一种液酶催化地沟油生产生物柴油的间歇反应装置的制作方法

1.本实用新型属于生物柴油生产技术领域，具体涉及一种液酶催化地沟油生产生物柴油的间歇反应装置。


背景技术：

2.生物柴油(biodiesel)又称脂肪酸甲酯，以植物果实、种子、植物导管乳汁或动物脂肪油、废弃的食用油等做原料，与醇类(甲醇、乙醇)经酯交换反应获得。生物柴油性能与石化柴油相近，其可直接或以任意比例与化石柴油混合用于内燃机燃烧，相比石化柴油，生物柴油更清洁。在石化柴油中添加20％的生物柴油，可减少排放50％的二氧化碳、70％的二氧化硫，空气毒性可降低90％。
3.目前，国内生产生物柴油的主要原料是废弃动植物油脂，包括油脂工业产生的“下角油”和餐饮废油即“地沟油”。地沟油中的甘油三酯与甲醇通过酯交换生成生物柴油的主要成分脂肪酸甲酯，可采用有机酸(浓硫酸)进行催化反应，反应温度高、反应时间长、生成脂肪酸酸价高。除有机酸催化外，还可应用生物酶催化代替有机酸催化，可在35-40℃低温反应温度下进行，安全性能高。而液酶催化反应中90％的脂肪酸甲酯可在24-36小时内生成。
4.因此，本实用新型提供了一种液酶催化地沟油生产生物柴油的间歇反应装置，应用液酶催化和间歇反应相结合，用于提高反应速率和脂肪酸甲酯质量，成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种液酶催化地沟油生产生物柴油的间歇反应装置，解决现有有机酸催化地沟油生产生物柴油反应温度高、反应时间长和产物酸价高的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
7.一种液酶催化地沟油生产生物柴油的间歇反应装置，包括用于地沟油水解生成脂肪酸甲酯的液化酶主罐，分别从液化酶主罐接出并接入液化酶主罐用于液酶循环的第一副罐和用于水洗水循环的第二副罐，从液化酶主罐接出用于初级产物干燥的真空干燥器，以及从真空干燥器接出用于初级产物二次反应生成脂肪酸甲酯的固化酶反应装置；液化酶主罐分别连接有液酶输入管，去离子水输入管，以及用于地沟油、甲醇和水混合物输送的混合原料输入管。
8.进一步地，液化酶主罐底部为倒锥形结构，倒锥形结构底部开设有液化酶主罐排出口，液化酶主罐排出口上设有液化酶主罐排出阀门，液化酶主罐排出口上连接有四通接头；第一副罐、第二副罐和真空干燥器分别与四通接头的一个连接口相连接。
9.进一步地，四通接头中其中一个连接口通过第一连接管与第一副罐相连，四通接头中其中一个连接口通过第二连接管与第二副罐相连，四通接头中其中一个连接口通过第
三连接管与真空干燥器相连；
10.第一连接管上设有液酶进阀，第二连接管上设有水洗进阀，第三连接管上设有初级产物输出阀。
11.进一步地，第一副罐底部为倒锥形结构，倒锥形结构底部开设有第一副罐排出口，第一副罐排出口上设有第一副罐输出阀，第一副罐排出口上连接有第一副罐三通接头；
12.第一副罐三通接头中其中一个连接口连接有液酶循环管，液酶循环管出液端连接至液化酶主罐顶部；
13.第一副罐三通接头中其中一个连接口连接有排渣管，排渣管与外界储渣罐相连，液酶循环管上设有液酶出阀和第一循环泵，排渣管上设有排渣阀。
14.进一步地，第二副罐底部为倒锥形结构，倒锥形结构底部开设有第二副罐排出口，第二副罐排出口上设有第二副罐输出阀，第二副罐排出口连接有第二副罐三通接头；
15.第二副罐三通接头中其中一个连接口通过水洗水循环管与液化酶主罐顶部相连，第二副罐三通接头中其中一个连接口连接有排水管，排水管与外界废水储罐相连，水洗水循环管上设有水洗出阀和第二循环泵，排水管上设有排水阀。
16.进一步地，液化酶主罐上设有用于为其内部反应物加热至38-40℃的第一循环加热管。
17.进一步地，液化酶主罐上开设有用于取样的取样窗，液化酶主罐内设有用于均匀混合物料的第一搅拌器。
