本实用新型涉及一种组合式撞击流反应装置，尤其适用于生物柴油生产的酯交换反应过程。
背景技术：
生物柴油为一种可再生资源，具有以下优点：（1）较好的发动机低温启动性能，无添加冷凝点达-20℃；（2）硫含量低，不含有对环境造成污染的芳香烃；（3）闪点高，安全性能好；（4）十六烷值高，燃烧性能远好于普通柴油；（5）有较好的润滑性能，可降低喷油泵、发动机缸体和连杆的磨损率，延长其使用寿命。目前工业化生产中，生物柴油生产多采用酯交换工艺，是利用甲醇等低碳醇类物质，将原料油中的三甘酯中的甘油发生酯交换而取代下来，得到生物柴油。
在生物柴油生产工艺中，酯交换反应为整个工艺的核心，而在现有生物柴油生产工艺的反应过程中，主要存在着问题反应速率低、所需反应时间长、转化率低等诸多问题，反应器的结构与设计成为酯交换反应效果的关键。传统的反应过程。
目前工业应用的传统酯交换反应器一般是带搅拌设施的间歇釜式反应器，该反应器的缺点是返混不均匀，搅拌效率低，不但不能连续操作，而且反应转化率低，给生产规模的扩大带来了很大的不便。
为了解决上述问题，CN1919973A利用环路湍流反应器组成一套连续式制备生物柴油的装置，原料从环路湍流反应器底部进入，在环路湍流反应器中反应，经过反应的混合物从反应器顶部出料，一部分物料回到循环混合泵再次进入反应器，目的是实现原料的循环多次强制混合。由于反应器内物料实现的湍流强度低、相对比较平缓，实际混合效果并不理想。
CN00230326.4提出了一种浸没循环撞击流反应器，该反应器包含内部的导流筒和螺旋桨，螺旋桨从两端推动流体经导流筒高速循环流动并在容器中心处相向撞击，该结构比釜式反应器和环流反应器的混合效果都好，但也存在一些不足：（1）由于安装螺旋桨的电机轴是悬臂结构，如果轴较长或转速较快，容易引起螺旋桨及电机轴的震动；（2）安装螺旋桨的电机轴在反应器壁上需安装轴封结构，长期运转容易损坏，难以长周期运行；（3）该结构将动部件放置在反应器内，在转动过程中容易发生故障，维修也十分不便。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种组合式撞击流反应装置，通过采用设置两个撞击区，实现连续有效的物料混合与充分反应。本装置设备简单，容易实现，且酯交换反应器过程速率快，反应时间短，总转化率高达99%以上。
本实用新型的组合式撞击流反应装置，所述的装置包括反应装置壳体、撞击流反应器、内筒和液体分布器组成，所述反应装置壳体由上往下依次包括扩大段和直筒段，其中的撞击流反应器位于扩大段内，内筒位于直筒段内，液体分布器位于内筒底部。
本实用新型中，所述的扩大段为设置于反应装置上端的环形扩大结构。扩大段与直筒段交点处的切线与反应器轴线形成的夹角（夹角起始于轴线，终止于交点处的切线）称为扩大角，该扩大角为锐角，最好为15~80°。所述反应器的扩大段直径（指内径）为直筒段直径（指内径）的1.2倍～8倍，最好为2～4倍。扩大段的径高之比为1.5～6。直筒段的高径比范围在2～10之间。本实用新型中所述的直径均指内径，所述的高径比或径高比中的“径”均指直径。
本实用新型中，所述的撞击流反应器包括撞击流反应器外壳和导流筒，外壳左右两侧侧壁设置进料口，两侧进料口分别与左右对称安装的水平导流筒一端连接，导流筒另外一端安装喷嘴，反应器底部中央设置出料口，出料口与竖直导流筒一端连接，竖直导流筒另一端连接喷嘴，喷嘴正对下方的内筒顶端开口。本实用新型中，内筒为一顶部收缩顶端开口的圆筒结构，顶端开口连接喷嘴，顶端开口直径与内筒直径的比为1:1 ~1:10，优选1:2 ~1:4，从内筒高度由下至上的1/2~3/4处开始收缩，收缩为圆台形结构，收缩角度为30~45°（圆台的母线与轴线之间的夹角），圆筒的高径比为2~10，其中高于直径比中的直径为未收缩部分的直径；内筒底部连接液体分布器，液体分布器固定于分布支撑板上。
本实用新型中，直筒段与内筒构成环形反应区，环形反应区底部的直筒段侧壁对应设置两个出料口，直筒段底部设置进料口。
本实用新型中，直筒段与内筒构成环形反应区，当进料液体沿内筒向上流动过程中经过导流筒及喷嘴，与撞击流反应器底部导流筒及喷嘴出料发生撞击混合。
本实用新型中，所述的反应装置设置两个撞击区：第一撞击区在撞击流反应器水平导流筒之间，新鲜原料混合撞击，第二撞击区撞击流反应器与内筒之间，第一撞击混合产物与环流反应去产物的混合撞击。
