專利名稱：連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備脂肪酸酯的設(shè)備和方法，具體涉及一種制備中高碳脂肪酸 甲酯或者中高碳脂肪酸乙酯的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所稱的中高碳脂肪酸酯是指碳鏈上的碳原子數(shù)為6至18個(gè)的脂肪酸酯，中 高碳脂肪酸酯一般可由中高碳脂肪酸與醇發(fā)生酯化反應(yīng)而制得。目前，中高碳脂肪酸的酯 化反應(yīng)的典型方法為間斷式的制備方法，該方法所用的設(shè)備見圖1。圖1中的反應(yīng)釜a帶有 攪拌器b，該反應(yīng)釜a的上部裝有回流冷凝器c。制備中高碳脂肪酸酯時(shí)，將中高碳脂肪酸 與醇精確配比后投入反應(yīng)釜a中，在反應(yīng)釜a的夾套d中通入蒸汽并在一定的溫度下使得 物料體系進(jìn)行回流而發(fā)生生成中高碳脂肪酸酯的反應(yīng)，反應(yīng)過程中必須邊回流邊攪拌，使 得大量的過量的醇通過回流冷凝器c不斷地回流到反應(yīng)釜a中。該方法的缺點(diǎn)在于(1) 由于醇的沸點(diǎn)較低(甲醇為64. 5°C，乙醇為78. 4°C)，因此回流反應(yīng)溫度較低，導(dǎo)致反應(yīng)時(shí) 間較長(zhǎng)，一般需要6h 8h才能反應(yīng)完全。(2)反應(yīng)轉(zhuǎn)化率不高，在90% 95%之間。(3) 需要用大量的醇來保證酯化反應(yīng)完全，而大量回流的醇不斷流入反應(yīng)釜a中會(huì)降低反應(yīng)釜 a中的溫度，從而必須不斷加熱保持反應(yīng)溫度，能耗較高。(4)反應(yīng)過程中生成的水難以去 除。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述問題，提供一種連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè) 備和方法，該方法時(shí)間短、轉(zhuǎn)化率高、能耗低。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的之一的技術(shù)方案是一種連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè) 備，包括汽化器和熱交換器。還包括氣膜式反應(yīng)裝置；氣膜式反應(yīng)裝置為塔式反應(yīng)器；該 塔式反應(yīng)器包括圓柱殼狀的塔主體和自下而上分別設(shè)置在塔主體上的酯排放口、醇蒸汽入 口、液體料入口以及蒸汽出口 ；酯排放口位于塔主體的底部，醇蒸汽入口位于塔主體側(cè)部下 方，液體料入口位于塔主體側(cè)部上方，蒸汽出口位于塔主體的頂部；塔主體的底部為液體存 放部。塔式反應(yīng)器還包括固定在塔主體中且按照上下次序依次設(shè)置的5至21層格柵；所述 格柵設(shè)置在醇蒸汽入口與液體料入口之間；各層格柵上密集堆置有填料或顆粒狀催化劑， 在格柵上堆置填料則形成填料層，在格柵上堆置催化劑則形成催化劑層，且填料層和催化 劑層按照交錯(cuò)方式設(shè)置；所述的顆粒狀催化劑為顆粒狀酸性催化劑。塔式反應(yīng)器還包括固 定在塔主體中且位于塔主體上部的盤形霧化分布器；盤形霧化分布器的進(jìn)料口與塔式反應(yīng) 器的液體料入口密閉接通，盤形霧化分布器為在管壁上開有常規(guī)數(shù)量和大小的霧化噴孔的 盤管。汽化器由其氣體出口通過相應(yīng)的管路與圓柱狀塔式反應(yīng)器的醇蒸汽入口密閉接通； 熱交換器由其物料出口相應(yīng)的管路與塔式反應(yīng)器的液體料入口密閉接通。填料為陶瓷鮑爾環(huán)或者是由不銹鋼絲網(wǎng)卷繞而成的圓筒形網(wǎng)狀物。所述的顆粒狀酸性催化劑是粒徑為3 10mm的固體酸催化劑。
