CN201750992U - 一种多功能一体化酯交换反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种酯交换反应装置。一种多功能一体化酯交换反应装置，其特征在于：它包括反应系统、第一连接管道、第二连接管道、物料循环泵、储存罐、催化剂加入器；所述的反应系统包括反应釜、外部磁场、保温加热系统、搅拌器、第一过滤挡板、第二过滤挡板、第一支撑架；保温加热系统的保温加热夹层外围设有外部磁场；第一连接管道的一端通过法兰与出料接头管相连通，第一连接管道的另一端通过法兰与储存罐的物料进口相连通，第一连接管道上设有第一阀门；第二连接管道的一端通过法兰与进料接头管相连通，第二连接管道的另一端通过法兰与储存罐的物料出口相连通。该装置可适用于不同特性的催化酯交换反应体系。

Description

一种多功能一体化酯交换反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种酯交换反应装置，属于化学反应设备制造的技术领域。

背景技术

油脂酯交换反应是指油脂与低碳醇在催化剂作用下进行的化学反应，是油脂改性的重要手段之一，可制备出一系列高附加值化工产品或者保健产品，如脂肪酸低碳烷基酯、生物柴油、甘二酯、蔗糖酯、甾醇酯等。目前酯交换反应中采用的催化剂有液体均相催化剂、磁性或非磁性的固体催化剂等，不同特性的催化剂应配备相适应的反应器才能实现高效传质传热与节能快速反应，如液体均相催化剂适用于搅拌式反应器，磁性固体催化剂则采用磁稳定床反应器更能发挥其优势。

目前用于酯化或者酯交换反应的反应器较多，但采用磁稳定床进行催化酯交换反应还未见报道。CN1407063A、CN1406912A、CN1690035A分别公开了在磁稳定床中进行汽油吸附脱硫、芳烃吸附脱硫、烷基蒽醌加氢的方法。CN101618304公开了一种适用于固体催化羧酸类和醇类物质进行酯化反应的反应器，该反应器由多块塔板组成，每块塔板上都安装一个降液管和一个升气管，以实现气、液、固三相充分接触。CN1706793公开了一种酯化反应器，其主要特征是在进料管出口处设有沿圆周切向布置的带有顶挡板或侧挡板的漩流导向器，在漩流导向器的上方与反应器内的中上部和中下部之间分别设置加热元件组，强化传热、传质，提高结构的可靠性及加热效率、反应速度和反应平衡转化率。CN101469273是一种含有脂肪酸的原料与含有醇类的原料进行酯化反应制备生物柴油的逆流酯化反应器，它包含酯化反应塔、第一进料装置、第二进料装置、第一出料装置与第二出料装置。CN2444948一种新型高效酯化反应器，它的特征是在酯化反应器壳体内搅拌桨附近设置有无联箱盘管换热器，提高底物分子间传质传热效率。

总之，酯交换反应装置的设计与改造正在向增强传质效果、提高效率、降低成本的趋势发展。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种多功能一体化酯交换反应装置，该装置可适用于不同特性的催化酯交换反应体系。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：一种多功能一体化酯交换反应装置，其特征在于：它包括反应系统、第一连接管道、第二连接管道、物料循环泵、储存罐、催化剂加入器；

所述的反应系统包括反应釜、外部磁场、保温加热系统、搅拌器、第一过滤挡板、第二过滤挡板、第一支撑架；反应釜的上端设有催化剂加入口，反应釜的上端部设有进料接头管、温度传感器接口、压力表接头，进料接头管与反应釜的反应腔相连通，温度传感器接口内设有温度传感器，压力表接头与反应釜的反应腔相连通，压力表接头上连接有压力表；反应釜的下端设有反应釜出料口，出料接头管、排污接头管分别与反应釜出料口相连通，排污接头管的输出端设有第三阀门；反应釜的反应腔内设有第一过滤挡板、第二过滤挡板，第一过滤挡板、第二过滤挡板上均设有过滤孔，第二过滤挡板位于第一过滤挡板的下方，第一过滤挡板位于与进料接头管相通的反应釜进料口的下方，第二过滤挡板位于反应釜出料口的上方；反应釜固定在第一支撑架上；

