專利名稱：用于油脂水解的水解塔及利用其進(jìn)行油脂水解的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油脂化工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于油脂水解的水解塔及利用其 進(jìn)行油脂水解的方法。
背景技術(shù)：
生物柴油是以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及動(dòng)物油 月旨、餐飲垃圾油等含酸油為原料油通過酯化或酯交換工藝制成的可代替石化柴油的再生性 柴油燃料。生物柴油的流動(dòng)性和燃燒性與傳統(tǒng)石化柴油相似，因此可作為柴油的調(diào)和組分 或替代產(chǎn)品。生物柴油與其它燃料相比有很多優(yōu)點(diǎn)可生物降解、無毒、對(duì)環(huán)境無害、潤滑性 能良好、含硫量低、閃點(diǎn)高、十六烷值高等。制備生物柴油所需的含酸油中的有效成份是脂肪酸和脂肪酸甘油酯。在酯化和酯 交換反應(yīng)過程中，酯化反應(yīng)較易進(jìn)行，而酯交換反應(yīng)無法進(jìn)行徹底，因此傳統(tǒng)制備生物柴油 工藝中先利用酸催化實(shí)現(xiàn)脂肪酸和部分甘油三酯的轉(zhuǎn)化，然后在利用堿催化促進(jìn)甘油三酯 的轉(zhuǎn)化。即使這樣，世界上在生物柴油的生產(chǎn)中甘油三酯的轉(zhuǎn)化率一般在85%左右，甘油三 酯混入生物柴油中降低產(chǎn)品的品質(zhì)，并且這種生物柴油工藝流程長、投資大、污染高、收益 低。為了減少甘油三酯轉(zhuǎn)化不徹底的問題，部分研究者首先將原料油中的甘油三酯水 解，生成脂肪酸，然后在進(jìn)行酯化反應(yīng)生成生物柴油。目前關(guān)于油脂水解和水解塔的研究 已有相關(guān)報(bào)道。中國發(fā)明專利CN1827742A將木本植物油或廢棄動(dòng)物油料首先進(jìn)入無觸媒 選擇水解工藝，破壞油料中的蠟質(zhì)、蛋白質(zhì)、膠質(zhì)、磷脂，并使磷脂轉(zhuǎn)化為甘油和脂肪酸，水 解后的油料再進(jìn)入化工藝，油脂轉(zhuǎn)化率達(dá)98.5%，比傳統(tǒng)工藝提高23%。中國發(fā)明專利 CN101386809A公開了一種油脂高壓連續(xù)水解工藝，是將油脂由高壓水解釜底部進(jìn)入，水由 頂部進(jìn)入，反應(yīng)釜中間通入高壓蒸汽，油脂在高溫高壓下發(fā)上充分水解，釜頂獲得脂肪酸， 釜底獲得甜水(含甘油的水)。中國實(shí)用新型專利CN201235292Y提供了一種高壓水解塔， 對(duì)水解塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。水解工藝中的甜水含有一定濃度的甘油，需處理后才能排 放。為了提高油脂水解效率，延長油水接觸時(shí)間，目前傳統(tǒng)的水解塔呈現(xiàn)細(xì)高型，細(xì)高型塔 嚴(yán)重增加設(shè)備投資。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的一個(gè)技術(shù)問題是如何設(shè)計(jì)水解塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)粗低型水解塔，降低設(shè)備投資；本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題是如何設(shè)計(jì)一種油脂逆流水解工藝，以提高油脂水解率，減少甜水的排放。