所述的固體酸催化劑是S0427Mx0y型的固體超強(qiáng)酸催化劑。所述S0427Mx0y 型的固體超強(qiáng)酸催化劑為 S0427&02、S0427Fe203、S0427Al203、S0427 &02-Al203、或者 S0427Ti02-Sn02-Al203。所述塔式反應(yīng)器的高度為15 30m，直徑為0. 5 3m ；所述液體料入口至圓柱狀 塔式反應(yīng)器的塔主體頂部的距離為0. 5 1. 5m ；所述醇蒸汽入口至圓柱狀塔式反應(yīng)器的塔 主體底部的距離為5 10m ；所述格柵中的最下一層位于所述醇蒸汽入口上方0. 5 lm ；所 述蒸汽出口的管口直徑為0. 1 0. 5m ；所述的催化劑層的裝填高度為5 20cm ；填料層的 裝填高度為1 5m ；上一層格柵的下端與下一層格柵上的物料的上端之間的距離為20 35cm0所述的格柵的總層數(shù)為單數(shù)，其中的單數(shù)層均為填料層，雙數(shù)層均為催化劑層。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明另一目的的技術(shù)方案是一種連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的方 法，具有如下步驟①連續(xù)將液態(tài)醇儲(chǔ)罐中的過量的液態(tài)醇通過第一計(jì)量泵泵入運(yùn)行中的 汽化器中使之被加熱汽化為醇蒸汽，醇蒸汽則由汽化器的氣體出口、相應(yīng)的管路以及氣膜 式反應(yīng)裝置的醇蒸汽入口進(jìn)入氣膜式反應(yīng)裝置的塔主體中的下部，進(jìn)入塔主體中的醇蒸汽 在塔主體中由下向上運(yùn)動(dòng)；所述的醇為甲醇或者乙醇；②在進(jìn)行步驟①的同時(shí)，連續(xù)將保 溫儲(chǔ)罐中的液態(tài)的中高碳脂肪酸通過第二計(jì)量泵泵入運(yùn)行中的熱交換器中使之被加熱至 120°C 150°C，在第二計(jì)量泵泵壓下，液態(tài)的中高碳脂肪酸由熱交換器的物料出口、相應(yīng)的 管路以及氣膜式反應(yīng)裝置的液體料入口進(jìn)入盤形霧化分布器中；所述中高碳脂肪酸是指碳 鏈的碳原子數(shù)為12至18個(gè)的脂肪酸；③在第二計(jì)量泵泵壓下，液態(tài)的中高碳脂肪酸經(jīng)過盤 形霧化分布器后則成為霧狀液滴噴出而進(jìn)入塔主體的上部空腔內(nèi)，在重力作用下，下落至 填料或顆粒狀酸性催化劑上后繼而沿著填料或催化劑的表面進(jìn)行總趨勢(shì)向下的流動(dòng)再逐 層落至下層的催化劑或填料上，并在流動(dòng)中在所經(jīng)過的填料表面形成均勻的液膜，且處于 催化劑層下方的各填料層的填料上的液膜因?yàn)榻?jīng)過催化劑層而為酸性的液膜；④由步驟① 進(jìn)入塔主體的醇蒸汽由下向上連續(xù)經(jīng)過填料層和催化劑層，醇蒸汽因經(jīng)過催化劑層而成為 酸性的醇蒸汽，從而該醇蒸汽不僅在各催化劑層的區(qū)域中直接與下落至催化劑表面的中高 碳脂肪酸發(fā)生生成中高碳脂肪酸酯和水的催化酯化反應(yīng)，還在各填料層中與填料上的處于 液膜狀態(tài)的中高碳脂肪酸發(fā)生生成中高碳脂肪酸酯和水的催化酯化反應(yīng)；催化酯化反應(yīng)所 需的反應(yīng)熱由作為原料的中高碳脂肪酸所帶入的熱量提供；⑤由步驟④的催化酯化反應(yīng)生 成的中高碳脂肪酸酯在重力的作用下，下落至氣膜式反應(yīng)裝置的塔主體的底部的液體存放 部，再經(jīng)過控制閥門由物料泵送入粗品儲(chǔ)罐；由步驟④的酯化反應(yīng)生成的水在作為原料的 中高碳脂肪酸所帶入的熱量的作用下汽化成水蒸汽，與過量的醇蒸汽形成混合蒸汽流并在 氣膜式反應(yīng)裝置的塔主體中由下向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過盤形霧化分布器時(shí)，則從其盤管的相鄰管 體之間的空隙中穿過，然后上升至頂部而從蒸汽出口連續(xù)流出氣膜式反應(yīng)裝置的塔主體。還具有下述步驟⑥將步驟⑤得到的中高碳脂肪酸酯粗品進(jìn)行精制將中高碳脂 肪酸酯粗品送入蒸餾塔中進(jìn)行減壓蒸餾，控制蒸餾塔中的殘壓為10 20mm汞柱、溫度為 250°C 280°C，使得中高碳脂肪酸酯粗品通過蒸餾而成為成品；將步驟⑤中在氣膜式反應(yīng) 裝置的頂部連續(xù)流出的混合蒸汽流通過相應(yīng)的管路進(jìn)入混合蒸汽處理系統(tǒng)中，先由冷凍水 作為冷卻介質(zhì)將混合蒸汽流冷卻成為水與液態(tài)醇組成的混合液體，該混合液體經(jīng)分離后所 得到的液態(tài)醇可循環(huán)使用；所述的格柵的總層數(shù)為單數(shù)，其中的單數(shù)層均為填料層，雙數(shù)層則均為催化劑層；步驟③中，成為霧狀液滴噴出而進(jìn)入塔主體的上部空腔內(nèi)的中高碳脂肪 酸在重力作用下，先下落至最上方的第一層格柵的填料層的填料上，繼而沿著各填料的表 面進(jìn)行總趨勢(shì)向下的流動(dòng)再落至第二層格柵的催化劑層的催化劑上，再在重力作用下逐層 向下運(yùn)動(dòng)；步驟④中，進(jìn)入塔主體的醇蒸汽由下向上先經(jīng)過最下方的一個(gè)填料層，再向上逐 層依次經(jīng)過相應(yīng)的催化劑層和填料層。