本實用新型涉及一種撞擊流反應裝置，尤其適用于生物柴油生產的酯交換反應過程。

背景技術：

生物柴油是清潔的可再生能源，大力發(fā)展生物柴油對經濟可持續(xù)發(fā)展，推進能源替代，減輕環(huán)境壓力，控制城市大氣污染具有重要的戰(zhàn)略意義。目前工業(yè)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(fā)生酯交換而取代下來，形成生物柴油粗產品（脂肪酸甲酯）和副產品甘油，二者分離后均需要進一步精制分離才能得到合格產品。

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。目前工業(yè)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(xù)操作，而且反應轉化率低，給生產規(guī)模的擴大帶來了很大的不便。

為了解決上述問題，CN1919973A利用環(huán)路湍流反應器組成一套連續(xù)式制備生物柴油的裝置，原料從環(huán)路湍流反應器底部進入，在環(huán)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(huán)混合泵再次進入反應器，實現原料的循環(huán)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(huán)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(huán)流動并在容器中心處相向撞擊，該結構比釜式反應器和環(huán)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(fā)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撞擊流反應裝置，通過采用將反應原料與產物撞擊的方式，實現原料與產物的充分混合、溶解及反應，大大增加了撞擊區(qū)的有效撞擊面積，改善了撞擊流反應器的混合功能，進一步提高反應速率，縮短反應時間。

本實用新型的撞擊流反應裝置，所述的裝置主要包括撞擊流反應器、纖維膜組件、沉降分離罐和抽料泵；其中所述的撞擊流反應器包括殼體、導流筒、管式液體分布器，殼體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導流筒一端連接，導流筒另外一端安裝噴嘴，管式液體分布器位于導流筒噴嘴之間，豎直固定于殼體頂部；撞擊流反應器底部設置出料口，出料口與

纖維膜組件頂部連接，纖維膜組件上部側面設置注水口，底部設置出料口，纖維膜組件整體固定在沉降分離罐內，沉降分離罐頂部設置輕相出料口，底部設置重相出料口，輕相出料口經管線與抽料泵連接，抽料泵經管線與管式液體分布器入口連接。

本實用新型中，所述的撞擊流反應器兩側導流筒可以設置對稱的一組或多組。

本實用新型中，所述的管式液體分布器表面開孔，其中的孔與孔之間呈正三角形排列，且均勻分布，其表面開孔率為5%～15%、孔徑4 mm～6mm；管式液體分布器與導流筒在空間上垂直放置，管式液體分布器表面開孔正對左右兩個導流筒的噴嘴。

本實用新型中，在撞擊流反應器底部設置取熱盤管，冷卻水通過流經取熱盤管的進水口和出水口實現對反應物料的取熱冷卻作用。

本實用新型中，所述的纖維膜組件至少包括一個筒狀纖維膜單元；當中空纖維膜組件包括多個筒狀纖維膜單元時，多個筒狀纖維膜單元的軸線彼此平行；所述的筒狀纖維膜單元內填裝多束中空纖維絲，其中的纖維絲為高強度的織物基材與聚合物涂層組成的復合材料。所述的纖維膜組件的功能是為萃取分離過程提供巨大的表面積，撞擊流反應器底部出料流經纖維膜組件時，在纖維膜表面進行鋪展形成薄薄的油膜。通過注水口向纖維膜單元注水，注水的作用一方面將脂肪酸甲酯相表面粘附的甘油相進行洗滌，使不溶于水的脂肪酸甲酯相與溶于水的甘油相進行徹底分離，另一方面注水可以增加輕相-脂肪酸甲酯與重相-甘油/水相的密度差，縮短分離時間。當纖維膜單元注水時，水會沿著油膜的表面與鋪展在纖維膜表面的油膜順流流動而接觸，將甘油溶解下來，最終的流出物到達沉降分離罐進行沉降分離。

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(xù)生產等不利之處。本實用新型通過采用將反應原料與產物撞擊的方式、管式液體分布器與導流筒組合的結構進行，首先將反應原料分別引入撞擊流反應器的左右兩側導流筒，同時將來自產物分離設備來的反應產物引入管式液體反應器，使導流筒出料與管式液體反應器出料進行撞擊混合，從而實現原料與產物的充分混合、溶解及反應，該方法大大增加了撞擊區(qū)的有效撞擊面積，改善了撞擊流反應器的混合功能，進一步提高酯交換反應速率，縮短反應時間，總轉化率高達99%以上。

附圖說明

圖1是本實用新型的撞擊流反應裝置的結構示意圖。

其中：1-反應進料，2-撞擊流反應器殼體，3、4-撞擊流反應器進料，5、6-導流筒及噴嘴，7-撞擊區(qū)，8-取熱盤管進水口，9-取熱盤管出水口，10-注水口，11-沉降分離罐，12-纖維膜組件，13-生物柴油產品，14-抽料泵，15-生物柴油產品出料，16-生物柴油產品循環(huán)。

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。

本實用新型的撞擊流反應裝置用于酯交換生產生物柴油的過程如下：將含有甲醇、液體堿催化劑及原料油脂的反應進料1分為兩路3和4，分別引入撞擊流反應器2的左右兩側，作為反應器進料，兩側進料分別經由左側的導流筒及噴嘴5和右側的導流筒及噴嘴6進入撞擊流反應器的撞擊區(qū)7，與循環(huán)回的生物柴油產物16進行撞擊，進行強制混合及酯交換反應；在反應器底部設置取熱盤管，冷卻水由取熱盤管的進水口8進入，由取熱盤管的出水口9流出，對反應物料進行冷卻；撞擊流反應器底部連接纖維膜分離組件12，進行酯相和甘油相的初步分離，纖維膜組件上方設置注水口10，經纖維膜分離后的物料進入沉降分離罐11進行沉降分離，分離出的輕相（含生物柴油的物料13）經由抽料泵14抽出分為兩路，一路作為產物15離開反應裝置，另一路16循環(huán)回撞擊流反應器2與新鮮原料進行撞擊混合，分離出的重相17離開本反應裝置。

本實用新型的撞擊流反應裝置應用于酯交換反應生產生物柴油，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(yōu)選1.0～1.5小時；在此時間內原料油脂轉化率為≥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(guī)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(fā)明的撞擊流反應裝置，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%，引入噴射柱的物料與反應原料的流量比為1:15。在該反應條件下，酯交換反應停留時間為3.2小時，反應原料轉化率為99.0%。

實施例2

采用本發(fā)明的撞擊流反應裝置，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%，引入噴射柱的物料與反應原料的流量比為1:10。在該反應條件下，酯交換反應停留時間為2.9小時，反應原料轉化率為99.3%。