CZ11599A3 - Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerinu - Google Patents

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerinu z glyceridových tuků a olejů zahrnující distribuční jednotky, průtokové reaktorové jednotky, jednotky pro separaci fází, destilační jednotky, přívody a odvody materiálu.

Dosavadní stav techniky

Estery mastných kyselin a jednoraocných alkoholů, zejména methylester mají velký technický význam jako meziprodukt pro obor oleochemie, zvláště pro přípravu mastných alkoholů, estersulfonátů, alkanolamidů a mýdel. V současné době však převažuje použití methylesteru jako paliva nebo komponenty paliv pro vznětové motory. Výroba methylesteru pro tyto účely se ve světě již blíží 1 milionu tun ročně. Kromě toho se projevuje poptávka i po jiných druzích esterů, zejména ethylesteru mastných kyselin řepkového oleje, pro jehož výrobu je možné

X použít ethanolu z přebytků zemědělské produkce obilovin.

Výroba esterů mastných kyselin reesterikací glyceridových tuků a olejů nižšími alkoholy za přítomnosti bazických katalyzátorů je známá již delší dobu. Příprava methylesteru byla popsána již v USP 2 271 619. Od té doby byla navržena a zčásti i realizována řada původních řešení výrobních postupů, z nichž je možné uvést zejména postupy chráněné firmou FTenkel (DE 3 444 893), Lion Co. (DE 3 107 318), Metallgesellschaft

415 529) a zveřejněná přihláška jsou i kontinuální postupy výroby methylesterů za zvýšených teplot a tlaků do 240°C a 10 MPa (DE 3 421 217 a DE 3 512 497).

přípravy alkylesterů byly publikovány str. 343, 1638 a další. Významné

AG (DE 3 325 066, 3 400 766, vynálezu 1116-94, Chráněny

Podrobné údaje o chemismu v J.A.O.C.Soc. 61 (1984) výrobní postupy byly popsány Chemie, Ullmann, Band 11, str.

v Enzyclopádie der technischen 432, Kirk, R.E.- Othmer,D.F.:

Encyklopedia of Chemical Technology, Vol.B 8, str. 275 a dále.

Jsou známy, popsány a provozovány i další způsoby přípravy esterů mastných kyselin a glycerinu reesterifikací glyceridových tuků a olejů. Existující způsoby přípravy esterů mastných kyselin se provádí v různých typech zařízení.

Pro dosažení rovnoměrnější kvality produktů a snížení investičních a provozních nákladů se zvyšuje kapacita výroben a dává se přednost kontinuálním způsobům přípravy.

Nevýhodou běžných zařízení pro kontinuální reesterifikaci glyceridových tyků a olejů je jednoúčelovost jednotlivých strojů a částí zařízení, která vyžaduje dodržování určitého postupu a určitých pracovních podmínek. Rostlinný olej však není chemické individuum, ale přírodní látka, obsahující proměnlivé množství nečistot, které mají vliv na průběh reesterifikace.

Rostlinné oleje obsahují více druhů minoritních nečistot, které mají často charakter koloidů nebo jsou to nestabilní látky s vyšší molekulární hmotností, které samy o sobě nebo produkty jejich štěpení zpomalují průběh reesterifikace, znesnadňují oddělování jednotlivých kapalných fázi nebo vytváří dlouhodobě stabilní emulse. Nejvýznamějšími nečistotami v olejích jsou slizové látky, tzv. fosfoatidy. Fosfatidy se projevují svými emulgačními účinky i při tak nízkých koncentracích jako je 10-40 ppm fosforu v oleji, účinek těchto nečistot je zvláště vysoký krátce po sklizni olejnatých semen. Vedou k tvorbě houževnatých mezifázi, které postupně vyplňují prostor separačních zařízení, vyžadují jejich odstavení a vyčištění. Tím rostou nároky na tato zařízení, na jejich účinnost a objem, často nestačí gravitační separátory běžných typů a je nutné zařadit drahé odstředivé separátory. I ty však je třeba odstavovat a čistit. Neúplné oddělení fází je příčinou ztrát oleje, methylesteru a glycerinu. Snižuje se tak výrobní kapacita a rostou provozní náklady.

Tyto problémy se dosud většinou řeší vysokým stupněm rafinace výchozího oleje, která však zejména pro použití methylesteru jako motorového paliva není v takovém rozsahu nutná, zvyšuje výrobní náklady a omezuje použitelnost esterů. Ekonomické důvody proto nutí k využití méně rafinovaných olejů a olejů ze zemědělských lisoven, jejichž vlastnosti však vždy nezaručují plynulý průběh reesterifikace.

Kromě toho klade trh nově požadavky na přizpůsobivost zařízení pro výrobu i jiných esterů, zejména ethylesteru. Doposud známá kontinuální zařízení takovou změnu výrobku prakticky neumožňují.

Vynález si proto klade za úkol navrhnout takové zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerinu, které by ve značném rozsahu dovolovalo měnit způsob přípravy a pracovní podmínky jednotlivých částí zařízení a umožňovalo tak pružně reagovat na výkyvy v kvalitě surovin x na požadavky po určitém druhu esteru a současně by na nezbytnou míru omezovalo použití drahých jednoúčelových strojů jako jsou odstředivé separátory a dekantéry.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky se odstraní a vytčeného cíle se dosahuje na zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a surového glycerinu zahrnující sméšovače kapalin, výměníky tepla, reaktory, děličky fází, filtr, odparky, deflegmační nebo rektifikační aparát, dávkovači čerpadla, přívody a odvody materiálu a složeném ze dvou produkčních větvi podle tohoto vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že větev, v níž se produkuje surový ester, se sestává z nejméně dvou distribučních jednotek (10, 11), jejichž vstup je napojen na přívody materiálu (102, 103) a výstupy napojeny na nejméně dvě reaktorové jednotky (1, 2, 3) zapojené za sebou, přičemž za každou reaktorovou jednotkou je zařazena jednotka pro separaci kapalných fází (5, 6, 7), přičemž přívod materiálu (101) je napojen na vstup prvé reaktorové jednotky (1) a odvod materiálu (201) je napojen na výstup lehké fáze poslední jednotky pro separaci fází (6, 7), a větev, v niž se produkuje surový glycerin, se sestává z destilační jednotky (12), napojené na reaktorovou jednotku (4), napojené na jednotku pro separaci kapalných fází (9), přičemž vstup do destilační jednotky (12) je napojen na výstup • · · · » · · ·

