一种生物酶法制备生物柴油的装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于生物柴油合成技术领域，特别设及一种生物酶法制备生物柴油的装置 及方法。
【背景技术】
[0002] 生物柴油是由生物油脂原料通过转醋或醋化反应生成的长链脂肪酸醋类物质， 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、芳控含量、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W及碳氨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，反应的副产物-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溫 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] 生物柴油的生产成本中70%~90%是由原料价格决定。国外生物柴油W动植物 毛油为原料；我国由于人口众多，资源相对匿乏，食用油一直供应偏紧，相当一部分依赖进 口，价格居高不下，用动植物毛油生产生物柴油不但成本高，也有惇于我国国情；然而我国 是食用油消费大国，所产生的废油资源相当丰富，W废动植物油为原料加工生物柴油既缓 解了能源短缺问题，同时也在一定程度上解决了食品安全问题。 阳00引然而，废动植物油来源广泛、复杂，包括动植物油精炼废料，如皂脚和油脚生产的 酸化油、脂肪酸，还包括餐饮废油中的地沟油和滿水油等。一般运类油脂中都含有一些对生 物酶有害的物质，如醒、酬类物质。废动植物油中的运些有害物质对生物酶的活性有很大的 影响，容易使生物酶失活，导致生产时需要频繁更换生物酶。如果为了去除运些有害物质， 将废动植物油进一步精制，又会导致酶法制备生物柴油相对化学法来说在生产成本上处于 明显劣势。
[0006] 另外，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醋和醋化 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，W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。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种利用生物酶法制备生物柴油的装置及方法，W解决在 生物酶法制备生物柴油中生物油醋与短链醇转醋和醋化反应的反应效率随着反应的进行 明显降低的问题。
[0008] 根据上述发明目的的第一个方面，本发明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蓋，所述反应蓋用于进行 生物油脂与短链醇的转醋和醋化反应，包括蓋体、设置在所述蓋体之内的揽拌装置，W及设 置在所述蓋体之外的循环累；所述蓋体上设有原料入口、产物出口、循环料入口和循环料出 口；所述循环累的进料口连接至所述蓋体的循环料出口，所述循环累的出料口连接至所述 蓋体的循环料入口。
[0009] 在本发明中，所述反应蓋主要用于进行生物油料与短链醇在生物酶的作用下进行 的转醋和醋化反应。
[0010] 根据本发明的一个优选地实施方式，所述反应单元设有多个反应蓋，所述的多个 反应蓋之间串联连接形成多级反应蓋，例如3~6级反应蓋。进一步优选地，所述的多个反 应蓋为四个反应蓋，所述的四个反应蓋之间依次通过联通管道串联形成四级反应蓋（即上 一级反应蓋的产物出口通过联通管道连接至下一级反应蓋的原料入口），所述的四级反应 蓋中各反应蓋的相对位置沿产物的流动方向逐步降低，使得上一级反应蓋中的产物能够通 过联通管道流入下一级反应蓋，并且所述的四级反应蓋中第二级反应蓋和第=级反应蓋还 分别设有短链醇加料口，W便在第二级反应蓋和第=级反应蓋中添加短链醇。优选地，用于 连通两个相邻反应蓋的联通管道的两端的高度差为0. 15~Im;更优选为0. 2~0. 6m。优 选地，每个反应蓋的产物出口与该反应蓋底端之间的高度差为该反应蓋高度的0. 5~0. 75 倍，更优选为该反应蓋高度的0. 6~0. 7倍。
[0011] 在从反应单元引出的产物流中，除了通过转醋和/或醋化反应得到的脂肪酸甲醋 (当所述短链醇为甲醇时）外，还含有甘油、水W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，运些物质需要进行进一步分 离，W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W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W用于回收其中的生物酶。根据本发明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蓋的产物 进行分离，W分离出油相和水相。上述分离过程可W采用本领域常用的分离机械，优选地， 采用碟式离屯、机对来自反应单元的产物进行分离。
[0012] 所述生物酶回收单元用于回收所述分离单元分离出的水相中的生物酶，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。
[0013] 根据本发明的装置，优选地，所述反应蓋还包括分布器，所述分布器设置在所述蓋 体内，用于使来自所述循环累的循环料均匀分布。进一步优选地，所述分布器为管式分布 器。
[0014] 根据上述发明目的的第二个方面，本发明提供了一种利用上述装置制备生物柴油 的方法，所述方法包括：
[0015] 曰、将反应物料加入所述反应单元中，进行转醋和醋化反应；其中，所述反应物料包 括生物酶、生物油脂、水和短链醇，所述蓋体底部的反应物通过所述循环累循环至所述蓋体 上部；
[0016] b、利用所述分离单元对来自所述反应单元的反应产物进行分离，w分离出油相和 水相，所述油相经过精制得到生物柴油。
[0017] 在本发明的方法中，所述生物酶可W是来源于南极假丝酵母（Candida antarctica)、嗜热真菌（Thermomyceslanuginosus)、黑曲霉（Aspergillusniger)、米曲 霉（Aspergillusoryzae)、米黑根毛霉（Rhizomucormiehei)或米根霉（Rhizopusoryzae) 等的固定化脂肪酶。
[0018] 在本发明的方法中，所述短链醇为甲醇、乙醇、丙醇或下醇中的一种或多种，优选 为甲醇。