一种利用生物酶法制备生物柴油的装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于生物柴油合成技术领域，特别涉及一种利用生物酶法制备生物柴 油的装置。
【背景技术】
[0002] 生物柴油是由生物油脂原料通过转酯或酯化反应生成的长链脂肪酸酯类物质， 它是一种新型的无污染、可再生能源，其研究和应用已经受到了广泛的关注，是油脂工业的 新前景。生物柴油在闪点、燃烧功效、含硫量、含氧量、芳烃含量、燃烧耗氧量方面均优于石 化柴油，并且其燃烧尾气中的悬浮颗粒、C0、硫化物以及碳氢化合物都大幅度降低，具备环 境友好性。
[0003] 目前生物柴油主要通过化学法进行生产，化学法制备生物柴油存在油脂原料中的 游离脂肪酸和水严重影响反应进行的问题，且反应过程中会产生大量含酸或含碱的废水， 另外，反映的副产物甘油提纯难度较大；而利用生物酶法合成生物柴油具有反应条件温和 无污染物排放等优点，符合绿色化学的发展方向，因而日益受到人们的重视。
[0004] 在生物酶法合成生物柴油的反应中，主要通过油脂与短链醇的转酯和酯化反应制 备生物柴油。然而，在反应过程中，其副产物甘油和水的含量不断提高，反应体系的粘度则 不断降低（原料油脂的粘度要远大于生物柴油），粘度的变化导致反应体系的乳化效果不 断变差，部分甘油、水和短链醇相溶在一起，并且因为密度较大而聚集于反应器底部，以致 该密度较大相（甘油、水和短链醇相）中含量较高的酶不能被充分利用，导致反应后期转化 效率大大降低。 【实用新型内容】
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种利用生物酶法制备生物柴油的装置，以解决在生 物酶法制备生物柴油中生物油酯与短链醇转酯和酯化反应的反应效率随着反应的进行明 显降低的问题。
[0006] 为实现上述目的，本实用新型提供了一种利用生物酶法制备生物柴油的装置，所 述装置包括反应单元，所述反应单元设有至少一个反应爸，所述反应爸用于进行生物油脂 与短链醇的转酯和酯化反应，包括釜体、设置在所述釜体之内的搅拌装置，以及设置在所述 釜体之外的循环栗；所述釜体上设有原料入口、产物出口、循环料入口和循环料出口；所述 循环栗的进料口连接至所述釜体的循环料出口，所述循环栗的出料口连接至所述釜体的循 环料入口。
[0007] 在本实用新型中，所述反应釜主要用于进行生物油料与短链醇在生物酶的作用下 进行的转酯和酯化反应。
[0008] 根据本实用新型的一个优选地实施方式，所述反应单元设有多个反应釜，所述的 多个反应釜之间串联连接形成多级反应釜，例如3~6级反应釜。进一步优选地，所述的 多个反应釜为四个反应釜，所述的四个反应釜之间依次通过联通管道串联形成四级反应釜 (即上一级反应釜的产物出口通过联通管道连接至下一级反应釜的原料入口），所述的四 级反应爸中各反应爸的相对位置沿产物的流动方向逐步降低，使得上一级反应爸中的产物 能够通过联通管道流入下一级反应釜，并且所述的四级反应釜中第二级反应釜和第三级反 应釜还分别设有短链醇加料口，以便在第二级反应釜和第三级反应釜中添加短链醇。优选 地，用于连通两个相邻反应釜的联通管道的两端的高度差为0. 15~lm ;更优选为0. 2~ 0.6m。优选地，每个反应釜的产物出口与该反应釜底端之间的高度差为该反应釜高度的 0. 5~0. 75倍，更优选为该反应釜高度的0. 6~0. 7倍。
[0009] 在反应单元引出的产物流中，除了通过转酯和/或酯化反应得到的脂肪酸甲酯 (当所述短链醇为甲醇时）外，还含有甘油、水以及催化反应进行的生物酶等，甚至由作为 原料的生物油脂（例如地沟油）可能夹杂而带入的固相废渣，这些物质需要进行进一步分 离，以得到油相、水相，并相应地排除由作为原料的生物油脂可能夹杂而带入的固相废渣， 其中，所述油相通过进后续处理可以得到生物柴油，所述水相（包括溶于水的甘油和未反 应的短链醇）可以用于回收其中的生物酶。根据本实用新型的一种优选实施方式，所述反 应装置还包括分离单元和生物酶回收单元，其中，所述分离单元用于对来自所述反应釜的 产物进行分离，以分离出油相和水相。上述分离过程可以采用本领域常用的分离机械，优选 地，所述分离单元为碟式离心机。
