CN105623861B - 一种甘油酯化反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种甘油酯化反应装置，它包括管路循环连接的甘油酯化反应罐、循环泵、预热器及水力空化器，循环泵的泵液出口与甘油酯化反应罐上部的循环入口连接，循环泵的泵液入口与甘油酯化反应罐底部的循环出口连接，预热器及水力空化器设置在泵液出口与循环入口之间，泵液入口与循环出口之间设有原料油进料管及甘油进料管，甘油酯化反应罐顶部的产物水出口通过冷凝器连接产物水收集罐的产物水收集罐进口，产物水收集罐底部设有出料口，甘油酯化反应罐上还设有氮气进口，连接管路上设有控制阀。该装置结构结单，设计合理，能耗低，油脂酸值快速降至0.5mgKOH/g油以下，降低生产成本，有利于工程放大。

Description

一种甘油酯化反应装置
技术领域
本发明属于生物柴油生产装置技术领域，尤其涉及一种甘油酯化反应装置。
背景技术
生物柴油作为一种清洁可再生的绿色燃料以其优良的性能已获得广泛认可，对保护环境，降低对石油的依赖性有着重要的意义（孙纯等，中外能源, 2006, 11(3)）。目前，工业上常用的生产生物柴油的方法为酸催化酯化-碱催化酯交换法（彭振刚等,中国油脂,2007,32(4): 51-54），该方法存在以下不足：（1）酸催化酯化反应不够彻底，酸值通常在2mgKOH/g油，剩余的脂肪酸需部分碱中和，使得酯交换过程中碱用量增加，导致成本增加；（2）碱中和脂肪酸会产生皂，皂是两性化合物，其存在会导致分层困难，降低油的得率；（3）通常采用硫酸作催化剂，不仅对设备有较高要求以防止腐蚀，而且产生废酸水污染环境；（4）酯化过程甲醇用量较大，需要精馏回收，增加了生产成本。
近年来甘油酯化法受到越来越多的关注，甘油酯化法是将脂肪酸与甘油在高温下反应生成甘油酯的过程（Vitthal L. Gole et al, Fuel Processing Technology, 2014,118: 110-116；Pedro Felizardo et al, Fuel Processing Technology, 2011,92(6):1225-1229）。该方法不需要甲醇，不会产生废酸水，高温反应时水及时被蒸除，反应不断向正方向进行，降酸更彻底（曾庆梅等，农业工程学报，2009，25( 8) : 215-219），甘油既是酯化反应物，又是酯交换反应副产物，可循环利用，同时也拓展了副产物甘油的利用范围（敖红伟等，石化技术与应用，2009, 27(3): 226-228）。中国专利CN 104694256 A公开了一种固体碱催化甘油酯化降酸价的方法，该方法能将油脂酸价降至0.5mgKOH/g 以下，但用传统的机械搅拌不利于油脂与甘油的微观混合，且能耗大，不易于工业放大。目前为止，鲜有关于甘油酯化反应装置的报道。
发明内容
基于上述背景技术的不足，本发明提出一种甘油酯化反应装置，该装置结构结单，设计合理，能耗低，油脂酸值快速降至0.5mgKOH/g油以下，降低生产成本，有利于工程放大。
所述的一种甘油酯化反应装置，包括管路循环连接的甘油酯化反应罐、循环泵、预热器及水力空化器，其特征在于所述循环泵的泵液出口与甘油酯化反应罐上部的循环入口连接，循环泵的泵液入口与甘油酯化反应罐底部的循环出口连接，预热器及水力空化器设置在泵液出口与循环入口之间，泵液入口与循环出口之间设有原料油进料管及甘油进料管，甘油酯化反应罐顶部的产物水出口通过冷凝器连接产物水收集罐的产物水收集罐进口，产物水收集罐底部设有出料口，甘油酯化反应罐上还设有氮气进口，连接管路上设有控制阀。
所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述甘油酯化反应罐内设有液体分布器和气体分布器，液体分布器与循环入口连接，气体分布器与氮气进口连接。
所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于液体分布器和气体分布器均为排管式结构，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。
所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述循环泵的泵液出口分为两路，一路与产物出口连接，另一路通过预热器及水力空化器与循环入口连接。
所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于氮气进口管路上设有氮气进气阀，甘油酯化反应罐顶部设有压力表，压力表与氮气进气阀连接，形成氮气自控体系。
