发明内容
本发明的目的是解决现有技术中的问题,为了改善产品质量,优化生产工艺,降低生产成本而设计出能够实现连续化生产,各项工艺指标可控,减低人员及能源消耗的生产工艺,并且能够提高环氧大豆产品质量、提高产品收率的连续化生产及后处理的方法。
一种环氧大豆油的连续化生产工艺,包括依次进行的环氧化步骤、分水处理步骤、脱酸处理步骤和脱水处理步骤,所述环氧化步骤在串联设置的两个或两个以上的环氧反应釜中连续进行环氧化处理;环氧化处理后的物料通过溢流罐进行连续化分水处理,分水后进入汽提塔进行连续化脱酸处理,酸值达标后进入真空脱水塔进行连续化脱水处理,最后压滤得到环氧大豆油成品。
作为优选,一种环氧大豆油的连续化生产工艺,包括:
(1)按配比向第一环氧反应釜中连续投加原料大豆油、双氧水、甲酸和浓硫酸,第一环氧反应釜反应的物料依次进入其余环氧反应釜进行环氧化反应;最后一个环氧反应釜输出的物料为完成环氧化反应的料液;
(2)环氧化反应得到的环氧大豆油料液连续输送至溢流罐,实现对环氧大豆油粗品的连续分水;
(3)分水后的环氧大豆油粗品连续进入脱酸汽提塔进行汽提脱酸;
(4)脱酸后的物料进入真空脱水塔进行连续脱水,然后进入压滤机压滤制备得到氧大豆油。
需要说明的是,本发明为连续化生产工艺,上述步骤编号(1)~(4)对反应顺序没有限定作用,仅为区别每个技术特征而设置。
作为优选的方案,所述环氧化步骤中,原料重量配比为:大豆油:双氧水:甲酸:浓硫酸=100:35~80:3~7:0.1~0.4,其中双氧水的浓度为25~60%,甲酸的浓度为70~90%。作为进一步优选,原料重量配比为:大豆油:双氧水:甲酸:浓硫酸=100:40~70:3~7:0.1~0.4,其中双氧水的浓度为30~50%,甲酸浓度为85%。
所述环氧化步骤中,各个环氧反应釜中,反应料液占环氧反应釜内体积的一般为釜体积的1/2~4/5。并且,每个环氧反应釜中配置有配套的搅拌装置,以保证物料的稳定和快速反应。
作为优选,所述环氧化步骤中总的停留时间为5~8小时。作为进一步优选,第一环氧反应釜的停留时间为1~2小时;进一步优选为1~1.5小时;其余环氧反应釜的停留时间为2~3小时。
作为优选,第一反应釜的体积为其余反应釜的1/3~2/3。体积流量可以通过每个反应釜处理的物料量与滞留时间计算得到。比如对于45~60L的第一环氧化反应釜(其余环氧化反应釜体积为80~100L),体积流量一般为25~35L/小时。
作为优选,所述环氧化步骤中,采用3~4个环氧反应釜串联进行,第一环氧反应釜的停留时间为1.5~2小时;其余环氧反应釜的停留时间为2~3小时。实际设计时,当最后出料的质量指标不满足要求时,可以通过增加环氧反应釜数量,或者通过增加反应时间或者补加物料等,保证最终物料符合最终质量要求。最终增加的环氧反应釜的体积可以适当减少,以进一步提高装置利用率,比如可以在最后一个环氧化反应釜出料口增加体积约为其1/4~1/2的末端反应釜。
作为优选,采用三个串联的环氧反应釜进行所述的环氧化反应,其中第一环氧反应釜温度控制在55~75℃,环氧反应釜停留时间为1.5~2小时第二环氧反应釜、第三环氧反应釜温度控制在80~90℃,环氧反应釜停留时间2~3小时。
作为进一步优选,所述环氧化步骤中,采用3个环氧反应釜串联进行,第一环氧反应釜输出的物料的环氧值为5.5~6,碘值为12~25;第二环氧反应釜输出的物料相比第二环氧反应釜输入的物料的环氧值增加0.3~0.4,碘值降低6~12;第三环氧反应釜输出的物料相比第二环氧反应釜输入的物料的环氧值增加0.2~0.3,碘值降低为3~6。
