一種連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置的製作方法

2023-06-05 13:19:51

專利名稱：一種連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種製備中高碳脂肪酸酯的裝置。
背景技術：
本實用新型所稱的中高碳脂肪酸酯是指碳鏈上的碳原子數為6至18個的脂肪酸 酯，中高碳脂肪酸酯一般可由中高碳脂肪酸與醇發生酯化反應而製得。目前，中高碳脂肪酸 的酯化反應的典型方法為間斷式的製備方法，該方法所用的設備見圖1。圖1中的反應釜 a帶有攪拌器b，該反應釜a的上部裝有回流冷凝器C。製備中高碳脂肪酸酯時，將中高碳 脂肪酸與醇精確配比後投入反應釜a中，在反應釜a的夾套d中通入蒸汽並在一定的溫度 下使得物料體系進行回流而發生生成中高碳脂肪酸酯的反應，反應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不斷地回流到反應釜a中。該方法的缺點在於 (1)由於醇的沸點較低(甲醇為64. 5°C，乙醇為78. 4°C),因此回流反應溫度較低，導致反應 時間較長，一般需要他 他才能反應完全。(2)反應轉化率不高，在90% 95%之間。(3) 需要用大量的醇來保證酯化反應完全，而大量回流的醇不斷流入反應釜a中會降低反應釜 a中的溫度，從而必須不斷加熱保持反應溫度，能耗較高。(4)反應過程中生成的水難以去 除。
發明內容本實用新型的目的是克服上述問題，提供一種連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝 置，用該裝置製備中高碳脂肪酸酯時間短、轉化率高、能耗低。實現本實用新型目的的一種技術方案是一種連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝 置，包括氣膜式反應裝置；氣膜式反應裝置為塔式反應器；該塔式反應器包括圓柱殼狀的 塔主體和自下而上分別設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 ；酯排放口位於塔主體的底部，醇蒸汽入口位於塔主體側部下方，液體料入口位於塔主體 側部上方，蒸汽出口位於塔主體的頂部；塔主體的底部為液體存放部；塔式反應器還包括 固定在塔主體中且按照上下次序依次設置的5至21層格柵；所述格柵設置在醇蒸汽入口與 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方式設置；所 述的顆粒狀催化劑為顆粒狀酸性催化劑；塔式反應器還包括固定在塔主體中且位於塔主體 上部的盤形霧化分布器；盤形霧化分布器的進料口與塔式反應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數量和大小的霧化噴孔的盤管。填料為陶瓷鮑爾環或者是由不鏽鋼絲網卷繞而成的圓筒形網狀物。所述的顆粒狀酸性催化劑是粒徑為3 IOmm的固體酸催化劑。所述的固體酸催化劑是S0427Mx0y型的固體超強酸催化劑；所述S0427Mx0y型 的固體超強酸催化劑為 S0427Zr02、SO42VFe2O3^ SO42VAl2O3^ S0427&02_A1203、或者 S042—/ Ti02-Sn02-Al203。[0008]所述圓柱狀塔式反應器的高度為15 30m，直徑為0. 5 ；^ ；所述液體料入口 至圓柱狀塔式反應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 反應器的塔主體底部的距離為5 IOm ；所述格柵中的最下一層位於所述醇蒸汽入口上方 0. 5 Im ；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 35cm。所述的格柵的總層數為單數，其中的單數層均為填料層，雙數層均為催化劑層。實現本實用新型目的的另一種技術方案是一種連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝 置，包括氣膜式反應裝置；氣膜式反應裝置為塔式反應器；該塔式反應器包括圓柱殼狀的 塔主體和自下而上分別設置在塔主體上的酯排放口、醇入口、脂肪酸入口以及蒸汽出口 ；酯 排放口位於塔主體的底部，醇入口位於塔主體側部下方，脂肪酸入口位於塔主體側部上方， 蒸汽出口位於塔主體的頂部；塔主體的底部為液體存放部；塔式反應器還包括固定在塔主 體中的格柵；所述格柵設置在醇入口與脂肪酸入口之間；格柵上設有密集堆置的填料所形 成的填料層；塔式反應器還包括固定在塔主體中的盤形霧化分布器和盤管加熱器；盤管加 熱器位於塔主體的醇入口下方；盤形霧化分布器為在管壁上開有常規數量和大小的霧化噴 孔的盤管；盤形霧化分布器位於塔主體的上部，且其進料口與塔式反應器的脂肪酸入口密 閉相連。