上述步驟②中，中高碳脂肪酸與醇的摩爾比為1 2. 5 1 3. 5。本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的方法將甲醇或乙醇蒸發(fā)為氣體且與液態(tài)的 脂肪酸在對(duì)流的同時(shí)在固體酸的催化作用下主要在催化劑表面和填料表面進(jìn)行酯化反應(yīng)， 這樣一方面大大增加了反應(yīng)物之間的接觸面積，另一方面由于醇蒸汽的溫度較高從而使得 反應(yīng)在較高溫度下進(jìn)行，可以快速提供反應(yīng)所需要的熱量，不僅可以快速大量補(bǔ)充反應(yīng)所 需要的熱量，而且大大加快了反應(yīng)速度，從而縮短了反應(yīng)時(shí)間，將原來的6至8小時(shí)的酯化 反應(yīng)時(shí)間縮短到在10分種之內(nèi)。(2)本發(fā)明的方法使得反應(yīng)過程中產(chǎn)生的水分隨時(shí)隨著醇 蒸汽流出反應(yīng)器而不停留在填料或者催化劑表面，反應(yīng)所產(chǎn)生的脂肪酸酯則在重力作用下 下落至塔主體的底部也不停留在填料或者催化劑表面，從而大大提高了轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率可 達(dá)98%以上。(3)本發(fā)明的方法能耗低，只有傳統(tǒng)工藝的1/10 1/20。(4)本發(fā)明的方法 實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，產(chǎn)量可達(dá)傳統(tǒng)工藝的數(shù)十倍甚至數(shù)百倍，適用于大規(guī)模生產(chǎn)。(5)本發(fā) 明的方法制備的脂肪酸酯經(jīng)過精制后純度可達(dá)99. 5%以上。


圖1為傳統(tǒng)工藝制備脂肪酸酯采用的裝置的示意圖。圖2為本發(fā)明的設(shè)備的示意圖。上述附圖中的標(biāo)號(hào)如下
反應(yīng)釜a，攪拌器b，回流冷凝器c，夾套d，
塔式反應(yīng)器1 (氣膜式反應(yīng)裝置)，塔主體10，酯排放口 11，醇蒸汽入口 12，液體料入口 13，蒸汽出口 14，液體存放部15，格柵16，盤形霧化分布器17， 填料層21，催化劑層22， 液態(tài)醇儲(chǔ)罐31，第一計(jì)量泵33，汽化器34， 保溫儲(chǔ)罐41，第二計(jì)量泵42，熱交換器43， 物料泵51，
混合蒸汽處理系統(tǒng)6，第二熱交換器61，第一儲(chǔ)液槽62，第三計(jì)量泵63，立管式蒸餾塔 64，第三熱交換器65，分子篩吸附罐66，第二物料泵67，液態(tài)醇緩沖回收罐68。
具體實(shí)施例方式(實(shí)施例1)
本實(shí)施例采用的連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè)備見圖2，該設(shè)備包括氣膜式 反應(yīng)裝置1、液態(tài)醇儲(chǔ)罐31、第一計(jì)量泵33、汽化器34、保溫儲(chǔ)罐41、第二計(jì)量泵42、熱交換 器43、物料泵51和混合蒸汽處理系統(tǒng)6。
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氣膜式反應(yīng)裝置1為塔式反應(yīng)器，其高度為27m，直徑為3m，其材質(zhì)為316L不銹 鋼。該塔式反應(yīng)器1包括圓柱殼狀的塔主體10和自下而上分別設(shè)置在塔主體10上的酯排 放口 11、醇蒸汽入口 12、液體料入口 13以及蒸汽出口 14。酯排放口 11、醇蒸汽入口 12、液 體料入口 13以及蒸汽出口 14上分別設(shè)有控制閥門。酯排放口 11位于塔主體10的底部。醇蒸汽入口 12位于塔主體10側(cè)部下方，且 醇蒸汽入口 12至塔主體10底部的距離為6m。液體料入口 13位于塔主體10側(cè)部上方，且 液體料入口 13至塔主體10頂部的距離為lm，從而醇蒸汽入口 12至液體料入口 13之間的 距離為20m。