一种快速混合及反应装置的制作方法

本实用新型涉及一种快速混合及反应装置，尤其适用于生物柴油生产的酯交换反应过程。

背景技术：

生物柴油是清洁的可再生能源，大力发展生物柴油对经济可持续发展，推进能源替代，减轻环境压力，控制城市大气污染具有重要的战略意义。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，形成生物柴油粗产品(脂肪酸甲酯)和副产品甘油，二者分离后均需要进一步精制分离才能得到合格产品。

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。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，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快速混合及反应装置，是通过采用撞击流反应器内部形成连续物料撞击过程和相应撞击区域，在物料连续撞击过程中可以加速反应原料的混合溶解、均质分散及快速反应，使反应原料在宏观及微观上混合均匀，大大降低原料、溶剂及中间产物之间的传质阻力，为反应的过程传质提供良好的物理条件的同时提高反应速率。本实用新型可以显著增加生物柴油生产过程中的酯交换反应速率，减少反应停留时间，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％～30％，原料油转化率提高1％～5％。

本实用新型的撞击流反应装置，所述的装置主要包括撞击流反应器、循环泵及物料运输管线；其中所述的撞击流反应器包括反应器壳体、导流筒以及连接于导流筒末端的喷嘴、物料分布管，反应器壳体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导流筒一端连接，导流筒另外一端安装喷嘴，物料分布管设置于导流筒喷嘴之间，竖直固定于壳体顶部和底部；撞击流反应器底部设置出料口，出料口经管线与物料循环泵连接，物料循环泵经管线与物料分布管入口连接。

本实用新型中，所述的撞击流反应器两侧导流筒可以设置对称的一组或多组。

本实用新型中，所述的物料分布管与导流筒在空间上垂直放置，物料分布管表面开孔，其中的孔与孔之间呈正三角形排列，且均匀分布，其表面开孔率为5％～15％、孔径4mm～6mm。

本实用新型中，所述的物料分布管喷射出的物料流速为1.0～5.0m/s，优选2.0～3m/s。

本实用新型中，所述的撞击流反应器内导流筒末端连接的喷嘴喷射出的物料流速为3.0～8.0m/s，优选4.0～6m/s。

本实用新型中，所述撞击流反应器内的撞击过程中，循环物料占总反应进料的20％～50％(质量分数)。

本实用新型中，所述的生物柴油生产过程中的酯交换的反应温度为100～150℃，反应压力为1.0～2.0mpag，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％。

本实用新型中，由于生物柴油生产时酯交换反应过程中原料油和甲醇的两相存在互不相溶、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具有反应效率低、不能连续生产等不利之处。本实用新型通过在撞击流反应器内将反应物料进行连续多次撞击的方式，并集成了管式液体分布器与导流筒组合的结构来实现的，首先将反应原料分别引入撞击流反应器的左右两侧导流筒，同时将来自循环泵来的反应物料引入物料分布器，使导流筒出料与物料分布器出料进行连续撞击混合，从而实现原料与产物的充分混合、溶解及反应，该方法大大提高了酯交换反应速率，使反应转化率达99％以上，反应总停留时间大幅度减少。

附图说明

图1是本实用新型的快速混合及反应装置的结构示意图。

其中：1-反应进料，2-撞击流反应器壳体，3、4-撞击流反应器进料，5、6-导流筒及喷嘴，7-连续撞击区，8-物料分布管，9、10-物料循环泵，11、12-循环撞击物料，13、14-离开反应器的反应产物。

具体实施方式

下面结合附图1进一步说明本实用新型装置的结构和使用方法。

本实用新型的快速混合及反应装置用于酯交换生产生物柴油的过程如下：将含有甲醇、液体碱催化剂及原料油脂的反应进料1分为两路3和4，分别引入撞击流反应器2的左右两侧，作为撞击流反应器进料，两侧进料分别经由左侧的导流筒及喷嘴5和右侧的导流筒及喷嘴6进入撞击流反应器的连续撞击区7，与循环回的反应物料11、12进行连续多次撞击，使物料发生强制混合及酯交换反应；撞击流反应器底部出料分为两路，一路连接循环泵9、10，并经循环泵抽出后经由物料分布管8进行均匀分布后循环回撞击流反应器，与撞击流反应器内导流筒喷射出的物料进行连续撞击，另一路物料13、14则作为反应产物离开撞击流反应器。

本实用新型的快速混合及反应装置应用于酯交换反应生产生物柴油，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90.3％。

实施例1

采用本发明的撞击流反应装置，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％，引入物料分布管的循环物料与反应总原料的流量比为1:15。在该反应条件下，酯交换反应停留时间为3.2小时，反应原料转化率为99.0％。

实施例2

采用本发明的撞击流反应装置，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％，引入引入物料分布管的循环物料与反应总物料与反应原料的流量比为1:10。在该反应条件下，酯交换反应停留时间为2.9小时，反应原料转化率为99.3％。