CN101829528A - 用于油脂水解的水解塔及利用其进行油脂水解的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于油脂水解反应的水解塔及利用其进行油脂水解的方法，该方法包括步骤：原料油脂经高压泵加压，与甜水换热后由水解塔下部进入水解塔，并依次经过第一填料层、第一、第二、第三水解区和第二填料层；水经高压泵加压，与脂肪酸换热后由水解塔上部进入水解塔；水解塔底部排出的甜水经蒸发器进行换热产生的水蒸汽分别通过第一、第二和第三蒸汽分布器进入水解塔中。本发明的方法利用三段水解结构的水解塔，介质在每一段内形成环流，有效增大传质、传热，避免级间返混；油水两相接触面积增大，因此水解时间缩短，水解效率增大，可实现90％以上的水解效率。
Description
技术领域
本发明涉及油脂化工技术领域，特别是涉及一种用于油脂水解的水解塔及利用其进行油脂水解的方法。
背景技术
生物柴油是以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等含酸油为原料油通过酯化或酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油的流动性和燃烧性与传统石化柴油相似，因此可作为柴油的调和组分或替代产品。生物柴油与其它燃料相比有很多优点：可生物降解、无毒、对环境无害、润滑性能良好、含硫量低、闪点高、十六烷值高等。
制备生物柴油所需的含酸油中的有效成份是脂肪酸和脂肪酸甘油酯。在酯化和酯交换反应过程中，酯化反应较易进行，而酯交换反应无法进行彻底，因此传统制备生物柴油工艺中先利用酸催化实现脂肪酸和部分甘油三酯的转化，然后在利用碱催化促进甘油三酯的转化。即使这样，世界上在生物柴油的生产中甘油三酯的转化率一般在85％左右，甘油三酯混入生物柴油中降低产品的品质，并且这种生物柴油工艺流程长、投资大、污染高、收益低。
为了减少甘油三酯转化不彻底的问题，部分研究者首先将原料油中的甘油三酯水解，生成脂肪酸，然后在进行酯化反应生成生物柴油。目前关于油脂水解和水解塔的研究已有相关报道。中国发明专利CN1827742A将木本植物油或废弃动物油料首先进入无触媒选择水解工艺，破坏油料中的蜡质、蛋白质、胶质、磷脂，并使磷脂转化为甘油和脂肪酸，水解后的油料再进入化工艺，油脂转化率达98.5％，比传统工艺提高23％。中国发明专利CN101386809A公开了一种油脂高压连续水解工艺，是将油脂由高压水解釜底部进入，水由顶部进入，反应釜中间通入高压蒸汽，油脂在高温高压下发上充分水解，釜顶获得脂肪酸，釜底获得甜水(含甘油的水)。中国实用新型专利CN201235292Y提供了一种高压水解塔，对水解塔内部结构进行了设计。水解工艺中的甜水含有一定浓度的甘油，需处理后才能排放。为了提高油脂水解效率，延长油水接触时间，目前传统的水解塔呈现细高型，细高型塔严重增加设备投资。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的一个技术问题是如何设计水解塔内部结构，以实现粗低型水解塔，降低设备投资；
本发明要解决的另一技术问题是如何设计一种油脂逆流水解工艺，以提高油脂水解率，减少甜水的排放。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，提供一种用于油脂水解反应的水解塔，其由下至上依次包括：第一填料层，分别用隔混板隔开的第一水解区、第二水解区和第三水解区，以及第二填料层；
第一水解区内具有第一套筒，在所述第一套筒的内部上方安装有贯穿所述第一套筒的第一下降管；
第二水解区内具有第二套筒，在所述第二套筒的外部下方安装有第一上升管，在所述第二套筒的内部上方安装有贯穿所述第二套筒的第二下降管；
第三水解区内具有第三套筒，在所述第三套筒的外部下方安装有第二上升管；
所述第一上升管与第一下降管之间、以及第二上升管与第二下降管之间均由支撑板隔开。
优选地，所述第一填料层的下方具有环形油脂分布器及对应的油进口，所述第二填料层的上方安装有环形水分布器及对应的水进口，所述第一水解区内安装有第一蒸汽分布器及对应的蒸汽入口、第二水解区内安装有第二蒸汽分布器及对应的蒸汽入口，第三水解区内安装有第三蒸汽分布器及对应的蒸汽入口。
优选地，所述隔混板上分布有通孔，所述通孔的开孔率为10％-30％。
优选地，所述第一上升管、第一下降管、第二上升管、和第二下降管的数量均为4-8。
