CZ9278U1 - Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerolu - Google Patents

Description

Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerolu

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerolu 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 jednomocných alkoholů, zejména methylester mají velký technický význam jako meziprodukty 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 použít ethanolu z přebytků zemědělské produkce obilovin.

Výroba esterů mastných kyselin reesterifikací glyceridových tuků a olejů nižšími alkoholy za přítomnosti bazických katalyzátorů je známá již delší dobu. Příprava methylesteru byla popsána již v US 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 Henkel (DE 3 444 893), Lion Co. (DE 3 107 318), Metallgesellschaft AG (DE 3 325 066, 3 400 766, 3 415 529) a zveřejněná přihláška vynálezu PV 1116-94. Chráněny jsou i kontinuální postupy výroby methylesterů za zvýšených teplot a tlaků do 240 °C a 10 MPa (DE 3 421 217 aDE 3 512 497). Podrobné údaje o chemismu přípravy alkylesterů byly publikovány v J.A.O.C.Soc. 61 (1984) str. 343, 1638 a další. Významné výrobní postupy byly popsány v Enzyclopadie der technischen Chemie, Ullmann, Band 11, str. 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 glycerolu esterifikací 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.

Podle WO 91/05034 se reesterifikace může uskutečňovat ve dvou za sebou řazených trubkových reaktorech s vysokou rychlostí průtoku následovaných trubkovými odlučovači fází. Podle PL 171 878 se reesterifikuje také ve dvou stupních, přičemž v každém stupni jsou za sebou řazeny jako reaktory výplňová kolona, v níž teče reakční směs shora dolů, a míchaná nádoba, za nimiž následuje talířový separátor fází. Často používaným zařízením je stripovací kolona nebo filmová odparka, v nichž dochází k odpaření methanolu, následovaná opět talířovým separátorem fází, v němž se oddělují zbytky mýdel. Podle AT 294 860 je chráněno zařízení, které se sestává ze směšovače, trubkového průtočného reaktoru, odstředivky a filtračního zařízení. Olej používaný jako surovina pro reesterifikací v kontinuálním zařízení vyžaduje obvykle hluboké odslizení (méně než 20 ppm P) a odstranění volných mastných kyselin extrakcí vodným roztokem alkálií nebo jejich esterifikací. K tomu slouží v tukovém průmyslu běžná zařízení jako nožové mixery, talířové separátory, třífázové dekantéry, ale i zařízení méně běžná jako kolony s pevným ložem katalyzátoru apod.

Nevýhodou dosud používaných zařízení pro kontinuální reesterifikací glyceridových tuků a olejů je jednoúčelovost jednotlivých strojů a částí zařízení, která vyžaduje dodržování určitého postupu a určitých pracovních podmínek a z toho vyplývající požadavek na vysokou čistotu výchozího oleje. Rostlinný olej obsahuje podle způsobu a rozsahu rafinace proměnlivé množství

- 1 CZ 9278 U1 nečistot, zejména fosfatidů, které mají nepříznivý vliv na průběh reesterifikace. Snižují rychlost reesterifikace i rychlost rozsazování esterové a glycerolové fáze.

Vysoký stupeň rafinace výchozího oleje ovšem zvyšuje výrobní náklady a omezuje tak využití esterů zejména jako motorového paliva. Ekonomické důvody proto nutí k využití méně rafinovaných olejů a olejů ze zemědělských lisoven, jejichž vlastnosti však vždy nezaručují průběh reesterifikace podle projektovaných parametrů zařízení, což se projevuje ve snížení výkonu zařízení a snížení kvality produktu.

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.

