一种具有釜内局部真空结构并连续分馏的单甘脂生产釜的制作方法

1.本发明涉及单甘酯制备技术领域，具体为一种具有釜内局部真空结构并连续分馏的单甘脂生产釜。


背景技术：

2.单甘酯的全称为单脂肪酸甘油酯或甘油单脂肪酸酯，它具有一个亲油的长链烷基和两个亲水的经基,因而具有较好的表面活性,被广泛应用于食品、医药、精细化工等等工业中。
3.单甘酯一般通过直接酯化法制取，原料为脂肪酸和甘油，在反应温度下生成单甘酯、二甘酯还有水，反应为可逆反应，所以，一般边反应边除去水，使得反应朝向目标产物方向发展，而该反应制取的产物是单甘酯和二甘酯的混合物，还有一些过量的原料，所以，还需要对半成品进行分离提纯。
4.现有技术中，一般通过分子蒸馏的方式进行提纯，分子蒸馏有若干种形式，但大多都需要粗真空环境，其中的离心建立液膜的方式因为其密封的复杂要求而抑制了工业的量产增加，其余的刮板式液膜、降膜式分子蒸馏则因为液膜厚薄、作业效率等等也限制了产量增加。
5.单甘酯的合成与分离在两个设备中进行，中间涉及物料的转移，合成釜内单甘酯浓度提高到一定程度后，影响反应的继续进行，只能从合成釜内取出物料进行分离过程，更换新的物料进入合成釜内进行合成反应，分子蒸馏设备中取出的部分物料是合成单甘酯的原料，这部分原料应当回收并重新投入合成釜进行下一周期的合成，物料的转移十分繁琐，每周期获得的单甘酯量并不高。
6.所以，现有技术的单甘酯制备工艺、设备的生产效率已经开始不能满足工业产量上的需求。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种具有釜内局部真空结构并连续分馏的单甘脂生产釜，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种具有釜内局部真空结构并连续分馏的单甘脂生产釜，包括罐体、主电机、主轴、分离组件、收集组件、脱水组件，罐体顶部设置主电机，主电机向罐体内设置主轴，分离组件浸入生产釜内待反应的物料混合物中，分离组件从罐体内混合物中以分子蒸馏形式分离出单甘酯，分离组件包括静止部分与运动部分，分离组件静止部分安装在罐体内壁上，分离组件运动部分安装在主轴下端，收集组件放置在罐体一旁，分离组件静止部分向外伸出接口连接至收集组件，脱水组件安装在罐体侧壁上，抽出罐体内顶部的水蒸气。罐体内投放待制备单甘酯的原料，主要是脂肪酸和甘油，反应生成单甘酯、二甘酯和水，反应为可逆反应，所以，在反应过程中，抽取掉水，可以让反应朝向目标产物方向发展，而单独的抽取水，
对于反应方向的促进有限，而本技术中，不仅将反应产生的水脱除，还通过分离组件连续地从浆料中分离出单甘酯产物，使得合成反应进一步朝向目标物方向发展，分离组件使用分子蒸馏形式进行分离，只接收分离组件内温度压力下分子自由行程匹配的单甘酯的蒸发物，让原料脂肪酸与甘油继续在罐体内进行反应。
9.进一步的，生产釜还包括搅拌轮，搅拌轮安装在主轴上，搅拌轮位于分离组件上方。搅拌轮对罐体内浆液进行搅动，促进其流动，将反应生成的水搅动起来，在液面处蒸发出来被脱水组件抽吸走，搅拌轮还促进分离组件周围的浆料流动，让更多的单甘酯进入到分离组件内进行分离。
10.进一步的，分离组件包括空心轮、冷凝台、收集管和制冷片，空心轮固定在主轴下端，收集管安装在罐体壁面上，收集管一端向罐体内部延伸并且末端与主轴同轴，收集管另一端伸出罐体外并连接至收集组件，冷凝台安装在收集管末端并位于空心轮的内部，制冷片贴附在冷凝台内部，制冷片的导热管与电源线顺着收集管延伸到罐体外部；空心轮包括锥侧面、顶面和底面，锥侧面锥尖朝上，顶面连接锥侧面顶端，底面连接锥侧面底端，底面中间位置设置圆孔并通过轴承旋转连接在收集管外壁上，顶面在圆周外缘位置设置若干个连通到空心轮内腔的进流孔，底面在圆周外缘位置设置若干个连通到空心轮内腔的出流孔；冷凝台包括冷凝斜面和底板，底板安装在收集管的顶端，冷凝斜面安装在底板上，冷凝斜面的侧面与锥侧面面对面设置，冷凝斜面的底部设置若干收集口。
