一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的装置及方法，所述装置包括甲醇罐、原料油罐、第一、第二计量泵、和原料搅拌罐；还包括磁流化床反应柱，原料搅拌罐通过管道依次与第三计量泵、磁流化床反应柱的底部连接；磁流化床反应柱的顶部设置有三相分离器，连接有充气泵充气管的一端设置在磁流化床反应柱内；产物分离器通过管道依次与第四计量泵、原料搅拌罐连接；夹套以外的空间设置有螺旋线圈，电源的两极通过导线分别与螺旋线圈的两极连接，在任一导线上设置有电流指示灯。本发明专利技术结构紧凑、装卸方便、控制简单、条件温和、适用性强、安全性高，可连续化生产，适合大规模工业化应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物柴油
，特别是涉及一种生物柴油生产装置及方法。
技术介绍
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、CO、硫化物以及碳氢化合物都大幅度降低，具备环境友好性。生物柴油的制备主要采用化学法和固定化酶法。化学法具有工艺简单、操作费用低、产品收率高且性质稳定等优点，但是存在以下缺点：反应温度较高、能耗高，产品纯化复杂，酯化产物难于回收，副产物难于去除；容易产生废水，对环境造成二次污染等。固定化酶法利用固定化生物酶，其成本高，目前经济性有待提升。为解决上述问题，人们开始深入研究利用全细胞催化法制备生物柴油。例如，中国专利CN103789364A公开了一种毕赤酵母全细胞催化制备生物柴油的方法，该方法以脂肪酶基因重组载体和酵母宿主为出发材料，利用酵母重组表达和高密度发酵，基于高效胞内表达脂肪酶制备重组毕赤酵母全细胞，同时结合通透性处理，将通透型酵母全细胞应用于生物柴油催化，制备高得率的生物柴油。中国专利CN102367459A公开了一种米根霉全细胞催化蚕蛹油制备生物柴油的方法，该方法将培养的米根霉发酵混合液减压抽滤，再将得到的米根霉菌丝体再冷冻干燥8‐12h，然后直接把米根霉菌丝体加入到蚕蛹油、甲醇、乙酸钠缓冲液中反应，制备生物柴油。但是目前利用全细胞催化剂生产生物柴油，大部分还都处于实验室小规模研究阶段，可用于工业化大规模推广的生物反应装置有待进一步研究。其中一个重要的原因就是全细胞催化剂在反应装置中难以高效回收循环利用。因此本专利技术欲解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、控制简单、条件温和、传质速率高、适用性强、安全性高，可连续化生产的一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的装置。本专利技术的第二个目的是提供一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的方法。本专利技术的技术方案概述如下：一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的装置，包括甲醇罐1、原料油罐2、第一计量泵3、第二计量泵4和原料搅拌罐5；甲醇罐1通过管道依次与第一计量泵3和原料搅拌罐5连接；原料油罐2通过管道依次与第二计量泵4和原料搅拌罐5连接；还包括磁流化床反应柱8，原料搅拌罐5通过管道依次与第三计量泵14、磁流化床反应柱8的底部连接；磁流化床反应柱8的顶部设置有三相分离器11，充气管16的一端连接有充气泵12，另一端贯穿三相分离器11，设置在磁流化床反应柱内的底部；三相分离器11的产物出口17通过管道与产物分离器13连接，产物分离器13通过管道依次与第四计量泵15、原料搅拌罐5连接；磁流化床反应柱8设置有夹套18，夹套的上、下分别通过管道与恒温循环水器10连接；夹套18以外的空间设置有螺旋线圈9，电源6的两极通过导线分别与螺旋线圈的两极连接，在两个导线的任一一根上设置有电流指示灯7。一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的方法，包括如下步骤：1)使用上述一种生物柴油生产装置；2)将磁性全细胞催化剂从三相分离器11的上部出气口加入到磁流化床反应柱8中；将甲醇和原料油分别加入到甲醇罐1和原料油罐2中；3)开启并设定恒温循环水器10的温度为28-40℃；4)调节电源6的电流，使螺旋线圈产生的磁场强度为120-160Oe；电源(6)的电流为直流电或交流电；5)设定第一计量泵3、第二计量泵4、第三计量泵14、第四计量泵15的流速为10-40mL/min，并开启第一计量泵3、第二计量泵4，控制甲醇与原料油的泵入摩尔比为3-5:1；6)开启充气泵12，向磁流化床反应柱8内的底部通入氧气；7)开启第三计量泵14、第四计量泵15，使液体物料循环流动，反应48h-72h后，产物分离器13中得到含有生物柴油的溶液。原料油为棕榈油、豆油、油菜籽油、棉籽油、玉米油、葵花籽油和麻疯树油中至少一种。本专利技术的优点：1.本专利技术的磁流化床反应柱和提供磁场的螺旋线圈分离设置，便于拆装、清洗和消毒。2.本专利技术电流指示灯的设置，便于直接的观察电流情况。3.本专利技术在操作时，使用的催化剂为磁性全细胞催化剂，相对于化学催化剂，安全性高，条件温和，而且对环境的污染也相对较小。4.本专利技术将流态化技术与电磁技术相结合，在磁流化床反应柱周围附加磁场，使内部的磁性全细胞催化剂在磁场作用下发生链式排列，从而有效控制粒子的运动，限制了固体催化剂颗粒的返混，流动性和稳定性能好，并提高了传质效率，也大大增加了催化剂与反应底物的接触面积。