CN205856393U

CN205856393U - 一种撞击流反应装置

Info

Publication number: CN205856393U
Application number: CN201620608403.9U
Authority: CN
Inventors: 阮宗琳; 杨秀娜; 姜阳
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Fushun Research Institute of Petroleum and Petrochemicals
Priority date: 2016-06-21
Filing date: 2016-06-21
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2026-06-21

Abstract

本实用新型公开了一种撞击流反应装置，所述的装置主要包括撞击流反应器、纤维膜组件、沉降分离罐和抽料泵；撞击流反应器底部设置出料口，出料口与纤维膜组件顶部连接，纤维膜组件上部侧面设置注水口，底部设置出料口，纤维膜组件整体固定在沉降分离罐内，沉降分离罐顶部设置轻相出料口，底部设置重相出料口，轻相出料口经管线与抽料泵连接，抽料泵经管线与管式液体分布器入口连接。本实用新型通过采用将反应原料与产物撞击的方式，实现原料与产物的充分混合、溶解及反应，大大增加了撞击区的有效撞击面积，改善了撞击流反应器的混合功能，进一步提高反应速率，缩短反应时间。

Description

一种撞击流反应装置

技术领域

本实用新型涉及一种撞击流反应装置，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。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种撞击流反应装置，通过采用将反应原料与产物撞击的方式，实现原料与产物的充分混合、溶解及反应，大大增加了撞击区的有效撞击面积，改善了撞击流反应器的混合功能，进一步提高反应速率，缩短反应时间。

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、纤维膜组件、沉降分离罐和抽料泵；其中所述的撞击流反应器包括壳体、导流筒、管式液体分布器，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，管式液体分布器位于导流筒喷嘴之间，竖直固定于壳体顶部；撞击流反应器底部设置出料口，出料口与

纤维膜组件顶部连接，纤维膜组件上部侧面设置注水口，底部设置出料口，纤维膜组件整体固定在沉降分离罐内，沉降分离罐顶部设置轻相出料口，底部设置重相出料口，轻相出料口经管线与抽料泵连接，抽料泵经管线与管式液体分布器入口连接。

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，所述的管式液体分布器表面开孔，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4 mm～6mm；管式液体分布器与导流筒在空间上垂直放置，管式液体分布器表面开孔正对左右两个导流筒的喷嘴。

本实用新型中，在撞击流反应器底部设置取热盘管，冷却水通过流经取热盘管的进水口和出水口实现对反应物料的取热冷却作用。

本实用新型中，所述的纤维膜组件至少包括一个筒状纤维膜单元；当中空纤维膜组件包括多个筒状纤维膜单元时，多个筒状纤维膜单元的轴线彼此平行；所述的筒状纤维膜单元内填装多束中空纤维丝，其中的纤维丝为高强度的织物基材与聚合物涂层组成的复合材料。所述的纤维膜组件的功能是为萃取分离过程提供巨大的表面积，撞击流反应器底部出料流经纤维膜组件时，在纤维膜表面进行铺展形成薄薄的油膜。通过注水口向纤维膜单元注水，注水的作用一方面将脂肪酸甲酯相表面粘附的甘油相进行洗涤，使不溶于水的脂肪酸甲酯相与溶于水的甘油相进行彻底分离，另一方面注水可以增加轻相-脂肪酸甲酯与重相-甘油/水相的密度差，缩短分离时间。当纤维膜单元注水时，水会沿着油膜的表面与铺展在纤维膜表面的油膜顺流流动而接触，将甘油溶解下来，最终的流出物到达沉降分离罐进行沉降分离。

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。本实用新型通过采用将反应原料与产物撞击的方式、管式液体分布器与导流筒组合的结构进行，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，同时将来自产物分离设备来的反应产物引入管式液体反应器，使导流筒出料与管式液体反应器出料进行撞击混合，从而实现原料与产物的充分混合、溶解及反应，该方法大大增加了撞击区的有效撞击面积，改善了撞击流反应器的混合功能，进一步提高酯交换反应速率，缩短反应时间，总转化率高达99%以上。

附图说明

图1是本实用新型的撞击流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-撞击区，8-取热盘管进水口，9-取热盘管出水口，10-注水口，11-沉降分离罐，12-纤维膜组件，13-生物柴油产品，14-抽料泵，15-生物柴油产品出料，16-生物柴油产品循环。

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。

本实用新型的撞击流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撞击区7，与循环回的生物柴油产物16进行撞击，进行强制混合及酯交换反应；在反应器底部设置取热盘管，冷却水由取热盘管的进水口8进入，由取热盘管的出水口9流出，对反应物料进行冷却；撞击流反应器底部连接纤维膜分离组件12，进行酯相和甘油相的初步分离，纤维膜组件上方设置注水口10，经纤维膜分离后的物料进入沉降分离罐11进行沉降分离，分离出的轻相（含生物柴油的物料13）经由抽料泵14抽出分为两路，一路作为产物15离开反应装置，另一路16循环回撞击流反应器2与新鲜原料进行撞击混合，分离出的重相17离开本反应装置。

本实用新型的撞击流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94.5%。

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%，引入喷射柱的物料与反应原料的流量比为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%，引入喷射柱的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%。

Claims

1.一种撞击流反应装置，其特征在于：所述的装置主要包括撞击流反应器、纤维膜组件、沉降分离罐和抽料泵；其中所述的撞击流反应器包括壳体、导流筒、管式液体分布器，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，管式液体分布器位于导流筒喷嘴之间，竖直固定于壳体顶部；撞击流反应器底部设置出料口，出料口与纤维膜组件顶部连接，纤维膜组件上部侧面设置注水口，底部设置出料口，纤维膜组件整体固定在沉降分离罐内，沉降分离罐顶部设置轻相出料口，底部设置重相出料口，轻相出料口经管线与抽料泵连接，抽料泵经管线与管式液体分布器入口连接。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的撞击流反应器两侧导流筒设置对称的一组或多组。

3.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的管式液体分布器表面开孔，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4 mm～6mm。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：管式液体分布器与导流筒在空间上垂直放置，管式液体分布器表面开孔正对左右两个导流筒的喷嘴。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：在撞击流反应器底部设置取热盘管，冷却水通过流经取热盘管的进水口和出水口实现对反应物料的取热冷却。

6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的纤维膜组件至少包括一个筒状纤维膜单元；当中空纤维膜组件包括多个筒状纤维膜单元时，多个筒状纤维膜单元的轴线彼此平行；所述的筒状纤维膜单元内填装多束中空纤维丝，其中的纤维丝为高强度的织物基材与聚合物涂层组成的复合材料。