[实用新型]基于固体催化剂的酯化反应装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于固体催化剂的酯化反应装置。 

背景技术

脂肪酸酯，例如长链脂肪酸酯，可通过脂肪酸酸和醇类在酸性催化剂的作用下经酯化反应合成。目前工业上常用的催化剂为硫酸、苯磺酸等可溶解或可均匀分散于反应液中的有机酸或无机酸，称为均相催化剂。均相催化剂与反应原料的接触效果优良，因此催化效率较高；然而在反应结束后酸性催化剂难以从反应体系中分离回收并加以重复利用，通常只能随废水排出。为此，人们开发了多种固体酸性催化剂用于酯化反应，这些催化剂在反应过程中不溶于反应液，称为非均相催化剂。非均相催化剂在反应完成后易于通过过滤、离心或沉降等机械分离手段分离回收，并可重复用于后续反应，因此可节约资源并减少污染。在工业上利用非均相催化剂催化长链酸的酯化反应通常需要满足以下条件：(1)长链脂肪酸和醇获得良好接触。由于长链脂肪酸和醇存在较大的极性差异，而且往往不能互溶，因此需要较为强烈的搅拌混和作用强化二者的接触；(2)较高的反应温度。在一定范围内，温度升高有利于酯化反应的进行，因此反应系统需保持在较高的反应温度下；(3)反应液与催化剂的良好接触。为了提高非均相催化剂与反应液的接触效果，通常采用强化搅拌，增大催化剂比表面积，增大催化剂用量(固液比)等手段；(4)合理的固体催化剂分离回收和重复利用方法；(5)醇用量高于化学计算量数。过量醇使反应平衡趋向于生成长链脂肪酸酯，使反应更彻底。 

目前可采用三类反应器实施非均相酯化反应。其一，釜式反应器。利用机械搅拌强化脂肪酸和醇的接触，并使固体催化剂悬浮分散于反应液中；利用外置的离心机或过滤机分离回收固体催化剂。其二，固定床反应器。将固体催化剂填充于反应管中形成多孔固定床，反应液流经固定床的空隙时与催化剂接触，随后从固定床出口排出并直接与催化剂分离。其三，流化床反应器。反应液在循环泵的驱动下，在反应器内形成湍流，带动固体催化剂颗粒悬浮分散，从而使各相得到良好接触；反应结束后，停止反应液循环，固体催化剂和反应液通过沉降分离，反应液排出后，固体催化剂可重复使用。 

在固体催化剂催化长链脂肪酸的酯化反应中，流化床反应器相对于其它两类具有一定的优势。相对于釜式反应器，(1)无机械搅拌机构，设备密封性能好，能够承受更高的温度和压力；(2)反应器壁面表面积大，传热效率高，无需设置蛇管换热，维修简便；(3)大高径比反应器本身具有催化剂沉降分离回收能力，理论上可不必再设置离心机或过滤机分离催化剂。相对于固定床反应器，(1)床层压降小，无需装备高压泵；(2)长链脂肪酸和醇得到持续搅拌混合，接触效果好；(3)对催化剂颗粒尺寸以及孔径无严格限制；(4)催化剂更换方便。然而，常规的流化床反应器仍存在较大的局限性，难以直接应用于长链脂肪酸酯的工业生产。其主要原因为：(1)固体催化剂在反应过程中受到强烈的流体剪切，而且颗粒之间相互碰撞，造成催化剂颗粒破碎或磨损，形成微小的催化剂粉末。这些催化剂粉末难以通过静置沉降完全分离回收，不仅需要更长的沉降时间，而且会在反应液出料时混杂其中，造成较大损失；(2)大量固体催化剂悬浮于反应液中，反复流经循环泵，对循环泵叶轮和蜗壳造成持续的磨损，导致循环泵寿命显著下降；(3)固体颗粒含量必须控制在循环泵的正常工作范围内，导致催化剂用量受到极大限制，无法通过大幅提高固液比而提高反应效率。 

实用新型内容

针对上述各类反应器存在的局限性，本实用新型提出一种具有两级分离结构的循环式流化床反应装置。 

本实用新型装置是一种基于固体催化剂的酯化反应装置，包括：反应管，界定出反应室；进料泵，其出口连接至反应管底端部，用于将反应原料和/或来自反应室的反应液部分送入反应室；循环泵，其进口与反应室相连接，且被连接为可选择地在反应室高度方向上的多个位置将反应物料输出反应室；及固液分离器，其进口与循环泵的出口相连接，用于将来自循环泵的反应物料分离成所述反应液部分和富含固体催化剂的浆体部分。其中，固液分离器的轻相出口作为粗产品出口，且连接至进料泵入口以使所述反应液部分可回流至反应室；并且固液分离器的重相出口作为回收固体催化剂出口，且连接至反应器底端部以使所述浆体部分可回流至反应室。 

在优选的反应装置中，所述固液分离器为旋液分离器。 

在优选的反应装置中，所述反应管的高径比为6∶1-18∶1。 

在优选的反应装置中，还包括从反应管底端部伸入反应室的吸入式喷射混合器，其进口与进料泵的出口相连，反应原料和回流的反应液部分经该吸入式喷射混合器喷射入反应室下部。