Technické řešení si proto klade za úkol navrhnout takové zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerolu, 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 i na požadavky po určitém druhu esteru a současně by na nezbytnou míru omezovalo použití drahých jednoúčelových strojů jako jsou odstředivé separátory a dekantéry.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky se odstraní a vytčeného cíle se dosahuje na zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a surového glycerolu zahrnující směšovače kapalin, výměníky tepla, reaktory, děliěky fází, filtr, odparky, deflegmační nebo rektifikační aparát, dávkovači čerpadla, přívody a odvody materiálu a složeném ze dvou produkčních větví podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá vtom, že větev, v níž se produkuje surový ester, se sestává z nejméně dvou distribučních jednotek JO, 11. jejichž vstup je napojen na přívody 102. 103 materiálu a výstupy napojeny na nejméně dvě reaktorové jednotky 1, 2, 3 zapojené za sebou, přičemž za každou reaktorovou jednotkou je zařazena jednotka 5, 6, 7 pro separaci kapalných fází, přičemž přívod 101 materiálu je napojen na vstup prvé reaktorové jednotky i a odvod 201 materiálu je napojen na výstup lehké fáze poslední jednotky 6, 7 pro separaci fází, a větev, v niž se produkuje surový glycerol, se sestává z destilační jednotky 12, napojené na reaktorovou jednotku 4, napojené na jednotku 9 pro separaci kapalných fází, přičemž vstup do destilační jednotky \2 je napojen na výstup těžší glycerolové fáze z nejméně jedné jednotky 5, 6, 7 pro separaci kapalných fází a výstup destilátu z této jednotky je napojen na odvod 203 materiálu, vstup reaktorové jednotky 4 je dále napojen na přívod 104 materiálu a výstupy jednotky 9 pro separaci fází jsou napojeny na odvody 204 a 202 materiálu.

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 řešení podle tohoto technického řešení. Surovým glycerolem se myslí glycerol zbavený mýdel a nezreagovaného methanolu a obsahující soli 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 8 pro separaci kapalných fází, která je vřazena mezi destilační jednotku 12 a nejméně jednu jednotku 5, 6, 7 pro separaci fází, přičemž

-2CZ 9278 Ul vstup jednotky 8 je napojen na výstup těžší glycerolové fáze nejméně jedné jednotky 5, 6, 7 pro separaci fází a výstup lehčí esterové fáze z jednotky 8 je napojen na vstup jednotky 5 pro separaci kapalných fází.

Je výhodné, jestliže jsou reaktorové jednotky I, 2, 3, 4 tvořeny směšovačem c kapalin, výměníkem b tepla a průtočným reaktorem a, přičemž výměník b tepla a/nebo směšovač c kapalin mohou být zčásti nebo zcela součástí průtočného reaktoru a, s výhodou je výměník b tepla a/nebo směšovač c kapalin rozdělen na několik dílčích výměníků b a dílčích směšovačů c, které jsou vloženy do průtočného reaktoru a.

To znamená, že veškeré složky, které vstupují do reaktorové jednotky, se mohou mísit v samostatném směšovači, 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 směšovači 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 směšovači 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 buď 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 106 materiálu a výstup je napojen na dílčí směšovač c, kteiý je vložen do průtočného reaktoru a nejméně jedné reaktorové jednotky i, 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 fází 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 b, který má podpůrný vliv k působení výše uvedené reakční složky.

Dále je výhodné, jestliže alespoň některá reaktorová jednotka I, 2, 3, 4, nebo průtočný reaktor a, který je částí 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 I, 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. Z 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 výplní, zejména orientovanou výplní, s přepážkami a různě kombinovaným průtokem, kolony sestavené z jednotek statických směšovačů s radiálním, axiálním nebo kombinovaným průtokem.

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,

-3 CZ 9278 Ul 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 reakční teplotu za současně probíhající chemické reakce, ale i k ochlazení směsi po proběhnuté reakci.

Výhodou technického řešení podle tohoto technického řešení je možnost nastavit v širokých mezích vhodnou reakční teplotu a přívodem katalyzátoru i někteiých dalších složek na vhodné místo nebo místa nastavit i vhodnou dobu prodlení a tak pružně reagovat na kvalitu suroviny i požadavky na odlišné reakční 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 aje zabráněn přístup vzduchu a jestliže umožňují práci za zvýšené teploty a tlaku aje tak potlačen tlak par některých níževroucích složek reakční směsi, zejména za zvýšené teploty.

