CN102776075A - 交互式紊流反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交互式紊流反应装置，包括至少一反应器，所述的反应器具有至少一原料进口以及至少一反应产物出口，其特征在于：所述的反应器内设有多块横向倾斜设置的挡板，所述的挡板上设有多个非对称斜型锥孔。本发明实现了酯化与酯交换的连续化生产，提高了生产工艺的自动化水平；采用了特殊结构的管式或塔式反应器，大大强化了油脂和甲醇互不相容体系的传质，彻底改变了作坊式的釜式反应落后工艺，显著缩短了反应时间，很大程度的降低了能耗，社会和经济效益显著提高。

Description

交互式紊流反应装置
技术领域
本发明涉及化工领域，具体地涉及一种交互式紊流反应装置，其尤其适合于生物柴油生产过程的酯化反应使用。
背景技术
生物柴油(Biodiesel)是指以油料作物、野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物柴油是生物质能的一种，它是生物质利用热裂解等技术得到的一种长链脂肪酸的单烷基酯。生物柴油是含氧量极高的复杂有机成分的混合物，这些混合物主要是一些分子量大的有机物，几乎包括所有种类的含氧有机物，如：醚、酯、醛、酮、酚、有机酸、醇等。
原料油脂加入过量甲醇，在酸性催化剂存在下，进行酯化，使游离酸转变成粗脂肪酸甲酯。现有技术中，生成粗脂肪酸甲酯的酯化反应都是采用釜式反应装置，在加温的同时，用搅拌器搅拌来促进反应的进行，但由于不能连续生产，且油脂和甲醇不相容，其反应时间长，酯化不完全，能耗高，使得生产出来的生物柴油成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供交互式紊流反应装置，以解决现有技术中存在的上述问题。
本发明提供的技术方案如下：
交互式紊流反应装置，包括至少一反应器，所述的反应器具有至少一原料进口以及至少一反应产物出口，其特征在于：所述的反应器内设有多块横向倾斜设置的挡板，所述的挡板上设有多个非对称斜型锥孔。
在本发明的较佳实施例中，所述的反应器还具有一紊流推动泵。
在本发明的较佳实施例中，所述的紊流推动泵设于反应器原料进口处。
在本发明的较佳实施例中，所述的挡板和反应器的主轴方向的夹角为5°-75°。这样，当反应器竖直设置时，可以避免挡板上出现平台，使固体堆积，不利于反应的进行的现象发生。
在本发明的更佳实施例中，所述的挡板和反应器的主轴方向的夹角为10°-30°。
在本发明的较佳实施例中，所述的锥孔和挡板表面的夹角为15°-75°。更佳地，为35°-65°。
在本发明的较佳实施例中，同一挡板的相邻锥孔之间的轴线相互错开，或是交叉。如此，可以让各锥孔之间出来的液流流向不同，避免因同向加强而出现局部高剪切速率区域。
在本发明的较佳实施例中，相邻锥孔之间的交叉角度为15°-75°度。
在本发明的较佳实施例中，反应器外设换热夹套或者外挂加热器，其可使反应器内的温度保持在一较佳的反应温度范围内。
在本发明的较佳实施例中，所述的反应器为2-5个，相连的两个反应器之间用一管道连通。
本发明的交互式紊流反应装置，反应器内设设有多块横向倾斜设置的挡板，所述的挡板上设有多个非对称斜型锥孔。在挡板和锥孔的作用下，通过挡板的混合物流就会产生紊流，促进传质。本发明还设置一紊流推动泵，其可以反复地将混合物流向前推进或向后吸。通过挡板的作用反复产生紊流，与单向流动相比，大大强化了油脂和甲醇互不相容体系的传质。
从上述描述可知，本发明实现了酯化与酯交换的连续化生产，提高了生产工艺的自动化水平；采用了特殊结构的紊流反应器，大大强化了油脂和甲醇互不相容体系的传质，彻底改变了作坊式的釜式反应落后工艺，显著缩短了反应时间，很大程度的降低了能耗，社会和经济效益显著提高。
