CN212092301U - 生物柴油的酶催化反应装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种生物柴油的酶催化反应装置。反应装置包括依次相连的N个反应罐，原料油进料管路、碱液进料管路、酶进料管路、软水进料管路和甲醇进料管路；N为大于0的整数；反应罐包括罐体，设置在罐体上的进料口和出料口；第一个反应罐的进料口的外部连接有外部进料总管，反应罐的进料口的内部连接内部进料总管，内部进料总管连接进料分布管，通过进料分布管连接有若干个物料喷射器。混合物料经外部进料总管进入罐体，并经物料喷射器进行循环喷射反应。本实用新型的生物柴油的酶催化反应装置，可有效实现生物柴油的连续式反应生产。不仅原料油的转化率明显增加，能耗显著减少，而且装置的反应能力大。

Description

生物柴油的酶催化反应装置

技术领域

本实用新型涉及生物柴油生产技术领域，具体涉及一种生物柴油的酶催化反应装置。

背景技术

生物柴油是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕榈等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂以及动物油脂、餐厨废油脂等为原料油通过酯化、酯交换或热化学工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。由于其与石化柴油的物理化学性质十分接近，因此，近年来逐步替代石化柴油用于公交车等体系，有利于减少石油这种不可再生资源的消耗。

现有技术中，生物柴油的制备工艺通常采用酸-碱两步法，即分别通过酸和碱催化进行酯化-酯交换反应。原料油经酯化、酯交换反应，制得的粗脂肪酸甲酯，经过重力沉降后，分离出粗甘油，得到粗生物柴油。粗生物柴油需要继续经过精制处理，才能得到纯度符合国标要求的生物柴油。生物柴油的精制处理通常包括闪蒸处理、脱轻处理、精馏处理等工序。上述工艺要求醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装置，能耗高，酯化产物难于回收，生产过程有废碱液排放，污染环境严重。另外，工业化的酯化反应常采用液体硫酸作为酯化反应的催化剂，酯化反应过程在酸性条件下进行，因此对酯化反应罐的防腐蚀要求高；同时，液体硫酸的加入导致生物柴油中硫酸根离子增加，增加了生物柴油的硫含量。为了除去超标的硫，需要对粗生物柴油进行水洗或精馏，显著提高了废水含量，从而增加了废水处理的难度和成本，且增加了精馏的能耗。

酶催化反应生产工艺是制备生物柴油的另一种工艺，其反应条件相对温和，对原料油脂的品质基本无要求，反应产物易分离；同时原料油脂与醇进行酯交换反应通常使用的酶催化剂为自然界中来源丰富的脂肪酶。因此，酶催化反应制备生物柴油的工艺得到越来越广的应用。常用的脂肪酶有液体脂肪酶，固体脂肪酶等，其中因液体脂肪酶生产工艺简单，成本低廉，而受到更广泛的应用。

现有技术中，酶催化反应制备生物柴油常采用卧式连续式反应法或间歇釜式反应法。如图7所示，卧式反应法通常为多个卧式反应器串联，通过末端的一个电机驱动一根长的搅拌轴带动卧式反应器内的刮板式搅拌器搅拌。由于多个卧式反应器采用同一根搅拌轴串联，因此安装精度要求高，且搅拌轴容易变形，导致刮板与卧式反应器的内壁刮擦，设备使用寿命短；搅拌死角多，导致转化率低。多个卧式反应器串联，不仅设备投资高，能耗非常高，且对地基的水平度和承重都要求很高，总成本很高。因此，现有技术中，较多地采用间歇釜式反应器间歇式生产生物柴油。

然而间歇釜式反应方法，由于搅拌浆的搅拌范围有限，为尽量满足搅拌的要求，减少搅拌死角，间歇釜式反应器的有效体积不能无限扩大。如果要日产150吨生物柴油，由于间歇釜式反应器的有效体积受局限，其采用的间歇反应罐的数量至少为10 个。这导致设备投资非常大，且同时控制10个间歇反应罐，导致控制难度大，生物柴油的质量稳定性下降，生物柴油转化率低且能耗非常高。另外，传统的酶催化反应工艺中酸值较难降低到5以下，反应时间通常大于30h，加上间歇进料和出料的时间，传统的酶催化反应工艺的总反应时间通常长达40h。因此，存在反应时间长、粗生物柴油酸值高、能耗高等问题。

