一种C16～C22系列脂肪酸精密分离的塔内泵吸式高真空精馏方法以及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种C16～C22系列脂肪酸精密分离的塔内泵吸式高真空精馏方法及装置，它包括以下步骤：首先，以富含高附加值的热敏性物料为原料，如动植物油脂，采用离子液体等作为酯化与转酯化催化剂，一步便可以得到高收率的多种脂肪酸甲酯混合物，其次，在几乎无压降的精馏塔中，对已经催化形成的多种脂肪酸甲酯进行高真空精馏操作，最终分离提纯分别得到质量分数均在98％以上的二十碳五烯酸甲酯、二十二碳六烯酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯与亚油酸甲酯等单一脂肪酸甲酯；整体工艺方法简明、操作简单、设备成本低，节能且易于放大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工传质与分离领域，特别是涉及一种C16～C22系列脂肪酸精密分离的塔内泵吸式高真空精馏方法以及装置。
技术介绍
我国海洋资源丰富，其中淡水鱼的产量更是位居世界前列，因此在各项生产活动中所产生的鱼油数量庞大，而鱼油中仍含有大量的高附加值脂肪酸，即二十碳五烯酸(EPA)与二十二碳六烯酸(DHA)，二两者均是人体不可缺少的重要营养元素，其中二十碳五烯酸可以有效的帮助降低胆固醇和甘油三酯的含量，促进人体内饱和脂肪酸代谢，从而起到降低血液粘稠度，增进血液循环，提高组织供氧而消除疲劳；对于二十二碳六烯酸，它对脑神经生长发育、婴儿视觉发育、儿童智能发育起到很重要的作用，同时其还具有抗过敏、增强免疫等作用。除鱼油之外，海藻油、植物种子、果肉、玉米胚芽等细胞中都含有丰富的油脂，含量随原料而不同，例如米糠的含油率约为12％～20％，干椰子果肉的含油率约为63％～70％。一般用压榨法或溶剂提取法取得。一些植物油脂如花生油、蓖麻油中三甘油酯的脂肪酸除一般的棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸、亚麻酸等以外，有时还有特殊的芥酸、花生酸、桐酸、蓖麻酸等。这些脂肪酸广泛应用于助剂、油品添加剂、表面活性剂、润滑剂和其他有机化学品的制备等诸多领域，与人民生产生活密切相关。因此综合我国资源优势、拓宽动植物产品深加工价值空间、减少资源浪费并根据鱼油以及玉米油等油脂所含成分特点，利用鱼油等动植物油脂制备分离提纯得到其中的高附加值的脂肪酸，不仅可以提升原料的经济价值，所提纯的高附值脂肪酸可满足医药和保健品市场，符合全面可持续发展的重要战略。对于分离提纯方面，常见的手段有尿素包合、超临界萃取、分子蒸馏、低温结晶、色谱分离、溶剂萃取、银离子络合以及金属盐沉淀等方法，但是以上方法一方面分离纯度并不高，通常只能获取较高纯度的饱和脂肪酸甲酯类与不饱和脂肪酸甲酯类产品，而几乎无法获取单一高纯度脂肪酸甲酯，尤其对于硬脂酸甲酯、油酸甲酯与亚油酸甲酯，另一方面，这些方法目前也都存在不稳定、分离困难、溶剂回收以及环境污染等问题。图1中(a)为棕榈酸甲酯(C16:0)；(b)为硬脂酸甲酯(C18:0)；(c)为油酸甲酯(C18:1)；(d)为亚油酸甲酯(C18:2),图2中(a)为二十碳五烯酸甲酯(C20:5)；(b)为二十二碳六烯酸(C22:6)。通过图1可知，后三者在结构上的差异仅为一到两个双键，这就造成了后三者之间物理化学性质上的差别很小，常规的分离手段鲜有能够将此三种物质完全分离开；对于图2中的二十碳五烯酸甲酯与二十二碳六烯酸甲酯而言，又因为其含有大量的双键结构，因此二者空间结构复杂，对高温敏感、易变质，前述所提到的分离手段均无法将两者有效分离得到大量的单质纯品。作为目前化工领域中广泛使用的物质间分离技术—精馏，同样可以作为分离提纯动植物油脂中高附加值脂肪酸的手段。但动植物油脂以及从其中分离得到的高附加值脂肪酸都属于热敏性物质，热敏性物质是指对温度敏感的物质，当其受热到一定程度时，该物质就会发生变质，即通过分解、聚合等反应生成其他化学物质。而要分离提纯得到这些热敏性物料，传统精馏方式难以做到。因此，一般解决传统精馏上的问题有两种办法，一种是通过添加抑制剂，减缓热敏物料分解或聚合的速率；另一种办法则是提高塔顶、塔釜的真空度，一方面提高真空度可以增大物性相似的热敏性物质间的相对挥发度，易于得到高纯度产量大的单一热敏性物质，另一方面，提高真空度可以降低热敏性物质的沸点，使其沸点尽可能低于易变质时的温度，从而保证热敏性物质不被破坏。对于很多热敏性物料的提纯方法，实际应用中还可采用薄膜蒸馏的方法进行提纯，薄膜蒸馏由于真空阻力小，使物质之间能在极高的真空条件下实现分离。这对于热敏性物料的处理很有优势。但对于第一种方法，加入抑制剂虽然可以一定程度上的提高热敏性物质的产品纯度及生产时可减缓热敏性物质变质的速率，但是抑制剂的添加不仅提高了成本，同时抑制剂的后续回收以及抑制剂是否对环境造成污染都会提高热敏性物质分离提纯的生产成本；对于第二种方法，现有技术可以提高相应精馏塔塔顶的真空度，但无法控制塔釜的真空度，而要获得纯度高、收率高的热敏性物质，精馏塔的高度需相应提高，而塔釜的真空度随之降低，塔釜温度随之升高，热敏性物质此时会发生变质的危险。