Jednotlivé reaktorové jednotky mohou být s výhodou řešeny technicky odlišně zejména s přihlédnutím k reakční 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 5, 6, 7 pro separaci fází je tvořena výměníkem e tepla a nejméně jednou průtočnou gravitační děličkou f, g fází, která je s výhodou opatřena odlučovači kapek a/nebo koalescenční vložkou, přičemž v uspořádání se dvěmi děličkami 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 technického řešení využívá s výhodou zapojení dvojíc reaktorových a separaěních jednotek ve větvi produkující surový ester 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 využít 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 technického řešení s výhodou využívá průtočné gravitační separátory, děliěky, 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 děliěek je výhodné nastavit optimální teplotu vstupujícího media pomocí výměníku e tepla.

Vhodnou teplotou se dosahuje přiměřené rychlosti a úplnosti separace kapalných fází a současně přiměřené rychlosti rozpadu mezifáze. Je výhodné, když výměník e tepla v nejméně jedné jednotce 5, 6, 7 pro separaci fází je tvořen odparkou a zařízení dále zahrnuje odtah 206 materiálu, který je napojen na výstup destilátu z výměníku e tepla. 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 děliěce.

Zvláště výhodné je uspořádání děliěek s výměnnou koalescenční vložkou, která urychluje spojování kapiček dispergované fáze. Důležité je, aby materiál vložky vykazoval afinitu k dispergované fázi. Pro funkci děličky je významné použití odlučovačů kapek ať 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 dětičkami podporuje koalescenci zbylé dispergované fáze a její vyloučení.

-4CZ 9278 U1

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

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

Dále je výhodné, jestliže jednotka 9 a/nebo 8 pro separaci fází je tvořena nejméně jednou průtočnou gravitační děličkou 1, m fází, která je s výhodou opatřena odlučovači kapek a/nebo koalescenění vložkou, přičemž v uspořádání se dvěmi děličkami 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 lam fází jednotky 8 pro separaci fází je vřazen filtrační element o, na jehož vstup je napojen výstup děličky 1 a přívod 105 materiálu a na výstup je napojen na vstup děličky m a odtah 202 materiálu.

Zařazením další jednotky 8 pro separaci fází mezi destilační jednotku 12 a jednotky 5, 6, 7 pro separaci fází a volbou gravitačních děliček m, 1 s přiměřenou dobou prodlení se dosahuje dodatečné koalescence a oddělení zbytků dispergované lehké fáze, která se vrací do jednotky 5 pro separaci fází. Mohou se tak významně snižovat ztráty esteru. Oddělení zbytků lehké fáze napomáhají koalescenění 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 gravitační děličky lam fází jednotky 8 pro separaci fází vřazen filtrační element o, kterým se zachycují a přes odtah 205 materiálu odstraňují rozptýlené částice fosfatidů. K tomu účelu slouží také pomocná filtrační hmota, která vstupuje přívodem 105 materiálu a rozmíchává se v glycerolové fázi a/nebo se předem naplavuje na filtrační element o.

Dále je výhodné, když destilační jednotka 122 ve větvi produkující surový glycerol 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 glycerolové 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 glycerolu.

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

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

Také je výhodné, jestliže výstup těžší glycerolové fáze z jednotky 7 pro separaci fází se uvádí na vstup reaktorové jednotky 2. Význam tohoto uspořádání je podobný jako v předchozím případu.

-5 CZ 9278 U1

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

Je výhodné, když je přepínač 13 napojen na výstup 6 těžší kapalné fáze z jednotky pro separaci kapalných fází a spojen se vstupem reaktorové jednotky i a se vstupem destilační jednotky 12 nebo se vstupem 8 jednotky pro separaci fází.

