專利名稱：一種生物柴油的制備方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物柴油制備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種利用有機溶劑作為溶合反應(yīng)的生物柴油的制備方法及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
生物柴油是由生物油脂原料通過生物酶解轉(zhuǎn)脂反應(yīng)生成的長鏈脂肪酸酯類物質(zhì)，是一種新型的無污染的可再生能源。生物柴油燃燒特性優(yōu)于常規(guī)柴油，由于生物柴油燃燒后發(fā)動機的尾氣里有害物質(zhì)比常規(guī)柴油降低了70％以上，并可獲得充分降解，有利生態(tài)保護。生物柴油的再生性、環(huán)保性越來越受到廣泛的應(yīng)用和關(guān)注。
目前，生物柴油主要是用化學法生產(chǎn)，即用動物或植物油脂作為原料，加上甲醇或乙醇，利用酸性或堿性催化劑在高溫下進行轉(zhuǎn)脂化反應(yīng)，生成生物柴油。但化學法合成生物柴油存在以下缺點(1)工藝復(fù)雜、醇必須過量；(2)后續(xù)工藝必須有相應(yīng)的醇回收裝置；(3)能耗高，色澤深；(4)由于脂肪中不飽和的脂肪酸在高溫下容易變質(zhì)，酯化產(chǎn)物難于回收；(5)成本高，生產(chǎn)過程中有廢堿液排放。
為解決上述問題，人們開始研究用生物酶法合成生物柴油，即動物油脂和低碳醇通過脂肪酶進行轉(zhuǎn)脂化反應(yīng)，制備各種相應(yīng)的脂肪酸，如甲脂和己脂。生物酶法合成生物柴油具有反應(yīng)溫度低、醇用量小、無污染物排放的優(yōu)點。但目前的脂肪酶轉(zhuǎn)脂合成生物柴油還存在諸多缺點(1)對甲醇及乙醇的轉(zhuǎn)化率低；(2)短鏈醇對酶具有一定的毒性，會減小酶的使用壽命；(3)副產(chǎn)品甘油難以回收；(4)反應(yīng)過程中的甘油容易附著在生物酶的表面，從而嚴重影響了酶的反應(yīng)活性，進而影響了生物柴油的產(chǎn)出率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種生物柴油產(chǎn)出率高、無污染物排放、環(huán)保節(jié)能的生物柴油的制備方法及其設(shè)備。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括如下步驟(1)將油脂原料進行過濾處理；(2)將處理過的油脂原料加入本發(fā)明所用的可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備的腔體內(nèi)，然后啟動該設(shè)備，使設(shè)備腔體內(nèi)的溫度控制在20～40℃；(3)將短鏈醇加入本發(fā)明所用的設(shè)備腔體內(nèi)，反應(yīng)10～20分鐘后，再加入有機溶合劑，等待10～20分鐘后，再加入生物酶進行酶解反應(yīng)；(4)使可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備的攪拌速度保持在每分鐘50～100轉(zhuǎn)，超聲波頻率為20～40KHz，在常壓下反應(yīng)1～3小時后，得到生物柴油和副產(chǎn)品甘油；(5)分離生物柴油和副產(chǎn)品甘油。
所述生物酶為酯化脂肪酶。
所述短鏈醇為甲醇。
所述短鏈醇為乙醇。
所述的有機溶合劑為丙酮。
所述油脂為生物油脂包括植物油脂、動物油脂、廢食用油及任意比例混合的動植物油脂。
一種可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備，包括爐體，爐體內(nèi)部有腔體，腔體內(nèi)部設(shè)置有數(shù)塊超聲波振動板，該超聲波振動板是固定在腔體內(nèi)壁上的，腔體內(nèi)還設(shè)置有攪拌裝置，爐體上部設(shè)置有進料口，下部設(shè)置有放料口，另外，在腔體底部設(shè)置有加熱管。
所述的攪拌裝置包括攪拌軸和電機，電機通過固定架安裝在爐體頂部，攪拌軸通過連接機構(gòu)與電機的輸出軸聯(lián)接，攪拌軸下端固定有數(shù)個橫架，橫架兩端向上翹起。
在爐體上部還設(shè)置有視鏡和出入口。
