技術(shù)領(lǐng)域
本實(shí)用新型涉及生物柴油精細(xì)化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種制備生物柴油的酯交換設(shè)備。
背景技術(shù)：
生物柴油是指由動(dòng)植物油脂（脂肪酸甘油三酯）與醇（甲醇或乙醇）經(jīng)酯交換反應(yīng)得到的脂肪酸單烷基酯，最典型的是脂肪酸甲酯。與傳統(tǒng)的石化能源相比，其硫及芳烴含量低、閃點(diǎn)高、十六烷值高、具有良好的潤(rùn)滑性，可部分添加到石化柴油中。
生物柴油多采用傳統(tǒng)的化學(xué)酯交換法得到，即動(dòng)、植物油脂和醇在催化劑作用下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成脂肪酸酯和甘油。酯交換設(shè)備是生物柴油制備的主要生產(chǎn)設(shè)備，其性能直接影響到生物柴油的質(zhì)量和制備效率。
請(qǐng)參考圖1，圖1為一種傳統(tǒng)的酯交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
一種傳統(tǒng)的酯交換設(shè)備包括加熱器11、至少兩個(gè)反應(yīng)器12、中心管13、夾套14、分離器15、連接管16和冷凝器17，加熱器11設(shè)有進(jìn)口和出口，反應(yīng)器12為第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器，中心管13為一兩端開(kāi)放的中空管道，設(shè)有進(jìn)口和出口，夾套14設(shè)于反應(yīng)器12的兩側(cè)，分離器15設(shè)于反應(yīng)器12的頂部，連接管16連接第一反應(yīng)器和第二反應(yīng)器，冷凝器17設(shè)于分離器15的上方。但是，該種酯交換設(shè)備采用一級(jí)串行反應(yīng)的形式，酯交換過(guò)程中接觸面積有限，轉(zhuǎn)化效率較低。
請(qǐng)參考圖2，圖2為一種典型的酯交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
為了提高酯交換轉(zhuǎn)化效率，目前多將多級(jí)的管道反應(yīng)器引入酯交換設(shè)備中。如圖2所示，該種酯交換設(shè)備包括甲醇罐21、油脂罐22以及與甲醇罐21和油脂罐22均連通的醇油混合器23，管道反應(yīng)器24的進(jìn)口通過(guò)多級(jí)換熱器25與醇油混合器23連通，管道反應(yīng)器24的出口與旋轉(zhuǎn)分離器26的進(jìn)口連通，旋轉(zhuǎn)分離器26的出口分別與蒸餾罐27和甲醇儲(chǔ)罐28連通，蒸餾罐27的出口與收集生物柴油的靜置罐29連通。反應(yīng)過(guò)程中，將酸價(jià)達(dá)標(biāo)的植物油脂裝入油脂罐，將混有氫氧化鉀的甲醇、共溶劑丁酮溶液裝入甲醇罐；打開(kāi)多級(jí)換熱器，調(diào)節(jié)溫度；通過(guò)控制醇油流量調(diào)節(jié)醇油物質(zhì)的量之比；然后通過(guò)醇油混合器混合均勻并進(jìn)入多級(jí)換熱器加熱，達(dá)到一定溫度后流入帶保溫層的管道反應(yīng)器反應(yīng)；反應(yīng)后的混合物蒸餾脫甲醇和共溶劑，并進(jìn)行甘油分離，即得到粗制生物柴油。
在上述酯交換過(guò)程中，由于酯交換反應(yīng)是可逆反應(yīng)，過(guò)量的醇能夠使平衡向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，故醇的用量大于理論量；反應(yīng)過(guò)程中會(huì)存在大量的未經(jīng)過(guò)置換的醇；同時(shí)，油脂也可能反應(yīng)不完全而滯留在管道反應(yīng)器中，醇和油脂等反應(yīng)物的浪費(fèi)較為嚴(yán)重，增加了生產(chǎn)成本，且影響了產(chǎn)品得率和純度。
