CN101948384A - 连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备和方法。该设备包括塔式反应器；该塔式反应器包括酯排放口、醇蒸汽入口、液体料入口以及蒸汽出口；塔式反应器还包括格栅，格栅上密集堆置有填料或颗粒状催化剂；塔式反应器还包括盘形雾化分布器。该方法具有：①连续将液态醇加热汽化为醇蒸汽并进入塔式反应器中；②同时将中高碳脂肪酸加热至120℃～150℃并进入盘形雾化分布器中；③中高碳脂肪酸形成均匀的液膜；④醇蒸汽与中高碳脂肪酸进行酯化反应。本发明的方法时间短、转化率高、能耗低。

Description

连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备和方法

技术领域

 本发明涉及一种制备脂肪酸酯的设备和方法，具体涉及一种制备中高碳脂肪酸甲酯或者中高碳脂肪酸乙酯的设备和方法。

背景技术

本发明所称的中高碳脂肪酸酯是指碳链上的碳原子数为6至18个的脂肪酸酯，中高碳脂肪酸酯一般可由中高碳脂肪酸与醇发生酯化反应而制得。目前，中高碳脂肪酸的酯化反应的典型方法为间断式的制备方法，该方法所用的设备见图1。图1中的反应釜a带有搅拌器b，该反应釜a的上部装有回流冷凝器c。制备中高碳脂肪酸酯时，将中高碳脂肪酸与醇精确配比后投入反应釜a中，在反应釜a的夹套d中通入蒸汽并在一定的温度下使得物料体系进行回流而发生生成中高碳脂肪酸酯的反应，反应过程中必须边回流边搅拌，使得大量的过量的醇通过回流冷凝器c不断地回流到反应釜a中。该方法的缺点在于：（1）由于醇的沸点较低（甲醇为64.5℃，乙醇为78.4℃），因此回流反应温度较低，导致反应时间较长，一般需要6h～8h才能反应完全。（2）反应转化率不高，在90%～95%之间。（3）需要用大量的醇来保证酯化反应完全，而大量回流的醇不断流入反应釜a中会降低反应釜a中的温度，从而必须不断加热保持反应温度，能耗较高。（4）反应过程中生成的水难以去除。

发明内容

本发明的目的是克服上述问题，提供一种连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备和方法，该方法时间短、转化率高、能耗低。

实现本发明目的之一的技术方案是：一种连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备，包括汽化器和热交换器。还包括气膜式反应装置；气膜式反应装置为塔式反应器；该塔式反应器包括圆柱壳状的塔主体和自下而上分别设置在塔主体上的酯排放口、醇蒸汽入口、液体料入口以及蒸汽出口；酯排放口位于塔主体的底部，醇蒸汽入口位于塔主体侧部下方，液体料入口位于塔主体侧部上方，蒸汽出口位于塔主体的顶部；塔主体的底部为液体存放部。塔式反应器还包括固定在塔主体中且按照上下次序依次设置的5至21层格栅；所述格栅设置在醇蒸汽入口与液体料入口之间；各层格栅上密集堆置有填料或颗粒状催化剂，在格栅上堆置填料则形成填料层，在格栅上堆置催化剂则形成催化剂层，且填料层和催化剂层按照交错方式设置；所述的颗粒状催化剂为颗粒状酸性催化剂。塔式反应器还包括固定在塔主体中且位于塔主体上部的盘形雾化分布器；盘形雾化分布器的进料口与塔式反应器的液体料入口密闭接通，盘形雾化分布器为在管壁上开有常规数量和大小的雾化喷孔的盘管。汽化器由其气体出口通过相应的管路与圆柱状塔式反应器的醇蒸汽入口密闭接通；热交换器由其物料出口相应的管路与塔式反应器的液体料入口密闭接通。