I · · · • · · · · · • · • · · · těžší glycerinové fáze z nejméně jedné jednotky pro separaci kapalných fází (5, 6, 7) a výstup destilátu z této jednotky je napojen na odvod materiálu (203), vstup reaktorové jednotky (4) je dále napojen na přívod materiálu (104) a výstupy jednotky pro separaci fází (9) jsou napojeny na odvody materiálu (204) a (205).

Surovým esterem se rozumí ester obsahující určité množství rozpuštěného nezregovaného alkoholu a malá množství katalyzátoru, popřípadě mýdel. Rafinace surového esteru na produkt obchodní kvality je postupem obecně známým, založeným na destilaci nebo extrakci alkoholu vodou a odloučení většiny dalších nečistot a není předmětem technického řešeni podle tohoto vynálezu. Surovým glycerinem se myslí glycerin zbavený mýdel a nezreagovaného methanolu a obsahující sole a malá množství mastných kyselin, esteru, mýdel, přírodních barviv a dalších nečistot.

Jednotkou se rozumí provozně autonomní soubor, obsahující obvykle větší počet aparátů a strojů (elementů) určených pro daný účel spolu s technologickými propojí, se zařízením pro přívod a odvod materiálu, případně s vyrovnávacími zásobníky na vstupu a výstupu jednotky, s odpovídající elektroinstalací, měřením a regulací. Jednotky jsou vzájemně propojeny potrubím a armaturami, které umožňují ruční nebo dálkové přestavování cest a spolu s nadřazenou elektrickou soustavou a řídícím systémem vytváří vlastní zařízení pro kontinuální výrobu. Jednotlivé jednotky budou dále blíže určeny.

Je výhodné, jestliže zařízení dále obsahuje jednotku pro separaci kapalných fází (8), která je vřazena mezi destilační jednotku (12) a nejméně jednu jednotku pro separaci fází (5, 6, 7), přičemž vstup jednotky (8) je napojen na výstup těžší glycerinové fáze nejméně jedné jednotky pro separaci fází (5, 6, 7) a výstup lehčí esterové fáze z jednotky (8) je napojen na vstup jednotky pro separaci kapalných fází (5).

Je výhodné, jestliže jsou reaktorové jednotky (1, 2, 3, 4) tvořeny směšovačem kapalin (c), výměníkem tepla (b) a průtočným • ·

reaktorem (a), přičemž výměník tepla (b) a/nebo směšovač kapalin (c) mohou být zčásti nebo zcela součástí průtočného reaktoru (a), s výhodou je výměník tepla (b) a/nebo směšovač kapalin (c) rozdělen na několik dílčích výměníků (bi) a dílčích směšovačů (cí), které jsou vloženy do průtočného reaktoru (a).

To znamená, že veškeré složky, které vstupují do reaktorové jednotky, se mohou mísit v samostatném směšovač!, odtud postupovat do výměníku tepla, kde se směs předehřeje na požadovanou teplotu a následně prochází průtočným reaktorem, v němž proběhne chemická reakce. Při tomto uspořádání může chemická reakce proběhnout zčásti již ve výměníku tepla, který se tak stává jednou z částí průtočného reaktoru.

Reaktorová jednotka může být řešena také tak, že se ve směšovací mísí jen hlavní složky, které spolu samy nereagují, předehřejí se ve výměníku tepla a teprve na vstupu průtočného reaktoru se mísí s proudy, které obsahují katalyzátor, tak aby proběhla reakce. Popřípadě se ve výměníku předehřeje pouze hlavní proud a míšení se všemi ostatními složkami probíhá ve směšovací před vstupem do průtočného reaktoru nebo je směšovací element součástí vstupní části průtočného reaktoru a/nebo jsou směšovací elementy vloženy do několika míst průtočného reaktoru a umožňují tak přivádět některé složky do reakční směsí, zejména roztok katalyzátoru, na vybrané místo podle okamžité potřeby nebo je přivádět současně do více míst reaktoru a tak dosáhnout jejich lepší využití. Podobně může být rozdělen výměník tepla na několik částí fungujících bud samostatně a/nebo jako vložená část nebo části a/nebo jako konstrukční součást nebo součásti průtočného reaktoru.

Je také výhodné, jestliže zařízení dále zahrnuje distribuční jednotku (15), jejíž vstup je napojen na přívod materiálu (106) a výstup je napojen na dílčí směšovač (cí), který je vložen do průtočného reaktoru (a) nejméně jedné reaktorové jednotky (1, 2, 3, 4).

Toto uspořádání dovoluje přivádět do reaktorové jednotky další reakční složky, které mohou například omezovat průběh vedlejších • ·» · • · · · • ··· ··· • · • · · · reakcí a/nebo zlepšovat podmínky pro následnou separaci fázi a může být zvláště vhodné při přípravě méně běžných druhů esterů. V takovém případu je uvedený dílčí směšovač obvykle vložen na konci průtočného reaktoru (a) a s výhodou je dále vložen dílčí výměník (bi), který má podpůrný vliv k působení výše uvedené reakční složky.

Dále je výhodné, jestliže alespoň některá reaktorová jednotka (1, 2, 3, 4) nebo průtočný reaktor (a), který je části alespoň některé reaktorové jednotky (1, 2, 3, 4), je opatřen pohyblivými míchacími elementy, zvláště ve vícestupňovém uspořádání, zejména blízkém extrakční koloně s točivými nebo vibrujícími elementy, nebo je opatřen statickými míchacími elementy, zvláště ve vícestupňovém uspořádání, a/nebo je opatřen dlouhými úzkými kanálky podobnými svým uspořádáním deskovým výměníkům tepla, popřípadě se tyto elementy kombinují.

