生物柴油生产装置——连续釜式反应器

   日期:2016-04-24    


釜式反应器连续操作又称全混操作,如下图:

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其特点是物料一进入反应器,就立即与器内物料均匀混合,而且器内的温度、浓度等参数与出口物料的参数相同,故器内各点的反应速率相同,且等于出口转化率时的反应速率。釜式反应器连续操作时可避免间歇操作时的需有装料和卸料等辅助操作,连续反应釜体积的计算与间歇釜基本相同,只是在计算体积时不需考虑辅助操作时间。

由于连续反应釜中的返混程度最大,物料一进入反应器就立即与器内物料均匀混合,反应物的浓度立即降到出口处的浓度,反应始终在最低浓度 (出口浓度)下进行,因此,在生物柴油生产过程中,反应速率小,达到同样的转化率与产量,需要的时间长,因而需要的反应器容积较间歇反应釜大得多。同一反应,为了克服这个缺点,可以采用多釜串联的办法,如下图所示:

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例如,将一个容积为VR的全混釜以N个容积为VR/N的全混釜来代替,如两者的起始与最终的温度、浓度条件都相同,则单釜时全部反应过程都在最终浓度cAf下进行,反应最慢;在两釜串联时,第一釜在cA1下进行,仅第二釜在cAf下进行,整个反应的速率提高了;在三釜串联时,前两釜都在高于cAf的浓率下进行,仅第三釜在cAf下进行,反应速率较两釜时为高。可见串联的釜数越多,反应时的浓度提高越多,反应速率越快,需要的反应时间或反应器容积就越小。

采用碱性催化剂 (如 NaOH、KOH、NaOCH3、有机碱等,常用无水 NaOH)的生物柴油生产过程,是反应速率较快,辅助时间相对较长的反应。Ballestra、ConnemannCD,以及鲁奇公司的装置都采用了连续工艺,这些工艺由2~3台反应釜串联。文献报道,黑维杰持在2006年设计了一个6阶段连续反应器,用它对精炼的、漂白的和脱气味的棕榈油,用甲醇进行碱性催化,生产生物柴油。反应器设计成包括6个连续搅拌罐反应器在一起形成铅垂方向层叠式结构。每个单元由有小口的板隔离。每个单元中间高度处有一涡轮。全部涡轮都安装在一根轴上,在轴的上端由一搅动马达驱动。停留时间设定为3min、6min、9min、12min,相应的棕榈油和 NaOH/甲醇溶液的总流量分别为 757.3mL/min,378.7mL/min,252.4mL/min,189.3mL/min。整个实验棕榈油对 NaOH/甲醇溶液的流量比率保持在3.81∶1,以期达到计算所得的甲醇对棕榈油的摩尔比为6∶1。

实验使用的6阶段连续反应器在不同停留时间得到的产品中,生物柴油的高质量分率,以及残留的甘油三酯、甘油二酯和甘油单酯的低质量分率,可以与在相同的反应条件下用棕榈油以酯基转移方法生产生物柴油的完全混合式一次投料反应器相媲美。经过计算,本实验使用的6阶段连续反应器在产品纯度为97.5%,98.2%,99.2%的条件下,生产能力分别为17.3L/h,11.4L/h和8.5L/h。
 

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