填料為陶瓷鮑爾環或者是由不鏽鋼絲網卷繞而成的圓筒形網狀物。格柵有3至10層，每層格柵上均設有密集堆置的填料所形成的填料層。所述圓柱狀塔式反應器的高度為15 30m，直徑為0. 5 ；^ ；所述脂肪酸入口至 圓柱狀塔式反應器的塔主體頂部的距離為0. 5 1. 5m ；所述醇入口至圓柱狀塔式反應器的 塔主體底部的距離為5 IOm ；所述格柵中的最下一層位於所述醇入口上方0. 5 Im ；所述 蒸汽出口的管口直徑為0. 1 0. 5m ；所述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 35cm。本實用新型具有積極的效果(1)本實用新型的一種裝置可將甲醇或乙醇蒸發為 氣體且與液態的脂肪酸在對流的同時在固體酸的催化作用下主要在催化劑表面和填料表 面進行酯化反應，這樣一方面大大增加了反應物之間的接觸面積，另一方面由於醇蒸汽的 溫度較高從而使得反應在較高溫度下進行，可以快速提供反應所需要的熱量，不僅可以快 速大量補充反應所需要的熱量，而且大大加快了反應速度，從而縮短了反應時間，將原來的 6至8小時的酯化反應時間縮短到在10分種之內。該裝置使得反應過程中產生的水分隨 時隨著醇蒸汽流出反應器而不停留在填料或者催化劑表面，反應所產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，從而大大提高了轉化率， 轉化率可達98%以上。(2)本實用新型的另一種裝置可將過量的液態甲醇或乙醇與溶解在 液態醇中的鹼金屬催化劑一起加入到氣膜式反應裝置中，液態醇汽化為醇蒸汽而與液態油 脂在對流的同時主要在填料表面進行催化醇解反應，這樣一方面大大增加了反應物之間的 接觸面積，另一方面由於醇蒸汽的溫度較高從而使得反應在較高溫度下進行，不僅可以快 速大量補充反應所需要的熱量，而且大大加快了反應速度，從而縮短了反應時間，將原來的 6至8小時的醇解反應時間縮短到在10分種之內。該裝置使得反應過程中產生的脂肪酸 酯和甘油則在重力作用下下落至塔主體的底部而不停留在填料或者催化劑表面，從而大大
5提高了轉化率，轉化率可達98%以上。(3)採用本實用新型的裝置能耗低、只有傳統工藝的 1/10 1/20。(4)本實用新型的裝置可以實現連續化的生產，產量可達傳統工藝的數十倍 甚至數百倍，適用於大規模生產。(5)採用本實用新型的裝置製備的脂肪酸酯的純度可達 99. 5%以上。

圖1為傳統工藝製備脂肪酸酯採用的裝置。圖2為實施例1採用的裝置。圖3為圖2的裝置製備中高碳脂肪酸酯的示意圖。圖4為實施例2採用的裝置。圖5為圖4的裝置製備中高碳脂肪酸酯的示意圖。上述附圖中的標號如下反應釜a，攪拌器b，回流冷凝器C，夾套d，塔式反應器1 (氣膜式反應裝置)，塔主體10，酯排放口 11，醇蒸汽入口 12，醇入口 12』液體料入口 13，脂肪酸入口 13』，蒸汽出口 14，液體存放部15，格柵16，盤形霧化分布器 17，盤管加熱器18，填料層21，催化劑層22，液態醇儲罐31，第一計量泵33，汽化器34，保溫儲罐41，第二計量泵42，熱交換器43，物料泵51，混合蒸汽處理系統6，醇蒸汽處理系統6 』第二熱交換器61，第一儲液槽62，第三計 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，液態醇緩衝 回收罐68。
具體實施方式
(實施例1)見圖2，本實施例採用的連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置包括氣膜式反應裝置 1，該氣膜式反應裝置1為塔式反應器，其高度為27m，直徑為3m，其材質為316L不鏽鋼。該 塔式反應器1包括圓柱殼狀的塔主體10和自下而上分別設置在塔主體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上分別設有控制閥門。酯排放口 11位於塔主體10的底部。醇蒸汽入口 12位於塔主體10側部下方，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位於塔主體10側部上方，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位於塔主體10的頂部，且蒸汽出口 14的管口直徑為0. :3m。塔主 體10的底部為存放液態中高碳脂肪酸酯的液體存放部15。