CN106010787B - 一种自旋式汽提填料塔及应用在脂肪酸酯脱酸脱臭的方法 - Google Patents

一种自旋式汽提填料塔及应用在脂肪酸酯脱酸脱臭的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自旋式汽提填料塔及应用在脂肪酸酯脱酸脱臭的方法。该自旋式汽提填料塔包括塔体、上支撑架、下支撑架、中心轴、内胆、位于内胆上方的进料装置、位于内胆下方的驱动装置。本发明利用蒸汽作动力来转动内胆，内胆填充的金属丝网在高速转动下可将从内胆上部喷入的脂肪酸酯切割分散成无数微细液滴，形成雾状，极大扩展了液体的表面积，与从下部进入的水蒸汽接触面增大，液体中游离脂肪酸更容易蒸发及溶入水蒸汽中，同时雾状酯液完全覆盖，填料表面不留任何死角。本发明极大提高了填料的效率，从而达到将游离脂肪酸及臭味与脂肪酸酯的彻底分离的目的。

Description

一种自旋式汽提填料塔及应用在脂肪酸酯脱酸脱臭的方法
技术领域
本发明涉及一种用于脂肪酸酯脱酸脱臭的汽提填料塔及其应用在脂肪酸酯脱酸脱臭的方法，同时也适用于动植物油脂的脱酸、脱臭。
背景技术
脂肪酸酯用途广泛。例如，生物柴油(一种替代燃料)包含酯(例如脂肪酸甲酯、脂肪酸乙酯等)。一些低分子量的酯是挥发性的，具有令人愉快的气味，这使得它们可用作芳香剂或调味剂。脂肪酸酯也被用作大漆、油漆、清漆等的溶剂。酯也可以用作树脂和塑料中的软化剂、增塑剂、阻燃剂以及在汽油和油中的添加剂。此外，酯可以在聚合物、薄膜、纺织品、染料和药品的制造中使用。因此，脂肪酸酯在当今时代是非常有用的。
脂肪酸酯可以从石油中提取。但是这种方法耗能高且昂贵。并且，频繁裂化粗石油中的长链烃以产生更小的单体是个低效的方法。然后这些单体被用作原材料以制造更复杂的特殊化学品。裂化汽油或石油的这种方法是对环境有害的。由于这些起始材料的成本与石油价格挂钩，因此制备这些脂肪酸酯的成本也将随着石油价格的增长而增长。
由于石油提取存在环境破坏的风险，因此脂肪酸酯的生产目前广泛使用的方法是利用从动植物油中提取的单体脂肪酸与烷基醇(如甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、异辛醇等)酯化，再经脱酸、脱臭等工序制成。如常用的脂肪酸甲酯、十二十四酸异丙酯、十六十八酸异丙酯、异辛酯，油酸丁酯、异辛酯等都可以通过该方法制成。
脂肪酸与烷基醇酯化反应结束后，还有少量游离脂肪酸存在，游离脂肪酸会严重影响油酯的储藏稳定性和使用品质，如酸败味、烟点低等问题。因此游离脂肪酸的含量受到严格控制，特别是用于与人体皮肤接触的护肤品、用于添加到高端润滑油中油酸酯等，其游离脂肪酸含量要求小于0.1％。所以在生产过程中脱酸是十分关键的工艺之一，游离脂肪酸脱不净，直接影响酯产品的质量，无法应用于下游产品中。
目前，国内外的油脂脱酸工艺已从原来的碱炼的化学脱酸法发展到真空精馏的物理脱酸法。物理脱酸法的突出优点是：工艺简洁，无废水，油脂得率高，产品质量好。物理脱酸法利用游离脂肪酸的沸点低于脂肪酸酯的沸点进行脱酸，其核心设备是汽提填料塔，油酯液从塔顶部进入，油酯液在重力的作用向下移动，水蒸汽从塔底部喷入，在塔顶真空的抽引下，水蒸汽向上升。水蒸汽与油酯液呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面接触，油酯液中的游离脂肪酸在高温、高真空状态下达到沸点、汽化并与水蒸汽溶合共沸，流向塔顶冷凝后移出系统外，达到脱酸目的；沸点高的油酯继续向下移动作为脱酸后的产品。
为了有效脱除产品中的游离酸，汽液两相不仅要表面充分接触，而且接触次数越多，游离脂肪酸越容易脱离油酯。但现有物理脱酸法技术存在以下问题：
1、常规的汽提塔塔内桶是固定不动的，油酯液体自塔顶喷入后在填料表面容易分布不均或成细流或走短路，使填料的实际有效理论塔板数降低至60％左右；