所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述循环泵采用扬程为20-50m的离心泵。
所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述冷凝器上端设有冷凝器放空口，冷凝器放空口管路上设有第一单向放空阀；产物水收集罐顶部设有第二放空口，第二放空口管路上设有第二单向放空阀。
所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述甘油酯化反应罐、循环泵、预热器及水力空化器的循环管路上，从循环出口至循环入口依次设有循环出口阀、循环泵入口阀、循环泵出口阀、循环入口阀。
所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述氮气进口管路上设有氮气进气阀、产物出口管路上设有出料阀、原料油进料管上设有原料油进口阀、甘油进料管上设有甘油进口阀。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益的效果如下：
1）本发明通过在循环管路的泵液出口与循环入口之间设置水力空化器，反应物料中原料油与甘油实现了微观初混合，极大的提高了甘油酯化反应所需要的相界面积，增加了脂肪酸与甘油在单位时间内的有效碰撞次数，提高了反应速率，减少了循环时间，大大降低了循环泵的能耗；
2）本发明通过将反应液面控制在液体分布器与气体分布器之间，一方面气体分布器设置在反应液面之下，有利于通过液相中的氮气分布器，使空气置换更彻底以防油脂氧化，另一方面液体分布器设置在反应液面之上，有利于甘油酯化反应产生的水汽通过液体分布器喷淋时快速逸出，使得产物水从高温反应物料中蒸除，酯化反应更彻底，降酸效果更好，提高了原料油中脂肪酸的转化率，能快速将高酸值油脂的酸值降到0.5mgKOH/g油以下；
3）本发明通过在反应罐内设置排管式液体分布器，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。将本发明装置应用于生产生物柴油，设备简单，投资小，能耗低，效果好，已在年产3万吨生物柴油工业装置上试运行成功，取得了很好的节能效果，其结构结单，设计合理，能耗低，生产成本低，有利于工程放大。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的排管式液体分布器的主视结构示意图。
图中：1-甘油酯化反应罐，101-压力表，102-液体分布器，103-气体分布器，2-循环泵，3-预热器，4-水力空化器，5-冷凝器，6-产物水收集罐，A-导热油进口，B-导热油出口，C-循环入口，D-氮气进口，E-循环出口，F-产物水出口，G-冷凝水进口，H-第一放空口，I-冷凝水出口，J-产物水收集罐进口，K-出料口，L-第二放空口，M-产物出口，a-出料阀，b-循环泵出口阀，c-循环泵入口阀，d-原料油进口阀，e-甘油进口阀，f-循环出口阀，g-循环入口阀，h-氮气进气阀，i-第一单向放空阀，j-第二单向放空阀。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1-2所示，本发明的一种甘油酯化反应装置，包括管路循环连接的甘油酯化反应罐1、循环泵2、预热器3及水力空化器4，所述循环泵2的泵液出口与甘油酯化反应罐1上部的循环入口C连接，循环泵的泵液入口与甘油酯化反应罐1底部的循环出口E连接，预热器3及水力空化器4设置在泵液出口与循环入口C之间，泵液入口与循环出口E之间设有原料油进料管及甘油进料管，甘油酯化反应罐1顶部的产物水出口F通过冷凝器5连接产物水收集罐6的产物水收集罐进口J，产物水收集罐6底部设有出料口K，甘油酯化反应罐1上还设有氮气进口D，循环泵2的泵液出口分为两路，一路与产物出口M连接，另一路通过预热器3及水力空化器4与循环入口C连接，循环泵2采用扬程为20-50m的离心泵。
如图2所示，为了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，降低了能耗，本发明在所述甘油酯化反应罐1内设有液体分布器102和气体分布器103，液体分布器102和气体分布器103均为排管式结构，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，液体分布器102与循环入口C连接，气体分布器103与氮气进口D连接。