优选地，所述第一下降管的高度为所述第一水解区高度的一半，所述第一上升管和所述第二下降管的高度为所述第二水解区高度的一半，所述第二上升管的高度为所述第三水解区高度的一半。
优选地，所述环形水分布器和所述环形油脂分布器上分布有8-20个通孔。
本发明还提供了一种利用上述水解塔进行油脂水解的方法，其包括步骤：
S1，原料油脂经高压泵加压，与水解后的甜水在换热器中进行换热后由水解塔下部进入水解塔；
S2，水经高压泵加压，与水解后的脂肪酸在换热器中进行换热后由水解塔上部进入水解塔；
S3，水解塔底部排出的甜水经蒸发器进行换热，并产生水蒸汽，所述水蒸汽分别通过第一蒸汽分布器、第二蒸汽分布器和第三蒸汽分布器进入水解塔中；
S4，原料油脂由下部进入水解塔后，依次经过第一填料层、第一水解区、第二水解区、第三水解区和第二填料层；
S5，反应产生的甜水从水解塔底部排出后在蒸发器中浓缩，浓缩甜水与原料油脂换热后排出，水解后产生的脂肪酸与水换热后排出。
优选地，所述水解塔中的压力范围为1.0-4.0Mpa。
优选地，原料油脂和水在水解塔中的反应温度在：180℃-250℃。
优选地，原料油脂和水的质量比为1∶(0.3-0.7)。
(三)有益效果
本发明的水解塔采用三段水解结构，介质在每一段内形成环流，有效增大传质、传热，避免级间返混；油水两相接触面积增大，因此水解时间缩短，水解效率增大，可实现90％以上的水解效率；蒸汽来源于甜水，不但减少废水排放，而且浓缩甜水，为后期甘油的回收节约成本；工艺原料适应性强，连续操作，产品质量稳定；塔高可有效降低，节约成本；有效利用热能，操作简单，自控容易，可实现大规模生产。
附图说明
图1是依据本发明实施例的利用水解塔进行水解的方法流程图；
图2是依据本发明实施例的用于油脂水解的水解塔的结构示意图；
图3是图2的A-A剖视图；
图4是图2的B-B剖视图；
图5是图2的C-C剖视图；
图6是图2的D-D剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
油脂水解工艺流程如图1所示，原料油脂经高压泵a加压，加压后原料油的压力为2MPa，并与水解后的甜水在换热器b中进行换热后由水解塔e下部进入水解塔，经过换热后原料油脂由25℃增加到130℃。水经高压泵c加压，加压后水的压力为2MPa，与水解后的脂肪酸在换热器d中进行换热后由水解塔e上部进入水解塔，经过换热后水由25℃增加到110℃。油水的进料质量比为1∶0.6，油水在水解塔e中进行逆流水解反应。水解塔e底部排出的甜水经蒸发器f进行换热，并产生水蒸汽，蒸汽分三股进入水解塔e中。甜水在蒸发器f中被浓缩，浓缩甜水与原料油脂换热后排出。水解后脂肪酸与水换热后排出。
所述的蒸发器f为套筒结构，利用导热油加热，导热油在外套筒利用列管式换热器进行加热，产生蒸汽，甜水在蒸发器f中由外套筒向内套筒流动，形成环流。经蒸发后蒸发器f底部形成较浓的甘油水溶液，为后期回收甘油提供便利。
水解塔结构如图2所示，在塔体上端设有水进口7、脂肪酸出口4、人孔5，在塔体顶端设有压力平衡口1、安全阀接口2、压力表接口3，在塔体中部设有三个蒸汽入口(8，9，10)，在塔体底部设有油进口11、甜水出口13、相位计接口12。塔内构件有水分布器7、填料层(6，21)、套筒(13，19，20)、上升管(14，17)、下降管(15，18)、三个蒸汽分布器(8，9，10)、油脂分布器11。
水解塔e由五部分组成，自下而上分别是第一填料层21、第一水解区22、第二水解区23、第三水解区24、第二填料层6。原料油脂由下部进入水解塔后，经过第一填料层21，与水解后的甜水充分接触，在该区域内洗涤甜水中夹带的油脂；油脂经过第一填料层21后进入第一水解区22，在第一水解区22内，油脂与由第二水解区23反应后的甜水和未反应的油脂进行反应，在环流套筒20外环隙底部位置鼓入蒸汽，使得油水在第一水解区22内形成外升内降的环流，这种环流增大油水两相的接触。水解后的油水混合物会在第一水解区22上部通过隔混板，在隔混板上部和支撑板下部形成油水分相区，油相通过上升管进入第二水解区23。同样，在第二水解区23内来自第一水解区22的油脂会与来自第二水解区23的甜水继续发生油脂水解反应。第三水解区24也是如此。到达第三水解区24顶部为大量的脂肪酸。经过第二填料层6，利用水洗涤水解后的脂肪酸。
如图3所示，所述的水解塔e中的油分布器和水分布器(A-A剖面)的环形管上开8-20个孔。
如图4所示为设置于上升管和下降管之间的支撑板(B-B剖面)，所述的水解塔e中支撑每个反应区内上升管4-8根，下降管4-8根，高度是相应反应区高度的一半，上升管在套筒外部，下降管在套筒内部，支撑上升管和下降管的构件上无其它孔。
