本實(shí)用新型涉及一種組合式撞擊流反應(yīng)裝置，尤其適用于生物柴油生產(chǎn)的酯交換反應(yīng)過(guò)程。

背景技術(shù)：

生物柴油為一種可再生資源，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）較好的發(fā)動(dòng)機(jī)低溫啟動(dòng)性能，無(wú)添加冷凝點(diǎn)達(dá)-20℃；（2）硫含量低，不含有對(duì)環(huán)境造成污染的芳香烴；（3）閃點(diǎn)高，安全性能好；（4）十六烷值高，燃燒性能遠(yuǎn)好于普通柴油；（5）有較好的潤(rùn)滑性能，可降低噴油泵、發(fā)動(dòng)機(jī)缸體和連桿的磨損率，延長(zhǎng)其使用壽命。目前工業(yè)化生產(chǎn)中，生物柴油生產(chǎn)多采用酯交換工藝，是利用甲醇等低碳醇類(lèi)物質(zhì)，將原料油中的三甘酯中的甘油發(fā)生酯交換而取代下來(lái)，得到生物柴油。

在生物柴油生產(chǎn)工藝中，酯交換反應(yīng)為整個(gè)工藝的核心，而在現(xiàn)有生物柴油生產(chǎn)工藝的反應(yīng)過(guò)程中，主要存在著問(wèn)題反應(yīng)速率低、所需反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、轉(zhuǎn)化率低等諸多問(wèn)題，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)成為酯交換反應(yīng)效果的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的反應(yīng)過(guò)程。

目前工業(yè)應(yīng)用的傳統(tǒng)酯交換反應(yīng)器一般是帶攪拌設(shè)施的間歇釜式反應(yīng)器，該反應(yīng)器的缺點(diǎn)是返混不均勻，攪拌效率低，不但不能連續(xù)操作，而且反應(yīng)轉(zhuǎn)化率低，給生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大帶來(lái)了很大的不便。

為了解決上述問(wèn)題，CN1919973A利用環(huán)路湍流反應(yīng)器組成一套連續(xù)式制備生物柴油的裝置，原料從環(huán)路湍流反應(yīng)器底部進(jìn)入，在環(huán)路湍流反應(yīng)器中反應(yīng)，經(jīng)過(guò)反應(yīng)的混合物從反應(yīng)器頂部出料，一部分物料回到循環(huán)混合泵再次進(jìn)入反應(yīng)器，目的是實(shí)現(xiàn)原料的循環(huán)多次強(qiáng)制混合。由于反應(yīng)器內(nèi)物料實(shí)現(xiàn)的湍流強(qiáng)度低、相對(duì)比較平緩，實(shí)際混合效果并不理想。

CN00230326.4提出了一種浸沒(méi)循環(huán)撞擊流反應(yīng)器，該反應(yīng)器包含內(nèi)部的導(dǎo)流筒和螺旋槳，螺旋槳從兩端推動(dòng)流體經(jīng)導(dǎo)流筒高速循環(huán)流動(dòng)并在容器中心處相向撞擊，該結(jié)構(gòu)比釜式反應(yīng)器和環(huán)流反應(yīng)器的混合效果都好，但也存在一些不足：（1）由于安裝螺旋槳的電機(jī)軸是懸臂結(jié)構(gòu)，如果軸較長(zhǎng)或轉(zhuǎn)速較快，容易引起螺旋槳及電機(jī)軸的震動(dòng)；（2）安裝螺旋槳的電機(jī)軸在反應(yīng)器壁上需安裝軸封結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)容易損壞，難以長(zhǎng)周期運(yùn)行；（3）該結(jié)構(gòu)將動(dòng)部件放置在反應(yīng)器內(nèi)，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中容易發(fā)生故障，維修也十分不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供一種組合式撞擊流反應(yīng)裝置，通過(guò)采用設(shè)置兩個(gè)撞擊區(qū)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)有效的物料混合與充分反應(yīng)。本裝置設(shè)備簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，且酯交換反應(yīng)器過(guò)程速率快，反應(yīng)時(shí)間短，總轉(zhuǎn)化率高達(dá)99%以上。