为了便于控制反应的进行，本发明在对应连接管路上设有控制阀，如氮气进口D管路上设有氮气进气阀h，甘油酯化反应罐1顶部设有压力表101，压力表101与氮气进气阀h连接，形成氮气自控体系；所述冷凝器5上端设有冷凝器放空口H，冷凝器放空口H管路上设有第一单向放空阀i；产物水收集罐6顶部设有第二放空口L，第二放空口L管路上设有第二单向放空阀j；所述甘油酯化反应罐1、循环泵2、预热器3及水力空化器4的循环管路上，从循环出口E至循环入口C逆时针方向依次设有循环出口阀f、循环泵入口阀c、循环泵出口阀b、循环入口阀g，氮气进口D管路上设有氮气进气阀h、产物出口M管路上设有出料阀a、原料油进料管上设有原料油进口阀d、甘油进料管上设有甘油进口阀e。
如图所示，本发明利用以上装置进行甘油酯化反应的步骤是：打开原料油进口阀d、甘油进口阀e及循环泵入口阀c，启动循环泵2，打开循环泵出口阀b及循环入口阀g，关闭装置其它阀，原料油和甘油依次经过循环泵2、预热器3、水力空化器4、液体分布器104进入甘油酯化反应罐1，直至进料完毕；关闭原料油进口阀d和甘油进口阀e，打开循环出口阀f，开始循环，打开氮气进气阀h，置换反应体系中的空气；打开导热油进口A及导热油出口B，通过导热油进口A的开口程度调节导热油的流量；产物水蒸汽经产物水出口F及冷凝水进口G进入冷凝器5，再经冷凝水出口I及产物水收集罐进口J进入产物水收集罐6；
反应完毕后，关闭循环入口阀g及循环泵出口阀b，打开出料阀a，将反应液输出，进行下一步操作，也可将反应液与原料油换热以回收部分热量，完成甘油酯化反应装置上的操作。
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)

1.一种甘油酯化反应装置，包括管路循环连接的甘油酯化反应罐（1）、循环泵（2）、预热器（3）及水力空化器（4），其特征在于所述循环泵（2）的泵液出口与甘油酯化反应罐（1）上部的循环入口（C）连接，循环泵的泵液入口与甘油酯化反应罐（1）底部的循环出口（E）连接，预热器（3）及水力空化器（4）设置在泵液出口与循环入口（C）之间，泵液入口与循环出口（E）之间设有原料油进料管及甘油进料管，甘油酯化反应罐（1）顶部的产物水出口（F）通过冷凝器（5）连接产物水收集罐（6）的产物水收集罐进口（J），产物水收集罐（6）底部设有出料口（K），甘油酯化反应罐（1）上还设有氮气进口（D），连接管路上设有控制阀；
所述甘油酯化反应罐（1）内设有液体分布器（102）和气体分布器（103），液体分布器（102）与循环入口（C）连接，气体分布器（103）与氮气进口（D）连接。
2.根据权利要求1所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于液体分布器（102）和气体分布器（103）均为排管式结构，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。
3.根据权利要求1所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述循环泵（2）的泵液出口分为两路，一路与产物出口（M）连接，另一路通过预热器（3）及水力空化器（4）与循环入口（C）连接。
4.根据权利要求1所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于氮气进口（D）管路上设有氮气进气阀（h），甘油酯化反应罐（1）顶部设有压力表（101），压力表（101）与氮气进气阀（h）连接，形成氮气自控体系。
5.根据权利要求1所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述循环泵（2）采用扬程为20-50m的离心泵。
6.根据权利要求1所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述冷凝器（5）上端设有冷凝器放空口（H），冷凝器放空口（H）管路上设有第一单向放空阀（i）；产物水收集罐（6）顶部设有第二放空口（L），第二放空口（L）管路上设有第二单向放空阀（j）。
7.根据权利要求1所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述甘油酯化反应罐（1）、循环泵（2）、预热器（3）及水力空化器（4）的循环管路上，从循环出口（E）至循环入口（C）依次设有循环出口阀（f）、循环泵入口阀（c）、循环泵出口阀（b）、循环入口阀（g）。
8.根据权利要求3所述的一种甘油酯化反应装置，其特征在于所述氮气进口（D）管路上设有氮气进气阀（h）、产物出口（M）管路上设有出料阀（a）、原料油进料管上设有原料油进口阀（d）、甘油进料管上设有甘油进口阀（e）。
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