因此，对于这种情况，为提高塔釜的真空度，常采用多塔串联操作使塔釜温度降低、增大塔釜的真空度，但设备成本会相应增加，并产生巨大的能耗。此外，提高精馏塔真空度的另一种技术是在精馏塔内部加调压器，以减少压降，但精馏塔内调压器由于其风叶的结构而具有很小的压缩比，在较低真空度时具有一定效果，随着真空度的提高，风叶的调压效果逐渐丧失，所以不能解决高真空精馏的塔压降问题。由于分子蒸馏的阻力很小，物质间能在极高的真空条件下实现分离，因此，提纯热敏性物质也可采用分子蒸馏的方法，但分子蒸馏只具有单级塔板的分离效率，仍无法做到高效分离。综上所述，将二十碳五烯酸甲酯与二十二碳六烯酸甲酯或硬脂酸甲酯、油酸甲酯与亚油酸甲酯完全分离开得到纯度很高的单一脂肪酸甲酯的技术鲜有报道，这严重阻碍了高纯度脂肪酸甲酯的进一步研究与应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种C16～C22系列脂肪酸精密分离的塔内泵吸式高真空精馏方法以及装置，该方法和装置不仅可以在提高精馏塔高度的同时仍能做到降低塔釜压力、提高塔釜的真空度，而且可以保证塔内绝热，热损失极小，大幅度降低了能耗，可以提纯得到质量百分比分别在98％以上的二十碳五烯酸甲酯、二十二碳六烯酸甲酯、棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯与亚油酸甲酯等脂肪酸脂并且操作简单。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种C16～C22系列脂肪酸精密分离的塔内泵吸式高真空精馏方法，它包括以下步骤：(1)油脂的预处理，具体步骤为：(a)将催化剂、油脂与甲醇共同加入反应容器中，然后将反应容器置于50～100℃水浴槽中，搅拌该容器中混合液直至油脂与甲醇在催化剂作用下充分反应得到多种脂肪酸甲酯混合物预处理产物；(b)反应结束后，将多种脂肪酸甲酯混合物预处理产物从反应容器中的混合物里分离；(c)将反应容器中剩余物质在90～150℃下旋转蒸发回收少量甲醇与水后，回收处理；(2)将分离出的多种脂肪酸甲酯混合物采用高真空精密分离，具体步骤为：(a)将多种脂肪酸甲酯通过进料计量泵以2.5～100mL/min的流速从原料储罐中泵入温度为40～1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种C16～C22系列脂肪酸精密分离的塔内泵吸式高真空精馏方法，其特征在于它包括以下步骤：(1)油脂的预处理，具体步骤为：(a)将催化剂、油脂与甲醇共同加入反应容器中，然后将反应容器置于50～100℃水浴槽中，搅拌该容器中混合液直至油脂与甲醇在催化剂作用下充分反应得到多种脂肪酸甲酯混合物预处理产物；(b)反应结束后，将多种脂肪酸甲酯混合物预处理产物从反应容器中的混合物里分离；(c)将反应容器中剩余物质在90～150℃下旋转蒸发回收少量甲醇与水后，回收处理；(2)将分离出的多种脂肪酸甲酯混合物采用高真空精密分离，具体步骤为：(a)将多种脂肪酸甲酯通过进料计量泵以2.5～100mL/min的流速从原料储罐中泵入温度为40～180℃的进料预热器中，而后从精馏塔的进料口进入精馏塔中，随后热脂肪酸甲酯原料经由进料分配器均匀分布到精馏塔的提馏段中；(b)进入精馏塔的脂肪酸甲酯部分汽化上升，另一部分则通过填料下降并到达提馏段的罗茨真空泵内，再继续通过罗茨真空泵内齿轮的间隙向下流动，最终通过精馏塔提馏段进入再沸器中，所述的再沸器的温度为100～180℃并且压力为2～200Pa；(c)进入再沸器中的脂肪酸甲酯经过加热，部分汽化后上升，然后通过罗茨真空泵提供的高真空依次进入精馏塔的提馏段以及精馏段，在此过程中汽化的脂肪酸甲酯与从精馏塔内上部流下来的液体实现气液传质；(d)精馏塔中的气相组分最终由塔顶压力为0.65～200Pa的精馏塔顶进入到冷凝器中液化形成轻组分冷凝液，然后在回流比控制器的控制下，一部分冷凝液以1～10的回流比回流到精馏塔中，另一部分冷凝液进入冷却器中并通过蒸出物采出泵采出，最后进行取样检测分析，根据塔顶产品出来的先后顺序，分别收集精馏塔顶得到的质量百分比纯度在98％以上的包含棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、二十碳五烯酸甲酯与二十二碳六烯酸甲酯的单一成分的产品；(e)再沸器中的脂肪酸甲酯部分通过出料比例分配器的调节，一部分在重组分回流泵的作用下分别回流到精馏塔的提馏段与再沸器中，另一部分通过重组分出料泵采出。所述的油脂包括富含硬脂酸、油酸以及亚油酸的动植物油脂或富含二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸的海藻油、鱼油以及酸值大于2的高酸值废鱼油或者地沟油中的一种。...