Průtočný reaktor (a), který je součástí reaktorových jednotek (1, 2, 3, 4) může tak být tvořen různými konstrukcemi jednostupňových a zejména vícestupňových průtokových míchacích aparátů s pohyblivými nebo statickými míchacími elementy a s přepážkami, které se svým uspořádáním blíží z odborné literatury obecně známému pojmu kaskády ideálně míchaných reaktorů. 2 tohoto hlediska je zvláště účinné uspořádání připomínající extrakční kolony s míchadly nebo vibrujícími patry známé v literatuře pod názvy jako kolona s rotujícími kotouči, Rushtonova kolona, Scheibelův extraktor a pod.. Může se také jednat o kolony s s přepážkami a různě z jednotek statických kombinovaným průtokem.

výplní, zejména orientovanou výplní, kombinovaným průtokem, kolony sestavené směšovačů s radiálním, axiálním nebo

Jinou alternativou uspořádání průtočného reaktoru je trubkový reaktor nebo soustava trubkových reaktorů s vysokou rychlostí průtoku, která zaručuje velmi intenzivní promíchávání proudícího media, popřípadě kombinace trubkových reaktorů se zařízeními blížícími se ideálnímu mísiči, které byly popsány v předchozím odstavci. Takový reaktor je možné realizovat např. určitým zapojením deskových výměníků tepla, v nichž proudí kapalina

vysokou rychlostí velmi úzkými kanálky. V průtočných reaktorech této konstrukce může dojít průběžně k promíchání složek a předehřátí na reakčni teplotu za současně probíhající chemické reakce, ale i k ochlazení směsi po proběhnuté reakci.

Výhodou technického řešení podle tohoto vynálezu je možnost nastavit v širokých mezích vhodnou reakčni teplotu a přívodem katalyzátoru i některých dalších složek na vhodné místo nebo místa nastavit i vhodnou dobu prodlení a tak pružně reagovat na kvalitu suroviny i požadavky na odlišné reakčni podmínky při přípravě jiných druhů esterů.

Je také výhodné, jak z bezpečnostního hlediska, tak s ohledem na zabránění tvorbě emulsí, jestliže jsou průtočné reaktory zcela vyplněny kapalinou a je zabráněn přístup vzduchu a jestliže umožňuji práci za zvýšené teploty a tlaku a je tak potlačen tlak par některých níževroucích složek reakčni směsi, zejména za zvýšené teploty.

Jednotlivé reaktorové jednotky mohou být s výhodou řešeny technicky odlišně zejména s přihlédnutím k reakčni rychlosti, ale i ke korozivitě prostředí. To znamená, že některé průtočné reaktory a reaktorové jednotky mohou být konstrukčně a/nebo materiálově značně jednodušší než jiné.

Je výhodné, jestliže nejméně jedna jednotka pro separaci fází (5, 6, 7) je tvořena výměníkem tepla (e) a nejméně jednou průtočnou gravitační děličkou fází (f, g), která je s výhodou opatřena odlučovači kapek a/nebo koalescenční vložkou, přičemž v uspořádání se dvěmi děličkarai jsou tyto zapojeny za sebou se společným odtahem těžké fáze, která se odvádí s výhodou přes usměrňující akumulační člen (h).

Zařízení pro reesterifikaci podle tohoto vynálezu využívá s výhodou zapojení dvojíc reaktorových a separačních jednotek ve větvi produkující surový easter za sebou, přičemž nejméně jsou zapojeny dvě takové dvojice za sebou. Optimální technické řešení představuje tři reaktorové jednotky spolu se třemi jednotkami pro separaci fází zapojené za sebou. Uspořádání se dvěmi

reaktorovými jednotkami je pouze okrajového významu, protože nedovoluje využit všech možností nastavení optimálního výrobního režimu a nedovoluje v plném rozsahu pružně reagovat na odchylky v kvalitě suroviny a na odchylné požadavky při přípravě jiných druhů esterů.

Zařízení podle tohoto vynálezu s výhodou využívá průtočné gravitační separátory, děličky, jako nenákladné zařízení pro účinnou separaci fází a to zvláště v podmínkách, kdy se tvoří proměnlivé množství mezifáze s nižší rychlostí rozpadu.

Pro funkci těchto děliček je výhodné nastavit optimální teplotu vstupujícího media pomocí výměníku tepla (e).

Vhodnou teplotou se dosahuje přiměřené rychlosti a úplnosti separace kapalných fází a současně přiměřené rychlosti rozpadu mezifáze. Je výhodné, když výměník tepla (e) v nejméně jedné jednotce pro separaci fází (5, 6, 7) je tvořen odparkou a zařízení dále zahrnuje odtah materiálu (206), který je napojen na výstup destilátu z výměníku tepla (e). V uspořádání s odparkou jako výměníkem tepla a zejména při práci za sníženého tlaku se dosahuje kromě snížení teploty směsi i odpaření části nezreagovaného alkoholu a tím lepších podmínek pro následující oddělení fází v průtočné gravitační děličce.

Zvláště výhodné je uspořádání děliček s výměnnou koalescenční vložkou, která urychluje spojování kapiček dispegované fáze. Důležité je aby materiál vložky vykazoval afinitu k dispergované fázi. Pro funkci děličky je významné použití odlučovačů kapek at již ve formě šikmých axiálních přepážek, sypané či orientované výplně nebo jiných elementů. Výhodná je i možnost snadné výměny uvedených odlučovačů jak pro jejich čištění, tak pro použití odlučovačů optimálních vlastností pro daný účel. Upořádání se dvěmi děličkami podporuje koalescenci zbylé dispergované fáze a její vyloučení.

