CN110628471A - 一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，包括至少一台反应器，所述反应器设有甲醇入口、原料油脂入口、粗生物柴油出口及至少一个反应器筒体，所述反应器筒体包括保温装置、返混挡板，所述保温装置贴合于所述反应器筒体外壁，所述返混挡板嵌合于所述反应器筒体内壁，所述反应器固接有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌轴、固设于搅拌轴的搅拌桨、驱动所述搅拌桨自转的搅拌器电机，所述搅拌轴贯穿于所述返混挡板，所述甲醇、原料油脂经甲醇入口、原料油脂入口进入所述反应器，沿搅拌轴向搅拌电机方向流动，流动同时经搅拌桨搅拌反应，最后由粗生物柴油出口排出产物，反应时间短能耗低，反应彻底、粗生物柴油酸价低。
Description
技术领域
本发明涉及生物柴油工业生产领域，具体涉及一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置。
背景技术
生物柴油是由生物油脂原料与甲醇通过转酯或酯化反应生成的脂肪酸短链酯类物质 , 它是一种新型的无污染、可再生能源，其研究和应用已经受到了广泛的关注，是油脂工业的新前景。生物柴油在闪点、燃烧功效、含硫量、含氧量、芳烃含量、燃烧耗氧量方面均优于石化柴油，并且其燃烧尾气中的悬浮颗粒、CO、硫化物以及碳氢化合物都大幅度降低，具备环境友好性。
目前，采用酶促法制备生物柴油的生产企业，均采用釜式反应器，将原料油脂、脂肪酶与甲醇按比例一起加入釜式反应器中，在搅拌的作用下进行反应，反应结束后得到粗品生物柴油，在该过程中，原料油脂、脂肪酶与甲醇很难混合充分，使得反应速率过低，反应器数量增加，设备投资上升。在酶促作用下，废弃油脂中的甘油三酯和脂肪酸与甲醇进行转酯和酯化反应，随着反应的进行，反应副产物甘油和水的含量不断提高，达到一定程度后，反应达到平衡，生物柴油含量不再随着反应而增加，生成的粗生物柴油酸价不再降低。
因此，传统的酶法反应器存在反应时间长、反应不彻底、粗生物柴油酸值高、能耗高等问题，这些问题导致生产成本生高，粗生物柴油精制难度大，产品无法达标不利于产品销售，影响企业的经济效益。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，反应时间短能耗低，反应彻底、粗生物柴油酸价低。
本发明解决问题的技术方案是，提供一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，包括至少一台反应器，所述反应器设有甲醇入口、原料油脂入口、粗生物柴油出口及至少一个反应器筒体，所述反应器筒体包括保温装置、返混挡板，所述保温装置贴合于所述反应器筒体外壁，所述返混挡板嵌合于所述反应器筒体内壁，所述反应器固接有搅拌装置，所述搅拌装置包括搅拌轴、固设于搅拌轴的搅拌桨、驱动所述搅拌桨自转的搅拌器电机，所述搅拌轴贯穿于所述返混挡板，所述甲醇、原料油脂经甲醇入口、原料油脂入口进入所述反应器，沿搅拌轴向搅拌电机方向流动，流动同时经搅拌桨搅拌反应，最后由粗生物柴油出口排出产物。
优选地，所述相邻反应器之间通过管线串联连通，所述管线一端连接反应器粗生物柴油出口，另一端连接相邻反应器的原料油脂入口。
优选地，所述相邻反应器筒体之间焊接。
优选地，所述保温装置包括反应器外夹套、热水进口、热水出口，所述反应器外夹套套设于所述反应器筒体的外壁。
优选地，所述反应器还包括用于密封反应器筒体一端的可拆卸反应器封头，用于密封反应器筒体另一端的密封板，所述搅拌轴贯穿所述密封板。
优选地，所述返混挡板设有锥孔、搅拌轴通孔，所述搅拌轴贯穿于所述搅拌轴通孔，所述锥孔面积大于甲醇入口与原料油脂入口面积之和。
优选地，所述反应器、搅拌装置均与地面平行。
优选地，所述甲醇入口连接有复式输送泵，所述复式输送泵连接有计量泵。
优选地，所述同一反应器的热水出口通过管线并联，所述同一反应器的热水出口通过管线并联。
本发明所述的一种大倾角运输替代燃料的防腐传送带装置，有以下有益效果：
1. 甲醇和油脂原料通过搅拌装置搅拌反应，使得反应物在流动过程中充分混合，反应速率提高，减少反应停留时间，减少反应器数量和降低设备投资；
2. 本方案包括至少一个反应器，反应器相互之间通过管线串联，管线一端连接反应器粗生物柴油出口，另一端连接相邻反应器的原料油脂入口，每台反应器都补充新鲜甲醇和脂肪酶，可以提高反应体系中原料浓度，促使反应向正方向进行，使原料油脂中的脂肪酸、甘油酯转化为脂肪酸甲酯的转换率提高，使反应更彻底，提高产品收率，降低酸值，增加经济效益；
3. 往复式输送泵运输原料，以脉冲型式的输送至反应器内，使得分散相原料产生脉冲效果，在搅拌的作用下，大大增强了分散相与连续相间的传质效果，使得原料油脂与甲醇充分混合并反应，提高反应速率；