蒸汽出口 14位于塔主體10的頂部，且蒸汽出口 14的管口直徑為0.3m。塔主 體10的底部為存放液態(tài)中高碳脂肪酸酯的液體存放部15。塔式反應(yīng)器1還包括固定在塔主體10中且位于塔主體10上部的盤形霧化分布器 17。盤形霧化分布器17的進(jìn)料口與塔式反應(yīng)器1的液體料入口 13密閉接通，盤形霧化分 布器17為在管壁上開有常規(guī)數(shù)量和大小的霧化噴孔的盤管，也即霧化分布器的結(jié)構(gòu)是管 體上的下部每隔1 5cm就開有直徑為0. 5 1. 5mm的小孔的盤形管，所述的小孔也即霧 化噴孔。塔式反應(yīng)器1還包括固定在塔主體10中且按照上下次序依次設(shè)置的5至21層格 柵16 (本實(shí)施例為7層)，格柵16設(shè)置在醇蒸汽入口 12與液體料入口 13之間，其材質(zhì)為 316L不銹鋼。各層格柵16上密集堆置有填料或顆粒狀催化劑，在格柵16上堆置填料則形 成填料層21，在格柵16上堆置催化劑則形成催化劑層22，且填料層21和催化劑層22按照 交錯(cuò)方式設(shè)置。格柵16的總層數(shù)為單數(shù)，其中的單數(shù)層均為填料層21，雙數(shù)層均為催化劑 層22。填料層21的裝填高度為3m。催化劑層22的裝填高度為10cm。上一層格柵16的下 端與下一層格柵16上的物料的上端之間的距離為25cm。填料層21中的填料為陶瓷鮑爾環(huán)或者是由不銹鋼絲網(wǎng)卷繞而成的圓筒形網(wǎng)狀 物。所述不銹鋼絲網(wǎng)的材質(zhì)為316L不銹鋼。催化劑層22中的顆粒狀催化劑是粒徑為3 IOmm的固體超強(qiáng)酸催化劑。所述固體超強(qiáng)酸催化劑可以為市售的S0427&02、S0427Fe203或者S042_/A1203，或者 是按照文獻(xiàn)號(hào)為CN1425500A (申請(qǐng)?zhí)枮?2151526. 3)中的實(shí)施例1至實(shí)施例4制備的顆粒 型固體超強(qiáng)催化劑SOfArO2-Al2O3或顆粒型固體超強(qiáng)催化劑SO42VTiO2-SnO2-Al2O3 (其實(shí) 施例1中的Φ=3毫米的顆粒載體也即為其發(fā)明內(nèi)容中所述的顆粒型基礎(chǔ)載體)，或者是曲 阜福瑞德催化應(yīng)用科技有限公司銷售的工業(yè)級(jí)固體超強(qiáng)酸催化劑。汽化器34是蒸汽加熱水浴式汽化器，這種汽化器包括外筒體和位于外筒體中的 內(nèi)部管路，外筒體中通入作為介質(zhì)的溫度為100°c的水蒸氣，內(nèi)部管路中通入甲醇，汽化器 34由其與內(nèi)部管路相通的液體進(jìn)口作為液態(tài)物料進(jìn)口，由其與內(nèi)部管路相通的氣體出口作 為氣態(tài)物料出口?；旌险羝幚硐到y(tǒng)6包括第二熱交換器61、第一儲(chǔ)液槽62、第三計(jì)量泵63、立管式 蒸餾塔64、第三熱交換器65、分子篩吸附罐66、第二物料泵67和液態(tài)醇緩沖回收罐68。立 管式蒸餾塔64設(shè)有位于側(cè)部下方的液態(tài)物料進(jìn)口，位于塔頂?shù)臍鈶B(tài)物料出口和位于底部 的液態(tài)物料出口。分子篩吸附罐66設(shè)有位于頂部的物料進(jìn)口和位于底部的物料出口，且罐 體中密集堆放有顆粒狀分子篩吸附劑。第二熱交換器61的物料出口通過外部管路與第一儲(chǔ)液槽62的物料入口相連，第一儲(chǔ)液槽62的物料出口通過外部管路與第三計(jì)量泵63的物料入口密閉相連，第三計(jì)量泵 63的物料出口通過外部管路與立管式蒸餾塔64的液態(tài)物料進(jìn)口密閉相連，立管式蒸餾塔 64的氣態(tài)物料出口通過外部管路與第三熱交換器65的物料進(jìn)口密閉相連，第三熱交換器 65的物料出口通過外部管路與分子篩吸附罐66的物料進(jìn)口密閉相連，分子篩吸附罐66的 物料出口通過外部管路與第二物料泵67的物料進(jìn)口密閉相連，第二物料泵67的物料出口 通過外部管路與液態(tài)醇緩沖回收罐68的物料進(jìn)口密閉相連。液態(tài)醇儲(chǔ)罐31通過外部管路與第一計(jì)量泵33的物料進(jìn)口密閉相連，第一計(jì)量泵 33的物料進(jìn)口還通過相應(yīng)的外部管路與液態(tài)醇緩沖回收罐68的物料出口密閉相連；第一 計(jì)量泵33的物料出口通過外部管路與汽化器34的液態(tài)物料進(jìn)口密閉相連，汽化器34的氣 態(tài)物料出口通過外部管路與塔式反應(yīng)器1的醇蒸汽入口 12密閉相連。