CN104789367A - 一种生物柴油制备装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物柴油制备领域，特指一种生物柴油制备装置，其包括：混合液泵、反应管、喷嘴、高压电极组、植物油油泵、左连接件、压簧式电极、强化管、高压静电发生器、右连接件、相分离室、植物油罐、混合液罐。针式组合电极通过导线与高压静电发生器联接，甲醇/氢氧化钠混合液经喷嘴静电雾化形成小液滴弥散在植物油中，在相界面上通过酯交换反应生成生物柴油。特殊设计的压簧式电极实现强化管中高压静电场高强度区域、低强度区域交替布置，甲醇/氢氧化钠混合液液滴多次破碎、聚合，进一步强化酯交换反应。其优点是设备简单，操作安全，反应时间短，荷电方式简单，能耗低，酯交换反应充分，油脂转化率高。

Description

一种生物柴油制备装置

技术领域

本发明涉及生物柴油制备领域，特指一种采用高压静电雾化强化酯交换法，应用高压静电场强化电分散与电聚结效应，实现反应产物高效分离提纯的生物柴油制备装置。

背景技术

目前工业制备生物柴油主要采用酯交换法，即用甲醇或乙醇等短链醇类物质与天然植物油中主要成分甘油三酸酯发生酯交换反应，将甘油三酸酯断裂为长链脂肪酸甲(乙)酯(即生物柴油)，从而减短碳链长度，降低油料粘度，改善油料流动性和气化性，使其能达到作为燃料使用的要求。根据催化剂选择的不同，酯交换反应主要有酸碱催化法、酶催化法，通常采用机械搅拌式反应器，混合主要靠搅拌桨实现，该生产方式使得甲醇/氢氧化钠混合液与植物油不能充分接触、混合，酯交换反应不充分，反应速度慢，效率低，如专利CN201010216784“一种餐饮废油制备生物柴油的技术”、CN201210407002“一种碱性复合离子液体及生物柴油制备方法”。超临界酯交换法的突出优势在于不使用额外的催化剂，超临界甲醇既是反应物也是催化剂，不需要预处理，反应速度快、无污染，但是醇油比高，且需要在高温高压条件下进行酯交换，对设备要求高、能耗大，这些缺点制约了生物柴油的大规模工业生产，如专利CN200810017849“一种用超临界技术制备生物柴油的方法”。因此，提高转换率，降低生产成本是生物柴油实用化的关键，需要探索一种反应速度快、设备简单、能耗低的新型酯交换法，开发具有良好工业应用前景的环境友好型生物柴油制备技术与装备。

发明内容

本发明的目的是提供一种设备简单、反应时间短、效率高的生物柴油制备装置。

实现本发明的技术方案为：

一种生物柴油制备装置，其特征是，包括混合液泵、混合液出口阀、植物油泵、植物油出口阀、高压电极组、反应管、喷嘴、左连接件、压簧式电极、强化管、高压静电发生器、右连接件、相分离室、轻相出口阀、重相出口阀、植物油罐、混合液罐、针式组合电极、绝缘套；植物油罐、植物油出口阀、植物油泵和反应管输入端依次用管路相连，混合液罐、混合液出口阀、混合液泵和喷嘴依次用管路相连；高压电极组轴心线和喷嘴轴心线重合，针式组合电极与绝缘套、绝缘套与反应管均用螺纹连接；反应管的输出端与左连接件、左连接件与强化管输入端、强化管输出端与右连接件均采用螺纹连接，强化管内沿轴向设有压簧式电极，压簧式电极的左右两端分别用左连接件和右连接件固定；相分离室入口设于相分离室中部，轻相出口设于相分离室上部，重相出口设于相分离室底部；右连接件通过管路连接相分离室入口，相分离室的轻相出口、轻相出口阀、混合液罐依次用管路连接，相分离室的重相出口、重相出口阀、植物油罐依次用管路连接；压簧式电极和高压电极组均通过导线与高压静电发生器连接。

上述方案中，喷嘴包括喷盘和喷体，喷体下端装有喷盘，喷盘上打有小孔。

上述方案中，高压电极组包括针式组合电极和绝缘套，高压电极组的针式组合电极通过导线与高压静电发生器联接。

上述方案中，相分离室底部为锥形。

上述方案中，强化管内壁涂有高温绝缘涂层。

上述方案中，左连接件、右连接件、喷盘、喷体和绝缘套均采用聚四氟乙烯材料制成。

上述方案中，混合液泵、植物油泵、反应管、强化管、相分离室、植物油罐和混合液罐均通过导线接地，保证生物柴油制备装置电安全性。

本发明的工作过程是高压电极组在反应管中形成高压静电场，植物油在植物油泵的作用下从植物油罐进入反应管；将甲醇/氢氧化钠混合液搅拌均匀后放置在混合液罐内，在混合液泵的作用下经喷嘴喷入反应管，在高压静电场的作用下出现液液静电雾化现象，甲醇/氢氧化钠混合液以小液滴的形态弥撒在植物油液体中，在相界面上发生酯交换反应，生成生物柴油。由于酯交换反应仅发生在相界面上，需要尽可能地增加甲醇/氢氧化钠混合液与植物油的相界面面积。相较于非荷电情况，液液静电雾化形成的液滴粒径更加细小，单位质量的甲醇/氢氧化钠混合液在植物油中的界面面积更大，酯交换反应更加充分。