填料为陶瓷鲍尔环或者是由不锈钢丝网卷绕而成的圆筒形网状物。

所述的颗粒状酸性催化剂是粒径为3～10mm的固体酸催化剂。

所述的固体酸催化剂是SO₄ ^2-/M_xO_y型的固体超强酸催化剂。

所述SO₄ ^2-/M_xO_y型的固体超强酸催化剂为SO₄ ^2-/ZrO₂、SO₄ ^2-/Fe₂O₃、SO₄ ^2-/Al₂O₃、SO₄ ^2-/ZrO₂-Al₂O₃、或者SO₄ ^2-/TiO₂-SnO₂-Al₂O₃。

所述塔式反应器的高度为15～30m，直径为0.5～3m；所述液体料入口至圆柱状塔式反应器的塔主体顶部的距离为0.5～1.5m；所述醇蒸汽入口至圆柱状塔式反应器的塔主体底部的距离为5～10m；所述格栅中的最下一层位于所述醇蒸汽入口上方0.5～1m；所述蒸汽出口的管口直径为0.1～0.5m；所述的催化剂层的装填高度为5～20cm；填料层的装填高度为1～5m；上一层格栅的下端与下一层格栅上的物料的上端之间的距离为20～35cm。

所述的格栅的总层数为单数，其中的单数层均为填料层，双数层均为催化剂层。

实现本发明另一目的的技术方案是：一种连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的方法，具有如下步骤：①连续将液态醇储罐中的过量的液态醇通过第一计量泵泵入运行中的汽化器中使之被加热汽化为醇蒸汽，醇蒸汽则由汽化器的气体出口、相应的管路以及气膜式反应装置的醇蒸汽入口进入气膜式反应装置的塔主体中的下部，进入塔主体中的醇蒸汽在塔主体中由下向上运动；所述的醇为甲醇或者乙醇；②在进行步骤①的同时，连续将保温储罐中的液态的中高碳脂肪酸通过第二计量泵泵入运行中的热交换器中使之被加热至120℃～150℃，在第二计量泵泵压下，液态的中高碳脂肪酸由热交换器的物料出口、相应的管路以及气膜式反应装置的液体料入口进入盘形雾化分布器中；所述中高碳脂肪酸是指碳链的碳原子数为12至18个的脂肪酸；③在第二计量泵泵压下，液态的中高碳脂肪酸经过盘形雾化分布器后则成为雾状液滴喷出而进入塔主体的上部空腔内，在重力作用下，下落至填料或颗粒状酸性催化剂上后继而沿着填料或催化剂的表面进行总趋势向下的流动再逐层落至下层的催化剂或填料上，并在流动中在所经过的填料表面形成均匀的液膜，且处于催化剂层下方的各填料层的填料上的液膜因为经过催化剂层而为酸性的液膜；④由步骤①进入塔主体的醇蒸汽由下向上连续经过填料层和催化剂层，醇蒸汽因经过催化剂层而成为酸性的醇蒸汽，从而该醇蒸汽不仅在各催化剂层的区域中直接与下落至催化剂表面的中高碳脂肪酸发生生成中高碳脂肪酸酯和水的催化酯化反应，还在各填料层中与填料上的处于液膜状态的中高碳脂肪酸发生生成中高碳脂肪酸酯和水的催化酯化反应；催化酯化反应所需的反应热由作为原料的中高碳脂肪酸所带入的热量提供；⑤由步骤④的催化酯化反应生成的中高碳脂肪酸酯在重力的作用下，下落至气膜式反应装置的塔主体的底部的液体存放部，再经过控制阀门由物料泵送入粗品储罐；由步骤④的酯化反应生成的水在作为原料的中高碳脂肪酸所带入的热量的作用下汽化成水蒸汽，与过量的醇蒸汽形成混合蒸汽流并在气膜式反应装置的塔主体中由下向上运动，经过盘形雾化分布器时，则从其盘管的相邻管体之间的空隙中穿过，然后上升至顶部而从蒸汽出口连续流出气膜式反应装置的塔主体。

