CN101927144A - 一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器，该反应器包括搅拌釜、过滤器、循环泵、甲醇储罐和出料泵，所述的过滤器内置于搅拌釜底部，过滤器的出口连接循环泵的入口，所述的循环泵的出口连接搅拌釜的进料口，所述的出料泵通过带控制阀门的管道连接循环泵出口，所述的甲醇储罐直接连接搅拌釜的进料口或连接循环泵的入口。与现有技术相比，本发明具有固体催化剂回收方便，提高催化剂使用寿命，降低成本等优点。

Description

一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器

技术领域

本发明涉及一种生产生物柴油的反应器，尤其是涉及一种固体催化剂(包括固定化生物酶、酸、碱、盐等固体催化剂)催化生产生物柴油的反应器。

背景技术

目前，利用固体催化剂生产生物柴油的反应器一般采用传统的搅拌釜式反应器、填充柱式反应器或是气升式反应器。在这三种反应器中，搅拌釜式反应器传质效果最好，目前使用最为广泛。但是，在利用固体催化剂(包括固定化生物酶、酸、碱、盐等固体催化剂)作为催化剂时，单纯使用传统的反应器存在一些不足，主要表现为如下两点：一、催化剂回用极不方便。在催化反应结束后，反应液需抽到反应器外过滤出催化剂，待下次使用时，再将滤出的催化剂重新投入反应器中进行催化反应，这样既增加了生产操作时间，降低了设备利用率，又浪费了人力资源；二、固体催化剂密度大于水，容易沉积在反应器底部，虽然反应器可以设置挡板，但反应液的纵向传质情况仍不太理想，使反应底物与催化剂接触不充分，影响转化率。因此，在现有生产生物柴油的领域中，亟待产生可以改善上述缺点的设备。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种固体催化剂回收方便，提高催化剂使用寿命，降低成本的固体催化剂催化生产生物柴油的反应器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器，其特征在于，该反应器包括搅拌釜、过滤器、循环泵、甲醇储罐和出料泵，所述的过滤器内置于搅拌釜底部，过滤器的出口连接循环泵的入口，所述的循环泵的出口连接搅拌釜的进料口，所述的出料泵通过带控制阀门的管道连接循环泵出口，所述的甲醇储罐直接连接搅拌釜的进料口或连接循环泵的入口。

所述的过滤器中设置至少一层过滤网，其中固体催化剂第一次经过过滤的最外层过滤网的孔径小于所述固体催化剂的粒径。

所述的过滤器至少设有1个。

所述的过滤器的出口设有带控制阀门的反冲管道，该反冲管道连接循环泵的出口。

所述的反应器还设有出料过滤器，出料过滤器的入口连接搅拌釜的出口，出料过滤器的出口连接出料泵。

所述的循环泵为离心混合泵。

本发明采用内置式过滤器，过滤器的过滤反应釜中的催化剂，并通过循环泵将从内置式过滤器中流出的液体输送至搅拌釜进料口，而且过滤器可设置多个，如果其中一个过滤器堵塞，交替使用其他过滤器，过滤器设有反冲管道，打开反冲管道即可对堵塞的过滤器进行反冲，如果催化剂失活可通过出料过滤器回收催化剂。与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、在反应过程中，避免因催化剂集中堆积在反应器底部而造成的上层液体反应不充分；使原料甲醇与底物油充分混匀；使反应液在反应器内充分传质，更好地在油水界面发生转酯反应。

2、可实现固体催化剂不移出反应器即可进行多次催化反应，通过纵向循环的反应将甲醇适当稀释，延长固体催化剂的使用寿命。

3、固体催化剂的回用方便。

附图说明

图1为本发明实施例1的反应器的半剖图；

图2为本发明实施例2的反应器的半剖图；

图3为本发明实施例2中改造前后固定化酶用量的比较图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1所示，为一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器，反应器为搅拌釜式反应器10，在搅拌釜式反应器10内共设置有两个开口向下且伸出釜外的内置过滤器13和14，每个内置过滤器设置一层过滤网，过滤网的网孔比反应用固体催化剂颗粒粒径小，可阻挡催化剂从内置过滤器13，过滤器14中漏出。本实施例中的循环泵为离心混合泵50，其具有进口501，进口502和总出口503。内置过滤器13连通管道2与反冲管道1；内置过滤器14连通管道3与反冲管道4；管道2和管道3合并成一个总出口与离心混合泵50的进口501连通；反冲管道1和反冲管道4与离心混合泵50的总出口503连通；进料口11与离心混合泵50的总出口503通过管道5连通；甲醇储罐40通过管道41与离心混合泵50的进口502连通；管道6的一端与管道5连通，另一端连通至另一泵60；出料口12与管道7连通，管道7的另一端与出料过滤器20连通；出料过滤器的另一端与管道21连通，管道21的另一端与泵60连通；泵60通过管道61与去粗脂储罐(未示出)连通。

