專利名稱：生物柴油酯化反應(yīng)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于化工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及生物柴油酯化反應(yīng)，可用于酸值較高的油脂生產(chǎn)生物柴油。
背景技術(shù)：
生物柴油是指以動(dòng)植物油或其水解的脂肪酸為原料與一元醇通過醇解或酯化反應(yīng)生成脂肪酸一元脂。它可以替代石化柴油，是一種可再生的、清潔的生物燃料。生產(chǎn)生物柴油典型的化學(xué)反應(yīng)式為
權(quán)利要求
1.一種生物柴油酯化反應(yīng)方法，包括如下步驟 (1)將質(zhì)量比為I.5 2:1的甲醇與油脂分別通入甲醇-酸性催化劑存儲室和油脂存儲室，將質(zhì)量為油脂重量的1% I. 5%、濃度為98%的濃硫酸加入到甲醇-酸性催化劑存儲室與甲醇混合，生成甲醇-硫酸混合液； (2)將甲醇-硫酸混合液、油脂分別在甲醇-酸性催化劑存儲室和油脂存儲室預(yù)熱到70。 80° ; (3 )將甲醇-硫酸混合液與油脂分別送入甲醇-催化劑霧化室和油脂霧化室進(jìn)行霧化，形成霧化顆粒； (4)將霧化后的油脂顆粒、甲醇-硫酸混合顆粒通入預(yù)混室混合，形成油脂-甲醇-硫酸混合顆粒； (5)將混合后的油脂-甲醇-硫酸混合顆粒通入酯化反應(yīng)室沉降，形成油脂-甲醇-硫酸混合液，在酯化反應(yīng)室攪拌反應(yīng)60 lOOmin，并保持酯化反應(yīng)室的溫度恒定在70° 80°，將油脂中游離的脂肪酸轉(zhuǎn)化成脂肪酸甲脂，以降低油脂的酸值； (6)當(dāng)油脂的酸值降到低于2mgK0H/g時(shí)，利用漂浮吸液器將油脂-甲醇-硫酸混合液中的甲醇與硫酸回收，使油脂繼續(xù)留在酯化反應(yīng)室內(nèi)； (7)將質(zhì)量為留在酯化反應(yīng)室內(nèi)油脂質(zhì)量I.8倍的甲醇加入到甲醇-堿性催化劑存儲室，將質(zhì)量為留在酯化反應(yīng)室內(nèi)油脂重量1%的氫氧化鉀也加入到甲醇-堿性催化劑存儲室，形成甲醇-氫氧化鉀混合液； (8)將甲醇-氫氧化鉀混合液、油脂分別在甲醇-堿性催化劑存儲室和酯化反應(yīng)室加熱到 75° 85° ; (9)將加熱后的甲醇-氫氧化鉀混合液送入甲醇-催化劑霧化室進(jìn)行霧化，形成甲醇-氫氧化鉀混合顆粒；將酯化反應(yīng)室內(nèi)的油脂送入油脂霧化室進(jìn)行霧化，形成油脂霧化顆粒；將霧化后的甲醇-氫氧化鉀混合顆粒與霧化后的油脂顆粒在預(yù)混室混合，形成油脂-甲醇-氫氧化鉀混合顆粒；將油脂-甲醇-氫氧化鉀混合顆粒在酯化反應(yīng)室內(nèi)沉降，形成油脂-甲醇-氫氧化鉀混合液，保持酯化反應(yīng)室的溫度恒定在75° 85°，并在酯化反應(yīng)室內(nèi)攪拌進(jìn)行酯交換反應(yīng)60 150min，生成含有脂肪酸甲脂、甘油、甲醇、氫氧化鉀及水的混合液； (10)將含有脂肪酸甲脂、甘油、甲醇、氫氧化鉀及水的混合液，在酯化反應(yīng)室內(nèi)靜置分層30 60min，形成上層為脂肪酸甲脂、下層為甲醇-氫氧化鉀-甘油-水的混合液，將下層的甲醇、氫氧化鉀、甘油和水混合液排出酯化反應(yīng)室，上層的脂肪酸甲脂即為生物柴油。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種生物柴油酯化反應(yīng)方法，其特征在于所述步驟(3)和步驟(9 )中的霧化，是利用從霧化器風(fēng)機(jī)中出來的三個(gè)方向的高速氣流將霧化噴頭中噴出的大顆粒液滴吹散成細(xì)小的液體顆粒，以增大油脂、甲醇-催化劑液體的表面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種生物柴油酯化反應(yīng)方法，其特征在于所述步驟(4)和步驟(9)中的預(yù)混室混合，是利用預(yù)混室底部的葉扇旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的氣體渦流將油脂、甲醇和催化劑的液體顆粒混合，以增加油脂、甲醇和催化劑液體的接觸面積。