还具有下述步骤：⑥将步骤⑤得到的中高碳脂肪酸酯粗品进行精制：将中高碳脂肪酸酯粗品送入蒸馏塔中进行减压蒸馏，控制蒸馏塔中的残压为10～20mm汞柱、温度为250℃～280℃，使得中高碳脂肪酸酯粗品通过蒸馏而成为成品；将步骤⑤中在气膜式反应装置的顶部连续流出的混合蒸汽流通过相应的管路进入混合蒸汽处理系统中，先由冷冻水作为冷却介质将混合蒸汽流冷却成为水与液态醇组成的混合液体，该混合液体经分离后所得到的液态醇可循环使用；所述的格栅的总层数为单数，其中的单数层均为填料层，双数层则均为催化剂层；步骤③中，成为雾状液滴喷出而进入塔主体的上部空腔内的中高碳脂肪酸在重力作用下，先下落至最上方的第一层格栅的填料层的填料上，继而沿着各填料的表面进行总趋势向下的流动再落至第二层格栅的催化剂层的催化剂上，再在重力作用下逐层向下运动；步骤④中，进入塔主体的醇蒸汽由下向上先经过最下方的一个填料层，再向上逐层依次经过相应的催化剂层和填料层。

上述步骤②中，中高碳脂肪酸与醇的摩尔比为1∶2.5～1∶3.5。

本发明具有积极的效果：（1）本发明的方法将甲醇或乙醇蒸发为气体且与液态的脂肪酸在对流的同时在固体酸的催化作用下主要在催化剂表面和填料表面进行酯化反应，这样一方面大大增加了反应物之间的接触面积，另一方面由于醇蒸汽的温度较高从而使得反应在较高温度下进行，可以快速提供反应所需要的热量，不仅可以快速大量补充反应所需要的热量，而且大大加快了反应速度，从而缩短了反应时间，将原来的6至8小时的酯化反应时间缩短到在10分种之内。（2）本发明的方法使得反应过程中产生的水分随时随着醇蒸汽流出反应器而不停留在填料或者催化剂表面，反应所产生的脂肪酸酯则在重力作用下下落至塔主体的底部也不停留在填料或者催化剂表面，从而大大提高了转化率，转化率可达98%以上。（3）本发明的方法能耗低，只有传统工艺的1/10～1/20。（4）本发明的方法实现了连续化生产，产量可达传统工艺的数十倍甚至数百倍，适用于大规模生产。（5）本发明的方法制备的脂肪酸酯经过精制后纯度可达99.5%以上。

 

附图说明

图1为传统工艺制备脂肪酸酯采用的装置的示意图。

图2为本发明的设备的示意图。

上述附图中的标号如下：

反应釜a，搅拌器b，回流冷凝器c，夹套d，

塔式反应器1（气膜式反应装置），塔主体10，酯排放口11，醇蒸汽入口12，液体料入口13，蒸汽出口14，液体存放部15，格栅16，盘形雾化分布器17，

填料层21，催化剂层22，

液态醇储罐31，第一计量泵33，汽化器34，

保温储罐41，第二计量泵42，热交换器43，

物料泵51，

混合蒸汽处理系统6，第二热交换器61，第一储液槽62，第三计量泵63，立管式蒸馏塔64，第三热交换器65，分子筛吸附罐66，第二物料泵67，液态醇缓冲回收罐68。

 

具体实施方式

（实施例1）

本实施例采用的连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备见图2，该设备包括气膜式反应装置1、液态醇储罐31、第一计量泵33、汽化器34、保温储罐41、第二计量泵42、热交换器43、物料泵51和混合蒸汽处理系统6。

气膜式反应装置1为塔式反应器，其高度为27m，直径为3m，其材质为316L不锈钢。该塔式反应器1包括圆柱壳状的塔主体10和自下而上分别设置在塔主体10上的酯排放口11、醇蒸汽入口12、液体料入口13以及蒸汽出口14。酯排放口11、醇蒸汽入口12、液体料入口13以及蒸汽出口14上分别设有控制阀门。

