一种酶法生物柴油生产过程中的组合蒸发脱醇系统的制作方法

1.本实用新型属于生物柴油生产中的分离技术领域，具体涉及一种酶法生物柴油生产过程中的组合蒸发脱醇系统。

背景技术：

2.生物柴油作为绿可再生能源，具有可生物降解，无毒、燃烧完全，沸点较高不易挥发，运输及储藏比石化柴油更安全，能提供润滑作用，增加引擎的耐用性，延长使用寿命等优点，成为石化柴油的重要替代燃料之一。目前用于生产生物柴油的方法主要有化学法、生物酶法、超临界法等。近年来，由于利用生物酶法生产生物柴油的工艺反应条件相对温和，对废弃油脂原料要求低，已成为生物柴油领域的研究热点，并得到了越来越广泛的应用。
3.生物柴油酶法生产工艺在反应过程中原料脂肪酸甘油酯在酶的催化作用下反应生成生物柴油并产生副产物甘油，生物柴油和甘油通常可通过重力沉降的手段分离，但由于反应原料中甲醇的过量加入，以及酶法生物柴油工艺中大量水的产生，使得生物柴油相和甘油相都含有大量甲醇和水，且甘油相中存在的甲醇和水分含量较多。
4.为了针对产物生物柴油和副产物甘油进一步精制除杂，并回收体系内过量的甲醇实现重复利用，需要分别对两相蒸发脱除甲醇。而传统蒸发器的蒸发换热面积有限，所以有必要针对酶法制备生物柴油并沉降分离后得到的生物柴油相和甘油相提供一套组合蒸发脱醇系统，分别针对两相的物料组成，实现甲醇的深度脱除。

技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了针对酶法生物柴油工艺制备并分离得到的生物柴油相和甘油相提供一种组合蒸发脱醇系统，提高脱醇效率，实现甲醇的深度脱除。
6.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种酶法生物柴油生产过程中的组合蒸发脱醇系统，所述组合蒸发脱醇系统包括多层蒸发单元和薄膜蒸发单元，分别针对甘油相和生物柴油相深度脱醇，其中：
8.所述多层蒸发单元包括多层蒸发器、第一换热器、第一冷却器和第一甲醇水储罐，所述多层蒸发器包括壳体，所述壳体上部设有进料口，顶端设有出气口，底端设有出液口，所述壳体上设有若干层换热组件；所述第一换热器的管程进口用于上游的甘油相进料，管程出口与所述进料口连接；所述出液口与所述第一换热器的壳程进口连接，壳程出口用于冷却后的甘油排出；所述出气口通过所述第一冷却器与所述第一甲醇水储罐连接；
9.所述薄膜蒸发单元包括薄膜蒸发器、第二换热器、缓冲罐、第二冷却器和第二甲醇水储罐，所述薄膜蒸发器包括内壳体和设置于所述内壳体外部的换热夹套，所述内壳体的上部设有进液口，顶端设有气相出口，底端设有液相出口，所述换热夹套的上端设有第二蒸汽进口，下端设有第二蒸汽凝液出口；所述第二换热器的冷源进口用于上游的生物柴油相进料，冷源出口与所述进液口连接；所述内壳体的中心设有转轴，所述转轴由安装于所述内
壳体上方的电机驱动转动，所述转轴上设置有若干段螺旋分布器和若干段刮板结构；所述液相出口与所述第二换热器的热源进口连接，热源出口用于冷却后的生物柴油排出；所述气相出口依次通过缓冲罐和第二冷却器与所述第二甲醇水储罐连接；所述第一甲醇水储罐和第二甲醇水储罐的出口连接，用于将两个储罐内的甲醇水汇和后一并通入下游工段，实现甲醇的回收利用。
10.本实用新型进一步设置为，所述多层蒸发器中的所述换热组件包括与所述壳体内壁固定连接的托盘、安装于所述托盘内的换热管和安装于所述壳体外壁且位于所述换热管外侧的管箱，所述托盘水平设置且其一侧与所述壳体的内壁留有间隙，所述管箱上设有第一蒸汽进口和第一蒸汽凝液出口，所述换热管的两端穿过所述壳体的侧壁且在所述管箱内分别与所述第一蒸汽进口和第一蒸汽凝液出口连通。
11.本实用新型进一步设置为，所述多层蒸发器中的所述换热组件在所述壳体上交错排列设置，具体的，所述换热组件沿着所述壳体的纵向交替与所述壳体侧壁的两侧连接固定。
