本发明涉及一种利用催化蒸馏技术生产脂肪酸甲酯的装置和方法，是用催化蒸馏技术来实现脂肪酸的完全反应，属于精细化工领域。
背景技术：
目前，脂肪酸甲酯的生产技术大多是处在落后状态。比如仍用硫酸、液碱作催化剂；采用简陋落后的搅拌式反应装置生产，究其原因，主要是存在催化剂技术落后，反应装置简陋，不能满足清洁、环保、高效、低耗的生产技术新要求。因此，经多年研究我们发明了用固定床+催化蒸馏技术完成脂肪酸甲酯化的新型生产工艺，一改现存的、简陋的生产技术落后局面。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，而提供一种利用固定床与催化蒸馏耦合技术生产脂肪酸甲酯的装置和方法，是一种利用固定床+催化蒸馏的技术、由脱臭油生产生物柴油的新型技术方法，是一种实现脂肪酸甲酯化的新方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用催化蒸馏技术生产脂肪酸甲酯的装置，包括依次连接的固定床反应器、催化蒸馏塔、甲醇回收塔，脱臭油中的脂肪酸和甲醇在固定床反应器内进行甲酯化预反应，然后通入到催化蒸馏塔中继续进行甲酯化反应且收集产物，过量甲醇进入到甲醇回收塔中进行回收，其特征在于：
所述的固定床反应器，设有进料口和出料口；进料口与提供脱臭油和甲醇的装置相连接；
所述的催化蒸馏塔，塔顶设有水和甲醇出口，塔壁上方一侧设有回流口、另一侧设有物料进口，塔壁下方设有气相甲醇补充口，塔底设有脂肪酸甲酯出口，其中：所述的物料进口与出料口相连接，气相甲醇补充口与能够提供气相甲醇的装置相连，脂肪酸甲酯出口与采集脂肪酸甲酯的装置相连接；水和甲醇出口连接有喷射泵，喷射泵的喷射泵出口连接有接收罐，接收罐的出口分为两路，一路通过化工泵i与回流口相连接，另一路通过化工泵ii与甲醇回收塔相连接；在甲醇回收塔中实现醇水分离回收甲醇；
所述的甲醇回收塔，塔顶设有高浓度甲醇出口，塔底设有废水排口，塔壁中央设有水和甲醇进口，塔壁上方设有甲醇回流口，其中：水和甲醇进口与化工泵ii的泵出口相连接，废水排口与废水处理系统相连接，高浓度甲醇出口依次连接有冷凝器、冷凝罐和化工泵iii，化工泵iii的泵出口分为两路，一路与甲醇回流口相连接，一路通过加热器与气相甲醇补充口相连接。
优选的，所述的喷射泵，设有喷射泵进口、喷射泵出口和喷射液入口，其中：喷射泵进口与催化蒸馏塔的水和甲醇出口相连接，喷射泵出口与接收罐相连，喷射液入口与化工泵ii相连接。
优选的，所述的接收罐，设有进口和出口，其中：进口与喷射泵的喷射泵出口相连接，出口分为两路，一路与化工泵i的泵进口相连接、化工泵i的泵出口与催化蒸馏塔的回流口相连接，另一路与化工泵ii的泵进口相连接。
优选的，化工泵ii的泵出口分为两路，一路与甲醇回收塔的水和甲醇进口相连接从而将物料通入甲醇回收塔中进行醇水分离，另一路与喷射泵的喷射液入口相连接从而将物料通入喷射泵中为喷射泵提供抽真空的动力。
优选的，所述的固定床反应器，进料方式为顺流，进料口位于固定床反应器的顶端、出料口位于固定床反应器的底端，即上口进料、下口排出。
优选的，所述的固定床反应器，进料方式为逆流，进料口位于固定床反应器的底端、出料口位于固定床反应器的顶端，即下口进料、上口排出。
优选的，所述的固定床反应器中装有催化剂a，催化剂a为固体酸催化剂，种类为本公司生产的d006或d008中的任意一种。