本實(shí)用新型的組合式撞擊流反應(yīng)裝置，所述的裝置包括反應(yīng)裝置殼體、撞擊流反應(yīng)器、內(nèi)筒和液體分布器組成，所述反應(yīng)裝置殼體由上往下依次包括擴(kuò)大段和直筒段，其中的撞擊流反應(yīng)器位于擴(kuò)大段內(nèi)，內(nèi)筒位于直筒段內(nèi)，液體分布器位于內(nèi)筒底部。

本實(shí)用新型中，所述的擴(kuò)大段為設(shè)置于反應(yīng)裝置上端的環(huán)形擴(kuò)大結(jié)構(gòu)。擴(kuò)大段與直筒段交點(diǎn)處的切線與反應(yīng)器軸線形成的夾角（夾角起始于軸線，終止于交點(diǎn)處的切線）稱(chēng)為擴(kuò)大角，該擴(kuò)大角為銳角，最好為15~80°。所述反應(yīng)器的擴(kuò)大段直徑（指內(nèi)徑）為直筒段直徑（指內(nèi)徑）的1.2倍～8倍，最好為2～4倍。擴(kuò)大段的徑高之比為1.5～6。直筒段的高徑比范圍在2～10之間。本實(shí)用新型中所述的直徑均指內(nèi)徑，所述的高徑比或徑高比中的“徑”均指直徑。

本實(shí)用新型中，所述的撞擊流反應(yīng)器包括撞擊流反應(yīng)器外殼和導(dǎo)流筒，外殼左右兩側(cè)側(cè)壁設(shè)置進(jìn)料口，兩側(cè)進(jìn)料口分別與左右對(duì)稱(chēng)安裝的水平導(dǎo)流筒一端連接，導(dǎo)流筒另外一端安裝噴嘴，反應(yīng)器底部中央設(shè)置出料口，出料口與豎直導(dǎo)流筒一端連接，豎直導(dǎo)流筒另一端連接噴嘴，噴嘴正對(duì)下方的內(nèi)筒頂端開(kāi)口。本實(shí)用新型中，內(nèi)筒為一頂部收縮頂端開(kāi)口的圓筒結(jié)構(gòu)，頂端開(kāi)口連接噴嘴，頂端開(kāi)口直徑與內(nèi)筒直徑的比為1:1 ~1:10，優(yōu)選1:2 ~1:4，從內(nèi)筒高度由下至上的1/2~3/4處開(kāi)始收縮，收縮為圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)，收縮角度為30~45°（圓臺(tái)的母線與軸線之間的夾角），圓筒的高徑比為2~10，其中高于直徑比中的直徑為未收縮部分的直徑；內(nèi)筒底部連接液體分布器，液體分布器固定于分布支撐板上。

本實(shí)用新型中，直筒段與內(nèi)筒構(gòu)成環(huán)形反應(yīng)區(qū)，環(huán)形反應(yīng)區(qū)底部的直筒段側(cè)壁對(duì)應(yīng)設(shè)置兩個(gè)出料口，直筒段底部設(shè)置進(jìn)料口。

本實(shí)用新型中，直筒段與內(nèi)筒構(gòu)成環(huán)形反應(yīng)區(qū)，當(dāng)進(jìn)料液體沿內(nèi)筒向上流動(dòng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)導(dǎo)流筒及噴嘴，與撞擊流反應(yīng)器底部導(dǎo)流筒及噴嘴出料發(fā)生撞擊混合。