如图5所示，所述的水解塔e中第一水解区、第二水解区和第三水解区的隔混板(C-C剖面)的开孔率为10％-30％，其作用是在一定程度上提供反应后油水相的分离的区域。
如图6所示为水解塔中的蒸汽分布器(D-D剖面)的剖视图，其环形管上开孔数目为10-14。
由以上实施例可以看出，本发明实施例通过采用三段水解结构，介质在每一段内形成环流，有效增大传质、传热，避免级间返混；油水两相接触面积增大，因此水解时间缩短，水解效率增大，可实现90％以上的水解效率；蒸汽来源于甜水，不但减少废水排放，而且浓缩甜水，为后期甘油的回收节约成本；工艺原料适应性强，连续操作，产品质量稳定；塔高可有效降低，节约成本；有效利用热能，操作简单，自控容易，可实现大规模生产。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于油脂水解反应的水解塔，其特征在于，所述水解塔由下至上包括：第一填料层(21)，分别用隔混板隔开的第一水解区(22)、第二水解区(23)和第三水解区(24)，以及第二填料层(6)，
第一水解区(22)内具有第一套筒(20)，在所述第一套筒(20)的内部上方安装有贯穿所述第一套筒(20)的第一下降管(18)；
第二水解区(23)内具有第二套筒(19)，在所述第二套筒的外部下方安装有第一上升管(17)，在所述第二套筒(19)的内部上方安装有贯穿所述第二套筒(19)的第二下降管(15)；
第三水解区(24)内具有第三套筒(16)，在所述第三套筒(16)的外部下方安装有第二上升管(14)；
所述第一上升管(17)与第一下降管(18)之间、以及第二上升管(14)与第二下降管(15)之间均由支撑板隔开。
2.如权利要求1所述的用于油脂水解反应的水解塔，其特征在于，所述第一填料层(21)的下方具有环形油脂分布器(11)及对应的油进口，所述第二填料层(6)的上方安装有环形水分布器(7)及对应的水进口，所述第一水解区(22)内安装有第一蒸汽分布器(10)及对应的蒸汽入口、第二水解区(23)内安装有第二蒸汽分布器(9)及对应的蒸汽入口，第三水解区(24)内安装有第三蒸汽分布器(8)及对应的蒸汽入口。
3.如权利要求2所述的用于油脂水解反应的水解塔，其特征在于，所述隔混板上分布有通孔，所述通孔的开孔率为10％-30％。
4.如权利要求1所述的用于油脂水解反应的水解塔，其特征在于，所述第一上升管(17)、第一下降管(18)、和第二上升管(14)、第二下降管(15)的数量均为4-8。
5.如权利要求4所述的用于油脂水解反应的水解塔，其特征在于，所述第一下降管(18)的高度为所述第一水解区(22)高度的一半，所述第一上升管(17)和所述第二下降管(15)的高度为所述第二水解区(23)高度的一半，所述第二上升管(14)的高度为所述第三水解区(24)高度的一半。
6.如权利要求2所述的用于油脂水解反应的水解塔，其特征在于，所述环形水分布器(7)和所述环形油脂分布器(11)上分布有8-20个通孔。
7.利用权利要求1-6任一项所述水解塔进行油脂水解的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1，原料油脂经高压泵加压，与水解后的甜水在换热器中进行换热后由水解塔下部进入水解塔；
S2，水经高压泵加压，与水解后的脂肪酸在换热器中进行换热后由水解塔上部进入水解塔；
S3，水解塔底部排出的甜水经蒸发器进行换热，并产生水蒸汽，所述水蒸汽分别通过第一蒸汽分布器(10)、第二蒸汽分布器(9)和第三蒸汽分布器(8)进入水解塔中；
S4，原料油脂由下部进入水解塔后，依次经过第一填料层(21)、第一水解区(22)、第二水解区(23)、第三水解区(24)和第二填料层(6)；
S5，反应产生的甜水从水解塔底部排出后在蒸发器中浓缩，浓缩甜水与原料油脂换热后排出，水解后产生的脂肪酸与水换热后排出。
8.如权利要求7所述利用水解塔进行油脂水解的方法，其特征在于，所述水解塔中的压力范围为1.0-4.0Mpa。
9.如权利要求7所述利用水解塔进行油脂水解的方法，其特征在于，原料油脂和水在水解塔中的反应温度在：180℃-250℃。
10.如权利要求7所述利用水解塔进行油脂水解的方法，其特征在于，原料油脂和水的质量比为1∶(0.3-0.7)。
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