專利名稱：連續化制備生物柴油的強化混合反應裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及生物柴油的生產加工設備，特別是一種用酸化油、地溝油、餐飲廢油、植物油為原料連續化制備生物柴油的強化混合反應裝置。
背景技術：
生物柴油是清潔的可再生能源，大力發展生物柴油對經濟可持續發展，推進能源替代，減輕環境壓力，控制城市大氣污染具有重要的戰略意義。目前工業化生產中，多采用酯交換工藝制備生物柴油。該法利用甲醇等醇類物質，將甘油三酸酯中的甘油取代下來，形成長鏈的脂肪酸甲酯。由于常規反應器中油醇不相溶體系混合困難，故反應時間長、轉化率低、能耗大。為解決上述問題，近期出現很多高效制備生物柴油的反應裝置。中國專利CN101717698A提出加入助溶劑促進油醇兩相混合，使反應在均相中進行，但是引入助溶劑將給后續處理帶來不便并增加原料成本。中國專利CN 201241095Y在傳統反應器中串聯一個水力空化器，產生空化泡以及空化泡長大和劇烈崩潰，有利于反應液充分混合、乳化，使反應界面迅速擴大，有利于快速合成生物柴油，但串聯水力空化器需要通過加壓泵，增加了反應裝置的復雜性。中國專利CN 1919973A提出利用環路湍流反應器組成一套連續式制備生物柴油的裝置，原料從環路湍流反應器底部進入，在環路湍流反應器中反應，經過反應的混合物從反應器頂部出料，一部分物料回到循環混合泵，再次進入環路湍流反應器，另一部分進入二級反應器，實現了原料的循環混合，但是需要設置循環回路，生產條件較復雜，反應物料外循環需要通過外動力，使能耗增大。因此，需要開發一種結構簡單、加工容易、效率高、能耗低且能連續化量產的生物柴油生產裝置。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是針對上述現有技術而提供一種結構簡單、加工容易、效率高、能耗低且能連續制備生物柴油的強化混合反應裝置。本實驗新型解決上述技術問題所采用的技術方案是:一種連續化制備生物柴油的強化混合反應裝置，包括管式反應器和預混合器，其特征在于:在管式反應器進口端裝有導流筒。按上述方案，預混合器屬于被動式混合，采用異徑三通連接件。按上述方案，導流筒的長徑比為1:1 12:1。按上述方案，導流筒與管式反應器的管徑之比為0.3 0.8。按上述方案，導流筒的底部與管式反應器底部的距離為管式反應器的管徑的0.5 5倍。工作原理:甲醇和原料油通過預混合器混合后進入管式反應器，在管式反應器進口端設置導流筒，反應過程中，導流筒內物料為超臨界甲醇相與油相的混合物，密度相對較小，環隙內物料為不完全反應的油相，密度相對較大，在導流筒的引導下，物料繞導流筒壁有序循環，實現不完全反應的油相與新鮮進料在反應器進口端混合。不完全反應的油相中含有中間產物，該中間產物為增加兩相互溶的共溶劑，使油相中甲醇的含量與超臨界甲醇相中油的含量同時增加，由質量作用定律知，兩相互溶度的增加使反應速率增大，強化了反應過程。本實用新型的有益效果是:采用預混合器對油醇不互溶流體進行預混，有效地促進了兩相混合。通過設置適宜尺寸的導流筒，使物料在反應器中靠自身體系的壓力差實現有序循環，增加反應器進口端超臨界甲醇相與油相的互溶度使反應速率增大。在適宜尺寸導流筒的引導下，物料的有序循環使物料在反應器進口端產生返混，超臨界甲醇相與油相互溶度增加產生的有益效果大于返混帶來的不利影響，醇油比降低，反應時間縮短。醇油比的降低與反應時間的縮短避免了高溫下生物柴油的焦化，從而使能耗降低，油脂收率提高。導流筒的設置強化了反應過程，增加了反應器的生產效率，進而實現了生物柴油生產的連續化、低能耗、高產量。
圖1是強化混合反應裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型的應用工藝流程圖。
具體實施方式