本實(shí)用新型中，所述的反應(yīng)裝置設(shè)置兩個(gè)撞擊區(qū)：第一撞擊區(qū)在撞擊流反應(yīng)器水平導(dǎo)流筒之間，新鮮原料混合撞擊，第二撞擊區(qū)撞擊流反應(yīng)器與內(nèi)筒之間，第一撞擊混合產(chǎn)物與環(huán)流反應(yīng)去產(chǎn)物的混合撞擊。

由于生物柴油生產(chǎn)酯交換反應(yīng)過(guò)程中原料油和甲醇的兩相互不相溶、反應(yīng)速率低、轉(zhuǎn)化率低、停留時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，而傳統(tǒng)的攪拌釜反應(yīng)器存在反應(yīng)效率低、不能連續(xù)生產(chǎn)等不利之處。本實(shí)用新型的反應(yīng)裝置巧妙的設(shè)置了兩個(gè)連續(xù)的物料撞擊區(qū)，其中的第一撞擊過(guò)程實(shí)現(xiàn)反應(yīng)原料的混合溶解、均質(zhì)與分散，使反應(yīng)原料的宏觀及微觀上混合均勻，大大降低原料油及中間產(chǎn)物與甲醇的傳質(zhì)阻力，為反應(yīng)的過(guò)程傳質(zhì)提供良好的物理?xiàng)l件；第一撞擊過(guò)程為反應(yīng)產(chǎn)物與反應(yīng)進(jìn)料及產(chǎn)物的混合溶解，是基于反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)于甲醇的溶劑要遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于原料，從而會(huì)顯著增加酯交換反應(yīng)速率、減少停留時(shí)間，使反應(yīng)轉(zhuǎn)化率達(dá)99%以上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型可將反應(yīng)總停留時(shí)間減少10%～40%，原料油轉(zhuǎn)化率提高1%～8%。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的組合式撞擊流反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

其中：1-酯交換反應(yīng)進(jìn)料，2-擴(kuò)大段，3- -直筒段，4-引入擴(kuò)大段的進(jìn)料，5-撞擊流反應(yīng)器左右進(jìn)料，6-撞擊流反應(yīng)器，7-導(dǎo)流筒，8-第一撞擊區(qū)，9-豎直導(dǎo)流筒，10-第二撞擊區(qū)，11-液體分布器，12-直筒段底部進(jìn)料，13-內(nèi)筒，14-直筒段與內(nèi)筒的物料流動(dòng)空間，15-直筒段側(cè)壁出料；16-離開(kāi)反應(yīng)器的反應(yīng)產(chǎn)物。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)和使用方法。

本實(shí)用新型一種組合式撞擊流反應(yīng)裝置，用于酯交換生產(chǎn)生物柴油的過(guò)程，該方法中將含有甲醇、液體堿催化劑及原料油脂的酯交換反應(yīng)進(jìn)料1分為兩路，一路引入擴(kuò)大段2，一路引入直筒段3；引入擴(kuò)大段的進(jìn)料4分成兩股物料5后,分別從撞擊流反應(yīng)器6的左右兩側(cè)水平導(dǎo)流筒7位置進(jìn)入，經(jīng)過(guò)噴嘴，在第一撞擊區(qū)8發(fā)生強(qiáng)烈撞擊混合后，經(jīng)撞擊流反應(yīng)器底部出料口連接的豎直導(dǎo)流筒9經(jīng)噴嘴進(jìn)入第二撞擊區(qū)10；引入直筒段3的進(jìn)料經(jīng)直筒段底部的進(jìn)料管12進(jìn)入反應(yīng)器，再經(jīng)液體分布器11進(jìn)入內(nèi)筒13，并沿內(nèi)筒自下而上流動(dòng)，經(jīng)內(nèi)筒頂端的噴嘴進(jìn)入第二撞擊區(qū)10；兩股進(jìn)入第二撞擊區(qū)的物料，進(jìn)行撞擊混合，產(chǎn)物進(jìn)入直筒段3與內(nèi)筒13的物料流動(dòng)空間14，并沿直筒段側(cè)壁出料管15后合并為反應(yīng)產(chǎn)物16離開(kāi)反應(yīng)器。

