一种固体酸催化脂肪酸规模化生产生物柴油系统的制作方法

1.本实用新型属于餐饮废弃动植物油脂加工应用技术领域技术领域，具体涉及一种固体酸催化脂肪酸规模化生产生物柴油系统。


背景技术：

2.生物柴油是指植物油、动物油、废弃油脂或微生物油脂与甲醇或乙醇经酯转化而形成的脂肪酸甲酯或乙酯。生物柴油是一种“绿色能源”，与石化柴油相比，具有环保性能好、发动机启动性能好、燃料性能好，原料来源广泛、可再生等特性。目前，国内生产生物柴油的主要原料是废弃动植物油脂，包括油脂工业产生的“下角油”和餐饮废油即“地沟油”。传统生产工艺为餐饮废弃动植物油脂在预处理后，进入小规模低效能生产体系中，生产效率低、生产品质差。除此之外，为提高废弃动植物油脂的转化效率，通常会通入过量甲醇，而未进行反应的甲醇随生成物一同排出，后续需要对生成物进一步纯化，生产过程繁琐、生产成本高。
3.因此，本实用新型提供了一种固体酸催化脂肪酸规模化生产生物柴油系统，解决现有废弃动植物油脂生产生物柴油生产效率低、生产品质差、生产过程繁琐以及生产成本高的技术问题，采用了规模化的生产系统，相较于传统的生物柴油生产系统，可实现脂肪酸生产生物柴油高效连续生产，同时还实现了甲醇与水的连续在线分离循环使用，减少了间歇式分离工序，节省了占地使用资源。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种固体酸催化脂肪酸规模化生产生物柴油系统，解决现有废弃动植物油脂生产生物柴油生产效率低、生产品质差、生产过程繁琐以及生产成本高的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
6.一种固体酸催化脂肪酸规模化生产生物柴油系统包括第一液态甲醇输送管、水解动植物油脂输送管、分别从液态甲醇输送管和水解动植物油脂输送管接出的用于两种介质混合的第一静态混合器、从第一静态混合器接出的第一反应塔、从第一反应塔接出的用于初级反应生成物调压的液体增压器、从液体增压器接出的用于初级反应生成物加热至110-120℃的第二原料蒸汽加热器、第二液态甲醇输送管、分别从第二原料蒸汽加热器和第二液态甲醇输送管接出的用于初级反应生成物与甲醇混合的第二静态混合器、以及从第二静态混合器接出的第二反应塔；
7.水解动植物油脂输送管上设有用于将水解动植物油脂加热至110-120℃的第一原料蒸汽加热器，第一液态甲醇输送管和第二液态甲醇输送管上分别设有用于将甲醇预加热至55℃的第一甲醇蒸汽加热器和第二甲醇蒸汽加热器，第一反应塔与甲醇回收工段相连，第二反应塔与第一液态甲醇输送管相连。
8.进一步地，第一反应塔和第二反应塔结构相同，均包括用于混合物料反应的反应
塔本体，与反应塔本体相连通用于分离出渣水的分离体、以及从分离体接出的排水管；反应塔本体由下至上设有相互连通的排液区和反应区，反应区内设有固体酸催化剂和用于为其内部物料进行搅拌的搅拌器，反应区两端分别设有用于防止固体酸催化剂流出的第一滤网和第二滤网。
9.进一步地，第一滤网和第二滤网结构相同，其直径与反应区内径相一致，其滤孔直径小于固体酸催化剂直径。
10.进一步地，搅拌器设于反应区侧壁，搅拌器为潜水推流式搅拌器。
11.进一步地，分离体为倒锥形结构，倒锥形顶面与反应区相连，倒锥形底面与排水管相连，排水管设有倒u型管段，倒u型管段顶部与分离体顶面相齐平，排水管出水口与甲醇提纯工段相连接。
12.进一步地，反应区底部分别设有用于固体酸催化剂装填及卸料的催化剂装填孔、以及用于混合物料输入的进料口。
13.进一步地，进料口通过进料管与第一静态混合器或第二静态混合器相连，反应区底部设有与进料口相连通且用于均匀进料的进料分布盘，进料分布盘上均布设有进料分布孔。
14.进一步地，排液区侧壁开设有用于生成物排出的出料口，第一反应塔的出料口与液体增压器相连接，第二反应塔的出料口与生成物收集工段相连接。