12.本实用新型进一步设置为，所述托盘为弓形，其弧形侧与所述壳体的内壁连接固定，弦侧竖直设置溢流堰，所述换热管为u形管或蛇形管，布置于所述托盘内。
13.本实用新型进一步设置为，所述溢流堰的高度与所述托盘内的换热管的高度相同或略高于所述换热管的高度；具体的，高出所述换热管高度的5％～10％。
14.本实用新型进一步设置为，沿着所述壳体轴向向下，所述托盘的面积依次增大，即所述托盘与所述壳体内壁的间隙依次变窄。
15.本实用新型进一步设置为，所述多层蒸发器包括六层换热组件，沿着所述壳体轴向向下，每层换热组件的托盘与所述壳体内壁的间隙最大处的宽度与所述壳体内径的比例依次为0.30～0.35、0.25～0.30、0.20～0.25、0.15～0.20、0.10～0.15、0.05～0.10。
16.本实用新型进一步设置为，所述托盘与所述壳体内壁的间隙最大处的宽度与所述壳体内径的比例等比例减小。
17.本实用新型进一步设置为，所述薄膜蒸发器的螺旋分布器为沿着所述转轴设置的螺旋叶片结构，所述刮板结构包括垂直连接于所述转轴的若干个支撑杆，所述支撑杆沿圆周均匀分布，所述支撑杆的另一端固定连接一竖直的杆状刮板，所述杆状刮板在转动过程中贴近所述内壳体的内壁面。
18.本实用新型进一步设置为，所述螺旋分布器和所述刮板结构沿着所述转轴依次交替排列。
19.本实用新型进一步设置为，所述螺旋分布器和刮板结构设置为3～6段；优选的，所述螺旋分布器设置为4段，所述刮板结构设置为3段。
20.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
21.(1)本实用新型为酶法生物柴油工艺制备并分离得到的甘油相和生物柴油相设置组合蒸发脱醇系统，并根据两相中轻相的比例，分别设置多层蒸发单元和薄膜蒸发单元，保证两相的脱醇效率，实现甘油相和生物柴油相中甲醇的深度脱除。
22.(2)所述多层蒸发单元和薄膜蒸发单元均对于蒸发前后的物料进行热量综合利用，节省能耗。
23.(3)所述多层蒸发单元通过设置若干层的换热组件实现甘油相中轻相的逐层换
热，且换热组件的托盘的面积逐层增大，一方面上层的用于蒸汽上升的间隙较宽有利于蒸发气相上升时的阻力减小，降低压降，另一方面，下层的换热组件提供更大的托盘，可容纳更多或是更长的换热管，带来更大的蒸发换热面积。
24.(4)所述薄膜蒸发单元利用夹套通入热源换热，在若干层的螺旋分布器和刮板结构的共同作用下在内壳体的内壁面上形成连续均匀的液膜，传热效率高，停留时间短。
附图说明
25.图1为本实用新型的组合蒸发脱醇系统的流程示意图；
26.图2为本实用新型的多层蒸发器的结构示意图；
27.图3为本实用新型的薄膜蒸发器的结构示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
29.根据图1所示为本实用新型的酶法生物柴油生产过程中的组合蒸发脱醇系统，所述组合蒸发脱醇系统包括多层蒸发单元和薄膜蒸发单元，分别针对甘油相和生物柴油相深度脱醇，其中：
30.所述多层蒸发单元包括多层蒸发器1、第一换热器2、第一冷却器3和第一甲醇水储罐4，结合图2所示，所述多层蒸发器1包括壳体1-1，所述壳体1-1上部设有进料口1-2，顶端设有出气口1-3，底端设有出液口1-4，所述壳体1-1上设有若干层换热组件，所述多层蒸发器1具有比传统蒸发器更大的换热面积，有利于轻相含量更高的甘油相的脱醇；所述第一换热器2的管程进口与上游酶法生物柴油生产过程中的甘油分离系统的甘油相出口连接，管程出口与所述进料口1-2连接，用于将甘油相物料经换热器预热后通入所述多层蒸发器1内；所述出液口1-4与所述第一换热器2的壳程进口连接，使得脱醇后的甘油利用原料甘油相的温度降温冷却并同时预热进料，壳程出口用于冷却后的甘油排出；所述出气口1-3通过所述第一冷却器3与所述第一甲醇水储罐4连接，使得蒸发的气相经所述出气口1-3排出经第一冷却器3冷凝后收集于所述第一甲醇水储罐4内；