18.进一步地，固化酶反应装置包括通过第一输送管从真空干燥器接出用于二次水解的固化酶主罐、以及从固化酶主罐下部接出并接入固化酶主罐顶部用于脱水的陶瓷纳滤膜脱水设备，固化酶主罐连接有甲醇输入管，真空干燥器连接有用于将其内部抽真空的真空泵，陶瓷纳滤膜脱水设备连接有用于排水和排甲醇的排液管，第一输送管上设有第一输送泵。
19.进一步地，固化酶主罐底部为倒锥形结构，倒锥形结构内部填充有用于催化二次水解反应的固化酶；
20.固化酶主罐内设有第二搅拌器，固化酶主罐上设有为其内部反应物加热至30-35℃的第二循环加热管。
21.进一步地，固化酶主罐倒锥形顶面开设有输出口，输出口上设有输出阀门，输出口与陶瓷纳滤膜脱水设备输入端之间通过第二输送管相连，第二输送管上设有第二输送泵；
22.固化酶主罐顶部开设有输入口，输入口上设有第三阀门，输入口与陶瓷纳滤膜脱水设备输出端之间通过第三输送管相连，第三输送管上设有第三输送泵；
23.第二输送管上连接有脂肪酸甲酯输出管，脂肪酸甲酯输出管接入至脂肪酸甲酯蒸馏纯化工况，脂肪酸甲酯输出管位于第二输送泵和陶瓷纳滤膜脱水设备之间，脂肪酸甲酯输出管上设有第二阀门。
24.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
25.本实用新型结构简单、设计科学合理，使用方便，解决了现有有机酸催化地沟油生产生物柴油反应温度高、反应时间长和产物酸价高的技术问题，将液酶催化和间歇反应相结合，提高了反应速率和脂肪酸甲酯质量。
26.本实用新型包括液化酶主罐、第一副罐、第二副罐、真空干燥器和固化酶反应装
置，其中液化酶主罐用于地沟油液酶水解反应，与之循环连接的第二副罐用于水洗间歇反应和去离子水循环使用，与之循环连接的第一副罐用于液酶水解间歇反应和液酶循环利用，固化酶反应装置则用于液酶水解初级产物的二次固酶水解，两次水解可有效减低脂肪酸甲酯的酸价。地沟油、甲醇和水的混合原料和去离子水同时输送至液化酶主罐内，第二副罐用于水洗混合物的多次循环和混合，确保水溶性杂质最大程度被去除，同时第二副罐还能将未达到排放标准的水洗水回收再利用，节约了去离子水使用量。经水洗完成的地沟油返回至液化酶主罐内，并加入液酶参与液酶水解反应，第一副罐用于反应混合物的多次循环和混合，确保水解反应的完全，同时第一副罐还能将液酶回收再利用，提高了液酶的使用效率。液酶水解产物由真空干燥器干燥后进入固化酶反应装置内进行固酶二次循环水解，直至生成脂肪酸甲酯酸价小于0.5。本实用新型采用了液酶间歇反应装置，有效节约了水洗用水和反应用酶，节约了生产成本，同时结合二次固酶反应装置，有效降低了生成物酸价，提高了生物柴油的生产质量。
附图说明
27.图1为本实用新型结构示意图。
28.图2为本实用新型液化酶主罐剖面图。
29.图3为本实用新型固化酶主罐剖面图。
30.其中，附图标记对应的名称为：
31.1-液化酶主罐，2-真空干燥器，3-第一副罐，4-第二副罐，5-液酶输入管，6-去离子水输入管，7-混合原料输入管，8-主罐排出口，9-主罐排出阀门，10-四通接头，11-第一连接管，12-第二连接管，13-第三连接管，14-液酶进阀，15-水洗进阀，16-初级产物输出阀，17-第一副罐排出口，18-第一副罐输出阀，19-第一副罐三通接头，20-液酶循环管，21-排渣管，22-液酶出阀，23-第一循环泵，24-排渣阀，25-第二副罐排出口，26-第二副罐输出阀，27-第二副罐三通接头，28-水洗水循环管，29-排水管，30-水洗出阀，31-第二循环泵，32-排水阀，33-第一循环加热管，34-取样窗，35-第一搅拌器，36-第一输送管，37-固化酶主罐，38-陶瓷纳滤膜脱水设备，39-甲醇输入管，40-真空泵，41-第一输送泵，42-固化酶，43-第二搅拌器，44-输出口，45-输出阀门，46-第二输送管，47-第二输送泵，48-输入口，49-第三阀门，50-第三输送管，51-第三输送泵，52-脂肪酸甲酯输出管，53-第二阀门，54-第二循环加热管，55-排液管。