4.一種生物柴油酯化反應(yīng)裝置，包括霧化器風(fēng)機(jī)(I)、反應(yīng)室渦輪攪拌器(18)、超聲波發(fā)生器(19)、酯化反應(yīng)室(26)、上層液體循環(huán)回路分流器(28)、下層液體循環(huán)回路分流器(29)、甲醇-酸性催化劑存儲室(34)，甲醇-堿性催化劑存儲室(36)、油脂存儲室(38)；其特征在于還包括甲醇-催化劑霧化室(2)、油脂霧化室(4)、預(yù)混室(8)、預(yù)混室除水裝置(11)及漂浮吸液器(21 )，且霧化器風(fēng)機(jī)(I)設(shè)有六個(gè)氣流出口 ； 所述甲醇-催化劑霧化室(2 )，設(shè)有三個(gè)氣流入口、一個(gè)出口和一個(gè)甲醇-催化劑霧化噴頭(39)，第一甲醇-催化劑霧化室氣流入口(201)與第一霧化風(fēng)機(jī)出口( 101)相連，構(gòu)成甲醇-催化劑霧化室第一氣流入口通道；第二甲醇-催化劑霧化室氣流入口(202)與第二霧化風(fēng)機(jī)出口(102)相連，構(gòu)成甲醇-催化劑霧化室第二氣流入口通道；第三甲醇-催化劑霧化室氣流入口(203)與第三霧化風(fēng)機(jī)出口(103)相連，構(gòu)成甲醇-催化劑霧化室第三氣流A 口通道；甲醇-催化劑霧化室出口( 3)與預(yù)混室(8)的霧化甲醇-催化劑入口(6)相連；甲醇-催化劑霧化室通過其自身的三個(gè)氣流入口方向的高速氣流將甲醇-催化劑霧化噴頭(39)噴出的大顆粒甲醇-催化劑混合液滴吹散成細(xì)小的甲醇-催化劑混合顆粒；甲醇-催化劑的出口通道用于將霧化后的甲醇-催化劑顆粒通入預(yù)混室(8)中與霧化后的油脂顆粒進(jìn)行混合； 所述油脂霧化室(4)，設(shè)有三個(gè)氣流入口、一個(gè)油脂霧化室出口(5)和油脂霧化噴頭(40)，第一油脂霧化室氣流入口(401)與第四霧化風(fēng)機(jī)出口(104)相連，構(gòu)成油脂霧化室第一氣流入口通道；第二油脂霧化室氣流入口(402)與第五霧化風(fēng)機(jī)出口( 105)相連，構(gòu)成油脂霧化室第二氣流入口通道；第三油脂霧化室氣流入口(403)與第六霧化風(fēng)機(jī)出口(106)相連，構(gòu)成油脂霧化室第三氣流入口通道；油脂霧化室出口(5)與預(yù)混室(8)的霧化油脂入口( 7)相連；油脂霧化室通過其自身三個(gè)氣流入口方向的高速氣流將油脂霧化噴頭(40)噴出的大顆粒油脂液滴吹散成細(xì)小的油脂顆粒；霧化后的油脂出口通道用于將霧化后的油脂顆粒通入預(yù)混室(8)中與霧化后的甲醇-催化劑顆粒進(jìn)行混合； 所述預(yù)混室(8)設(shè)有一個(gè)霧化甲醇-催化劑入口(6)、一個(gè)霧化油脂入口(7)和一個(gè)預(yù)混室出口( 10 )，預(yù)混室(8 )的霧化甲醇-催化劑入口( 6 )與甲醇-催化劑霧化室出口( 3 )相連，構(gòu)成霧化后的甲醇-催化劑的出口通道；預(yù)混室(8)的霧化油脂入口(7)與油脂霧化室出口(5)相連，構(gòu)成霧化后的油脂出口通道；預(yù)混室出口(10)依次與預(yù)混室除水裝置(11)、酯化反應(yīng)室入口(14)相連，構(gòu)成油脂-甲醇-催化劑混合顆粒的出口通道； 