CN1928017A - 一种生物柴油的制备方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物柴油制备技术领域，特指一种利用有机溶剂作为溶合反应的生物柴油的制备方法及其设备。本发明提出一种有机溶合反应的生物酶转化油脂生产生生物柴油的新工艺，该工艺以短链醇作为反应受体，用一些具有提高生物酶活性的有机溶剂为溶合反应的酶解油脂原料进行脂化反应，生成生物柴油。本发明在常压下进行反应，具有生物柴油产出率高、无污染物排放、环保节能的优点。

Description

一种生物柴油的制备方法及其设备
技术领域：
本发明涉及生物柴油制备技术领域，特指一种利用有机溶剂作为溶合反应的生物柴油的制备方法及其设备。
背景技术：
生物柴油是由生物油脂原料通过生物酶解转脂反应生成的长链脂肪酸酯类物质，是一种新型的无污染的可再生能源。生物柴油燃烧特性优于常规柴油，由于生物柴油燃烧后发动机的尾气里有害物质比常规柴油降低了70％以上，并可获得充分降解，有利生态保护。生物柴油的再生性、环保性越来越受到广泛的应用和关注。
目前，生物柴油主要是用化学法生产，即用动物或植物油脂作为原料，加上甲醇或乙醇，利用酸性或碱性催化剂在高温下进行转脂化反应，生成生物柴油。但化学法合成生物柴油存在以下缺点：
(1)工艺复杂、醇必须过量；
(2)后续工艺必须有相应的醇回收装置；
(3)能耗高，色泽深；
(4)由于脂肪中不饱和的脂肪酸在高温下容易变质，酯化产物难于回收；
(5)成本高，生产过程中有废碱液排放。
为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转脂化反应，制备各种相应的脂肪酸，如甲脂和己脂。生物酶法合成生物柴油具有反应温度低、醇用量小、无污染物排放的优点。但目前的脂肪酶转脂合成生物柴油还存在诸多缺点：
(1)对甲醇及乙醇的转化率低；
(2)短链醇对酶具有一定的毒性，会减小酶的使用寿命；
(3)副产品甘油难以回收；
(4)反应过程中的甘油容易附着在生物酶的表面，从而严重影响了酶的反应活性，进而影响了生物柴油的产出率。
发明内容：
本发明的目的就是提供一种生物柴油产出率高、无污染物排放、环保节能的生物柴油的制备方法及其设备。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：
(1)将油脂原料进行过滤处理；
(2)将处理过的油脂原料加入本发明所用的可旋转式超声波酶解生化反应设备的腔体内，然后启动该设备，使设备腔体内的温度控制在20～40℃；
(3)将短链醇加入本发明所用的设备腔体内，反应10～20分钟后，再加入有机溶合剂，等待10～20分钟后，再加入生物酶进行酶解反应；
(4)使可旋转式超声波酶解生化反应设备的搅拌速度保持在每分钟50～100转，超声波频率为20～40KHz，在常压下反应1～3小时后，得到生物柴油和副产品甘油；
(5)分离生物柴油和副产品甘油。
所述生物酶为酯化脂肪酶。
所述短链醇为甲醇。
所述短链醇为乙醇。
所述的有机溶合剂为丙酮。
所述油脂为生物油脂包括植物油脂、动物油脂、废食用油及任意比例混合的动植物油脂。
一种可旋转式超声波酶解生化反应设备，包括炉体，炉体内部有腔体，腔体内部设置有数块超声波振动板，该超声波振动板是固定在腔体内壁上的，腔体内还设置有搅拌装置，炉体上部设置有进料口，下部设置有放料口，另外，在腔体底部设置有加热管。
所述的搅拌装置包括搅拌轴和电机，电机通过固定架安装在炉体顶部，搅拌轴通过连接机构与电机的输出轴联接，搅拌轴下端固定有数个横架，横架两端向上翘起。
在炉体上部还设置有视镜和出入口。
采用上述技术方案后，油脂原料中的游离脂肪酸和短链醇在有机溶合剂的存在下，在可旋转式超声波酶解生化反应设备的强大超声波作用下，液体微粒间相互摩擦、撞击、撕裂、均质、充分溶合的同时降低了短链醇对酶的毒性，在短链醇毒性降低的情况下加入生物酶可以提高生物酶的使用寿命；另外，超声波可以使附着在生物酶周围的原料及甘油不断地发生摩擦、撞击、撕裂，使生物体始终暴露，不受原料及甘油的包覆，从而提高了酶的反应活性，延长了酶的使用寿命，进而提高了生物柴油的产出率，可达98％以上。本发明在常压下进行反应，具有生物柴油产出率高、无污染物排放、环保节能的优点。
附图说明：
图1是本发明可旋转式超声波酶解生化反应设备的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图。
具体实施方式：
本发明提出一种有机溶合反应的生物酶转化油脂生产生生物柴油的新工艺，该工艺以短链醇作为反应受体，用一些具有提高生物酶活性的有机溶剂为溶合反应的酶解油脂原料进行脂化反应，生成生物柴油。实施例1，本发明的生产步骤包括如下几步：
(1)将油脂原料进行过滤处理；
(2)将处理过的油脂原料加入本发明所用的可旋转式超声波酶解生化反应设备的腔体2内，然后启动该设备，使设备腔体2内的温度控制在20～40℃；
(3)将摩尔比为1∶3～1∶6的甲醇加入本发明所用的设备腔体内2，反应10～20分钟后，再加入相当于油脂体积0.1～0.5％的丙酮，等待10～20分钟后，再加入油脂量为5～25％酯化脂肪酶进行酶解反应；
(4)使可旋转式超声波酶解生化反应设备的搅拌速度保持在每分钟50～100转，超声波频率为20～40KHz，在常压下反应1～3小时后，得到生物柴油和副产品甘油，生物柴油的产出率可达99％。
(5)分离生物柴油和副产品甘油。
反应后将生物酶分解出来，可以用于下一次反应，节省成本。
见图1所示，本发明所用的可旋转式超声波酶解生化反应设备包括炉体1，炉体1内部有腔体2，腔体2内部设置有数块超声波振动板3，该超声波振动板3是固定在腔体2内壁上的，腔体2内还设置有搅拌装置4，炉体1上部设置有进料口5，下部设置有放料口6，另外，在腔体2底部设置有加热管7。超声波振动板3可以产生频率为20～40KHz的超声波，加热管7可以对腔体2内的混合物进行加热以维持反应所需的温度。
所述的搅拌装置4包括搅拌轴41和电机42，电机42通过固定架43安装在炉体1顶部，搅拌轴41通过连接机构与电机42的输出轴联接，搅拌轴41下端固定有数个横架44，横架44两端向上翘起。由电机42带动搅拌轴41转动，两端翘起的横架44跟随搅拌轴41一起转动，可以对腔体2内的混合物实施搅拌，可使混合物微粒之间发生摩擦、撞击，达到预期目的。
在炉体1上部还设置有视镜8和出入口9，透过视镜8可以观察腔体2内的情况，需要清理腔体2内的污物时，工作人员可以从出入口9进入到腔体2内进行清理工作。
实施例2，本实施例所用的短链醇为摩尔比为2∶3～2∶6的乙醇，有机溶合剂为相当于油脂体积0.2～1％的丙酮，其工艺步骤和所用设备与实施例1相同，这里不再赘述。利用本实施例的工艺方法，生物柴油的产出率可98％。
实施例3，本实施例所用的短链醇为摩尔比为1∶1～1∶2的甲醇，有机溶合剂为相当于油脂体积0.5～2％的丙酮，其工艺步骤和所用设备与实施例1相同，这里不再赘述。利用本实施例的工艺方法，生物柴油的产出率可98％。
当然，以上所述之实施例，只是本发明的较佳实例而已，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及工艺方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明申请专利范围内。