酯排放口11位于塔主体10的底部。醇蒸汽入口12位于塔主体10侧部下方，且醇蒸汽入口12至塔主体10底部的距离为6m。液体料入口13位于塔主体10侧部上方，且液体料入口13至塔主体10顶部的距离为1m，从而醇蒸汽入口12至液体料入口13之间的距离为20m。蒸汽出口14位于塔主体10的顶部，且蒸汽出口14的管口直径为0.3m。塔主体10的底部为存放液态中高碳脂肪酸酯的液体存放部15。

塔式反应器1还包括固定在塔主体10中且位于塔主体10上部的盘形雾化分布器17。盘形雾化分布器17的进料口与塔式反应器1的液体料入口13密闭接通，盘形雾化分布器17为在管壁上开有常规数量和大小的雾化喷孔的盘管，也即雾化分布器的结构是管体上的下部每隔1～5cm就开有直径为0.5～1.5mm的小孔的盘形管，所述的小孔也即雾化喷孔。

塔式反应器1还包括固定在塔主体10中且按照上下次序依次设置的5至21层格栅16（本实施例为7层），格栅16设置在醇蒸汽入口12与液体料入口13之间，其材质为316L不锈钢。各层格栅16上密集堆置有填料或颗粒状催化剂，在格栅16上堆置填料则形成填料层21，在格栅16上堆置催化剂则形成催化剂层22，且填料层21和催化剂层22按照交错方式设置。格栅16的总层数为单数，其中的单数层均为填料层21，双数层均为催化剂层22。填料层21的装填高度为3m。催化剂层22的装填高度为10cm。上一层格栅16的下端与下一层格栅16上的物料的上端之间的距离为25cm。

填料层21中的填料为陶瓷鲍尔环或者是由不锈钢丝网卷绕而成的圆筒形网状物。所述不锈钢丝网的材质为316L不锈钢。

催化剂层22中的颗粒状催化剂是粒径为3～10mm的固体超强酸催化剂。

所述固体超强酸催化剂可以为市售的SO₄ ^2-/ZrO₂、SO₄ ^2-/Fe₂O₃或者SO₄ ^2-/Al₂O₃，或者是按照文献号为CN1425500A（申请号为02151526.3）中的实施例1至实施例4制备的颗粒型固体超强催化剂SO₄ ^2-/ZrO₂-Al₂O₃或颗粒型固体超强催化剂SO₄ ^2-/TiO₂-SnO₂-Al₂O₃（其实施例1中的φ=3毫米的颗粒载体也即为其发明内容中所述的颗粒型基础载体），或者是曲阜福瑞德催化应用科技有限公司销售的工业级固体超强酸催化剂。

汽化器34是蒸汽加热水浴式汽化器，这种汽化器包括外筒体和位于外筒体中的内部管路，外筒体中通入作为介质的温度为100℃的水蒸气，内部管路中通入甲醇，汽化器34由其与内部管路相通的液体进口作为液态物料进口，由其与内部管路相通的气体出口作为气态物料出口。

混合蒸汽处理系统6包括第二热交换器61、第一储液槽62、第三计量泵63、立管式蒸馏塔64、第三热交换器65、分子筛吸附罐66、第二物料泵67和液态醇缓冲回收罐68。立管式蒸馏塔64设有位于侧部下方的液态物料进口，位于塔顶的气态物料出口和位于底部的液态物料出口。分子筛吸附罐66设有位于顶部的物料进口和位于底部的物料出口，且罐体中密集堆放有颗粒状分子筛吸附剂。