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，提供一種用于油脂水解反應(yīng)的水解塔，其由下至上依次包括第一填料層，分別用隔混板隔開的第一水解區(qū)、第二水解區(qū)和第三水解區(qū)，以及第二填 料層； 第一水解區(qū)內(nèi)具有第一套筒，在所述第一套筒的內(nèi)部上方安裝有貫穿所述第一套 筒的第一下降管； 第二水解區(qū)內(nèi)具有第二套筒，在所述第二套筒的外部下方安裝有第一上升管，在 所述第二套筒的內(nèi)部上方安裝有貫穿所述第二套筒的第二下降管；第三水解區(qū)內(nèi)具有第三套筒，在所述第三套筒的外部下方安裝有第二上升管；所述第一上升管與第一下降管之間、以及第二上升管與第二下降管之間均由支撐 板隔開。優(yōu)選地，所述第一填料層的下方具有環(huán)形油脂分布器及對(duì)應(yīng)的油進(jìn)口，所述第二 填料層的上方安裝有環(huán)形水分布器及對(duì)應(yīng)的水進(jìn)口，所述第一水解區(qū)內(nèi)安裝有第一蒸汽分 布器及對(duì)應(yīng)的蒸汽入口、第二水解區(qū)內(nèi)安裝有第二蒸汽分布器及對(duì)應(yīng)的蒸汽入口，第三水 解區(qū)內(nèi)安裝有第三蒸汽分布器及對(duì)應(yīng)的蒸汽入口。優(yōu)選地，所述隔混板上分布有通孔，所述通孔的開孔率為10% -30%。優(yōu)選地，所述第一上升管、第一下降管、第二上升管、和第二下降管的數(shù)量均為 4-8。優(yōu)選地，所述第一下降管的高度為所述第一水解區(qū)高度的一半，所述第一上升管 和所述第二下降管的高度為所述第二水解區(qū)高度的一半，所述第二上升管的高度為所述第 三水解區(qū)高度的一半。優(yōu)選地，所述環(huán)形水分布器和所述環(huán)形油脂分布器上分布有8-20個(gè)通孔。本發(fā)明還提供了一種利用上述水解塔進(jìn)行油脂水解的方法，其包括步驟Si，原料油脂經(jīng)高壓泵加壓，與水解后的甜水在換熱器中進(jìn)行換熱后由水解塔下 部進(jìn)入水解塔；S2，水經(jīng)高壓泵加壓，與水解后的脂肪酸在換熱器中進(jìn)行換熱后由水解塔上部進(jìn) 入水解塔；S3，水解塔底部排出的甜水經(jīng)蒸發(fā)器進(jìn)行換熱，并產(chǎn)生水蒸汽，所述水蒸汽分別通 過第一蒸汽分布器、第二蒸汽分布器和第三蒸汽分布器進(jìn)入水解塔中；S4，原料油脂由下部進(jìn)入水解塔后，依次經(jīng)過第一填料層、第一水解區(qū)、第二水解 區(qū)、第三水解區(qū)和第二填料層；S5，反應(yīng)產(chǎn)生的甜水從水解塔底部排出后在蒸發(fā)器中濃縮，濃縮甜水與原料油脂 換熱后排出，水解后產(chǎn)生的脂肪酸與水換熱后排出。優(yōu)選地，所述水解塔中的壓力范圍為1. 0-4. OMpa0優(yōu)選地，原料油脂和水在水解塔中的反應(yīng)溫度在180°C -250°C。優(yōu)選地，原料油脂和水的質(zhì)量比為1 (0.3-0.7)。(三)有益效果本發(fā)明的水解塔采用三段水解結(jié)構(gòu)，介質(zhì)在每一段內(nèi)形成環(huán)流，有效增大傳質(zhì)、 傳熱，避免級(jí)間返混；油水兩相接觸面積增大，因此水解時(shí)間縮短，水解效率增大，可實(shí)現(xiàn) 90%以上的水解效率；蒸汽來源于甜水，不但減少廢水排放，而且濃縮甜水，為后期甘油的 