采用上述技術(shù)方案后，油脂原料中的游離脂肪酸和短鏈醇在有機溶合劑的存在下，在可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備的強大超聲波作用下，液體微粒間相互摩擦、撞擊、撕裂、均質(zhì)、充分溶合的同時降低了短鏈醇對酶的毒性，在短鏈醇毒性降低的情況下加入生物酶可以提高生物酶的使用壽命；另外，超聲波可以使附著在生物酶周圍的原料及甘油不斷地發(fā)生摩擦、撞擊、撕裂，使生物體始終暴露，不受原料及甘油的包覆，從而提高了酶的反應(yīng)活性，延長了酶的使用壽命，進而提高了生物柴油的產(chǎn)出率，可達98％以上。本發(fā)明在常壓下進行反應(yīng)，具有生物柴油產(chǎn)出率高、無污染物排放、環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的A-A剖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出一種有機溶合反應(yīng)的生物酶轉(zhuǎn)化油脂生產(chǎn)生生物柴油的新工藝，該工藝以短鏈醇作為反應(yīng)受體，用一些具有提高生物酶活性的有機溶劑為溶合反應(yīng)的酶解油脂原料進行脂化反應(yīng)，生成生物柴油。實施例1，本發(fā)明的生產(chǎn)步驟包括如下幾步(1)將油脂原料進行過濾處理；(2)將處理過的油脂原料加入本發(fā)明所用的可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備的腔體2內(nèi)，然后啟動該設(shè)備，使設(shè)備腔體2內(nèi)的溫度控制在20～40℃；(3)將摩爾比為1∶3～1∶6的甲醇加入本發(fā)明所用的設(shè)備腔體內(nèi)2，反應(yīng)10～20分鐘后，再加入相當于油脂體積0.1～0.5％的丙酮，等待10～20分鐘后，再加入油脂量為5～25％酯化脂肪酶進行酶解反應(yīng)；(4)使可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備的攪拌速度保持在每分鐘50～100轉(zhuǎn)，超聲波頻率為20～40KHz，在常壓下反應(yīng)1～3小時后，得到生物柴油和副產(chǎn)品甘油，生物柴油的產(chǎn)出率可達99％。
(5)分離生物柴油和副產(chǎn)品甘油。
反應(yīng)后將生物酶分解出來，可以用于下一次反應(yīng)，節(jié)省成本。
見圖1所示，本發(fā)明所用的可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備包括爐體1，爐體1內(nèi)部有腔體2，腔體2內(nèi)部設(shè)置有數(shù)塊超聲波振動板3，該超聲波振動板3是固定在腔體2內(nèi)壁上的，腔體2內(nèi)還設(shè)置有攪拌裝置4，爐體1上部設(shè)置有進料口5，下部設(shè)置有放料口6，另外，在腔體2底部設(shè)置有加熱管7。超聲波振動板3可以產(chǎn)生頻率為20～40KHz的超聲波，加熱管7可以對腔體2內(nèi)的混合物進行加熱以維持反應(yīng)所需的溫度。
所述的攪拌裝置4包括攪拌軸41和電機42，電機42通過固定架43安裝在爐體1頂部，攪拌軸41通過連接機構(gòu)與電機42的輸出軸聯(lián)接，攪拌軸41下端固定有數(shù)個橫架44，橫架44兩端向上翹起。由電機42帶動攪拌軸41轉(zhuǎn)動，兩端翹起的橫架44跟隨攪拌軸41一起轉(zhuǎn)動，可以對腔體2內(nèi)的混合物實施攪拌，可使混合物微粒之間發(fā)生摩擦、撞擊，達到預(yù)期目的。
在爐體1上部還設(shè)置有視鏡8和出入口9，透過視鏡8可以觀察腔體2內(nèi)的情況，需要清理腔體2內(nèi)的污物時，工作人員可以從出入口9進入到腔體2內(nèi)進行清理工作。
實施例2，本實施例所用的短鏈醇為摩爾比為2∶3～2∶6的乙醇，有機溶合劑為相當于油脂體積0.2～1％的丙酮，其工藝步驟和所用設(shè)備與實施例1相同，這里不再贅述。利用本實施例的工藝方法，生物柴油的產(chǎn)出率可98％。
實施例3，本實施例所用的短鏈醇為摩爾比為1∶1～1∶2的甲醇，有機溶合劑為相當于油脂體積0.5～2％的丙酮，其工藝步驟和所用設(shè)備與實施例1相同，這里不再贅述。利用本實施例的工藝方法，生物柴油的產(chǎn)出率可98％。