本實用新型連續制備生物柴油的強化混合反應裝置，包括管式反應器1、導流筒2和預混合器3。導流筒2安裝在管式反應器I的進口端，導流筒的長徑比為1:1 12:1，便于在反應開始階段中間產物和新鮮物料的混合，增加反應器進口端超臨界甲醇相與油相的互溶度。預混合器3絲扣連接在管式反應器I的底部，預混合器屬于被動式混合，采用異徑三通連接件，導流筒與管式反應器的管徑之比為0.3 0.8，導流筒的底部與管式反應器底部的距離為管式反應器的管徑的0.5 5倍。甲醇和原料油通過預混合器3混合后進入管式反應器1，在適宜尺寸的導流筒2的引導下，混合物料在導流筒(上升段)中上升，到達導流筒頂部時一部分上升到管式反應器的上端繼續反應，一部分(含有作為共溶劑的中間產物)進入反應器環隙(下降段)內下降，到達反應器底部與新鮮物料混合，在導流筒內外密度差的驅動下混合物料再次進入導流筒從而實現物料的有序循環。將本實用新型應用于實際工藝，圖2為應用了本實用新型制備生物柴油的工藝流程。原料油(大豆油)由原料油計量罐4通過原料油計量泵6進入原料油預熱盤管8，預熱到350°C;同樣，甲醇由甲醇計量罐5通過甲醇計量泵7進入甲醇預熱盤管9，甲醇預熱氣化，甲醇蒸汽和熱原料油以摩爾比30:1的比例同時進入強化混合反應裝置10，在強化混合反應裝置中通過反應物料的有序循環和反應中間產物的共溶劑作用使油醇兩相得到充分混合，混合后進入反應器盤管11，通過背壓閥12調節反應壓力，在溫度350°C，壓力15 MPa條件下連續反應，隨后，反應產物進入閃蒸罐13，輕組分(甲醇)通過甲醇冷卻罐14冷凝后回收再利用，重組分(粗生物柴油)通過產品冷卻罐15冷卻并收集。收集的粗生物柴油經過后續的精制過程得到生物柴油。應用了實用新型的新工藝與不使用強化混合反應裝置工藝比較，生物柴油收率從90%提高到92%。達到最高收率所需的醇油摩爾比從40:1降到30:1，甲醇用量減少，降低了后續甲醇回收的處理量，有效地節約了能耗；所需的反應停留時間從1000 s縮短到800s，反應速度加快，強化了反應過程，增加了反應器的生產效率，實現了生物柴油生產的連續化、低能耗、高產量。
權利要求1.一種連續化制備生物柴油的強化混合反應裝置，包括管式反應器(I)和預混合器(3)，其特征在于:在管式反應器進口端裝有導流筒(2)。
2.根據權利要求1所述的連續化制備生物柴油的強化混合反應裝置，其特征在于:預混合器屬于被動式混合，采用異徑三通連接件。
3.根據權利要求1或2所述的連續化制備生物柴油的強化混合反應裝置，其特征在于:導流筒的長徑比為1:1 12:1。
4.根據權利要求1或2所述的連續化制備生物柴油的強化混合反應裝置，其特征在于:導流筒與管式反應器的管徑之比為0.3 0.8。
5.根據權利要求1或2所述的連續化制備生物柴油的強化混合反應裝置，其特征在于:導流筒的底部與管式反應器底部的距離為管式反應器的管徑的0.5 5倍。
專利摘要本實用新型涉及連續化制備生物柴油的強化混合反應裝置，包括管式反應器和預混合器，其特征在于在管式反應器進口端裝有導流筒。本實用新型的優點在適宜尺寸導流筒的引導下，物料的有序循環使物料在反應器進口端產生返混，超臨界甲醇相與油相互溶度增加產生的有益效果大于返混帶來的不利影響，醇油比降低，反應時間縮短。醇油比的降低與反應時間的縮短避免了高溫下生物柴油的焦化，從而使能耗降低，油脂收率提高。導流筒的設置強化了反應過程，增加了反應器的生產效率，進而實現了生物柴油生產的連續化、低能耗、高產量。
文檔編號C10L1/02GK202912930SQ20122052205
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月12日 優先權日2012年10月12日
發明者王存文, 冀少卿, 王為國, 覃遠航, 呂仁亮, 張俊峰 申請人:武漢工程大學