保溫儲(chǔ)罐41的出料口通過外部管路與第二計(jì)量泵42的物料進(jìn)口密閉相連，第二 計(jì)量泵42的物料出口通過外部管路與熱交換器43的物料入口密閉相連，熱交換器43的物 料出口通過外部管路與塔式反應(yīng)器1的液體料入口 13密閉相連。塔式反應(yīng)器1的蒸汽出口 14通過外部管路與混合蒸汽處理系統(tǒng)6的第二熱交換 器61物料進(jìn)口密閉相連。仍見圖2，本實(shí)施例的連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的方法具有如下步驟 ①連續(xù)將液態(tài)醇儲(chǔ)罐31中的過量的液態(tài)甲醇通過第一計(jì)量泵33泵入運(yùn)行中的汽化器
34中(外筒體中的水蒸氣的溫度為100°C)使之被加熱汽化為甲醇蒸汽，甲醇蒸汽則由汽化 器34的氣體出口、相應(yīng)的管路以及氣膜式反應(yīng)裝置1的醇蒸汽入口 12進(jìn)入氣膜式反應(yīng)裝 置1的塔主體10中的下部，進(jìn)入塔主體10中的醇蒸汽在塔主體10中由下向上運(yùn)動(dòng)。本實(shí) 施例所用的原料液態(tài)甲醇是純度> 99. 5%的無水甲醇。②在進(jìn)行步驟①的同時(shí)，連續(xù)將保溫儲(chǔ)罐41中的液態(tài)的中高碳脂肪酸(碳鏈的碳 原子數(shù)為12至18個(gè)，在不同的實(shí)施例中分別選擇月桂酸、豆蔻酸、棕櫚酸或者硬脂酸，純度 ^ 99. 5%)通過第二計(jì)量泵42泵入運(yùn)行中的熱交換器43中使之被加熱至120°C 150°C， 在第二計(jì)量泵42泵壓下，液態(tài)的中高碳脂肪酸由熱交換器43的物料出口、相應(yīng)的管路以及 氣膜式反應(yīng)裝置1的液體料入口 13進(jìn)入盤形霧化分布器17中(中高碳脂肪酸與醇的摩爾 比為1 2. 5 1 3. 5，本實(shí)施例為1 3)。③在第二計(jì)量泵42泵壓下，液態(tài)的中高碳脂肪酸經(jīng)過盤形霧化分布器17后則成 為霧狀液滴噴出而進(jìn)入塔主體10的上部空腔內(nèi)，在重力作用下，先下落至最上方的第一層 格柵的填料層21的填料上，繼而沿著各填料的表面進(jìn)行總趨勢(shì)向下的流動(dòng)再落至第二層 格柵的催化劑層22的催化劑上，再在重力作用下逐層向下運(yùn)動(dòng)，并在流動(dòng)中在所經(jīng)過的填 料表面形成均勻的液膜，且處于催化劑層22下方的各填料層21的填料上的液膜因?yàn)榻?jīng)過 催化劑層22而為酸性的液膜。④由步驟①進(jìn)入塔主體10的甲醇蒸汽由下向上連續(xù)經(jīng)過填料層21和催化劑層22 (即由下向上先經(jīng)過最下方的一個(gè)填料層21，再向上逐層依次經(jīng)過相應(yīng)的催化劑層22和填 料層21)，甲醇蒸汽因經(jīng)過催化劑層22而成為酸性的甲醇蒸汽，從而該甲醇蒸汽不僅在各 催化劑層22的區(qū)域中直接與下落至催化劑表面的中高碳脂肪酸發(fā)生生成中高碳脂肪酸甲 酯和水的催化酯化反應(yīng)，還在各填料層21中與填料上的處于液膜狀態(tài)的中高碳脂肪酸發(fā) 生生成中高碳脂肪酸甲酯和水的催化酯化反應(yīng)(故此酯化反應(yīng)稱為汽膜式酯化反應(yīng)或氣膜式酯化反應(yīng))。中高碳脂肪酸在填料上和催化劑表面停留的時(shí)間為3 9min (該停留時(shí)間 可以通過調(diào)整填料層21和催化劑層22的裝填總高度而改變，本實(shí)施例為5 min)，因催化酯 化反應(yīng)的完全反應(yīng)時(shí)間約為3min，所以本實(shí)施例將中高碳脂肪酸在填料層21和催化劑層 22中的停留時(shí)間設(shè)置為5 min，確保酯化反應(yīng)的完全進(jìn)行。上述兩種形式的催化酯化反應(yīng) 所需的反應(yīng)熱均由作為原料的中高碳脂肪酸所帶入的熱量提供。⑤由步驟④的催化酯化反應(yīng)生成的中高碳脂肪酸甲酯在重力的作用下，下落至氣 膜式反應(yīng)裝置1的塔主體10的底部的液體存放部15，再經(jīng)過控制閥門由物料泵51送入粗 品儲(chǔ)罐。