搅拌器的搅拌杆的下端部从反应釜的上端的催化剂加入口中穿过进入反应腔内，搅拌杆下端设置的搅拌叶片位于反应腔内；

催化剂加入器位于反应釜的上方，催化剂加入器的输出口与反应釜上的催化剂加入口相通；

保温加热系统包括保温加热夹层和加热器，保温加热夹层包裹在反应釜外，保温加热夹层内盛有导热介质，保温加热夹层的上端部设有出口，出口由第一导热管与加热器的输入端相连通，保温加热夹层的下端部设有进口，进口由第二导热管与加热器的输出端相连通；

所述的保温加热夹层外围设有外部磁场，外部磁场包括磁场线圈；

第一连接管道的一端通过法兰与出料接头管相连通，第一连接管道的另一端通过法兰与储存罐的物料进口相连通，第一连接管道上设有第一阀门；第二连接管道的一端通过法兰与进料接头管相连通，第二连接管道的另一端通过法兰与储存罐的物料出口相连通，第二连接管道上设有第二阀门、物料循环泵。

本实用新型的有益效果是：采用上述结构(反应釜、外部磁场的组合式)，可同时适用于不同特性的催化酯交换反应体系，显著提高了设备的利用率和催化剂的使用效率，降低了成本，并实现了物料的连续循环反应。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是反应釜的结构示意图。

图3是图2的俯视图。

图4是储存罐的结构示意图。

图5是图4的俯视图。

图1中：1-反应釜，2-保温加热夹层，3-外部磁场，4-搅拌电机，5-储存罐，6-物料循环泵，7-搅拌器，8-反应腔，9-反应釜出料口，10-物料进口，11-加料口，12-物料出口，13-放料口，14-压力表，15-第一连接管道，16-第一阀门，17-第二阀门，18-第三阀门，19-第一过滤挡板，20-第二过滤挡板，21-出料接头管，22-进料接头管，23-排污接头管，24-第一支撑架，25-搅拌杆，26-联轴器，27-催化剂加入器，28-温度传感器接口，29-第二连接管道，30-第二支撑架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详述：

如图1、图2、图3、图4、图5所示，一种多功能一体化酯交换反应装置，它包括反应系统、第一连接管道15、第二连接管道29、物料循环泵6、储存罐5、催化剂加入器27；

所述的反应系统包括反应釜1、外部磁场3、保温加热系统、搅拌器7、第一过滤挡板19、第二过滤挡板20、第一支撑架24；反应釜1的上端设有催化剂加入口，反应釜1的上端部设有进料接头管22、温度传感器接口28、压力表接头，进料接头管22与反应釜1的反应腔8相连通(由反应釜1上的反应釜进料口相连通)，温度传感器接口28内设有温度传感器，压力表接头与反应釜1的反应腔8相连通，压力表接头上连接有压力表14；反应釜1的下端设有反应釜出料口9，出料接头管21、排污接头管23分别与反应釜出料口9相连通，排污接头管23的输出端设有第三阀门18；反应釜1的反应腔8内设有第一过滤挡板19、第二过滤挡板20，第一过滤挡板19、第二过滤挡板20上均设有过滤孔，第二过滤挡板20位于第一过滤挡板19的下方，第一过滤挡板19位于与进料接头管22相通的反应釜进料口的下方，第二过滤挡板20位于反应釜出料口9的上方；反应釜1固定在第一支撑架24上；

搅拌器7的搅拌杆25的下端部从反应釜1的上端的催化剂加入口中穿过进入反应腔8内，搅拌杆25下端设置的搅拌叶片位于反应腔8内；

催化剂加入器27位于反应釜1的上方，催化剂加入器27的输出口与反应釜1上的催化剂加入口相通；

保温加热系统包括保温加热夹层2和加热器，保温加热夹层2包裹在反应釜1外，保温加热夹层2内盛有导热介质(如油或水)，保温加热夹层2的上端部设有出口，出口由第一导热管与加热器的输入端相连通，保温加热夹层2的下端部设有进口，进口由第二导热管与加热器的输出端相连通(导热介质的温度控制范围为室温～200℃；出口、进口分别与外部可控温热源连通，将热源中加热至一定温度的介质由保温加热夹层2的下部通入、上部流出，如此循环，从而实现反应釜1内反应物料的均匀加热与保温)；