优选的，所述的固定床反应器为一台或多台，为多台时，彼此之间既可串联又并联。
优选的，所述的催化蒸馏塔按三段设计，塔内上段为精馏段、下段为提馏段、中间为催化段。
优选的，所述的精馏段、提馏段中装填有内件，内件为筛板或规整填料：填料为n段，1≦n≦50，每段高度为2000-4000mm，填料的种类为不锈钢波纹孔板；筛板为n层，5≦n≦100，层与层的间距为350-550mm，筛板为高效浮阀筛板。
优选的，所述的催化段中装填有催化剂b，催化剂b为固体酸催化剂，种类为本公司生产d006或d008中的任意一种；固体酸催化剂可以是散装的，也可以设计为模块催化剂形式；
优选的，所述的催化剂b设计为模块催化剂形式时，同专利cn201620189748.5中模块催化剂，包括活性催化剂、金属丝网和金属丝波纹板：所述的模块催化剂由所述的金属丝网、金属丝网波纹板间隔平行设置，两片金属丝网之间盛装所述的催化剂颗粒(也就是本发明中的固体酸催化剂)形成活性催化剂层，且该催化剂层内的所述活性催化剂颗粒，被所述的金属丝网波纹板隔开放置；所述的模块催化剂内所述的活性催化剂层间隔设置；
所述的模块催化剂由金属丝在外围固定；
所述的模块催化剂外轮廓由所述的金属丝网包裹固定封闭呈几何形状；所述的几何形状为立方体、圆柱体；
所述的金属丝网与金属丝网之间间隔一层或两层金属丝网波纹板；
所述的活性催化剂层间隔一层或两层金属丝网波纹板设置；所述的活性催化剂层是由两层所述金属丝网之间间隔一层或两层金属丝网波纹板设置且内部填充所述活性催化剂颗粒；
所述的金属丝网、金属丝网波纹板是由不锈钢材料制成，所述的金属丝网或金属丝网波纹板也可由带孔的不锈钢板替换；
所述的金属丝网、金属丝网波纹板上下竖直设置；
所述的活性催化剂层设置加强外壁，将所述的金属丝网与不锈钢带孔波纹板双层作为所述的催化剂层的外壁；
催化剂层形成液相通道、金属丝波纹板层构成气相通道，气相从下部进料、液相从上部进料，气液两项逆流接触从而进行完全反应。
优选的，所述的甲醇回收塔中填充有内件，内件为筛板或规整填料，填料的为n段，1≦n≦50，每段高度为2000-4000mm，填料的种类为不锈钢波纹板；筛板为n层，5≦n≦100，层与层的间距为350-550mm，筛板为高效浮阀筛板。
本发明还提供一种利用催化蒸馏技术生产脂肪酸甲酯的方法，包括以下步骤：
(1)甲酯化预反应：脱臭油中脂肪酸和甲醇混合后，在催化剂a催化作用下进行甲酯化预反应；
(2)甲酯化反应：步骤(1)中经过甲酯化预反应后的所有物料，与气相甲醇一起，在催化剂b的催化作用下进行甲酯化反应，得到最终产物—脂肪酸甲酯；
(3)循环利用和/或回收甲醇：步骤(2)中甲酯化反应生成的水及反应中过量的甲醇，一部分回流至步骤(2)中循环利用；另一部分经冷凝后回收利用。
上述技术方案中，方法具体包括以下步骤：
(1)甲酯化预反应：脱臭油中脂肪酸和甲醇混合后，由进料口通入到固定床反应器中，在其内的催化剂a的催化作用进行甲酯化预反应，反应过程中生成一部分脂肪酸甲酯和一部分水；固定床反应器中所有的物料由出料口导出、且由物料进口通入到催化蒸馏塔中；
所述的脱臭油脂肪酸与甲醇的摩尔比为1.0：1.1-2.0；
所述的催化剂a为固体酸催化剂，种类为本公司生产的d006或d008中的任意一种；
所述的脱臭油与甲醇的质量进料空速为0.5-2.5h-1；
所述的固定床反应器中的反应条件为：压力：0.1-1.5mpa、温度60-100℃。