使用图1所示设备生产生物柴油的步骤如下：

在搅拌釜式反应器10中加入底物油、催化剂与其他辅料后，开始搅拌，打开管道41和管道5上的阀门，使甲醇储罐40内的甲醇经管道41流入离心混合泵50，通过离心混合泵50，从总出口503将甲醇经管道5向搅拌釜式反应器10加入所需要的量后，关闭管道41上的阀门，反应开始。内置过滤器13和过滤器14可交替使用，先打开管道2上的阀门，离心混合泵50将从管道2流入的液体再通过管道5输送进进料口11至搅拌釜式反应器10内继续反应，达到一个纵向循环***。反应期间，可根据需要每隔一定时间再次加入甲醇，并需随时注意内置过滤器13的流通情况，如发现内置过滤器13堵塞则立即关闭管道2的阀门，并同时打开管道3的阀门以及反冲管道1的阀门，此时内置过滤器14投入使用，并实现对堵塞的内置过滤器1的反冲，同样，在内置过滤器14堵塞时，则关闭管道3的阀门，打开管道2的阀门和反冲管道4的阀门。当反应完成后，关闭管道5的阀门，并打开管道6的阀门，则反应液体通过管道6流至泵60经管道61输送至去粗脂储罐(未示出)。下次生产时直接投料反应，与上述循环一致，在此不再详述。当催化剂失活需要更换时，关闭管道1-6的所有阀门，打开管道7的阀门，通过出料过滤器20回收催化剂，其余反应液体则经由管道21流入泵60经管道61输送至去粗脂储罐(未示出)。热水从搅拌釜式反应器10下部的进水口8进入搅拌釜式反应器10内的传热管中，然后从搅拌釜式反应器10上部的出水口9流出，加热反应物料。

实施例2

上述设备进行改变后形成本发明的另一实施例，如图2所述，甲醇储罐40可通过管道41直接与搅拌釜式反应器10的另一进料口11连通，此时循环泵为普通泵70，泵70的进口701与过滤器出口的管道2，管道3连通；泵70的出口702与过滤器的反冲管道1，反冲管道4，以及管道5连通，管道5连接搅拌釜的进料口。

同理，使用图2所示设备生产生物柴油时，不同于图1的步骤在于，直接将甲醇储罐40内的甲醇加入搅拌釜式反应器10中，而不通过外循环泵输送。其余与图1设备使用步骤相同，在此不再赘述。

以下通过数据说明使用本发明相对现有技术的优势：

反应方式：利用5吨反应器生产生物柴油，采用固定化Candida sp.99-125脂肪酶作为催化剂。

试验对比了反应器改造前与改造后酯化转酯化的反应结果。试验以酸价130mgKOH/g的油为原料油。

改造前固定化酶用量为0.6％，改造后固定化酶用量降低到0.4％。反应结果见图3。

利用传统的搅拌式反应器生产生物柴油，反应35小时后物料酸价约为30mgKOH/g，脂肪酸甲酯含量为80％。

经本发明改造后，反应时间缩短到28小时，最终物料酸价降低到22mgKOH/g，脂肪酸甲酯含量达到88％。同时，改造后反应器搅拌速度降低了1/4，减少了生产能耗；固定化酶的使用寿命也有所提高。

过滤器中设置至少一层过滤网，其中固体催化剂第一次经过过滤的最外层过滤网的孔径小于所述固体催化剂的粒径，过滤器根据搅拌釜的大小至少设有1个，每个过滤器出口均设有连接循环泵入口的管道，以及连接循环泵出口的反冲管道，各管道上均设有控制阀。

Claims (6)

1.一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器，其特征在于，该反应器包括搅拌釜、过滤器、循环泵、甲醇储罐和出料泵，所述的过滤器内置于搅拌釜底部，过滤器的出口连接循环泵的入口，所述的循环泵的出口连接搅拌釜的进料口，所述的出料泵通过带控制阀门的管道连接循环泵出口，所述的甲醇储罐直接连接搅拌釜的进料口或连接循环泵的入口。

2.根据权利要求1所述的一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器，其特征在于，所述的过滤器中设置至少一层过滤网，其中固体催化剂第一次经过过滤的最外层过滤网的孔径小于所述固体催化剂的粒径。

3.根据权利要求1或2所述的一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器，其特征在于，所述的过滤器至少设有1个。

4.根据权利要求1或2所述的一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器，其特征在于，所述的过滤器的出口设有带控制阀门的反冲管道，该反冲管道连接循环泵的出口。

5.根据权利要求1所述的一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器，其特征在于，所述的反应器还设有出料过滤器，出料过滤器的入口连接搅拌釜的出口，出料过滤器的出口连接出料泵。

6.根据权利要求1所述的一种固体催化剂催化生产生物柴油的反应器，其特征在于，所述的循环泵为离心混合泵。

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