本實用新型涉及一種組合式撞擊流反應裝置，尤其適用于生物柴油生產的酯交換反應過程。

背景技術：

生物柴油為一種可再生資源，具有以下優點：（1）較好的發動機低溫啟動性能，無添加冷凝點達-20℃；（2）硫含量低，不含有對環境造成污染的芳香烴；（3）閃點高，安全性能好；（4）十六烷值高，燃燒性能遠好于普通柴油；（5）有較好的潤滑性能，可降低噴油泵、發動機缸體和連桿的磨損率，延長其使用壽命。目前工業化生產中，生物柴油生產多采用酯交換工藝，是利用甲醇等低碳醇類物質，將原料油中的三甘酯中的甘油發生酯交換而取代下來，得到生物柴油。

在生物柴油生產工藝中，酯交換反應為整個工藝的核心，而在現有生物柴油生產工藝的反應過程中，主要存在著問題反應速率低、所需反應時間長、轉化率低等諸多問題，反應器的結構與設計成為酯交換反應效果的關鍵。傳統的反應過程。

目前工業應用的傳統酯交換反應器一般是帶攪拌設施的間歇釜式反應器，該反應器的缺點是返混不均勻，攪拌效率低，不但不能連續操作，而且反應轉化率低，給生產規模的擴大帶來了很大的不便。

為了解決上述問題，CN1919973A利用環路湍流反應器組成一套連續式制備生物柴油的裝置，原料從環路湍流反應器底部進入，在環路湍流反應器中反應，經過反應的混合物從反應器頂部出料，一部分物料回到循環混合泵再次進入反應器，目的是實現原料的循環多次強制混合。由于反應器內物料實現的湍流強度低、相對比較平緩，實際混合效果并不理想。

CN00230326.4提出了一種浸沒循環撞擊流反應器，該反應器包含內部的導流筒和螺旋槳，螺旋槳從兩端推動流體經導流筒高速循環流動并在容器中心處相向撞擊，該結構比釜式反應器和環流反應器的混合效果都好，但也存在一些不足：（1）由于安裝螺旋槳的電機軸是懸臂結構，如果軸較長或轉速較快，容易引起螺旋槳及電機軸的震動；（2）安裝螺旋槳的電機軸在反應器壁上需安裝軸封結構，長期運轉容易損壞，難以長周期運行；（3）該結構將動部件放置在反應器內，在轉動過程中容易發生故障，維修也十分不便。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本實用新型提供一種組合式撞擊流反應裝置，通過采用設置兩個撞擊區，實現連續有效的物料混合與充分反應。本裝置設備簡單，容易實現，且酯交換反應器過程速率快，反應時間短，總轉化率高達99%以上。

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

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

本實用新型中，所述的撞擊流反應器包括撞擊流反應器外殼和導流筒，外殼左右兩側側壁設置進料口，兩側進料口分別與左右對稱安裝的水平導流筒一端連接，導流筒另外一端安裝噴嘴，反應器底部中央設置出料口，出料口與豎直導流筒一端連接，豎直導流筒另一端連接噴嘴，噴嘴正對下方的內筒頂端開口。本實用新型中，內筒為一頂部收縮頂端開口的圓筒結構，頂端開口連接噴嘴，頂端開口直徑與內筒直徑的比為1:1 ~1:10，優選1:2 ~1:4，從內筒高度由下至上的1/2~3/4處開始收縮，收縮為圓臺形結構，收縮角度為30~45°（圓臺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。

本實用新型中，直筒段與內筒構成環形反應區，環形反應區底部的直筒段側壁對應設置兩個出料口，直筒段底部設置進料口。

本實用新型中，直筒段與內筒構成環形反應區，當進料液體沿內筒向上流動過程中經過導流筒及噴嘴，與撞擊流反應器底部導流筒及噴嘴出料發生撞擊混合。

本實用新型中，所述的反應裝置設置兩個撞擊區：第一撞擊區在撞擊流反應器水平導流筒之間，新鮮原料混合撞擊，第二撞擊區撞擊流反應器與內筒之間，第一撞擊混合產物與環流反應去產物的混合撞擊。

