用水热反应将甘油连续转化为乳酸的装置，涉及一种在碱性条件下利用水热反应将甘油转化为乳酸的装置。由高压计量泵（２）、稳压系统、水热反应系统、冷却器（１４）、管式过滤器（１８）和背压阀（１９）组成。通过高压计量泵（２）将０．３３ｍｏｌ／Ｌ甘油与１．２５ｍｏｌ／Ｌ碱的混合液输入水热反应系统，在水热反应系统和稳压系统及背压阀协同作用下保持３００℃、１０ＭＰａ的水热条件，６０ｍｉｎ可稳定地获得８３％的甘油连续转化率和高于６０％的乳酸连续生成率。与用反应釜相比，本发明专利技术实现了甘油向乳酸的连续转化反应且设计合理，操作简易，配合通过酸中和、分离处理实现乳酸的回收。可广泛用于将生物柴油产业价值较低的副产物－甘油生产为工业价值较高的乳酸，以实现废弃物的利用及生物柴油产业链的拓展。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用水热反应将甘油连续转化为乳酸的装置，具体是釆用 水热反应将生物柴油副产物粗甘油作为原料，水热转化为乳酸的连续装置，属 化工设备和废物资源化
技术介绍
目前，在化石能源的趋于枯竭和环境污染问题日益严峻的情况下，生物柴 油作为一种可持续、碳中性的新型能源越来越受到世界各国的关注，绝大多数 国家都制定了大幅提高生物柴油使用比例的计划。随生物柴油大规模生产，主 要副产物甘油也大量积累。粗甘油价值不高，传统利用方案是生产硝化甘油和 肥皂，但已经不能解决当前如此的产能过剩；粗甘油也可用于燃烧产热和发电， 但因温度需超过l，OO(TC而不易推广使用；目前一些其它的利用方案也正在研究， 如制乙醇、制甲醇、制氢和丙二醇等，主要都是生物过程，转化速度慢、生产 效率低而难于实现工业化，且这些技术也都不成熟。水热反应方法是近二三十年来兴起并迅速成为应用化学的热点之一，它充分利用高温水(包括温度、压强高于临界点374.15'C、 10MPa的超临界水和温度 高于20(TC但低于374.15。C的液态水)的特性，如较低的介电常数(类似于常温 下的有机溶剂，从而对有机物和气体有较大的溶解度甚至互溶)，单个分子的强 极性(促进极性/离子反应)和可改变的离子积(可高于常态下2-3个数量级， 促进酸碱催化的反应而无需另外添加酸碱)，以及较高传质效率，实现物质的快 速、高效、清洁的转化，特别在生物质化学和能源方面应用广泛。利用水热方 法，金放鸣和KishidaH.等快速、高效地将甘油转化为乳酸，并根据产物分析提 出了该反应的机理，后者还基于此反应机理对该反应的动力学进行了探讨，并 推求了反应参数，得出了动力学模拟结果与序批式实验数据基本一致的结论。 众所周知，乳酸是一种工业价值较高、在生产中需求越来越大的化工产品；更 重要的是，乳酸是一种碳中性、易于生物降解的植物性塑料的原料，这种塑料 在当前全球温室效应日益严重的情况下而备受关注，因此，甘油转化为乳酸过程有广阔的应用前景。目前，水热转化甘油为乳酸仍停留在实验室阶段，转化过程主要通过间歇 式反应来实现。间歇反应过程通常如下操作将一定量的甘油与碱的水溶液注 入间歇式反应管，然后需用惰性气体来吹扫反应管中剩余的空间，拧紧反应管 后放入预热的盐浴中，震荡混合反应物，预期反应时间后，将反应管放入冷水 浴中迅速冷却来平息反应，然后打开反应管取样。该过程操作繁琐，且由于反 应条件的限制，单个反应管体积有限，无法实现批量生产；整个过程消耗较多 的人力，且由于人为因素，乳酸产率不稳定。因此，批量的生产是难以实现的。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种将甘油快速转化为乳酸的连续装置，以期为甘油 水热生成乳酸小批量生产和对该反应的连续化研究提供设备，进而为该反应的 工业化提供支撑。为了达到上述目的，基于金放鸣等的序批式实验结果和所取得的理论成果 而设计、开发了本连续水热反应装置，并利用其实现乳酸小批量生产和连续化 生产研究，探讨大型连续设备的工艺设计和运行参数。