11.空心轮浸入外部的浆料，但外部的浆料只能从进流孔和出流孔进出空心轮内的空间，在起始时，主电机尚未启动，空心轮内充满浆料，随着主电机的启动，主轴带动空心轮进行旋转，空心轮内的液体被甩向侧壁，离心作用下，在锥侧面内壁上形成一层液膜，液膜从进流孔进入，再从出流孔流出，形成连续流动的离心液膜，如果空心轮侧面竖直，则形成的液膜因为重力的作用，从而在下的部分较厚而在上的部分较薄，而本技术中，空心轮侧面倾斜为锥面，液膜在锥侧面底部受到较大的离心力，像出流孔外流出速度更大，减薄液膜厚度，让液膜在锥侧面内壁上趋向均匀，而空心轮内由于离心作用而空出的部分，成为真空状态，而且是不需要进行密封的真空区域，液膜从锥侧面内壁上以分子蒸馏的形式蒸发，单甘酯分子从液膜蒸发出来后，其平均自由程基本等于或略大于锥侧面内表面与冷凝斜面外表面之间的距离，单甘酯分子在冷凝斜面上凝结为液态，顺着冷凝斜面下流至底板并从收集口进入到冷凝台内部，然后在经由收集管排往收集组件。锥侧面内表所多余的液体则从出流孔排出到周围浆料中，随着反应的进行，脂肪酸和甘油生成的单甘酯从收集组件处取得，水分从脱水组件排出，罐体内留有的二甘酯在最终从罐体底部接口排出。
12.进一步的，锥侧面内表面设有螺旋凸起，螺旋凸起以主轴为轴线，螺旋凸起将锥侧面内表面液膜向下挤送。锥侧面内表面的液膜底端所连接的外部浆料处于深度较深位置，受压较大，液膜上端受压较小，排斥液膜的与外部浆料物料交换与流动，在某一范围主轴转速下，液膜与空心轮保持相对静止，螺旋凸起促进液膜流动，防止液膜在锥侧面上停留，同时，螺旋凸起增强液膜的离心作用，在没有螺旋凸起存在时，液膜的离心运动全由其与锥侧面内表面之间的摩擦力给到。
13.进一步的，顶面上表面设置斜槽，斜槽从主轴往进流孔倾斜。斜槽可以将顶面上方的浆料导向进流孔，顶面上方的浆料与顶面接触时，也受到摩擦力作用而进行一定的离心
作用，然后远处的浆料填补空隙，沿着顶面圆周向外流动的浆料倾斜朝向进流孔流动。
14.进一步的，底板边缘超出冷凝斜面，底板边缘设置围堰。围堰兜住从冷凝斜面表面上流下来的单甘酯液体，使其全部从收集口进入到冷凝台内部。
15.进一步的，收集组件包括收集罐和抽气机，收集罐连接收集管，抽气机连接至收集罐内的顶部。抽气机充分抽吸走收集罐内的空间，形成真空区域，顺着收集管保持空心轮内的真空，并抽取冷凝台内的单甘酯使其集中到收集罐内。
16.进一步的，脱水组件包括抽气管、压缩机、排气管和调压阀，压缩机安装在罐体侧壁上，压缩机进口连接抽气管，抽气管另一端穿入至罐体内的顶部，压缩机出口连接排气管，排气管穿入罐体内部并与空心轮滑动接触后穿出罐体，排气管远离压缩机的末端设置调压阀。压缩机抽气罐体内顶部水蒸汽并加压输送回来，单甘酯制取的反应温度为180~200℃，而单甘酯在锥侧面内表面的蒸发温度略高于该温度，所以，空心轮需要加热，单甘酯在空心轮内进行蒸发，转移到冷凝台的过程中，还会吸收掉大量的空心轮的热量，导致空心轮周围的浆料的温度降低，不利于空心轮周围合成反应的进行，而反应温度下的水蒸气则具有大量的富余热量，抽气水蒸气并加压后，可以让水蒸气温度进一步升高，部分水蒸气在排气管内液化后还会进一步释放热量，所以，用该热量来加热空心轮附近的浆料，排气管还与空心轮表面滑动接触，将大量的热量导热到空心轮上，促进锥侧面内表的液膜蒸发分离作用。
17.进一步的，排气管包括管身、保温套和导热杆，管身连接压缩机以及在末端设置调压阀，管身在临近空心轮位置处设置以盘管形状存在，保温套包裹管身除去盘管的部分，导热杆从盘管表面延伸并与顶面上表面滑动接触。排气管内的大部分热量在盘管位置释放到周围浆料中，还通过导热杆传递到空心轮上对其进行加热，使其温度略高于周围浆料的温度，周围浆料进行反应合成单甘酯，空心轮以略高的温度进行分子蒸馏。
18.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明设置浸入反应物料的分离组件，在生产釜内实时蒸馏走单甘酯，脱水组件也同步抽吸水蒸气，从而让合成反应充分朝向目标产物方向发展，空心轮以离心作用在锥侧面内表形成连续流动的液态薄膜，以分子蒸馏原理分离走液膜内的单甘酯，并顺着收集管进入到收集罐内存放，空心轮内以离心作用建立蒸馏所需的真空条件，周围充满脂肪酸、甘油、二甘酯等混合物，不需要进行单独的真空密封，脱水组件脱除的水分进行增加升温用于加热空心轮的蒸馏位置处，补充蒸馏所需的热量，搅拌轮促进材料的流动，使反应快速高效进行，单甘酯的合成与分离大部分在生产釜处就可以完成，制备效率大大提高。
