CN108273452B - 一种油脂环氧化反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种油脂环氧化反应器，主要包括反应釜、循环泵、空化器和静态混合式换热器，通过空化器实现油相和水相初始微观混合；反应釜采用上下溢出结构，经过静态混合式换热器的液体通过液体分布器进入反应釜中，通过液体分布器出来的液体在反应釜中部区域内依然会维持混合状态；在辅助反应部分后，油水两相聚并分层至上下两部分，水相会富集过氧甲酸；下部富集有过氧甲酸的水相和上部油相又通过空化器进行下一个反应循环。本发明有益的效果：通过水力空化器来实现油水两相的微观混合，通过静态混合式换热器和上下溢出结构的反应釜来维持油水处于良好的混合状态，并能及时移走反应产生的热量，同时实现了良好传质、良好传热和满足工业产能需求。

Description

一种油脂环氧化反应器
技术领域
本发明涉及液-液非均相强放热反应的领域，具体涉及一种油脂环氧化反应器。
背景技术
油脂环氧化反应体系属于液-液非均相强放热反应体系，良好的传质和传热是保证该类反应顺利进行的前提。另外，还需考虑该反应器能适合于工业应用，即足够的产能。本发明的设计即以上述三点基本要求(良好传质、良好传热和满足工业产能)为前提而提出。
目前工业上油脂环氧化多采用机械搅拌反应器(中国专利CN 201482479U，CN101914219BCN102391210A，CN 101139328B，CN 101284821A，CN 100580025C，CN100590188C，CN 101928267B，CN 102675254A)。(1)该类反应器依靠搅拌桨来实现物料的混合，而搅拌过程液体局部容易形成小循环，导致油水两相接触不充分，从而反应效率较低。在相同的物料配比条件下，在实验室只需要8小时左右完成的反应在工业搅拌反应器中往往需要12-16个小时完成，这点充分说明了混合对于该反应的重要性。(2)在机械搅拌反应器中，主要依靠沉浸在物料中的盘管来实现物料的换热。然而，油脂环氧化的放热量高达60kcal/mol，沉浸式换热传热系数低，远远不能满足反应器对移热的需求。工业上通常通过缓慢添加双氧水(2-4h的添加时间)的方式来避免温度上升过高，然而温度波动依然会超过10℃，影响产品质量的同时，也带来了较大的安全隐患。(3)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，这点体现了搅拌反应器的经济性较差。
针对上述问题，同行也提出了不同结构的环氧化反应器。
中国专利CN 102993132提出了一种利用水力空化技术生产了环氧脂肪酸甲酯的技术，利用空化效应来实现物料的混合。空化作用实现了油水两相良好的初始混合，然而该装置没有相应的结构来维持良好的混合状态，液滴的相互聚并导致后续混合变差。另外，该装置依然采用沉浸式换热的结构，无法稳定的控制油脂环氧化的反应温度。
中国专利CN 105561893提出了一种耦合水力空化和管式反应器的油脂环氧化反应装置。利用空化效应来实现物料的混合，通过列管反应器中的填充物来维持油水两相的混合状态，同时也实现了良好的换热。而其列管式的反应器使得其产能受到严重的限制，不适合于工业大规模生产。
中国专利CN 104962396提出了一种外循环油脂环氧化反应釜。通过设置在外循环上的乳化分散装置实现油水的混合，依靠反应釜夹套来换热。显然，其依然没有较好地解决如何维持油水分散状态和良好换热两个问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种油脂环氧化反应器。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：这种油脂环氧化反应器，主要包括反应釜、循环泵、空化器和静态混合式换热器，通过空化器实现油相和水相初始微观混合；通过静态混合式换热器维持油水两相处于良好的分散状态，并能及时将热量转移；所述反应釜采用上下溢出结构，经过静态混合式换热器的液体通过液体分布器进入反应釜中，通过液体分布器出来的液体在反应釜中部区域内依然会维持混合状态，起到辅助反应的部分；在辅助反应部分后，油水两相聚并分层至上下两部分，起到表面更新的作用，水相会富集过氧甲酸；下部富集有过氧甲酸的水相和上部油相又通过空化器进行下一个反应循环。
所述的油脂环氧化反应器，包括水力空化器、静态混合式换热器和具有上下溢出结构的反应釜；三部分结构相辅相成，可实现良好的传质传热，同时满足工业上对产能的需求。
所述反应釜的釜内换热器连接有冷却水进出口，反应釜的上溢流口、下出口和油脂进料口、甲酸进料口、双氧水进料口通过管道汇合后连接循环泵和静态混合式换热器，循环泵后连接压力表和空化器，空化器和反应釜的循环入口也和静态混合式换热器相通，循环泵和压力表的连接管道接出产品出料口。
所述反应釜顶部设置有放空口、人孔，反应釜侧边安装有上溢流口和循环入口，上溢流口连接锥型口，循环入口连接液体分布器，反应釜还装有釜内换热器和下出口。
所述静态混合式换热器侧边安装有加热冷却介质进出口。
所述反应器以不饱和油脂为原料，双氧水为氧源，甲酸为催化剂，控制油水两相的混合、混合的维持及换热实现油脂的环氧化。
所述空化器为水力空化器。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过水力空化器来实现油水两相的微观混合，通过静态混合式换热器和上下溢出结构的反应釜来维持油水处于良好的混合状态，并能及时移走反应产生的热量。同时实现了良好传质、良好传热和满足工业产能需求。