(2)甲酯化反应：气相甲醇从气相甲醇补充口通入到催化蒸馏塔中，步骤(1)中经过甲酯化预反应后的所有物料与气相甲醇，在催化剂b的催化作用下逆流接触，打破化学平衡，连续完成甲酯化反应，使得脱臭油中的脂肪酸近乎100％完全反应；从脂肪酸甲酯出口采集得到最终产物-脂肪酸甲酯；
所述的气相甲醇的质量进料空速为0.2-1.5h-1；
所述的步骤(1)中经过甲酯化预反应后的所有物料质量进料空速为0.5-2.0h-1；
所述的催化剂b固体酸催化剂，种类为本公司生产的d006或d008中的任意一种；
所述的催化蒸馏塔，塔顶：压力：-1.0-0.0mpa、温度30-100℃；塔釜：压力0.01-1.5mpa、温度50-200℃。
(3)循环利用和/或回收甲醇：步骤(2)中甲酯化反应生成的水及反应中过量的甲醇，在喷射泵抽真空形成的负压作用下，依次流经水和甲醇出口、喷射泵进口、喷射泵、喷射泵出口而进入到接收罐中；接收罐中的物料，一部分从出口流出且在化工泵i的作用下由回流口返回至催化蒸馏塔中进行回流，另一部分从出口流出且流入化工泵ii中；而化工泵ii的泵出口分为两路，一路与喷射液入口g相连、将物料返回至喷射泵中为喷射泵提供抽真空的动力，另一路与水和甲醇进口相连、将物料送入甲醇回收塔中实现醇水分离；醇水分离得到的废水由废水排口排出至废水处理系统相中，得到的高浓度气相甲醇从高浓度甲醇出口排出至冷凝器中进行冷凝；冷凝得到的液态甲醇进入到冷凝罐中；冷凝罐中物料在化工泵iii的作用下，一部分由甲醇回流口返回至甲醇回收塔中进行回流，另一部分经加热器气化后返回至气相甲醇补充口中循环利用；
所述的喷射泵，形成的真空度为-1.0～0mpa；
所述的甲醇回收塔，塔顶：压力0.05-0.35mpa、温度30-80℃；塔釜：压力0.1-0.55mpa、温度80-200℃；
所述的冷凝器，冷凝的温度为冷却水的温度：20-40℃；
接收罐中的物料回流至催化蒸馏塔中时，回流比0.2-2.0；
冷凝罐中的物料回流至甲醇回收塔中时，回流比为0.5-2.0。
本发明技术方案的优点在于：
(1)本发明，催化蒸馏塔前面首先设计一个或多个固定床，实现脂肪酸的预甲酯化，然后通过催化蒸馏塔，实现脂肪酸的完全甲酯化，在催化蒸馏塔的后面设计了甲醇回收塔，使得过量甲醇实现了回收、循环利用。
(2)本发明采用固定床+催化蒸馏塔的新技术，开创了一条生产脂肪酸甲酯的(生物柴油)的新的技术路线，实现脂肪酸甲酯化的新方法；这条路线克服了其他技术路线的缺陷，如产品酸值高、酯化反应不能完全彻底的弊端。
(3)本发明为一种清洁环保、高效低耗、投资小、见效快、收益大的新型技术。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明装置的结构示意图；
其中：1、固定床反应器，1a、进料口，1b、出料口；2、催化蒸馏塔，2a、水和甲醇出口，2b、回流口，2c、物料进口，2d、气相甲醇补充口，2e、脂肪酸甲酯出口；3、甲醇回收塔，3a、高浓度甲醇出口，3b、废水排口，3c甲醇回流口，3d、水和甲醇进口；4、喷射泵，l、喷射泵进口，f、喷射泵出口，g为喷射液入口；5、接收罐；6、冷凝器；7、冷凝罐；8、加热器；i、化工泵i；ii、化工泵ii；iii、化工泵iii。
具体实施方式
以下对本发明技术方案的具体实施方式详细描述，但本发明并不限于以下描述内容：