V děličkách se udržuje v závislosti na rychlosti čeření jednotlivých fází optimální výše fázového rozhraní a těžká fáze se odvádí společně s výhodou přes akumulační člen (h), který • · · · · • · ··· ··· • · · ·· ·· ·♦ vyrovnává výkyvy průtoku.

V případu, že se opakovaně zpracovává rostlinný olej s vysokým obsahem fosfatidů, může být výhodné, jestliže je jednotka pro separaci fází (5) nebo jen děličky pro separaci fází (f, g) v této jednotce, tvořena rotačním třífázovým dekantérem, přičemž výstup pevné fáze z dekantéru je napojen na odtah materiálu (207). Třífázový průtočný dekantér je známé a nákladné zařízení, jehož použití může být zdůvodněno jen v krajním případu.

Také může být výhodné, zejména pokud se opakovaně zpracovává rostlinný olej s vyšším obsahem fosfatidů, jestliže průtočná dělička (g) poslední jednotky pro separaci fází (6) nebo (7) je nahrazena odstředivým separátorem fází.

Dále je výhodné, jestliže jednotka pro separaci fází (9) a/nebo (8) je tvořena nejméně jednou průtočnou gravitační děličkou fází (1, m), která je s výhodou opatřena odlučovači kapek a/nebo koalescenční vložkou, přičemž v uspořádání se dvěmi dětičkami jsou tyto s výhodou zapojeny za sebou se společným odtahem lehké fáze přes akumulační člen (n).

Kromě toho je také výhodné, jestliže mezi průtočné gravitační děličky fází (1) a (m) jednotky pro separaci fází (8) je vřazen filtrační element (o), na jehož vstup je napojen výstup děličky (1) a přívod materiálu (105) a na výstup je napojen na vstup děličky (m) a odtah materiálu (205).

Zařazením další jednotky pro separaci fází (8) mezi destilační jednotku (12) a jednotky pro separaci fází (5, 6, 7) a volbou gravitačních děliček (m,l) s přiměřenou dobou prodlení se dosahuje dodatečné koalescence a oddělení zbytků dispergované lehké fáze, která se vrací do jednotky pro separaci fází (5). Mohou se tak významně snižovat ztráty esteru. Oddělení zbytků lehké fáze napomáhají koalescenční vložky a/nebo odlučovače kapek, zejména pokud je možné je snadno čistit a vyměňovat.

V případu, že se opakovaně zpracovává rostlinný olej s vyšším obsahem fosfatidů, může být výhodné, jestliže je mezi průtočné ·· 00

0 · > 0 0 ·

000 ··· • 0 · 00 • · • 0 · 00 0 0 · 0 gravitační děličky fází (1) a (m) Jednotky pro separaci fází (8) vřazen filtrační element (o), kterým se zachycují a přes odtah materiálu (205) odstraňují rozptýlené částice fosfatidů. K tomu účelu slouží také pomocná filtrační hmota, která vstupuje přívodem materiálu (105) a rozmíchává se v glycerinové fázi a/nebo se předem naplavuje na filtrační element (o).

Dále je výhodné, když destilační jednotka (12) ve větvi produkující surový glycerin je tvořena nejméně jednou odparkou (i, j), s výhodou odparkou s padajícím filmem nebo filmovou rotorovou odparkou, přičemž destilát je odtahován s výhodou přes deflegmační nebo rektifikační element (k).

Při destilaci alkoholu z glycerinové fáze vzniká v konečné fázi silně viskosní kapalina se sklonem k pěnění. Destilaci methanolu je výhodné za těchto podmínek provádět ve filmovém aparátu zejména se stíranou plochou. S ohledem na vysokou cenu takového aparátu je výhodné zvláště při větších výrobních kapacitách předřadit filmové odparce některou ze známých typů běžnějších odparek. Dále je výhodné odvádět páry alkoholu z odparky nebo odparek přes deflegmační nebo rektifikační aparát, v němž se zachytí a vrátí zpět do odparky větší část výševroucího glycerinu.

Je výhodné, jestliže nejméně dvě distribuční jednotky <10, 11, 15) jsou tvořeny elementy pro plynulé nebo pulzní proporcionální dávkování kapalin, s výhodou dávkovacimi čerpadly.

Dále je výhodné, když výstup těžší glycerinové fáze z jednotky pro separaci fází (6) se uvádí na vstup reaktorové jednotky (1). Toto uspořádání je vhodné mimo jiné tehdy, jestliže se zpracovává olej s vyšším obsahem fosfatidů a glycerinová fáze, která by se měla vést do destilační jednotky (12), není zcela vyčeřená.

Také je výhodné, jestliže výstup těžší glycerinové fáze z jednotky pro separaci fázi (7) se uvádi na vstup reaktorové jednotky (2). Význam tohoto uspořádání je podobný jako v předchozím případu.

• *4 ·4 • 4 · 4 4 · • 4 · · · • · ··· 44 4 • 4 4 • 44 44 ··

Kromě toho je výhodné, jestliže zařízení dále obsahuje přepínač (13) materiálu situovaný mezi reaktorovou jednotkou (1), jednotkou pro separaci fázi (6) a destilační jednotkou (12) nebo jednotkou pro separaci fází (8).

Je výhodné, když je přepínač (13) napojen na výstup těžší kapalné fáze z jednotky pro separaci kapalných fází (6) a spojen se vstupem reaktorové jednotky (1) a se vstupem destilační jednotky (12) nebo se vstupem jednotky pro soparaci fází 48).

Kromě toho je výhodné, jestliže zařízení dále obsahuje přepínač (14) materiálu situovaný mezi reaktorovou jednotkou (2), jednotkou pro separaci fází (7) a destilační jednotkou (12) nebo jednotkou pro separaci fází (8)..

Je výhodné, když je přepínač (12) napojen na výstup těžší kapalné fáze z jednotky pro separaci kapalných fází (7) a spojen se vstupem reaktorové jednotky (2) a se vstupem destilační jednotky (12) nebo se vstupem jednotky pro separaci fází (8).

