專利名稱：一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精細(xì)化工生產(chǎn)領(lǐng)域，旨在提供一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯工藝及裝置。技術(shù)背景
單甘酯的全稱為單脂肪酸甘油酯，采用分子蒸餾技術(shù)精制的單甘酯產(chǎn)品稱為分子蒸餾單甘酯。分子蒸餾單甘酯是一種高效的表面活性劑，能夠起乳化、起泡、分散、消泡、抗淀粉老化等作用，因此作為食品乳化劑廣泛地應(yīng)用于食品領(lǐng)域，目前使用量超過了食品乳化劑總量的50%。除了在食品領(lǐng)域外，單甘酯還廣泛應(yīng)用于化妝品、醫(yī)藥、精細(xì)化工、洗滌劑、 塑料等工業(yè)中。
當(dāng)前分子蒸餾單甘酯的生產(chǎn)主要采用酯交換法，即使用氫化油脂與甘油在堿性催化劑條件下按摩爾比約1:2的投料比下高溫反應(yīng)廣2小時，得到約含4(Γ50%單甘酯的甘油、單甘酯及二三酯混合物；再通過分子蒸餾設(shè)備，將甘油、單甘酯、二三酯分離開，得到單酯含量在90%以上的分子蒸餾單甘酯產(chǎn)品，而其中分離得到的甘油、二三酯則可繼續(xù)回用進(jìn)入酯化反應(yīng)。專利CN101724508A就提及了一種將分子蒸餾后得到的二三酯繼續(xù)回到酯化反應(yīng)的工藝，其使用占總反應(yīng)物質(zhì)質(zhì)量25-35%的甘油與油脂或者回用二三酯在片堿催化下反應(yīng)。此類工藝中由于酯化反應(yīng)后的產(chǎn)物中少量皂(堿性催化劑與油脂反應(yīng)出現(xiàn))的存在，如直接進(jìn)入分子蒸餾，不但會影響蒸餾效率，使分子蒸餾設(shè)備易結(jié)膠；而且由于甘油與油脂發(fā)生的酯交換反應(yīng)表現(xiàn)為可逆平衡反應(yīng)，催化劑存在條件下分子蒸餾脫除甘油后反應(yīng)容易向逆向移動，使成品中單酯含量降低并且含有較高的游離甘油。因此現(xiàn)有生產(chǎn)工藝酯化反應(yīng)結(jié)束后，需要采用酸將堿性催化劑中和，并通過靜置分層將部分甘油及催化劑去除， 這樣必將增加對這部分底甘油處理的工序,也增加了生產(chǎn)成本。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的工藝及裝置，該工藝及裝置應(yīng)具有可連續(xù)化生產(chǎn)，降低能耗，提高生產(chǎn)效率的特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是通過采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的
一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的工藝，依次按下述步驟進(jìn)行
Α、油脂、二三酯、甘油從各自暫存罐輸出，按一定比例通過計(jì)量泵連續(xù)經(jīng)靜態(tài)混合器初步混合、換熱器吸熱、加熱器加熱后，進(jìn)入超聲波反應(yīng)器；其中甘油為總投料重量比例的 10% 30% ；
B、混合物料在超 聲波反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)超聲作用后，直接進(jìn)入填充有堿性催化劑的固定化床反應(yīng)器進(jìn)行酯化反應(yīng)，酯化反應(yīng)溫度為20(T240°C，反應(yīng)停留時間為l(Tl20min ；
C、從固定化床反應(yīng)器出來的酯化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱器吸熱，降溫至15(T18(TC，在粗酯暫存罐暫存后，直接進(jìn)入分子蒸餾系統(tǒng)進(jìn)行分子蒸餾；
D、所述酯化反應(yīng)產(chǎn)物在分子蒸餾系統(tǒng)中先后經(jīng)過一級薄膜蒸餾脫除水及低沸物、 二級分子蒸餾分離甘油、三級分子蒸餾分離二三酯及單甘酯的處理；