本发明提供一种利用催化蒸馏技术生产脂肪酸甲酯的装置，包括依次连接的固定床反应器1、催化蒸馏塔2、甲醇回收塔3，脱臭油中的脂肪酸和甲醇在固定床反应器内进行甲酯化预反应，然后通入到催化蒸馏塔中继续进行甲酯化反应且收集产物，过量甲醇进入到甲醇回收塔中进行回收，如图2所示：
所述的固定床反应器，设有进料口1a和出料口1b；进料口与提供脱臭油和甲醇的装置相连接；
所述的催化蒸馏塔，塔顶设有水和甲醇出口2a，塔壁上方一侧设有回流口2b、另一侧设有物料进口2c，塔壁下方设有气相甲醇补充口2d，塔底设有脂肪酸甲酯出口2e，其中：所述的物料进口2c与出料口1b相连接，气相甲醇补充口2d与能够提供气相甲醇的装置相连，脂肪酸甲酯出口2e与采集脂肪酸甲酯的装置相连接；水和甲醇出口2a连接有喷射泵4，喷射泵的喷射泵出口连接有接收罐5，接收罐的出口分为两路，一路通过化工泵i与回流口2b相连接，另一路通过化工泵ii与甲醇回收塔相连接；在甲醇回收塔中实现醇水分离回收甲醇；
所述的甲醇回收塔3，塔顶设有高浓度甲醇出口3a，塔底设有废水排口3b，塔壁中央设有水和甲醇进口3d，塔壁上方设有甲醇回流口3c，其中：水和甲醇进口3d与化工泵ii的泵出口相连接，废水排口3b与废水处理系统相连接，高浓度甲醇出口3a依次连接有冷凝器6、冷凝罐7和化工泵iii，化工泵iii的泵出口分为两路，一路与甲醇回流口3c相连接，一路通过加热器8与气相甲醇补充口2d相连接。
优选的，所述的喷射泵4，设有喷射泵进口l、喷射泵出口f和喷射液入口g，其中：喷射泵进口l与催化蒸馏塔的水和甲醇出口2a相连接，喷射泵出口f与接收罐相连，喷射液入口g与化工泵ii相连接。
优选的，所述的接收罐5，设有进口和出口，其中：进口与喷射泵的喷射泵出口f相连接，出口分为两路，一路与化工泵i的泵进口相连接、化工泵i的泵出口与催化蒸馏塔的回流口2b相连接，另一路与化工泵ii的泵进口相连接。
优选的，化工泵ii的泵出口分为两路，一路与甲醇回收塔3的水和甲醇进口3d相连接从而将物料通入甲醇回收塔3中进行醇水分离，另一路与喷射泵4的喷射液入口g相连接从而将物料通入喷射泵中为喷射泵提供抽真空的动力。
优选的，所述的固定床反应器，进料方式为顺流，进料口位于固定床反应器的顶端、出料口位于固定床反应器的底端，即上口进料、下口排出。
优选的，所述的固定床反应器，进料方式为逆流，进料口位于固定床反应器的底端、出料口位于固定床反应器的顶端，即下口进料、上口排出。
优选的，所述的固定床反应器中装有催化剂a，催化剂a为固体酸催化剂，种类为本公司生产的d006或d008中的任意一种。
优选的，所述的固定床反应器为一台或多台，为多台时，彼此之间既可串联又并联。
优选的，所述的催化蒸馏塔按三段设计，塔内上段为精馏段、下段为提馏段、中间为催化段。
优选的，所述的精馏段、提馏段中装填有内件，内件为筛板或规整填料：填料为n段，1≦n≦50，每段高度为2000-4000mm，填料的种类为不锈钢波纹孔板；筛板为n层，5≦n≦100，层与层的间距为350-550mm，筛板为高效浮阀筛板。
优选的，所述的催化段中装填有催化剂b，催化剂b为固体酸催化剂，种类为本公司生产d006或d008中的任意一种；固体酸催化剂可以是散装的，也可以设计为模块催化剂形式；
优选的，所述的催化剂b设计为模块催化剂形式时，同专利cn201620189748.5中模块催化剂，包括活性催化剂、金属丝网和金属丝波纹板：所述的模块催化剂由所述的金属丝网、金属丝网波纹板间隔平行设置，两片金属丝网之间盛装所述的催化剂颗粒(也就是本发明中的固体酸催化剂)形成活性催化剂层，且该催化剂层内的所述活性催化剂颗粒，被所述的金属丝网波纹板隔开放置；所述的模块催化剂内所述的活性催化剂层间隔设置；