當然，以上所述之實施例，只是本發(fā)明的較佳實例而已，并非來限制本發(fā)明實施范圍，故凡依本發(fā)明申請專利范圍所述的構(gòu)造、特征及工藝方法所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明申請專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種生物柴油的制備方法，包括如下步驟(1)將油脂原料進行過濾處理；(2)將處理過的油脂原料加入本發(fā)明所用的可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備的腔體內(nèi)，然后啟動該設(shè)備，使設(shè)備腔體內(nèi)的溫度控制在20～40℃；(3)將短鏈醇加入本發(fā)明所用的設(shè)備腔體內(nèi)，反應(yīng)10～20分鐘后，再加入有機溶合劑，等待10～20分鐘后，再加入生物酶進行酶解反應(yīng)；(4)使可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備的攪拌速度保持在每分鐘50～100轉(zhuǎn)，超聲波頻率為20～40KHz，在常壓下反應(yīng)1～3小時后，得到生物柴油和副產(chǎn)品甘油；(5)分離生物柴油和副產(chǎn)品甘油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物柴油的制備方法，其特征在于所述生物酶為酯化脂肪酶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物柴油的制備方法，其特征在于所述短鏈醇為甲醇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物柴油的制備方法，其特征在于所述短鏈醇為乙醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物柴油的制備方法，其特征在于所述的有機溶合劑為丙酮。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種生物柴油的制備方法，其特征在于所述油脂為生物油脂包括植物油脂、動物油脂、廢食用油及任意比例混合的動植物油脂。
7.一種可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備，包括爐體(1)，爐體(1)內(nèi)部有腔體(2)，其特征在于腔體(2)內(nèi)部設(shè)置有數(shù)塊超聲波振動板(3)，該超聲波振動板(3)是固定在腔體(2)內(nèi)壁上的，腔體(2)內(nèi)還設(shè)置有攪拌裝置(4)，爐體(1)上部設(shè)置有進料口(5)，下部設(shè)置有放料口(6)，另外，在腔體(2)底部設(shè)置有加熱管(7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求書7所述的一種可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于所述的攪拌裝置(4)包括攪拌軸(41)和電機(42)，電機(42)通過固定架(43)安裝在爐體(1)頂部，攪拌軸(41)通過連接機構(gòu)與電機(42)的輸出軸聯(lián)接，攪拌軸(41)下端固定有數(shù)個橫架(44)，橫架(44)兩端向上翹起。
9.根據(jù)權(quán)利要求書7所述的一種可旋轉(zhuǎn)式超聲波酶解生化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于在爐體(1)上部還設(shè)置有視鏡(8)和出入口(9)。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物柴油制備技術(shù)領(lǐng)域，特指一種利用有機溶劑作為溶合反應(yīng)的生物柴油的制備方法及其設(shè)備。本發(fā)明提出一種有機溶合反應(yīng)的生物酶轉(zhuǎn)化油脂生產(chǎn)生生物柴油的新工藝，該工藝以短鏈醇作為反應(yīng)受體，用一些具有提高生物酶活性的有機溶劑為溶合反應(yīng)的酶解油脂原料進行脂化反應(yīng)，生成生物柴油。本發(fā)明在常壓下進行反應(yīng)，具有生物柴油產(chǎn)出率高、無污染物排放、環(huán)保節(jié)能的優(yōu)點。
文檔編號C10G3/00GK1928017SQ200610036010
公開日2007年3月14日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月20日
發(fā)明者張曉夫 申請人:張曉夫