CN106221905A - 一种电磁加热蒸馏生物柴油的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁加热蒸馏生物柴油的方法，包括：蒸馏系统抽真空、进料、升膜电磁加热和降膜电磁加热、气液热交换、冷却回流、收集馏分等步骤。本发明通过升膜电磁加热蒸发管和降膜电磁加热蒸发管将粗生物柴油迅速升温、汽化，避免了传统导热油加热方式在蒸馏过程中加热升温时间长，而导致其中某些成分在高温下发生分解、聚合和碳化等副反应，减小了加热对物料酸值、色度及气味的影响，从而提高生物柴油纯度及品质。另外，本发明方法无污染物排放，绿色环保，生产效率高，操作简单。

Description

一种电磁加热蒸馏生物柴油的方法

技术领域

本发明涉及一种生物柴油的蒸馏方法，具体是指一种采用电磁加热生物柴油蒸馏方法。

背景技术

生物柴油是清洁的可再生能源，是优质的石油柴油代用品。它以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻等油料水生植物以及动物油脂、餐饮废油等油脂为原料，经酯交换反应制成。与普通柴油相比，使用生物柴油可降低90％的空气毒性，降低94％的患癌率；由于生物柴油含氧量高，燃烧时排烟少，一氧化碳的排放与普通柴油相比约可减少10％(有催化剂时为95％)；生物柴油的生物降解性高，因此具有优良的环保特性。主要表现在由于生物柴油中硫含量低，使得二氧化硫和硫化物的排放低，可减少约30％(有催化剂时为70％)；生物柴油中不含对环境造成污染的芳香族烷烃，因而废气对人体损害低于普通柴油。另外，生物柴油具有较好的安全性能。由于其闪点高，生物柴油不属于危险品因此，在运输、储存、使用方面的安全性是显而易见的。同时，生物柴油具有良好的燃料性能。由于十六烷值高，使其燃烧性好于普通柴油。生物柴油燃烧残留物呈微酸性，使催化剂和发动机机油的使用寿命加长。最为显著的优点在于作为可再生能源，与石油储量有限不同，其供应量不会枯竭。因此，生物柴油产业有利于环境保护和能源供应的可持续性。

现在国内生物柴油生产企业传统工艺中，生物柴油蒸馏塔一般采用导热油加热方式，需要增加导热油炉，不但提高了成本，存在产生废气，不利于环保。而且其加热效率较低，蒸馏塔升温慢，物料在塔内存留时间长，容易产生物料的结焦现象，停车后降温速度较慢，从而降低了整个生产系统的效率，生产中产生的多余的热量无法回收，增加了耗能。若采用一般的电加热方式。如电热圈加热的方式是通过接触传导方式把热量传到料筒上，只有紧靠在料筒表面内侧的热量才能传到料筒上，这样外侧的热量大部分散失到空气中，存在着热传导损失，并导致环境温度上升。另外电阻丝加热还有一个缺点就是功率密度低，无法适应需要温度较高加热要求，而且电热圈的电阻丝在高温状态下氧化而导致加热功率的降低的缺点。

比如，授权公开号为CN100424153C的中国专利公开了利用离心式分子蒸馏技术生产内燃机用生物柴油的方法，该方法虽然改进了一些传统蒸馏工艺缺点，省略了水洗及干燥过程，没有废水污染等优点。但从生产工艺设备复杂程度考虑，该方法采用较为复杂的离心式分子蒸馏技术，设备较为复杂，设备维护和生产成本也较高，不适用相关生物柴油企业降低生产成本。

再如，授权公开号为CN103468400B的中国发明专利公开了生物柴油生产蒸馏及脱臭方法，该方法将水洗后的粗甲酯，进行蝶式离心机快速分离粗甲酯和甘油皂水混合物，再进入降膜脱水塔脱除残余水分，再进行生物柴油蒸馏。但其依然采用传统的导热油进行加热，不可避免具有一些导热油加热方式的缺点。如，加热升温较慢，加热能效比低，热量容易散失不易回收，导热剂长时间使用需要更换，导热油加热设备检修较为复杂等缺点。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中传统加热方式蒸馏生物柴油，粗生物柴油在蒸馏过程中加热升温时间长，导致生物柴油某些成分在高温下发生分解、聚合和碳化等副反应的问题，提供一种能使粗生物柴油迅速升温、汽化，减小加热对物料酸值、色度及气味的影响，提高生物柴油纯度及品质，且易于控制蒸馏过程，蒸馏能效比高，绿色无污染的电磁加热蒸馏生物柴油的方法。