由步驟④的酯化反應(yīng)生成的水在作為原料的中高碳脂肪酸所帶入的熱量的作用下 汽化成水蒸汽(此時(shí)整個(gè)體系的平均溫度略低于剛進(jìn)入塔主體10的中高碳脂肪酸的溫度)， 與過量的甲醇蒸汽形成混合蒸汽流并在氣膜式反應(yīng)裝置1的塔主體10中由下向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng) 過盤形霧化分布器17時(shí)，則從其盤管的相鄰管體之間的空隙中穿過，然后上升至頂部而從 蒸汽出口 14連續(xù)流出氣膜式反應(yīng)裝置1的塔主體10。⑥將步驟⑤得到的中高碳脂肪酸甲酯粗品送入蒸餾塔中進(jìn)行減壓蒸餾，控制蒸餾 塔中的殘壓為10 20mm汞柱、溫度為250°C 280°C，使得中高碳脂肪酸甲酯粗品通過蒸 餾而成為成品。將步驟⑤中在氣膜式反應(yīng)裝置1的頂部連續(xù)流出的混合蒸汽流通過相應(yīng) 的管路進(jìn)入混合蒸汽處理系統(tǒng)6中。混合蒸汽先在第二熱交換器61中由作為冷卻介質(zhì)的 冷凍水(7°C 12°C的水)冷卻成為甲醇和水的混合液體后，在重力作用下流入第一儲(chǔ)液 槽62中，隔一段時(shí)間再用第三計(jì)量泵63將混合液體由第一儲(chǔ)液槽62泵入立管式蒸餾塔 64中，立管式蒸餾塔64的加熱介質(zhì)為水蒸氣，在一定的水蒸氣流量下通過控制混合液體的 泵入量而使得立管式蒸餾塔64中的物料體系的溫度在80°C 85°C之間，從而使混合液體 中的甲醇汽化而成為含有極少量水的氣態(tài)物料從立管式蒸餾塔64的塔頂?shù)臍鈶B(tài)物料出口 流出，含水氣態(tài)甲醇流至第三熱交換器65中后，由冷凍水作為冷卻介質(zhì)而成為含水液態(tài)甲 醇，含水液態(tài)甲醇在重力作用下流入分子篩吸附罐66中，流經(jīng)分子篩吸附劑被吸附水分后 成為液態(tài)甲醇流出分子篩吸附罐66，液態(tài)甲醇由第二物料泵67泵入液態(tài)醇緩沖回收罐68 中，再經(jīng)過第一計(jì)量泵33泵入運(yùn)行中的汽化器34中而循環(huán)使用。(實(shí)施例2)
本實(shí)施例的其余部分與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于本實(shí)施例中所述的醇均為 乙醇而不是甲醇，所用的原料醇是純度> 99. 5%的無水乙醇，從而在汽化器34中被加熱汽 化得到的則是乙醇蒸汽，在塔式反應(yīng)器1中與中高碳脂肪酸反應(yīng)生成的則是中高碳脂肪酸 乙酯，在氣膜式反應(yīng)裝置1的頂部連續(xù)流出的混合蒸汽是乙醇和水的混合蒸汽，液態(tài)醇緩 沖回收罐68中的的用于循環(huán)使用的醇為乙醇。由于乙醇的沸點(diǎn)高于甲醇，所以，在用第三 計(jì)量泵63將混合液體由第一儲(chǔ)液槽62泵入立管式蒸餾塔64中時(shí)，控制混合液體的泵入量 而使得立管式蒸餾塔64中的物料體系的溫度在85°C 90°C之間。
權(quán)利要求
一種連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè)備，包括汽化器(34)和熱交換器(43)；其特征在于還包括氣膜式反應(yīng)裝置(1)；氣膜式反應(yīng)裝置(1)為塔式反應(yīng)器；該塔式反應(yīng)器(1)包括圓柱殼狀的塔主體(10)和自下而上分別設(shè)置在塔主體(10)上的酯排放口(11)、醇蒸汽入口(12)、液體料入口(13)以及蒸汽出口(14)；酯排放口(11)位于塔主體(10)的底部，醇蒸汽入口(12)位于塔主體(10)側(cè)部下方，液體料入口(13)位于塔主體(10)側(cè)部上方，蒸汽出口(14)位于塔主體(10)的頂部；塔主體(10)的底部為液體存放部(15)；塔式反應(yīng)器(1)還包括固定在塔主體(10)中且按照上下次序依次設(shè)置的5至21層格柵(16)；所述格柵(16)設(shè)置在醇蒸汽入口(12)與液體料入口(13)之間；各層格柵(16)上密集堆置有填料或顆粒狀催化劑，在格柵(16)上堆置填料則形成填料層(21)，在格柵(16)上堆置催化劑則形成催化劑層(22)，且填料層(21)和催化劑層(22)按照交錯(cuò)方式設(shè)置；所述的顆粒狀催化劑為顆粒狀酸性催化劑；塔式反應(yīng)器(1)還包括固定在塔主體(10)中且位于塔主體(10)上部的盤形霧化分布器(17)；盤形霧化分布器(17)的進(jìn)料口與塔式反應(yīng)器(1)的液體料入口(13)密閉接通，盤形霧化分布器(17)為在管壁上開有常規(guī)數(shù)量和大小的霧化噴孔的盤管；汽化器(34)由其氣體出口通過相應(yīng)的管路與圓柱狀塔式反應(yīng)器(1)的醇蒸汽入口(12)密閉接通；熱交換器(43)由其物料出口相應(yīng)的管路與塔式反應(yīng)器(1)的液體料入口(13)密閉接通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè)備，其特征在于填 