高压静电场会影响甲醇/氢氧化钠混合液液滴-植物油两相体系的稳定性，不同电场强度下，离散相液滴出现电分散或电聚结。电场场强较低时离散相液滴不易聚结，甲醇/氢氧化钠混合液液滴-植物油两相体系相对稳定，当电场强度增加至一定范围内，离散相液滴聚结成大液滴甚至分层析出，而电场强度继续增强至一定程度以后又会出现电分散现象，离散相液滴带电量超过瑞利极限，促使液滴破碎成更小的液滴。利用离散相液滴电分散、电聚结特性，合理设计高压静电场即可实现离散相液滴多次聚合、多次破碎，极大地增加甲醇/氢氧化钠混合液与植物油相界面接触几率。为获得高低交错布置的高压静电场，特殊设计了压簧式电极，高压静电场沿轴线方向高低交错布置，在高静电场区域，甲醇/氢氧化钠混合液液滴破碎，在低静电场区域，甲醇/氢氧化钠混合液液滴聚结，进一步强化了酯交换反应进程。

为保证生物柴油制备装置的电安全性，强化管内壁涂上高温绝缘涂层，左、右连接件均采用聚四氟乙烯材料制成，绝缘套、喷嘴的喷体、喷盘也采用聚四氟乙烯制成，整个装置金属件均需接地。待设备充分反应一段时间后即可将混合液罐中液体取出经提纯获得生物柴油，植物油罐中液体取出可获得甘油等副产物。

本发明的优点是利用液液静电雾化来实现生物柴油制备，酯交换反应充分，同时设备简单，反应时间短，反应温度低，能耗低。特殊设计的压簧式电极实现强化管中高压静电场高强度区域、低强度区域交替布置，甲醇/氢氧化钠混合液液滴多次破碎、聚合，进一步强化酯交换反应，荷电方式简单，油脂转化率高。同时，对设备采取了必要的安全措施，提高了生产的安全性。

附图说明

图1是本生物柴油制备装置的结构示意图。

图2是喷嘴的结构示意图。

图3是高压电极组的结构示意图。

图中：1.混合液泵 2.混合液出口阀 3.植物油泵 4.植物油出口阀 5.高压电极组 6.反应管 7.喷嘴 8.左连接件 9.压簧式电极 10.强化管 11.高压静电发生器 12.右连接件 13.相分离室入口 14.相分离室 15.轻相出口 16.轻相出口阀 17.重相出口 18.重相出口阀 19.植物油罐 20.混合液罐 21.喷盘 22.喷体 23.针式组合电极 24.绝缘套。

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，但本发明的保护范围并不限于此。

一种生物柴油制备装置，它包括：混合液泵1、混合液出口阀2、植物油泵3、植物油出口阀4、高压电极组5、反应管6、喷嘴7、左连接件8、压簧式电极9、强化管10、高压静电发生器11、右连接件12、相分离室(14)、轻相出口阀16、重相出口阀18、植物油罐19、混合液罐20；植物油罐19、植物油出口阀4、植物油泵3、反应管6输入端依次用管路相连，混合液罐20、混合液出口阀2、混合液泵1、喷嘴7入口依次用管路相连；喷嘴7包括喷盘21和喷体22，喷体22下端装有喷盘21，喷盘21上打有小孔；高压电极组5包括针式组合电极23和绝缘套24，高压电极组5轴心线和喷嘴7轴心线重合，针式组合电极23与绝缘套24、绝缘套24与反应管6均用螺纹连接；反应管6的输出端与左连接件8、左连接件8与强化管10输入端、强化管10输出端与右连接件12采用螺纹连接，强化管10内沿轴向设有压簧式电极9，压簧式电极9的左右两端分别用左连接件8和右连接件12固定；相分离室14底部为锥形，相分离室入口13设于相分离室14中部，轻相出口15设于相分离室14上部，重相出口17设于相分离室14底部；右连接件12通过管路连接相分离室入口13，相分离室14的轻相出口15、轻相出口阀16、混合液罐20依次用管路连接，相分离室14的重相出口17、重相出口阀18、植物油罐19依次用管路连接；压簧式电极9和高压电极组5的针式组合电极23均通过导线与高压静电发生器11连接。强化管10内壁涂有高温绝缘涂层，左连接件8、右连接件12、喷盘21、喷体22和绝缘套24均采用聚四氟乙烯材料制成；混合液泵1、植物油泵3、反应管6、强化管10、相分离室14、植物油罐19和混合液罐20均通过导线接地。