本专利技术包括固定架、与固定架的平台固结的高压计量泵、稳压系统、水热 反应系统、通过冷却器固定杆与固定架的顶板固结的冷却器、以及放空阀、管 式过滤器、背压阀；稳压系统包括进水阀，阻尼器，稳压系统压力表和冷却缸； 水热反应系统由盐浴缸，盐浴缸内的反应管、加热棒、热电偶和搅拌机组成；高压计量泵的进口与进样容器连接，高压计量泵的出口通过进样阀与稳压 三通进口连接，稳压三通的两个出口中一个与水热反应系统的反应管连接，反 应管与冷却器的冷却管连接，冷却管分别与反应系统压力表和放空三通连接， 放空三通一端与放空阀连接，另一端与管式过滤器连接，管式过滤器与背压阀 进口相连，背压阀出口通过一段不锈钢管连接到生成物容器；稳压三通的另一 个与稳压系统的冷却缸内的冷却盘管连接，冷却盘管出口与阻尼器和进水阀连 接；上述冷却缸放置在固定架的平台上，冷却缸中的冷却盘管用冷却管固定架 固定；冷却盘管固定架由上下两个水平圆环铁片和固定这两个圆环铁片的8根 直立连接杆组成，8根直立连接杆依次分布在不同直径的圆上，4根在大圆周上，54根在小圆周上，每根直立连接杆两头分别通过螺帽与圆环铁片固定；冷却盘管 盘绕在8根直立连接杆固定在大小圆周之间；冷却管固定架完全浸入冷却缸中 盛放的足量冷水中。上述水热反应系统的盐浴缸放置在固定架平台上，盐浴缸中的反应管被固 定在反应管固定架，完全浸没在混合盐中，类似于冷却盘管固定架，反应管固 定架也由上下两个水平圆环铁片和固定这两个圆环铁片的8根直立连接杆组成， 8根直立连接杆依次分布在不同直径的圆上，4根在大圆周上，4根在小圆周上， 每根直立连接杆两头分别通过螺帽与圆环铁片固定；反应管盘绕在8根直立连 接杆固定在大小圆周之间，反应管固定架完全浸没在混合盐中。盐浴缸内盛放 重量比为l: 1的硝酸钾与硝酸钠混合盐，盐浴缸中心设有与搅拌机的转轴固结 的桨叶，搅拌机的转轴穿过固定架顶板预留的圆孔与搅拌机的电动机相连，搅 拌机通过连接杆与支架固结，支架与固定架的顶板固结。上述固定架由4根直立和4根水平的角钢焊接而成长方体，为避免其上放 置的高温盐浴缸烫坏地面，固定架底部离开地面50公分处再用4根水平角钢在 与原有的4根直立的角钢焊接制作成一个平台；出于安全考虑，固定架顶端面和前端面用铁皮封闭。本专利技术具体优点体现在以下几个方面1. 由于本专利技术的装置设有高压计量泵，以及背压阀和稳压系统，使得水热反应系统中的压强稳定在6-20MPa之间任意压强值，几乎能完全消除由高压计 量泵形成的压力波动，利用该装置形成30(TC、 lOMPa的碱性水热条件，反应物 被连续地输入该装置的反应管中反应，在装置的末端乳酸连续生成，实现了连 续转化甘油生成乳酸的目的。2. 由于本专利技术的装置能稳定地实现转化甘油生成乳酸，因此，可最大限度 地避免气体的溶入，反应管内没有气体，大大减少甚至消除了气体对该反应的 影响；而间歇式装置需要向反应管中添加反应物，容易带入空气，而填充率之 外的部分需要其它气体来填充(比如，N2)。3. 由于本专利技术的装置整个过程借助机械操作，避免了一些造成乳酸生成率 不稳定的人为因素，如借助计量泵来精确定量反应物的添加量、用流态混合反应物取代人工震荡混合等，因而，乳酸的生成率是稳定的。4. 本专利技术用高压计量泵取代了人工进料，产物能直接流入生成物容器，省 去了逐个取样的过程，大大节省了人力；另外使用现有的间歇式装置时，每个 反应管完成一次反应就需要一次组装和拆卸以完成进料和出料，如此频繁的操 作导致密封性变差， 一个反应管只能使用几次就报废，而本专利技术使用的是一根 长的反应管，运行稳定不需要频繁的组装和拆卸，因而避免这样的损耗。5. 该装置使用便捷，且可实现稳定、广泛的水热条件。只需要调节温控器 即可实现250—350'C之间任意一个温度；借助阻尼器，通过调节背压阀可实现6—20MPa之间任意一个压强值，背压阀和气囊式阻尼器的配合使用，几乎完全 地消除了反应管中的压力波动，这是间歇式设备无法做到的；此外，通过调节高压计量泵流量，可实现反应时间从数分钟至数小时的变化。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的俯视图。图3为本专利技术的A-A剖视本文档来自技高网...
