专利名称：生物柴油酯化反应方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于化工技术领域，尤其涉及生物柴油酯化反应，可用于酸值较高的油脂生产生物柴油。
背景技术：
生物柴油是指以动植物油或其水解的脂肪酸为原料与一元醇通过醇解或酯化反应生成脂肪酸一元脂。它可以替代石化柴油，是一种可再生的、清洁的生物燃料。生产生物柴油典型的化学反应式为
权利要求
1.一种生物柴油酯化反应方法，包括如下步骤 (1)将质量比为I.5 2:1的甲醇与油脂分别通入甲醇-酸性催化剂存储室和油脂存储室，将质量为油脂重量的1% I. 5%、浓度为98%的浓硫酸加入到甲醇-酸性催化剂存储室与甲醇混合，生成甲醇-硫酸混合液； (2)将甲醇-硫酸混合液、油脂分别在甲醇-酸性催化剂存储室和油脂存储室预热到70。 80° ; (3 )将甲醇-硫酸混合液与油脂分别送入甲醇-催化剂雾化室和油脂雾化室进行雾化，形成雾化颗粒； (4)将雾化后的油脂颗粒、甲醇-硫酸混合颗粒通入预混室混合，形成油脂-甲醇-硫酸混合颗粒； (5)将混合后的油脂-甲醇-硫酸混合颗粒通入酯化反应室沉降，形成油脂-甲醇-硫酸混合液，在酯化反应室搅拌反应60 lOOmin，并保持酯化反应室的温度恒定在70° 80°，将油脂中游离的脂肪酸转化成脂肪酸甲脂，以降低油脂的酸值； (6)当油脂的酸值降到低于2mgK0H/g时，利用漂浮吸液器将油脂-甲醇-硫酸混合液中的甲醇与硫酸回收，使油脂继续留在酯化反应室内； (7)将质量为留在酯化反应室内油脂质量I.8倍的甲醇加入到甲醇-碱性催化剂存储室，将质量为留在酯化反应室内油脂重量1%的氢氧化钾也加入到甲醇-碱性催化剂存储室，形成甲醇-氢氧化钾混合液； (8)将甲醇-氢氧化钾混合液、油脂分别在甲醇-碱性催化剂存储室和酯化反应室加热到 75° 85° ; (9)将加热后的甲醇-氢氧化钾混合液送入甲醇-催化剂雾化室进行雾化，形成甲醇-氢氧化钾混合颗粒；将酯化反应室内的油脂送入油脂雾化室进行雾化，形成油脂雾化颗粒；将雾化后的甲醇-氢氧化钾混合颗粒与雾化后的油脂颗粒在预混室混合，形成油脂-甲醇-氢氧化钾混合颗粒；将油脂-甲醇-氢氧化钾混合颗粒在酯化反应室内沉降，形成油脂-甲醇-氢氧化钾混合液，保持酯化反应室的温度恒定在75° 85°，并在酯化反应室内搅拌进行酯交换反应60 150min，生成含有脂肪酸甲脂、甘油、甲醇、氢氧化钾及水的混合液； (10)将含有脂肪酸甲脂、甘油、甲醇、氢氧化钾及水的混合液，在酯化反应室内静置分层30 60min，形成上层为脂肪酸甲脂、下层为甲醇-氢氧化钾-甘油-水的混合液，将下层的甲醇、氢氧化钾、甘油和水混合液排出酯化反应室，上层的脂肪酸甲脂即为生物柴油。
2.根据权利要求I所述的一种生物柴油酯化反应方法，其特征在于所述步骤(3)和步骤(9 )中的雾化，是利用从雾化器风机中出来的三个方向的高速气流将雾化喷头中喷出的大颗粒液滴吹散成细小的液体颗粒，以增大油脂、甲醇-催化剂液体的表面积。
3.根据权利要求I所述的一种生物柴油酯化反应方法，其特征在于所述步骤(4)和步骤(9)中的预混室混合，是利用预混室底部的叶扇旋转所产生的气体涡流将油脂、甲醇和催化剂的液体颗粒混合，以增加油脂、甲醇和催化剂液体的接触面积。
4.一种生物柴油酯化反应装置，包括雾化器风机(I)、反应室涡轮搅拌器(18)、超声波发生器(19)、酯化反应室(26)、上层液体循环回路分流器(28)、下层液体循环回路分流器(29)、甲醇-酸性催化剂存储室(34)，甲醇-碱性催化剂存储室(36)、油脂存储室(38)；其特征在于还包括甲醇-催化剂雾化室(2)、油脂雾化室(4)、预混室(8)、预混室除水装置(11)及漂浮吸液器(21 )，且雾化器风机(I)设有六个气流出口 ； 所述甲醇-催化剂雾化室(2 )，设有三个气流入口、一个出口和一个甲醇-催化剂雾化喷头(39)，第一甲醇-催化剂雾化室气流入口(201)与第一雾化风机出口( 101)相连，构成甲醇-催化剂雾化室第一气流入口通道；第二甲醇-催化剂雾化室气流入口(202)与第二雾化风机出口(102)相连，构成甲醇-催化剂雾化室第二气流入口通道；第三甲醇-催化剂雾化室气流入口(203)与第三雾化风机出口(103)相连，构成甲醇-催化剂雾化室第三气流A 口通道；甲醇-催化剂雾化室出口( 3)与预混室(8)的雾化甲醇-催化剂入口(6)相连；甲醇-催化剂雾化室通过其自身的三个气流入口方向的高速气流将甲醇-催化剂雾化喷头(39)喷出的大颗粒甲醇-催化剂混合液滴吹散成细小的甲醇-催化剂混合颗粒；甲醇-催化剂的出口通道用于将雾化后的甲醇-催化剂颗粒通入预混室(8)中与雾化后的油脂颗粒进行混合； 所述油脂雾化室(4)，设有三个气流入口、一个油脂雾化室出口(5)和油脂雾化喷头(40)，第一油脂雾化室气流入口(401)与第四雾化风机出口(104)相连，构成油脂雾化室第一气流入口通道；第二油脂雾化室气流入口(402)与第五雾化风机出口( 105)相连，构成油脂雾化室第二气流入口通道；第三油脂雾化室气流入口(403)与第六雾化风机出口(106)相连，构成油脂雾化室第三气流入口通道；油脂雾化室出口(5)与预混室(8)的雾化油脂入口( 7)相连；油脂雾化室通过其自身三个气流入口方向的高速气流将油脂雾化喷头(40)喷出的大颗粒油脂液滴吹散成细小的油脂颗粒；雾化后的油脂出口通道用于将雾化后的油脂颗粒通入预混室(8)中与雾化后的甲醇-催化剂颗粒进行混合； 所述预混室(8)设有一个雾化甲醇-催化剂入口(6)、一个雾化油脂入口(7)和一个预混室出口( 10 )，预混室(8 )的雾化甲醇-催化剂入口( 6 )与甲醇-催化剂雾化室出口( 3 )相连，构成雾化后的甲醇-催化剂的出口通道；预混室(8)的雾化油脂入口(7)与油脂雾化室出口(5)相连，构成雾化后的油脂出口通道；预混室出口(10)依次与预混室除水装置(11)、酯化反应室入口(14)相连，构成油脂-甲醇-催化剂混合颗粒的出口通道； 所述预混室除水装置(11)，设有一个预混室除水装置入口和一个预混室除水装置出口，预混室除水装置入口与预混室出口(10)连接，预混室除水装置出口与酯化反应室(26)的酯化反应室入口(14)连接，构成油脂-甲醇-催化剂混合颗粒的出口通道，该通道用于将雾化后的油脂-甲醇-催化剂的混合颗粒中的水分去除，以减少逆酯化反应的发生； 所述漂浮吸液器(21)设有一个漂浮吸液器的入口(23)和一个漂浮吸液器的出口(22)，漂浮吸液器(21)漂浮在酯化反应室(26)内的液面上，该漂浮吸液器的入口(23)与酯化反应室的上层液体相连，构成漂浮吸液器的入口通道；该漂浮吸液器的出口(22)与酯化反应室的上层液体出口(24)相连，构成漂浮吸液器的出口通道；漂浮吸液器的入口通道和出口通道用于将酯化反应室的上层液体吸出并进行循环。
5.根据权利要求4所述的生物柴油酯化反应装置，其特征在于油脂雾化室(4)与油脂存储室(38)的连接管道上设有双向控制阀(332)，以通过控制油脂流量控制雾化油脂颗粒的大小；甲醇-催化剂雾化室(2)与甲醇-酸性催化剂存储室(34)的连接管道上设有双向控制阀(335)，以通过控制甲醇-催化剂的流量控制雾化甲醇-酸性催化剂颗粒的大小；甲醇-催化剂雾化室(2)与甲醇-碱性催化剂存储室(36)的连接管道上设有双向控制阀(331)，以通过控制甲醇-碱性催化剂的流量控制雾化甲醇-碱性催化剂颗粒的大小。
6.根据权利要求4所述的生物柴油酯化反应装置，其特征在于所述预混室(8)底部的出口处安装有叶扇(9)，通过叶扇(9)的旋转在预混室内产生气体涡流，以增加预混室的混合性能。