5.本专利技术制备过程中涉及到的化学试剂对反应装置的腐蚀相对较小，安全性高。6.本专利技术的装置，结构紧凑、装卸方便、控制简单、条件温和、适用性强、安全性高，可连续化生产，适合大规模工业化应用。附图说明图1为本专利技术一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的装置结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。下述说明是为了使本领域的技术人员能够更好地理解本专利技术，但并不对本专利技术作任何限制。一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的装置，见图1，包括甲醇罐1、原料油罐2、第一计量泵3、第二计量泵4和原料搅拌罐5；甲醇罐1通过管道依次与第一计量泵3和原料搅拌罐5连接；原料油罐2通过管道依次与第二计量泵4和原料搅拌罐5连接；还包括磁流化床反应柱8，原料搅拌罐5通过管道依次与第三计量泵14、磁流化床反应柱8的底部连接；磁流化床反应柱8的顶部设置有三相分离器11，充气管16的一端连接有充气泵12，另一端贯穿三相分离器11，设置在磁流化床反应柱内的底部；三相分离器11的产物出口17通过管道与产物分离器13连接，产物分离器13通过管道依次与第四计量泵15、原料搅拌罐5连接；磁流化床反应柱8设置有夹套18，夹套的上、下分别通过管道与恒温循环水器10连接；夹套18以外的空间设置有螺旋线圈9，电源6的两极通过导线分别与螺旋线圈的两极连接，在两个导线的任一一根上设置有电流指示灯7。实施例1一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的方法，包括如下步骤：1)使用上述一种利用全细胞技术生物催化生产生物柴油的装置；2)将磁性全细胞催化剂从三相分离器11的上部出气口加入到磁流化床反应柱8中；将甲醇和豆油分别加入到甲醇罐1和原料油罐2中；3)开启并设定恒温循环水器10的温度为35℃；4)调节直流电电源6的电流，使螺旋线圈产生的磁场强度为140Oe；5)设定第一计量泵3、第二计量泵4、第三计量泵14、第四计量泵15的流速为20mL/min，并开启第一计量泵3、第二计量泵4，控制甲醇与豆油的泵入摩尔比为4:1；6)开启充气泵12，向磁流化床反应柱8内的底部通入氧气；7)开启第三计量泵14、第四计量泵15，使液体物料循环流动，反应72h后，产物分离器13中得到含有生物柴油的溶液，生物柴油质量收率为90％。实施例2一种生物柴油生产方法，包括如下步骤：1)使用上述一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的装置；2)将磁性全细胞催化剂从三相分离器11的上部出气口加入到磁流化床反应柱8中；将甲醇和棕榈油分别加入到甲醇罐1和原料油罐2中；3)开启并设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的装置，包括甲醇罐(1)、原料油罐(2)、第一计量泵(3)、第二计量泵(4)和原料搅拌罐(5)；甲醇罐(1)通过管道依次与第一计量泵(3)和原料搅拌罐(5)连接；原料油罐(2)通过管道依次与第二计量泵(4)和原料搅拌罐(5)连接；其特征是还包括磁流化床反应柱(8)，原料搅拌罐(5)通过管道依次与第三计量泵(14)、磁流化床反应柱(8)的底部连接；磁流化床反应柱(8)的顶部设置有三相分离器(11)，充气管(16)的一端连接有充气泵(12)，另一端贯穿三相分离器(11)，设置在磁流化床反应柱内的底部；三相分离器(11)的产物出口(17)通过管道与产物分离器(13)连接，产物分离器(13)通过管道依次与第四计量泵(15)、原料搅拌罐(5)连接；磁流化床反应柱(8)设置有夹套(18)，夹套的上、下分别通过管道与恒温循环水器(10)连接；夹套(18)以外的空间设置有螺旋线圈(9)，电源(6)的两极通过导线分别与螺旋线圈的两极连接，在两个导线的任一一根上设置有电流指示灯(7)。

【技术特征摘要】
1.一种利用全细胞生物催化技术生产生物柴油的装置，包括甲醇罐(1)、原料油罐(2)、第一计量泵(3)、第二计量泵(4)和原料搅拌罐(5)；甲醇罐(1)通过管道依次与第一计量泵(3)和原料搅拌罐(5)连接；原料油罐(2)通过管道依次与第二计量泵(4)和原料搅拌罐(5)连接；其特征是还包括磁流化床反应柱(8)，原料搅拌罐(5)通过管道依次与第三计量泵(14)、磁流化床反应柱(8)的底部连接；磁流化床反应柱(8)的顶部设置有三相分离器(11)，充气管(16)的一端连接有充气泵(12)，另一端贯穿三相分离器(11)，设置在磁流化床反应柱内的底部；三相分离器(11)的产物出口(17)通过管道与产物分离器(13)连接，产物分离器(13)通过管道依次与第四计量泵(15)、原料搅拌罐(5)连接；磁流化床反应柱(8)设置有夹套(18)，夹套的上、下分别通过管道与恒温循环水器(10)连接；夹套(18)以外的空间设置有螺旋线圈(9)，电源(6)的两极通过导线分别与螺旋线圈的两极连接，在两个导线的任一一根上设置有电流指示灯(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冠益，颜蓓蓓，刘静，齐云，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12