[发明专利]一种生物柴油制备装置及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生物柴油制备装置及制备方法。

背景技术

随着石油资源的日益枯竭和人类对能源需求量的快速增加，世界各国都在加快开发新型可替代能源。生物柴油是一种新型的无污染、可再生能源，具有易于生物降解、燃烧污染物排放低、温室气体排放少等优点，符合可持续发展的要求。在工业化生产中，一般采用植物油脂为原料，通过酯交换反应制备得到生物柴油，通常采用酸、碱作为催化剂。传统的制备生物柴油的设备多采用机械搅拌反应器，混合主要靠搅拌桨来实现，以每个搅拌桨为中心，反应液体形成局部的小循环，不能使油脂和甲醇以及催化剂充分接触、混合，酯交换反应不充分，反应速度慢，效率低。目前，制约生物柴油产业发展的瓶颈在于其成本较高且效率偏低，突破该瓶颈的方法只有开发新型的低成本、高效率的生物柴油制备工艺。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结合稳定磁力搅拌和超声波作用的生物柴油制备装置及利用该装置的生物柴油制备方法，具体由以下技术方案来实现：

一种生物柴油制备装置，该装置包括磁力搅拌机构、超声波酯化反应机构和液体分相器，所述磁力搅拌机构包括搅拌桶、立式圆形永磁铁、磁性离子液体储罐以及原料储罐，所述搅拌桶中部设有分层挡板，该分层挡板将搅拌桶分隔成上、下搅拌室，且分层挡板中部设有连通上、下搅拌室的通孔，所述下搅拌室底部内凹，所述立式圆形永磁铁可转动地置于该内凹处，所述原料储罐、磁性离子液体储罐分别通过管路与所述下搅拌室的下部、上部连通；所述超声波酯化反应机构包括恒温单元以及互相连接的酯化反应器和超声波发生单元，所述酯化反应器与恒温单元接触连接；所述酯化反应器的上、下部分别通过管路与所述上搅拌室、液体分相器连通。

所述的生物柴油制备装置，其进一步设计在于，所述下搅拌室底部内凹处形成内凹壁，所述内凹壁上设置有环状进料口；所述原料储罐上部设有三个反应物进料口，其下部设有原料出料口，所述原料出料口通过一原料管路与所述环状进料口连通，所述原料管路外壁上套设有一加热管。

所述的生物柴油制备装置，其进一步设计在于，所述酯化反应器为倾斜设置一支架上的管状容器，所述超声波发生单元包括依次连接的变幅杆、超声波换能器以及超声发生器，所述变幅杆与所述酯化反应器连接，将超声发生器产生的超声波变幅后传送入酯化反应器内。

所述的生物柴油制备装置，其进一步设计在于，所述恒温单元为套设在所述酯化反应器上的恒温伴热夹套。

所述的生物柴油制备装置，其进一步设计在于，所述液体分相器中部设有产物进料口，其上部、下部分别设有甲酯出口、甘油出口，该液体分相器内部还设有一隔流挡板，该隔流挡板包括互相连接的水平段与竖直段，所述水平段与产物进料口上部的液体分相器内壁连接，所述竖直段与所述产物进料口相对。

所述的生物柴油制备装置，其进一步设计在于，所述液体分相器上部呈圆柱筒体，其下部呈倒锥筒体，所述甘油出口位于所述倒锥筒体的下端，所述甘油出口、甲酯出口的上方均设有一液位计，分别为重相液位计、轻相液位计。

所述的生物柴油制备装置，其进一步设计在于，所述磁性离子液体储罐通过一离子液体管路与所述下搅拌室连通，所述原料管路、离子液体管路上均设置有一液泵和一流量计。

所述的生物柴油制备装置，其进一步设计在于，所述磁力搅拌机构还包括与所述立式圆形永磁铁驱动连接的旋转马达以及通过管路与所述下搅拌室连通的磁性离子液体回收罐。

利用上述生物柴油制备装置的生物柴油制备方法，该制备方法包括如下步骤：

1）、将原料植物油、甲醇以及强碱性催化剂以一定比例分别从所述原料储罐上的三个反应物进料口加入原料储罐形成原料混合物，在磁性离子液体储罐中加入[bmim]FeCl₄离子液体；

2）、启动所述离子液体管路上的液泵将所述下搅拌室内装满步骤1所述离子液体；

3）、以一定转速转动立式圆形永磁铁，使得上述离子液体处于一定强度的旋转磁场的作用下并开始高速转动；

4）、启动所述原料管路上的液泵，自所述环状进料口将原料储罐内的原料混合物以一定速度送入所述下搅拌室内，原料混合物的密度小于上述离子液体的密度，其在经高速转动的离子液体充分搅拌的同时上升进入所述上搅拌室；

5）、当上搅拌室内经过充分搅拌的原料混合物达到一定量时，将原料混合物送入所述酯化反应器内，于此同时，启动恒温单元以及超声发生器，使得原料混合物在恒温以及一定频率的超声波作用下酯化反应一定时间后生成轻相甲酯和重相甘油；