塔式反應器1還包括固定在塔主體10中且位於塔主體10上部的盤形霧化分布器 17。盤形霧化分布器17的進料口與塔式反應器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數量和大小的霧化噴孔的盤管，也即霧化分布器的結構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。塔式反應器1還包括固定在塔主體10中且按照上下次序依次設置的5至21層格 柵16 (本實施例為7層)，格柵16設置在醇蒸汽入口 12與液體料入口 13之間，其材質為 316L不鏽鋼。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 交錯方式設置。格柵16的總層數為單數，其中的單數層均為填料層21，雙數層均為催化劑 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或者是由不鏽鋼絲網卷繞而成的圓筒形網狀 物。所述不鏽鋼絲網的材質為316L不鏽鋼。催化劑層22中的顆粒狀催化劑是粒徑為3 IOmm的固體超強酸催化劑。所述固體超強酸催化劑可以為市售的S0427&02、S0427Fe203或者S042_/A1203，或者 是按照文獻號為CN1425500A (申請號為02151526. 3)中的實施例1至實施例4製備的顆粒 型固體超強催化劑SOfArO2-Al2O3或顆粒型固體超強催化劑S042_/ TiO2-SnO2-Al2O3 (其實 施例1中的Φ=3毫米的顆粒載體也即為其發明內容中所述的顆粒型基礎載體)，或者是曲 阜福瑞德催化應用科技有限公司銷售的工業級固體超強酸催化劑。(應用例1)見圖3，採用本實施例的裝置製備中高碳脂肪酸酯還需要液態醇儲罐31、第一計 量泵33、汽化器34、保溫儲罐41、第二計量泵42、熱交換器43、物料泵51和混合蒸汽處理系 統6。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於外筒體中的 內部管路，外筒體中通入作為介質的溫度為100°c的水蒸氣，內部管路中通入甲醇，汽化器 34由其與內部管路相通的液體進口作為液態物料進口，由其與內部管路相通的氣體出口作 為氣態物料出口。混合蒸汽處理系統6包括第二熱交換器61、第一儲液槽62、第三計量泵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和液態醇緩衝回收罐68。立 管式蒸餾塔64設有位於側部下方的液態物料進口，位於塔頂的氣態物料出口和位於底部 的液態物料出口。分子篩吸附罐66設有位於頂部的物料進口和位於底部的物料出口，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液槽62的物料入口相連，第 一儲液槽62的物料出口通過外部管路與第三計量泵63的物料入口密閉相連，第三計量泵 63的物料出口通過外部管路與立管式蒸餾塔64的液態物料進口密閉相連，立管式蒸餾塔 64的氣態物料出口通過外部管路與第三熱交換器65的物料進口密閉相連，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醇緩衝回收罐68的物料進口密閉相連。液態醇儲罐31通過外部管路與第一計量泵33的物料進口密閉相連，第一計量泵 33的物料進口還通過相應的外部管路與液態醇緩衝回收罐68的物料出口密閉相連；第一
7計量泵33的物料出口通過外部管路與汽化器34的液態物料進口密閉相連，汽化器34的氣 態物料出口通過外部管路與塔式反應器1的醇蒸汽入口 12密閉相連。保溫儲罐41的出料口通過外部管路與第二計量泵42的物料進口密閉相連，第二 計量泵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器1的液體料入口 13密閉相連。塔式反應器1的蒸汽出口 14通過外部管路與混合蒸汽處理系統6的第二熱交換 器61物料進口密閉相連。仍見圖3，具體製備方法具有如下步驟①連續將液態醇儲罐31中的過量的液態甲醇通過第一計量泵33泵入運行中的汽 化器34中(外筒體中的水蒸氣的溫度為IO(TC)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、相應的管路以及氣膜式反應裝置1的醇蒸汽入口 12進入氣膜式反 應裝置1的塔主體10中的下部，進入塔主體10中的醇蒸汽在塔主體10中由下向上運動。 本實施例所用的原料液態甲醇是純度> 99. 5%的無水甲醇。