本发明提供的技术方案如下：

(1)首先对蒸馏系统进行抽真空，使系统处于真空度为10Pa～500Pa真空状态；

(2)将待蒸馏物料粗生物柴油以3000L/h～6000L/h的进料速度打入蒸馏塔内，通过进料分配器，粗生物柴油呈分散状液滴落下；

(3)通过高温循环泵将粗生物柴油打入升膜电磁加热蒸发管加热，其受热迅速沸腾汽化，料液继续吸热产生大量生物柴油蒸汽泡，许多小蒸汽泡汇合成大蒸汽泡，汽泡进一步增大形成气栓，生物柴油蒸汽夹带料液受二次蒸汽的摩擦牵引拉曳成一层液膜，沿管壁迅速上升，在上升过程中快速汽化；

(4)在升膜电磁加热蒸发管内，通过高温循环泵和已汽化的生物柴油蒸汽推动未汽化的生物柴油，流经降膜电磁加热蒸发管继续加热。物料随着重力、蒸汽以及真空诱导的作用下，形成均匀的膜状自上而下流动，料液在流动过程中，被降膜电磁加热蒸发管迅速加热汽化；

(5)蒸馏塔内连续上升的生物柴油蒸汽流与打入的粗生物柴油逆向交叉流动，进行热交换，部分生物柴油蒸汽凝结为液滴与打入的粗生物柴油落回蒸馏塔内继续加热；

(6)连续上升的生物柴油蒸汽流与冷凝装置中的冷却介质进行热交换，全部冷凝进入回流罐，通过控制阀调节回流量，一部分作为生物柴油产品采出，另一部分被送入塔内作为回流液；

(7)蒸馏塔内回流液及未汽化的粗生物柴油通过高温循环泵，打入升膜电磁加热蒸发管和降膜电磁加热管继续加热；

(8)蒸馏结束后，从蒸馏塔底部排出蒸馏残液。

进一步的，升膜电磁加热管长径比为100:1～150:1，管径为25mm～50mm，电磁加热管外包裹保温层10mm～30mm，电磁加热线圈以螺旋方式缠绕在保温层之外，线圈间距为5mm～20mm，控制管内二次蒸汽在管内速度为10m/s～100m/s，促进升膜电磁加热蒸发管内形成液膜，加强蒸发效应。

进一步的，降膜电磁加热管长径比为100:1～150:1，管径为25mm～50mm，电磁加热管外包裹保温层10mm～30mm，电磁加热线圈以螺旋方式缠绕在保温层之外，线圈间距为5mm～20mm，控制管内二次蒸汽在管内速度为10m/s～100m/s，促进降膜电磁加热蒸发管内形成液膜，加强蒸发效应。

进一步的，生物柴油冷凝装置的冷却介质采用粗生物柴油，热交换后粗生物柴油可预热到70℃～120℃，预热后的粗生物柴油再经进料口进入蒸馏塔内，达到回收热能，提高能效的效果。

进一步的，当蒸馏塔内温度大于250℃时，蒸馏结束，从蒸馏塔底部排出蒸馏残液。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明主要是利用电磁感应的原理，通过电能与热能的转换对物料进行加热。原理是：高速变化的高频高压电流流过线圈会产生高速变化的交变磁场，当磁场内的交变磁力线通过导磁性金属铁或钴或镍材料时，会在金属体内产生无数的小涡流，使金属材料本身自行高速发热，热能传导，从而达到加热金属容器中物料的目的。因为电磁加热圈本身不发热，不会像电热圈的电阻丝在高温状态下氧化而导致加热功率的降低。与现有技术相比，该发明方法蒸馏生物柴油过程利用升膜、降膜的的电磁加热方式来加热物料，升温迅速，加热温度均匀，停留短暂，热效能高，避免了物料中某些成分在高温下发生分解、聚合和碳化等副反应，进而减小了加热对物料酸值、色度及气味的影响，从而提高生物柴油纯度及品质。另外，本发明方法无污染物排放，绿色环保，生产效率高，操作简单。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明专利的特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法的流程图；