15.进一步地，排液区顶部分别设有用于调节内部介质压强的调压阀、用于保护系统安全的安全阀、以及用于甲醇回收利用的甲醇出液口，第一反应塔的甲醇出液口接入甲醇回收工段，第二反应塔的甲醇出液口接入第一液态甲醇输送管。
16.进一步地，反应塔本体和分离体为一体化结构，采用304不锈钢材质制成。
17.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
18.本实用新型结构简单、设计科学合理，使用方便，解决了现有废弃动植物油脂生产生物柴油生产效率低、生产品质差、生产过程繁琐以及生产成本高的技术问题，采用了规模化的生产系统，相较于传统的生物柴油生产系统，可实现脂肪酸生产生物柴油高效连续生产，同时还实现了甲醇与水的连续在线分离循环使用，减少了间歇式分离工序，节省了占地使用资源。
19.本实用新型包括第一液态甲醇输送管、水解动植物油脂输送管、第一原料蒸汽加热器、第一甲醇蒸汽加热器、第一静态混合器、第一反应塔、液体增压器、第二原料蒸汽加热器、第二甲醇蒸汽加热器、第二静态混合器、第二反应塔，废弃动植物油脂经前处理水解后得到的水解动植物油脂经第一原料蒸汽加热器加热后与同时经第一甲醇蒸汽加热器加热后的甲醇在第一静态混合器充分混合后在第一反应塔内进行反应；经第一次反应后的初级反应生成物经液体增压器调节至微正压后经第二原料蒸汽加热器加热后与同时经第二甲醇蒸汽加热器加热后的甲醇在第二静态混合器充分混合后在第二反应塔内进行反应，得到二级反应生成物，其仅需简单精炼即可获得纯度高、产率高的生物柴油。本系统采用双反应塔串联以此实现废弃动植物油脂的充分反应，有效提高了反应效率、大大增加了生物柴油的产率。
20.本实用新型的第一反应塔和第二反应塔结构相同，均包括用于混合物料反应的反应塔本体，与反应塔本体相连通用于分离出渣水的分离体、以及从分离体接出的排水管，混
合物料充分混合后输入至反应塔本体内，在其内设的固体酸催化剂催化下生成生物柴油。本实用新型构造可同时实现生物柴油的生产与甲醇的在线分离，反应塔本体内进行生物柴油生产，分离体内进行甲醇和生物柴油、以及水混合物分离，能同步且连续完成生物柴油生产及甲醇和生物柴油
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水混合物的分离，水混合物下沉至分离体内，甲醇和生物柴油上浮，极大降低了生物柴油内的杂质，减少了后续生物柴油精炼纯化的步骤，同时其分离得到甲醇可参与后续的循环利用，可快速提炼得到高纯甲醇，同时第一反应塔和第二反应塔内的甲醇还可通过甲醇出液口导出循环再利用，上述甲醇均可实现在线连续分离以及连续循环使用，大大提高了生产效率、降低了生产成本。
21.本实用新型为保证生物柴油生产反应充分进行，将反应塔本体由下至上分设为相互连通的排液区和反应区，反应区内设有搅拌器，其能为内部的物料提供搅拌混合力，使反应物料接触更加充分、反应更加完全；反应区两端分别设有第一滤网和第二滤网，第一滤网和第二滤网能分别截留固体酸催化剂流至排液区和分离体内，保证固体酸催化剂不流失，降低了排液区内的生成物以及分离体内甲醇-水混合物的杂质。
附图说明
22.图1为本实用新型结构示意图。
23.图2为第一反应塔或第二反应塔结构示意图。
24.图3为进料分布盘结构示意图。
25.其中，附图标记对应的名称为：
26.1-第一原料蒸汽加热器，2-第一甲醇蒸汽加热器，3-第一静态混合器，4-第一反应塔，5-液体增压器，6-第二原料蒸汽加热器，7-第二甲醇蒸汽加热器，8
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第二静态混合器，9-第二反应塔，10-反应塔本体，11-分离体，12-排水管，13
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排液区，14-反应区，15-固体酸催化剂，16-搅拌器，17-第一滤网，18-第二滤网，19-催化剂装填孔，20-进料口，21-进料管，22-进料分布盘，23-第一液态甲醇输送管、24-水解动植物油脂输送管，25-第二液态甲醇输送管，131-出料口，132