Přepínače a jejich napojení dovolují měnit průtok těžké glycerinové fáze s ohledem na její stav a složení a poměry v reaktorových jednotkách (1, 2), v jednotce pro separaci fází (8) a v destilační jednotce (12) a reagovat tak na změny v kvalitě surovin, změny při najíždění a odstavování a na požadavky při změně druhu esteru. Přepínačem se rozumí třícestný kohout nebo jakékoli jiné technické řešení s touže funkcí, které dovoluje přivádět materiál do jedné ze dvou možných průtokových jednotek

Výhodou zařízení pro kontinuální výrobu surového esteru a glycerinu podle tohoto vynálezu na rozdíl od dosud známých jednoúčelových zařízeních je možnost měnit reakční podmínky a podmínky pro separaci materiálu a tak pružně reagovat bez podstatné přestavby zařízení na proměnlivé vlastnosti přírodní suroviny, rostlinného oleje, aniž by jej bylo nutné s vysokými náklady hluboce rafinovat a dále používat stejné zařízení pro výrobu více druhů esterů.

• * ···· • ·♦ ·« ·· · · · · • · · · · • Λ ··· ··· • · · ··· ·· **

Je to umožněno vhodným výběrem průtokových reaktorových jednotek, jednotek pro separaci fází, distribučních jednotek a destilačních jednotek., které jsou tvořeny ze specificky vícefunkčním způsobem technicky řešených a zapojených elementů, aparátů, a jejich vhodným uspořádáním a vzájemným propojením.

Praktické provedení způsobu podle vynálezu je objasněno na následujících příkladech, jimiž ovšem rozsah vynálezu není omezen ani vyčerpán.

Příklady provedení

Přehled obrázků

Technické řešení zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerinu bude blíže vysvětleno pomocí obrázků 1 až 5, na kterých jsou graficky znázorněny jednotlivé níže uvedené příklady.

Na obr. 6 až 9 jsou znázorněny příklady technického řešení jednotlivých průtokových jednotek s využitím jednotlivých elementů. Průtokové jednotky jsou označeny takto:

(1, 2, 3, 4) - reaktorové jednotky (5, 6, 7, 8, 9) - jednotky pro separaci fází (10, 11, 15) - distribuční jednotky (12) - destilační jednotka (13, 14)-‘přepínače průtoku

Elementy průtokových jednotek jsou označeny takto:

(a) - reaktor (b) - výměník tepla fc) - směšovač (e) - výměník tepla (f) - dělíčka fází (g) - dělička fází (h) - akumulační člen (zásobník) (1) - odparka (j) - odparka (ít) - deflegmátor nebo rektifIkační kolona (1) - dělička fázi (ra) - dělička fází (n) - akumulační člen (zásobník) (o) - filtr

Příklad 1

Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerinu podle tohoto příkladu se sestává z větve, v níž se produkuje surový ester, která zahrnuje dvě distribuční jednotky (10, 11), tři reaktorové jednotky (i, 2, 3) a tři jednotky pro separaci kapalných fázi (5, 6, 7), přívody materiálu (101, 102, 103) a odvod materiálu (201), a z větve, v níž se produkuje surový glycerin, která zahrnuje dvě jednotky pro separaci kapalných fází (8, 9), reaktorovou jednotku (4), destilační jednotku (12), přívod materiálu (104) a odvody materiálu (202, 203, 204).

Prvý přívod materiálu (101) je napojen na prvou reaktorovou jednotku (1), napojenou na jednotku pro separaci fází (5), napojenou na druhou reaktorovou jednotku (2), napojenou na jednotku pro separaci fázi (6), napojenou na třetí reaktorovou jednotku (3), napojenou na jednotku pro separaci fází (7), napojenou na prvý odvod materiálu (201). Druhý přívod materiálu (102) je napojen na vstup distribuční jednotky (10), napojené na vstupy reaktorových jednotek (1, 2, 3). Třetí přívod materiálu (103) je napojen na vstup distribuční jednotky (11), napojené na vstupy reeaktorových jednotek (1, 2, 3). Výstupy těžší glycerinové fáze z jednotek pro separaci fází (5, 6, 7) jsou napojeny na jednotku pro separaci fázi (8), napojenou na destilační jednotku (12), napojenou na reaktorovou jednotku (4) , napojenou na jednotku pro separaci fází (9), napojenou na druhý odvod materiálu (202). Výstup lehčí fáze z jednotky pro separaci fází (8) je napojen na vstup jednotky pro separaci fází (5) . čtvrtý přívod materiálu (104) je napojen na vstup reaktorové jednotky (4). Třetí odvod materiálu (203) je napojen

na výstup destilačni jednotky (12) a čtvrtý odvod materiálu (204) na výstup lehčí fáze ž jednotky pro separaci fází (9).

Jednotlivé průtokové jednotky jsou propojeny podle schématu na obr. 1. Reaktorové jednotky (1, 2, 3) jsou tvořeny z elementů podle schématu na obr. 6a, reaktorová jednotka (4) je tvořena z kombinace elementů podle schématu na obr. 6c, jednotky pro separaci fází (5, 6, 7) jsou tvořeny podle schématu na obr. 7b, jednotka pro separaci fází (8) je tvořena podle schématu na obr. 9a, jednotka pro separaci fází (9) je tvořena jedinou průtokovou děličkou (1) a destilačni jednotka (12) je tvořena z odparky (j) á deflegmátoru (k) podle schématu na obr. 12

Výroba methylesteru podle tohoto příkladu probíhá následovně:

Do prvé reaktorové jednotky (1) se přivádí přívodem (101) olej, přívodem (102) přes distribuční jednotku (10) methanol a přívodem (103) přes distribuční jednotku (11) roztok v methanolu ( např. alkalický hydroxid nebo Reakcí oleje s methanolem za přítomnosti vznikají dvě kapalné fáze, které se rozdělují pro separaci fází (5). Těžší glycerinová fáze se katalyzátoru alkoholát). katalyzátoru v jednotce odvádí z této jednotky do jednotky pro separaci fází (8). Lehčí esterová fáze se uvádí do druhé reaktorové jednotky a současně z distribučních jednotek (10) a (11) další množství methanolu a roztoku katalyzátoru. V této jednotce se olej z podstatné části přemění na methylester. Reakční směs se rozděluje podobně jako v předešlém stupni v jednotce pro separaci fází (6). Těžší glycerinová fáze se opět odvádi do jednotky pro separaci fází (8), Lehčí esterová fáze se uvádí spolu s dalším množstvím methanolu a roztoku katalyzátoru do třetí reaktorové jednotky (3), kde dochází k doreagování oleje a v jednotce pro separaci fází (7) k co nejúplnějšímu odděleni zbytků glycerinové fáze, která je odváděna opět do jednotky pro separaci fází (8), Surový ester se odvádí odvodem materiálu (201).