【技术保护点】
用水热反应将甘油连续转化为乳酸的装置，其特征是：包括固定架（２１）、与固定架（２１）的平台固结的高压计量泵（２）、稳压系统、水热反应系统和通过冷却器固定杆（２２）与固定架（２１）的顶板固结的冷却器（１４）、以及放空阀（１７）、管式过滤器（１８）、背压阀（１９）；稳压系统包括进水阀（５），阻尼器（６），稳压系统压力表（７）和冷却缸（８）；水热反应系统由盐浴缸（９），盐浴缸（９）内的反应管（１０）、加热棒（１１）、热电偶（１２）和搅拌机（１３）组成； 高压计量泵（２）的进口 与进样容器（１）连接，高压计量泵（２）的出口通过进样阀（３）与稳压三通（４）进口连接，稳压三通（４）的两个出口中一个与水热反应系统的反应管（１０）连接，反应管（１０）与冷却器（１４）的冷却管连接，冷却管分别与反应系统压力表（１５）和放空三通（１６）连接，放空三通（１６）一端与放空阀（１７）连接，另一端与管式过滤器（１８）连接，管式过滤器（１８）与背压阀（１９）进口相连，背压阀（１９）出口通过一段不锈钢管连接到生成物容器（２０）；稳压三通（４）的另一个与稳压系统的冷却缸（８）内的冷却盘管连接，冷却盘管出口与阻尼器（６）和进水阀（５）连接； 上述冷却缸（８）放置在固定架（２１）平台上，固定架由４根直立和４根水平的角钢焊接而成长方体，为避免其上放置的高温盐浴缸烫坏地面，固定架底部离开地面５０公分处再用４根水平角 钢在与原有的４根直立的角钢焊接制作成一个平台；出于安全考虑，固定架顶端面和前端面用铁皮封闭； 冷却缸（８）中的冷却盘管用冷却盘管固定架（２３）固定，冷却盘管固定架（２３）由上下两个水平圆环铁片和固定这两个圆环铁片的８根直立连接杆组成， ８根直立连接杆依次分布在不同直径的圆上，４根在大圆周上，４根在小圆周上，每根直立连接杆两头分别通过螺帽与圆环铁片固定，８根直立连接杆形成大小两个圆周，冷却盘管盘绕在这两个圆周之间，冷却盘管固定架（２３）完全浸入冷却缸（８）内盛放的足量冷水中； 上述水热反应系统的盐浴缸（９）放置在固定架（２１）平台上，盐浴缸（９）中的反应管（１０）被固定在反应管固定架（２４）上，反应管固定架（２４）结构与冷却盘管固定架（２３）类似，反应管（１０）固定在反应管固定架（２４）上的方式与冷却盘 管固定在冷却盘管固定架（２３）的方式相同，在反应管固定架（２４）上并完全浸没在混合盐中，盐浴缸（９）内盛放重量比为１∶１的硝酸...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：金放鸣，张光义，曾旭，闫鹏，魏振，曹江林，吴冰，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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