【技术特征摘要】
1.一种C16～C22系列脂肪酸精密分离的塔内泵吸式高真空精馏方法，其特征在于它包
括以下步骤：
(1)油脂的预处理，具体步骤为：
(a)将催化剂、油脂与甲醇共同加入反应容器中，然后将反应容器置于50～100℃水浴
槽中，搅拌该容器中混合液直至油脂与甲醇在催化剂作用下充分反应得到多种脂肪酸甲酯
混合物预处理产物；
(b)反应结束后，将多种脂肪酸甲酯混合物预处理产物从反应容器中的混合物里分离；
(c)将反应容器中剩余物质在90～150℃下旋转蒸发回收少量甲醇与水后，回收处理；
(2)将分离出的多种脂肪酸甲酯混合物采用高真空精密分离，具体步骤为：
(a)将多种脂肪酸甲酯通过进料计量泵以2.5～100mL/min的流速从原料储罐中泵入温度
为40～180℃的进料预热器中，而后从精馏塔的进料口进入精馏塔中，随后热脂肪酸甲酯
原料经由进料分配器均匀分布到精馏塔的提馏段中；
(b)进入精馏塔的脂肪酸甲酯部分汽化上升，另一部分则通过填料下降并到达提馏段的
罗茨真空泵内，再继续通过罗茨真空泵内齿轮的间隙向下流动，最终通过精馏塔提馏段进
入再沸器中，所述的再沸器的温度为100～180℃并且压力为2～200Pa；
(c)进入再沸器中的脂肪酸甲酯经过加热，部分汽化后上升，然后通过罗茨真空泵提供
的高真空依次进入精馏塔的提馏段以及精馏段，在此过程中汽化的脂肪酸甲酯与从精馏塔
内上部流下来的液体实现气液传质；
(d)精馏塔中的气相组分最终由塔顶压力为0.65～200Pa的精馏塔顶进入到冷凝器中液
化形成轻组分冷凝液，然后在回流比控制器的控制下，一部分冷凝液以1～10的回流比回
流到精馏塔中，另一部分冷凝液进入冷却器中并通过蒸出物采出泵采出，最后进行取样检
测分析，根据塔顶产品出来的先后顺序，分别收集精馏塔顶得到的质量百分比纯度在98％
以上的包含棕榈酸甲酯、硬脂酸甲酯、油酸甲酯、亚油酸甲酯、二十碳五烯酸甲酯与二十

\t二碳六烯酸甲酯的单一成分的产品；
(e)再沸器中的脂肪酸甲酯部分通过出料比例分配器的调节，一部分在重组分回流泵的
作用下分别回流到精馏塔的提馏段与再沸器中，另一部分通过重组分出料泵采出。
所述的油脂包括富含硬脂酸、油酸以及亚油酸的动植物油脂或富含二十碳五烯酸、二
十二碳六烯酸的海藻油、鱼油以及酸值大于2的高酸值废鱼油或者地沟油中的一种。
2.根据权利要求1所述的C16～C22系列脂肪酸精密分离的塔内泵吸式高真空精馏方
法，其特征在于：所述催化剂为离子液体或以KOH、CaO、H2SO4以及Amberlyst15为代
表的酸或者碱；其中所述离子液体催化剂包括以[BHSO3MIM]HSO4、[CH23SO3HMIM][HSO3]
代表的咪唑类与以[CH3CH23NCH23SO3H][C7H7O3S]为代表的季铵盐类酸性离子液
体，以[Bmim]Br-CuCl2、[Bmim]Br-FeCl3、[Bmim]Br-CuCl、[Bmim]Br-Fe2Cl6、[Bmim]Br-Ni2Cl4为代表的Lewis酸性离子液体，以[HO3S-CH23-NEt3]Cl-FeCl3、[BSO3HMIM]HSO4-Fe2SO4为代表的双酸型离子液体，以[BTBD...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁辉，齐金龙，施民育，徐世民，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12