УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОКИСЛЕНИЯ МАСЕЛ

Полезная модель относится к аппаратурному оформлению получения окисленных полувысыхающих растительных масел, которые используются в качестве пленкообразующего в лакокрасочной, полиграфической, строительной, легкой и других отраслях промышленности.
Окисление растительных полувысыхающих масел кислородом воздуха в режиме барботажа заключается в том, что в оксидационную колонну вертикального типа, имеющую соотношение высоты к диаметру (8-10):1, закачивается предварительно нагретое до температуры начала окисления масло и в нижнюю часть колонны через барботер в виде сетчатой тарелки подают проток воздуха. В масло добавляют катализаторы окисления - сиккативы, которые представляют собой комплексы металлов переменной валентности - Со, Mn, Ni, Са, Fe. В колонне происходит окислительный процесс с выделением реакционного тепла. Колонна имеет рубашку охлаждения, в которой находится охлаждающий агент - вода, используемая для отвода реакционного тепла (Дринберг А.Я. Технология пленкообразующих веществ. - Л., Госхимиздат, 1955, 651 с.).
Известен способ получения окисленных масел за счет окисления полувысыхающих растительных масел кислородом воздуха при температуре 130-150°C в присутствии алюминий-органических соединений (АОС): диэтилалюминийхлорид (ДЭАХ), триэтилалюминий (ТЭА), триизобутилалюминий (ТИБА) (патент РФ №2162479 «Способ получения окисленных растительных масел», Приходько С.И. и др., 2001 г.). Недостатком данного способа является необходимость использования дорогостоящих инициаторов процесса.
3
Известен способ окисления растительных масел (патент СССР № 1819282), в соответствии с которым обводненное растительное масло подвергают окислению в интервале температур до 120°C воздухом с регулируемым расходом на разных этапах окислительного процесса. При этом расход воздуха был в диапазоне 2,5-10 м/мин. т.
3
Известен способ окисления технических растительных масел а.с. СССР № 1278353) в соответствии с которым растительное масло после начальной обработки в присутствии перекиси при 50-80°C окисляется воздухом с расходом 2,5-10 м/мин. т.
3
Известен способ окисления растительного масла (а.с. СССР № 1199779), в соответствии с которым окисление проводят при 100-105°C воздухом с расходом 4-10 м/мин. т. до достижения конверсии 15-25% с последующим понижении температуры со скоростью 0,5-5,0 град/мин до 50-70°C.
Недостатком вышеупомянутых способов является то, что в полном объеме поддержания и регулировки температуры по ходу легко реализуется лишь в лабораторных и таких условиях, когда исходные загрузки на окисление исчисляются килограммами или десятками килограммов, тогда основным путем регулирования температуры остается нестационарный подвод охлаждающей жидкости. При промышленной загрузке масла (3-5 т) основным фактором становится выделяемое в процессе жидкофазного окисления реакционное тепло, отвод тепла становится главным препятствием на пути реализации любого, кроме прогрессирующего нарастания температурного режима, а, следовательно, и связанных с ним других характеристик процесса и качества получаемого продукта. Такое положение предопределено тем, что сам процесс рассматриваемого окисления не допускает размещения дополнительных теплосъемных поверхностей ни внутри колонны (внутренний теплообменник), ни вне ее (выносной теплообменник), поскольку подобные решения (большие металлические поверхности в контакте с реакционной смесью, а также прерывание контакта с воздухом при прохождении выносного теплообменника) приводят к существенному уменьшению концентраций пероксидов в окисляющемся масле и, как следствие, к значительному ухудшению характеристик процесса в целом. Поэтому реальной теплообменной поверхностью колонны является ее цилиндрическая поверхность по всей высоте, которая довольно мала, и не в состоянии выполнить необходимый, и к тому же нестационарный, теплоотвод. Так например, при загрузке подсолнечного масла 4,5 т в колонну высотой 6,5 м в развившемсе процессе окисления с постоянным расходом и интенсивностью его барботажа, в течение 10-15 мин. температура реакционной смеси повышается со 110-115°C до 150-170°C и далее до 200°C и выше, ничего не остается делать, как резко снижать, вплоть до полного прекращения, расход воздуха и завершать процесс в крайне неблагоприятных температурных условиях. А это и рост длительности до 20 ч и более, и в несколько раз возрастающие непроизводительные потери растительного масла и повышение загрязнения окружающей среды, и темный цвет получаемого оксидата за счеи накопившихся в нем смол и т.д. Несмотря на отмеченные негативные последствия, именно указанные решения доминируют в современной промышленной практике.
Наиболее близким к заявляемому, которое принято за прототип, является изобретение по патенту РФ №2213758, C09F 7/02, 2002 г., в котором предложен способ окисления растительного масла в оксидационной колонне кислородом воздуха в режиме барботажа, а реакционное тепло отводится умягченной водой или конденсатом, находящимися в рубашке охлаждения окислительной колонны в кипящем состоянии, имеющими свободный выход в атмосферу через холодильник-конденсатор.
Основным недостатком изобретения является то, что выход готовой продукции ограничивается объемом окислительной колонны, а увеличение размеров колонны ухудшает условия отвода реакционного тепла, из-за чего ухудшается качество готовой продукции.
Задача предлагаемого решения заключается в том, чтобы в условиях нестабильного по величине и во времени большого выделения реакционного тепла обеспечить возможность низкотемпературного окисления промышленных загрузок растительного масла.