因此，在加大原料處理能力的同時(shí)，如何避免醇和油脂等反應(yīng)物的浪費(fèi)，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品得率和純度，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本實(shí)用新型的目的是提供一種制備生物柴油的酯交換設(shè)備，該酯交換設(shè)備采用新型的并列式管道反應(yīng)器，內(nèi)置多條并行反應(yīng)管，實(shí)現(xiàn)高效的連續(xù)化酯交換反應(yīng)。同時(shí)，該設(shè)備還能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)不充分原料的收集，并使這些原料自動(dòng)重新進(jìn)入交換系統(tǒng)，從而避免了反應(yīng)物的浪費(fèi)，在提升設(shè)備處理能力的同時(shí)，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品得率和純度。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種制備生物柴油的酯交換設(shè)備，包括開(kāi)設(shè)有催化劑填裝口的反應(yīng)器，所述反應(yīng)器的進(jìn)料口與料源連通，其出料口與分離器的進(jìn)料口連通，所述分離器的出料口與精餾罐的進(jìn)料口連通，所述精餾罐開(kāi)設(shè)有生物柴油出口和甘油出口；所述酯交換設(shè)備還包括回流罐，所述回流罐的進(jìn)料口與所述反應(yīng)器連通，其出料口與所述料源連通。
優(yōu)選地，所述分離器上開(kāi)設(shè)有醇回流口，所述醇回流口與所述料源連通。
優(yōu)選地，所述料源包括醇油混合器，所述醇油混合器的進(jìn)料口分別與醇源和油脂源連通；所述反應(yīng)器的進(jìn)料口、所述回流罐的出料口和分離器的醇回流口均與所述醇油混合器連通。
優(yōu)選地，還包括預(yù)熱均流器，所述預(yù)熱均流器設(shè)置于所述反應(yīng)器的進(jìn)料口與所述料源之間。
優(yōu)選地，所述預(yù)熱均流器靠近所述反應(yīng)器的進(jìn)料口設(shè)置。
優(yōu)選地，所述反應(yīng)器為并列式管道反應(yīng)器。
本實(shí)用新型所提供的制備生物柴油的酯交換設(shè)備包括反應(yīng)器、分離器、精餾罐和回流罐，其中，反應(yīng)器開(kāi)設(shè)有用于放入催化劑的催化劑填裝口，反應(yīng)器的進(jìn)料口與料源連通，其出料口與分離器的進(jìn)料口連通，分離器的出料口與精餾罐的進(jìn)料口連通，精餾罐開(kāi)設(shè)有生物柴油出口和甘油出口，回流罐的進(jìn)料口與反應(yīng)器連通，其出料口與料源連通。
在制備過(guò)程中，料源內(nèi)酸價(jià)達(dá)標(biāo)的動(dòng)物或植物油脂、醇進(jìn)入反應(yīng)器中，將催化劑從催化劑裝填口注入并列反應(yīng)器，醇油混合物在反應(yīng)器內(nèi)在催化劑的作用下進(jìn)行酯交換反應(yīng)；同時(shí)，回流罐對(duì)未充分反應(yīng)的原料進(jìn)行收集回流，并返回進(jìn)行間歇性二次酯交換；充分酯交換后的產(chǎn)物先后在旋液分離器和精餾罐中進(jìn)行分離提純，得到最終的生物柴油及其副產(chǎn)物甘油。這樣，未經(jīng)過(guò)充分反應(yīng)的原料經(jīng)過(guò)回流罐重新進(jìn)入酯交換系統(tǒng)，并進(jìn)行再次反應(yīng)，從而避免了反應(yīng)物的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品得率和純度。
在一種具體實(shí)施方式中，本實(shí)用新型所提供的制備生物柴油的酯交換設(shè)備，其分離器上開(kāi)設(shè)有醇回流口，醇回流口與料源連通；這樣，反應(yīng)過(guò)程中多余的醇通過(guò)醇回流口回到料源，并進(jìn)行再次反應(yīng)，從而避免了醇的浪費(fèi)，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。
在另一種具體實(shí)施方式中，本實(shí)用新型所提供的酯交換設(shè)備還包括預(yù)熱均流器，該預(yù)熱均流器設(shè)置于反應(yīng)器的進(jìn)料口與料源之間；這樣，在反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)器之前通過(guò)預(yù)熱均流器進(jìn)行預(yù)熱，使得進(jìn)入反應(yīng)器的反應(yīng)物具有較高的溫度，從而提高了酯交換反應(yīng)速度，保證了酯交換反應(yīng)的連續(xù)性和均勻性。
附圖說(shuō)明