作为一种具体的实施方案,采用3个环氧反应釜串联进行,第一环氧反应釜输出的物料的环氧值为5.5~6,碘值为12~21;所述第二环氧反应釜输出的物料的环氧值为6~6.3,碘值为6~10;所述第三环氧反应釜输出的物料的环氧值为6.2~6.5,碘值为2~4.5。
作为优选,脱酸步骤采用一个或者多个串联设置的脱酸汽提塔进行,脱酸汽提塔采用过热低压蒸汽,蒸汽温度为120℃~150℃,蒸汽压力为0.5MPa~0.7MPa,并采用真空脱酸,真空度为0.05MPa~0.1MPa。
作为优选,所述脱水步骤在真空脱水塔进行连续脱水,真空度为0.09MPa~0.1MPa,脱水塔温度<110℃。
作为优选,脱酸步骤完成后,物料酸值为0.3~0.45;作为优选,本发明可以采用逆流连续脱水处理,采用塔式结构,以增强脱水速度和脱水效率,脱水步骤完成后,物料的水分含量为0.02~0.05%。
一种环氧大豆油的连续化生产及后处理的工艺方法,实际运行时,它包括如下步骤
(1)原料的选取:按各原料所占质量份数为:原料的质量配比如下:大豆油:双氧水:甲酸:浓硫酸=100:40~70:3~7:0.1~0.4,其中双氧水的浓度为30~50%,甲酸浓度为85%;
(2)将大豆油、双氧水、甲酸和浓硫酸按配比加到串联连接的第一环氧反应釜体积的1/2~2/3,并不断搅拌,在55~75℃条件下,反应1.5~2小时。然后将大豆油与甲酸、双氧水、硫酸按上述比例向第一环氧反应釜中连续加料。第一环氧反应釜的出料作为反应液向第二环氧反应釜输送,控制原料进量流量于出料流量一致;
(3)第二环氧反应釜中被第一环氧反应釜的出料充满至与第一环氧反应釜一样体积后,从第二环氧反应釜输送泵,向第三环氧反应釜输送,不断搅拌,在80~90℃条件下,反应2~3小时,得到第二环氧反应釜的输出物料;
(4)将第二环氧反应釜的输出物料直接输送至第三环氧反应釜中并不断搅拌,在80~90℃条件下,反应2~3小时,得到粗产品环氧大豆油,然后连续出料,其中各环氧反应釜之间的进出物流流量保持一致,保证环氧反应釜液面稳定;
(5)通过溢流罐对出料环氧大豆油粗品进行连续分水;
(6)分水后的环氧大豆油进入脱酸汽提塔进行汽提脱酸,采用低压蒸汽压力0.5MPa~0.7MPa,真空脱酸,真空度0.05MPa~0.1MPa;
(7)脱酸完成后,进入真空脱水塔进行连续脱水,真空度0.09MPa~0.1MPa,脱水塔温度<110℃,然后进入压滤机压滤制备环氧大豆油成品;
需要说明的是,上述步骤(2)~(3)限定的反应时间,仅为开机阶段的控制时间参数;系统稳定运行时,直接通过滞留时间的控制实现对物料反应时间的控制;而滞留时间可以通过物料总量以及物料流量调节控制。所述环氧化步骤中总的停留时间一般为5~8小时。
作为一种具体的优选方案,一种环氧大豆油的连续化生产工艺,包括:(1)以大豆油为原料,滴加双氧水、甲酸和浓硫酸,原料的质量配比如下:大豆油:双氧水:甲酸:浓硫酸=100:40~70:3~7:0.1~0.4,其中双氧水的浓度为30~50%,甲酸浓度为85%;在三个串联连接的环氧反应釜中连续进行环氧化反应,反应温度65~90℃,反应时间6~8小时;(2)通过溢流罐进行连续化分水处理,分水后进入汽提塔进行脱酸处理,采用低压蒸汽压力0.5MPa~0.7MPa,真空脱酸,真空度0.05MPa~0.1MPa;(3)酸值达标后进入真空脱水塔进行脱水,最后压滤得到环氧大豆油成品,成品环氧值6.2~6.5,酸值小于0.5,碘值2~5,水份小于0.05%