料(21)為陶瓷鮑爾環(huán)或者是由不銹鋼絲網(wǎng)卷繞而成的圓筒形網(wǎng)狀物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè)備，其特征在于所 述的顆粒狀酸性催化劑是粒徑為3 10mm的固體酸催化劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè)備，其特征在于所 述的固體酸催化劑是S0427Mx0y型的固體超強(qiáng)酸催化劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè)備，其特征在于所 述 so427Mxoy 型的固體超強(qiáng)酸催化劑為 S0427&02、S0427Fe203、S0427Al203、S0427&02-Al203、 或者 S0427Ti02-Sn02-Al203。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè)備，其特征在于所 述塔式反應(yīng)器(1)的高度為15 30m，直徑為0. 5 3m ；所述液體料入口( 13)至圓柱狀塔 式反應(yīng)器(1)的塔主體(10)頂部的距離為0. 5 1. 5m ；所述醇蒸汽入口(12)至圓柱狀塔 式反應(yīng)器(1)的塔主體(10)底部的距離為5 10m ；所述格柵(16)中的最下一層位于所述 醇蒸汽入口( 12)上方0. 5 lm ；所述蒸汽出口( 14)的管口直徑為0. 1 0. 5m ；所述的催 化劑層(22)的裝填高度為5 20cm ；填料層(21)的裝填高度為1 5m ；上一層格柵(16) 的下端與下一層格柵(16)上的物料的上端之間的距離為20 35cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè)備，其特征 在于所述的格柵(16)的總層數(shù)為單數(shù)，其中的單數(shù)層均為填料層(21)，雙數(shù)層均為催化 劑層(22)。
8.一種由權(quán)利要求1至6之一所述的設(shè)備連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的方法， 其特征在于具有如下步驟2①連續(xù)將液態(tài)醇儲(chǔ)罐(31)中的過量的液態(tài)醇通過第一計(jì)量泵(33)泵入運(yùn)行中的汽化 器(34)中使之被加熱汽化為醇蒸汽，醇蒸汽則由汽化器(34)的氣體出口、相應(yīng)的管路以及 氣膜式反應(yīng)裝置(1)的醇蒸汽入口( 12 )進(jìn)入氣膜式反應(yīng)裝置(1)的塔主體(10 )中的下部， 進(jìn)入塔主體(10)中的醇蒸汽在塔主體(10)中由下向上運(yùn)動(dòng)；所述的醇為甲醇或者乙醇；②在進(jìn)行步驟①的同時(shí)，連續(xù)將保溫儲(chǔ)罐(41)中的液態(tài)的中高碳脂肪酸通過第二計(jì)量 泵(42)泵入運(yùn)行中的熱交換器(43)中使之被加熱至120°C 150°C，在第二計(jì)量泵(42)泵 壓下，液態(tài)的中高碳脂肪酸由熱交換器(43)的物料出口、相應(yīng)的管路以及氣膜式反應(yīng)裝置 (1)的液體料入口( 13)進(jìn)入盤形霧化分布器(17)中；所述中高碳脂肪酸是指碳鏈的碳原子 數(shù)為12至18個(gè)的脂肪酸；③在第二計(jì)量泵(42)泵壓下，液態(tài)的中高碳脂肪酸經(jīng)過盤形霧化分布器(17)后則成 為霧狀液滴噴出而進(jìn)入塔主體(10)的上部空腔內(nèi)，在重力作用下，下落至填料或顆粒狀酸 性催化劑上后繼而沿著填料或催化劑的表面進(jìn)行總趨勢(shì)向下的流動(dòng)再逐層落至下層的催 化劑或填料上，并在流動(dòng)中在所經(jīng)過的填料表面形成均勻的液膜，且處于催化劑層(22)下 