第二热交换器61的物料出口通过外部管路与第一储液槽62的物料入口相连，第一储液槽62的物料出口通过外部管路与第三计量泵63的物料入口密闭相连，第三计量泵63的物料出口通过外部管路与立管式蒸馏塔64的液态物料进口密闭相连，立管式蒸馏塔64的气态物料出口通过外部管路与第三热交换器65的物料进口密闭相连，第三热交换器65的物料出口通过外部管路与分子筛吸附罐66的物料进口密闭相连，分子筛吸附罐66的物料出口通过外部管路与第二物料泵67的物料进口密闭相连，第二物料泵67的物料出口通过外部管路与液态醇缓冲回收罐68的物料进口密闭相连。

液态醇储罐31通过外部管路与第一计量泵33的物料进口密闭相连，第一计量泵33的物料进口还通过相应的外部管路与液态醇缓冲回收罐68的物料出口密闭相连；第一计量泵33的物料出口通过外部管路与汽化器34的液态物料进口密闭相连，汽化器34的气态物料出口通过外部管路与塔式反应器1的醇蒸汽入口12密闭相连。

保温储罐41的出料口通过外部管路与第二计量泵42的物料进口密闭相连，第二计量泵42的物料出口通过外部管路与热交换器43的物料入口密闭相连，热交换器43的物料出口通过外部管路与塔式反应器1的液体料入口13密闭相连。

塔式反应器1的蒸汽出口14通过外部管路与混合蒸汽处理系统6的第二热交换器61物料进口密闭相连。

仍见图2，本实施例的连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的方法具有如下步骤：

①连续将液态醇储罐31中的过量的液态甲醇通过第一计量泵33泵入运行中的汽化器34中（外筒体中的水蒸气的温度为100℃）使之被加热汽化为甲醇蒸汽，甲醇蒸汽则由汽化器34的气体出口、相应的管路以及气膜式反应装置1的醇蒸汽入口12进入气膜式反应装置1的塔主体10中的下部，进入塔主体10中的醇蒸汽在塔主体10中由下向上运动。本实施例所用的原料液态甲醇是纯度≥99.5%的无水甲醇。

②在进行步骤①的同时，连续将保温储罐41中的液态的中高碳脂肪酸（碳链的碳原子数为12至18个，在不同的实施例中分别选择月桂酸、豆蔻酸、棕榈酸或者硬脂酸，纯度≥99.5%）通过第二计量泵42泵入运行中的热交换器43中使之被加热至120℃～150℃，在第二计量泵42泵压下，液态的中高碳脂肪酸由热交换器43的物料出口、相应的管路以及气膜式反应装置1的液体料入口13进入盘形雾化分布器17中（中高碳脂肪酸与醇的摩尔比为1∶2.5～1∶3.5，本实施例为1∶3）。

③在第二计量泵42泵压下，液态的中高碳脂肪酸经过盘形雾化分布器17后则成为雾状液滴喷出而进入塔主体10的上部空腔内，在重力作用下，先下落至最上方的第一层格栅的填料层21的填料上，继而沿着各填料的表面进行总趋势向下的流动再落至第二层格栅的催化剂层22的催化剂上，再在重力作用下逐层向下运动，并在流动中在所经过的填料表面形成均匀的液膜，且处于催化剂层22下方的各填料层21的填料上的液膜因为经过催化剂层22而为酸性的液膜。

④由步骤①进入塔主体10的甲醇蒸汽由下向上连续经过填料层21和催化剂层22（即由下向上先经过最下方的一个填料层21，再向上逐层依次经过相应的催化剂层22和填料层21），甲醇蒸汽因经过催化剂层22而成为酸性的甲醇蒸汽，从而该甲醇蒸汽不仅在各催化剂层22的区域中直接与下落至催化剂表面的中高碳脂肪酸发生生成中高碳脂肪酸甲酯和水的催化酯化反应，还在各填料层21中与填料上的处于液膜状态的中高碳脂肪酸发生生成中高碳脂肪酸甲酯和水的催化酯化反应（故此酯化反应称为汽膜式酯化反应或气膜式酯化反应）。中高碳脂肪酸在填料上和催化剂表面停留的时间为3～9min（该停留时间可以通过调整填料层21和催化剂层22的装填总高度而改变，本实施例为5 min），因催化酯化反应的完全反应时间约为3min，所以本实施例将中高碳脂肪酸在填料层21和催化剂层22中的停留时间设置为5 min，确保酯化反应的完全进行。上述两种形式的催化酯化反应所需的反应热均由作为原料的中高碳脂肪酸所带入的热量提供。