附图说明
19.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1是本发明的整体结构示意图；图2是图1中的视图a；图3是本发明空心轮的结构示意图；图4是本发明空心轮的立体外形图；图5是本发明收集组件的结构示意图；
图中：1-罐体、2-主电机、3-主轴、4-搅拌轮、5-分离组件、51-空心轮、511-锥侧面、5111-螺旋凸起、512-顶面、5121-斜槽、5122-进流孔、513-底面、5131-出流孔、52-冷凝台、521-冷凝斜面、5211-收集口、522-底板、5221-围堰、53-收集管、54-制冷片、6-收集组件、61-收集罐、62-抽气机、7-脱水组件、71-抽气管、72-压缩机、73-排气管、731-管身、732-盘管、733-保温套、734-导热杆、74-调压阀。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.请参阅图1-5，本发明提供技术方案：一种具有釜内局部真空结构并连续分馏的单甘脂生产釜，包括罐体1、主电机2、主轴3、分离组件5、收集组件6、脱水组件7，罐体1顶部设置主电机2，主电机2向罐体1内设置主轴3，分离组件5浸入生产釜内待反应的物料混合物中，分离组件5从罐体1内混合物中以分子蒸馏形式分离出单甘酯，分离组件5包括静止部分与运动部分，分离组件5静止部分安装在罐体1内壁上，分离组件5运动部分安装在主轴3下端，收集组件6放置在罐体1一旁，分离组件5静止部分向外伸出接口连接至收集组件6，脱水组件7安装在罐体1侧壁上，抽出罐体1内顶部的水蒸气。如图1所示，罐体1内投放待制备单甘酯的原料，主要是脂肪酸和甘油，反应生成单甘酯、二甘酯和水，反应为可逆反应，所以，在反应过程中，抽取掉水，可以让反应朝向目标产物方向发展，而单独的抽取水，对于反应方向的促进有限，而本技术中，不仅将反应产生的水脱除，还通过分离组件5连续地从浆料中分离出单甘酯产物，使得合成反应进一步朝向目标物方向发展，分离组件5使用分子蒸馏形式进行分离，只接收分离组件5内温度压力下分子自由行程匹配的单甘酯的蒸发物，让原料脂肪酸与甘油继续在罐体1内进行反应。
22.生产釜还包括搅拌轮4，搅拌轮4安装在主轴3上，搅拌轮4位于分离组件5上方。搅拌轮4对罐体1内浆液进行搅动，促进其流动，将反应生成的水搅动起来，在液面处蒸发出来被脱水组件7抽吸走，搅拌轮4还促进分离组件5周围的浆料流动，让更多的单甘酯进入到分离组件5内进行分离。
23.分离组件5包括空心轮51、冷凝台52、收集管53和制冷片54，空心轮51固定在主轴3下端，收集管53安装在罐体1壁面上，收集管53一端向罐体1内部延伸并且末端与主轴3同轴，收集管53另一端伸出罐体1外并连接至收集组件6，冷凝台53安装在收集管53末端并位于空心轮51的内部，制冷片54贴附在冷凝台53内部，制冷片54的导热管与电源线顺着收集管53延伸到罐体1外部；空心轮51包括锥侧面511、顶面512和底面513，锥侧面511锥尖朝上，顶面512连接锥侧面511顶端，底面513连接锥侧面511底端，底面513中间位置设置圆孔并通过轴承旋转连接在收集管53外壁上，顶面512在圆周外缘位置设置若干个连通到空心轮51内腔的进流孔5122，底面513在圆周外缘位置设置若干个连通到空心轮51内腔的出流孔5131；冷凝台52包括冷凝斜面521和底板522，底板522安装在收集管53的顶端，冷凝斜面
521安装在底板522上，冷凝斜面521的侧面与锥侧面511面对面设置，冷凝斜面521的底部设置若干收集口5211。
