一種餐廚廢油制生物柴油的酯交換反應器的制作方法

本實用新型屬于生物能源領域，尤其涉及利用餐廚廢油制生物柴油的設備，具體是油脂與低碳醇進行酯交換反應制生物柴油的一種固定床超聲波反應器。

二、

背景技術：

隨著機動車的快速增加，對汽、柴油的需求量越來越大，開發可再生的生物能源已越來越受到世界各國的重視。生物柴油燃燒后產生的二氧化碳、硫氧化物、碳氫化合物等污染物比石油煉制的柴油要少很多，它具有更優良的環保性能，制備生物柴油的原料可再生，是典型的“綠色環保柴油”，生物柴油的開發日益得到重視。目前，制備生物柴油的方法是用油脂在酸、堿催化下與低碳醇甲醇或乙醇進行酯交換反應制得脂肪酸甲酯或乙酯，較適宜的反應溫度為65℃左右，副產物甘油的分離較麻煩，能耗較高，產生大量的酸堿廢液，處理這些廢液的任務較大，醇消耗量較大，要求設備能耐酸和堿腐蝕，設備的制造成本較高。

脂肪酶催化法制生物柴油的反應溫度較低，適宜反應溫度為45℃左右，副產物甘油的分離較容易，能耗較省，制備過程沒有污染物排放，醇消耗量較少，固定化脂肪酶催化法制生物柴油具有較好的發展前景，開發反應速度快、效果較好的酶催化酯交換反應設備就顯得非常必要。申請號為201110225794.8專利所述的酯交換反應器，僅靠脂肪酶催化劑的作用加快其反應速度，而且催化劑是靜止不動的，對反應的促進作用非常有限；同時，反應器使用一定時間后，產生的副產物甘油粘附在催化劑脂肪酶表面較多，會影響其催化活性，需要進行定期清洗，但該反應器未設置催化劑清洗裝置，存在著催化劑清洗較麻煩的缺點。還有，該反應器中的催化劑在使用較長時間后活性降低而需要更換就顯得很麻煩。根據上述技術背景，本實用新型設計了一種可方便清洗和更換反應器中催化劑的制生物柴油的酯交換反應器。

三、

技術實現要素：

本實用新型提供了一種餐廚廢油制生物柴油的酯交換反應器，它的主體為圓柱形列管式結構，在圓柱形殼體中設置若干根列管，在列管中裝載固定化脂肪酶催化劑，同時為提高催化劑的活性和酯交換反應速度，在列管中安裝了棒形超聲波發射頭，它固定在變幅桿上，并與超聲波換能器連接在一起，用超聲波發生器予以驅動，使反應物在脂肪酶催化劑和超聲波的雙重作用下進行酯交換反應，加快其反應速度；反應器殼體與恒溫水浴槽之間用管子聯通，并用水泵使恒溫水進行循環，使列管中的反應物保持恒溫狀態。該反應器設置了清洗液進出口，在使用一定時間后，可用丙酮清洗液通過循環泵對反應器列管中的固定化脂肪酶進行清洗，以去除粘附在其表面的甘油，減輕甘油對酯交換反應造成的不利影響，提高其反應速度；該反應器設置了固定化脂肪酶催化劑的卸料口，以便催化劑失效時進行更換。本實用新型所述反應器具有連續加料和出料，實現連續生產的優點。

四、附圖說明

圖1為本實用新型所述一種餐廚廢油制生物柴油的酯交換反應器結構示意圖，(1)為循環加熱水出口；(2)為溫度測定元件；(3)為清洗液循環入口；(4)為反應混合物加料口；(5)為低碳醇回流裝置接口；(6)為反應器殼體；(7)為棒形超聲波發射頭，它固定在變幅桿上并與超聲波換能器連接，用超聲波發生器予以驅動；(8)為列管；(9)為固定化脂肪酶催化劑；(10)為列管固定板；(11)為循環加熱水入口；(12)為更換固定化脂肪酶催化劑的卸料口；(13)為清洗液循環出口；(14)為反應物及產物的混合物出料口。圖2為圖1中A-A截面的剖面圖，部件說明同上。

五、具體實施方式

結合附圖1來說明實施方式，本實用新型所述的餐廚廢油制生物柴油的酯交換反應器，其反應物加料、催化劑的裝載與更換及清洗操作是這樣實施的：在反應器裝頂蓋前向列管(8)中加滿固定化脂肪酶催化劑(9)，然后裝上反應器的頂蓋。在使用反應器時，將反應混合物通過加料口(4)加到反應器中，啟動超聲波發生器，顆粒催化劑間隙中的反應物自上而下在超聲波振動和脂肪酶催化雙重作用下逐步發生酯交換反應，多余的反應物和產物的混合物經出料口(14)通過卸料閥進行出料。反應器的列管間通過循環加熱水的進口(11)和出口(1)與恒溫水槽聯通，用水泵將恒溫水循環起來進行保溫，用溫度測定元件(2)測定反應物的溫度，使其保持恒定的反應溫度；在低碳醇回流裝置接口(5)接冷凝器，使反應時揮發出來的低碳醇返回到反應器中；如反應器使用一定時間后，催化劑表面粘附的甘油較多而影響反應速度時，可對催化劑進行清洗操作，這時只要啟動清洗液循環泵，將清洗液通過入口(3)打到反應器列管中清洗催化劑，以去除粘附在其表面的甘油，清洗液通過出口(13)實現循環使用。當反應器使用一定時間后，如果固定化脂肪酶的催化活性降低較多而需要更換時，可方便快捷地更換列管中的催化劑，這時，只要停止向反應器加料，放出反應物，打開卸料口(12)將催化劑卸出后，打開反應器的頂蓋，加入新的催化劑即可。通常，將三個本實用新型所述的酯交換反應器串連起來使用，就能把油脂轉化為脂肪酸甘油酯即生物柴油。

實例：

本實用新型所述的餐廚廢油制生物柴油的酯交換反應器的列管中裝有以大孔樹脂為載體的固定化Novozyme 435脂肪酶催化劑，三臺同樣的酯交換反應器串連起來，將10000克的精制餐廚廢油與1500克的正己烷溶劑在攪拌混合罐中混合均勻并預熱到45℃。甲醇與餐廚廢油的摩爾比為3，甲醇總量為1065克，甲醇分三次與油脂混合，將首次三分一的甲醇即355克加入到攪拌混合罐中攪拌均勻，混合物的溫度控制在45℃，將混合物用泵打到第一臺酯交換反應器中，反應適當時間后以適當的流速進行出料，將卸出的混合料分離出生成的甘油后放入第二臺攪拌混合罐中，加入第二部分甲醇355克并攪拌均勻，然后用泵打到第二臺酯交換反應器中，以適當的流速出料，進行與上一步同樣的分離甘油的操作，油脂和脂肪酸甲酯及溶劑混合物放到第三臺攪拌混合罐中，加入第三部分甲醇355克，攪拌均勻并調整其溫度在45℃，然后用泵打到第三臺酯交換反應器中，以適當的流速進行出料，進行與上一步同樣的分離甘油的操作，最后將溶劑和未反應完的甲醇蒸發，并經冷凝器進行回收再利用，液相即為生物柴油，脂肪酸甲酯的轉化率為92.8％。制得的生物柴油產品，其密度為0.85g/cm³，十六烷值為52，運動粘度為3.25 mm²/s。