由于生物柴油生产酯交换反应过程中原料油和甲醇的两相互不相溶、反应速率低、转化率低、停留时间长的问题，而传统的搅拌釜反应器存在反应效率低、不能连续生产等不利之处。本实用新型的反应装置巧妙的设置了两个连续的物料撞击区，其中的第一撞击过程实现反应原料的混合溶解、均质与分散，使反应原料的宏观及微观上混合均匀，大大降低原料油及中间产物与甲醇的传质阻力，为反应的过程传质提供良好的物理条件；第一撞击过程为反应产物与反应进料及产物的混合溶解，是基于反应产物对于甲醇的溶剂要远远好于原料，从而会显著增加酯交换反应速率、减少停留时间，使反应转化率达99%以上。与现有技术相比，本实用新型可将反应总停留时间减少10%～40%，原料油转化率提高1%～8%。
附图说明
图1为本实用新型的组合式撞击流反应装置结构示意图。
其中：1-酯交换反应进料，2-扩大段，3- -直筒段，4-引入扩大段的进料，5-撞击流反应器左右进料，6-撞击流反应器，7-导流筒，8-第一撞击区，9-竖直导流筒，10-第二撞击区，11-液体分布器，12-直筒段底部进料，13-内筒，14-直筒段与内筒的物料流动空间，15-直筒段侧壁出料；16-离开反应器的反应产物。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型装置的结构和使用方法。
本实用新型一种组合式撞击流反应装置，用于酯交换生产生物柴油的过程，该方法中将含有甲醇、液体碱催化剂及原料油脂的酯交换反应进料1分为两路，一路引入扩大段2，一路引入直筒段3；引入扩大段的进料4分成两股物料5后,分别从撞击流反应器6的左右两侧水平导流筒7位置进入，经过喷嘴，在第一撞击区8发生强烈撞击混合后，经撞击流反应器底部出料口连接的竖直导流筒9经喷嘴进入第二撞击区10；引入直筒段3的进料经直筒段底部的进料管12进入反应器，再经液体分布器11进入内筒13，并沿内筒自下而上流动，经内筒顶端的喷嘴进入第二撞击区10；两股进入第二撞击区的物料，进行撞击混合，产物进入直筒段3与内筒13的物料流动空间14，并沿直筒段侧壁出料管15后合并为反应产物16离开反应器。
实用新型中，所述的酯交换反应条件如下：反应压力0.5～2.0MPaG，反应温度为80～150℃；甲醇与原料油脂的摩尔比为1:5～1:20，碱性催化剂用量为原料油脂用量的5%～15%。
本实用新型中，撞击流反应器内的停留时间为0.5～2小时，优选1.0～1.5小时；在此时间内，达到的原料油脂转化率为≥99%。
下面结合实施例对于本实用新型所述的使用效果进一步说明，但不受下述实施例的限制。
对比例1
采用常规的生物柴油产品酯交换反应设备-搅拌釜反应器，反应原料为原料油脂、甲醇和碱性催化剂，反应原料引入搅拌釜反应器进行酯交换反应，反应
条件如下：温度为120℃～125℃，压力为2.0MPaG；醇油摩尔比为10（油脂分子量按880计），碱催化剂占原料油脂的质量分数为10%。在该反应条件下，酯交换反应停留时间为5.5小时，反应原料转化率为94.5%。
实施例1
采用本发明的生物柴油产品酯交换反应设备-组合式撞击流反应装置，反应原料为原料油脂、甲醇和碱性催化剂，反应原料引入撞击流反应装置进行酯交换反应，反应条件如下：温度为120℃～125℃，压力为2.0MPaG；醇油摩尔比为10（油脂分子量按880计），碱催化剂占原料油脂的质量分数为10%。本发明的撞击流反应装置的扩大段的扩大角为30°，扩大段直径为直筒段直径的2倍，扩大段径高比为2.5，直筒段的高径比范围在4，内筒顶端开口直径与内筒直径的比为1：2，从内筒高度由下至上的5/8处开始收缩，收缩角度为30°圆筒的高径比为5。在该反应条件下，酯交换反应停留时间为3.6小时，反应原料转化率为99.5%。
实施例2
采用本发明的生物柴油产品酯交换反应设备-组合式撞击流反应装置，反应原料为原料油脂、甲醇和碱性催化剂，反应原料引入组合式撞击流反应装置进行酯交换反应，反应条件如下：温度为120℃～125℃，压力为2.0MPaG；醇油摩尔比为10（油脂分子量按880计），碱催化剂占原料油脂的质量分数为10%，本发明的撞击流反应装置的扩大段的扩大角为45°，扩大段直径为直筒段直径的4倍，扩大段径高比为5，直筒段的高径比范围为8，内筒顶端开口直径与内筒直径的比为1：6，从内筒高度由下至上的3/4处开始收缩，收缩角度为45°，圆筒的高径比为8。在该反应条件下，酯交换反应停留时间为3.4小时，反应原料转化率为99.5%。