图2为本发明一种采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法的物料在升膜电磁加热管蒸发流型的示意图；

图3为本发明一种采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法的物料在降膜电磁加热管蒸发流型的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明专利进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明专利，但不以任何形式限制本发明专利。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明专利的保护范围。

实施例1

如图1所示，一种采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法为：

(1)首先对蒸馏系统进行抽真空，真空度为10Pa；

(2)将粗生物柴油以6000L/h的进料速度打入蒸馏塔内，通过进料分配器，粗生物柴油呈分散状液滴落下；

(3)通过高温循环泵将粗生物柴油打入升膜电磁加热蒸发管加热。升膜电磁加热蒸发管长径比为100:1，管径为50mm，电磁加热管外包裹保温层10mm，电磁加热线圈以螺旋方式缠绕在保温层之外，线圈间距为20mm，控制管内二次蒸汽在管内速度为100m/s，促进升膜电磁加热蒸发管内形成液膜，加强蒸发效应；

(4)在升膜电磁加热蒸发管内，通过高温循环泵和已汽化的生物柴油蒸汽推动未汽化的生物柴油，流经降膜电磁加热蒸发管继续加热。降膜电磁加热蒸发管长径比为150:1，管径为50mm，电磁加热管外包裹保温层10mm，电磁加热线圈以螺旋方式缠绕在保温层之外，线圈间距为20mm，控制管内二次蒸汽在管内速度为100m/s，促进降膜电磁加热蒸发管内形成液膜，加强蒸发效应；

(5)蒸馏塔内连续上升的生物柴油蒸汽流与打入的粗生物柴油逆向交叉流动，进行热交换，部分生物柴油蒸汽凝结为液滴与打入的粗生物柴油落回蒸馏塔内继续加热；

(6)连续上升的生物柴油蒸汽流与冷凝装置中的冷却介质进行热交换，全部冷凝进入回流罐，通过控制阀调节回流量，一部分作为生物柴油产品采出，另一部分被送入塔内作为回流液。在此过程中冷却装置的冷却介质为粗生物柴油，粗生物柴油被预热到70℃；

(7)蒸馏塔内回流液及未汽化的粗生物柴油通过高温循环泵，打入升膜电磁加热蒸发管和降膜电磁加热管继续加热；

(8)当蒸馏温度大于250℃时，结束蒸馏，通过蒸馏塔底部排放出蒸馏残液植物沥青。蒸馏结束后，生物柴油纯度达到98.8％。

实施例2

如图1所示，一种采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法为：

(1)首先对蒸馏系统进行抽真空，真空度为500Pa；

(2)将粗生物柴油以3000L/h的进料速度打入蒸馏塔内，通过进料分配器，粗生物柴油呈分散状液滴落下；

(3)通过高温循环泵将粗生物柴油打入升膜电磁加热蒸发管加热。升膜电磁加热蒸发管长径比为130:1，管径为40mm，电磁加热管外包裹保温层20mm，电磁加热线圈以螺旋方式缠绕在保温层之外，线圈间距为10mm，控制管内二次蒸汽在管内速度为50m/s，促进升膜电磁加热蒸发管内形成液膜，加强蒸发效应；

(4)在升膜电磁加热蒸发管内，通过高温循环泵和已汽化的生物柴油蒸汽推动未汽化的生物柴油，流经降膜电磁加热蒸发管继续加热。降膜电磁加热蒸发管长径比为130:1，管径为40mm，电磁加热管外包裹保温层20mm，电磁加热线圈以螺旋方式缠绕在保温层之外，线圈间距为10mm，控制管内二次蒸汽在管内速度为50m/s，促进降膜电磁加热蒸发管内形成液膜，加强蒸发效应；