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调压阀，133-安全阀，134-甲醇出液口，221-进料分布孔。
具体实施方式
27.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
28.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是
通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.如图1-3所示，本实用新型提供的一种固体酸催化脂肪酸规模化生产生物柴油系统，结构简单、设计科学合理，使用方便，解决了现有废弃动植物油脂生产生物柴油生产效率低、生产品质差、生产过程繁琐以及生产成本高的技术问题，采用了规模化的生产系统，相较于传统的生物柴油生产系统，可实现脂肪酸生产生物柴油高效连续生产，同时还实现了甲醇与水的连续在线分离循环使用，减少了间歇式分离工序，节省了占地使用资源。
31.本实用新型包括第一液态甲醇输送管23、水解动植物油脂输送管24、分别从液态甲醇输送管23和水解动植物油脂输送管24接出的用于两种介质混合的第一静态混合器3、从第一静态混合器3接出的第一反应塔4、从第一反应塔4 接出的用于初级反应生成物调压的液体增压器5、从液体增压器5接出的用于初级反应生成物加热至110-120℃的第二原料蒸汽加热器6、第二液态甲醇输送管 25、分别从第二原料蒸汽加热器6和第二液态甲醇输送管25接出的用于初级反应生成物与甲醇混合的第二静态混合器8、以及从第二静态混合器8接出的第二反应塔9；水解动植物油脂输送管24上设有用于将水解动植物油脂加热至 110-120℃的第一原料蒸汽加热器1，第一液态甲醇输送管23和第二液态甲醇输送管25上分别设有用于将甲醇预加热至55℃的第一甲醇蒸汽加热器2和第二甲醇蒸汽加热器7。废弃动植物油脂经前处理水解后得到的水解动植物油脂经第一原料蒸汽加热器1加热至110-120℃与同时经第一甲醇蒸汽加热器2加热至 55℃的甲醇在第一静态混合器3充分混合后在第一反应塔4内常压、110℃下进行反应；经第一次反应后的初级反应生成物经液体增压器5调节至微正压后经第二原料蒸汽加热器6加热至110-120℃与同时经第二甲醇蒸汽加热器7加热至55℃的甲醇在第二静态混合器8充分混合后在第二反应塔9内进行反应，得到二级反应生成物，其仅需简单精炼即可获得纯度高、产率高的生物柴油。本系统采用双反应塔串联以此实现废弃动植物油脂的充分反应，有效提高了反应效率、大大增加了生物柴油的产率。
32.本实用新型第一反应塔4和第二反应塔9结构相同，均包括用于混合物料反应的反应塔本体10，与反应塔本体10相连通用于分离渣水的分离体11、以及从分离体11接出的排水管12，混合物料充分混合后输入至反应塔本体10内，在其内设的固体酸催化剂15催化下生成生物柴油。本实用新型构造可同时实现生物柴油的生产与甲醇的分离，反应塔本体10内进行生物柴油生产，渣水下沉至分离体11内，甲醇-渣水混合物通过排水管12分离出，能同步且连续完成生物柴油生产及甲醇-渣水混合物的分离，极大降低了生物柴油内的杂质，减少了后续生物柴油精炼纯化的步骤，同时其分离得到甲醇-渣水混合物进入甲醇提纯工段，可快速提炼得到高纯甲醇。除此之外，第一反应塔4和第二反应塔9内的甲醇还可通过甲醇出液口134排出，其中第一反应塔4内的甲醇由甲醇出液口134流至甲醇回收工段，纯化后参与后续操作，而第二反应塔9的甲醇纯度较高，由甲醇出液口134直接接入第一液态甲醇输送管23参与循坏利用。上述结构可实现甲醇在线连续分离以及连续循环使用，大大提高了生产效率、降低了生产成本。