Claims (9)

1、一种生物柴油的制备方法，包括如下步骤：
(1)将油脂原料进行过滤处理；
(2)将处理过的油脂原料加入本发明所用的可旋转式超声波酶解生化反应设备的腔体内，然后启动该设备，使设备腔体内的温度控制在20～40℃；
(3)将短链醇加入本发明所用的设备腔体内，反应10～20分钟后，再加入有机溶合剂，等待10～20分钟后，再加入生物酶进行酶解反应；
(4)使可旋转式超声波酶解生化反应设备的搅拌速度保持在每分钟50～100转，超声波频率为20～40KHz，在常压下反应1～3小时后，得到生物柴油和副产品甘油；
(5)分离生物柴油和副产品甘油。
2、根据权利要求1所述的一种生物柴油的制备方法，其特征在于：所述生物酶为酯化脂肪酶。
3、根据权利要求1所述的一种生物柴油的制备方法，其特征在于：所述短链醇为甲醇。
4、根据权利要求1所述的一种生物柴油的制备方法，其特征在于：所述短链醇为乙醇。
5、根据权利要求1所述的一种生物柴油的制备方法，其特征在于：所述的有机溶合剂为丙酮。
6、根据权利要求1所述的一种生物柴油的制备方法，其特征在于：所述油脂为生物油脂包括植物油脂、动物油脂、废食用油及任意比例混合的动植物油脂。
7、一种可旋转式超声波酶解生化反应设备，包括炉体(1)，炉体(1)内部有腔体(2)，其特征在于：腔体(2)内部设置有数块超声波振动板(3)，该超声波振动板(3)是固定在腔体(2)内壁上的，腔体(2)内还设置有搅拌装置(4)，炉体(1)上部设置有进料口(5)，下部设置有放料口(6)，另外，在腔体(2)底部设置有加热管(7)。
8、根据权利要求书7所述的一种可旋转式超声波酶解生化反应设备，其特征在于：所述的搅拌装置(4)包括搅拌轴(41)和电机(42)，电机(42)通过固定架(43)安装在炉体(1)顶部，搅拌轴(41)通过连接机构与电机(42)的输出轴联接，搅拌轴(41)下端固定有数个横架(44)，横架(44)两端向上翘起。
9、根据权利要求书7所述的一种可旋转式超声波酶解生化反应设备，其特征在于：在炉体(1)上部还设置有视镜(8)和出入口(9)。
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CN101343645B (zh) * 2008-08-29 2013-01-02 罗时通 一种复频组合超声强化双酶提取肝素钠技术
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