回收節(jié)約成本；工藝原料適應(yīng)性強(qiáng)，連續(xù)操作，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；塔高可有效降低，節(jié)約成本；有效利用熱能，操作簡單，自控容易，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的利用水解塔進(jìn)行水解的方法流程圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于油脂水解的水解塔的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的A-A剖視圖；圖4是圖2的B-B剖視圖；圖5是圖2的C-C剖視圖；圖6是圖2的D-D剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。油脂水解工藝流程如圖1所示，原料油脂經(jīng)高壓泵a加壓，加壓后原料油的壓力為 2MPa，并與水解后的甜水在換熱器b中進(jìn)行換熱后由水解塔e下部進(jìn)入水解塔，經(jīng)過換熱后 原料油脂由25°C增加到130°C。水經(jīng)高壓泵c加壓，加壓后水的壓力為2MPa，與水解后的 脂肪酸在換熱器d中進(jìn)行換熱后由水解塔e上部進(jìn)入水解塔，經(jīng)過換熱后水由25°C增加到 110°C。油水的進(jìn)料質(zhì)量比為1 0.6，油水在水解塔e中進(jìn)行逆流水解反應(yīng)。水解塔e底 部排出的甜水經(jīng)蒸發(fā)器f進(jìn)行換熱，并產(chǎn)生水蒸汽，蒸汽分三股進(jìn)入水解塔e中。甜水在蒸 發(fā)器f中被濃縮，濃縮甜水與原料油脂換熱后排出。水解后脂肪酸與水換熱后排出。所述的蒸發(fā)器f為套筒結(jié)構(gòu)，利用導(dǎo)熱油加熱，導(dǎo)熱油在外套筒利用列管式換熱 器進(jìn)行加熱，產(chǎn)生蒸汽，甜水在蒸發(fā)器f中由外套筒向內(nèi)套筒流動(dòng)，形成環(huán)流。經(jīng)蒸發(fā)后蒸 發(fā)器f底部形成較濃的甘油水溶液，為后期回收甘油提供便利。水解塔結(jié)構(gòu)如圖2所示，在塔體上端設(shè)有水進(jìn)口 7、脂肪酸出口 4、人孔5，在塔體 頂端設(shè)有壓力平衡口 1、安全閥接口 2、壓力表接口 3，在塔體中部設(shè)有三個(gè)蒸汽入口(8，9， 10)，在塔體底部設(shè)有油進(jìn)口 11、甜水出口 13、相位計(jì)接口 12。塔內(nèi)構(gòu)件有水分布器7、填料 層(6，21)、套筒(13，19，20)、上升管(14，17)、下降管(15，18)、三個(gè)蒸汽分布器(8,9,10), 油脂分布器11。水解塔e由五部分組成，自下而上分別是第一填料層21、第一水解區(qū)22、第二水解 區(qū)23、第三水解區(qū)24、第二填料層6。原料油脂由下部進(jìn)入水解塔后，經(jīng)過第一填料層21， 與水解后的甜水充分接觸，在該區(qū)域內(nèi)洗滌甜水中夾帶的油脂；油脂經(jīng)過第一填料層21后 進(jìn)入第一水解區(qū)22，在第一水解區(qū)22內(nèi)，油脂與由第二水解區(qū)23反應(yīng)后的甜水和未反應(yīng) 的油脂進(jìn)行反應(yīng)，在環(huán)流套筒20外環(huán)隙底部位置鼓入蒸汽，使得油水在第一水解區(qū)22內(nèi)形 成外升內(nèi)降的環(huán)流，這種環(huán)流增大油水兩相的接觸。水解后的油水混合物會(huì)在第一水解區(qū) 22上部通過隔混板，在隔混板上部和支撐板下部形成油水分相區(qū)，油相通過上升管進(jìn)入第 二水解區(qū)23。同樣，在第二水解區(qū)23內(nèi)來自第一水解區(qū)22的油脂會(huì)與來自第二水解區(qū)23 的甜水繼續(xù)發(fā)生油脂水解反應(yīng)。第三水解區(qū)24也是如此。