本发明以大豆油为原料,滴加双氧水、甲酸和浓硫酸,在三个串联连接的环氧反应釜中连续进行环氧化处理,通过溢流罐进行连续化分水处理,分水后进入汽提塔进行脱酸处理,酸值达标后进入真空脱水塔进行脱水,最后压滤得到环氧大豆油成品。流程图见图1。本发明采用全段连续化生产工艺,反应条件温和,各项生产指标可控,产品质量好,并且工艺简单,对生产设备要求不高,易于产业化生产。
本发明还提供了一种实现了上述任一项环氧大豆油的连续化生产工艺的环氧大豆油的连续化生产系统,包括依次串联连接的环氧化单元、分水单元、脱酸单元和脱水单元:
所述环氧化单元由串联设置的两个或者两个以上的环氧反应釜组成,实现大豆油的环氧化反应;
所述分水单元采用能够连续化操作的溢流罐,接收环氧化单元的出料,输出环氧大豆粗品;
所述脱酸单元采用脱酸汽提塔,接收溢流罐输出的环氧大豆粗品,输出脱酸物料;
所述脱水单元采用真空脱水塔,接收脱酸单元输出的脱酸物料,脱水得到的物料经过压滤机压滤制备得到环氧大豆油成品。
所述环氧化单元用于实现环氧化反应,作为优选,所述环氧化单元由串联设置的3~4个环氧反应釜组成,实际运行时,串联的环氧反应釜之间连续进料和出料,并保证物料守恒。
作为优选,所述脱酸单元可采用多个串联的脱酸汽提塔结构,采用多台脱酸汽提塔进一步提高脱酸效率和质量。脱酸单元可以采用汽提逆流混合脱酸处理采用蒸汽压力0.5~0.7MPa,温度120℃~150℃的过热蒸汽进行脱酸,与酸性环氧大豆油逆流混合;所述的环氧化大豆油脱酸酸值变为0.3~0.45。
为了进一步体现本发明的优势,下面对本发明的优点进行进一步说明:
(一)环氧化处理步骤:环氧反应是强放热反应,采用传统的间歇生产时,大环氧反应釜(25T,30T环氧反应釜)在生产过程中受到换热能力的限制,无法正常的添加双氧水甲酸进行反应,需要分多次添加,保证反应温度不超温。本发明采用连续化多釜串联可以优化第一环氧反应釜,减小环氧反应釜体积,增大换热面积,在温度控制的前提下,加快添加速度,提高反应效率,第二、第三环氧反应釜中因为反应较小,可以实现提高反应温度,实现深度环氧。这是单釜间歇式反应无法达到的效果;
(二)脱酸处理步骤中碱洗对产品指标,产品收率的影响:本发明采用汽提脱酸与传统的碱洗脱酸对比,能够提高产品20%-40%的体积电阻率,传统工艺产品皂化会减低产品收率,如果能够回收因为碱洗产生的皂化物,每吨产品能够提高约0.5%的环氧大豆油,即每吨产品能够提高40-50元的效益,按每年2万吨环氧大豆油的产量计算,可实现80-100万的经济效益。
(三)连续化生产在质量指标的监控:本发明采用三釜串联反应,当第三釜出口碘值没有达标时可以设置第四环氧反应釜,继续反应,第四环氧反应釜体积设置可以是第二或第三环氧反应釜体积的1/4,设置补加双氧水的装置,能够辅助产品达标,并且不影响前三釜的反应和原料的添加。当真空脱酸酸值未达标时,可以设置二次脱酸/三次脱酸,至达标后出料。若仍出现异常情况,酸值无法降低的情况,可在脱酸的蒸汽喷射装置内添加适量的碱液辅助脱酸。由此可知,本发明的装置,可调性和适应性较强,更有利于对最终产品质量的控制。
(四)传统间歇式生产工艺中,后处理工序是人工强度较大的工作,需要多次分水,分水操作又人为因素影响较大,会有一部分产品被入废水中,产生损耗,另外在添加碱液过程中,过量程度的不同也是因人而已,也存在较大损耗。本发明的连续化生产工艺无需人员的直接操作,各项工艺指标设置完成后,只需要对产品指标进行测定,达标后即可,若未达标,则按相关的未达标操作流程进行二次处理至达标,因此不存在人员操作的原因产生损耗。
