專利名稱：一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯工藝及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及精細化工生產領域，旨在提供一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯工藝及裝置。技術背景
單甘酯的全稱為單脂肪酸甘油酯，采用分子蒸餾技術精制的單甘酯產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用于食品領域，目前使用量超過了食品乳化劑總量的50%。除了在食品領域外，單甘酯還廣泛應用于化妝品、醫藥、精細化工、洗滌劑、 塑料等工業中。
當前分子蒸餾單甘酯的生產主要采用酯交換法，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品，而其中分離得到的甘油、二三酯則可繼續回用進入酯化反應。專利CN101724508A就提及了一種將分子蒸餾后得到的二三酯繼續回到酯化反應的工藝，其使用占總反應物質質量25-35%的甘油與油脂或者回用二三酯在片堿催化下反應。此類工藝中由于酯化反應后的產物中少量皂(堿性催化劑與油脂反應出現)的存在，如直接進入分子蒸餾，不但會影響蒸餾效率，使分子蒸餾設備易結膠；而且由于甘油與油脂發生的酯交換反應表現為可逆平衡反應，催化劑存在條件下分子蒸餾脫除甘油后反應容易向逆向移動，使成品中單酯含量降低并且含有較高的游離甘油。因此現有生產工藝酯化反應結束后，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,也增加了生產成本。發明內容
本發明的目的是克服上述背景技術的不足，提供一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯的工藝及裝置，該工藝及裝置應具有可連續化生產，降低能耗，提高生產效率的特點。
本發明的目的是通過采用以下技術方案來實現的
一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯的工藝，依次按下述步驟進行
Α、油脂、二三酯、甘油從各自暫存罐輸出，按一定比例通過計量泵連續經靜態混合器初步混合、換熱器吸熱、加熱器加熱后，進入超聲波反應器；其中甘油為總投料重量比例的 10% 30% ；
B、混合物料在超 聲波反應器內經超聲作用后，直接進入填充有堿性催化劑的固定化床反應器進行酯化反應，酯化反應溫度為20(T240°C，反應停留時間為l(Tl20min ；
C、從固定化床反應器出來的酯化反應產物經換熱器吸熱，降溫至15(T18(TC，在粗酯暫存罐暫存后，直接進入分子蒸餾系統進行分子蒸餾；
D、所述酯化反應產物在分子蒸餾系統中先后經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入各自暫存罐以作回用， 三級分子蒸餾得到的單酯經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，超聲波反應器的超聲頻率為KTlO6Hz。
所述步驟B中，物料在固定化床反應器內反應停留時間為l(T30min。
所述固定化床反應器由多個固定化床反應器串聯相接；物料在單個固定化床反應器內停留時間為5 10min。
所述步驟B中，固定化床反應器內的酯化反應采用真空或N2保護，真空壓力為 ΓΙΟΚΡβ, N2 保護壓力為 O.1 O. 3MPa。
所述步驟B中，固定化床反應器或流動床反應器內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化生產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、分別經過各自的計量泵后并聯接入靜態混合器，或者通過一臺多頭比例泵后并聯接入靜態混合器， 然后接入換熱器；固定化床反應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裝置、二級分子蒸餾裝置、三級分子蒸餾裝置在內的分子蒸餾系統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器、固定化床反應器，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 應器為兩個或多個串接的固定化床反應器，兩個相鄰的固定化床反應器之間還串接一超聲波反應器。
所述固定化床反應器、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。
所述超聲波反應器可為液哨式超聲反應器，聲變幅桿浸入式反應器。其中根據催化劑的顆粒性質，聲變幅桿浸入式反應器可以安裝于固定化床反應器。
所述一級薄膜蒸發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； 可多個分子蒸餾設備串聯或并聯。
本發明與現有技術相比，具有以下突出優點及積極效果
1、選用固定化床反應器及固體堿性催化劑，酯化反應產物無需進一步酸處理，簡化了生產工藝。
2、固定化床反應器與超聲波反應器聯用，使油脂與甘油充分接觸反應，反應時間由常規工藝的l 2h縮短到15-30min，粗酯中單酯的含量由常規工藝的4(Γ50%提高到 50 70%，極大地提高了反應效率。


圖1為本發明所述的使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯裝置系統結構圖。
圖中
I為油脂暫存罐，2為油脂計量泵，3為甘油暫存罐，4為甘油計量泵，5為二三酯暫存罐，6為二三酯計量泵，7為靜態混合器，8為換熱器，9為加熱器，10為超聲波反應器，11 為固定化床反應器，12為粗酯暫存罐，13為一級薄膜蒸發裝置，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。
具體實施方式
為更好地理解本發明，下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明，但是本發明要求保護的范圍并不局限于實例表示的范圍。
本發明中步驟A的油脂、甘油及二三酯的入料速度根據產能確定；油脂與二三酯的比例根據存在二三酯的多少決定。
本發明中的固定化床反應器也可用流動床反應器替代。
單甘酯的工業生產中最普遍采用油脂與甘油進行酯交換反應工藝生產，本反應為可逆平衡反應，其反應產物為單、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化生產普遍采用分子蒸餾法。分子蒸餾時，一般先將甘油從反應產物中分離，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。因此現有生產工藝酯化反應結束后，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。
本發明采用固定化床反應器，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。并且通過串聯相接的超聲波反應器，極大地提高了轉化 率，減少了反應時間(反應時間由常規工藝的l 2h縮短到15-30min)，粗酯中單酯的含量由常規工藝的4(Γ50%提高到50 70%，極大地提高了反應效率。