所述的保温加热夹层2外围设有外部磁场3，外部磁场3包括磁场线圈，磁场线圈与电源相连；

第一连接管道15的一端通过法兰与出料接头管21相连通，第一连接管道15的另一端通过法兰与储存罐5的物料进口10相连通，第一连接管道15上设有第一阀门16；第二连接管道29的一端通过法兰与进料接头管22相连通，第二连接管道29的另一端通过法兰与储存罐5的物料出口12相连通，第二连接管道29上设有第二阀门17、物料循环泵6。

所述的搅拌器7包括搅拌电机4、搅拌杆25、联轴器26、搅拌叶片，搅拌电机4固定在第一支撑架24上，搅拌电机4的输出轴由联轴器26与搅拌杆25的上端连接，搅拌杆25的下端设有搅拌叶片。搅拌器的搅拌杆、搅拌叶片均为聚四氟乙烯材料，搅拌器的类型有浆式、旋浆式、涡轮式、锚式和螺带式，可根据不同的反应条件和物料特性选择合适的搅拌方式。

所述的储存罐5的上端部设有物料进口10、加料口11(加料口用于添加物料)，储存罐5的下端部设有物料出口12、放料口13；储存罐5固定在第二支撑架30上。

外部磁场包括四个内径为190毫米、外径500毫米、高度为100毫米、匝数为420的磁场线圈，四个磁场线圈沿反应釜1的轴向排布(以提供均匀磁场)，磁场线圈之间的距离为23.5毫米，磁场强度范围为10～1500奥斯特。

温度传感器、磁场线圈、物料循环泵6、阀门分别控制系统相连。控制系统包括反应器内的温度控制、反应时间控制、反应压力控制，磁场强度的控制。

磁性固体催化剂催化酯交换反应时，本实用新型的具体操作步骤为：卸掉搅拌器7，根据催化剂的粒径选择合适的第一过滤挡板19和第二过滤挡板20，将所有阀门处于关闭状态，将磁性催化剂通过催化剂加入器27加入反应釜1中，同时向储存罐中按一定比例加入原料和辅料，外部磁场的磁场线圈通电，调节磁场强度，使磁性催化剂在该磁场强度下处于最佳分布状态，热源通电，使传热介质升至一定温度后通入保温加热夹层2，然后打开第一阀门16、第二阀门17和储存罐5上与第一连接管道、第二连接管道连接的上下两个阀门，开启物料循环泵6，此时储罐5中的物料通过循环泵6进入反应釜1与磁性催化剂充分接触反应，物料流速通过第二阀门17控制，反应后的混合物从反应器下部经过第一阀门16回流至储存罐5，如此循环，同时每间隔一定时间在储罐5中取样检测，分析反应混合物的转化率，当转化率不再发生显著变化时，停止反应。

液体化学催化剂或游离脂肪酶催化酯交换反应时，本实用新型的具体操作步骤为：卸掉第一过滤挡板19和第二过滤挡板20，将所有阀门处于关闭状态，向储存罐中按一定比例加入原料、辅料和催化剂，热源通电，使传热介质升至一定温度后通入保温加热夹层2，然后打开第一阀门16、第二阀门17和储存罐5上与管道连接的上下两个法兰，开启物料循环泵6，此时储罐5中的物料通过循环泵6进入反应釜1充分搅拌反应，物料流速通过第二阀门17控制，反应后的混合物从反应器下部经过第一阀门16回流至储存罐5，如此循环，同时每间隔一定时间在储存罐5中取样检测，分析反应混合物的转化率，当转化率不再发生显著变化时，终止反应。

非磁性普通固体催化剂催化酯交换反应时，本实用新型的具体操作步骤为：卸掉搅拌器7，选择并更换第一过滤挡板19和第二过滤挡板20，使其孔径略小于催化剂粒径，将所有阀门处于关闭状态，将一定量催化剂加入反应釜1中，同时向储存罐中按一定比例加入原料和辅料，热源通电，使传热介质升至一定温度后通入反应釜保温夹层2，然后打开第一阀门16、第二阀门17和储存罐5上与管道连接的上下两个法兰，开启物料循环泵6，此时储罐5中的物料通过循环泵6进入反应釜1与固体催化剂充分接触反应，物料流速通过第二阀门17控制，反应后的混合物从反应器下部经过第一阀门16回流至储存罐5，如此循环，同时每间隔一定时间在储存罐5中取样检测，分析反应混合物的转化率，当转化率不再发生显著变化，终止反应。

