CN102559396B - 一种生物柴油酯化酯交换反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物柴油酯化酯交换反应装置，包括反应罐和与反应罐连接的反应物料循环管路，所述的反应罐的壳体上端设有轻相循环出口，反应罐的壳体下端设有重相循环出口，轻相循环出口和重相循环出口之间的反应罐壳体上设有轻相重相混合后循环入口，轻相循环出口和重相循环出口分别与反应物料循环管路相连接，并通过反应物料循环管路、循环泵、水力空化器、管道阀门与轻相重相混合后循环入口相连接；在反应罐内与轻相重相混合后循环入口连接有排管式液体分布器，排管式液体分布器与重相循环出口之间嵌入有U型管式加热器。本发明有益的效果是：该装置结构结单，设计合理，能耗低，降低生产成本，有利于工程放大。

Description

一种生物柴油酯化酯交换反应装置
技术领域
本发明涉及生物柴油生产技术领域，尤其是一种生物柴油酯化酯交换反应装置。
背景技术
在生物柴油脂肪酸甲酯工业生产过程中，原料油首先要甲酯化包括酯化和酯交换反应得到粗甲酯，而甲酯化过程装备必须保证：1油脂和甲醇充分混合，保证非均相反应的相界面，促使反应快速进行；2在较高的醇油摩尔比甲醇与油脂的摩尔比下反应，保证甲醇过量，促使油脂转化率高，反应快速进行；3反应装置需要适合不同生产规模，不能单纯从反应装置的复制来实现产能放大。
现有的生物柴油工业反应装置多用机械搅拌反应器，混合主要靠搅拌桨来实现，因搅拌过程中液体局部容易形成小循环，致使油脂和甲醇催化剂不能充分接触、混合，从而反应速率慢、效率较低；另外，采用搅拌结构，反应罐越大，搅拌功率越大，不利于工业放大。针对上述问题，中国专利CN1301312C所述装置采用水力空化器预混合，在水力空化器内形成负压区，产生空化泡以及空化泡长大和剧烈的崩溃，有利于管道内甲醇催化剂相与油相的充分搅动混合、乳化，使得两相界面迅速增大，在反应罐内快速反应并循环；反应罐底部为循环出口，顶部或侧面为循环入口，动力来自循环泵，但采用该装置，反应罐内甲醇催化剂相与油相容易分层，循环过程造成重相循环空化，而不是轻相和重相一起循环并空化，不利于反应快速进行。中国专利CN201241095Y所述反应装置，除采用水力空化器预混合外，在反应罐内还配有搅拌，能有效防止预混合好的甲醇催化剂相与油相分层，但能耗加大，反应罐不易于进一步放大。
发明内容
本发明的目的正是要解决上述技术存在的不足，而提供一种生物柴油酯化酯交换反应装置，该装置结构结单，设计合理，能耗低，降低生产成本，有利于工程放大。
本发明解决其技术问题采用的技术方案。这种生物柴油酯化酯交换反应装置，特别涉及用废弃动植物油生产生物柴油工艺中的一种反应装置，包括反应罐和与反应罐连接的反应物料循环管路，所述的反应罐的壳体上端设有轻相循环出口，反应罐的壳体下端设有重相循环出口，轻相循环出口和重相循环出口之间的反应罐壳体上设有轻相重相混合后循环入口，轻相循环出口和重相循环出口分别与反应物料循环管路相连接，并通过反应物料循环管路、循环泵、水力空化器、管道阀门与轻相重相混合后循环入口相连接；在反应罐内与轻相重相混合后循环入口连接有排管式液体分布器，排管式液体分布器与重相循环出口之间嵌入有U型管式加热器。
作为优选，所述反应物料循环管路与原料进口分别与循环泵的输入端相连接，循环泵的输出端一路与反应产物出口相连接，另一路通过水力空化器与轻相重相混合后循环入口相连接。
作为优选，所述的排管式液体分布器包括分布器总管和分布器支管，在分布器支管的底部设置有分布器支管分布孔，孔径在1-20mm之间。
作为优选，所述的反应罐的壳体顶部设有放空口和人孔。
作为优选，所述反应罐的壳体上端的轻相循环出口可以是一个或者多个，所述反应罐的壳体下端的重相循环出口可以是一个或者多个。