二級、三級分子蒸餾后分離得到的甘油及二三酯分別進(jìn)入各自暫存罐以作回用， 三級分子蒸餾得到的單酯經(jīng)噴粉處理后即為成品分子蒸餾單甘酯；
所述步驟A、步驟D中的二三酯，是指經(jīng)過分子蒸餾后的脂肪酸二酯、脂肪酸三酯的混合物；
所述步驟D中，一級薄膜蒸發(fā)的溫度為15(T18(TC，真空度Ι-lOKPa，二級分子蒸餾溫度為15(Tl80°C，真空度I 50Pa，三級分子蒸餾溫度為15(Tl80°C，真空度I 10Pa。
所述步驟A中，油脂為氫化棕櫚油、氫化豬油的一種或多種的混合。
所述步驟A中，超聲波反應(yīng)器的超聲頻率為KTlO6Hz。
所述步驟B中，物料在固定化床反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)停留時間為l(T30min。
所述固定化床反應(yīng)器由多個固定化床反應(yīng)器串聯(lián)相接；物料在單個固定化床反應(yīng)器內(nèi)停留時間為5 10min。
所述步驟B中，固定化床反應(yīng)器內(nèi)的酯化反應(yīng)采用真空或N2保護(hù)，真空壓力為 ΓΙΟΚΡβ, N2 保護(hù)壓力為 O.1 O. 3MPa。
所述步驟B中，固定化床反應(yīng)器或流動床反應(yīng)器內(nèi)填充的固體堿性催化劑為CaO， MgO，鋁鎂石粉，鋁鋰石粉及自制堿性固體催化劑；自制固體堿性催化劑為MgO-CaCVSiO2，其 Mg =Ca比例為8:2。
所述步驟C中，經(jīng)換熱器吸熱降溫后的混合物，其中甘油含量控制在5 8%，單酯含量控制在50 70%。
所述步驟D中，一級薄膜蒸發(fā)的溫度為15(T180°C，真空度l_10KPa，二級分子蒸餾溫度為15(Tl80°C，真空度I 50Pa，三級分子蒸餾溫度為15(Tl80°C，真空度I 10Pa。
一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的裝置，其特征在于該裝置中
I)油脂暫存罐、甘油暫存罐以及二三酯暫存罐的輸出物料的各個管路、分別經(jīng)過各自的計(jì)量泵后并聯(lián)接入靜態(tài)混合器，或者通過一臺多頭比例泵后并聯(lián)接入靜態(tài)混合器， 然后接入換熱器；固定化床反應(yīng)器的輸出管路也接入換熱器；
2)換熱器的兩個輸出管路，其中一路連通加熱器；另一路依次接通粗酯暫存罐以及包括一級薄膜蒸發(fā)裝置、二級分子蒸餾裝置、三級分子蒸餾裝置在內(nèi)的分子蒸餾系統(tǒng)后再接通二三酯暫存罐；
3)加熱器的輸出管路依序接通超聲波反應(yīng)器、固定化床反應(yīng)器，然后接入換熱器；
上述二級分子蒸餾裝置輸送甘油的輸出管路接通入甘油暫存罐，三級分子蒸餾裝置輸送單甘酯的輸出管路另接通收集儲存裝置。
所述固定化床反 應(yīng)器為兩個或多個串接的固定化床反應(yīng)器，兩個相鄰的固定化床反應(yīng)器之間還串接一超聲波反應(yīng)器。
所述固定化床反應(yīng)器、粗酯暫存罐、甘油暫存罐以及二三酯暫存罐配置的管路均安裝有輸送泵。
所述超聲波反應(yīng)器可為液哨式超聲反應(yīng)器，聲變幅桿浸入式反應(yīng)器。其中根據(jù)催化劑的顆粒性質(zhì)，聲變幅桿浸入式反應(yīng)器可以安裝于固定化床反應(yīng)器。
所述一級薄膜蒸發(fā)裝置也可為閃蒸裝置。
所述二級分子蒸餾裝置、三級分子蒸餾裝置是靜止式、降膜式、刮膜式或離心式； 可多個分子蒸餾設(shè)備串聯(lián)或并聯(lián)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)及積極效果
1、選用固定化床反應(yīng)器及固體堿性催化劑，酯化反應(yīng)產(chǎn)物無需進(jìn)一步酸處理，簡化了生產(chǎn)工藝。
2、固定化床反應(yīng)器與超聲波反應(yīng)器聯(lián)用，使油脂與甘油充分接觸反應(yīng)，反應(yīng)時間由常規(guī)工藝的l 2h縮短到15-30min，粗酯中單酯的含量由常規(guī)工藝的4(Γ50%提高到 50 70%，極大地提高了反應(yīng)效率。