24.如图2、3所示，空心轮51浸入外部的浆料，但外部的浆料只能从进流孔5122和出流孔5131进出空心轮51内的空间，在起始时，主电机2尚未启动，空心轮51内充满浆料，随着主电机2的启动，主轴3带动空心轮51进行旋转，空心轮51内的液体被甩向侧壁，离心作用下，在锥侧面511内壁上形成一层液膜，液膜从进流孔5122进入，再从出流孔5131流出，形成连续流动的离心液膜，如果空心轮51侧面竖直，则形成的液膜因为重力的作用，从而在下的部分较厚而在上的部分较薄，而本技术中，空心轮51侧面倾斜为锥面，液膜在锥侧面511底部受到较大的离心力，像出流孔5131外流出速度更大，减薄液膜厚度，让液膜在锥侧面511内壁上趋向均匀，而空心轮51内由于离心作用而空出的部分，成为真空状态，而且是不需要进行密封的真空区域，液膜从锥侧面511内壁上以分子蒸馏的形式蒸发，单甘酯分子从液膜蒸发出来后，其平均自由程基本等于或略大于锥侧面511内表面与冷凝斜面521外表面之间的距离，单甘酯分子在冷凝斜面上凝结为液态，顺着冷凝斜面521下流至底板并从收集口5211进入到冷凝台52内部，然后在经由收集管53排往收集组件6。锥侧面511内表所多余的液体则从出流孔5131排出到周围浆料中，随着反应的进行，脂肪酸和甘油生成的单甘酯从收集组件6处取得，水分从脱水组件7排出，罐体1内留有的二甘酯在最终从罐体1底部接口排出。
25.锥侧面511内表面设有螺旋凸起5111，螺旋凸起5111以主轴3为轴线，螺旋凸起5111将锥侧面511内表面液膜向下挤送。如图3、4所示，锥侧面511内表面的液膜底端所连接的外部浆料处于深度较深位置，受压较大，液膜上端受压较小，排斥液膜的与外部浆料物料交换与流动，在某一范围主轴转速下，液膜与空心轮51保持相对静止，螺旋凸起5111促进液膜流动，防止液膜在锥侧面511上停留，同时，螺旋凸起5111增强液膜的离心作用，在没有螺旋凸起存在时，液膜的离心运动全由其与锥侧面511内表面之间的摩擦力给到。
26.顶面512上表面设置斜槽5121，斜槽5121从主轴3往进流孔5122倾斜。如图3所示，斜槽5121可以将顶面512上方的浆料导向进流孔5122，顶面512上方的浆料与顶面512接触时，也受到摩擦力作用而进行一定的离心作用，然后远处的浆料填补空隙，沿着顶面512圆周向外流动的浆料倾斜朝向进流孔5122流动。
27.底板522边缘超出冷凝斜面521，底板522边缘设置围堰5221。如图2所示，围堰5221兜住从冷凝斜面521表面上流下来的单甘酯液体，使其全部从收集口5211进入到冷凝台52内部。
28.收集组件6包括收集罐61和抽气机62，收集罐61连接收集管53，抽气机62连接至收集罐61内的顶部。抽气机62充分抽吸走收集罐61内的空间，形成真空区域，顺着收集管53保持空心轮51内的真空，并抽取冷凝台52内的单甘酯使其集中到收集罐61内。
29.脱水组件7包括抽气管71、压缩机72、排气管73和调压阀74，压缩机72安装在罐体1侧壁上，压缩机72进口连接抽气管71，抽气管71另一端穿入至罐体1内的顶部，压缩机72出口连接排气管73，排气管73穿入罐体1内部并与空心轮51滑动接触后穿出罐体1，排气管73远离压缩机72的末端设置调压阀74。如图1、2所示，压缩机72抽气罐体1内顶部水蒸汽并加压输送回来，单甘酯制取的反应温度为180~200℃，而单甘酯在锥侧面511内表面的蒸发温度略高于该温度，所以，空心轮51需要加热，单甘酯在空心轮51内进行蒸发，转移到冷凝台52的过程中，还会吸收掉大量的空心轮51的热量，导致空心轮51周围的浆料的温度降低，不
利于空心轮51周围合成反应的进行，而反应温度下的水蒸气则具有大量的富余热量，抽气水蒸气并加压后，可以让水蒸气温度进一步升高，部分水蒸气在排气管73内液化后还会进一步释放热量，所以，用该热量来加热空心轮51附近的浆料，排气管73还与空心轮51表面滑动接触，将大量的热量导热到空心轮51上，促进锥侧面511内表的液膜蒸发分离作用。
30.排气管73包括管身731、保温套733和导热杆734，管身731连接压缩机72以及在末端设置调压阀74，管身731在临近空心轮51位置处设置以盘管732形状存在，保温套733包裹管身731除去盘管732的部分，导热杆734从盘管732表面延伸并与顶面512上表面滑动接触。排气管73内的大部分热量在盘管732位置释放到周围浆料中，还通过导热杆734传递到空心轮51上对其进行加热，使其温度略高于周围浆料的温度，周围浆料进行反应合成单甘酯，空心轮51以略高的温度进行分子蒸馏。
31.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
32.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。