V jednotce pro separaci fází (8) dochází při pomalém průtoku k sedimentaci a odděleni dispergovaného methylesteru, který se vrací na vstup jednotky pro separaci fází (5). Vyčeřená glycerinová fáze filmové odparce malého množství Glycerinová fáze prochází destilační jednotkou (12), kde se na odestiluje methanol, který se po deflegmaci glycerinu odvádí odvodem materiálu (203). zbavená methanolu se uvádí do reaktorové jednotky (4), kde se reakcí mýdel s minerální kyselinou, přiváděnou přívodem materiálu (104), uvolňují v glycerinu velmi málo rozpustné mastné kyseliny. Směs se rozsazuje v jednotce pro separaci fází (9). Mastné kyseliny se odvádí odvodem materiálu (204) a surový glycerin odvodem (202).

Příklad 2

Průtokové jednotky podle tohoto příkladu jsou situovány a propojeny podle schématu na obr. 2.

Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerinu je shodné s předchozím příkladem s tím rozdílem, že methanol se z distribuční jednotky (10) přivádí jen do reaktorových jednotek (2) a (3), glycerinová fáze z jednotky pro separaci fází (6) se odvádí na vstup reaktorové jednotky (1) a z jednotky pro separaci fází (7) na vstup reaktorové jednotky (2) místo do jednotky pro separaci fází (8) a destilační neobsahuje deflegraační element (k). Průtočné reaktorových jednotek (1, 2, míchadly na společné ose jednotka (12) reaktory (a) 3) jsou vybaveny třemi turbinovými a dvěmi radiálními přepážkami, vytvářejícími tři průtočné míchané zóny. Děličky fázi (f) a (g) jednotek pro separaci fází (5, 6, 7) jsou vybaveny vyjímatelnými koalescenčními vložkami a a dšličky f šikmými axiálními odlučovači kapek. Reaktor (4) je tvořen míchanou průtočnou nádobou s duplikátorem a přívodem složek do prostoru míchadla.

Příklad 3

Průtokové jednotky podle tohoto příkladu jsou situovány a propojeny podle schématu na obr. 3.

Zařízení podle tohoto příkladu obsahuje dále jako základní část přepínače (13) a (14) a tím spojuje výhody obou předchozích příkladů. Glycerinová fáze z jednotky pro separaci fází (6) se

může odvádět jak do reaktorové jednotky (1), tak do jednotky pro separaci fází (8) a z jednotky pro separaci fází (7) jak do reaktorové jednotky (2), tak opět do jednotky pro separaci fází (8).

Kromě toho jsou reaktorové jednotky (1, 2, 3) tvořeny výhodněji z elementů podle schématu na obr. 6b, kdy roztok katalyzátoru spolu s glycerinovou fází z předchozího stupně se směšuje s předehřátou reakční směsí přímo na vstupu do průtočného reaktoru. V jednotce pro separaci fází (7) podle schématu na obr. 7b je průtočná gravitační dělička (g) nahražena odstředivým separátorem, který zajíštuje úplnější oddělení glycerínové fáze, která je odváděna do akumulačního zásobníku (h).

Jednotka pro separaci fází (8) je tvořena podle schématu na obr. 9b s filtrem (o) vřazeným mezi dětičky fází (1) a (m). Přívodem materiálu (105) se přivádí na vstup filtru (o) pomocná filtrační hmota, která se rozmíchává v přiváděné glycerinové fázi. Oddělené fosfatidy se spolu s pomocnou filtrační hmotou odvádí odvodem materiálu (205). Destilační jednotka (12) je tvořena z deskové odparky (i), filmové rotorové odparky (j) a deflegmátoru (k) podle schématu na obr. 8. část methanolu se z glycerinové fáze odpařuje v deskové odparce (j) a hluboké odpaření methanolu probíhá za sníženého tlaku ve filmové rotorové odparce (j). Z methanolových par se v deflegmátoru (k) odstraňuje stržený glycerin. Průtočné reaktory a ostatní průtočné děličky fází jsou tvořeny jako v příkladu 2.

Příklad 4

Průtokové jednotky podle tohoto příkladu jsou situovány a propojeny podle schématu na obr. 4.

Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerinu je podobné zařízení podle příkladu 2 s tím rozdílem, že bylo výrazně zjednodušeno vypuštěním některých průtokových jednotek.

V případě reálného zařízení je také možné tyto jednotky pouze vyřadit z provozu a upravit potrubní propoje. Zařízení je vhodné

-17- · · · ···· · · ·

X f «···<!*··· • ······ · · · ··· ·· • · · · · · ··· · «· · · · · · ·· jen pro zpracování oleje s velmi nízkým obsahem nečistot.

Zařízení neobsahuje třetí průtokový reaktor (3) a jednotku pro separaci fází (7). Methanol z distribuční jednotky (10) a roztok katalyzátoru z distribuční jednotky (11) se uvádí pouze do reaktorové jednotky (1) a (2). Je zachováno propojení pro glycerinovou fázi z jednotky pro separaci fází (6) na vstup prvé reaktorové jednotky (1).

