本實用新型涉及一種快速反應及產物分離裝置，尤其適用于生物柴油生產的反應與分離過程。
背景技術：
生物柴油為一種可再生資源，具有以下優點：（1）較好的發動機低溫啟動性能，無添加冷凝點達-20℃；（2）硫含量低，不含有對環境造成污染的芳香烴；（3）閃點高，安全性能好；（4）十六烷值高，燃燒性能遠好于普通柴油；（5）有較好的潤滑性能，可降低噴油泵、發動機缸體和連桿的磨損率，延長其使用壽命。目前工業化生產中，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生酯交換而取代下來，得到生物柴油。
在生物柴油生產工藝中，酯交換反應為整個工藝的核心，反應機理如下：甲醇中的甲氧基與甘油三酸酯中的一個脂肪酸結合形成長鏈脂肪酸甲酯，從甘油三酸酯上脫落，同時形成甘油二酸酯；甲醇中的甲氧基繼續與甘油二酸酯中的一個脂肪酸結合形成長鏈脂肪酸甲酯從甘油三酸酯上脫落同時形成甘油單酸酯;甲醇中的甲氧基繼續與甘油單酸酯中的脂肪酸結合形成長鏈脂肪酸甲酯從甘油三酸酯上脫落同時形成甘油。在常規的酯交換反應過程中，一方面存在著酯交換反應過程存在反應速率較低、停留時間長、轉化率低的不利之處，另一方面脂肪酸甲酯與甘油的分離過程也存在分離不徹底、互相夾帶嚴重的問題。
為了解決上述問題，CN1919973A利用環路湍流反應器組成一套連續式制備生物柴油的裝置，原料從環路湍流反應器底部進入，在環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混合泵再次進入反應器，目的是實現原料的循環多次強制混合，需要較大的能耗和特殊的反應器結構來實現。
CN101423457A提出了一種制備生物柴油的連續式反應與分離裝置，實在原有常規酯交換反應器之后增加一個反應器，在該反應器中設有導流筒，前一反應器中的反應產物進入該反應器后，先通過其中的導流筒，導流筒底部設有托料盤，托料盤上設置有填料，反應器底部設有甘油出口。該裝置通過在原反應器后串聯一個反應器，以及在串聯反應器內部增加填料的方式進行脂肪酸甲酯相和甘油相的分離，該方法工藝設備簡單，但只通過在設備內增加填料的方式不能實現兩相的有效分離，互相夾帶嚴重。
通過以上分析，生物柴油酯交換反應過程中一方面仍然存在酯交換反應速率低、停留時間長、原料油脂轉化率低的不利之處，另一方面在反應產物分離過程中存在分離效果不理想、停留時間長、互相夾帶嚴重的現象，雖然當前的研究者提出了許多新工藝、新設備，但并沒有得到顯著改善，還有待進一步解決。
技術實現要素：
針對現有技術的不足，本實用新型提供一種快速反應及產物分離裝置，采用進料混合—反應加速—強制撞擊補充反應—產物旋流漸分離的方式，適用于生物柴油生產過程的酯交換反應與產物分離同時進行的過程。本裝置流程簡單，一可以顯著提高原料間的傳質過程，反應轉化率≥95wt%，反應同時進行產物分離過程兩相夾帶率≤1.0wt%。
本實用新型的快速反應及產物分離裝置，所述的裝置包括進料混合腔2、加速反應腔5、強制撞擊腔3、重組分分離腔6和輕組分分離腔4；強制撞擊腔3左右兩側分別與兩個加速反應腔5連接，兩個加速反應腔分別與兩個進料混合腔連接，強制撞擊腔3頂部連接重組分分離腔6，強制撞擊腔底部連接輕組分分離腔4；重組分分離腔頂部經管線與進料混合腔頂部連接；其中所述的輕組分分離腔4由三個旋流分離腔組成，由上到下依次為旋流分離腔4-1，旋流分離腔4-2，和旋流分離腔4-3。
所述的進料混合腔2的一端（未連接快速反應腔的一端）設置原料入口，進料混合腔2頂部設置循環輕組分入口；重組分分離腔6的頂部設置有輕組分出口，輕組分出口經管線分為兩路，一路與進料混合腔2頂部的循環輕組分入口連接；另一路直接出裝置；輕組分分離腔4底部設置重組分出口。
本實用新型中，所述的進料混合腔體可以為靜態混合器結構或文丘里結構，其中的靜態混合器結構可以為SV型、SK型、SX型、SH型或SL型中的任意一種或多種組合或與文丘里結構的組合形式。
本實用新型中，所述的加速反應腔為常規的加速反應管結構，反應管末端連接有若干噴嘴，物料經由加速管的流速為1.0～3.0m/s，優選2.0～2.5m/s。
本實用新型中，所述的強制撞擊腔體內部進行如下反應：經過兩端經過加速的反應物料由末端噴嘴噴出，在反應腔內部發生撞擊，撞擊流速為3.0～4.0m/s。
本實用新型中，所述的輕組分分離腔是由三組不同錐角的旋流分離腔體組成，其中的旋流分離腔體4-1的錐角為30～45°，旋流分離腔4-2錐角為15～30°，旋流分離腔4-3的錐角為10～15°；所述的錐角是旋流分離腔腔體的軸截面的兩條母線之間的夾角。
本實用新型中，所述的旋流分離腔內部可部分或全部填入分離填料，該分離填料材質表面具有親油性。
本實用新型中，所述的分離重組分腔內部可部分或全部填入分離填料，該分離填料材質表面具有親水性，且該分離填料為不銹鋼或陶瓷材料，結構可以為波紋板填料、其它規整填料或散裝填料。
本實用新型的快速反應及產物分離裝置可以應用于酯交換反應生產生物柴油，所述的酯交換的反應溫度為100～150℃，反應壓力為1.0～2.0 MPaG，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%；