2、为了有足够的接触交换次数，常规的汽提塔必须提高填料高度，常规的填料高度5000～10000mm，填料高度越高，整塔的压力降越大，需要提高塔底加热温度来使游离脂肪酸汽化，但当游离脂肪酸的汽化温度超过240℃时会发生分子裂解，产生难闻异味，导致产品不合格。
所以既要降低塔填料高度，又要保持汽提分离效果，需研制出一种新型的汽提填料塔及脂肪酸酯脱酸脱臭的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种新型的自旋式汽提填料塔，并提供及其应用在脂肪酸酯脱酸脱臭的方法。具有脱酸效率高、产品质量高的优点，解决了常规的汽提塔效率低、脱酸效果差的技术问题。
本发明提供了一种新型的自旋式汽提填料塔，它包括塔体、上支撑架、下支撑架、中心轴、塔内筒、位于塔内筒上方的进料装置、位于塔内筒下方的驱动装置；
上支撑架和下支撑架设置与中心轴配套的中心孔，以中心孔为中心延伸支脚，支脚末端与塔体焊接相连；中心轴与上支撑架和下支撑架通过滚珠轴承相连；
塔内筒包括筒体、中间的填充材料金属丝网、用于封口的盖板、用于支撑的底板；盖板与底板为圆环形带孔板，开孔率为40％-66％，优选50％-60％；其内孔及外环沿着圆周均带有翻边；通过螺栓将盖板与底板的翻边与中心轴及筒体相连，从而将整个塔内桶连接在中心轴上；塔内桶位于上支撑架和下支撑架之间。本发明的塔内桶可以旋转，从塔顶部流下的液体流被快速旋转的填料金属丝网切割分散成无数微细液滴，形成雾状，极大扩展了液体的表面积，与从底部喷入的水蒸汽接触面增大，液体中游离脂肪酸更容易蒸发及溶入水蒸汽中，同时雾状酯液完全覆盖，填料表面不留任何死角，极大提高了填料的效率，从而达到游离脂肪酸与油酯的彻底分离。本发明的盖板与底板为圆环形带孔板，开孔率为40％-66％，优选50％-60％，开孔率太小，影响物料的流动，开孔率太大，影响装置的稳固性。
驱动装置包括叶轮、蒸汽喷嘴；叶轮内孔沿圆周方向带有翻边，通过螺栓将翻边与中心轴相连；蒸汽喷嘴位于叶轮下方，喷入蒸汽可使叶轮转动，叶轮带动中心轴转动，从而带动塔内筒转动；本发明利用本身就会喷入的水蒸汽作动力来转动塔内桶从而带动填料转动，更有效的利用水蒸气，做完功后的水蒸汽在塔顶真空泵的抽引下上升进入填料层，与酯液接触，与游离脂肪酸共沸一起上升移出塔外；而传统的机械传动轴密封易漏气，影响分离效率和产品质量。
进料装置包括压力式分布器。
筒体与盖板或底板之间连接的螺栓不少于8颗。
上支撑架、下支撑架的支脚为3-6根。
叶轮的叶片为8-12叶。
塔体直径为0.6米-2米。塔内筒的直径为塔体直径的95％-97％。叶轮的直径为塔体直径的85％-90％。塔内筒的直径小于塔体直径，意味着塔内桶与塔体之间有缝隙，从而可以实现塔内桶可以在塔体内转动。缝隙不能太小，太小的话塔内桶晃动的话可能撞到塔体从而产生危险；缝隙也不能太大，太大的话顶部喷入的物料可能从缝隙直接落下来，而没有被填料金属丝网切割、雾化，因此造成与水蒸气接触不充分，从而引起游离脂肪酸未分离完全，造成产品质量不合格。本发明控制塔内筒的直径为塔体直径的95％-97％，缝隙既不会过小也不会过大，产品脱酸效果好、产品质量高。
塔体下部设置有视镜及光电测速仪，光电测速仪通过视镜检测塔内筒的转速。内胆转速的快慢由喷入蒸汽的压力来调节，由光电测速仪与压力仪表及电动蒸汽阀门联动，压力越高，动力越足，转速越快，通常塔外蒸汽压力0.1-0.3mpa时可控制转速为30～120转/分；内筒转速不能过快，过快的话容易将物料甩向筒体甚至塔内桶与筒体之间的缝隙，导致物料与水蒸气接触不够，造成产品质量不合格；内筒转速也不能过慢，过慢的话填料金属丝网对物料的切割、雾化不够，也能造成产品质量不合格，本发明通过调整蒸汽喷入量控制塔内筒的转速为30～120转/分，优选60～80转/分，脱酸效果好、收率高、产品质量好。