4. 本方案每个反应器至少包括一个反应器筒体，反应器筒体相互之间串联，反应时，原料混合物途径各反应器筒体，在返混挡板的作用下，不同浓度梯度的介质又不易相互混合，使得反应完成度呈阶梯式递增，反应结束后，生成物经管线排出，实现了液相间的连续反应。
附图说明
图1为本实施例一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置示意图；
图2为本实施例返混挡板结构示意图。
图中：1、反应器；5、甲醇入口；4、原料油脂入口；10、粗生物柴油出口；2、反应器筒体；21、保温装置；16、返混挡板；18、搅拌装置；101、搅拌轴；102、搅拌桨；14、搅拌器电机；11、反应器外夹套；3、热水进口；6、热水出口；13、可拆卸反应器封头；201、密封板；161、锥孔；162、搅拌轴通孔。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本发明的提供一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，包括至少一台反应器1，反应器1长径比H/D为10-40，反应器1高径比为15-25，所述反应器1设有甲醇入口5、原料油脂入口4、粗生物柴油出口10及至少一个反应器筒体2，所述反应器筒体2包括保温装置21、返混挡板16，所述保温装置21贴合于所述反应器筒体2外壁，所述返混挡板16嵌合于所述反应器筒体2内壁，嵌合方式可以为返混挡板16周边与反应器筒体2内壁焊接，所述反应器1固接有搅拌装置18，所述搅拌装置18包括搅拌轴101、固设于搅拌轴101的搅拌桨102、驱动所述搅拌桨102自转的搅拌器电机14，所述搅拌轴101贯穿于所述返混挡板16，所述甲醇、原料油脂经甲醇入口5、原料油脂入口4进入所述反应器1，沿搅拌轴101向搅拌电机方向流动，流动同时经搅拌桨102搅拌反应，最后由粗生物柴油出口10排出产物，本方案中粗生物柴油出口10连接有离心泵，用于原料沿粗生物柴油出口10方向流动，在反应过程中，甲醇和油脂原料通过搅拌装置18搅拌反应，使得反应物在流动过程中充分混合，反应速率提高，减少反应停留时间，减少反应器1数量和降低设备投资，本方案中，甲醇入口5及原料油脂入口4设于反应器1的远离搅拌器电机14的一端，粗生物柴油出口10设于反应器1的靠近搅拌器电机14的一端，反应器筒体2夹设于原料入口及粗生物柴油入口之间，其中原料入口包括甲醇入口5和原料油脂入口4，使得原料能通过反应器筒体2内部的搅拌桨102搅拌，反应器筒体2的数量由实际需要的年产量而定，反应器筒体2相互之间串联，反应时，原料混合物途径各反应器筒体2，在返混挡板16的作用下，不同浓度梯度的介质又不易相互混合，使得反应完成度呈阶梯式递增，反应结束后，生成物经管线排出，实现了液相间的连续反应。
所述相邻反应器1之间通过管线串联连通，所述管线一端连接反应器1粗生物柴油出口10，另一端连接相邻反应器1的原料油脂入口4，连接方式可以为将软管管线套设于所述粗生物柴油出口10或原料油脂入口4，当前一反应器1中的原料途径反应器筒体2，由粗生物柴油出口10流出产物，由于制备生物柴油的反应属于取代酯反应，即为可逆反应，上述由粗生物柴油出口10流出的产物包括未反应完全的甲醇、脂肪酶、原料油脂及粗生物柴油的混合物，这些混合物沿管道经下一反应器1的原料油脂入口4流入下一反应器1参与反应，同时每一台反应器1通过甲醇入口5补充新鲜甲醇和脂肪酶，提高反应体系中原料浓度，促使反应向正方向进行，使原料油脂中的脂肪酸、甘油酯转化为脂肪酸甲酯的转换率提高，使反应更彻底，提高产品收率，降低酸值，增加经济效益。
所述相邻反应器筒体2之间焊接，形成多级反应器筒体2，焊接方式牢固，不易漏原料，反应阶梯进行，利于可逆反应向正方向进行。
所述保温装置21包括反应器外夹套11、热水进口3、热水出口6，所述反应器外夹套11套设于所述反应器筒体2的外壁，反应器外夹套11可以为市售的换热夹套，换热夹套采用温水保温，维持反应温度。
所述反应器1还包括用于密封反应器筒体2一端的可拆卸反应器封头13，用于密封反应器筒体2另一端的密封板201，所述搅拌轴101贯穿所述密封板201，所述可拆卸反应器封头13为市售产品，湖南威耐斯新材料科技有限公司的vc098-新型可拆石化企业封头，所述密封板201为不锈钢板，该不锈钢板四周焊接于反应器筒体2内壁，圆心处开设有通孔，便于搅拌轴101贯穿，两端密封板201使得反应保持在密封环境中，避免原料泄露，同时，可拆卸反应器封头13在反应器1遇到堵塞等问题时，可拆卸查看，便于检修。
返混，又称逆向混合，在装置内向某一方向流动的流体收到返混挡板16后，其中一部分流体发生反向流动并在流道横截面上充分混合的现象，所述返混挡板16设有锥孔161、搅拌轴通孔162，所述搅拌轴101贯穿于所述搅拌轴通孔162，所述锥孔161面积大于甲醇入口5与原料油脂入口4面积之和，缩短反应时间，锥孔161设于搅拌轴通孔162四周，搅拌轴通孔162设于圆心处，锥孔161面积大于原料入口总面积，不同浓度梯度的介质又不易相互混合，使得反应完成度呈阶梯式递增。