本发明采用全段连续化生产工艺,反应条件温和,各项生产指标可控,产品质量好,并且工艺简单,对生产设备要求不高,易于产业化生产。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
(1)采用多环氧反应釜串联连续氧化生产方法制备环氧大豆油,采用连续化后处理方式,其中包括连续分水,连续汽提脱酸,连续真空脱水,实现环氧大豆油生产全工段连续化生产;
(2)根据反应阶段,采取不同的反应温度,通过增大第一环氧反应釜的换热能力,降低反应温度,可有效控制反应时放热温升;
(3)通过改变第一环氧反应釜体积,合理分配停留时间,可缩短大豆油环氧化时间,相对釜式搅拌反应的时间效率能够提高10~30%;
(4)与传统釜式反应相比产品环氧值能够提高2~10%。
具体实施方式
为使得本发明的技术方案更加清楚和明了,下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明:
图1是本发明实施例部分采用的工艺流程和系统结构示意图,一种环氧大豆油的连续生产系统,包括依次串联连接的环氧化单元、分水单元、脱酸单元和脱水单元。
环氧化单元由三个依次串联设置的环氧反应釜组成,分别是第一环氧反应釜2、第二环氧反应釜4、第三环氧反应釜6,第一环氧反应釜2包括大豆油进料口、双氧水进料口、甲酸进料口以及浓硫酸进料口,这些进料口可以根据实际情况进行合并等。第一环氧反应釜2出料(环氧大豆油-1)通过输送泵I 3直接输送至第二环氧反应釜4的进料口,第二环氧反应釜4的出料(环氧大豆油-2)通过输送泵II 5直接输送至第三环氧反应釜6的进料口。在第一环氧反应釜2、第二环氧反应釜4第三环氧反应釜6出料口或者其他位置,设置有进行环氧酯和碘值检测的装置,实现对第三环氧反应釜6出料的质量检测和控制。
第三环氧反应釜6的出料(环氧大豆油-1)直接利用输送泵III 7输送至溢流罐8,溢流罐中产生的废水由其废水出口9排出收集。
溢流罐8溢流得到的环氧大豆油粗品通过输送泵IV 10输送至汽提脱酸塔11,脱酸后的物料经过输送泵V12输送至脱水塔13,脱水后的物料利用输送泵VI 14最终进入压滤机15,压滤得到的目标产品经过压滤机的成品出料口16排出收集。在物料进入压滤机15前,可以根据需要增加脱色单元,加入脱色剂,然后在进入压滤机进行压滤。
实施例中采用的大豆油为工业生产用精制大豆油。
实施例1
一种环氧大豆油的连续生产工艺的步骤如下:
(1)环氧化反应单元:选择下表1规格的反应釜,开机运行稳定后,按照表1的物料量以及工艺参数进行环氧化反应:
第一环氧反应釜:反应温度控制在65℃左右,出料标记为环氧化大豆油-1,环氧化大豆油-1的环氧值为5.6,碘值为21.2;
第二环氧反应釜:反应温度控制在80℃左右,出料标记为环氧化大豆油-2,环氧大豆油-2的环氧值为6.0,碘值为10.1;
第三环氧反应釜:反应温度为控制在80℃左右,出料标记为环氧化大豆油-3,环氧大豆油-3的环氧值为6.3,碘值为3.3;
表1
(2)将第三环氧反应釜得到的环氧大豆油-3输送至溢流罐,分去酸性废水后得到环氧大豆油粗品,输送至汽提脱酸塔I蒸汽压力0.7MPa,真空度0.05MPa,进行一次脱酸,酸值为0.56,一次脱酸后进入汽提脱酸塔II蒸汽压力0.7MPa,真空度0.05MPa进行二次脱酸,脱酸酸值0.42。
(3)脱酸后的环氧大豆油输送至脱水塔,进行脱水处理,水分含量0.024%,然后加入白土搅拌脱色15分钟,压滤得到环氧大豆油成品,环氧值为6.32,碘值为3.19,酸值0.38,水分0.024%。