塔内桶填料高度为2500-3500mm。
本发明还提供了一种利用上述自旋式汽提填料塔对脂肪酸酯进行脱酸脱臭的方法，其步骤包括：
a、塔顶抽真空，控制塔顶真空残压：≤200pa；
b、蒸汽喷嘴喷入蒸汽并通过调整蒸汽喷入量控制塔内筒的转速为30～120转/分，优选60～80转/分；内胆转速的快慢由喷入蒸汽的压力来调节，由光电测速仪与压力仪表及电动蒸汽阀门联动，压力越高，动力越足，转速越快，通常塔外蒸汽压力0.1-0.3mpa时可控制转速为60～80转/分；
c、进料装置喷入210～240℃的物料；
d、物料与蒸汽在塔内充分混合后，蒸汽从塔体上部管道排出经冷凝后作为废料，收集从塔体下部管道流出的产品，即可。
附图说明
图1自旋式汽提填料塔的整体结构示意图；
图2为自旋式汽提填料塔的整体结构示意图的A部放大图；
图3为上支撑架及下支撑架的结构示意图。
具体实施方式
通过下面给出的具体实施例，可以进一步清楚的了解本发明，但他们不是对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，本发明提供了一种自旋式汽提填料塔，包括塔体1、上支撑架3、下支撑架4、中心轴5、塔内筒、位于塔内筒上方的进料装置2、位于塔内筒下方的驱动装置；进料装置2包括常规的压力式分布器13，可将物料均匀喷洒于塔内桶上；
如图3所示上支撑架3和下支撑架4设置与中心轴5配套的中心孔，以中心孔为中心延伸3-6跟支脚6，支脚6末端与塔体1焊接相连；中心轴5与上支撑架3和下支撑架4通过滚珠轴承相连；中心轴及支撑架将塔内桶、驱动装置连接在塔体1上，起到了连接及承重的作用；
如图1、图2所示，塔内筒包括筒体7、中间填充2500-3500mm高的金属丝网10、用于封口的盖板8、用于支撑的底板9；所述盖板8与底板9为圆环形带孔板，其内环及外环均带有翻边；通过螺栓将盖板8与底板9的翻边与中心轴5及筒体7相连，从而将整个塔内桶连接在中心轴5上；筒体7与盖板8或底板9之间连接的螺栓不少于8颗；塔内桶位于上支撑架3和下支撑架4之间；
驱动装置包括叶片为8-12叶的叶轮11、蒸汽喷嘴12；叶轮11内孔沿圆周方向带有翻边，通过螺栓将翻边与中心轴5相连；蒸汽喷嘴12位于叶轮11下方，喷入蒸汽可使叶轮11转动，叶轮11带动中心轴5转动，从而带动塔内筒转动，叶轮11位于塔内桶及下支撑架4之间；
塔体1直径为0.6米-2米；筒体7的直径为塔体1直径的95％-97％；叶轮11的直径为塔体1直径的85％-90％；
塔体下部设置有视镜14及光电测速仪15，光电测速仪15通过视镜14检测塔内筒的转速。塔内桶转速的快慢由喷入蒸汽的压力来调节。如图1所示，蒸汽从蒸汽管道19进入蒸汽气泡21，通过光电测速仪15及压力式电动阀门20联动控制压力，压力越高，动力越足，蒸汽流量越大(通过蒸汽流量计18检测流量)，转速越快，塔外蒸汽压力0.1-0.3mpa可控制转速60～120/分。
本发明的脂肪酸酯脱酸脱臭的方法，其步骤包括：
a、塔顶抽真空，控制塔顶真空残压：≤200pa；
b、蒸汽喷嘴12喷入蒸汽并通过调整蒸汽喷入量控制塔内筒的转速为30～120转/分，优选60～80转/分；
c、进料装置2喷入210～240℃的物料；
d、物料与蒸汽在塔内充分混合后，蒸汽从塔体上部管道16排出经冷凝后作为废料，收集从塔体下部管道17流出的产品，即可。
实施例2：叶轮11位于下支撑架4下方，其余与实施例1相同。
实施例3：考察内筒转速与脱酸效果：
条件：实施例1自旋式汽提塔，塔体直径DN1000；填料规格：CY700型；高度：3000mm；
步骤：
a、塔顶抽真空，控制塔顶真空残压：≤200pa；
b、蒸汽喷嘴喷入蒸汽并通过调整蒸汽喷入量控制塔内筒的转速为约80转/分；
c、进料装置喷入220℃的十二十四酸异丙酯，进料速度为1500L/小时；