(5)蒸馏塔内连续上升的生物柴油蒸汽流与打入的粗生物柴油逆向交叉流动，进行热交换，部分生物柴油蒸汽凝结为液滴与打入的粗生物柴油落回蒸馏塔内继续加热；

(6)连续上升的生物柴油蒸汽流与冷凝装置中的冷却介质进行热交换，全部冷凝进入回流罐，通过控制阀调节回流量，一部分作为生物柴油产品采出，另一部分被送入塔内作为回流液。在此过程中冷却装置的冷却介质为粗生物柴油，粗生物柴油被预热到120℃；

(7)蒸馏塔内回流液及未汽化的粗生物柴油通过高温循环泵，打入升膜电磁加热蒸发管和降膜电磁加热管继续加热；

(8)当蒸馏温度大于250℃时，结束蒸馏，通过蒸馏塔底部排放出蒸馏残液植物沥青。蒸馏结束后，生物柴油纯度达到97.1％。

实施例3

如图1所示，一种采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法为：

(1)首先对蒸馏系统进行抽真空，真空度为200Pa；

(2)将粗生物柴油以4000L/h的进料速度打入蒸馏塔内，通过进料分配器，粗生物柴油呈分散状液滴落下；

(3)通过高温循环泵将粗生物柴油打入升膜电磁加热蒸发管加热。升膜电磁加热蒸发管长径比为150:1，管径为25mm，电磁加热管外包裹保温层30mm，电磁加热线圈以螺旋方式缠绕在保温层之外，线圈间距为5mm，控制管内二次蒸汽在管内速度为10m/s，促进升膜电磁加热蒸发管内形成液膜，加强蒸发效应；

(4)在升膜电磁加热蒸发管内，通过高温循环泵和已汽化的生物柴油蒸汽推动未汽化的生物柴油，流经降膜电磁加热蒸发管继续加热。降膜电磁加热蒸发管长径比为150:1，管径为25mm，电磁加热管外包裹保温层30mm，电磁加热线圈以螺旋方式缠绕在保温层之外，线圈间距为5mm，控制管内二次蒸汽在管内速度为10m/s，促进降膜电磁加热蒸发管内形成液膜，加强蒸发效应；

(5)蒸馏塔内连续上升的生物柴油蒸汽流与打入的粗生物柴油逆向交叉流动，进行热交换，部分生物柴油蒸汽凝结为液滴与打入的粗生物柴油落回蒸馏塔内继续加热；

(6)连续上升的生物柴油蒸汽流与冷凝装置中的冷却介质进行热交换，全部冷凝进入回流罐，通过控制阀调节回流量，一部分作为生物柴油产品采出，另一部分被送入塔内作为回流液。在此过程中冷却装置的冷却介质为粗生物柴油，粗生物柴油被预热到100℃；

(7)蒸馏塔内回流液及未汽化的粗生物柴油通过高温循环泵，打入升膜电磁加热蒸发管和降膜电磁加热管继续加热；

(8)当蒸馏温度大于250℃时，结束蒸馏，通过蒸馏塔底部排放出蒸馏残液植物沥青。蒸馏结束后，生物柴油纯度达到97.6％。

如图2所示，料液在升膜电磁加热蒸发管内的加热蒸发过程和形态为：料液泵入升膜电磁加热蒸发管，料液受热沸腾后迅速汽化，料液继续吸热时产生大量蒸汽泡，许多气泡汇合成大块流，气泡进一步增大形成气栓，蒸汽夹带料液受二次蒸汽的摩擦牵引拉曳成一层液膜，沿管壁迅速上升，在上升过程中快速汽化。

如图3所示，料液在降膜电磁加热蒸发管内的加热蒸发过程和形态为：料液泵入降膜电磁加热蒸发管，料液受热沸腾后迅速汽化，管内气液两相向上流动流型一般可划分为气泡流、弹状流、搅动流、环状流和雾状流。