②在進行步驟①的同時，連續將保溫儲罐41中的液態的中高碳脂肪酸(碳鏈的碳 原子數為12至18個，在不同的實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%)通過第二計量泵42泵入運行中的熱交換器43中使之被加熱至120°C 150°C， 在第二計量泵42泵壓下，液態的中高碳脂肪酸由熱交換器43的物料出口、相應的管路以及 氣膜式反應裝置1的液體料入口 13進入盤形霧化分布器17中(中高碳脂肪酸與醇的摩爾 比為1 2. 5 1 3. 5，本實施例為1 3)。③在第二計量泵42泵壓下，液態的中高碳脂肪酸經過盤形霧化分布器17後則成 為霧狀液滴噴出而進入塔主體10的上部空腔內，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行總趨勢向下的流動再落至第二層 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動，並在流動中在所經過的填 料表面形成均勻的液膜，且處於催化劑層22下方的各填料層21的填料上的液膜因為經過 催化劑層22而為酸性的液膜。④由步驟①進入塔主體10的甲醇蒸汽由下向上連續經過填料層21和催化劑層22 (即由下向上先經過最下方的一個填料層21，再向上逐層依次經過相應的催化劑層22和填 料層21)，甲醇蒸汽因經過催化劑層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的區域中直接與下落至催化劑表面的中高碳脂肪酸發生生成中高碳脂肪酸甲 酯和水的催化酯化反應，還在各填料層21中與填料上的處於液膜狀態的中高碳脂肪酸發 生生成中高碳脂肪酸甲酯和水的催化酯化反應(故此酯化反應稱為汽膜式酯化反應或氣膜 式酯化反應)。中高碳脂肪酸在填料上和催化劑表面停留的時間為3 9min (該停留時間 可以通過調整填料層21和催化劑層22的裝填總高度而改變，本實施例為5 min)，因催化酯 化反應的完全反應時間約為3min，所以本實施例將中高碳脂肪酸在填料層21和催化劑層 22中的停留時間設置為5 min，確保酯化反應的完全進行。上述兩種形式的催化酯化反應 所需的反應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 膜式反應裝置1的塔主體10的底部的液體存放部15，再經過控制閥門由物料泵51送入粗 品儲罐。由步驟④的酯化反應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(此時整個體系的平均溫度略低於剛進入塔主體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並在氣膜式反應裝置1的塔主體10中由下向上運動，經 過盤形霧化分布器17時，則從其盤管的相鄰管體之間的空隙中穿過，然後上升至頂部而從 蒸汽出口 14連續流出氣膜式反應裝置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中在氣膜式反應裝置1的頂部連續流出的混合蒸汽流通過相應 的管路進入混合蒸汽處理系統6中。混合蒸汽先在第二熱交換器61中由作為冷卻介質的 冷凍水(7°C 12°C的水)冷卻成為甲醇和水的混合液體後，在重力作用下流入第一儲液 槽62中，隔一段時間再用第三計量泵63將混合液體由第一儲液槽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物料從立管式蒸餾塔64的塔頂的氣態物料出口 流出，含水氣態甲醇流至第三熱交換器65中後，由冷凍水作為冷卻介質而成為含水液態甲 醇，含水液態甲醇在重力作用下流入分子篩吸附罐66中，流經分子篩吸附劑被吸附水分後 成為液態甲醇流出分子篩吸附罐66，液態甲醇由第二物料泵67泵入液態醇緩衝回收罐68 中，再經過第一計量泵33泵入運行中的汽化器34中而循環使用。(應用例2)本應用例的其餘部分與應用例1基本相同，不同之處在於本應用例中所述的醇 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，在塔式反應器1中與中高碳脂肪酸反應生成的則是中高碳脂 肪酸乙酯，在氣膜式反應裝置1的頂部連續流出的混合蒸汽是乙醇和水的混合蒸汽，液態 醇緩衝回收罐68中的的用於循環使用的醇為乙醇。由於乙醇的沸點高於甲醇，所以，在用 第三計量泵63將混合液體由第一儲液槽62泵入立管式蒸餾塔64中時，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。