所述固定化床反應器的大小根據產能及停留時間確定，物料在單個固定化床反應器內停留時間優選5 10min，可由多個固定化床反應器串聯連接。
由圖所示，該系統的整個流程為油脂、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)通過計量泵(油脂計量泵2、甘油計量泵4、二三酯計量泵6)按一定速度進入靜態混合器7初步混合，再經由換熱器8吸熱，加熱器9加熱，升溫至 20(T240°C，經由超聲波反應器10進入填充有固體堿性催化劑的固定化床反應器11進行轉酯化反應，反應停留時間為15 30min。反應結束后粗酯(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)經換熱器9吸熱降溫至15(T18(TC，進入粗酯暫存罐12后直接去分子蒸餾系統。
粗酯在一級薄膜蒸發裝置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利用，單甘酯16經由噴粉后得到分子蒸餾單甘酯。
以下結合實施例進一步說明。
實施例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計量泵打入反應系統，物料經由靜態混合器初步混合，換熱器吸熱升溫至190°C，加熱器加熱升溫至230°C進入兩兩串接的兩組超聲波反應器及固定化床反應器進行轉酯化反應。其中超聲波反應器選用液哨式超聲反應器，超聲頻率控制為IO5Hz ;固定化床反應器內填充有MgO作為固體堿性催化劑，物料在單個固定化床反應器內的有效停留時間控制在lOmin，控制系統真空度為5KPa。反應所得粗酯經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%。粗酯進入粗酯暫存罐后，不作停留直接按2t/h的流速進入分子蒸餾系統。
一級薄膜蒸發控制蒸發溫度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溫度為165°C，蒸出甘油速度約120kg/h ;三級分子蒸餾控制蒸發溫度為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量指標
權利要求
1.一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯的工藝，依次按下述步驟進行A、油脂、二三酯、甘油從各自暫存罐輸出，按一定比例通過計量泵連續經靜態混合器初步混合、換熱器吸熱、加熱器加熱后，進入超聲波反應器；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器內經超聲作用后，直接進入填充有堿性催化劑的固定化床反應器進行酯化反應，酯化反應溫度為20(T240°C，反應停留時間為l(Tl20min ；C、從固定化床反應器出來的酯化反應產物經換熱器吸熱，降溫至15(T18(TC，在粗酯暫存罐暫存后，直接進入分子蒸餾系統進行分子蒸餾；D、所述酯化反應產物在分子蒸餾系統中先后經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入各自暫存罐以作回用，三級分子蒸餾得到的單酯經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.根據權利要求1所述的一種使用固定化床連續化生產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.根據權利要求2所述的一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯的工藝，其特征在于所述步驟A中，超聲波反應器的超聲頻率為105 106Hz。
4.根據權利要求3所述的一種使用固定化床連續化生產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器內反應停留時間為l(T30min。
5.根據權利要求4所述的一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯的工藝，其特征在于所述固定化床反應器由多個固定化床反應器串聯相接；物料在單個固定化床反應器內停留時間為5 IOmin。
6.根據權利要求5所述的一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯的工藝，其特征在于所述步驟B中，固定化床反應器內的酯化反應采用真空或N2保護，真空壓力為 ΓΙΟΚΡβ, N2 保護壓力為 O.1 O. 3MPa。
7.根據權利要求6所述的一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯的工藝，其特征在于所述步驟B中，固定化床反應器內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化生產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、分別經過各自的計量泵后并聯接入靜態混合器(7)，或者通過一臺多頭比例泵后并聯接入靜態混合器，然后接入換熱器(8);固定化床反應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裝置(13)、二級分子蒸餾裝置(14)、三級分子蒸餾裝置(15)在內的分子蒸餾系統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器、固定化床反應器，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.根據權利要求8所述的一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯的裝置，其特征在于所述固定化床反應器(11)為兩個或多個串接的固定化床反應器，兩個相鄰的固定化床反應器之間還串接一超聲波反應器。
10.根據權利要求9所述的一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯的裝置，其特征在于所述固定化床反應器、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
本發明涉及一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯工藝及裝置。目的是提供的工藝及裝置應有效率高的特點。技術方案是一種使用固定化床連續化生產分子蒸餾單甘酯的工藝，依次按下述步驟進行A、初步混合、吸熱、加熱后，進入超聲波反應器；B、進行酯化反應；C、降溫后進行分子蒸餾；D、單酯經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化生產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器、固定化床反應器，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 優先權日2012年12月17日
發明者史立文, 葛贊, 汪家眾, 周建東, 計曉黎, 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