一种藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统和工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统和工艺，主要包括汽化系统、反应系统、冷凝系统和真空系统四大部分，汽化系统、反应系统、冷凝系统和真空系统依次连接，汽化系统包括汽化釜、汽化釜夹套和导热油泵汽化釜夹套套在汽化釜外；反应系统包括固定床反应器，固定床反应器外设有加热装置，固定床反应器内设有催化剂；冷凝系统位于反应系统的上部，冷凝系统包括冷凝器；冷凝器的尾端连接真空系统，真空系统包括真空泵。本发明有益的效果是：本发明提供的方案既能保证原料的高转化率，又能保证产品的高收率、高品质，从而可实现脂肪酸甲酯/脂肪酸高效转化为二聚酸甲酯/二聚酸的目的。
【专利说明】一种藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统和工艺【技术领域】
[0001]本发明涉及反应分离耦合操作领域，尤其是一种藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统和工艺。
【背景技术】
[0002]在脂肪酸甲酯制备二聚酸甲酯或脂肪酸制备二聚酸的工艺和装置中，目前普遍采用简单的搅拌釜。此反应装置存在以下问题:第一、难以协调原料转化率和产品收率之间的矛盾:高的原料转化率需要长的反应时间和高的反应温度，而反应温度高、反应时间长则会使二聚体产品进一步聚合形成三聚体，甚至高聚体，从而产品收率低，产品粘度高、醇溶性差，产品质量难以符合市场要求。第二、反应釜内存在大量空气，原料/产品在高温、空气存在的环境下易发生氧化，不仅降低了产品收率，而且产品色泽深。
【发明内容】
[0003]本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种高收率、高品质的藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统和工艺。
[0004]本发明解决其技术问题采用的技术方案:这种藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统，主要包括汽化系统、反应系统、冷凝系统和真空系统四大部分，汽化系统、反应系统、冷凝系统和真空系统依次连接，汽化系统包括汽化釜、汽化釜夹套和导热油泵汽化釜夹套套在汽化釜外；反应系统包括固定床反应器，固定床反应器外设有加热装置，固定床反应器内设有催化剂；冷凝系统位于反应系统的上部，冷凝系统包括冷凝器；冷凝器的尾端连接真空系统，真空系统包括真空泵。
[0005]所述汽化釜夹套与导热油泵之间的连接处设有导热油流量调节阀。
[0006]所述汽化釜夹套内通过导热油泵输入有250°C _350°C的导热油。
[0007]所述加热装置为加热带，加热带缠在固定床反应器外，加热带与温控仪相连接，加热带外包有保温棉。
[0008]所述真空泵与冷凝器的连接处设有压力调节阀。
[0009]这种藻油甲酯生产二聚酸甲酯的工艺，具体步骤如下:
[0010](I)将催化剂装填入固定床反应器，开启温控仪，将固定床反应器加热并控制到反应设定温度；
[0011](2)将反应原料通过进料管加入到汽化釜；
[0012](3)开启真空泵，调节压力调节阀，调节并控制系统压力在设定值；
[0013](4)开启导热油泵，将导热油输送入汽化釜夹套内，调节导热油流量调节阀，使汽化釜内的物料温度为系统压力下反应物料的饱和温度；
[0014](5)开启冷凝器的冷却水阀，使进入冷凝器的未反应转化的原料冷凝后回流回固定床反应器，继续反应生成二聚酸甲酯；