⑤由步骤④的催化酯化反应生成的中高碳脂肪酸甲酯在重力的作用下，下落至气膜式反应装置1的塔主体10的底部的液体存放部15，再经过控制阀门由物料泵51送入粗品储罐。由步骤④的酯化反应生成的水在作为原料的中高碳脂肪酸所带入的热量的作用下汽化成水蒸汽（此时整个体系的平均温度略低于刚进入塔主体10的中高碳脂肪酸的温度），与过量的甲醇蒸汽形成混合蒸汽流并在气膜式反应装置1的塔主体10中由下向上运动，经过盘形雾化分布器17时，则从其盘管的相邻管体之间的空隙中穿过，然后上升至顶部而从蒸汽出口14连续流出气膜式反应装置1的塔主体10。

⑥将步骤⑤得到的中高碳脂肪酸甲酯粗品送入蒸馏塔中进行减压蒸馏，控制蒸馏塔中的残压为10～20mm汞柱、温度为250℃～280℃，使得中高碳脂肪酸甲酯粗品通过蒸馏而成为成品。将步骤⑤中在气膜式反应装置1的顶部连续流出的混合蒸汽流通过相应的管路进入混合蒸汽处理系统6中。混合蒸汽先在第二热交换器61中由作为冷却介质的冷冻水（7℃～12℃的水）冷却成为甲醇和水的混合液体后，在重力作用下流入第一储液槽62中，隔一段时间再用第三计量泵63将混合液体由第一储液槽62泵入立管式蒸馏塔64中，立管式蒸馏塔64的加热介质为水蒸气，在一定的水蒸气流量下通过控制混合液体的泵入量而使得立管式蒸馏塔64中的物料体系的温度在80℃～85℃之间，从而使混合液体中的甲醇汽化而成为含有极少量水的气态物料从立管式蒸馏塔64的塔顶的气态物料出口流出，含水气态甲醇流至第三热交换器65中后，由冷冻水作为冷却介质而成为含水液态甲醇，含水液态甲醇在重力作用下流入分子筛吸附罐66中，流经分子筛吸附剂被吸附水分后成为液态甲醇流出分子筛吸附罐66，液态甲醇由第二物料泵67泵入液态醇缓冲回收罐68中，再经过第一计量泵33泵入运行中的汽化器34中而循环使用。

（实施例2）

本实施例的其余部分与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例中所述的醇均为乙醇而不是甲醇，所用的原料醇是纯度≥99.5%的无水乙醇，从而在汽化器34中被加热汽化得到的则是乙醇蒸汽，在塔式反应器1中与中高碳脂肪酸反应生成的则是中高碳脂肪酸乙酯，在气膜式反应装置1的顶部连续流出的混合蒸汽是乙醇和水的混合蒸汽，液态醇缓冲回收罐68中的的用于循环使用的醇为乙醇。由于乙醇的沸点高于甲醇，所以，在用第三计量泵63将混合液体由第一储液槽62泵入立管式蒸馏塔64中时，控制混合液体的泵入量而使得立管式蒸馏塔64中的物料体系的温度在85℃～90℃之间。

Claims (10)

1.一种连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备，包括汽化器（34）和热交换器（43）；其特征在于：

还包括气膜式反应装置（1）；气膜式反应装置（1）为塔式反应器；该塔式反应器（1）包括圆柱壳状的塔主体（10）和自下而上分别设置在塔主体（10）上的酯排放口（11）、醇蒸汽入口（12）、液体料入口（13）以及蒸汽出口（14）；酯排放口（11）位于塔主体（10）的底部，醇蒸汽入口（12）位于塔主体（10）侧部下方，液体料入口（13）位于塔主体（10）侧部上方，蒸汽出口（14）位于塔主体（10）的顶部；塔主体（10）的底部为液体存放部（15）；