Zařízeni dále neobsahuje jednotku pro separaci fází (8) těžší glycerinová fáze z jednotky pro separaci fází (5) se uvádí přímo do destilační jednotky (12). Odpovídající průtočné jednotky jsou tvořeny z elementů týmž způsobem jako v příkladu 2.

Příklad 5

Průtokové jednotky podle tohoto příkladu jsou situovány á propojeny podle schématu na obr. 5.

Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerinu podle tohoto příkladu je co se týče výběru a propojení průtokových jednotek shodné se zařízením podle příkladu 2 s tím, že dále obsahuje jako základní část distribuční jednotku (15), na jejíž vstup je napojen přívod materiálu (106) a a výstup z této jednotky je napojen na průtokové reaktorové jednotky (2) a (3). Tyto reaktorové jednotky jsou tvořeny podle schématu na obr. 6d, podle něhož se průtočný reaktor sestává s z dílčích směšovacích a reakčních elementů. Dílčí směšovače jsou tvořeny statickými mixery, dílčí reaktory jsou deskovými elementy s úzkými kanálky s vysokou rychlostí průtoku a se současnou možností výměny tepla. Dílčí reaktory tak mají dodatečnou funkci směšovačů a výměníků tepla. Navazující jednotky pro separaci fází (6, 7) jsou tvořeny podle schématu na obr. 7c. Průtočné děličky (f) a (g) jsou vybaveny stejně jako v příkladu 2 s výjimkou děličky (g) jednotky (7). Výměníky (e) jednotek (6) a (7) fungují jako deskové odparky.

Reaktorové jednotky (2, 3) a navazující jednotky pro separaci • · · · · · fázi fungují tak, že reakční směs se mísí s alkoholem ve směšovači ci, ohřeje se ve výměníku bi, na vstupu do průtočného katalyzátoru a případně stupně ve směšovači ca, ai, kde dojde k částečné reaktoru se smísí s roztokem s glycerinovou fázi z předchozího prochází částí průtočného reaktoru přeměně oleje na ester, ve směšovači C3, se případně smísí s dalším podílem roztoku katalyzátoru, v druhé části průtočného reaktoru a2 se dále zvýší stupeň přeměny oleje na ester a v závěrečném směšovači C4 se z distribuční jednotky (15) přidá složka, která zastaví průběh reakce a/nebo usnadní rozděleni esterové a glycerinové fáze. Směs postupuje do jednotky pro separaci fází, kde se v tepelném výměníku (e), který funguje jako odparka, odpaří za sníženého tlaku část nezreagovaného alkoholu, který se odebírá odvodem materiálu (206i, 2062). Esterová a glycerinová fáze se potom odsazují v průtočných gravitačních děličkách (f) a (g). V jednotce pro separaci fází (7) je průtočná gravitační děličfca (g) nahražena odstředivým separátorem, který zajištuje úplnější oddělení glycerinové fáze. Glycerinová fáze z jednotky pro separaci fází (5) a (7) se uvádí do jednotky pro separaci fází (8) ve větvi, v níž se produkuje surový glycerin. Glycerinová fáze z jednotky pro separaci fází (6) se uvádí na vstup prvé reaktorové jednotky (1).

Destilační jednotka (12) je tvořena z deskové odparky (i), filmové rotorové odparky (j) a deflegmátoru (k) podle schématu na obr. 8. část alkoholu se z glycerinové fáze odpařuje v deskové odparce (j) a hluboké odpaření alkoholu probíhá za sníženého tlaku ve filmové rotorové odparce (j). Z par alkoholu se v deflegmátoru (k) odstraňuje stržený glycerin.

Zařízení podle tohoto příkladu je zvláště vhodné pro přípravu ethylesteru mastných kyselin rostlinných olejů, zejména řepkového oleje.

Claims (18)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a surového glycerinu z triglyceridových tuků a olejů zahrnující směšovače kapalin, výměníky tepla, reaktory, děličky fází, filtr, odparky, deflegmační a rektifikační aparát, dávkovači čerpadla, zásobníky, přívody a odvody materiálu a složené z větve v níž se produkuje surový ester a z větve v níž se produkuje surový glycerin vyznačující se tím, že větev, v níž se produkuje surový ester, se sestává z nejméně dvou distribučních jednotek (10, 11), jejichž vstup je napojen na přívody materiálu (102, 103) a výstupy napojeny na nejméně dvě reaktorové jednotky (1, 2, 3) zapojené za sebou, přičemž za každou reaktorovou jednotkou je zařazena jednotka pro separaci kapalných fází (5, 6, 7), přičemž přívod materiálu (101) je napojen na vstup prvé reaktorové jednotky (1) a odvod materiálu (201) je napojen na výstup lehké fáze poslední jednotky pro separaci fází (6, 7), a větev, v niž se produkuje surový glycerin, se sestává z destilační jednotky (12), napojené na reaktorovou jednotku (4), napojené na jednotku pro separaci kapalných fází (9), přičemž vstup do destilační jednotky (12) je napojen na výstup těžší glycerinové fáze z nejméně jedné jednotky pro separaci kapalných fází (5, 6, 7) a výstup destilátu z této jednotky je napojen na odvod materiálu (203), vstup reaktorové jednotky (4) je dále napojen na přívod materiálu (104) a výstupy jednotky pro separaci fází (9) jsou napojeny na odvody materiálu (204) a (205).
2. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje jednotku pro separaci kapalných fází (8), která je vřazena mezi destilační jednotku (12) a nejméně jednu jednotku pro separaci fází (5, 6, 7), přičemž vstup jednotky (8) je napojen na výstup těžší glycerinové fáze nejméně jedné jednotky pro separaci fází (5, 6, 7) a výstup lehčí esterové fáze z jednotky (8) je napojen na vstup jednotky pro separaci kapalných fází (5).