[0015](6)反应生成的二聚酸甲酯沸点较高，在系统压力下为液体，回流回汽化釜；[0016](7)从汽化釜中定时取样，用气相色谱分析样品中脂肪酸甲酯含量，至汽化釜中脂肪酸甲酯原料含量降低至要求值，关闭导热油泵和温控仪；
[0017](8)待汽化釜温度降低至50°C以下，关闭真空泵和冷凝器的冷却水；从汽化釜卸放出的物料，即为反应产品。
[0018]所述反应原料为脂肪酸甲酯或脂肪酸，催化剂为颗粒状。
[0019]所述固定床反应器的设定温度为200°C _300°C，通过真空泵和压力调节阀调节系统压力，使系统压力低于反应温度下反应原料的饱和蒸汽压。
[0020]整个工艺的反应时间根据汽化釜内原料残余量确定。
[0021]本发明有益的效果是:本发明的反应在装填有催化剂的固定床反应器内进行。汽化釜内的原料在系统压力和温度下汽化，气态原料进入催化剂床层反应，未反应完全的原料由固定床反应器顶端逸出后进入冷凝器冷凝，冷凝液回流回催化剂床层继续反应，如此循环，可以保证原料转化完全；反应生成的二聚体在系统压力和温度下为液体，一旦生成即由催化剂床层回流至汽化釜，与催化剂脱离，因此二聚体产品与催化剂接触时间短，二聚体不易二次聚合成高聚体，产品收率和品质高；反应体系与真空系统连接，通过真空泵抽除体系中的空气，减少反应体系与空气的接触，从而避免反应原料和产品的氧化，降低产品色泽；汽化部分和反应部分由不同的加热装置控制，可以控制不同的温度，通过提高反应系统的真空度，在不影响反应温度的情况下，降低汽化温度，从而保证反应生成并回流至圆底烧瓶中的二聚体维持较低的温度，进一步避免其二次聚合。综上所述，本发明提供的方案既能保证原料的闻转化率，又能保证广品的闻收率、闻品质，从而可实现脂肪酸甲酯/脂肪酸闻效转化为二聚酸甲酯/二聚酸的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的系统 结构示意图；
[0023]图2是本发明产品的HPLC分析图谱。
[0024]附图标记说明:汽化釜夹套1，汽化釜2，催化剂3，固定床反应器4，加热装置5，冷凝器6，真空泵7，导热油泵8，导热油流量调节阀9，压力调节阀10。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0026]如图所示，这种藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统，主要包括汽化系统、反应系统、冷凝系统和真空系统四大部分，汽化系统、反应系统、冷凝系统、真空系统依次连接，汽化系统包括汽化釜2、汽化釜夹套I和导热油泵8，汽化釜夹套I套在汽化釜2外，汽化釜夹套I与导热油泵8之间的连接处设有导热油流量调节阀9，汽化釜夹套I内通过导热油泵8输入有250°C _350°C的导热油，导热油和釜内物料通过间壁换热，并根据釜内物料的温度控制导热油的流量；反应系统包括固定床反应器4，固定床反应器4外设有加热装置5，加热装置5为加热带，加热带缠在固定床反应器4外，加热带与温控仪相连接，加热带外包有保温棉，通过加热带和温控仪控制反应床反应器4的温度，固定床反应器4内设有一定高度的催化剂3，催化剂3为颗粒状；冷凝系统位于反应系统的上部，冷凝系统包括冷凝器6，固定床反应器4顶端出来的蒸汽进入冷凝器6，经冷凝后回流回固定床反应器4 ;冷凝器6的尾端连接真空系统，真空系统包括真空泵7，真空泵7与冷凝器6的连接处设有压力调节阀10。
[0027]利用反应原料(藻油甲酯)与产品(二聚酸甲酯)的沸点差异，通过抽真空使藻油甲酯在较低的温度下汽化；汽化后的藻油甲酯进入固定床反应器4，加热到反应温度并在催化剂3的催化下反应生成二聚酸甲酯，生成的二聚酸甲酯在系统压力和温度下呈液体状态，回流回汽化釜2 ;汽化釜2的温度低于反应温度，并且无催化剂3，从而避免了二聚酸甲酯进一步生成三聚体和高聚体；一次反应未完全转化的脂肪酸甲酯原料，进入冷凝器6，冷凝后回流回固定床反应器4，继续反应，如此循环，直至脂肪酸甲酯转化完全。因此，利用本发明提供的系统和装置，可以在相对温和的条件下，实现二聚酸甲酯的高效生成。