因此，有必要研发新型的生物柴油的酶催化反应装置，以克服上述技术缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种生物柴油的酶催化反应装置，可以显著提高生物柴油的转化率，降低能耗。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

生物柴油的酶催化反应装置，包括依次相连的N个反应罐，原料油进料管路、碱液进料管路、酶进料管路、水进料管路和甲醇进料管路，所述N为大于0的整数；其中：

所述反应罐包括罐体，设置在所述罐体上的进料口和出料口；第一个所述反应罐的进料口的外部连接有外部进料总管，所述外部进料总管上设置有进料泵；所述反应罐的进料口的内部连接内部进料总管，所述内部进料总管连接进料分布管，通过所述进料分布管连接有若干个物料喷射器，若干个所述物料喷射器沿所述罐体的内壁环形均布；所述物料喷射器倾斜设置，且喷头出口朝上；

来自所述原料油进料管路、碱液进料管路、酶进料管路、水进料管路和甲醇进料管路的进料经过混合后得到混合物料，所述混合物料经所述外部进料总管连续进入所述罐体，并经所述物料喷射器进行循环喷射反应；

最后一个所述反应罐的出料口连接出料管路，所述出料管路上设置有出料泵，并连接至分离设备；所述出料泵之后的所述出料管路上连接有循环总管，所述循环总管的另一端连接至所述进料口前的管路上。

需要说明的是，本实用新型中，并未限定原料油、酶等原料如何混合成所述混合物料。上述混合工艺可采用现有技术中的常规技术即可实现。例如采用预混罐通过搅拌装置进行混合。

需要说明的是，所述N为大于0的整数，即可以为1个反应罐的连续式反应。也可以为多个反应罐的连续式反应。所述反应罐的数量可根据反应罐的体积和生物柴油的日产量灵活调整。

需要说明的是，本实用新型中，所述罐体内部的进料管路的具体形式可有多种，只要能够满足实现使若干个所述物料喷射器沿所述罐体的内壁环形均布即可。

需要说明的是，所述分离设备可以为现有技术中常用的分离粗生物柴油中甘油的设备，例如分离心机，重力沉降罐等。

根据本实用新型的优选技术方案，所述N为大于1的整数，前一个所述反应罐的出料口与后一个所述反应罐的进料口通过中间连接管路连接；所述循环总管的另一端连接至所述外部进料总管和/或中间连接管路上。

需要说明的是，本实用新型中，所述循环总管的另一端可连接至所述外部进料总管和/或中间连接管路上。即可循环回第一个反应罐之前，也可以循环到其他反应罐之前。本领域技术人员根据循环总管内物料的转化率情况，可将循环总管与所述外部进料总管和/或中间连接管路连通。

优选地，所述物料喷射器为文丘里型的喷射器，包括进料连接管，混合段，与所述混合段相连的缩径段，与所述缩径段相连的扩大段，和与所述扩大段相连的凸头段，所述凸头段上开设若干个喷射孔；

所述进料连接管的一端与所述进料分布管连接，另一端伸入所述混合段内，所述混合段上开设有吸入管口。

优选地，所述凸头段整体为球形。更优选地，所述凸头段为球缺。

优选地，所述物料喷射器的轴中心线与水平面的夹角为30～85度。更优选地，所述物料喷射器与水平面的夹角为30～60度。

优选地，所述进料分布管为沿所述罐体的内壁设置的环形分布管；所述内部进料总管的末端伸入至所述罐体的中心，并与内部进料支管连通，所述内部进料支管的末端分别连接至所述进料分布管。

进一步优选地，所述内部进料总管的末端伸入至所述罐体的中心，并向两侧均分为2根内部进料支管，2根所述内部进料支管的末端分别连接至所述进料分布管，所述物料喷射器相对于2根所述内部进料支管对称设置。

或，所述内部进料总管的末端向下连接至圆柱型的液体分布盒的顶部，所述内部进料支管的一端分别与所述液体分布盒的外壁连通，另一端分别与所述进料分布管连通。且所述内部进料支管沿所述液体分布盒的外壁均匀对称分布。

