[发明专利]一种基于水力空化强化制备单甘酯的方法和装置

说明书

本申请公开了一种基于水力空化强化制备单甘酯的方法和装置，本申请的装置包括反应釜、空化泵和空化器，反应釜的出液口依次通过空化泵和空化器与反应釜的进液口由管路连接，形成循环回路；空化器是包括文丘里管、旋转多孔空化板和旋转叶片的复合装置，文丘里管喉部内壁靠近出口的位置安装旋转多孔空化板，旋转多孔空化板上设有若干开孔；旋转叶片设置在旋转多孔空化板面向文丘里管喉部入口的一侧，文丘里管喉部靠近入口端的外壁上均匀间隔设置有若干根进气管。本申请的空化器，能够通过惰性气体的引入，进一步提高空化、混合和反应效果，而且降低反应的活化能，从而降低反应温度、减小催化剂用量、缩短反应时间。

技术领域

本发明涉及强化混合、单甘酯生产技术领域，具体涉及一种基于水力空化强化制备单甘酯的方法和装置。

背景技术

脂肪酸单甘酯是一种多元醇型的非离子型表面活性剂，广泛应用于食品、化妆品、医药、洗涤剂、塑料等工业中。特别是在食品领域，脂肪酸单甘酯是联合国粮农组织、联合国世界卫生组织和美国食品和药物管理局审定、认可的安全乳化剂，其用量已超过食品乳化剂总量的50％。

油脂甘油解制备单甘酯的反应为液液非均相反应，相间的混合和传质对单甘酯的合成有很大的影响。目前，单甘酯的合成和生产主要是在机械搅拌釜中进行，液液两相的接触只停留在宏观水平。另外，工业上生产规模大，反应釜容积大，且机械搅拌的速度远远小于实验室操作，容易存在混合死角。这导致非均相体系的混合和反应效果差，单甘酯的生产效率低。强化液液两相的混合是提高单甘酯生产技术水平的关键。

水力空化是一种高效的强化手段，不仅有好的强化混合和反应的效果，而且放大效应小、能适应工业化生产，在化工、能源、环境等方面有很好的应用。但与已开发应用的其它产品生产不同，单甘酯的生产有其自身的特点和需求：1)反应物和生成物均为高沸点物质，特别是以甘三酯为原料的情况，在反应物温度下，在整个反应阶段，反应体系中没有物质能汽化形成空化核，需外加气体形成空化核。2)反应温度较高(230℃-260℃)，各油脂组分在高温下易氧化裂解，需惰性气保护。3)甘油粘度和表面张力较大，尽管随着温度增加，甘油的粘度和表面张力下降，但仍需高的空化强度促使液液分散、混合。单甘酯合成的体系特征使水力空化装置设计时需解决：1)气体的引入。泵前管路为负压，易引入气体，但会造成泵的气缚；泵后至空化元件段有0.1kg/cm²～10kg/cm²的压力，要求气体钢瓶中有高的气压，使钢瓶中气体的利用率低，同时也易产生反应液倒灌进入钢瓶的问题。2)空化强度的提高。现有的提高空化强度的方法主要有减小空化板开孔面积，提高孔板前压力。对于油脂甘油解制备单甘酯的体系，体系中各组分的粘度和表面张力较大，需要极小的开孔面积及极高的板前压力来达到好的强化效果，使设备的加工难度提高，操作安全性下降。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本申请的目的在于提供一种基于水力空化强化制备单甘酯的方法和装置，本申请的装置具有放大效应小、能适应工业化生产的优点，且能够实现单甘酯的高效、低成本生产。

所述的一种基于水力空化强化制备单甘酯的装置，其特征在于包括反应釜、空化泵和空化器，反应釜的出液口依次通过空化泵和空化器与反应釜的进液口由管路连接，形成循环回路；

所述空化器是包括文丘里管、旋转多孔空化板和旋转叶片的复合装置，文丘里管喉部内壁靠近出口的位置安装旋转多孔空化板，且文丘里管喉部内壁与旋转多孔空化板之间通过轴承连接，旋转多孔空化板上设有若干供液体流过的开孔；

旋转叶片的一端固定设置在旋转多孔空化板面向文丘里管喉部入口的一侧，且旋转叶片的另一端伸入文丘里管喉部内部靠近入口的位置处；所述文丘里管喉部靠近入口端的外壁上均匀间隔设置有若干根进气管，且进气管切向安装于文丘里管喉部的外壁上，使得从进气管切向进入文丘里管喉部的惰性气体，能够带动旋转叶片作周向旋转，旋转的旋转叶片不仅带动旋转多孔空化板旋转，而且使文丘里管喉部内流过的液体同时具有周向和轴向速度，从而使液体产生螺旋型运动，提高空化效果。