[0028]这种藻油甲酯生产二聚酸甲酯的工艺，具体步骤如下:
[0029]( I)将催化剂装填入固定床反应器4，开启温控仪，将固定床反应器4加热并控制到反应设定温度；
[0030](2)将反应原料通过进料管加入到汽化釜2 ；
[0031](3)开启真空泵7，调节压力调节阀10，调节并控制系统压力在设定值；
[0032](4)开启导热油泵8，将导热油输送入汽化釜夹套I内，调节导热油流量调节阀9，使汽化釜2内的物料温度为系统压力下反应物料的饱和温度；
[0033](5)开启冷凝器6的冷却水阀，使进入冷凝器6的未反应转化的原料冷凝后回流回固定床反应器4，继续反应生成二聚酸甲酯；
[0034](6)反应生成的二聚酸甲酯沸点较高，在系统压力下为液体，回流回汽化釜2 ;
[0035](7)从汽化釜2中 定时取样，用气相色谱分析样品中脂肪酸甲酯含量，至汽化釜2中脂肪酸甲酯原料含量降低至要求值，关闭导热油泵8和温控仪；
[0036](8)待汽化釜2温度降低至50°C以下，关闭真空泵7和冷凝器6的冷却水；从汽化釜2卸放出的物料，即为反应产品。
[0037]所述反应原料为脂肪酸甲酯或脂肪酸，催化剂为颗粒状。固定床反应器4的设定温度为200°C -300°C，通过真空泵7和压力调节阀10调节系统压力，使系统压力低于反应温度下反应原料的饱和蒸汽压。整个工艺的反应时间根据汽化釜2内原料残余量确定。
[0038]在常压下，脂肪酸甲酯的沸点在330°C左右，而二聚酸甲酯的沸点高于600°C，两者沸点相差很大。通过真空泵7和压力调节阀10，调节和控制系统的压力，使在反应温度(2000C -300°C)下，原料脂肪酸甲酯/脂肪酸为气态，而产品二聚酸甲酯/ 二聚酸为液态，气态原料进入固定床反应器4发生催化聚合反应生成二聚体产品，由固定床反应器4顶部逸出的未转化的原料进入冷凝器6，冷凝后回流回固定床反应器4继续反应以提高原料转化率，反应生成的液态产品回流回汽化釜2，与催化剂床层脱离，从而阻止其进一步聚合为三聚体，提高了产品收率和品质。由于在负压下操作，系统内空气含量较低，从而降低了物料氧化的可能性，避免产品色泽加深。
[0039]实施例:
[0040](I)将300g粒状白土装填入固定床反应器4。粒状白土的酸度为4，球形，粒径为40-60目；固定床反应器4内径为20mm，长度为1000mm，固定床反应器4外缠有加热带，加热带长度5m，功率为Ikw ;加热带与温控仪连接，温控仪控温精度为±1°C ；
[0041](2)开启温控仪，将反应器床反应器4加热并控制到240°C ；
[0042](3)将500g藻油甲酯通过进料管加入到汽化釜2 ;[0043](4)开启真空泵7，调节压力调节阀8，调节并控制系统压力在2600pa ；
[0044](5)开启导热油泵8，将250°C导热油输送入汽化釜夹套I内，控制导热油流量调节阀9，调节导热油流量，使汽化釜2内的物料温度220°C ；
[0045]( 6 )开启冷凝器6的冷却水阀；
[0046](7)反应进行4h后，每隔30min，从汽化釜2中取样，样品用气相色谱分析藻油甲
酯含量；
[0047](8)反应进行6h后，关闭导热油泵8和温控仪；待汽化釜2温度降低至50°C以下，关闭真空泵7和冷凝器6的冷却水；从汽化釜2卸放出的物料，即为反应产品。
[0048] 转化率=(原料质量X原料中脂肪酸甲酯含量-产品质量X产品中脂肪酸甲酯含量)/ (原料质量X原料中脂肪酸甲酯含量)(a)
[0049]收率=产品质量X产品中二聚酸甲酯含量/原料质量 (b)