具体实施方式
32.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
35.如图1-3所示，本实用新型提供的一种液酶催化地沟油生产生物柴油的间歇反应装置，结构简单、设计科学合理，使用方便，解决了现有有机酸催化地沟油生产生物柴油反应温度高、反应时间长和产物酸价高的技术问题，将液酶催化和间歇反应相结合，提高了反应速率和脂肪酸甲酯质量。
36.本实用新型包括用于地沟油水解生成脂肪酸甲酯的液化酶主罐1，分别从液化酶主罐1接出并接入液化酶主罐1用于液酶循环的第一副罐3和用于水洗水循环的第二副罐4，从液化酶主罐1接出用于初级产物干燥的真空干燥器2，以及从真空干燥器2接出用于初级产物二次反应生成脂肪酸甲酯的固化酶反应装置；液化酶主罐1分别连接有液酶输入管5，去离子水输入管6，以及用于地沟油、甲醇和水混合物输送的混合原料输入管7。
37.本实用新型液化酶主罐1底部为倒锥形结构，倒锥形底部开设有液化酶主罐排出口8，液化酶主罐排出口8上设有液化酶主罐排出阀门9，液化酶主罐排出口8上连接有四通接头10；第一副罐3、第二副罐4和真空干燥器2分别与四通接头10的一个连接口相连接。其中第一副罐3用于液酶水解间歇反应和液酶循环利用，第二副罐4用于水解间歇反应和去离子水循环利用，固化酶反应装置则用于液酶水解初级产物的二次固酶水解，两次水解可有效减低脂肪酸甲酯的酸价。
38.本实用新型去离子水水洗间歇反应操作如下：地沟油、甲醇和水的混合原料和去离子水同时输送至液化酶主罐1内均匀混合形成水洗混合液，并由液化酶主罐排出阀门9排出并经第二连接管12流至第二副罐4内再次充分混合，最后经水洗水循环管28上的第二循环泵31再次泵入液化酶主罐1内，如此进行多次间歇的往复循环，保证了去离子水与地沟油的充分接触，并能最大程度去除水溶性杂质。当经多次循环水洗的去离子水达到排放标准后，在液化酶主罐1静止分层后经第二副罐4再由排水管29排出；而未达到排放标准并可再次使用的去离子水也在液化酶主罐1静止分层后由第二副罐4回收，可通过水洗水循环管28继续参与液化酶主罐1的下一次循环水洗。
39.经去离子水水洗的地沟油返回至液化酶主罐1内，再加入液酶进行液酶水解反应。液酶水解间歇反应操作如下：由地沟油水洗物和液酶在液化酶主罐1内均匀混合形成反应混合液，并由液化酶主罐排出阀门9排出并经第一连接管11流至第一副罐3内再次充分混合，最后经液酶循环管20上的第一循环泵23再次泵入液化酶主罐1内，如此进行多次间歇的往复循环，保证了地沟油水洗物与液酶的充分接触，使水解反应趋于完全。当经水解完成的混合物最后回流至在液化酶主罐1内，静止分层的液酶、甘油、水和甲醇混合物流至第二副罐4内并再次分层，废渣、甘油、甲醇和水经排渣管21排出，而液酶则由第一副罐3回收，可通过液酶循环管20继续参与液化酶主罐1的下一次液酶水解反应。经液酶催化反应得到的初级水解产物酸价在10以内，液化酶主罐1内分层的初级水解产物通过第三连接管13由真空干燥器2脱水后进入固化酶反应装置内进行二次固酶水解反应。
40.本实用新型液化酶主罐1上设有的第一循环加热管33，第一循环加热管33为内部反应物提供38-40℃的最适反应温度。液化酶主罐1上开设有取样窗34，用于内部物料的取样化验，液化酶主罐1内设有用于均匀混合物料的第一搅拌器35，第一搅拌器35优选涡轮式搅拌器。