31.所述薄膜蒸发单元包括薄膜蒸发器5、第二换热器6、缓冲罐7、第二冷却器8和第二甲醇水储罐9，结合图3所示，所述薄膜蒸发器5包括内壳体5-1和设置于所述内壳体5-1外部的换热夹套5-2，所述内壳体5-1的上部设有进液口5-3，顶端设有气相出口5-4，底端设有液相出口5-5，所述换热夹套5-2的上端设有第二蒸汽进口5-2-1，下端设有第二蒸汽凝液出口5-2-2；所述第二换热器6的冷源进口与上游酶法生物柴油生产过程中的甘油分离系统的生物柴油相出口连接，冷源出口与所述进液口5-3连接，用于将生物柴油相物料经换热器预热后通入所述薄膜蒸发器5内；所述内壳体5-1的中心设有转轴5-6，由安装于所述内壳体5-1上方的电机驱动转动，所述转轴5-6上固定连接有若干段螺旋分布器5-7和若干段刮板结构5-8，使得进料的生物柴油相经所述螺旋分布器5-7均匀布料，在离心力的作用下均布于所述内壳体5-1的内壁面并沿着内壁面向下流动，且在所述刮板结构5-8的作用下在所述内壳体5-1的内壁面形成连续均匀的液膜，强化生物柴油相的换热蒸发；所述液相出口5-5与所述第二换热器6的热源进口连接，使得脱醇后的生物柴油利用原料生物柴油相的温度降温冷却并同时预热进料，热源出口用于冷却后的生物柴油排出；所述气相出口5-4依次通过缓
冲罐7和第二冷却器8与所述第二甲醇水储罐9连接，使得蒸发的气相经所述气相出口5-4排出经缓冲罐7和第二冷却器8冷凝后收集于所述第二甲醇水储罐9内。
32.由于所述多层蒸发单元和薄膜蒸发单元的蒸发脱醇过程中同时会蒸出水分，所以蒸出气相为甲醇和水的混合物，所述第一甲醇水储罐4和第二甲醇水储罐9的出口连接，将两个储罐内的甲醇水汇和后一并进入下游精馏工段精馏分离出水分，实现甲醇的回收利用。
33.进一步的，所述多层蒸发器1中的所述换热组件包括与所述壳体1-1内壁固定连接的托盘1-5、安装于所述托盘1-5内的换热管1-6和安装于所述壳体1-1外壁且位于所述换热管1-6外侧的管箱1-7，所述托盘1-5水平设置且其一侧与所述壳体1-1的内壁留有间隙，所述管箱1-7上设有第一蒸汽进口1-7-1和第一蒸汽凝液出口1-7-2，所述换热管1-6的两端穿过所述壳体1-1的侧壁且在所述管箱1-7内分别与所述第一蒸汽进口1-7-1和第一蒸汽凝液出口1-7-2连通，使得热源蒸汽从上述管箱1-7的第一蒸汽进口1-7-1通入后流经所述托盘1-5内的换热管1-6，与托盘1-5内的甘油相物料换热后由所述第一蒸汽凝液出口1-7-2流出；所述换热组件在所述壳体1-1上交错排列设置，具体的，所述换热组件沿着所述壳体1-1的纵向交替与所述壳体1-1侧壁的两侧连接固定(即图2所示的视图中奇数层的换热组件均与所述壳体1-1的左侧连接而右侧留有间隙，偶数层的换热组件均与右侧连接而左侧留有间隙)，使得所述托盘1-5内的甘油相经换热蒸发后溢流至下一层的换热组件中的托盘1-5中继续换热蒸发。
34.进一步的，所述托盘1-5为弓形，其弧形侧与所述壳体1-1的内壁连接固定，弦侧竖直设置溢流堰1-5-1，所述换热管1-6为u形管或蛇形管，布置于所述托盘1-5内，所述溢流堰1-5-1的高度与所述托盘内的换热管1-6的高度相同或略高于所述换热管1-6的高度，具体的，高出所述换热管1-6高度的5％～10％，使得托盘内的甘油相物料可没过所述换热管1-6，充分利用换热面积，且通过所述溢流堰1-5-1流入下一层换热组件的托盘1-5内，同时弓形托盘与溢流堰的设置也有助于甘油相物料溢流时的均匀分布。
35.进一步的，沿着所述壳体1-1的轴向向下，所述托盘1-5的面积依次增大，即所述托盘1-5与所述壳体1-1的内壁的间隙依次变窄，一方面上方换热组件的托盘内的轻相含量较高，留有较宽的间隙有利于蒸发气相上升时的阻力减小，降低压降；另一方面，随着甘油相的向下溢流，轻相的含量逐渐减小，分离难度逐渐增大，更大的托盘面积能容纳更多或更长的换热管，以提供更大的换热面积，提高轻相含量较少时的脱醇分离效率。