使用前，所有阀门保持关闭状态，在植物油罐19中注入植物油，在混合液罐20内注入甲醇/氢氧化钠混合液并搅拌均匀。打开高压静电发生器11的电源，针式组合电极23、压簧式电极9荷上电荷。打开所有阀门，启动植物油泵3、混合液泵1，植物油在植物油泵2的作用下从植物油罐19进入反应管6，甲醇/氢氧化钠混合液在混合液泵1的作用下从混合液罐20内经喷嘴7喷入反应管6。甲醇/氢氧化钠混合液经静电雾化后形成大量细小的液滴弥散在植物油中，在相界面上发生酯交换反应生成生物柴油及其他组分。甲醇/氢氧化钠混合液-植物油乳化液流经装有压簧式电极9的强化管10，在低强度高压静电场时甲醇/氢氧化钠混合液液滴聚合，在高强度高压静电场时甲醇/氢氧化钠混合液液滴破碎，经过多次电聚结、电分散，酯交换反应更加充分。酯交换反应产物由相分离室入口13进入相分离室14，轻相（含有甲醇钠和生物柴油）由轻相出口15进入混合液罐20，重相（含有甘油等）由重相出口17进入植物油罐19。植物油泵2、混合液泵1运行1-2小时后关闭，断开高压静电发生器11的电源。将混合液罐20中液体取出经提纯获得生物柴油，植物油罐19中液体取出可获得甘油等副产物，最后关闭所有阀门。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种生物柴油制备装置，其特征在于，包括混合液泵（1）、混合液出口阀（2）、植物油泵（3）、植物油出口阀（4）、高压电极组（5）、反应管（6）、喷嘴（7）、左连接件（8）、压簧式电极（9）、强化管（10）、高压静电发生器（11）、右连接件（12）、相分离室（14）、轻相出口阀（16）、重相出口阀（18）、植物油罐（19）、混合液罐（20）、针式组合电极（23）、绝缘套（24）；植物油罐（19）、植物油出口阀（4）、植物油泵（3）和反应管（6）输入端依次用管路相连，混合液罐（20）、混合液出口阀（2）、混合液泵（1）和喷嘴（7）依次用管路相连；高压电极组（5）轴心线和喷嘴（7）轴心线重合，针式组合电极（23）与绝缘套（24）、绝缘套（24）与反应管（6）均用螺纹连接；反应管（6）的输出端与左连接件（8）、左连接件（8）与强化管（10）输入端、强化管（10）输出端与右连接件（12）均采用螺纹连接，强化管（10）内沿轴向设有压簧式电极（9），压簧式电极（9）的左右两端分别用左连接件（8）和右连接件（12）固定；相分离室入口（13）设于相分离室（14）中部，轻相出口（15）设于相分离室（14）上部，重相出口（17）设于相分离室（14）底部；右连接件（12）通过管路连接相分离室入口（13），相分离室（14）的轻相出口（15）、轻相出口阀（16）、混合液罐（20）依次用管路连接，相分离室（14）的重相出口（17）、重相出口阀（18）、植物油罐（19）依次用管路连接；压簧式电极（9）和高压电极组（5）均通过导线与高压静电发生器（11）连接。

2.根据权利要求1所述的生物柴油制备装置，其特征在于：所述喷嘴（7）包括喷盘（21）和喷体（22），喷体（22）下端装有喷盘（21），喷盘（21）上打有小孔。

3.根据权利要求1所述的生物柴油制备装置，其特征在于：所述高压电极组（5）包括针式组合电极（23）和绝缘套（24），所述高压电极组（5）的针式组合电极（23）通过导线与高压静电发生器（11）联接。

4.根据权利要求1所述的生物柴油制备装置，其特征在于：所述相分离室（14）底部为锥形。

5.根据权利要求1所述的一种生物柴油制备装置，其特征在于，所述强化管（10）内壁涂有高温绝缘涂层。

6.根据权利要求1所述的一种生物柴油制备装置，其特征在于，所述左连接件（8）、右连接件（12）、喷盘（21）、喷体（22）和绝缘套（24）均采用聚四氟乙烯材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种生物柴油制备装置，其特征在于，所述混合液泵（1）、植物油泵（3）、反应管（6）、强化管（10）、相分离室（14）、植物油罐（19）和混合液罐（20）均通过导线接地。