圖1為本發(fā)明所述的使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖中
I為油脂暫存罐，2為油脂計(jì)量泵，3為甘油暫存罐，4為甘油計(jì)量泵，5為二三酯暫存罐，6為二三酯計(jì)量泵，7為靜態(tài)混合器，8為換熱器，9為加熱器，10為超聲波反應(yīng)器，11 為固定化床反應(yīng)器，12為粗酯暫存罐，13為一級薄膜蒸發(fā)裝置，14為二級分子蒸餾裝置，15 為三級分子蒸懼裝置，16為單甘酯，17為水及低沸物。
具體實(shí)施方式
為更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)例表示的范圍。
本發(fā)明中步驟A的油脂、甘油及二三酯的入料速度根據(jù)產(chǎn)能確定；油脂與二三酯的比例根據(jù)存在二三酯的多少決定。
本發(fā)明中的固定化床反應(yīng)器也可用流動床反應(yīng)器替代。
單甘酯的工業(yè)生產(chǎn)中最普遍采用油脂與甘油進(jìn)行酯交換反應(yīng)工藝生產(chǎn)，本反應(yīng)為可逆平衡反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物為單、雙、三脂肪酸甘油酯以及過量甘油的混合物(粗酯)，要分離提純單酯目前工業(yè)化生產(chǎn)普遍采用分子蒸餾法。分子蒸餾時，一般先將甘油從反應(yīng)產(chǎn)物中分離，再將單酯與二三酯分離，這時體系中如有催化劑的存在，分子蒸餾脫除甘油后反應(yīng)容易向逆向移動，使成品中單酯含量降低并且含有較高的游離甘油。因此現(xiàn)有生產(chǎn)工藝酯化反應(yīng)結(jié)束后，需要采用酸將堿性催化劑中和，并通過靜置分層將部分甘油及中和后催化劑的鹽去除，這樣必將增加對這部分底甘油處理的工序。
本發(fā)明采用固定化床反應(yīng)器，選用固體堿性催化劑，有效避免了粗酯中堿性催化劑的存在。并且通過串聯(lián)相接的超聲波反應(yīng)器，極大地提高了轉(zhuǎn)化 率，減少了反應(yīng)時間(反應(yīng)時間由常規(guī)工藝的l 2h縮短到15-30min)，粗酯中單酯的含量由常規(guī)工藝的4(Γ50%提高到50 70%，極大地提高了反應(yīng)效率。
所述固定化床反應(yīng)器的大小根據(jù)產(chǎn)能及停留時間確定，物料在單個固定化床反應(yīng)器內(nèi)停留時間優(yōu)選5 10min，可由多個固定化床反應(yīng)器串聯(lián)連接。
由圖所示，該系統(tǒng)的整個流程為油脂、甘油及二三酯從各自暫存罐(油脂暫存罐1、甘油暫存罐3、二三酯暫存罐5)通過計(jì)量泵(油脂計(jì)量泵2、甘油計(jì)量泵4、二三酯計(jì)量泵6)按一定速度進(jìn)入靜態(tài)混合器7初步混合，再經(jīng)由換熱器8吸熱，加熱器9加熱，升溫至 20(T240°C，經(jīng)由超聲波反應(yīng)器10進(jìn)入填充有固體堿性催化劑的固定化床反應(yīng)器11進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，反應(yīng)停留時間為15 30min。反應(yīng)結(jié)束后粗酯(粗酯為甘油、脂肪酸單酯、脂肪酸二酯及脂肪酸三酯的混合物)經(jīng)換熱器9吸熱降溫至15(T18(TC，進(jìn)入粗酯暫存罐12后直接去分子蒸餾系統(tǒng)。
粗酯在一級薄膜蒸發(fā)裝置13中，分離水及低沸物17，在二級分子蒸餾裝置14中分離甘油，在三級分子蒸餾裝置15中將單酯與二三酯分離，其中分離得到的甘油及二三酯均回到各自暫存罐循環(huán)利用，單甘酯16經(jīng)由噴粉后得到分子蒸餾單甘酯。
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明。
實(shí)施例1