[0010] 所述生物酶回收单元用于回收来自所述分离单元的水相中的生物酶，优选地，所 述生物酶回收单元包括金属膜过滤器和有机膜过滤器，所述金属膜过滤器用于对所述水相 进行过滤，从而截留水相中的部分生物酶；所述有机膜过滤器用于对所述金属膜过滤器的 滤液（也称为清液）进行过滤，从而进一步截留滤液中的生物酶，通过回收金属膜过滤器和 有机膜过滤器的过滤剩余液（也称为浓液）即可回收生物酶。优选地，所述金属膜过滤器 采用过滤精度为40~80nm，优选为50~70nm的金属膜；所述有机膜过滤器采用截留分子 量为8000~16000道尔顿，优选为10000~15000道尔顿的有机膜。
[0011] 根据本实用新型的装置，优选地，所述反应釜还包括分布器，所述分布器设置在所 述釜体内，用于使来自所述循环栗的循环料均匀分布。进一步优选地，所述分布器为管式分 布器。
[0012] 在本实用新型中，所述生物酶可以是来源于南极假丝酵母（Candida antarctica)、嗜热真菌（Thermomyces lanuginosus)、黑曲霉（Aspergillus niger)、米曲 霉（Aspergillus oryzae)、米黑根毛霉（Rhizomucor miehei)或米根霉（Rhizopus oryzae) 等的固定化脂肪酶。
[0013] 在本实用新型中，所述短链醇可以是甲醇、乙醇、丙醇或丁醇中的一种或多种。
[0014] 在本实用新型中，在本实用新型的方法中，所述生物油脂为植物油脂、动物油脂、 微生物油脂和回收油脂中的一种或多种的混合物；其中，所述植物油脂包括棕榈油、大豆 油、菜籽油、小桐子油、玉米油、蓖麻油、花生油、棉籽油、米糠油和文冠果油等；所述动物油 脂包括鱼油、牛油、猪油和羊油等；所述微生物油脂包括酵母油脂和微藻类油脂等；所述回 收油脂包括潲水油、地沟油、油脂精炼下脚料以及回收的植物油脂、动物油脂和微生物油脂 等。
[0015] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0016] 1、在传统的搅拌式反应釜的基础上中加入一个循环栗，可以根据反应不同时期对 搅拌效果的要求决定所述循环栗的开停，使反应釜底部的物料可以进行循环混合，无需加 大搅拌功率或更换搅拌部件，提高了反应体系的混合效果，进而提高了油酯与短链醇的转 酯和酯化反应效率，避免反应效率随着反应的进行明显降低，尤其适合于工业应用，并且与 传统的单纯搅拌混合相比，在达到大致相同的反应效果的前提下，可以节省能耗；另外，本 实用新型的反应釜操作灵活，循环栗在反应初期以及反应后期均可关停、只在反应中期打 开，从而可以进一步节能降耗。
[0017] 2、本实用新型的反应装置和方法在工业级应用中表现优异，适于大规模推广应 用。
[0018] 3、本实用新型在采用多级反应釜进行生产时，反应物中短链醇的含量始终保持较 低的水平，有利于减小反应原料对生物酶活性的抑制，提高反应效率。
【附图说明】
[0019] 图1示出了本实用新型中的反应釜的结构示意图；
[0020] 图2示出了本实用新型提供的四级反应釜的连接示意图。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图对本实用新型进行进一步说明，但本实用新型并不仅限于此。
[0022] 如图1所示，本实用新型提供的利用生物酶法制备生物柴油的装置包括反应单 元，所述反应单元包括至少一个反应釜，所述反应釜用于进行生物油脂与短链醇的转酯和 酯化反应，包括：釜体1、设置在所述釜体1内的搅拌装置2以及设置在所述釜体1外部的 循环栗3 ;所述釜体上设有原料进口和产物出口，所述循环栗3的入口连接至所述釜体1的 底部，以抽取所述釜体1底部的物料，所述循环栗3的出口连接至所述釜体1的上部，以便 将抽取自所述釜体1底部的物料循环至所述釜体1上部；并且所述釜体1内还设有与所述 循环栗3的出口连接的分布器4,以便于来自所述循环栗3的循环物流在反应釜内分布。在 一个实施例中，所述循环栗3为离心栗；所述搅拌装置2为浆式搅拌器。
[0023] 采用本实用新型的反应釜进行反应时，反应釜底部的物料，比如反应釜内比重较 大的物相，可以被所述循环栗3抽取到反应釜的上部，并且经所述分布器4在所述反应釜内 分布。