所述預(yù)混室除水裝置(11)，設(shè)有一個(gè)預(yù)混室除水裝置入口和一個(gè)預(yù)混室除水裝置出口，預(yù)混室除水裝置入口與預(yù)混室出口(10)連接，預(yù)混室除水裝置出口與酯化反應(yīng)室(26)的酯化反應(yīng)室入口(14)連接，構(gòu)成油脂-甲醇-催化劑混合顆粒的出口通道，該通道用于將霧化后的油脂-甲醇-催化劑的混合顆粒中的水分去除，以減少逆酯化反應(yīng)的發(fā)生； 所述漂浮吸液器(21)設(shè)有一個(gè)漂浮吸液器的入口(23)和一個(gè)漂浮吸液器的出口(22)，漂浮吸液器(21)漂浮在酯化反應(yīng)室(26)內(nèi)的液面上，該漂浮吸液器的入口(23)與酯化反應(yīng)室的上層液體相連，構(gòu)成漂浮吸液器的入口通道；該漂浮吸液器的出口(22)與酯化反應(yīng)室的上層液體出口(24)相連，構(gòu)成漂浮吸液器的出口通道；漂浮吸液器的入口通道和出口通道用于將酯化反應(yīng)室的上層液體吸出并進(jìn)行循環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物柴油酯化反應(yīng)裝置，其特征在于油脂霧化室(4)與油脂存儲室(38)的連接管道上設(shè)有雙向控制閥(332)，以通過控制油脂流量控制霧化油脂顆粒的大?。患状?催化劑霧化室(2)與甲醇-酸性催化劑存儲室(34)的連接管道上設(shè)有雙向控制閥(335)，以通過控制甲醇-催化劑的流量控制霧化甲醇-酸性催化劑顆粒的大小；甲醇-催化劑霧化室(2)與甲醇-堿性催化劑存儲室(36)的連接管道上設(shè)有雙向控制閥(331)，以通過控制甲醇-堿性催化劑的流量控制霧化甲醇-堿性催化劑顆粒的大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物柴油酯化反應(yīng)裝置，其特征在于所述預(yù)混室(8)底部的出口處安裝有葉扇(9)，通過葉扇(9)的旋轉(zhuǎn)在預(yù)混室內(nèi)產(chǎn)生氣體渦流，以增加預(yù)混室的混合性能。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物柴油酯化反應(yīng)裝置，其特征在于所述漂浮吸液器(21)為空心半球體，漂浮在酯化反應(yīng)室(26)的液面上，其底部平面與酯化反應(yīng)室的液面接觸，酯化反應(yīng)室(26)的上層液體通過漂浮吸液器入口(23)進(jìn)入漂浮吸液器(21)，漂浮吸液器(21)的半球面上設(shè)有漂浮吸液器出口(22)，該出口與酯化反應(yīng)室(26)的上層液體出口(24)相連；漂浮吸液器(21)通過酯化反應(yīng)室(26)內(nèi)液面的位置上下移動(dòng)吸出該酯化反應(yīng)室上層的液體，并進(jìn)行循環(huán)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物柴油酯化反應(yīng)裝置，其特征在于所述的預(yù)混室除水裝置(11)為雙層壁面的空心圓柱體,兩層壁面之間放有吸水材料(41)，內(nèi)壁面設(shè)有內(nèi)壁面微孔(43)，外壁面設(shè)有外壁面孔(44)和除水裝置加熱器(45)，外壁面孔內(nèi)側(cè)設(shè)置有溫控雙金屬片(42);預(yù)混室除水裝置(11)通過內(nèi)壁面微孔(43)將預(yù)混室(8)出來的混合氣體進(jìn)行吸水干燥，并通過除水裝置加熱器(45 )的加熱控制溫控雙金屬片(42 )朝內(nèi)側(cè)彎曲使外壁面孔(44)打開，水蒸氣從外壁面孔排出。