d、物料与蒸汽在塔内充分混合后，蒸汽从塔体上部管道排出经冷凝后作为废料，收集从塔体下部管道流出的产品，检查游离酸含量，结果见下表1。
表1：内筒转速与脱酸效果
Figure GDA0001127524080000051
结论：从上表可以看出，内筒转速30～120转/分时游离酸含量小于0.5％，内筒转速为60～80转/分时，游离酸含量小于0.2％。转速太大或太小均可影响产品质量。
实施例4：填料高度与产品的技术指标的对比：
条件：实施例1自旋式汽提塔，塔体直径：DN1000；填料规格CY700型；
步骤：
a、塔顶抽真空，控制塔顶真空残压：≤200pa；
b、蒸汽喷嘴喷入蒸汽并通过调整蒸汽喷入量控制塔内筒的转速为约80转/分；
c、进料装置喷入220℃的十二十四酸异丙酯，进料速度为1500L/小时；
d、物料与蒸汽在塔内充分混合后，蒸汽从塔体上部管道排出经冷凝后作为废料，收集从塔体下部管道流出的产品，检查各指标，结果见下表2。
表2：填料高度与产品的技术指标的对比
Figure GDA0001127524080000052
Figure GDA0001127524080000061
结论：填料高度过高过过低都会产生产品质量问题，本发明选择填料高度在2500-3500mm，产品质量合格。

Claims (8)

1.一种自旋式汽提填料塔，其特征是，它包括塔体(1)、上支撑架(3)、下支撑架(4)、中心轴(5)、塔内筒、位于塔内筒上方的进料装置(2)、位于塔内筒下方的驱动装置；
所述上支撑架(3)和下支撑架(4)设置与中心轴(5)配套的中心孔，以中心孔为中心延伸支脚(6)，支脚(6)末端与塔体(1)焊接相连；中心轴(5)与上支撑架(3)和下支撑架(4)通过滚珠轴承相连；
所述塔内筒包括筒体(7)、中间的填充材料金属丝网(10)、用于封口的盖板(8)、用于支撑的底板(9)；所述盖板(8)与底板(9)为圆环形带孔板，其开孔率为50％-60％，其内孔及外环沿圆周方向均带有翻边；通过螺栓将盖板(8)与底板(9)的翻边与中心轴(5)及筒体(7)相连，从而将整个塔内桶连接在中心轴(5)上；塔内桶位于上支撑架(3)和下支撑架(4)之间；
所述驱动装置包括叶轮(11)、蒸汽喷嘴(12)；叶轮(11)内孔沿圆周方向带有翻边，通过螺栓将翻边与中心轴(5)相连；蒸汽喷嘴(12)位于叶轮(11)下方，喷入蒸汽可使叶轮(11)转动，叶轮(11)带动中心轴(5)转动，从而带动塔内筒转动，所述叶轮(11)的叶片为8-12叶；
所述进料装置(2)包括压力式分布器(13)；所述塔体(1)直径为0.6米-2米；所述塔体下部设置有视镜(14)及光电测速仪(15)，光电测速仪(15)通过视镜(14)检测塔内筒的转速。
2.如权利要求1所述填料塔，其特征在于所述筒体(7)与盖板(8)或底板(9)之间连接的螺栓不少于8颗。
3.如权利要求1所述填料塔，其特征在于所述支脚(6)为3-6根。
4.如权利要求1所述填料塔，其特征在于所述筒体(7)的直径为塔体(1)直径的95％-97％。
5.如权利要求1所述填料塔，其特征在于所述叶轮(11)的直径为塔体(1)直径的85％-90％。
6.如权利要求1所述填料塔，其特征在于所述塔内桶填料高度为2500-3500mm。
7.一种利用如权利要求1所述自旋式汽提填料塔对脂肪酸酯进行脱酸脱臭的方法，其步骤包括：
a、塔顶抽真空，控制塔顶真空残压：≤200pa；
b、蒸汽喷嘴喷入蒸汽并通过调整蒸汽喷入量控制塔内筒的转速为30～120转/分；
c、进料装置喷入210～240℃的物料；
d、物料与蒸汽在塔内充分混合后，蒸汽从塔体上部管道排出经冷凝后作为废料，收集从塔体下部管道流出的产品，即可。
8.一种如权利要求7所述方法，其特征在于所述步骤b蒸汽喷嘴喷入蒸汽并通过调整蒸汽喷入量控制塔内筒的转速为60～80转/分。
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