(實施例2)見圖4，本實施例採用的連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置包括氣膜式反應裝置 1，該氣膜式反應裝置1為塔式反應器，其高度為27m，直徑為3m，其材質為316L不鏽鋼。該 塔式反應器1包括圓柱殼狀的塔主體10和自下而上分別設置在塔主體10上的酯排放口 11、醇入口 12』、脂肪酸入口 13，以及蒸汽出口 14。酯排放口 11、醇入口 12』、脂肪酸入口 13』以及蒸汽出口 14上分別設有控制閥門。酯排放口 11位於塔主體10的底部。醇入口 12』位於塔主體10側部下方，且醇入 口 12』至塔主體10底部的距離為6m。脂肪酸入口 13』位於塔主體10側部上方，且脂肪酸 入口 13』至塔主體10頂部的距離為lm，從而醇入口 12』至脂肪酸入口 13』之間的距離為 20m。蒸汽出口 14位於塔主體10的頂部，且蒸汽出口 14的管口直徑為0. :3m。塔主體10的 底部為存放液態中高碳脂肪酸酯和甘油的液體存放部15。塔式反應器1還包括固定在塔主體10中的盤形霧化分布器17和盤管加熱器18。 盤管加熱器18位於塔主體10的醇入口 12』下方，盤管加熱器18中通入作為介質的溫度為 100°C的水蒸氣。盤形霧化分布器17為在管壁上開有常規數量和大小的霧化噴孔的盤管，
9也即霧化分布器的結構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。盤形霧化分布器17位於塔主體10的上部，且其進料口 與塔式反應器1的脂肪酸入口 13密閉相連。塔式反應器1還包括固定在塔主體10中且按照上下次序依次設置的3至10層格 柵16 (本實施例為5層)，格柵16設置在醇入口 12』與脂肪酸入口 13』之間，其材質為316L 不鏽鋼。各層格柵16上密集堆置有填料而形成填料層21，填料層21的裝填高度為:3m。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或者是由不鏽鋼絲網卷繞而成的圓筒形網狀 物。所述不鏽鋼絲網的材質為316L不鏽鋼。(應用例3)見圖5，採用本實施例的裝置製備中高碳脂肪酸酯還需要液態醇儲罐31、第一計 量泵33、保溫儲罐41、第二計量泵42、熱交換器43、物料泵51和醇蒸汽處理系統6』。醇蒸汽處理系統6』包括第二熱交換器61和液態醇緩衝回收罐68。第二熱交換器 61的物料出口通過外部管路與液態醇緩衝回收罐68的物料進口密閉相連。液態醇儲罐31通過外部管路與第一計量泵33的物料進口密閉相連，第一計量泵 33的物料出口通過外部管路與塔式反應器1的醇入口 12』密閉相連。保溫儲罐41的出料口通過外部管路與第二計量泵42的物料進口密閉相連，第一 計量泵33的物料進口還通過相應的外部管路與液態醇緩衝回收罐68的物料出口密閉相 連；第二計量泵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器1的脂肪酸入口 13』密閉相連。塔式反應器1的蒸汽出口 14通過外部管路與醇蒸汽處理系統6』的第二熱交換器 61物料進口密閉相連。仍見圖5，具體製備方法具有如下步驟①連續將液態醇儲罐31中的溶解有鹼金屬催化劑KOH的過量的液態甲醇通過第 一計量泵33泵入運行中的氣膜式反應裝置1的塔主體10中的下部。本實施例所用的液態 甲醇是將KOH溶解至純度彡99. 5%的無水甲醇中得到，其中，KOH的重量佔KOH和液態甲醇 總重量的0. 3%。②在進行步驟①的同時，連續將保溫儲罐41中的液態油脂(即中高碳脂肪酸甘油 酯，其中中高碳脂肪酸根的碳鏈的碳原子數為6至18個，在不同的實施例中分別選擇椰子 油或者碳棕櫚油，油脂溫度為80°C)以油脂與液態醇的摩爾比為1 6的比例通過第二計 量泵42泵入運行中的熱交換器43中使之被加熱至120°C 150°C，在第二計量泵42泵壓 下，液態油脂由熱交換器43的物料出口、相應的管路以及氣膜式反應裝置1的脂肪酸入口 13』進入盤形霧化分布器17中。所述的椰子油為經過精製去除雜質和氫化飽和後的椰子油，所含中高碳脂肪酸甘 油酯為95wt% 98 wt%,中高碳脂肪酸甘油酯中，6 10碳的脂肪酸甘油酯佔15wt%，12、14 碳的脂肪酸甘油酯佔70 wt%, 16、18碳的脂肪酸甘油酯佔15wt%。所述棕櫚油也是經過精製去除雜質和氫化飽和後的棕櫚油，所含中高碳脂肪酸甘 油酯為98. 5wt%，全部為16、18碳的脂肪酸甘油酯。③在第二計量泵42泵壓下，液態油脂經過盤形霧化分布器17後則成為霧狀液滴噴出而進入塔主體10的上部空腔內，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行總趨勢向下的流動再落至第二層格柵的填料 層21的填料上，再在重力作用下逐層向下運動，並在流動中在所經過的填料表面形成均勻 的液膜。