利用实施例1的方法,针对500公斤的原料,需要的17小时左右即可处理完毕。
按照传统的间歇式反应工艺,处理500公斤的原料(质量比同实施例1)时,在1个反应釜中进行反应,反应温度控制在65~85℃,滴加时间为1小时,反应及后处理出料共计约21小时,其环氧值为6.05,碘值为5.07。环氧值低于本发明经过连续化环氧化处理后得到的环氧大豆油-3的环氧值,碘值高于本发明经过连续化环氧化处理后得到的环氧大豆油-3的碘值。原因可能是间歇式反应放热效应较大,且反应时间较长,强化了的双氧水与甲酸之间的副反应(生成过氧甲酸),导致双氧水和甲酸在与大豆油反应前即被消耗。
同时为了进一步验证上述猜测,按照实施例1相同的大豆油量,加入的双氧水量为270kg,甲酸25kg,反应温度控制在65~85℃,滴加时间为1小时,继续反应及后处理出料共计21小时,其得到的环氧大豆油粗品的环氧值为6.0,碘值为4.7。环氧值和碘值有一部分改善,但是还是无法达到本发明的产品指标。由此可知,采用本发明的方法,不仅能够大幅度的节省反应时间,也同时减少了双氧水的消耗。
另外,按照传统的间歇式生产工艺,处理500公斤的原料需要21小时,后处理时间浮动受人工操作因素较大,远远高于采用本发明连续化生产工序所需要的时间。
实施例2
环氧大豆油的连续生产方法的步骤如下:
(1)环氧化反应单元:选择表2规格的反应釜,开机运行稳定后,按照表1的物料量以及工艺参数进行环氧化反应:
第一环氧反应釜:反应温度控制在65℃,出料标记为环氧化大豆油-1,环氧化大豆油-1的环氧值为5.8,碘值为18.3;
第二环氧反应釜:反应温度控制在80℃,出料标记为环氧化大豆油-2,环氧大豆油-2的环氧值为6.1,碘值为8.0;
第三环氧反应釜:反应温度为控制在80℃,出料标记为环氧化大豆油-3,环氧大豆油-3的环氧值为6.4,碘值为2.8;
表2
(2)将第三环氧反应釜得到的环氧大豆油-3输送至溢流罐,分去酸性废水后得到环氧大豆油粗品,输送至汽提脱酸塔I蒸汽压力0.6MPa,真空度0.08MPa进行一次脱酸,至酸值0.58,一次脱酸后进入汽提脱酸塔II蒸汽压力0.6MPa,真空度0.08MPa进行二次脱酸,脱酸酸值0.44。
(3)脱酸后的环氧大豆油输送至脱水塔,进行脱水处理,水分含量0.028%,然后加入白土脱色压滤得到环氧大豆油成品,环氧值为6.41,碘值为2.53,酸值0.41,水分0.028%。
实施例3
环氧大豆油的连续生产方法的步骤如下:(1)环氧化反应单元:选择表3规格的反应釜,开机运行稳定后,按照表3的物料量以及工艺参数进行环氧化反应:
第一环氧反应釜:反应温度控制在65℃,出料标记为环氧化大豆油-1,环氧化大豆油-1的环氧值为6.0,碘值为13.0;
第二环氧反应釜:反应温度控制在80℃,出料标记为环氧化大豆油-2,环氧大豆油-2的环氧值为6.3,碘值为6.2;
第三环氧反应釜:反应温度为控制在80℃,出料标记为环氧化大豆油-3,环氧大豆油-3的环氧值为6.5,碘值为2.9;
表3
(2)将第三环氧反应釜得到的环氧大豆油-3输送至溢流罐,分去酸性废水后得到环氧大豆油粗品,输送至汽提脱酸塔I蒸汽压力0.5MPa,真空度0.094MPa进行一次脱酸酸值0.54,一次脱酸后进入汽提脱酸塔I蒸汽压力0.5MPa,真空度0.094MPa进行二次脱酸,脱酸酸值0.39。
(3)脱酸后的环氧大豆油输送至脱水塔,进行脱水处理,水分含量0.032%,然后加入白土脱色压滤得到环氧大豆油成品,环氧值为6.55,碘值为2.87,酸值0.37,水分0.032%。