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物柴油酯化反應(yīng)裝置，其特征在于所述下層液體循環(huán)回路分流器(29)設(shè)有一個(gè)入口和兩個(gè)出口，下層液體循環(huán)回路分流器(29)的入口與酯化反應(yīng)室下層液體出口(25)相連，構(gòu)成了酯化反應(yīng)室的下層液體出口通道；下層液體循環(huán)回路分流器第二出口(292)依次與酯化反應(yīng)室回路除水裝置(31)、第六壓力泵(306)、酯化反應(yīng)室自循環(huán)入口( 15)、酯化反應(yīng)室噴頭(16)相連，構(gòu)成了下層液體的酯化反應(yīng)室自循環(huán)通道，該自循環(huán)通道可使酯化反應(yīng)室上層和下層的液體流出酯化反應(yīng)室后在管道中混合，并再次流入到酯化反應(yīng)室進(jìn)行混合、反應(yīng)；下層液體循環(huán)回路分流器第一出口(291)依次與第五壓力泵(305)、第四雙向控制閥(334)和油脂霧化室(4)相連，構(gòu)成酯化反應(yīng)室下層液體的回路通道，該回路通道可使下層液體再次進(jìn)入油脂霧化室(4)進(jìn)行霧化。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物柴油酯化反應(yīng)裝置，其特征在于所述上層液體循環(huán)回路分流器(28)設(shè)有一個(gè)入口和兩個(gè)出口，上層液體循環(huán)回路分流器(28)的入口與酯化反應(yīng)室上層液體出口(24)連接，構(gòu)成酯化反應(yīng)室的上層液體出口通道；上層液體循環(huán)回路分流器的第一出口(281)依次與酯化反應(yīng)室回路除水裝置(31)、第六壓力泵(306)、酯化反應(yīng)室自循環(huán)入口( 15)、酯化反應(yīng)室噴頭(16)相連，構(gòu)成上層液體的酯化反應(yīng)室自循環(huán)通道；上層液體循環(huán)回路分流器的第二出口(282)依次與第四壓力泵(304)、第五雙向控制閥(335)、第一壓力泵(301)和甲醇-酸性催化劑存儲室(34)相連，構(gòu)成上層液體回收通道，該上層液體回收通道將預(yù)酯化反應(yīng)完成后酯化反應(yīng)室上層的甲醇-硫酸進(jìn)行回收；上層液體循環(huán)回路分流器的第二出口(282)依次與第四壓力泵(304)、第三雙向控制閥(333)和甲醇-催化劑霧化室(2)連接，構(gòu)成酯化反應(yīng)室上層液體的回路通道，該酯化反應(yīng)室上層液體的回路通道可使上層液體再次進(jìn)入甲醇-催化劑霧化室(2)進(jìn)行霧化。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物柴油酯化反應(yīng)方法及裝置，主要解決傳統(tǒng)方法攪拌混合不充分、自身耗能大、生產(chǎn)成本高、對油脂降酸能力不足的問題。其實(shí)現(xiàn)方法是先用霧化器將油脂與甲醇和酸性催化劑進(jìn)行霧化，再通入預(yù)混室，利用預(yù)混室內(nèi)葉扇旋轉(zhuǎn)所形成的氣體渦流將油脂與甲醇和酸性催化劑的顆粒混合，以增加液體的接觸面積；然后通過酯化反應(yīng)室攪拌混合，利用循環(huán)通道加速進(jìn)行預(yù)酯化反應(yīng)，以降低油脂的酸值；當(dāng)油脂的酸值達(dá)到酯交換反應(yīng)要求時(shí)，回收甲醇和酸性催化劑，再加入甲醇和堿性催化劑進(jìn)行酯交換反應(yīng)，并利用循環(huán)通道加速酯交換反應(yīng)生成生物柴油。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、自身耗能和生產(chǎn)成本低、除酸性能好的優(yōu)點(diǎn)，可用于酸值較高的油脂生產(chǎn)生物柴油。
文檔編號C11C3/10GK102676307SQ201210168160
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月27日
發(fā)明者崔明濤, 陳磊 申請人:西安電子科技大學(xué)