本實用新型中，所述的進料混合腔內循環輕組分占占總反應進料的20wt%～50wt%，其中總反應進料為循環輕組分與反應進料之和。
由于生物柴油酯交換反應過程中一方面仍然存在酯交換反應速率低、停留時間長、原料油脂轉化率低的不利之處，另一方面在反應產物分離過程中存在分離效果不理想、停留時間長、互相夾帶嚴重的現象。本實用新型的快速反應及產物分離裝置，首先將酯交換反應原料與部分產物引入進料混合腔進行混合，繼而引入加速反應腔進行加速反應，然后進入強制撞擊發生補充反應，達到一定的產率后引入產物旋流漸分離腔體進行兩相的分離。進料混和腔、加速反應腔、強制撞擊腔的主要功能是強化酯交換反應的傳質反應，重組分分離腔和輕組分分離腔是強化輕重兩相組分的分離。
附圖說明
圖1是本實用新型的快速反應及產物分離裝置的結構示意圖。
其中：1-反應原料，2-進料混合腔，3-強制撞擊腔，4-旋流分離輕組分腔體，4-1-旋流分離腔（ ），4-2-旋流分離腔（），4-2-旋流分離腔（），加速反應腔5，重組分分離腔6。
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。
本實用新型的快速反應及產物分離裝置，用于生物柴油生產中的酯交換反應及產物分離過程具體為：將酯交換反應原料和循環物料分別從左右水平進料口和垂直進料口引入進料混合腔2，初步混合后進入快速反應腔5，在快速反應腔體左右兩側的末端分別連接有噴嘴結構，物料自噴嘴噴射后在強制撞擊腔3發生強烈的撞擊，從而強化物料混合和反應過程，經撞擊后的物料部分向上運動、部分向下運動，其中向上運動的物料進入分離重組分腔體6，向下運動的物料進入旋流分離輕組分腔體4，并依次經過4-1-旋流分離腔（）、4-2-旋流分離腔（）、4-2-旋流分離腔（）進行輕組分分離后離開本裝置。
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
采用常規的酯交換反應裝置和產物相分離裝置，其中酯交換反應器采用帶有蒸汽夾套加熱的攪拌釜反應器，攪拌釜尺寸：φ1000×1200mm；產物相分離裝置采用常規的聚結器設備，聚結器尺寸：φ350×1600mm。首先將反應原料按一定比例引入攪拌釜反應器，通過取樣檢測反應釜內原料轉化率達到≥95%時，將物料冷卻后引入聚結器設備，發生兩相的分離。
酯交換反應條件如下：
油脂進料量：500kg/h；
反應溫度：120℃；
反應壓力：2.0 MPaG；
醇油摩爾比：10（油脂分子量按880計）；
堿催化劑占原料油脂的質量分數：10%；
聚結器操作條件如下：
分離溫度：60℃；
分離壓力：0.1 MPaG；
經此裝置處理后，在酯交換反應原料轉化率達95%時，所經歷的停留時間為6.0～6.5小時；采用聚結器達到兩相初步分離的停留時間為15～20分鐘，兩相之間的相互夾帶率為8%～12%。
實施例1
采用本實用新型的快速反應及產物分離裝置，其中的混合腔體的尺寸為：φ150×300mm，快速反應腔體的尺寸為：φ80×1500mm；上部的重組分分離腔的尺寸：φ350×500mm，內部填裝不銹鋼散裝填料；下部的輕組分分離腔的尺寸：旋流分離腔（）為φ350×500mm 、旋流分離腔（）為φ250×800mm，旋流分離腔（）為φ150×1200mm，內部填裝聚丙烯填料；旋流分離腔（）的錐角為30°；旋流分離腔（）的錐角為20°；旋流分離腔（）的錐角為10°。
首先將反應原料與循環物料按一定比例引入混合腔體，經由快速反應腔體及強烈撞擊腔體的強化反應后，部分引入上部的重組分分離腔脫除重組分，部分引入下部依次經由旋流分離器腔（）、（）、（）后離開反應裝置，完成產物的分離。
酯交換反應條件與對比例相同。
經此裝置處理后，在酯交換反應原料轉化率達95%時，所經歷的停留時間為2.2～2.5小時；采用本裝置達到兩相分離的停留時間為4～6分鐘，兩相之間的相互夾帶率為≤1.0%。
實施例2
采用本實用新型的快速反應及產物分離裝置，其中的混合腔體的尺寸為：φ150×300mm，快速反應腔體的尺寸為：φ80×1500mm；上部的重組分分離腔的尺寸：φ350×500mm，內部填裝不銹鋼散裝填料；下部的輕組分分離腔的尺寸：旋流分離腔（）為φ350×500mm 、旋流分離腔（）為φ250×800mm，旋流分離腔（）為φ150×1200mm，內部填裝聚丙烯填料；旋流分離腔（）的錐角為45°；旋流分離腔（）的錐角為30°；旋流分離腔（）的錐角為15°。
首先將反應原料與循環物料按一定比例引入混合腔體，經由快速反應腔體及強烈撞擊腔體的強化反應后，部分引入上部的重組分分離腔脫除重組分，部分引入下部依次經由旋流分離器腔（）、（）、（）后離開反應裝置，完成產物的分離。
酯交換反應條件與對比例相同。
經此裝置處理后，在酯交換反應原料轉化率達95%時，所經歷的停留時間為2.0～2.2小時；采用本裝置達到兩相分離的停留時間為5～8分鐘，兩相之間的相互夾帶率為≤1.0%。