作为优选，所述的循环泵采用扬程在30-50m的离心泵。
作为优选，所述的反应罐的壳体材料采用碳钢、不锈钢、塑料PE，PP，PO或碳钢衬塑材质。
作为优选，所述循环管路上的水力空化器两端通过法兰与管道连接。
本发明与现有技术相比，有益的效果是：通过循环管路上的水力空化器，反应物料中原料油与甲醇催化剂实现了微观初混合，极大的提高了酯化酯交换相反应所需要的相界面积，提高了反应速率；通过控制反应罐的轻相循环出口和重相循环出口体积流量，一方面保证了进入循环管路上水力空化器的物料是原料油与甲醇催化剂的混合物，另一方面通过循环管路的阀门能实现最佳的醇油摩尔比下空化混合，并在反应罐内快速反应，这样操作的有益效果是减少了一次性甲醇投入量，提高了原料油的转化率，减少了循环时间，大大降低了循环泵的能耗；通过反应罐内的排管式液体分布器，使得微观混合好的反应物料在反应罐水平方向上浓度、温度和流速均匀分布，有利于反应罐内反应均匀进行；采用排管式液体分布器，有利于反应罐的放大，罐内无需搅拌器，大大降低了能耗。利用本发明装置生产生物柴油，设备简单，投资小，能耗低，效果好，已在年产3万吨和15万吨生物柴油工业装置上成功应用，取得了很好的节能效果，与传统搅拌反应釜相比，年节能50％以上。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的接排管式液体分布器结构的主视结构示意图。
图3是本发明的接排管式液体分布器结构的仰视结构示意图。
图4是图3中A处的放大示意图。
附图标记说明：反应罐1，放空口1-1，人孔1-2，轻相循环出口1-3，重相循环出口1-4，轻相重相混合后循环入口1-5，排管式液体分布器1-6，分布器总管1-6-1，分布器支管1-6-2，分布器支管分布孔1-6-3，U型管式加热器1-7，加热蒸气入口1-8，加热蒸气冷凝水出口1-9，循环泵2，水力空化器3，压力表4，反应物料循环管路5，流量计6，原料进口7，反应产物出口8，进料阀9，循环泵入口总阀10，出料阀11，空化器开关阀12，加热蒸气进口阀13，冷凝水排出阀14，疏水器进口阀15，反应罐循环入口阀16，反应罐顶部放空阀17，反应罐轻相循环出口阀18，反应罐重相循环出口阀19。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1所示，这种生物柴油酯化酯交换反应装置，包括反应罐1和与反应罐1连接的反应物料循环管路5，反应罐1的壳体材料采用碳钢、不锈钢、塑料PE，PP，PO或碳钢衬塑材质。反应罐1的壳体顶部设有放空口1-1、反应罐顶部放空阀17和人孔1-2，所述的反应罐1的壳体上端设有一个或多个轻相循环出口1-3，反应罐1的壳体下端设有一个或多个重相循环出口1-4，轻相循环出口1-3和重相循环出口1-4之间的反应罐1壳体上设有轻相重相混合后循环入口1-5。轻相循环出口1-3通过反应罐轻相循环出口阀18、流量计6与反应物料循环管路5相连接，重相循环出口1-4通过反应罐重相循环出口阀19与反应物料循环管路5相连接，汇总到一路后通过循环泵入口总阀10与循环泵2的输入端相连接，原料进口7通过进料阀9与循环泵2的输入端相连接，其中循环泵2采用扬程在30-50m的离心泵；循环泵2的输出端一路通过出料阀11与反应产物出口8相连接，另一路通过空化器开关阀12、水力空化器3、反应罐循环入口阀16与轻相重相混合后循环入口1-5相连接，空化器开关阀12和水力空化器3之间的管道上连接有压力表4。
如图2-3所示，在反应罐1内与轻相重相混合后循环入口1-5连接有排管式液体分布器1-6，所述的排管式液体分布器1-6包括分布器总管1-6-1和分布器支管1-6-2，在分布器支管1-6-2的底部设置有分布器支管分布孔1-6-3。