塔式反应器（1）还包括固定在塔主体（10）中且按照上下次序依次设置的5至21层格栅（16）；所述格栅（16）设置在醇蒸汽入口（12）与液体料入口（13）之间；各层格栅（16）上密集堆置有填料或颗粒状催化剂，在格栅（16）上堆置填料则形成填料层（21），在格栅（16）上堆置催化剂则形成催化剂层（22），且填料层（21）和催化剂层（22）按照交错方式设置；所述的颗粒状催化剂为颗粒状酸性催化剂；

塔式反应器（1）还包括固定在塔主体（10）中且位于塔主体（10）上部的盘形雾化分布器（17）；盘形雾化分布器（17）的进料口与塔式反应器（1）的液体料入口（13）密闭接通，盘形雾化分布器（17）为在管壁上开有常规数量和大小的雾化喷孔的盘管；

汽化器（34）由其气体出口通过相应的管路与圆柱状塔式反应器（1）的醇蒸汽入口（12）密闭接通；热交换器（43）由其物料出口相应的管路与塔式反应器（1）的液体料入口（13）密闭接通。

2.根据权利要求1所述的连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备，其特征在于：填料（21）为陶瓷鲍尔环或者是由不锈钢丝网卷绕而成的圆筒形网状物。

3.根据权利要求1所述的连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备，其特征在于：所述的颗粒状酸性催化剂是粒径为3～10mm的固体酸催化剂。

4.根据权利要求3所述的连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备，其特征在于：所述的固体酸催化剂是SO₄ ^2-/M_xO_y型的固体超强酸催化剂。

5.根据权利要求4所述的连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备，其特征在于：所述SO₄ ^2-/M_xO_y型的固体超强酸催化剂为SO₄ ^2-/ZrO₂、SO₄ ^2-/Fe₂O₃、SO₄ ^2-/Al₂O₃、SO₄ ^2-/ZrO₂-Al₂O₃、或者SO₄ ^2-/TiO₂-SnO₂-Al₂O₃。

6.根据权利要求1所述的连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备，其特征在于：所述塔式反应器（1）的高度为15～30m，直径为0.5～3m；所述液体料入口（13）至圆柱状塔式反应器（1）的塔主体（10）顶部的距离为0.5～1.5m；所述醇蒸汽入口（12）至圆柱状塔式反应器（1）的塔主体（10）底部的距离为5～10m；所述格栅（16）中的最下一层位于所述醇蒸汽入口（12）上方0.5～1m；所述蒸汽出口（14）的管口直径为0.1～0.5m；所述的催化剂层（22）的装填高度为5～20cm；填料层（21）的装填高度为1～5m；上一层格栅（16）的下端与下一层格栅（16）上的物料的上端之间的距离为20～35cm。

7.根据权利要求1至6之一所述的连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的设备，其特征在于：所述的格栅（16）的总层数为单数，其中的单数层均为填料层（21），双数层均为催化剂层（22）。

8.一种由权利要求1至6之一所述的设备连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的方法，其特征在于：具有如下步骤：

①连续将液态醇储罐（31）中的过量的液态醇通过第一计量泵（33）泵入运行中的汽化器（34）中使之被加热汽化为醇蒸汽，醇蒸汽则由汽化器（34）的气体出口、相应的管路以及气膜式反应装置（1）的醇蒸汽入口（12）进入气膜式反应装置（1）的塔主体（10）中的下部，进入塔主体（10）中的醇蒸汽在塔主体（10）中由下向上运动；所述的醇为甲醇或者乙醇；