氫化棕櫚油按1. 2t/h的速度，二三酯按O. 5t/h的速度，甘油按O. 3t/h的速度分別從各自暫存罐經(jīng)計(jì)量泵打入反應(yīng)系統(tǒng)，物料經(jīng)由靜態(tài)混合器初步混合，換熱器吸熱升溫至190°C，加熱器加熱升溫至230°C進(jìn)入兩兩串接的兩組超聲波反應(yīng)器及固定化床反應(yīng)器進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)。其中超聲波反應(yīng)器選用液哨式超聲反應(yīng)器，超聲頻率控制為IO5Hz ;固定化床反應(yīng)器內(nèi)填充有MgO作為固體堿性催化劑，物料在單個固定化床反應(yīng)器內(nèi)的有效停留時間控制在lOmin，控制系統(tǒng)真空度為5KPa。反應(yīng)所得粗酯經(jīng)由換熱器迅速降溫至160°C， 其甘油含量約為6%，單酯含量約為60%。粗酯進(jìn)入粗酯暫存罐后，不作停留直接按2t/h的流速進(jìn)入分子蒸餾系統(tǒng)。
一級薄膜蒸發(fā)控制蒸發(fā)溫度160°C，真空度5KPa，蒸除物料中的少量水及低沸物； 二級三級分子蒸餾選用刮膜式分子蒸餾柱，二級分子蒸餾控制蒸發(fā)溫度為165°C，蒸出甘油速度約120kg/h ;三級分子蒸餾控制蒸發(fā)溫度為170°C，真空度為3. OPa，蒸出成品分子蒸餾單甘酯的速度約為1. 2t/h。
所得分子蒸餾單甘酯的質(zhì)量指標(biāo)
權(quán)利要求
1.一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的工藝，依次按下述步驟進(jìn)行A、油脂、二三酯、甘油從各自暫存罐輸出，按一定比例通過計(jì)量泵連續(xù)經(jīng)靜態(tài)混合器初步混合、換熱器吸熱、加熱器加熱后，進(jìn)入超聲波反應(yīng)器；其中甘油為總投料重量比例的 10%"30% ；B、混合物料在超聲波反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)超聲作用后，直接進(jìn)入填充有堿性催化劑的固定化床反應(yīng)器進(jìn)行酯化反應(yīng)，酯化反應(yīng)溫度為20(T240°C，反應(yīng)停留時間為l(Tl20min ；C、從固定化床反應(yīng)器出來的酯化反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)換熱器吸熱，降溫至15(T18(TC，在粗酯暫存罐暫存后，直接進(jìn)入分子蒸餾系統(tǒng)進(jìn)行分子蒸餾；D、所述酯化反應(yīng)產(chǎn)物在分子蒸餾系統(tǒng)中先后經(jīng)過一級薄膜蒸餾脫除水及低沸物、二級分子蒸餾分離甘油、三級分子蒸餾分離二三酯及單甘酯的處理；二級、三級分子蒸餾后分離得到的甘油及二三酯分別進(jìn)入各自暫存罐以作回用，三級分子蒸餾得到的單酯經(jīng)噴粉處理后即為成品分子蒸餾單甘酯；所述步驟A、步驟D中的二三酯，是指經(jīng)過分子蒸餾后的脂肪酸二酯、脂肪酸三酯的混合物；所述步驟D中，一級薄膜蒸發(fā)的溫度為15(Tl80°C，真空度Ι-lOKPa，二級分子蒸餾溫度為15(Tl80°C，真空度I 50Pa，三級分子蒸餾溫度為15(Tl80°C，真空度I 10Pa。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的工藝，其特征在于所述步驟A中，油脂為氫化棕櫚油、氫化豬油的一種或多種的混合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的工藝，其特征在于所述步驟A中，超聲波反應(yīng)器的超聲頻率為105 106Hz。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的工藝，其特征在于所述步驟B中，物料在固定化床反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)停留時間為l(T30min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的工藝，其特征在于所述固定化床反應(yīng)器由多個固定化床反應(yīng)器串聯(lián)相接；物料在單個固定化床反應(yīng)器內(nèi)停留時間為5 IOmin。