④由步驟①進入塔主體10的液態甲醇在盤管加熱器18所發出的熱量的作用下被 汽化為甲醇蒸汽並由下向上連續經過填料層21，從而該甲醇蒸汽在各填料層21中與填料 上的處於液膜狀態的油脂在KOH的作用下發生生成中高碳脂肪酸甲酯和甘油的催化醇解 反應(故此醇解反應稱為汽膜式醇解反應或氣膜式醇解反應)。油脂在填料上表面停留的時 間為3 9min(該停留時間可以通過調整填料層21的裝填高度而改變，本實施例為5 min), 因催化醇解反應的完全反應時間約為:3min，所以本實施例將中高碳脂肪酸甘油酯在填料層 21中的停留時間設置為5 min，確保醇解反應的完全進行。催化醇解反應所需的反應熱由 作為原料的中高碳脂肪酸甘油酯所帶入的熱量提供。⑤由步驟④的催化醇解反應生成的中高碳脂肪酸甲酯和甘油在重力的作用下，下 落至氣膜式反應裝置1的塔主體10的底部的液體存放部15，再經過控制閥門由物料泵51 送入精製分離釜中靜置，在重力作用下沉降分離成上下兩層，甘油在下，中高碳脂肪酸甲酯 在上。從下部分出甘油，剩下的中高碳脂肪酸甲酯送入粗品儲罐。催化醇解反應後的過量的甲醇蒸汽在氣膜式反應裝置1的塔主體10中由下向上 運動，經過盤形霧化分布器17時，則從其盤管的相鄰管體之間的空隙中穿過，然後上升至 頂部而從蒸汽出口 14連續流出氣膜式反應裝置1的塔主體10。⑥將步驟⑤得到的中高碳脂肪酸甲酯從粗品儲罐送入蒸餾塔中進行減壓蒸餾，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中在氣膜式反應裝置1的頂部連續流出的甲醇蒸汽流通過 相應的管路進入醇蒸汽處理系統6』中。甲醇蒸汽先在第二熱交換器61中由作為冷卻介質 的冷凍水(7°C 12°C的水)冷卻成為液態甲醇，該液態甲醇在重力作用下流入液態醇緩衝 回收罐68再經過第一計量泵33泵入運行中的塔式反應器1中而循環使用。(應用例4)本應用例的其餘部分與應用例3基本相同，不同之處在於本應用例中所述的醇 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，在塔式反應器1中與油脂 反應生成的則是甘油和中高碳脂肪酸乙酯，在氣膜式反應裝置1的頂部連續流出的醇蒸汽 是乙醇蒸汽，液態醇緩衝回收罐68中的用於循環使用的醇為乙醇。
權利要求1.一種連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，其特徵在於包括氣膜式反應裝置(1)；氣 膜式反應裝置(1)為塔式反應器；該塔式反應器(1)包括圓柱殼狀的塔主體(10)和自下而 上分別設置在塔主體(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)位於塔主體(10)的底部，醇蒸汽入口(12)位於塔主體(10)側部 下方，液體料入口( 13)位於塔主體(10)側部上方，蒸汽出口(14)位於塔主體(10)的頂部； 塔主體(10)的底部為液體存放部(15)；塔式反應器(1)還包括固定在塔主體(10)中且按照上下次序依次設置的5至21層格 柵(16);所述格柵(16)設置在醇蒸汽入口(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 )按照交錯方式設置；所 述的顆粒狀催化劑為顆粒狀酸性催化劑；塔式反應器(1)還包括固定在塔主體(10)中且位於塔主體(10)上部的盤形霧化分布 器(17);盤形霧化分布器(17)的進料口與塔式反應器(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數量和大小的霧化噴孔的盤管。
2.根據權利要求1所述的連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，其特徵在於填料層(21)中的填料為陶瓷鮑爾環或者是由不鏽鋼絲網卷繞而成的圓筒形網狀物。
3.根據權利要求1所述的連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，其特徵在於所述的顆 粒狀酸性催化劑是粒徑為3 IOmm的固體酸催化劑。
4.根據權利要求3所述的連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，其特徵在於所述的固 體酸催化劑是S0427Mx0y型的固體超強酸催化劑；所述S0427Mx0y型的固體超強酸催化劑為 SO42VZrO2, SO42VFe2O3^ SO42VAl2O3^ S0427&02_A1203、或者 SO42VTiO2-SnO2-Al2O3。