所述的模块催化剂由金属丝在外围固定；
所述的模块催化剂外轮廓由所述的金属丝网包裹固定封闭呈几何形状；所述的几何形状为立方体、圆柱体；
所述的金属丝网与金属丝网之间间隔一层或两层金属丝网波纹板；
所述的活性催化剂层间隔一层或两层金属丝网波纹板设置；所述的活性催化剂层是由两层所述金属丝网之间间隔一层或两层金属丝网波纹板设置且内部填充所述活性催化剂颗粒；
所述的金属丝网、金属丝网波纹板是由不锈钢材料制成，所述的金属丝网或金属丝网波纹板也可由带孔的不锈钢板替换；
所述的金属丝网、金属丝网波纹板上下竖直设置；
所述的活性催化剂层设置加强外壁，将所述的金属丝网与不锈钢带孔波纹板双层作为所述的催化剂层的外壁；
催化剂层形成液相通道、金属丝波纹板层构成气相通道，气相从下部进料、液相从上部进料，气液两项逆流接触从而进行完全反应。
优选的，所述的甲醇回收塔中填充有内件，内件为筛板或规整填料，填料的为n段，1≦n≦50，每段高度为2000-4000mm，填料的种类为不锈钢波纹板；筛板为n层，5≦n≦100，层与层的间距为350-550mm，筛板为高效浮阀筛板。
本发明还提供一种利用上述装置进行生产脂肪酸甲酯的方法，如图1所示，包括以下步骤：
(1)甲酯化预反应：脱臭油中脂肪酸和甲醇混合后，由进料口1a通入到固定床反应器中，在其内的催化剂a的催化作用进行甲酯化预反应，反应过程中生成一部分脂肪酸甲酯和一部分水；固定床反应器中所有的物料由出料口1b导出、且由物料进口2c通入到催化蒸馏塔中；
(2)甲酯化反应：气相甲醇从气相甲醇补充口2d通入到催化蒸馏塔中，步骤(1)中经过甲酯化预反应后的所有物料与气相甲醇，在催化剂b的催化作用下逆流接触，打破化学平衡，连续完成甲酯化反应，使得脱臭油中的脂肪酸近乎100％完全反应；从脂肪酸甲酯出口2e采集得到最终产物-脂肪酸甲酯；
(3)循环利用和/或回收甲醇：步骤(2)中甲酯化反应生成的水及反应中过量的甲醇，在喷射泵抽真空形成的负压作用下，依次流经水和甲醇出口2a、喷射泵进口l、喷射泵4、喷射泵出口f而进入到接收罐5中；接收罐中的物料，一部分从出口流出且在化工泵i的作用下由回流口2b返回至催化蒸馏塔中进行回流，另一部分从出口流出且流入化工泵ii中；而化工泵ii的泵出口分为两路，一路与喷射液入口g相连、将物料返回至喷射泵中为喷射泵提供抽真空的动力，另一路与水和甲醇进口3d相连、将物料送入甲醇回收塔中实现醇水分离；醇水分离得到的废水由废水排口3b排出至废水处理系统相中，得到的高浓度气相甲醇从高浓度甲醇出口3a排出至冷凝器6中进行冷凝；冷凝得到的液态甲醇进入到冷凝罐7中；冷凝罐中物料在化工泵iii的作用下，一部分由甲醇回流口3c返回至甲醇回收塔中进行回流，另一部分经加热器8气化后返回至气相甲醇补充口2d中循环利用。
下面结合具体的实施例阐述本发明的装置和方法：
实施例1：
一种利用催化蒸馏技术生产脂肪酸甲酯的方法，包括以下步骤：
(1)甲酯化预反应：脱臭油paf和甲醇混合后，由进料口1a通入到固定床反应器中，在其内的催化剂a的催化作用进行甲酯化预反应，反应过程中生成一部分脂肪酸甲酯和一部分水；固定床反应器中所有的物料由出料口1b导出、且由物料进口2c通入到催化蒸馏塔中；