到達(dá)第三水解區(qū)24頂部為大量 的脂肪酸。經(jīng)過第二填料層6，利用水洗滌水解后的脂肪酸。如圖3所示，所述的水解塔e中的油分布器和水分布器(A-A剖面)的環(huán)形管上開8-20個(gè)孔。如圖4所示為設(shè)置于上升管和下降管之間的支撐板(B-B剖面)，所述的水解塔e中支撐每個(gè)反應(yīng)區(qū)內(nèi)上升管4-8根，下降管4-8根，高度是相應(yīng)反應(yīng)區(qū)高度的一半，上升管 在套筒外部，下降管在套筒內(nèi)部，支撐上升管和下降管的構(gòu)件上無其它孔。如圖5所示，所述的水解塔e中第一水解區(qū)、第二水解區(qū)和第三水解區(qū)的隔混板 (C-C剖面)的開孔率為10% _30%，其作用是在一定程度上提供反應(yīng)后油水相的分離的區(qū) 域。如圖6所示為水解塔中的蒸汽分布器(D-D剖面)的剖視圖，其環(huán)形管上開孔數(shù)目 為 10-14。由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明實(shí)施例通過采用三段水解結(jié)構(gòu)，介質(zhì)在每一段內(nèi) 形成環(huán)流，有效增大傳質(zhì)、傳熱，避免級(jí)間返混；油水兩相接觸面積增大，因此水解時(shí)間縮 短，水解效率增大，可實(shí)現(xiàn)90 %以上的水解效率；蒸汽來源于甜水，不但減少廢水排放，而 且濃縮甜水，為后期甘油的回收節(jié)約成本；工藝原料適應(yīng)性強(qiáng)，連續(xù)操作，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定； 塔高可有效降低，節(jié)約成本；有效利用熱能，操作簡單，自控容易，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種用于油脂水解反應(yīng)的水解塔，其特征在于，所述水解塔由下至上包括第一填料層(21)，分別用隔混板隔開的第一水解區(qū)(22)、第二水解區(qū)(23)和第三水解區(qū)(24)，以及第二填料層(6)，第一水解區(qū)(22)內(nèi)具有第一套筒(20)，在所述第一套筒(20)的內(nèi)部上方安裝有貫穿所述第一套筒(20)的第一下降管(18)；第二水解區(qū)(23)內(nèi)具有第二套筒(19)，在所述第二套筒的外部下方安裝有第一上升管(17)，在所述第二套筒(19)的內(nèi)部上方安裝有貫穿所述第二套筒(19)的第二下降管(15)；第三水解區(qū)(24)內(nèi)具有第三套筒(16)，在所述第三套筒(16)的外部下方安裝有第二上升管(14)；所述第一上升管(17)與第一下降管(18)之間、以及第二上升管(14)與第二下降管(15)之間均由支撐板隔開。
2.如權(quán)利要求1所述的用于油脂水解反應(yīng)的水解塔，其特征在于，所述第一填料層 (21)的下方具有環(huán)形油脂分布器(11)及對(duì)應(yīng)的油進(jìn)口，所述第二填料層(6)的上方安裝有 環(huán)形水分布器(7)及對(duì)應(yīng)的水進(jìn)口，所述第一水解區(qū)(22)內(nèi)安裝有第一蒸汽分布器(10) 及對(duì)應(yīng)的蒸汽入口、第二水解區(qū)(23)內(nèi)安裝有第二蒸汽分布器(9)及對(duì)應(yīng)的蒸汽入口，第 三水解區(qū)(24)內(nèi)安裝有第三蒸汽分布器(8)及對(duì)應(yīng)的蒸汽入口。
3.如權(quán)利要求2所述的用于油脂水解反應(yīng)的水解塔，其特征在于，所述隔混板上分布 有通孔，所述通孔的開孔率為10% -30%。