Задачей предполагаемой полезной модели является создание устройства, в котором можно будет производить окисление масел большего объема, чем может разместиться в окислительной колонне. Достоинством этого предложения является тот факт, что для обеспечения начала окислительного процесса необходимо будет нагревать сравнительно небольшое количество масла, то, которое заполняет объем колонны, а последующие поступления масла в зону окисления будут нагреваться реакционным теплом, что приводит к значительной экономии энергоресурсов. Этого можно достичь, установив дополнительно с колонной емкость с маслом, количество которого может в три-четыре раза превышать емкость колонны, оттуда забирать масло и подавать в нижнюю часть окислительной колонны. Из верхней части колонны отбирать окисленное масло и возвращать обратно в емкость. Чтобы поддерживать реакцию окисления масла в колонне на необходимом уровне, необходимо подавать в трубопровод подачи масла катализатор - сиккатив через специальный смеситель. Контроль реакции окисления в окислительной колонне осуществляется по температуре масла и его вязкости. Задача будет считаться выполненной, если вязкость окисленного масла во всей системе достигнет заданного значения.
3
Техническим результатом от использования полезной модели является существенное снижение потребления энергоресурсов на нагрев исходного сырья, возможность использования окислительных колонн небольшого объема (1,0-1,5 м) для выпуска больших партий оксидата, снижение себестоимости выпускаемой продукции.
Предложение иллюстрируется графическими материалами:
фиг. Устройство для окисления масел.
Устройство работает следующим образом: окислительная колонна 1, имеющая рубашку охлаждения, заполняется растительным маслом в количестве 1,1 т и расчетным количеством катализатора - сиккатива. Колонна диаметром 0,7 м должна иметь соотношение длина - диаметр равное 10-12, чтобы время пребывания в ней было достаточным для протекания реакции окисления. В колонну подают масло, предварительно нагретое до температуры 115-120°C, а в рубашку, расположенную по всей высоте колонны и имеющую объем не менее объема начальной загрузки окисляемого масла, и имеющей свободный выход в атмосферу через холодильник-конденсатор 2, заполняют не более чем на 80% объема нагретой до 98°C предварительно умягченной воды или конденсатом. После завершения загрузки включают воздуходувку 3 и устанавливают требуемый расход воздуха через барботер 4, выполненный в виде сетчатой тарелки с расположенными по концентрическим окружностям отверстиями. Изменяя расход воздуха, можно регулировать интенсивность протекания процесса окисления масла.
По мере протекания окисления растет количество выделяющегося за счет экзотермической реакции тепла, что приводит к росту температуры реакционной смеси и соответственно к интенсификации кипения воды в рубашке. Образующийся при этом водяной пар поступает в обратный холодильник-конденсатор 2, конденсируется и в виде конденсата возвращается в рубашку. По мере протекания реакции окисления растет вязкость окисляемого масла. Через 4,0-4,5 ч от начала реакции окисления, когда вязкость 50% раствора масла в уайт-спирите достигнет значения 20 с (20°C), включают насос-дозатор 5, подающий масло из емкости 6 в нижнюю часть колонны 1 и насос-дозатор 7, отводящий масло из верхней части колонны 1 и возвращающий его обратно в емкость 6. Производительность насосов-дозаторов равна 100-120 л/ч. Поскольку температура масла в емкости 6 значительно ниже, чем в окислительной колонне 1, то при смешении масел часть реакционного тепла затрачивается на нагрев поступившей партии масла? и температура в окислительной колонне снижается до оптимальной для окисления температуры 140-145°C. Изменяя с помощью насосов-дозаторов 5 и 7 количество подаваемого в окислительную колонну 1 и отводимого из колонны 1 масла, можно регулировать температуру реакционной массы внутри колонны. При этом вместе с отводимым маслом удаляется и часть катализатора-сиккатива. Чтобы поддерживать необходимое количество катализатора-сиккатива в окислительной колонне, от которого зависит скорость окисления, необходимо добавлять в подаваемое масло определенное количество сиккатива с помощью насоса-дозатора 8 из емкости 9. Сиккатив смешивается с подаваемым маслом в смесителе 10. Контроль за ходом окисления производится по температуре, значение которой задается технологическим режимом, с помощью манометрического термометра 11 и определением вязкости рабочей массы. Процесс считается завершенным, когда вязкость рабочей массы в емкости 6 достигнет заданного технологического значения - 26-27 с по ВЗ-4 (20°C).
Положительный эффект предложенного устройства для окисления масел состоит в следующем:
предложенное конструктивное решение оборудования позволяет окислять большое количество растительного масла в окислительной колонне небольшого объема;
устройство позволяет экономить значительное количество энергоресурсов из-за того, что на начальной стадии необходимо нагревать небольшую массу растительного масла в объеме окислительной колонны, а в дальнейшем нагрев масла, поступающего в окислительную колонну, происходит за счет тепла экзотермической реакции окисления;
устройство обеспечивает надежный контроль за протеканием процесса окисления сравнительно небольшой рабочей массы и простую регулировку процесса с помощью трех факторов: а) изменением величины подачи масла в окислительную колонну; б) изменением величины подачи воздуха в колонну; с) изменением интенсивности кипения воды в охлаждающей рубашке окислительной колонны.
позволяет отказаться от установок больших габаритов, имеющих большую массу и большую металлоемкость, занимающих большие площади и требующих больших энергозатрат.
Таким образом, поставленная задача решена.