СПОСОБ ПЕРЕЭТЕРИФИКАЦИИ РАСТИТЕЛЬНОГО МАСЛА
METHOD OF VEGETABLE OIL RE-ETHERIFICATION

Изобретение относится к способу получения биодизельного топлива с использованием процесса переэтерификации растительного масла и может быть использовано в нефтехимической и топливной промышленности для получения компонентов жидкого биодизельного топлива, синтезируемого из возобновляемого сырья растительного происхождения.
Известен способ проведения реакции переэтерификации, включающий смешивание подогретого до 50-80°C растительного масла и раствора щелочи (катализатора) в спирте. Реакционную массу перемешивают в течение некоторого времени (до 2 часов), затем отстаивают до полного расслоения эфирной и глицериновой фазы. Отделяют верхний эфирный слой, нейтрализуют раствором неорганической кислоты, промывают водой [Стопский Н.А. Химия жиров и продуктов переработки жирового сырья: Учеб./ Н.А. Стопский. - М.: Колос, 1992. - 285 с.]. Длительность процесса переэтерификации не позволяет реализовать в этом случае непрерывную схему производства биодизельного топлива. Один из путей увеличения скорости и сокращения времени реакции - увеличение температуры и давления при проведении процесса. Известен способ производства биодизелыюго топлива (RU 2412236 С2, С11С 3/04 от 15.12.2008 г.) путем переэтерификации растительного масла этиловым спиртом в реакторе при температуре 250-280°С, давлении 15-20 МПа, в течении 5-10 минут. Затем смесь охлаждают и подают в экстрактор. Экстракцию осуществляют диоксидом углерода в сверхкритических условиях при расходе диоксида углерода 20-35 л/ч, температуре 240-260°C и давлении 15-20 МПа.
Существенным недостатком данного способа является сложность аппаратурного исполнения и большие энергозатраты для достижения высоких значений температур и давления.
Длительность протекания процесса переэтерификации связана с тем, что компоненты реакционной массы - растительное масло и спирт -представляют собой несмешивающиеся реагенты реакции. На начальной стадии реакционная масса состоит из двух фаз (спиртовой и липидной). Гетерогенные реакции протекают не во всем объеме системы, а только в объеме одной из фаз (в нашем случае - липидной) в результате диффузии в нее компонента из другой фазы (спиртовой). Кинетику процесса в начале реакции контролирует массопередача реагентов путем диффузии. Следовательно, увеличение скорости реакции может быть достигнуто путем интенсификации массопереноса и турбулизации потока.
Наиболее близким является способ переэтерификации растительных масел (RU 2425863 С2, С11В 3/00 от 15.09.2009 г.), в соответствии с которым для интенсификации процесса переэтерификации растительных масел процесс проводят при наложении вращающегося электромагнитного поля, создающего вихревой слой ферромагнитных частиц. Присутствие в реакционной массе ферромагнитных частиц, интенсивно движущихся во вращающемся электромагнитном поле и образующих вихревой слой, приводит к увеличению площади соприкосновения спиртовой и липидной фаз. При интенсификации перемешивания под действием сил трения уменьшается толщина пограничного слоя, что приводит к увеличению численных значений коэффициента диффузии. Воздействие электромагнитного поля приводит к активации реагирующих частиц, что увеличивает скорость реакции и сокращает время переэтерификации до 10 секунд. К недостаткам данного способа переэтерификации относятся истирание ферромагнитных частиц и связанный с этим повышенный износ реактора, необходимость создания специальной системы охлаждения реактора.
Задачей предлагаемого изобретения является упрощение технологии переэтерификации растительного масла, снижение затрат на ее проведение при сохранении высокого выхода и качества целевого продукта и без значительного увеличения времени реакции.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе переэтерификации растительного масла, предусматривающем введение в реактор нагретого до 60°C растительного масла, метилового спирта в мольном соотношении 1:6, гидрооксида калия, взятого в количестве 1-3% от объема масла, с последующим перемешиванием реакционной массы, согласно изобретению перемешивание реакционной массы осуществляют в вихревом устройстве за счет взаимодействия двух вихревых потоков, перемещающихся вдоль оси устройства навстречу друг другу.
Процесс переэтерификации растительных масел проводят в вихревом устройстве. В вихревом устройстве достигается интенсификация перемешивания, но не за счет движения ферромагнитных частиц, а в результате взаимодействия двух вихрей, перемещающихся вдоль оси устройства навстречу друг другу: периферийного, вращающегося по закону потенциального вихря, и приосевого, вращающегося по закону квазитвердого тела (См. например, А.П. Меркулов. Вихревой эффект и его применение в технике. Изд. ”Машиностроение”. - М.,1969. - 183 с.). Определяющая роль в переносе энергии от осевых слоев к периферийным отводится микрокавитационному процессу, образующемуся в вихревой среде, в котором происходит выброс энергии за счет “схлопывания” образовавшихся в жидкости полостей, заполненных газом и турбулентным пульсациям, их радиальной составляющей. Даже на тех участках камеры, где статистическая температура у оси потока ниже температуры периферийных слоев, радиальные пульсации переносят теплоту вверх по радиусу. Возникающее при этом турбулентное пульсационное воздействие приводит к активации молекул метанола и триацилглицеринов растительного масла.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема конструкции вихревого устройства; на фиг.2 - сечение А-А камеры вихревого устройства.
Вихревое устройство содержит корпус 1 и камеру 2 с тангенциально подведенными патрубками 3 и 4, к камере 2 присоединяется диафрагма 5, на обратной стороне корпуса установлена крышка 6 для технологического обслуживания вихревого устройства.
Способ осуществляется следующим образом.
Через подводящий патрубок 3 подается растительное масло, одновременно с этим через патрубок 4 подается заранее приготовленный раствор гидроксида калия в метиловом спирте. Смешивание осуществляется в камере 2, при дальнейшем прохождении реакционной массы по объему корпуса 1 происходит дальнейшее перемешивание за счет интенсивного взаимодействия периферийного и приосевого потоков. Выход продуктов реакции переэтерификации осуществляется через диафрагму 5.
Сущность предлагаемого способа с наилучшими полученными результатами изложена в примере.
Пример.
В вихревое устройство через патрубки 3 и 4 вводят под давлением Р=0,2 МПа 100 г подсолнечного масла, нагретого до температуры 60°C, и раствор 1,4 г гидроксида калия в 20 г метилового спирта. Компоненты реакционной массы смешиваются в камере 2, далее реакционная масса проходит по объему корпуса 1, где происходит дальнейшее перемешивание ее за счет интенсивного взаимодействия периферийного и приосевого потоков. Выход продуктов реакции переэтерификации осуществляется через диафрагму 5. Полученные продукты отстаивают, отделяют верхний эфирный слой, нейтрализуют раствором фосфорной кислоты, промывают водой. Получают смесь компонентов биодизельного топлива (метиловых эфиров жирных кислот) с выходм 99%. Время реакции 60 - с.
Результатом использования предлагаемого изобретения является упрощение технологии переэтерификации растительного масла, снижение затрат на ее проведение при сохранении высокого выхода и качества целевого продукта и без значительного увеличения времени реакции.