5.根據權利要求1所述的連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，其特徵在於所述圓柱 狀塔式反應器(1)的高度為15 30m，直徑為0. 5 : ；所述液體料入口(13)至圓柱狀塔 式反應器(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 式反應器(1)的塔主體(10)底部的距離為5 IOm ；所述格柵(16)中的最下一層位於所述 醇蒸汽入口(12)上方0. 5 Im ；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。
6.根據權利要求1至5之一所述的連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，其特徵在於 所述的格柵(16)的總層數為單數，其中的單數層均為填料層(21)，雙數層均為催化劑層(22)。
7.—種連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，其特徵在於包括氣膜式反應裝置(1)；氣 膜式反應裝置(1)為塔式反應器；該塔式反應器(1)包括圓柱殼狀的塔主體(10)和自下而 上分別設置在塔主體(10)上的酯排放口(11)、醇入口(12』)、脂肪酸入口(13』)以及蒸汽出 口(14)；酯排放口(11)位於塔主體(10)的底部，醇入口(12』)位於塔主體(10)側部下方， 脂肪酸入口(13』)位於塔主體(10)側部上方，蒸汽出口(14)位於塔主體(10)的頂部；塔主 體(10)的底部為液體存放部(15)；塔式反應器(1)還包括固定在塔主體(10)中的格柵(16);所述格柵(16)設置在醇入口 (12』)與脂肪酸入口(13』)之間；格柵(16)上設有密集堆置的填料所形成的填料層(21);塔式反應器(1)還包括固定在塔主體(10)中的盤形霧化分布器(17)和盤管加熱器 (18);盤管加熱器(18)位於塔主體(10)的醇入口(12』)下方；盤形霧化分布器(17)為在管 壁上開有常規數量和大小的霧化噴孔的盤管；盤形霧化分布器(17)位於塔主體(10)的上 部，且其進料口與塔式反應器(1)的脂肪酸入口(13 』)密閉相連。
8.根據權利要求7所述的連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，其特徵在於填料層 (21)中的填料為陶瓷鮑爾環或者是由不鏽鋼絲網卷繞而成的圓筒形網狀物。
9.根據權利要求7所述的連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，其特徵在于格柵(16) 有3至10層，每層格柵(16)上均設有密集堆置的填料所形成的填料層(21)。
10.根據權利要求7所述的連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，其特徵在於所述圓柱 狀塔式反應器(1)的高度為15 30m，直徑為0. 5 : ；所述脂肪酸入口(13』 )至圓柱狀 塔式反應器(1)的塔主體(10)頂部的距離為0. 5 1. 5m ；所述醇入口( 12』)至圓柱狀塔式 反應器(1)的塔主體(10)底部的距離為5 IOm ；所述格柵(16)中的最下一層位於所述醇 入口(12)上方0. 5 Im ；所述蒸汽出口(14)的管口直徑為0. 1 0. 5m ；所述填料層(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。
專利摘要本實用新型公開了一種連續式製備中高碳脂肪酸酯的裝置，包括氣膜式反應裝置，該氣膜式反應裝置為塔式反應器。該塔式反應器包括圓柱殼狀的塔主體和自下而上分別設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。酯排放口位於塔主體的底部，醇蒸汽入口位於塔主體側部下方，液體料入口位於塔主體側部上方，蒸汽出口位於塔主體的頂部，塔主體的底部為液體存放部。塔式反應器還包括固定在塔主體中且按照上下次序依次設置的5至21層格柵；所述格柵設置在醇蒸汽入口與液體料入口之間。採用本實用新型的裝置製備中高碳脂肪酸酯時間短、轉化率高、能耗低。
文檔編號C07C67/08GK201880521SQ20102056134
公開日2011年6月29日 申請日期2010年10月14日 優先權日2010年10月14日
發明者謝仁華, 謝曉晨 申請人:謝仁華