36.优选的，所述多层蒸发器1包括六层换热组件，沿着所述壳体1-1的轴向向下，每层换热组件的所述托盘1-5与所述壳体1-1内壁的间隙最大处的宽度与所述壳体1-1内径的比例依次为0.30～0.35、0.25～0.30、0.20～0.25、0.15～0.20、0.10～0.15、0.05～0.10；所述托盘1-5与所述壳体1-1内壁的间隙最大处的宽度与所述壳体1-1内径的比例等比例减小。
37.进一步的，所述薄膜蒸发器5的螺旋分布器5-7为沿着所述转轴5-6设置的螺旋叶片结构，所述刮板结构5-8包括垂直连接于所述转轴5-6的若干个支撑杆5-8-1，所述支撑杆5-8-1沿圆周均匀分布，所述支撑杆5-8-1的另一端固定连接一竖直的杆状刮板5-8-2，所述杆状刮板5-8-2在转动过程中贴近所述内壳体5-1的内壁面，有助于将内壁面上的液体形成连续的和均匀的液膜，提高蒸发效率。
38.所述螺旋分布器5-7和所述刮板结构5-8沿着所述转轴5-6依次交替排列，结构上互不干扰，所述螺旋分布器5-7和刮板结构5-8设置为3～6段；优选的，所述螺旋分布器5-7设置为4段，所述刮板结构5-8设置为3段。
39.进一步的，所述组合蒸发脱醇系统的各设备的连接管线上根据实际流体输送需求，设置泵或压缩机，为流体输送提供动力。
40.根据本实用新型提供的上述系统，酶法生物柴油生产过程中的蒸发脱醇的过程具体如下：
41.酶法生物柴油生产过程中经甘油分离系统得到的生物柴油相和甘油相两相物料，其中甘油相通入所述第一换热器预热后进入所述多层蒸发器，多层蒸发器内的换热组件中通入蒸汽提供热源，甘油相物料在最上层换热组件的托盘内与换热管内的蒸汽换热蒸发，随着不断地进料，甘油相物料溢流至下一层换热组件并依次经过下方的若干层换热组件不断被换热蒸发，实现甘油相的深度脱醇，脱醇后的甘油从底部的出液口排出并通入所述第一换热器中与进料的甘油相换热，热量综合利用，利用脱醇后甘油的热量预热进料同时实现自身的冷却降温，蒸发后的气相从顶端的出气口排出，经第一冷却器冷凝后收集于所述第一甲醇水储罐内。生物柴油相通入第二换热器预热后进入所述薄膜蒸发器，薄膜蒸发器的换热夹套内通入蒸汽提供热源，生物柴油相进料后在旋转的螺旋分布器和刮板结构的共同作用下，均布于内壁面上并沿着内壁面向下流动，且在内壁面形成连续均匀的液膜，实现生物柴油相的深度脱醇，脱醇后的生物柴油从底部的液相出口排出并通入所述第二换热器中与进料的生物柴油相换热，蒸发后的气相从顶端的气相出口排出，经缓冲罐缓冲和第二冷却器冷凝后收集于所述第二甲醇水储罐内。所述第一甲醇水储罐和第二甲醇水储罐中的甲醇水汇和后进入下游精馏工段精馏分离出水分，实现甲醇的回收利用。
42.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：为酶法生物柴油工艺制备并分离得到的甘油相和生物柴油相设置组合蒸发脱醇系统，并根据两相中轻相的比例，分别设置多层蒸发单元和薄膜蒸发单元；所述多层蒸发单元和薄膜蒸发单元均对于蒸发前后的物料进行热量综合利用，节省能耗；所述多层蒸发单元中，通过设置若干层的换热组件实现甘油相中轻相的逐层换热，且换热组件的托盘的面积逐层增大，一方面上层的用于蒸汽上升的间隙较宽有利于蒸发气相上升时的阻力减小，降低压降，另一方面，下层的换热组件提供更大的托盘，可容纳更多或是更长的换热管，带来更大的蒸发换热面积；所述薄膜蒸发单元利用夹套通入热源换热，在若干层的螺旋分布器和刮板结构的作用下在内壳体的内壁面上形成连续均匀的液膜，传热效率高，停留时间短，通过所述组合蒸发脱醇系统，提高了脱醇效率，实现甘油相和生物柴油相中甲醇的深度脱除。
43.以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。