33.本实用新型反应塔本体10由下至上分设为相互连通的排液区13和反应区 14，反应区14内设有固体酸催化剂15和用于为其内部物料进行搅拌的搅拌器 16，搅拌器14设于反应区14侧壁，搅拌器16为潜水推流式搅拌器，其能为内部的物料提供搅拌混合力，使反应物料接触更加充分、反应更加完全，除此之外，潜水推流式搅拌器还可用于固体酸催化剂的
再生催化。所述固体酸催化剂 15为固体形态，均布设于反应区14内，能极大增加与反应混合的接触面积，提高反应效率；固体酸催化剂15可通过反应区14底部开设的催化剂装填孔19进行装填和卸料，催化剂装填孔19设有用于开闭的装填阀门，一方面便于工作人员操作，另一方面保证反应塔本体10的密封反应。
34.本实用新型反应区14两端分别设有用于防止固体酸催化剂15流出的第一滤网17和第二滤网18，第一滤网17和第二滤网18结构相同，其直径与反应区 14内径相一致，其滤孔直径小于固体酸催化剂15直径。第一滤网17和第二滤网18能分别截留固体酸催化剂15流至排液区13和分离体11内，降低固体酸催化剂15的流失，相较于传统的生物柴油反应塔，具有更加高效的生产力。
35.本实用新型分离体11为倒锥形结构，倒锥形顶面与反应区14相连，倒锥形底面与排水管12相连，入口体积流量大于出口溢流体积流量，此结构提高了分离效率。所述分离体11出水口连接的排水管12设有倒u型管段，倒u型管段顶部与分离体11顶面相齐平，上述设计避免了反应塔本体1内的物料倒流至排水管12内。排水管12出水口与甲醇提纯工段相连接，可进行进一步提纯，得到的纯甲醇能快速循环利用。
36.本实用新型反应区14底部分别设有用于废弃动植物油脂和甲醇混合物输入的进料口15，进料口15与外界的进料管21相连，外界的进料管21与前一工况的第一静态混合器3或第二静态混合器8相连。反应区14底部设有与进料口20 相连通且用于均匀进料的进料分布盘22，进料分布盘22上均布设有进料分布孔 221，废弃动植物油脂和甲醇混合物通过进料管21进入与之连通的进料分布盘 22，并通过若干个进料分布孔221在反应区14实现均匀布料。排液区13侧壁开设有用于生成物排出的出料口131，出料口131与生成物收集工段相连接，生成物在生成物收集工段集中并进入后续生物柴油精炼提纯。
37.本实用新型排液区13顶部分别设有用于调节内部介质压强的调压阀132、以及用于保护系统安全的安全阀134。反应塔本体10内介质反应压强为常压，调压阀132能稳定控制内部处于反应常压，保证反应正常进行。若内部介质压强超过规定安全值时，安全阀134打开，将系统中的一部分气体或流体排入大气，使系统压力不超过规定安全值，从而保证系统不因压力过高而发生事故。安全阀134为自动阀类，必须经过压力试验才能使用。
38.本实用新型反应塔本体10和分离体11为一体化结构，采用304不锈钢材质制成，其体积优选为316l。
39.本实用新型所用蒸汽加热器、静态混合器、液体增压器5、固体酸催化剂 15、潜水推流式搅拌器、调压阀132和安全阀133均为现有已知设备，并且均可在市场上直接购买使用，其结构以及控制原理均为现有已知技术，因此，关于蒸汽加热器、静态混合器、液体增压器5、固体酸催化剂15、潜水推流式搅拌器、调压阀132和安全阀133的结构以及控制原理在此不赘述。
40.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本实用新型的较优实施例用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本实用新型的专利范围；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改
动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内；另外，将本实用新型的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。