實(shí)用新型中，所述的酯交換反應(yīng)條件如下：反應(yīng)壓力0.5～2.0MPaG，反應(yīng)溫度為80～150℃；甲醇與原料油脂的摩爾比為1:5～1:20，堿性催化劑用量為原料油脂用量的5%～15%。

本實(shí)用新型中，撞擊流反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間為0.5～2小時(shí)，優(yōu)選1.0～1.5小時(shí)；在此時(shí)間內(nèi)，達(dá)到的原料油脂轉(zhuǎn)化率為≥99%。

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)于本實(shí)用新型所述的使用效果進(jìn)一步說(shuō)明，但不受下述實(shí)施例的限制。

對(duì)比例1

采用常規(guī)的生物柴油產(chǎn)品酯交換反應(yīng)設(shè)備-攪拌釜反應(yīng)器，反應(yīng)原料為原料油脂、甲醇和堿性催化劑，反應(yīng)原料引入攪拌釜反應(yīng)器進(jìn)行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)

條件如下：溫度為120℃～125℃，壓力為2.0MPaG；醇油摩爾比為10（油脂分子量按880計(jì)），堿催化劑占原料油脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。在該反應(yīng)條件下，酯交換反應(yīng)停留時(shí)間為5.5小時(shí)，反應(yīng)原料轉(zhuǎn)化率為94.5%。

實(shí)施例1

采用本發(fā)明的生物柴油產(chǎn)品酯交換反應(yīng)設(shè)備-組合式撞擊流反應(yīng)裝置，反應(yīng)原料為原料油脂、甲醇和堿性催化劑，反應(yīng)原料引入撞擊流反應(yīng)裝置進(jìn)行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)條件如下：溫度為120℃～125℃，壓力為2.0MPaG；醇油摩爾比為10（油脂分子量按880計(jì)），堿催化劑占原料油脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%。本發(fā)明的撞擊流反應(yīng)裝置的擴(kuò)大段的擴(kuò)大角為30°，擴(kuò)大段直徑為直筒段直徑的2倍，擴(kuò)大段徑高比為2.5，直筒段的高徑比范圍在4，內(nèi)筒頂端開(kāi)口直徑與內(nèi)筒直徑的比為1：2，從內(nèi)筒高度由下至上的5/8處開(kāi)始收縮，收縮角度為30°圓筒的高徑比為5。在該反應(yīng)條件下，酯交換反應(yīng)停留時(shí)間為3.6小時(shí)，反應(yīng)原料轉(zhuǎn)化率為99.5%。

實(shí)施例2

采用本發(fā)明的生物柴油產(chǎn)品酯交換反應(yīng)設(shè)備-組合式撞擊流反應(yīng)裝置，反應(yīng)原料為原料油脂、甲醇和堿性催化劑，反應(yīng)原料引入組合式撞擊流反應(yīng)裝置進(jìn)行酯交換反應(yīng)，反應(yīng)條件如下：溫度為120℃～125℃，壓力為2.0MPaG；醇油摩爾比為10（油脂分子量按880計(jì)），堿催化劑占原料油脂的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，本發(fā)明的撞擊流反應(yīng)裝置的擴(kuò)大段的擴(kuò)大角為45°，擴(kuò)大段直徑為直筒段直徑的4倍，擴(kuò)大段徑高比為5，直筒段的高徑比范圍為8，內(nèi)筒頂端開(kāi)口直徑與內(nèi)筒直徑的比為1：6，從內(nèi)筒高度由下至上的3/4處開(kāi)始收縮，收縮角度為45°，圓筒的高徑比為8。在該反應(yīng)條件下，酯交換反應(yīng)停留時(shí)間為3.4小時(shí)，反應(yīng)原料轉(zhuǎn)化率為99.5%。