在排管式液体分布器1-6与重相循环出口1-4之间嵌入有U型管式加热器1-7，加热蒸气入口1-8通过加热蒸气进口阀13与U型管式加热器1-7进口相连接，U型管式加热器1-7出口分别与冷凝水排出阀14、疏水器进口阀15相连接。
利用以上装置进行酯化酯交换反应的步骤是：打开进料阀9，启动循环泵2，打开循环泵入口总阀10、空化器开关阀12、反应罐循环入口阀16，关闭装置其它阀，预热好的原料油和甲醇催化剂混合物料依次通过原料进口7、循环泵2、水力空化器3、排管式液体分布器1-6，进入反应罐1反应，直至进料完毕；关闭进料阀9，打开轻相循环出口阀18、重相循环出口阀19和循环泵入口总阀10，开始循环，同时通过流量计6的指示，控制轻相循环出口阀18、重相循环出口阀19的开度，调节轻相/重相体积比，实现最佳的醇油摩尔比下，经循环泵2出口管路上的水力空化器3空化进入反应罐1反应；反应过程所需热量通过U型管式加热器1-7提供，加热介质为水蒸气，通过加热蒸气进口阀13的开度调节加热蒸汽的压力，加热产生的冷凝水通过冷凝水排出阀14直接排出，或通过疏水器进口阀15和疏水器排出；反应完毕后，关闭循环管路上所有阀门，停止循环泵2，进行重力沉降；沉降完成后，打开重相循环出口阀19和循环泵入口总阀10，启动循环泵2，打开出料阀，通过反应产物出口8依次将分层好的甲酯相、甲醇水相酯化反应/甲醇甘油相酯交换反应输出，进行后续处理，完成反应装置上的操作。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种生物柴油酯化酯交换反应装置，包括反应罐（1）和与反应罐（1）连接的反应物料循环管路（5），其特征在于：所述的反应罐（1）的壳体上端设有轻相循环出口（1-3），反应罐（1）的壳体下端设有重相循环出口（1-4），轻相循环出口（1-3）和重相循环出口（1-4）之间的反应罐（1）壳体上设有轻相重相混合后循环入口（1-5），轻相循环出口（1-3）和重相循环出口（1-4）分别与反应物料循环管路（5）相连接，并通过反应物料循环管路（5）、循环泵（2）、水力空化器（3）、管道阀门与轻相重相混合后循环入口（1-5）相连接；在反应罐（1）内与轻相重相混合后循环入口（1-5）连接有排管式液体分布器（1-6），排管式液体分布器（1-6）与重相循环出口（1-4）之间嵌入有U型管式加热器（1-7）。
2.根据权利要求1所述的生物柴油酯化酯交换反应装置，其特征在于：所述反应物料循环管路（5）与原料进口（7）分别与循环泵（2）的输入端相连接，循环泵（2）的输出端一路与反应产物出口（8）相连接，另一路通过水力空化器（3）与轻相重相混合后循环入口（1-5）相连接。
3.根据权利要求1所述的生物柴油酯化酯交换反应装置，其特征在于：所述的排管式液体分布器（1-6）包括分布器总管（1-6-1）和分布器支管（1-6-2），在分布器支管（1-6-2）的底部设置有分布器支管分布孔（1-6-3）。
4.根据权利要求1所述的生物柴油酯化酯交换反应装置，其特征在于：所述的反应罐（1）的壳体顶部设有放空口（1-1）和人孔（1-2）。
5.根据权利要求1所述的生物柴油酯化酯交换反应装置，其特征在于：所述反应罐（1）的壳体上端的轻相循环出口（1-3）是一个或者多个。
6.根据权利要求1所述的生物柴油酯化酯交换反应装置，其特征在于：所述反应罐（1）的壳体下端的重相循环出口（1-4）是一个或者多个。
7.根据权利要求1或2所述的生物柴油酯化酯交换反应装置，其特征在于：所述的循环泵（2）采用扬程在30-50m的离心泵。
8.根据权利要求1或4或5或6所述的生物柴油酯化酯交换反应装置，其特征在于：所述的反应罐（1）的壳体材料采用碳钢、不锈钢、塑料PE，PP，PO或碳钢衬塑材质。
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