需要说明的是，图2、图3对料液的加热蒸发过程和形态描述，同时适用于实施例1、实施例2和实施例3。

实施例1、实施例2和实施例3的实验数据与标准号为GB/T 20828-2015的国家标准对比结果见表1：

表1

项目	实施例1	实施例2	实施例3	GB/T 20828-2015
					酸值，mgKOH/g	0.17	0.28	0.41	≤0.50
色度	1#	1#	1#	无要求
					气味	无异味	无异味	无异味	无要求
酯含量，％	98.8	97.1	97.6	≥96.5

由表1可知，本发明采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法使生物柴油的酸值、色度、气味及纯度等指标上均达到了国家标准以上。

Claims (5)

1.一种电磁加热蒸馏生物柴油的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

(1)首先对蒸馏系统进行抽真空，使系统处于真空度为10Pa～500Pa真空状态；

(2)将待蒸馏物料粗生物柴油以3000L/h～6000L/h的进料速度打入蒸馏塔内，通过进料分配器，粗生物柴油呈分散状液滴落下；

(3)通过高温循环泵将粗生物柴油打入升膜电磁加热蒸发管加热，其受热迅速沸腾汽化，料液继续吸热产生大量生物柴油蒸汽泡，许多小蒸汽泡汇合成大蒸汽泡，汽泡进一步增大形成气栓，生物柴油蒸汽夹带料液受二次蒸汽的摩擦牵引拉曳成一层液膜，沿管壁迅速上升，在上升过程中快速汽化；

(4)在升膜电磁加热蒸发管内，通过高温循环泵和已汽化的生物柴油蒸汽推动未汽化的生物柴油，流经降膜电磁加热蒸发管继续加热。物料随着重力、蒸汽以及真空诱导的作用下，形成均匀的膜状自上而下流动，料液在流动过程中，被降膜电磁加热蒸发管迅速加热汽化；

(5)蒸馏塔内连续上升的生物柴油蒸汽流与打入的粗生物柴油逆向交叉流动，进行热交换，部分生物柴油蒸汽凝结为液滴与打入的粗生物柴油落回蒸馏塔内继续加热；

(6)连续上升的生物柴油蒸汽流与冷凝装置中的冷却介质进行热交换，全部冷凝进入回流罐，通过控制阀调节回流量，一部分馏分作为产品纯生物柴油采出，另一部馏分作为回流液被送入塔内；

(7)蒸馏塔内回流液及未汽化的粗生物柴油通过高温循环泵，打入升膜电磁加热蒸发管和降膜电磁加热管继续加热；

(8)蒸馏结束后，从蒸馏塔底部排出蒸馏残液植物沥青。

2.如权利要求1所述的一种采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法，其特征在于，所述步骤(3)涉及的升膜电磁加热管长径比为100:1～150:1，管径为25mm～50mm，电磁加热管外包裹保温层10mm～30mm，电磁加热线圈以螺旋方式缠绕在保温层之外，线圈间距为5mm～20mm，控制管内二次蒸汽在管内速度为10m/s～100m/s，促进升膜电磁加热蒸发管内形成液膜，加强蒸发效应。

3.如权利要求1所述的一种采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法，其特征在于，所述步骤(4)涉及的降膜电磁加热管长径比为100:1～150:1，管径为25mm～50mm，电磁加热管外包裹保温层10mm～30mm，电磁加热线圈以螺旋方式缠绕在保温层之外，线圈间距为5mm～20mm，控制管内二次蒸汽在管内速度为10m/s～100m/s，促进降膜电磁加热蒸发管内形成液膜，加强蒸发效应。

4.如权利要求1所述的一种采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法，其特征在于，所述步骤(6)，所涉及的生物柴油冷凝装置的冷却介质采用粗生物柴油，热交换后粗生物柴油可预热到70℃～120℃，预热后的粗生物柴油再经进料口进入蒸馏塔内。

5.如权利要求1所述的一种采用电磁加热蒸馏生物柴油的方法，其特征在于，所述步骤(8)，当蒸馏塔内温度大于250℃时，蒸馏结束，从蒸馏塔底部排出蒸馏残液。