一种生物柴油催化分离反应装置的制作方法

本实用新型涉及生物能源技术领域，特别涉及一种生物柴油催化分离膜反应装置。

背景技术：

石油危机和能源安全已成为全球共同关注的问题。与此同时，石化燃油大量燃烧带来的环境污染和因碳排放导致的温室效应正日益严重。寻求可持续发展、绿色环保的替代能源正逐渐成为各国政府及相关机构关注的热点和重点。其中，生物柴油被认为是未来解决液体能源问题的重要途径之一。

目前制备生物柴油的主要方法是化学方法包括酯交换法和酯化法，酯交换法和酯化法主要分为均相催化法和非均相催化法。均相催化法是目前制备工艺中广泛使用的方法，通常是以液体酸(如硫酸、盐酸等)、液体碱(氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠等)为催化剂进行均相催化反应。虽然，均相催化法具有反应速度快，转化率高，但对生产设备腐蚀严重，同时生产大量工业废水，造成环境污染，在国家节能减排和低碳经济的全局要求下，正逐渐被淘汰。非均相化学催化法可克服上述方法的不足，它是以固体酸(碱)、超强固体酸(碱)、离子交换树脂、杂多酸、金属氧化物、分子筛、硫化物、金属盐以及天然粘土矿等作为固体催化剂，具有反应条件温和、容易实现自动化连续生产、对设备腐蚀性小和对环境无污染等优点。但是，固体催化剂的催化活性较均相催化剂低；与其他多相催化反应一样，固体催化剂表面易发生结炭而丧失活性。另外，水的存在对非均相催化反应有较大的影响，水分不但会抑制酯化反应的进行，减弱催化剂的活性，还会引起酯的水解，从而出现皂化反应。

技术实现要素：

针对以上不足，本实用新型提供一种增强反应效率，节约能源，简化生物柴油处理工艺的装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型基础方案如下：

一种生物柴油催化分离反应装置，包括反应器，搅拌棒，搅拌枝，炭膜，回收水出口，甲醇回收口，所述甲醇回收口位于反应器外壁上部，回收水出口位于反应器外壁下部，所述反应器内侧上部固定有渗透汽化膜，渗透汽化膜的下部与位于反应器内侧下部的炭膜构成一个空腔，搅拌棒上的搅拌枝包覆有高分子共混催化膜。

进一步地，所述反应器下部设置有粗生物柴油出口，粗生物柴油出口穿过渗透汽化膜。有益效果：收集粗生物柴油，使其脱离反应装置，以便进一步提纯。

进一步地，所述回收水出口通过开关与所述的水储存罐连接，水储存罐上端通过开关与所述的甲醇回收口连接。有益效果：使反应器中的水脱离反应装置，提高装置的利用效率。

进一步地，所述粗生物柴油出口通过离心机分别与生物柴油储存罐和甘油储存罐连接。有益效果：将甘油与脂肪酸甲酯通过离心进行分离，以便得到纯度较高，使用效果更好的生物柴油。

进一步地，所述反应器的上盖设有温度检测仪。有益效果：可以通过温度检测仪可以检测反应器中的温度，进行安全生产，避免使反应器中温度超过可燃物闪点，从而出现不安全事故。

进一步地，所述炭膜的孔径直径为1.4um。有益效果：1.4um的微孔径可选择性的过滤甘油和脂肪酸钾酯等颗粒较小的物质，截留住没有完全反应的原料，大大提高反应效率。

进一步地，所述的高分子共混催化的高分子链引入强酸性基团。有益效果：克服了液体酸化剂对设备的腐蚀以及固体催化剂的活性丧问题，增强了催化剂的重复使用率。

本实用新型的工作原理为：在反应器中发生酯化和酯交换反应，生成的产物有脂肪酸钾酯，甘油和水。本实用新型在搅拌枝上包覆有高分子共混催化膜，可增大反应的比表面积，增强反应效率。高分子共混催化膜引入强酸性基团充当催化剂，可克服液体酸、液体碱做催化剂腐蚀设备的问题，并且也可减少污水排放量。也可克服固体酸、固体碱做催化剂时活性丧失的弊端。在反应器中设置渗透汽化膜，可以过滤反应生成的水，因为酯化反应和酯交换反应均为可逆反应，水的增多，会抑制反应的继续进行，及时过滤清除掉生成的水分，可提高生物柴油的得率，水通过回收口水出口进入水储存罐，给水储存罐进行加热(温度在65℃～90℃)，溶于水中的甲醇气化通过甲醇回收口进入反应器中继续被重复利用，可节约甲醇的投入成本。所述炭膜的孔径大小为：0.14um,反应原料油滴的直径为(20～1800um)，炭膜微膜孔可选择性的使直径较小的脂肪酸甲酯(生物柴油)，甘油通过，进一步的使反应向正向移动，提高反应效率。甘油和脂肪酸甲酯的混合物进入离心机中进行离心分离，可得到纯度较高的生物柴油。