所述的脱臭油脂肪酸、甲醇的摩尔比为1.0：1.3；
所述的催化剂a为d006；
所述的脱臭油和甲醇的质量进料空速为0.8h-1；
所述的固定床反应器为一台，反应条件为：压力为0.2、温度70℃；
所述的固定床反应器进料方式为顺流。
(2)甲酯化反应：气相甲醇从气相甲醇补充口2d通入到催化蒸馏塔中，步骤(1)中经过甲酯化预反应后的所有物料与气相甲醇，在催化剂b的催化作用下逆流接触打破化学平衡，连续完成甲酯化反应，使得脱臭油中的脂肪酸近乎100％完全反应；从脂肪酸甲酯出口2e采集得到产物的脂肪酸甲酯，脂肪酸甲酯化的转化率为99.9％。
所述的气相甲醇的质量进料空速为0.8h-1；
所述的步骤(1)中经过甲酯化预反应后的所有物料的进料空速为1.0h-1；
所述的催化蒸馏塔，塔顶：压力-0.05mpa、温度50℃；塔釜：压力0.15mpa、温度80℃。
所述的催化蒸馏塔按三段设计，塔内上段为精馏段、下段为提馏段、中间为催化段：
所述的精馏段、提馏段中填充有内件，本实施中内件均为规整的不锈钢波纹板填料，均装填5段，每段2000mm；
所述的催化段中装填所述的催化剂b为d006，本实施中为设计成模块催化剂，同专利cn201620189748.5中模块催化剂，包括催化剂、金属丝网和金属丝波纹板：模块催化剂由金属丝网、金属丝网波纹板间隔平行设置，两片金属丝网之间盛装d006后形成催化剂层，且该催化剂层内的催化剂颗粒被金属丝网波纹板隔开放置；模块催化剂内的催化剂层间隔设置。模块催化剂外轮廓由金属丝网包裹固定封闭呈几何形状，几何形状为立方体(见该专利的图2)；金属丝网与金属丝网之间间隔一层金属丝网波纹板；催化剂层间隔两层金属丝网波纹板设置；催化剂层是由两层金属丝网之间间隔一层金属丝网波纹板设置且内部填充活性催化剂颗粒；金属丝网、金属丝网波纹板是由不锈钢材料制成；金属丝网、金属丝网波纹板上下竖直设置；活性催化剂层设置加强外壁，将金属丝网与不锈钢带孔波纹板双层作为催化剂层的外壁。
(3)循环利用和/或回收甲醇：步骤(2)中甲酯化反应生成的水及反应中过量的甲醇，在喷射泵抽真空形成的负压作用(真空度为-1.0～0mpa)下，依次流经水和甲醇出口2a、喷射泵进口l、喷射泵4、喷射泵出口f而进入到接收罐5；接收罐中的物料，一部分从出口流出且在化工泵i的作用下由回流口2b返回至催化蒸馏塔中进行回流(回流比为0.6)，另一部分从出口流出且在化工泵ii的作用下由水和甲醇进口3d进入到甲醇回收塔中实现醇水分离；分离得到的废水由废水排口3b排出至废水处理系统相中，得到的高浓度气相甲醇从高浓度甲醇出口3a排出至冷凝器6中进行冷凝；冷凝得到的液态甲醇进入到冷凝罐7中；冷凝罐中物料在化工泵iii的作用下，一部分由甲醇回流口3c返回至甲醇回收塔中进行回流(回流比为0.8)，另一部分返回至气相甲醇补充口2d中循环利用；
所述的甲醇回收塔，塔顶：压力0.1mpa、温度65℃；塔釜：压力0.2mpa、温度90℃；
所述的冷凝器(6)，冷却水的温度35℃；
所述的甲醇回收塔，填充有内件，内件为高效浮阀筛板，筛板为10层，层与层的间距为450mm。
上述实例只是为说明本发明的技术构思以及技术特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的实质所做的等效变换或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。