圖1為一種傳統(tǒng)的酯交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為一種典型的酯交換設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本實(shí)用新型所提供的酯交換設(shè)備一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的核心是提供一種制備生物柴油的酯交換設(shè)備，該酯交換設(shè)備采用新型的并列式管道反應(yīng)器，內(nèi)置多條并行反應(yīng)管，實(shí)現(xiàn)高效的連續(xù)化酯交換反應(yīng)，并能夠進(jìn)行反應(yīng)不充分原料的收集，使這些原料自動(dòng)重新進(jìn)入交換系統(tǒng)，從而在提升設(shè)備處理能力的同時(shí)，避免了反應(yīng)物的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品得率和純度。
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本實(shí)用新型方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參考圖3，圖3為本實(shí)用新型所提供的酯交換設(shè)備一種具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。
在一種具體實(shí)施方式中，本實(shí)用新型所提供的制備生物柴油的酯交換設(shè)備包括反應(yīng)器31、分離器32、精餾罐33和回流罐34，其中，反應(yīng)器31開(kāi)設(shè)有用于放入催化劑的催化劑填裝口311，反應(yīng)器31的進(jìn)料口與料源連通，其出料口與分離器32的進(jìn)料口連通，分離器32的出料口與精餾罐33的進(jìn)料口連通，精餾罐33開(kāi)設(shè)有生物柴油出口和甘油出口，回流罐34的進(jìn)料口與反應(yīng)器31連通，其出料口與料源連通。
需要指出的是，本實(shí)用新型所提供的酯交換設(shè)備并非僅具有反應(yīng)器31、分離器32、精餾罐33和回流罐34等結(jié)構(gòu)，其還應(yīng)包括能夠完成酯交換反應(yīng)的其他必要結(jié)構(gòu)，例如設(shè)置在料源進(jìn)料口處的進(jìn)料泵和各種控制閥門等，這些結(jié)構(gòu)與本實(shí)用新型并無(wú)關(guān)聯(lián)，在此不再贅述。
本實(shí)施例中的催化劑優(yōu)選為氫氧化鉀，也可以為本領(lǐng)域中常規(guī)使用的其他具有催化作用的試劑，例如各種堿、各種酸或者酸堿混合物等；醇優(yōu)選為甲醇，也可以為其他醇化物，例如乙醇、丙醇等。
上述反應(yīng)器31為并列式管道反應(yīng)器，管道反應(yīng)器是一種呈管狀、長(zhǎng)徑比很大的連續(xù)操作反應(yīng)器。這種反應(yīng)器可以很長(zhǎng)，如丙烯二聚的反應(yīng)器管長(zhǎng)以公里計(jì)。反應(yīng)器可以是空管，如管式裂解爐，也可以是在管內(nèi)填充顆粒狀催化劑的填充管，以進(jìn)行多相催化反應(yīng)，如列管式固定床反應(yīng)器。通常，反應(yīng)物流處于湍流狀態(tài)時(shí)，空管的長(zhǎng)徑比大于50；填充段長(zhǎng)與粒徑之比大于100(氣體)或200（液體），物料的流動(dòng)可近似地視為平推流。管式反應(yīng)器返混小，因而容積效率（單位容積生產(chǎn)能力）高，對(duì)要求轉(zhuǎn)化率較高或有串聯(lián)副反應(yīng)的場(chǎng)合尤為適用。此外，管式反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)分段溫度控制。
上述分離器32具體為旋液分離器，用以分離以液體為主的懸浮液或乳濁液的設(shè)備。料液由圓筒部分以切線方向進(jìn)入，作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生離心力，下行至圓錐部分更加劇烈。料液中的固體粒子或密度較大的液體受離心力的作用被拋向器壁，并沿器壁按螺旋線下流至出口（底流）。澄清的液體或液體中攜帶的較細(xì)粒子則上升，由中心的出口溢流而出。