技术特征：

1.一种酶法生物柴油生产过程中的组合蒸发脱醇系统，其特征在于，所述组合蒸发脱醇系统包括多层蒸发单元和薄膜蒸发单元，其中：所述多层蒸发单元包括多层蒸发器、第一换热器、第一冷却器和第一甲醇水储罐，所述多层蒸发器包括壳体，所述壳体上部设有进料口，顶端设有出气口，底端设有出液口，所述壳体上设有若干层换热组件；所述第一换热器的管程进口用于上游的甘油相进料，管程出口与所述进料口连接；所述出液口与所述第一换热器的壳程进口连接，壳程出口用于冷却后的甘油排出；所述出气口通过所述第一冷却器与所述第一甲醇水储罐连接；所述薄膜蒸发单元包括薄膜蒸发器、第二换热器、缓冲罐、第二冷却器和第二甲醇水储罐，所述薄膜蒸发器包括内壳体和设置于所述内壳体外部的换热夹套，所述内壳体的上部设有进液口，顶端设有气相出口，底端设有液相出口；所述第二换热器的冷源进口用于上游的生物柴油相进料，冷源出口与所述进液口连接；所述内壳体的中心设有转轴，所述转轴上设置有若干段螺旋分布器和若干段刮板结构；所述液相出口与所述第二换热器的热源进口连接，热源出口用于冷却后的生物柴油排出；所述气相出口依次通过缓冲罐和第二冷却器与所述第二甲醇水储罐连接；所述第一甲醇水储罐和第二甲醇水储罐的出口连接。2.根据权利要求1所述的组合蒸发脱醇系统，其特征在于，所述多层蒸发器中的所述换热组件包括与所述壳体内壁固定连接的托盘、安装于所述托盘内的换热管和安装于所述壳体外壁且位于所述换热管外侧的管箱，所述托盘水平设置且其一侧与所述壳体的内壁留有间隙，所述管箱上设有第一蒸汽进口和第一蒸汽凝液出口，所述换热管的两端穿过所述壳体的侧壁且在所述管箱内分别与所述第一蒸汽进口和第一蒸汽凝液出口连通。3.根据权利要求2所述的组合蒸发脱醇系统，其特征在于，所述多层蒸发器中的所述换热组件在所述壳体上交错排列设置。4.根据权利要求3所述的组合蒸发脱醇系统，其特征在于，所述托盘为弓形，其弧形侧与所述壳体的内壁连接固定，弦侧竖直设置溢流堰。5.根据权利要求4所述的组合蒸发脱醇系统，其特征在于，所述溢流堰的高度与所述托盘内的换热管的高度相同或高出所述换热管高度的5％～10％。6.根据权利要求3所述的组合蒸发脱醇系统，其特征在于，沿着所述壳体轴向向下，所述托盘的面积依次增大，即所述托盘与所述壳体内壁的间隙依次变窄。7.根据权利要求6所述的组合蒸发脱醇系统，其特征在于，所述托盘与所述壳体内壁的间隙最大处的宽度与所述壳体内径的比例等比例减小。8.根据权利要求6所述的组合蒸发脱醇系统，其特征在于，所述多层蒸发器包括六层换热组件，沿着所述壳体轴向向下，每层换热组件的托盘与所述壳体内壁的间隙最大处的宽度与所述壳体内径的比例依次为0.30～0.35、0.25～0.30、0.20～0.25、0.15～0.20、0.10～0.15、0.05～0.10。9.根据权利要求1所述的组合蒸发脱醇系统，其特征在于，所述薄膜蒸发器的螺旋分布器为沿着所述转轴设置的螺旋叶片结构，所述刮板结构包括垂直连接于所述转轴的若干个支撑杆，所述支撑杆沿圆周均匀分布，所述支撑杆的另一端固定连接一竖直的杆状刮板。10.根据权利要求1所述的组合蒸发脱醇系统，其特征在于，所述螺旋分布器和所述刮板结构沿着所述转轴依次交替排列，且所述螺旋分布器和刮板结构设置为3～6段。

技术总结

本实用新型提供了一种酶法生物柴油生产过程中的组合蒸发脱醇系统，包括多层蒸发单元和薄膜蒸发单元，多层蒸发单元包括多层蒸发器、第一换热器、第一冷却器和第一甲醇水储罐，所述多层蒸发器的壳体上设有若干层换热组件；所述薄膜蒸发单元包括薄膜蒸发器、第二换热器、缓冲罐、第二冷却器和第二甲醇水储罐，所述薄膜蒸发器的内壳体中心设有转轴，所述转轴上设置有若干段螺旋分布器和若干段刮板结构，通过所述组合蒸发脱醇系统可以保证生物柴油和甘油两相的脱醇效率，实现甘油相和生物柴油相中甲醇的深度脱除。中甲醇的深度脱除。中甲醇的深度脱除。