[0050]反应产品称重，取样用气相色谱分析产品中藻油甲酯，并根据式(a)计算藻油甲酯的转化率为90.4% ;取样用液相色谱分析产品中二聚酸甲酯，并根据式(b)计算二聚酸甲酯的收率为85.6%。
[0051 ] 除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统，主要包括汽化系统、反应系统、冷凝系统和真空系统四大部分，汽化系统、反应系统、冷凝系统和真空系统依次连接，其特征是:汽化系统包括汽化釜(2)、汽化釜夹套(I)和导热油泵(8)，汽化釜夹套(I)套在汽化釜(2)外；反应系统包括固定床反应器(4 )，固定床反应器(4 )外设有加热装置(5 )，固定床反应器(4 )内设有催化剂(3);冷凝系统位于反应系统的上部，冷凝系统包括冷凝器(6);冷凝器(6)的尾端连接真空系统，真空系统包括真空泵(7)。
2.根据权利要求1所述的藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统，其特征是:所述汽化釜夹套(I)与导热油泵(8)之间的连接处设有导热油流量调节阀(9)。
3.根据权利要求1或2所述的藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统，其特征是:所述汽化釜夹套(I)内通过导热油泵(8)输入有250°C _350°C的导热油。
4.根据权利要求1所述的藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统，其特征是:所述加热装置(5)为加热带，加热带缠在固定床反应器(4)外，加热带与温控仪相连接，加热带外包有保温棉。
5.根据权利要求1所述的藻油甲酯生产二聚酸甲酯的系统，其特征是:所述真空泵(7)与冷凝器(6)的连接处设有压力调节阀(10)。
6.根据权利要求1所述的藻油甲 酯生产二聚酸甲酯的系统，其特征是:所述催化剂(3)为颗粒状。
7.一种藻油甲酯生产二聚酸甲酯的工艺，其特征是:具体步骤如下: (1)将催化剂装填入固定床反应器(4)，开启温控仪，将固定床反应器(4)加热并控制到反应设定温度； (2)将反应原料通过进料管加入到汽化釜(2)； (3)开启真空泵(7)，调节压力调节阀(10)，调节并控制系统压力在设定值； (4)开启导热油泵(8)，将导热油输送入汽化釜夹套(I)内，调节导热油流量调节阀(9)，使汽化釜(2)内的物料温度为系统压力下反应物料的饱和温度； (5 )开启冷凝器(6 )的冷却水阀，使进入冷凝器(6 )的未反应转化的原料冷凝后回流回固定床反应器(4)，继续反应生成二聚酸甲酯； (6)反应生成的二聚酸甲酯在系统压力下为液体，回流回汽化釜(2)； (7)从汽化釜(2)中定时取样，用气相色谱分析样品中脂肪酸甲酯含量，至汽化釜(2)中脂肪酸甲酯原料含量降低至要求值，关闭导热油泵(8)和温控仪； (8)待汽化釜(2)温度降低至50°C以下，关闭真空泵(7)和冷凝器(6)的冷却水；从汽化釜(2 )卸放出的物料，即为反应产品。
8.根据权利要求7所述的藻油甲酯生产二聚酸甲酯的工艺，其特征是:所述反应原料为脂肪酸甲酯或脂肪酸，催化剂为颗粒状。
9.根据权利要求7所述的藻油甲酯生产二聚酸甲酯的工艺，其特征是:所述固定床反应器(4)的设定温度为200°C _300°C，通过真空泵(7)和压力调节阀(10)调节系统压力，使系统压力低于反应温度下反应原料的饱和蒸汽压。
10.根据权利要求7所述的藻油甲酯生产二聚酸甲酯的工艺，其特征是:整个工艺的反应时间根据汽化釜(2)内原料残余量确定。
【文档编号】C07C67/347GK103467284SQ201310413870
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年9月11日
【发明者】陆向红, 计建炳, 卢美贞, 张秋红 申请人:浙江工业大学