2、本发明的装置结构简单、设计合理、投资小、能耗及生产成本低，产品质量好，其有利于工程放大。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图标记说明：反应釜1、放空口1-1、人孔1-2、上溢流口1-3、循环入口1-4、锥型口1-5、液体分布器1-6、釜内换热器1-7、下出口1-8、循环泵2、压力表3、空化器4、静态混合式换热器5、油脂进料口61、甲酸进料口62、双氧水进料口63、产品出料口64、加热冷却介质进出口65、冷却水进出口66。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍：
如附图所示，这种油脂环氧化反应器，主要包括反应釜1、下出口1-8、循环泵2、压力表3、空化器4、静态混合式换热器5、冷却水进出口66连接反应釜1的釜内换热器1-7，反应釜1的上溢流口1-3、下出口1-8和油脂进料口61、甲酸进料口62、双氧水进料口63通过管道汇合后连接循环泵2和静态混合式换热器5，循环泵2后连接压力表3和空化器4，空化器4和反应釜1的循环入口1-4也和静态混合式换热器5相通，循环泵2和压力表3的连接管道接出产品出料口64。
所述反应釜1顶部设置有放空口1-1、人孔1-2，反应釜1侧边安装有上溢流口1-3和循环入口1-4，上溢流口1-3连接锥型口1-5，循环入口1-4连接液体分布器1-6，反应釜1还装有釜内换热器1-7和下出口1-8。
所述静态混合式换热器5侧边安装有加热冷却介质进出口65。
所述反应器以不饱和油脂为原料，双氧水为氧源，甲酸为催化剂，控制油水两相的混合、混合的维持及换热实现油脂的环氧化。
所述空化器4为水力空化器，实现油相(油脂)和水相(甲酸和双氧水)初始微观混合。
所述反应釜1为上下溢出结构，经过列管式换热装置的液体通过分布器进入反应釜中，该部分结构起到多方面的作用：通过液体分布器1-6出来的液体在中部区域内依然会维持混合状态，因此能起到辅助反应的部分；在辅助反应部分后，油水两相聚并分层至上下两部分，起到表面更新的作用，水相会富集过氧甲酸；下部富集有过氧甲酸的水相和上部油相又通过空化器进行下一个反应循环。
静态混合式换热器5能维持油水两相处于良好的分散状态，并能及时将热量转移。由于处于该部分的油水两相处于很好的分散状态，因此该区域是重要的油脂环氧化反应和换热区域。
如图1所示，利用本发明的操作步骤具体为：调整好相应阀门的开关，启动循环泵2，依次将油脂和甲酸通过油脂进料口61和甲酸进料口62打入反应釜1；进料完毕后，通过静态混合式换热器5将油脂和甲酸加热到反应温度(50-80℃)；然后在适当时间内(5-120min)将双氧水通过双氧水进料口63打入到反应体系。油水两相通过空化器4实现微观的初始混合后进入到静态混合式换热器5中，此时静态混合式换热器5切换为冷却介质来快速移走反应产生的热量，静态混合式换热器5可以很好的维持油水两相处于分散状态，消耗产生的过氧甲酸(由双氧水和甲酸反应得到，产生速率较慢)来进行环氧化反应；而后混合物料通过循环入口1-4进入液体分布器1-6，经液体分布器1-6分布后在反应釜1中部区域内形成混合区，进一步进行油脂的环氧化反应，产生部分热量由釜内换热器1-7移走；然后油水两相聚并，在反应釜1的上下部分分层完成更新，油水两相分别从上溢流口1-3和下出口1-8流出通过循环泵2重新进入空化器4进行混合循环反应。控制压力表3为1-5atm，整个反应在4-10小时内完成。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种油脂环氧化反应器，其特征在于：包括反应釜（1）、循环泵（2）、空化器（4）和静态混合式换热器（5），所述反应釜（1）顶部设置有放空口（1-1）和人孔（1-2），反应釜（1）侧边安装有上溢流口（1-3）和循环入口（1-4），上溢流口（1-3）连接锥型口（1-5），循环入口（1-4）连接液体分布器（1-6），液体分布器 （1-6）设置在锥型口（1-5）的下方，反应釜（1）还装有釜内换热器（1-7）和下出口（1-8）；通过空化器（4）实现油相和水相初始微观混合，通过静态混合式换热器（5）维持油水两相处于良好的分散状态，并能及时将热量转移；所述反应釜（1）采用上下溢出结构，经过静态混合式换热器（5）的液体通过液体分布器（1-6）进入反应釜（1）中，通过液体分布器（1-6）出来的液体在反应釜（1）中部区域内依然会维持混合状态，起到辅助反应的作用；在辅助反应后，油水两相相聚并分层至上下两部分，起到表面更新的作用，水相会富集过氧甲酸；下部富集有过氧甲酸的水相和上部油相又通过空化器（4）进行下一个反应循环；
所述反应釜（1）的釜内换热器（1-7）连接有冷却水进出口（66），反应釜（1）的上溢流口（1-3）、下出口（1-8）、油脂进料口（61）、甲酸进料口（62）和双氧水进料口（63）通过管道汇合后连接循环泵（2）和静态混合式换热器（5），循环泵（2）后连接压力表（3）和空化器（4），空化器（4）和反应釜（1）的循环入口（1-4）也和静态混合式换热器（5）相通，循环泵（2）和压力表（3）的连接管道接出产品出料口（64）；
所述反应器以不饱和油脂为原料，双氧水为氧源，甲酸为催化剂，控制油水两相的混合、混合的维持及换热实现油脂的环氧化；
所述空化器（4）为水力空化器；
所述静态混合式换热器（5）侧边安装有加热冷却介质进出口（65）。
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