本发明通过挡板及锥孔的设置，有效地改善停留时间分布，强化反应器内部的传递过程，并保持固体粒子均匀地悬浮于反应流体中。避免了出现局部高剪切速率区域，不易发生高分子量聚合物的剪切降解和固体颗粒的机械破碎。当反应管垂直安装时，反应器内部不存在水平表面，不易发生固体颗粒的局部堆积，能够在流体固含量较高的情况下长期稳定操作。
本发明的交互式紊流反应装置不仅适用于生物柴油的连续酯化反应，也适用于其它的类似类型的化学反应。
附图说明
图1为本发明交互式紊流反应装置的结构示意图。
图2为本发明挡板的结构示意图；
图3为锥孔的示意图之一；
图4为锥孔的示意图之二。
图中：1、2反应管 1-1进料口 1-2蒸汽入口 1-3出料口 1-4疏水阀 1-5出料管 3-弯管 4-挡板 4-1非对称斜型锥孔 5-紊流推动泵 6-甲醇进口 7-催化剂进口 8-原料罐 9-计量器 10排空口 11放料口。
具体实施方式
本发明的具体实施例，参照图1，交互式紊流反应装置，包括串联的两个反应器1和2，这两个反应器都与地面垂直或卧式设置，反应管1的顶部与反应器2的下端之间用一弯管3连通，外部分别设有换热夹套或者外挂加热器(图中未示)。弯管3的顶端设一排气口10。在本实施例中，反应装置为管式或塔式，在其它实施例中，该反应装置可以为其它形式。
反应器1的底部设有进料口1-1和疏水阀1-4，顶部设有蒸汽入口1-2。在该进料口1-1处设有紊流推动泵5以及一放料口11，该进料口1-1分别和甲醇进口6、催化剂进口7以及原料罐8连接，在连接管道上设有计量器9。
反应管2的底部设有疏水阀1-4以及和弯管3连接的进料口，该进料口上同样设有放料口11；顶部设有蒸汽入口1-2以及出料口1-3，该出料口1-3和出料管1-5连接，通过出料管1-5将反应产物运送至下一流程的装置中。
反应管1和反应管2内都安装有多块挡板4，参见图2至图4，该挡板4为圆盘状，沿反应管等距均匀分布，每块挡板4的表面和反应管的轴线方向之间的夹角为30°。
每块挡板4上都分布有多个非对称斜型锥孔4-1，所述的非对称斜型锥孔即具有这样形状的孔：孔的一端开口大，另一端开口小，大口和小口之间有错位，不在圆盘的同一轴线方向上。同一挡板上，所述锥孔大口的一端可以都位于挡板的同一面，或是位于不同面。即在同一挡板上，锥孔两头交错排列。
相邻的两个锥孔4-1之间，其轴线(即大口的圆心与小口的圆心所在的直线)之间为非平行状态，相互错开，如图3所示；或是相交，如图4所示，夹角a为45°。
工作时，由于紊流推动泵5的作用，在挡板和锥孔的作用下，挡板之间反复产生紊流，促进了传质。
上述仅为本发明的具体实施例，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.交互式紊流反应装置，包括至少一反应器，所述的反应器具有至少一原料进口以及至少一反应产物出口，其特征在于：所述的反应器内设有多块横向倾斜设置的挡板，所述的挡板上设有多个非对称斜型锥孔。
2.如权利要求1所述的交互式紊流反应装置，其特征在于：所述的反应器还具有一紊流推动泵。
3.如权利要求2所述的交互式紊流反应装置，其特征在于：所述的紊流推动泵设于反应器原料进口处。
4.如权利要求1或2所述的交互式紊流反应装置，其特征在于：所述的挡板和反应器的主轴方向的夹角为5°-75°。
5.如权利要求4所述的交互式紊流反应装置，其特征在于：所述的挡板和反应器的主轴方向的夹角为10°-30°。
6.如权利要求1或2所述的交互式紊流反应装置，其特征在于：所述的锥孔和挡板表面的夹角为15°-75°。
7.如权利要求1或2所述的交互式紊流反应装置，其特征在于：同一挡板的相邻锥孔之间的轴线相互错开，或是交叉。
8.如权利要求7所述的交互式紊流反应装置，其特征在于：相邻锥孔之间的交叉角度为15°-75°度。
9.如权利要求1或2所述的交互式紊流反应装置，其特征在于：反应器外设换热夹套或者外挂加热器。
10.如权利要求1或2所述的交互式紊流反应装置，其特征在于：所述的反应器为2-5个，相连的两个反应器之间用一管道连通。
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