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

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

Přepínače a jejich napojení dovolují měnit průtok těžké glycerolové fáze s ohledem na její stav a složení a poměry v reaktorových jednotkách 1, 2, v jednotce 8 pro separaci fází 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 j ednotek.

Výhodou zařízení pro kontinuální výrobu surového esteru a glycerolu podle tohoto technického řešení na rozdíl od dosud známých jednoúčelových zařízeních je možnost měnit reakční podmínky a podmínky pro separaci materiálu atak 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 možnost používat stejné zařízení pro výrobu více druhů esterů.

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 tohoto technického řešení je objasněno na následujících příkladech, jimiž ovšem rozsah technického řešení není omezen ani vyčerpán.

Přehled obrázků

Technické řešení zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerolu 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 j ednotka (13,14) - přepínače průtoku.

Elementy průtokových jednotek jsou označeny takto:

(a) - reaktor (b) - výměník tepla (c) - směšovač (e) - výměník tepla

-6CZ 9278 U1 (f) - dělička fází (g) - dělička fází (h) - akumulační člen (zásobník) (i) - odparka (j) - odparka (k) - deflegmátor nebo rektifikační kolona (l) - dělička fází (m) - dělička fází (n) - akumulační člen (zásobník) ío (o) - filtr.

Příklady provedení

Příklad 1

Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerolu podle tohoto příkladu se sestává z větve, v níž se produkuje surový ester, která zahrnuje dvě distribuční jednotky 10, 11, tři reaktorové jednotky 1,2,3 a tři jednotky 5, 6, 7 pro separaci kapalných fází, přívody 101, 102. 103 materiálu a odvod 201 materiálu, a z větve, v níž se produkuje surový glycerol, která zahrnuje dvě jednotky 8, 9 pro separaci kapalných fází, reaktorovou jednotku 4, destilační jednotku 12, přívod 104 materiálu a odvody 202, 203. 204 materiálu.

Prvý přívod 101 materiálu je napojen na prvou reaktorovou jednotku 1, napojenou na jednotku 5 pro separaci kapalných fází, napojenou na druhou reaktorovou jednotku 2, napojenou na jednotku 6 pro separaci kapalných fází, napojenou na třetí reaktorovou jednotku 3, napojenou na jednotku 7 pro separaci kapalných fází, napojenou na prvý odvod 201 materiálu. Druhý přívod 102 materiálu je napojen na vstup distribuční jednotky JO, napojené na vstupy reaktorových jednotek 1, 2, 3. Třetí přívod 10 materiálu je napojen na vstup distribuční jednotky 11, napojené na vstupy reaktorových jednotek J, 2, 3. Výstupy těžší glycerolové fáze z jednotek 5, 6, 7 pro separaci kapalných fází jsou napojeny na jednotku 8 pro separaci kapalných fází, napojenou na destilační jednotku 12, napojenou na reaktorovou jednotku 4, napojenou na jednotku 9 pro separaci kapalných fází, napojenou na druhý odvod 202 materiálu. Výstup lehčí fáze z jednotky 8 pro separaci kapalných fází, je napojen na vstup jednotky 5 pro separaci kapalných fází. Čtvrtý přívod 104 materiálu je napojen na vstup reaktorové jednotky 4. Třetí odvod 203 materiálu je napojen na výstup destilační jednotky 12 a čtvrtý odvod 204 materiálu na výstup lehčí fáze z jednotky 9 pro separaci kapalných fází.

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 5, 6, 7 pro separaci kapalných fází jsou tvořeny podle schématu na obr. 7b, jednotka 8 pro separaci kapalných fází je tvořena podle schématu na obr. 9a, jednotka 9 pro separaci kapalných fází je tvořena jedinou průtokovou děliěkou 1 a destilační jednotka 12 je tvořena z odparky j a 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 katalyzátoru v methanolu (např. alkalický hydroxid nebo alkoholát). Reakcí oleje s methanolem za přítomnosti katalyzátoru vznikají dvě kapalné fáze, které se rozdělují v jednotce 5 pro separaci fází. Těžší glycerolová fáze se odvádí z této jednotky do jednotky 8 pro separaci fází. Lehčí esterová fáze se uvádí do druhé reaktorové jednotky a současně z distribučních jednotek 10 a JI 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