由于生物柴油生產酯交換反應過程中原料油和甲醇的兩相互不相溶、反應速率低、轉化率低、停留時間長的問題，而傳統的攪拌釜反應器存在反應效率低、不能連續生產等不利之處。本實用新型的反應裝置巧妙的設置了兩個連續的物料撞擊區，其中的第一撞擊過程實現反應原料的混合溶解、均質與分散，使反應原料的宏觀及微觀上混合均勻，大大降低原料油及中間產物與甲醇的傳質阻力，為反應的過程傳質提供良好的物理條件；第一撞擊過程為反應產物與反應進料及產物的混合溶解，是基于反應產物對于甲醇的溶劑要遠遠好于原料，從而會顯著增加酯交換反應速率、減少停留時間，使反應轉化率達99%以上。與現有技術相比，本實用新型可將反應總停留時間減少10%～40%，原料油轉化率提高1%～8%。

附圖說明

圖1為本實用新型的組合式撞擊流反應裝置結構示意圖。

其中：1-酯交換反應進料，2-擴大段，3- -直筒段，4-引入擴大段的進料，5-撞擊流反應器左右進料，6-撞擊流反應器，7-導流筒，8-第一撞擊區，9-豎直導流筒，10-第二撞擊區，11-液體分布器，12-直筒段底部進料，13-內筒，14-直筒段與內筒的物料流動空間，15-直筒段側壁出料；16-離開反應器的反應產物。

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明本實用新型裝置的結構和使用方法。

本實用新型一種組合式撞擊流反應裝置，用于酯交換生產生物柴油的過程，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進料1分為兩路，一路引入擴大段2，一路引入直筒段3；引入擴大段的進料4分成兩股物料5后,分別從撞擊流反應器6的左右兩側水平導流筒7位置進入，經過噴嘴，在第一撞擊區8發生強烈撞擊混合后，經撞擊流反應器底部出料口連接的豎直導流筒9經噴嘴進入第二撞擊區10；引入直筒段3的進料經直筒段底部的進料管12進入反應器，再經液體分布器11進入內筒13，并沿內筒自下而上流動，經內筒頂端的噴嘴進入第二撞擊區10；兩股進入第二撞擊區的物料，進行撞擊混合，產物進入直筒段3與內筒13的物料流動空間14，并沿直筒段側壁出料管15后合并為反應產物16離開反應器。

實用新型中，所述的酯交換反應條件如下：反應壓力0.5～2.0MPaG，反應溫度為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%。

本實用新型中，撞擊流反應器內的停留時間為0.5～2小時，優選1.0～1.5小時；在此時間內，達到的原料油脂轉化率為≥99%。

下面結合實施例對于本實用新型所述的使用效果進一步說明，但不受下述實施例的限制。

對比例1

采用常規的生物柴油產品酯交換反應設備-攪拌釜反應器，反應原料為原料油脂、甲醇和堿性催化劑，反應原料引入攪拌釜反應器進行酯交換反應，反應

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），堿催化劑占原料油脂的質量分數為10%。在該反應條件下，酯交換反應停留時間為5.5小時，反應原料轉化率為94.5%。

實施例1

采用本發明的生物柴油產品酯交換反應設備-組合式撞擊流反應裝置，反應原料為原料油脂、甲醇和堿性催化劑，反應原料引入撞擊流反應裝置進行酯交換反應，反應條件如下：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），堿催化劑占原料油脂的質量分數為10%。本發明的撞擊流反應裝置的擴大段的擴大角為30°，擴大段直徑為直筒段直徑的2倍，擴大段徑高比為2.5，直筒段的高徑比范圍在4，內筒頂端開口直徑與內筒直徑的比為1：2，從內筒高度由下至上的5/8處開始收縮，收縮角度為30°圓筒的高徑比為5。在該反應條件下，酯交換反應停留時間為3.6小時，反應原料轉化率為99.5%。

實施例2

采用本發明的生物柴油產品酯交換反應設備-組合式撞擊流反應裝置，反應原料為原料油脂、甲醇和堿性催化劑，反應原料引入組合式撞擊流反應裝置進行酯交換反應，反應條件如下：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），堿催化劑占原料油脂的質量分數為10%，本發明的撞擊流反應裝置的擴大段的擴大角為45°，擴大段直徑為直筒段直徑的4倍，擴大段徑高比為5，直筒段的高徑比范圍為8，內筒頂端開口直徑與內筒直徑的比為1：6，從內筒高度由下至上的3/4處開始收縮，收縮角度為45°，圓筒的高徑比為8。在該反應條件下，酯交換反應停留時間為3.4小時，反應原料轉化率為99.5%。