所述反应器1、搅拌装置18均与地面平行，即卧管形式，原料混合更为充分，且同样能实现阶梯连续反应，在采用传统酶法反应装置进行的小试过程中，采用原始酸值为150的酸化油进行试验，反应时间15h后，得到的粗生物柴油酸值为7.2mgKOH/g油，而利用本方案的卧管阶梯式液相连续反应装置进行的小试过程中，同样采用原始酸值为150的酸化油进行试验，反应8h后，得到的粗生物柴油酸值为3.3mgKOH/g油。
以脉冲型式的输送至反应器1内，使得分散相原料产生脉冲效果，在搅拌的作用下，大大增强了分散相与连续相间的传质效果，使得原料油脂与甲醇充分混合并反应，提高反应速率，所述甲醇入口5连接有往复式输送泵，所述复试输送泵连接有计量泵，往复式输送泵运输原料，所述计量泵可以准确控制甲醇加入的量，所述往复式输送泵及计量泵均为市售产品，二者均设有原料出入口，连接方式可以为通过软管管道套接。
为了形成循环水系统，统一管理出入水，减少控制难度，并保持每一反应器筒体2的反应温度相同，不出现温差，所述同一反应器1的热水进口3通过管线并联，所述同一反应器1的热水出口6通过管线并联。
以上未涉及之处，均适用于现有技术。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (9)
1.一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，其特征在于，包括至少一台反应器（1），所述反应器（1）设有甲醇入口（5）、原料油脂入口（4）、粗生物柴油出口（10）及至少一个反应器筒体（2），所述反应器筒体（2）包括保温装置（21）、返混挡板（16），所述保温装置（21）贴合于所述反应器筒体（2）外壁，所述返混挡板（16）嵌合于所述反应器筒体（2）内壁，所述反应器（1）固接有搅拌装置（18），所述搅拌装置（18）包括搅拌轴（101）、固设于搅拌轴（101）的搅拌桨（102）、驱动所述搅拌桨（102）自转的搅拌器电机（14），所述搅拌轴（101）贯穿于所述返混挡板（16），所述甲醇、原料油脂经甲醇入口（5）、原料油脂入口（4）进入所述反应器（1），沿搅拌轴（101）向搅拌器电机（14）方向流动，流动同时经搅拌桨（102）搅拌反应，最后由粗生物柴油出口（10）排出产物。
2.根据权利要求1所述的一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，其特征在于，所述相邻反应器（1）之间通过管线串联连通，所述管线一端连接反应器（1）粗生物柴油出口（10），另一端连接相邻反应器（1）的原料油脂入口（4）。
3.根据权利要求1所述的一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，其特征在于，所述相邻反应器筒体（2）之间焊接。
4.根据权利要求1所述的一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，其特征在于，所述保温装置（21）包括反应器外夹套（11）、热水进口（3）、热水出口（6），所述反应器外夹套（11）套设于所述反应器筒体（2）的外壁。
5.根据权利要求1所述的一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，其特征在于，所述反应器（1）还包括用于密封反应器筒体（2）一端的可拆卸反应器封头（13），用于密封反应器筒体（2）另一端的密封板（201），所述搅拌轴（101）贯穿所述密封板（201）。
6.根据权利要求1所述的一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，其特征在于，所述返混挡板（16）设有锥孔（161）、搅拌轴通孔（162），所述搅拌轴（101）贯穿于所述搅拌轴通孔（162），所述锥孔（161）面积大于甲醇入口（5）与原料油脂入口（4）面积之和。
7.根据权利要求1所述的一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，其特征在于，所述反应器（1）、搅拌装置（18）均与地面平行。
8.根据权利要求1所述的一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，其特征在于，所述甲醇入口（5）连接有往复式输送泵，所述复式输送泵连接有计量泵。
9.根据权利要求1所述的一种适用于生物酶法制备生物柴油的卧管阶梯式液相连续反应装置，其特征在于，所述同一反应器（1）的热水进口（3）通过管线并联，所述同一反应器（1）的热水出口（6）通过管线并联。
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