[发明专利]一种制造生物柴油的反应装置

说明书

技术领域

本发明涉及环保设备，具体是一种制造生物柴油(脂肪酸甲酯)的反应装置。

背景技术

生物柴油(Biodiesel)是指以动植物油脂或微生物油脂等为原料油通过酯化、酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生柴油燃料，主要是脂肪酸甲酯。生物柴油具有独特的优势，它可替代石化柴油，直接或调和用于现有的柴油发动机，成为倍受欢迎的生物质燃料之一。

从生物柴油制备的反应体系来看，油脂与甲醇为互不相溶体系，传质是影响反应的重要因素之一，从热力学角度来看，油脂与甲醇的酯交换反应为热力学平衡反应，打破热力学平衡过程是提高单位时空产率、降低生产成本的重要方法之一，而这些过程问题都需要从反应装置的设计上来解决。因此，在生物柴油制造过程中，反应装置是生物柴油制造过程中核心设备之一。

现有的生物柴油反应装置存在如下缺点：(1)结构复杂、能耗大、三废排放量大、环境污染大；(2)生产工艺复杂、反应时间长、工人操作劳动强度大；(3)生产效率低、生产成本高。

发明内容

为了克服现有技术之不足，本发明提供一种制造生物柴油的反应装置，该反应装置结构简单、设计合理、生产能耗低，适用于废弃动植物油脂(如地沟油、潲水油、动植物油脚、酸化油)及微生物油脂制造生物柴油。

本发明采用的技术方案是：包括反应釜、甲醇回收冷凝装置、循环泵、固体催化剂填料柱、超声波发生装置。所述反应釜上方分别设有原料油进料口、甲醇进料口以及甲醇回收冷凝装置，反应釜底部设有出料口；所述循环泵串联于反应液循环管路上；所述固体催化剂填料柱内的填料分别为固体酸催化剂和固体碱催化剂，固体酸催化剂填料柱与固体碱催化剂填料柱并联于反应液循环管路上；所述超声波发生装置换能器置于固体催化剂填料柱内反应液循环入口处。

所述超声波发生装置可以是微波发生装置。

所述循环泵为高速剪切泵、离心泵或齿轮泵。

本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：(1)反应液循环管路上并联于固体酸催化剂填料柱和固体碱催化剂填料柱，可根据原料油的不同特征选用固体酸催化剂填料柱或固体碱催化剂填料柱，操作灵活；(2)反应釜未设搅拌装置，使反应生成的甘油水自然沉到反应釜底部，不会进入到固体催化剂填料柱影响固体催化剂的催化效率，从而改变了反应体系的平衡状态，使反应进行更加彻底；(3)超声波辐射使闭合循环管路内的反应液迅速出现乳化状态，并连续产生大量空化气泡，空化气泡迅速增长，随后在装有固体催化剂的填料层内剧烈崩溃，并产生激烈的局部高温高压，反应液与催化剂得到充分搅动混合、乳化，使化学反应界面迅速扩大，在相同的反应条件下更有利于快速合成生物柴油，缩短了反应时间，大大减低了生产成本。

附图说明

图1为本发明反应装置的结构示意图。

图2为固体催化剂填料柱的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

将100kg酸值为19.2mgKOH/g的地沟油、30kg甲醇分别通过入口1、入口2打入反应釜3，启动循环泵7，通过切换阀门启用固体酸催化剂填料柱9与反应釜3形成闭合循环管路，开启超声波发生器8，超声辅助反应1.5h后，酸值为1.25mgKOH/g，关闭固体酸催化剂填料柱9阀门，启用固体碱催化剂填料柱10与反应釜3形成闭合循环管路，超声辅助反应15min，酯交换反应完成。关闭超声波发生器8，启动循环泵7，经甲醇回收冷凝装置11回收过量甲醇，甲醇完全回收后静置30min，将反应产生的甘油水经玻璃视盅4从出口5排掉，甲酯从出口6排出，经测定甲酯含量为97.8％。

实施例二

将100kg酸值为195.2mgKOH/g的酸化油、30kg甲醇分别通过入口1、入口2打入反应釜3，启动循环泵7，通过切换阀门启用固体酸催化剂填料柱9与反应釜3形成闭合循环管路，开启超声波发生器8，超声辅助反应3.0h后，酸值降为0.98mgKOH/g，酯化反应完成。关闭超声波发生器8，启动循环泵7，经甲醇回收冷凝装置11回收过量甲醇，甲醇完全回收后，关闭循环泵7，静置30min，将反应产生的废水经玻璃视盅4从出口5排掉，甲酯从出口6排出，经测定甲酯含量为98.5％。

实施例三

将100kg酸值为2.73mgKOH/g的麻疯籽油、30kg甲醇分别通过入口1、入口2打入反应釜3，启动循环泵7，通过切换阀门启用固体碱催化剂填料柱10与反应釜3形成闭合循环管路，开启超声波发生器8，超声辅助反应15min，酯交换反应完成。关闭超声波发生器8，启动循环泵7，经甲醇回收冷凝装置11回收过量甲醇，甲醇完全回收后，关闭循环泵7，静置30min，将反应产生的甘油水经玻璃视盅4从出口5排掉，甲酯从出口6排出，经测定甲酯含量为96.6％。