空化器3之間的管道上連接有壓力表4。如圖2-3所示，在反應(yīng)罐1內(nèi)與輕相重相混合后循環(huán)入口 1-5連接有排管式液體分布器1-6，所述的排管式液體分布器1-6包括分布器總管1-6-1和分布器支管1-6-2，在分布器支管1-6-2的底部設(shè)置有分布器支管分布孔1-6-3。在排管式液體分布器1-6與重相循環(huán)出口 1-4之間嵌入有U型管式加熱器1-7，加熱蒸氣入口 1-8通過加熱蒸氣進口閥13與U型管式加熱器1-7進口相連接，U型管式加熱器1-7出口分別與冷凝水排出閥14、疏水器進口閥15相連接。利用以上裝置進行酯化酯交換反應(yīng)的步驟是打開進料閥9，啟動循環(huán)泵2，打開循環(huán)泵入口總閥10、空化器開關(guān)閥12、反應(yīng)罐循環(huán)入口閥16，關(guān)閉裝置其它閥，預(yù)熱好的原料油和甲醇催化劑混合物料依次通過原料進口 7、循環(huán)泵2、水力空化器3、排管式液體分布器1-6，進入反應(yīng)罐1反應(yīng)，直至進料完畢；關(guān)閉進料閥9，打開輕相循環(huán)出口閥18、重相循環(huán)出口閥19和循環(huán)泵入口總閥10，開始循環(huán)，同時通過流量計6的指示，控制輕相循環(huán)出口閥18、重相循環(huán)出口閥19的開度，調(diào)節(jié)輕相/重相體積比，實現(xiàn)最佳的醇油摩爾比下，經(jīng)循環(huán)泵2出口管路上的水力空化器3空化進入反應(yīng)罐1反應(yīng)；反應(yīng)過程所需熱量通過U型管式加熱器1-7提供，加熱介質(zhì)為水蒸氣，通過加熱蒸氣進口閥13的開度調(diào)節(jié)加熱蒸汽的壓力，加熱產(chǎn)生的冷凝水通過冷凝水排出閥14直接排出，或通過疏水器進口閥15和疏水器排出；反應(yīng)完畢后，關(guān)閉循環(huán)管路上所有閥門，停止循環(huán)泵2，進行重力沉降；沉降完成后， 打開重相循環(huán)出口閥19和循環(huán)泵入口總閥10，啟動循環(huán)泵2，打開出料閥，通過反應(yīng)產(chǎn)物出口 8依次將分層好的甲酯相、甲醇水相酯化反應(yīng)/甲醇甘油相酯交換反應(yīng)輸出，進行后續(xù)處理，完成反應(yīng)裝置上的操作。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。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)明要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)罐(1)和與反應(yīng)罐(1)連接的反應(yīng)物料循環(huán)管路(5)，其特征在于所述的反應(yīng)罐(1)的殼體上端設(shè)有輕相循環(huán)出口(1-3)，反應(yīng)罐(1)的殼體下端設(shè)有重相循環(huán)出口(1-4)，輕相循環(huán)出口(1-3)和重相循環(huán)出口 1-4之間的反應(yīng)罐(1)殼體上設(shè)有輕相重相混合后循環(huán)入口(1-5)，輕相循環(huán)出口(1- 和重相循環(huán)出口(1-4)分別與反應(yīng)物料循環(huán)管路(5)相連接，并通過反應(yīng)物料循環(huán)管路(5)、循環(huán)泵O)、水力空化器(3)、管道閥門與輕相重相混合后循環(huán)入口(1-5)相連接；在反應(yīng)罐(1) 內(nèi)與輕相重相混合后循環(huán)入口(1- 連接有排管式液體分布器(1-6)，排管式液體分布器 (1-6)與重相循環(huán)出口(1-4)之間嵌入有U型管式加熱器(1-7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于所述反應(yīng)物料循環(huán)管路(5)與原料進口(7)分別與循環(huán)泵(2)的輸入端相連接，循環(huán)泵(2)的輸出端一路與反應(yīng)產(chǎn)物出口(8)相連接，另一路通過水力空化器(3)與輕相重相混合后循環(huán)入口(1-5) 相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于所述的排管式液體分布器(1-6)包括分布器總管(1-6-1)和分布器支管(1-6-2)，在分布器支管(1-6-2) 的底部設(shè)置有分布器支管分布孔(1-6-3)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于所述的反應(yīng)罐 (1)的殼體頂部設(shè)有放空口(1-1)和人孔(1-2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于所述反應(yīng)罐(1) 的殼體上端的輕相循環(huán)出口(1- 可以是一個或者多個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于所述反應(yīng)罐(1) 的殼體下端的重相循環(huán)出口(1-4)可以是一個或者多個。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于所述的循環(huán)泵⑵采用揚程在30-50m的離心泵。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4或5或6所述的生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，其特征在于 所述的反應(yīng)罐(1)的殼體材料采用碳鋼、不銹鋼、塑料PE，PP，PO或碳鋼襯塑材質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生物柴油酯化酯交換反應(yīng)裝置，包括反應(yīng)罐和與反應(yīng)罐連接的反應(yīng)物料循環(huán)管路，所述的反應(yīng)罐的殼體上端設(shè)有輕相循環(huán)出口，反應(yīng)罐的殼體下端設(shè)有重相循環(huán)出口，輕相循環(huán)出口和重相循環(huán)出口之間的反應(yīng)罐殼體上設(shè)有輕相重相混合后循環(huán)入口，輕相循環(huán)出口和重相循環(huán)出口分別與反應(yīng)物料循環(huán)管路相連接，并通過反應(yīng)物料循環(huán)管路、循環(huán)泵、水力空化器、管道閥門與輕相重相混合后循環(huán)入口相連接；在反應(yīng)罐內(nèi)與輕相重相混合后循環(huán)入口連接有排管式液體分布器，排管式液體分布器與重相循環(huán)出口之間嵌入有U型管式加熱器。本發(fā)明有益的效果是該裝置結(jié)構(gòu)結(jié)單，設(shè)計合理，能耗低，降低生產(chǎn)成本，有利于工程應(yīng)用。
文檔編號C10L1/02GK102559396SQ20121001511
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者何相君, 聶勇, 計建炳 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)