上述蒸餾塔是一種塔式汽液接觸裝置。有板式塔與填料塔兩種主要類型。根據(jù)操作方式又可分為連續(xù)精餾塔與間歇精餾塔。蒸汽由塔底進(jìn)入。蒸發(fā)出的汽相與下降液進(jìn)行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點(diǎn))組分不斷地向汽相中轉(zhuǎn)移，汽相中的難揮發(fā)(高沸點(diǎn))組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，汽相愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，從而達(dá)到組分分離的目的。由塔頂上升的汽相進(jìn)入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進(jìn)入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。塔底流出的液體，其中的一部分送入再沸器，加熱蒸發(fā)成汽相返回塔中，另一部分液體作為釜?dú)堃喝〕觥Ｉa(chǎn)中是采用加熱蒸餾的辦法，把各種不同沸點(diǎn)、比重、揮發(fā)性的物質(zhì)從不同的設(shè)備中分離出來(lái)。
在制備過(guò)程中，料源內(nèi)酸價(jià)達(dá)標(biāo)的動(dòng)物或植物油脂、醇進(jìn)入反應(yīng)器31中，將催化劑從催化劑裝填口注入并列反應(yīng)器31，醇油混合物在反應(yīng)器31內(nèi)在催化劑的作用下進(jìn)行酯交換反應(yīng)；同時(shí)，回流罐34對(duì)未充分反應(yīng)的原料進(jìn)行收集回流，并返回進(jìn)行間歇性二次酯交換；充分酯交換后的產(chǎn)物先后在旋液分離器和精餾罐33中進(jìn)行分離提純，得到最終的生物柴油及其副產(chǎn)物甘油。這樣，未經(jīng)過(guò)充分反應(yīng)的原料經(jīng)過(guò)回流罐34重新進(jìn)入酯交換系統(tǒng)，并進(jìn)行再次反應(yīng)，從而避免了反應(yīng)物的浪費(fèi)，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品得率和純度。
上述分離器32上可以開(kāi)設(shè)有醇回流口321，醇回流口321與料源連通；這樣，反應(yīng)過(guò)程中多余的醇通過(guò)醇回流口321回到料源，并進(jìn)行再次反應(yīng)，從而避免了醇的浪費(fèi)，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。
本實(shí)用新型所提供的酯交換設(shè)備還包括預(yù)熱均流器36，該預(yù)熱均流器36設(shè)置于反應(yīng)器31的進(jìn)料口與料源之間；這樣，在反應(yīng)物進(jìn)入反應(yīng)器31之前通過(guò)預(yù)熱均流器36進(jìn)行預(yù)熱和流量均衡，使得反應(yīng)物能夠以較高的溫度且流量均勻的進(jìn)入反應(yīng)器31的各并行反應(yīng)管道中，從而提高了酯交換反應(yīng)速度，保證了酯交換反應(yīng)的連續(xù)性和均勻性。
上述預(yù)熱均流器36可以靠近所述反應(yīng)器31的進(jìn)料口設(shè)置，以提高預(yù)熱效果。
上述料源包括醇油混合器35，所述醇油混合器35的進(jìn)料口分別于醇源和油脂源連通；所述反應(yīng)器31的進(jìn)料口、所述回流罐34的出料口和與分離器32的醇回流口321均與所述醇油混合器35連通；這樣，通過(guò)設(shè)置醇油混合器35實(shí)現(xiàn)醇與油脂的均勻混合，提高了醇油混合的均勻性，提高了反應(yīng)效率。
下面以上述具體實(shí)施方式為例，簡(jiǎn)單介紹本實(shí)用新型所提供的酯交換設(shè)備的制備過(guò)程。
將酸價(jià)達(dá)標(biāo)的動(dòng)物或植物油脂、甲醇分別從油脂注入口和低碳醇注入口注入，在醇油混合器中進(jìn)行均勻后，進(jìn)入預(yù)熱均流器進(jìn)行原液預(yù)熱和均流，確保進(jìn)入多條并行反應(yīng)管道中的反應(yīng)物能均勻分布；將氫氧化鉀從催化劑裝填口注入并列式管道反應(yīng)器中，保證醇油混合物進(jìn)行充分均勻的連續(xù)酯交換反應(yīng)；同時(shí)，回流罐對(duì)未充分反應(yīng)的原料進(jìn)行收集回流，并返回進(jìn)行間歇性二次酯交換；充分酯交換后的產(chǎn)物先后在旋液分離器和精餾罐中進(jìn)行分離提純，得到最終的生物柴油及其副產(chǎn)物甘油。
以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的一種制備生物柴油的酯交換設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。