方的各填料層(21)的填料上的液膜因?yàn)榻?jīng)過催化劑層(22)而為酸性的液膜；④由步驟①進(jìn)入塔主體(10)的醇蒸汽由下向上連續(xù)經(jīng)過填料層(21)和催化劑層 (22)，醇蒸汽因經(jīng)過催化劑層(22)而成為酸性的醇蒸汽，從而該醇蒸汽不僅在各催化劑層 (22)的區(qū)域中直接與下落至催化劑表面的中高碳脂肪酸發(fā)生生成中高碳脂肪酸酯和水的 催化酯化反應(yīng)，還在各填料層(21)中與填料上的處于液膜狀態(tài)的中高碳脂肪酸發(fā)生生成中 高碳脂肪酸酯和水的催化酯化反應(yīng)；催化酯化反應(yīng)所需的反應(yīng)熱由作為原料的中高碳脂肪 酸所帶入的熱量提供；⑤由步驟④的催化酯化反應(yīng)生成的中高碳脂肪酸酯在重力的作用下，下落至氣膜式反 應(yīng)裝置(1)的塔主體(10)的底部的液體存放部(15)，再經(jīng)過控制閥門由物料泵(51)送入粗 品儲(chǔ)罐；由步驟④的酯化反應(yīng)生成的水在作為原料的中高碳脂肪酸所帶入的熱量的作用下 汽化成水蒸汽，與過量的醇蒸汽形成混合蒸汽流并在氣膜式反應(yīng)裝置(1)的塔主體(10)中 由下向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過盤形霧化分布器(17)時(shí)，則從其盤管的相鄰管體之間的空隙中穿過，然 后上升至頂部而從蒸汽出口(14)連續(xù)流出氣膜式反應(yīng)裝置(1)的塔主體(10)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的方法，其特征在于還 具有下述步驟⑥將步驟⑤得到的中高碳脂肪酸酯粗品進(jìn)行精制將中高碳脂肪酸酯粗品送入蒸餾塔 中進(jìn)行減壓蒸餾，控制蒸餾塔中的殘壓為10 20mm汞柱、溫度為250°C 280°C，使得中高 碳脂肪酸酯粗品通過蒸餾而成為成品；將步驟⑤中在氣膜式反應(yīng)裝置(1)的頂部連續(xù)流出 的混合蒸汽流通過相應(yīng)的管路進(jìn)入混合蒸汽處理系統(tǒng)(6)中，先由冷凍水作為冷卻介質(zhì)將 混合蒸汽流冷卻成為水與液態(tài)醇組成的混合液體，該混合液體經(jīng)分離后所得到的液態(tài)醇可 循環(huán)使用；所述的格柵(16)的總層數(shù)為單數(shù)，其中的單數(shù)層均為填料層(21)，雙數(shù)層則均為催化 劑層(22)；步驟③中，成為霧狀液滴噴出而進(jìn)入塔主體(10)的上部空腔內(nèi)的中高碳脂肪酸 在重力作用下，先下落至最上方的第一層格柵的填料層(21)的填料上，繼而沿著各填料的 表面進(jìn)行總趨勢(shì)向下的流動(dòng)再落至第二層格柵的催化劑層(22)的催化劑上，再在重力作用 下逐層向下運(yùn)動(dòng)；步驟④中，進(jìn)入塔主體(10)的醇蒸汽由下向上先經(jīng)過最下方的一個(gè)填料層(21)，再向上逐層依次經(jīng)過相應(yīng)的催化劑層(22)和填料層(21)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的方法，其特征在于步 驟②中，中高碳脂肪酸與醇的摩爾比為1 2.5 1 3.5。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)式酯化法制備中高碳脂肪酸酯的設(shè)備和方法。該設(shè)備包括塔式反應(yīng)器；該塔式反應(yīng)器包括酯排放口、醇蒸汽入口、液體料入口以及蒸汽出口；塔式反應(yīng)器還包括格柵，格柵上密集堆置有填料或顆粒狀催化劑；塔式反應(yīng)器還包括盤形霧化分布器。該方法具有①連續(xù)將液態(tài)醇加熱汽化為醇蒸汽并進(jìn)入塔式反應(yīng)器中；②同時(shí)將中高碳脂肪酸加熱至120℃～150℃并進(jìn)入盤形霧化分布器中；③中高碳脂肪酸形成均勻的液膜；④醇蒸汽與中高碳脂肪酸進(jìn)行酯化反應(yīng)。本發(fā)明的方法時(shí)間短、轉(zhuǎn)化率高、能耗低。
文檔編號(hào)C07C69/003GK101948384SQ20101050697
公開日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2010年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月14日
發(fā)明者謝仁華, 謝曉晨 申請(qǐng)人:謝仁華