7.根据权利要求4所述的生物柴油酯化反应装置，其特征在于所述漂浮吸液器(21)为空心半球体，漂浮在酯化反应室(26)的液面上，其底部平面与酯化反应室的液面接触，酯化反应室(26)的上层液体通过漂浮吸液器入口(23)进入漂浮吸液器(21)，漂浮吸液器(21)的半球面上设有漂浮吸液器出口(22)，该出口与酯化反应室(26)的上层液体出口(24)相连；漂浮吸液器(21)通过酯化反应室(26)内液面的位置上下移动吸出该酯化反应室上层的液体，并进行循环。
8.根据权利要求4所述的生物柴油酯化反应装置，其特征在于所述的预混室除水装置(11)为双层壁面的空心圆柱体,两层壁面之间放有吸水材料(41)，内壁面设有内壁面微孔(43)，外壁面设有外壁面孔(44)和除水装置加热器(45)，外壁面孔内侧设置有温控双金属片(42);预混室除水装置(11)通过内壁面微孔(43)将预混室(8)出来的混合气体进行吸水干燥，并通过除水装置加热器(45 )的加热控制温控双金属片(42 )朝内侧弯曲使外壁面孔(44)打开，水蒸气从外壁面孔排出。
9.根据权利要求4所述的生物柴油酯化反应装置，其特征在于所述下层液体循环回路分流器(29)设有一个入口和两个出口，下层液体循环回路分流器(29)的入口与酯化反应室下层液体出口(25)相连，构成了酯化反应室的下层液体出口通道；下层液体循环回路分流器第二出口(292)依次与酯化反应室回路除水装置(31)、第六压力泵(306)、酯化反应室自循环入口( 15)、酯化反应室喷头(16)相连，构成了下层液体的酯化反应室自循环通道，该自循环通道可使酯化反应室上层和下层的液体流出酯化反应室后在管道中混合，并再次流入到酯化反应室进行混合、反应；下层液体循环回路分流器第一出口(291)依次与第五压力泵(305)、第四双向控制阀(334)和油脂雾化室(4)相连，构成酯化反应室下层液体的回路通道，该回路通道可使下层液体再次进入油脂雾化室(4)进行雾化。
10.根据权利要求4所述的生物柴油酯化反应装置，其特征在于所述上层液体循环回路分流器(28)设有一个入口和两个出口，上层液体循环回路分流器(28)的入口与酯化反应室上层液体出口(24)连接，构成酯化反应室的上层液体出口通道；上层液体循环回路分流器的第一出口(281)依次与酯化反应室回路除水装置(31)、第六压力泵(306)、酯化反应室自循环入口( 15)、酯化反应室喷头(16)相连，构成上层液体的酯化反应室自循环通道；上层液体循环回路分流器的第二出口(282)依次与第四压力泵(304)、第五双向控制阀(335)、第一压力泵(301)和甲醇-酸性催化剂存储室(34)相连，构成上层液体回收通道，该上层液体回收通道将预酯化反应完成后酯化反应室上层的甲醇-硫酸进行回收；上层液体循环回路分流器的第二出口(282)依次与第四压力泵(304)、第三双向控制阀(333)和甲醇-催化剂雾化室(2)连接，构成酯化反应室上层液体的回路通道，该酯化反应室上层液体的回路通道可使上层液体再次进入甲醇-催化剂雾化室(2)进行雾化。
全文摘要
本发明公开了一种生物柴油酯化反应方法及装置，主要解决传统方法搅拌混合不充分、自身耗能大、生产成本高、对油脂降酸能力不足的问题。其实现方法是先用雾化器将油脂与甲醇和酸性催化剂进行雾化，再通入预混室，利用预混室内叶扇旋转所形成的气体涡流将油脂与甲醇和酸性催化剂的颗粒混合，以增加液体的接触面积；然后通过酯化反应室搅拌混合，利用循环通道加速进行预酯化反应，以降低油脂的酸值；当油脂的酸值达到酯交换反应要求时，回收甲醇和酸性催化剂，再加入甲醇和碱性催化剂进行酯交换反应，并利用循环通道加速酯交换反应生成生物柴油。本发明具有结构简单、自身耗能和生产成本低、除酸性能好的优点，可用于酸值较高的油脂生产生物柴油。
文档编号C11C3/10GK102676307SQ201210168160
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月27日 优先权日2012年5月27日
发明者崔明涛, 陈磊 申请人:西安电子科技大学