-7 CZ 9278 U1 pro separaci fází. Těžší glycerolová fáze se opět odvádí do jednotky 8 pro separaci fází. Lehčí esterová fáze se uvádí spolu s dalším množstvím methanolu a roztoku katalyzátoru do třetí reaktorové jednotky 3, kde dochází kdoreagování oleje a v jednotce 7 pro separaci fází kco nejúplnějšímu oddělení zbytků glycerolové fáze, která je odváděna opět do jednotky 8 pro separaci fází. Surový ester se odvádí odvodem 201 materiálu.

V jednotce 8 pro separaci fází dochází při pomalém průtoku k sedimentací a oddělení dispergovaného methylesteru, který se vrací na vstup jednotky 5 pro separaci fází. Vyčeřená glycerolová fáze prochází destilaění jednotkou 12, kde se na filmové odparce oddestiluje methanol, který se po deflegmaci malého množství glycerolu odvádí odvodem 203 materiálu.

Glycerolová fáze zbavená methanolu se uvádí do reaktorové jednotky 4, kde se reakcí mýdel s minerální kyselinou, přiváděnou přívodem 104 materiálu, uvolňují v glycerolu velmi málo rozpustné mastné kyseliny. Směs se rozsazuje v jednotce 9 pro separaci fází. Mastné kyseliny se odvádí odvodem 204 materiálu a surový glvcerol 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 glycerolu je shodné s předchozím příkladem s tím rozdílem, že methanol se z distribuční jednotky JO přivádí jen do reaktorových jednotek 2 a 3, glycerolová fáze z jednotky 6 pro separaci fází se odvádí na vstup reaktorové jednotky J. a z jednotky 7 pro separaci fází na vstup reaktorové jednotky 2 místo do jednotky 8 pro separaci fází a destilaění jednotka 12 neobsahuje deflegmaění element k. Průtočné reaktory a reaktorových jednotek i, 2, 3 jsou vybaveny třemi turbinovými míchadly na společné ose a dvěmi radiálními přepážkami, vytvářejícími tři průtočné míchané zóny. Děličky f ag fází jednotek 5, 6, 7 pro separaci fází jsou vybaveny vyjímatelnými koalesceněními vložkami a děličky 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. Glycerolová fáze z jednotky 6 pro separaci fází se může odvádět jak do reaktorové jednotky I, tak do jednotky 8 pro separaci fází a z jednotky 7 pro separaci fází jak do reaktorové jednotky 2, tak opět do jednotky 8 pro separaci fází.

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

Jednotka 8 pro separaci fází je tvořena podle schématu na obr. 9b s filtrem o vřazeným mezi děličky lam fází. Přívodem 105 materiálu se přivádí na vstup filtru o pomocná filtrační hmota, která se rozmíchává v přiváděné glycerolové fázi. Oddělené fosfatidy se spolu s pomocnou filtrační hmotou odvádí odvodem 205 materiálu. 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 glycerolové 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 glycerol. Průtočné reaktory a ostatní průtočné děličky fází jsou tvořeny jako v příkladu 2.

-8CZ 9278 U1

Příklad 4

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

Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerolu 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 jen pro zpracování oleje s velmi nízkým obsahem nečistot.

Zařízení neobsahuje třetí průtokový reaktor 3 ajednotku 7 pro separaci fází. Methanol z distribuční jednotky JO a roztok katalyzátoru z distribuční jednotky £1 se uvádí pouze do reaktorové jednotky i a 2. Je zachováno propojení pro glycerolovou fázi z jednotky 6 pro ío separaci fází na vstup prvé reaktorové jednotky £.

Zařízení dále neobsahuje jednotku 8 pro separaci fází a těžší glycerolová fáze z jednotky 5 pro separaci fází 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 a propojeny podle schématu na obr. 5.

Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a glycerolu 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 106 materiálu 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 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 6, 2 pro separaci fází jsou tvořeny podle schématu na obr. 7c. Průtočné děličky f ag 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 fází fungují tak, že reakční směs se mísí s alkoholem ve směšovací c,, ohřeje se ve výměníku b[, na vstupu do průtočného reaktoru se smísí s roztokem katalyzátoru a případně s glycerolovou fází z předchozího stupně ve směšovací £2, prochází částí průtočného reaktoru ai, kde dojde k částečné přeměně oleje na ester, ve směšovací C3 se případně smísí s dalším podílem roztoku katalyzátoru, v druhé části průtočného reaktoru §2 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 rozdělení 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 206i, 206? materiálu. Esterová a glycerolová fáze se potom odsazují v průtočných gravitačních děličkách f ag. V jednotce 7 pro separaci fází je průtočná gravitační dělička g nahrazena odstředivým separátorem, který zajišťuje úplnější oddělení glycerolové fáze. Glycerolová fáze z jednotky 5 a 7 pro separaci fází se uvádí do jednotky 8 pro separaci fází ve větvi, v níž se produkuje surový glycerin. Glycerolová fáze z jednotky 6 pro separaci fází se uvádí na vstup prvé reaktorové jednotky £.

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 glycerolové 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 glycerol.

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

Claims (19)

1. Zařízení pro kontinuální přípravu surového esteru a surového glycerolu 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

5 a složené z větve v níž se produkuje surový ester a z větve v níž se produkuje surový glycerol vyznačující se tím, že větev, v níž se produkuje surový ester, sestává z nejméně dvou distribučních jednotek (10, 11), jejichž vstup je napojen na přívody (102, 103) materiálu a jejichž výstupy jsou napojeny na nejméně dvě reaktorové jednotky (1, 2, 3) zapojené za sebou, přičemž za každou reaktorovou jednotkou je zařazena jednotka (5, 6, 7) pro separaci kapalných ío fázi, přičemž přívod (101) materiálu je napojen na vstup prvé reaktorové jednotky (1) a odvod (201) materiálu je napojen na výstup lehké fáze poslední jednotky (6) nebo (7) pro separaci kapalných fází, a větev, v níž se produkuje surový glycerol, sestává z destilační jednotky (12), napojené na reaktorovou jednotku (4), na kterou je napojena jednotka (9) pro separaci kapalných fází, přičemž vstup do destilační jednotky (12) je napojen na výstup těžší glycerolové fáze

15 z nejméně jedné jednotky (5, 6, 7) pro separaci kapalných fází a výstup destilátu z této jednotky je napojen na odvod (203) materiálu, vstup reaktorové jednotky (4) je dále napojen na přívod (104) materiálu a výstupy jednotky (9) pro separaci kapalných fází jsou napojeny na odvody (204) a (202) materiálu.

2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje jednotku (8) pro

20 separaci kapalných fází, která je vřazena mezi destilační jednotku (12) a nejméně jednu jednotku (5, 6, 7) pro separaci kapalných fází, přičemž vstup jednotky (8) je napojen na výstup těžší glycerolové fáze nejméně jedné jednotky (5, 6, 7) pro separaci kapalných fází a výstup lehčí esterové fáze z jednotky (8) je napojen na vstup jednotky (5) pro separaci kapalných fází.

3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že reaktorové jednotky (1,

25 2, 3,

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

30 4. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků laž3, vyznačující se tím, že dále zahrnuje distribuční jednotku (15), jejíž vstup je napojen na přívod (106) materiálu a výstup je napojen na dílčí směšovač (c;), který je vložen do průtočného reaktoru (a) nejméně jedné reaktorové jednotky (1,2, 3,4).

5. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že alespoň

35 některá reaktorová jednotka (1, 2, 3, 4), nebo průtočný reaktor (a) alespoň některé reaktorové jednotky (1,2, 3, 4), je opatřen pohyblivými míchacími elementy, s výhodou ve vícestupňovém uspořádání, obdobném 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 obdobnými svým uspořádáním deskovým výměníkům tepla, popřípadě

40 se tyto elementy kombinují.

6. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků laž5, vyznačující se tím, že nejméně jedna jednotka (5, 6, 7) pro separaci fází je tvořena výměníkem (e) tepla a nejméně jednou průtočnou gravitační děličkou fází (f, g), která je s výhodou opatřena odlučovači kapek a/nebo koalescenění vložkou, přičemž v uspořádání se dvěmi děliěkami jsou tyto zapojeny za

45 sebou se společným odtahem těžké fáze přes akumulační člen (h).

- 10CZ 9278 U1

7. Zařízení podle nároku 6, vyznačující se tím, že výměník (e) tepla v nejméně jedné jednotce (5, 6, 7) pro separaci kapalných fází je tvořen odparkou a zařízení dále zahrnuje odtah (206) materiálu, kteiý je napojen na výstup destilátu z výměníku (e) tepla.

8. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že

5 jednotka (5) pro separaci kapalných fází je s výhodou tvořena rotačním třífázovým dekantérem, přičemž výstup pevné fáze z dekantéru je napojen na odtah (207) materiálu.

9. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že průtočná gravitační dělička (g) fází poslední jednotky (6, 7) pro separaci kapalných fází je s výhodou nahrazena odstředivým separátorem fází.

ío

10. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků laž9, vyznačující se tím, že jednotka (9) a/nebo (8) pro separaci fází je tvořena nejméně jednou průtočnou gravitační děličkou (1), (m) fází, 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).

15

11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že mezi průtočné gravitační děličky (1) a (m) fází jednotky (8) pro separaci fází je vřazen filtrační element (o), na jehož vstup je napojen výstup děličky (1) a přívod (105) materiálu a na výstup je napojen na vstup děličky (m) a odtah (205) materiálu.

12. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že

20 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. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že nejméně dvě distribuční jednotky (10, 11, 15) jsou tvořeny elementy pro plynulé nebo pulzní

25 proporcionální dávkování kapalín, s výhodou dávkovacími čerpadly.

14. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků lažl3, vyznačující se tím, že výstup těžší glycerinové fáze z jednotky (6) pro separaci kapalných fází se uvádí na vstup reaktorové jednotky (1).

15. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že

30 výstup těžší glycerinové fáze z jednotky (7) pro separaci fází se uvádí na vstup reaktorové jednotky (2).

16. Zařízení podle alespoň jednoho z nároků 14al5, vyznačující setím, že dále obsahuje přepínač (13) materiálu situovaný mezi reaktorovou jednotkou (1), jednotkou (6) pro separaci kapalných fází a destilační jednotkou (12) nebo jednotkou (8) pro separaci kapalných

35 fází.

17. Zařízení podle nároku 16, vyznačující se tím, že přepínač (13) je napojen na výstup těžší kapalné fáze z jednotky (6) pro separaci kapalných fází a spojen se vstupem reaktorové jednotky (1) a se vstupem destilační jednotky (12) nebo se vstupem jednotky (8) pro separaci kapalných fází.

40

18. Zařízení podle alespoňjednohoznároků 14 až 17, vyznačující se tím, že dále obsahuje přepínač (14) materiálu situovaný mezi reaktorovou jednotkou (2), jednotkou (7) pro separaci kapalných fází a destilační jednotkou (12) nebo jednotkou (8) pro separaci kapalných fází.

-11 CZ 9278 U1

19. Zařízení podle nároku 18, vyznačující se tím, že přepínač (14) je napojen na výstup těžší kapalné fáze z jednotky (7) pro separaci kapalných fází a spojen se vstupem reaktorové jednotky (2) a se vstupem destilační jednotky (12) nebo se vstupem jednotky (8) pro separaci kapalných fází.