41.本实用新型固化酶反应装置包括通过第一输送管36从真空干燥器2接出用于二次水解的固化酶主罐37、以及从固化酶主罐37下部接出并接入固化酶主罐37顶部用于脱水的陶瓷纳滤膜脱水设备38，固化酶主罐37连接有甲醇输入管39，真空干燥器2连接有用于将其内部抽真空的真空泵40，陶瓷纳滤膜脱水设备38连接有用于排水和排甲醇的排液管55，第一输送管36上设有第一输送泵41。
42.初级水解产物在真空干燥器2的作用下去除其中所含的大量水分，甲醇和经干燥的初级水解产物进行二次水解反应，在固化酶主罐37内生成的脂肪酸、大量水以及未完全反应物则进入陶瓷纳滤膜脱水设备38内进行脱水与脱甲醇后再次进入固化酶主罐37内反应，如此往复循环反应，直至生成脂肪酸甲酯酸价小于0.5。为了降低生成水对水解反应及脂肪酸酸价的影响，通过陶瓷纳滤膜脱水设备38替代了传统的氮气脱水，能持续稳定去除其生成水，简化了生产流程、降低了生产危险性，提高了生物柴油的生产质量。
43.本实用新型固化酶主罐37底部为倒锥形结构，倒锥形结构内部填充有用于催化二次水解反应的固化酶42，固化酶42是将脂肪酶通过物理或化学的方法与某种物体结合制备成为不溶于水的，但仍具有催化活性的复合体，这一过程是将单体的游离脂肪酶转变成了被某种物体束缚的复合脂肪酶催化剂，控制温度温和，转化率极高。但固化酶42的水解反应对水分含量要求严格，为此在反应前和循环反应期间通过多次脱水来降低水分含量。
44.本实用新型固化酶主罐37倒锥形顶面开设有输出口44，输出口44上设有输出阀门45，输出口44与陶瓷纳滤膜脱水设备38输入端之间通过第二输送管46相连，第二输送管46上设有第二输送泵47；固化酶主罐37顶部开设有输入口48，输入口48上设有第三阀门49，输入口48与陶瓷纳滤膜脱水设备38输出端之间通过第三输送管50相连，第三输送管50上设有第三输送泵51；从第三输送管50接出设有脂肪酸甲酯输出管52，脂肪酸甲酯输出管52接入至脂肪酸甲酯蒸馏提纯工况，脂肪酸甲酯输出管52上设有第二阀门53，二次水解产物进入蒸馏工况蒸馏后即可得到生物柴油产品。
45.从固化酶主罐37接出设有循环脱水的陶瓷纳滤膜脱水设备38，本实用新型所用陶瓷纳滤膜脱水设备38，是以陶瓷纳滤膜为滤芯的脱水设备，该设备可直接在市场上购买使用。陶瓷纳滤膜脱水设备38采用陶瓷膜脱水原理，反应混合物在膜管内高速流动，经过压力驱动使得含小分子组分的水沿着垂直方向透过膜，与此同时含大分子组分的脂肪酸和油脂会被膜截留，从而达到脱水的目的。从陶瓷纳滤膜脱水设备38接出设有排水管55，用于排水和排甲醇。
46.本实用新型固化酶主罐37内设有第二搅拌器43，用于内部反应物与固化酶42搅拌混合，第二搅拌器43优选涡轮式搅拌器，固化酶主罐37上设有为其内部反应物加热至30-35℃的第二循环加热管54，第二循环加热管54为固酶催化反应提供30-35℃最适反应温度。
47.本实用新型第一循环泵23、第二循环泵31、第一输送泵41、第二输送泵50和第三输送泵51均为隔膜泵，第一搅拌器35、陶瓷纳滤膜脱水设备38、真空泵40和第二搅拌器43均为现有已知电气设备，并且均可在市场上直接购买使用，其结构、电路、以及控制原理均为现
有已知技术，因此，关于隔膜泵、第一搅拌器35、陶瓷纳滤膜脱水设备38、真空泵40和第二搅拌器43的结构、电路、以及控制原理在此不赘述。
48.最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本实用新型的较优实施例用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本实用新型的专利范围；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内；另外，将本实用新型的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。