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的工藝，其特征在于所述步驟B中，固定化床反應(yīng)器內(nèi)的酯化反應(yīng)采用真空或N2保護(hù)，真空壓力為 ΓΙΟΚΡβ, N2 保護(hù)壓力為 O.1 O. 3MPa。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的工藝，其特征在于所述步驟B中，固定化床反應(yīng)器內(nèi)填充的固體堿性催化劑為CaO，MgO，鋁鎂石粉， 鋁鋰石粉及自制堿性固體催化劑；自制固體堿性催化劑為Mg0-Ca0/Si02，其Mg =Ca比例為 8:2。所述步驟C中，經(jīng)換熱器吸熱降溫后的混合物，其中甘油含量控制在5 8%，單酯含量控制在50 70%。
8.一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的裝置，其特征在于該裝置中O油脂暫存罐(I)、甘油暫存罐(3)以及二三酯暫存罐(5)的輸出物料的各個管路、分別經(jīng)過各自的計(jì)量泵后并聯(lián)接入靜態(tài)混合器(7)，或者通過一臺多頭比例泵后并聯(lián)接入靜態(tài)混合器，然后接入換熱器(8);固定化床反應(yīng)器的輸出管路也接入換熱器；2)換熱器的兩個輸出管路，其中一路連通加熱器；另一路依次接通粗酯暫存罐以及包括一級薄膜蒸發(fā)裝置(13)、二級分子蒸餾裝置(14)、三級分子蒸餾裝置(15)在內(nèi)的分子蒸餾系統(tǒng)后再接通二三酯暫存罐；3)加熱器的輸出管路依序接通超聲波反應(yīng)器、固定化床反應(yīng)器，然后接入換熱器； 上述二級分子蒸餾裝置輸送甘油的輸出管路接通入甘油暫存罐，三級分子蒸餾裝置輸送單甘酯的輸出管路另接通收集儲存裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的裝置，其特征在于所述固定化床反應(yīng)器(11)為兩個或多個串接的固定化床反應(yīng)器，兩個相鄰的固定化床反應(yīng)器之間還串接一超聲波反應(yīng)器。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的裝置，其特征在于所述固定化床反應(yīng)器、粗酯暫存罐、甘油暫存罐以及二三酯暫存罐配置的管路均安裝有輸送泵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯工藝及裝置。目的是提供的工藝及裝置應(yīng)有效率高的特點(diǎn)。技術(shù)方案是一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的工藝，依次按下述步驟進(jìn)行A、初步混合、吸熱、加熱后，進(jìn)入超聲波反應(yīng)器；B、進(jìn)行酯化反應(yīng)；C、降溫后進(jìn)行分子蒸餾；D、單酯經(jīng)噴粉處理后即為成品分子蒸餾單甘酯。一種使用固定化床連續(xù)化生產(chǎn)分子蒸餾單甘酯的裝置，其特征在于該裝置中1)各個管路接入靜態(tài)混合器，然后接入換熱器；輸出管路也接入換熱器；2)換熱器的兩個輸出管路，一路連通加熱器；另一路接通分子蒸餾系統(tǒng)后再接通二三酯暫存罐；3)加熱器的輸出管路接通超聲波反應(yīng)器、固定化床反應(yīng)器，接入換熱器。
文檔編號C11C3/10GK103060099SQ20121054964
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者史立文, 葛贊, 汪家眾, 周建東, 計(jì)曉黎, 黃亞茹, 方銀軍 申請人:浙江贊宇科技股份有限公司, 杭州油脂化工有限公司