Claims (4)

1.一种多功能一体化酯交换反应装置，其特征在于：它包括反应系统、第一连接管道(15)、第二连接管道(29)、物料循环泵(6)、储存罐(5)、催化剂加入器(27)；

所述的反应系统包括反应釜(1)、外部磁场(3)、保温加热系统、搅拌器(7)、第一过滤挡板(19)、第二过滤挡板(20)、第一支撑架(24)；反应釜(1)的上端设有催化剂加入口，反应釜(1)的上端部设有进料接头管(22)、温度传感器接口(28)、压力表接头，进料接头管(22)与反应釜(1)的反应腔(8)相连通，温度传感器接口(28)内设有温度传感器，压力表接头与反应釜(1)的反应腔(8)相连通，压力表接头上连接有压力表(14)；反应釜(1)的下端设有反应釜出料口(9)，出料接头管(21)、排污接头管(23)分别与反应釜出料口(9)相连通，排污接头管(23)的输出端设有第三阀门(18)；反应釜(1)的反应腔(8)内设有第一过滤挡板(19)、第二过滤挡板(20)，第一过滤挡板(19)、第二过滤挡板(20)上均设有过滤孔，第二过滤挡板(20)位于第一过滤挡板(19)的下方，第一过滤挡板(19)位于与进料接头管(22)相通的反应釜进料口的下方，第二过滤挡板(20)位于反应釜出料口(9)的上方；反应釜(1)固定在第一支撑架(24)上；

搅拌器(7)的搅拌杆(25)的下端部从反应釜(1)的上端的催化剂加入口中穿过进入反应腔(8)内，搅拌杆(25)下端设置的搅拌叶片位于反应腔(8)内；

催化剂加入器(27)位于反应釜(1)的上方，催化剂加入器(27)的输出口与反应釜(1)上的催化剂加入口相通；

保温加热系统包括保温加热夹层(2)和加热器，保温加热夹层(2)包裹在反应釜(1)外，保温加热夹层(2)内盛有导热介质，保温加热夹层(2)的上端部设有出口，出口由第一导热管与加热器的输入端相连通，保温加热夹层(2)的下端部设有进口，进口由第二导热管与加热器的输出端相连通；

所述的保温加热夹层(2)外围设有外部磁场(3)，外部磁场(3)包括磁场线圈；

第一连接管道(15)的一端通过法兰与出料接头管(21)相连通，第一连接管道(15)的另一端通过法兰与储存罐(5)的物料进口(10)相连通，第一连接管道(15)上设有第一阀门(16)；第二连接管道(29)的一端通过法兰与进料接头管(22)相连通，第二连接管道(29)的另一端通过法兰与储存罐(5)的物料出口(12)相连通，第二连接管道(29)上设有第二阀门(17)、物料循环泵(6)。

2.根据权利要求1所述的一种多功能一体化酯交换反应装置，其特征在于：所述的搅拌器(7)包括搅拌电机(4)、搅拌杆(25)、联轴器(26)、搅拌叶片，搅拌电机(4)固定在第一支撑架(24)上，搅拌电机(4)的输出轴由联轴器(26)与搅拌杆(25)的上端连接，搅拌杆(25)的下端设有搅拌叶片。

3.根据权利要求1所述的一种多功能一体化酯交换反应装置，其特征在于：所述的储存罐(5)的上端部设有物料进口(10)、加料口(11)，储存罐(5)的下端部设有物料出口(12)、放料口(13)；储存罐(5)固定在第二支撑架(30)上。

4.根据权利要求1所述的一种多功能一体化酯交换反应装置，其特征在于：外部磁场包括四个内径为190毫米、外径500毫米、高度为100毫米、匝数为420的磁场线圈，四个磁场线圈沿反应釜(1)的轴向排布，磁场线圈之间的距离为23.5毫米，磁场强度范围为10～1500奥斯特。

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