如上所述：由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1.本实用新型在搅拌枝上包覆有高分子共混催化膜，可增大反应的比表面积，增强反应效率。高分子共混催化膜引入强酸性基团充当催化剂，可克服液体酸、液体碱做催化剂腐蚀设备的问题，并且也可减少污水排放量。也可克服固体酸、固体碱做催化剂时活性丧失的弊端。

2.在反应器中设置渗透汽化膜,及时过滤清除掉生成的水分，可提高生物柴油的得率以及反应设备的利用率。

3.使用微膜孔为0.14um的炭膜，可选择性的使直径较小的脂肪酸甲酯(生物柴油)，甘油通过，进一步的使反应向正向移动，提高反应效率。

4.甲醇回收装置可最大化甲醇的回收利用，节约资源与生产成本。

5.安全检测装置温度检测仪，可进行反应温度的监控，确保反应的持续正常进行。

附图说明

图1为本实用新型一种生物柴油催化分离膜反应装置实施例反应器的剖面图；

图2为本实用新型一种生物柴油催化分离膜反应装置实施例结构示意图；

附图标记：1-反应器、2-搅拌棒、3-温度检测仪、4-进料口、5-渗透气化膜、6-搅拌枝、 7-高分子共混催化膜、8-炭膜、9-回收水出口、10-粗生物柴油出口、11-甲醇回收口、12- 离心机、13-甘油储存罐、14-生物柴油储存罐、15-开关、16-水储存罐。

具体实施方式

为了本技术领域的人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和以下实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

如图1和图2所示，一种生物柴油催化分离反应装置，包括反应器1，搅拌棒2，搅拌枝 6，炭膜8，回收水出口9，甲醇回收口11，所述甲醇回收口11位于反应器1外壁上部，回收水出口9位于反应器1外壁下部，所述反应器1内侧上部固定有渗透汽化膜5，渗透汽化膜5的下部与位于反应器1内侧下部的炭膜8构成一个空腔，搅拌棒2上的搅拌枝6包覆有高分子共混催化膜7。

所述反应器下部设置有粗生物柴油出口，粗生物柴油出口穿过渗透汽化膜。

所述的回收水出口通过开关与所述的水储存罐连接，水储存罐上端通过开关与所述的甲醇回收口连接。

所述粗生物柴油出口通过离心机分别与生物柴油储存罐和甘油储存罐连接。

所述反应器的上盖设有温度检测仪。

所述炭膜的孔径直径为1.4um。

所述高分子共混催化的高分子链引入强酸性基团。

本实施例中，通过进料口4往反应器中添加反应所需的原料，在反应器1中发生酯化和酯交换反应，生成的产物有脂肪酸钾酯，甘油和水。本实用新型在搅拌枝6上包覆有高分子共混催化膜7，可增大反应的比表面积，增强反应效率。高分子共混催化膜7引入强酸性基团充当催化剂，可克服液体酸、液体碱做催化剂腐蚀设备的问题，并且也可减少污水排放量。也可克服固体酸、固体碱做催化剂时活性丧失的弊端。在反应器1中设置渗透汽化膜5，可以过滤反应生成的水，因为酯化反应和酯交换反应均为可逆反应，水的增多，会抑制反应的继续进行，及时过滤清除掉生成的水分，可提高生物柴油的得率。所述炭膜8的孔径大小为： 0.14um,反应原料油滴的直径为(20～1800um)，炭膜8微膜孔可选择性的使直径较小的脂肪酸甲酯(生物柴油)，甘油通过，进一步的使反应向正向移动，提高反应效率。反应器的上盖设有温度检测仪3，可以通过温度检测仪3可以检测反应器中的温度，进行安全生产，避免使反应器中温度超过可燃物闪点，从而出现不安全事故。反应器1外壁上部设置有甲醇回收口11，所述反应器1外壁下部设置有回收水出口9，溶于水中的甲醇进入水储存罐16中，给水储存罐16进行加热(温度在65℃～90℃)，打开开关15，溶于水中的甲醇气化通过甲醇回收口11进入反应器1中继续被重复利用。粗生物柴油出口10通过离心机12分别与生物柴油储存罐14和甘油储存罐13连接，将甘油与脂肪酸甲酯通过离心进行分离，以便得到纯度较高，使用效果更好的生物柴油。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本实用新型的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本实用新型的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本实用新型的保护范围内。