②在进行步骤①的同时，连续将保温储罐（41）中的液态的中高碳脂肪酸通过第二计量泵（42）泵入运行中的热交换器（43）中使之被加热至120℃～150℃，在第二计量泵（42）泵压下，液态的中高碳脂肪酸由热交换器（43）的物料出口、相应的管路以及气膜式反应装置（1）的液体料入口（13）进入盘形雾化分布器（17）中；所述中高碳脂肪酸是指碳链的碳原子数为12至18个的脂肪酸；

③在第二计量泵（42）泵压下，液态的中高碳脂肪酸经过盘形雾化分布器（17）后则成为雾状液滴喷出而进入塔主体（10）的上部空腔内，在重力作用下，下落至填料或颗粒状酸性催化剂上后继而沿着填料或催化剂的表面进行总趋势向下的流动再逐层落至下层的催化剂或填料上，并在流动中在所经过的填料表面形成均匀的液膜，且处于催化剂层（22）下方的各填料层（21）的填料上的液膜因为经过催化剂层（22）而为酸性的液膜；

④由步骤①进入塔主体（10）的醇蒸汽由下向上连续经过填料层（21）和催化剂层（22），醇蒸汽因经过催化剂层（22）而成为酸性的醇蒸汽，从而该醇蒸汽不仅在各催化剂层（22）的区域中直接与下落至催化剂表面的中高碳脂肪酸发生生成中高碳脂肪酸酯和水的催化酯化反应，还在各填料层（21）中与填料上的处于液膜状态的中高碳脂肪酸发生生成中高碳脂肪酸酯和水的催化酯化反应；催化酯化反应所需的反应热由作为原料的中高碳脂肪酸所带入的热量提供；

⑤由步骤④的催化酯化反应生成的中高碳脂肪酸酯在重力的作用下，下落至气膜式反应装置（1）的塔主体（10）的底部的液体存放部（15），再经过控制阀门由物料泵（51）送入粗品储罐；由步骤④的酯化反应生成的水在作为原料的中高碳脂肪酸所带入的热量的作用下汽化成水蒸汽，与过量的醇蒸汽形成混合蒸汽流并在气膜式反应装置（1）的塔主体（10）中由下向上运动，经过盘形雾化分布器（17）时，则从其盘管的相邻管体之间的空隙中穿过，然后上升至顶部而从蒸汽出口（14）连续流出气膜式反应装置（1）的塔主体（10）。

9.根据权利要求8所述的连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的方法，其特征在于：还具有下述步骤：

⑥将步骤⑤得到的中高碳脂肪酸酯粗品进行精制：将中高碳脂肪酸酯粗品送入蒸馏塔中进行减压蒸馏，控制蒸馏塔中的残压为10～20mm汞柱、温度为250℃～280℃，使得中高碳脂肪酸酯粗品通过蒸馏而成为成品；将步骤⑤中在气膜式反应装置（1）的顶部连续流出的混合蒸汽流通过相应的管路进入混合蒸汽处理系统（6）中，先由冷冻水作为冷却介质将混合蒸汽流冷却成为水与液态醇组成的混合液体，该混合液体经分离后所得到的液态醇可循环使用；

所述的格栅（16）的总层数为单数，其中的单数层均为填料层（21），双数层则均为催化剂层（22）；步骤③中，成为雾状液滴喷出而进入塔主体（10）的上部空腔内的中高碳脂肪酸在重力作用下，先下落至最上方的第一层格栅的填料层（21）的填料上，继而沿着各填料的表面进行总趋势向下的流动再落至第二层格栅的催化剂层（22）的催化剂上，再在重力作用下逐层向下运动；步骤④中，进入塔主体（10）的醇蒸汽由下向上先经过最下方的一个填料层（21），再向上逐层依次经过相应的催化剂层（22）和填料层（21）。

10.根据权利要求8所述的连续式酯化法制备中高碳脂肪酸酯的方法，其特征在于：步骤②中，中高碳脂肪酸与醇的摩尔比为1∶2.5～1∶3.5。

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