   • · ·· · ···· «· · « « ♦ · · ♦ · · • · · · · · · · · · • ···· · · · · ♦ ♦·· ··· • · · · · · · • · · * ·· ··· ·· ··
3. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se t í m, že reaktorové jednotky (1, 2, 3, 4) jsou tvořeny směšovačem kapalin (c), výměníkem tepla (b) a průtočným reaktorem (a), přičemž výměník tepla (b) a/nebo směšovač kapalin (c) mohou být zčásti nebo zcela součástí průtočného reaktoru (a), s výhodou je výměník tepla (b) a/nebo směšovač kapalin (c) rozdělen na několik dílčích výměníků (bi) a dílčích směšovačů (cí), které jsou vloženy do průtočného reaktoru (a)
4. 4. Zařízení podle některého z vyznačující se tím, distribuční jednotku (15), jejíž vstup materiálu (106) a výstup je napojen na který je vložen do průtočného reaktoru reaktorové jednotky (1, 2, 3, 4).

   nároků 1 že dále je napojen dílčí směšovač (a) nejméně až 3, zahrnuje na přívod (ci), j edné
5. 5, Zařízení podle vyznačující reaktorová jednotka (1, některých nároků az

   4, že alespoň některá průtočný reaktor (a) 2, 3, 4), je opatřen se tím,

   2, 3, 4), nebo alespoň některé reaktorové jednotky (1, pohyblivými míchacími elementy, s výhodou ve vícestupňovém uspořádání, zejména blízkém extrakční koloně s točivými nebo vibrujícími elementy, nebo je opatřen statickými míchacími elementy, s výhodou ve vícestupňovém uspořádání, a/nebo je opatřen dlouhými úzkými kanálky podobnými svým uspořádáním deskovým výměníkům tepla, popřípadě se tyto elementy kombinují.
6. 6. Zařízení podle některých nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že nejméně jedna jednotka pro separaci fází (5, 6, 7) je tvořena výměníkem tepla (e) a nejméně jednou průtočnou gravitační děličkou fází (f, g), která je s výhodou opatřena odlučovači kapek a/nebo koalescenčni vložkou, přičemž v uspořádání se dvěmi děličkami jsou tyto zapojeny za sebou se společným odtahem těžké fáze přes akumulační člen (h).
7. 7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že výměník tepla (e) v nejméně jedné jednotce pro separaci fází (5, 6, 7) je tvořen odparkou a zařízení dále zahrnuje odtah materiálu (206), který je napojen na výstup destilátu z výměníku tepla (e).
8. 8. Zařízení podle vyznačuj ící fází (5) je s výhodou přičemž výstup pevné materiálu (207).

   některých nároků 1 až 7, se tím, že jednotka pro separaci tvořena rotačním třífázovým dekantérem, fáze z dekantéru je napojen na odtah
9. 9. Zařízení podle některých nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že průtočná gravitační dělička fází (g) poslední jednotky pro separaci fází (6, 7) je s výhodou nahrazena odstředivým separátorem fází.
10. 10. Zařízeni podle některých nároků 1 až 9, vyznačující se tím, že jednotka pro separaci fází (9) a/nebo (8) je tvořena nejméně jednou průtočnou gravitační děličkou fází (1, m), která je s výhodou opatřena odlučovači kapek a/nebo koalescenční vložkou, přičemž v uspořádání se dvěmi děličkami jsou tyto s výhodou zapojeny za sebou se společným odtahem lehké fáze přes akumulační člen (n).
11. 11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se t í ra, že mezi průtočné gravitační děličky fází (1) a (m) jednotky pro separaci fází (8) je vřazen filtrační element (o), na jehož vstup je napojen výstup děličky (1) a přívod materiálu (105) a na výstup je napojen na vstup děličky (m) a odtah materiálu (205).
12. 12. Zařízení podle některých nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že destilační jednotka (12) je tvořena nejméně jednou odparkou (i, j), s výhodou odparkou s padajícím filmem nebo filmovou rotorovou odparkou, přičemž destilát je odtahován s výhodou přes deflegmační nebo rektifikační element (k).
13. 13. Zařízení podle některých nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že nejméně dvě distribuční jednotky (10, 11, 15) jsou tvořeny elementy pro plynulé nebo • ·

    22 «·· · · · · · « * « • · · · · · · ♦ · · « ···· 9 9 9 · · 999 999

    9 9 9 9 9 9 9 ··· · ♦ · ··· ·· ·· pulzní proporcionální dávkování kapalin, s výhodou dávkovacími čerpadly.
14. 14. Zařízení podle některých nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že výstup těžší glycerinové

    fáze z jednotky pro separaci fází (6) se uvádí na vstup reaktorové jednotky (1). 15. Zařízení podle některých nároků 1 až 14, v y z načující se t í m, že výstup · těžší glycerinové fáze z jednotky pro separaci fází (7) se uvádí na vstup reaktorové jednotky (2).
15. 16. Zařízení podle některého z nároků 14 a 15, vyznačující se tím, že dále obsahuje přepínač (13) materiálu situovaný mezi reaktorovou jednotkou (1), jednotkou pro separaci fází (6) a destilační jednotkou (12) nebo jednotkou pro separaci fází (8).
16. 17. Zařízení podle nároku 16, vyznačující se tím, že přepínač (13) je napojen na výstup těžší kapalné fáze z jednotky pro separaci kapalných fází (6) a spojen se vstupem reaktorové jednotky (1) a se vstupem destilační jednotky (12) nebo se vstupem jednotky pro separaci fází (8).
17. 18. Zařízení podle některých nároků 14 až 17, vyznačující se tím, že dále obsahuje přepínač (14) materiálu situovaný mezi reaktorovou jednotkou (2), jednotkou pro separaci fází (7) a destilační jednotkou (12) nebo jednotkou pro separaci fází (8).
18. 19. Zařízení podle nároku 18, vyznačující se tím, že přepínač (14) je napojen na výstup těžší kapalné fáze z jednotky pro separaci kapalných fází (7) a spojen se vstupem reaktorové jednotky (2) a se vstupem destilační jednotky (12) nebo se vstupem jednotky pro separaci fází (8).