4.如權(quán)利要求1所述的用于油脂水解反應(yīng)的水解塔，其特征在于，所述第一上升管(17)、第一下降管(18)、和第二上升管(14)、第二下降管(15)的數(shù)量均為4-8。
5.如權(quán)利要求4所述的用于油脂水解反應(yīng)的水解塔，其特征在于，所述第一下降管(18)的高度為所述第一水解區(qū)(22)高度的一半，所述第一上升管(17)和所述第二下降管 (15)的高度為所述第二水解區(qū)(23)高度的一半，所述第二上升管(14)的高度為所述第三 水解區(qū)(24)高度的一半。
6.如權(quán)利要求2所述的用于油脂水解反應(yīng)的水解塔，其特征在于，所述環(huán)形水分布器 (7)和所述環(huán)形油脂分布器(11)上分布有8-20個(gè)通孔。
7.利用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述水解塔進(jìn)行油脂水解的方法，其特征在于，所述方法 包括步驟S1，原料油脂經(jīng)高壓泵加壓，與水解后的甜水在換熱器中進(jìn)行換熱后由水解塔下部進(jìn) 入水解塔；S2，水經(jīng)高壓泵加壓，與水解后的脂肪酸在換熱器中進(jìn)行換熱后由水解塔上部進(jìn)入水 解塔；S3，水解塔底部排出的甜水經(jīng)蒸發(fā)器進(jìn)行換熱，并產(chǎn)生水蒸汽，所述水蒸汽分別通過第 一蒸汽分布器(10)、第二蒸汽分布器(9)和第三蒸汽分布器(8)進(jìn)入水解塔中；S4，原料油脂由下部進(jìn)入水解塔后，依次經(jīng)過第一填料層(21)、第一水解區(qū)(22)、第二 水解區(qū)(23)、第三水解區(qū)(24)和第二填料層(6)；S5，反應(yīng)產(chǎn)生的甜水從水解塔底部排出后在蒸發(fā)器中濃縮，濃縮甜水與原料油脂換熱 后排出，水解后產(chǎn)生的脂肪酸與水換熱后排出。
8.如權(quán)利要求7所述利用水解塔進(jìn)行油脂水解的方法，其特征在于，所述水解塔中的 壓力范圍為1. 0-4. OMpa。
9.如權(quán)利要求7所述利用水解塔進(jìn)行油脂水解的方法，其特征在于，原料油脂和水在 水解塔中的反應(yīng)溫度在180°C -250°C。
10.如權(quán)利要求7所述利用水解塔進(jìn)行油脂水解的方法，其特征在于，原料油脂和水的 質(zhì)量比為1 (0.3-0.7)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于油脂水解反應(yīng)的水解塔及利用其進(jìn)行油脂水解的方法，該方法包括步驟原料油脂經(jīng)高壓泵加壓，與甜水換熱后由水解塔下部進(jìn)入水解塔，并依次經(jīng)過第一填料層、第一、第二、第三水解區(qū)和第二填料層；水經(jīng)高壓泵加壓，與脂肪酸換熱后由水解塔上部進(jìn)入水解塔；水解塔底部排出的甜水經(jīng)蒸發(fā)器進(jìn)行換熱產(chǎn)生的水蒸汽分別通過第一、第二和第三蒸汽分布器進(jìn)入水解塔中。本發(fā)明的方法利用三段水解結(jié)構(gòu)的水解塔，介質(zhì)在每一段內(nèi)形成環(huán)流，有效增大傳質(zhì)、傳熱，避免級(jí)間返混；油水兩相接觸面積增大，因此水解時(shí)間縮短，水解效率增大，可實(shí)現(xiàn)90％以上的水解效率。
文檔編號(hào)C11C1/04GK101829528SQ201010171279
公開日2010年9月15日 申請(qǐng)日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者徐航, 浦云新, 王金福, 邵志斌 申請(qǐng)人:清華大學(xué);無錫市華達(dá)換熱設(shè)備有限公司