混合物料沿所述内部进料总管进入所述液体分布盒内，并经所述内部进料支管均匀分布至所述进料分布管，再经所述物料喷射器喷射反应。

如此设置，使得所述混合进料在所述罐体内的分布更加均匀，后续通过所述物料喷射器喷射反应时，更加均匀，反应转化率提高，质量提高。

优选地，所述N为1-6的整数。

优选地，所述甲醇进料管路包括甲醇进料总管和甲醇进料支管，所述甲醇进料支管的一端与所述甲醇进料总管连接，另一端分别连接至所述进料口前的外部进料总管上。

需要说明的是，当N为大于1的整数时，其中一个所述甲醇进料支管的另一端与所述外部进料总管连通，作为甲醇进料；其他所述甲醇进料支管另一端与所述中间连接管路连接，以为后续的所述反应罐补偿甲醇；

所述酶催化反应装置还包括第一甲醇回流管路和至少一根第二甲醇回流管路，所述第一甲醇回流管路的一端伸入所述反应罐的上部内，末端安装开口朝上的收集漏斗，另一端与所述甲醇进料支管汇合；所述第二甲醇回流管路的一端伸入所述反应罐的中部内，另一端与所述甲醇进料支管汇合。

如此设置，所述罐体上部的甲醇层能够得到更好的收集，罐体中部的未反应完全的物料也能够得到有效的循环，可有效减少甲醇挥发，提高甲醇利用率，提高转化率。

优选地，所述酶进料管路包括酶进料总管和酶补加总管；所述酶补加总管上分支出若干根酶补加支管，所述酶补加支管与所述罐体顶部的补加管口连接，所述补加管口的底部插入所述罐体内。

如此设置，当反应罐中酶含量不够时，可适时地、快速地补充酶，而无需调节酶进料总管的流量，减少了控制难度，提高了控制精度。

优选地，所述补加管口的底部插入所述收集漏斗内。如此设置，使得补充的所述酶能够在进入反应罐之前与甲醇等原料预先混合，有效确保了酶的反应性，提高了转化率。

根据本实用新型的另一个优选技术方案，所述生物柴油的酶催化反应装置还包括第一静态混合器、第二静态混合器、第三静态混合器和若干个换热器；

所述原料油进料管路和碱液进料管路分别连接至所述第一静态混合器的进料口，所述酶进料管路、水进料管路分别连接至所述第二静态混合器的进料口，所述外部进料总管上连接所述第三静态混合器，所述第一静态混合器和第二静态混合器的出料口分别与所述第三静态混合器前的所述外部进料总管通过管路连接，所述甲醇进料管路与所述第三静态混合器的一个进料口连通；所述外部进料总管上在所述反应罐的进料口之前还连接有换热器，所述分离设备和出料泵之间的出料管路上设置有换热器。

优选地，所述反应罐的外部分别设置有夹套，所述夹套内的介质的温度控制在 40±2℃。

所述分离设备可以为现有技术从生物柴油酶催化反应产物中分离甘油的常规设备，例如沉降罐、离心机。优选地，所述分离设备为离心机。

本实用新型还提供一种酶催化反应方法，采用上述的生物柴油的酶催化反应装置，所述混合原料经过N个所述反应罐进行连续的循环喷射反应，包括如下步骤：

所述混合原料经所述反应罐的进料口进入所述内部进料总管和进料分布管，然后经若干个沿所述罐体的内壁环形均布的所述物料喷射器进行循环喷射反应；

控制所述混合原料的温度为40±2℃，并控制所述反应罐内的反应温度为40± 2℃；控制所述混合原料经过N个所述反应罐的总反应时间T为15～24h。则每一个罐的反应时间为T/N。

优选地，一个所述反应罐内安装的所述物料喷射器的数量为4～8个。

所述物料喷射器的尺寸：所述混合段的最大外径D1为10～100mm，所述缩径段的内径D2为10～50mm，所述扩大段的最大内径D3为15～120mm，所述混合段的始端至所述扩大段末端的距离L1为100～300mm，所述混合段的长度L2为10～ 100mm，所述缩径段的长度L3为10～100mm。

所述进料泵的输出压力为0.11～0.3MPaG。所述进料泵的输出压力根据管路的压头损失，所选的进料泵的扬程，反应罐的高度等因素灵活调整。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益技术效果：

本实用新型的生物柴油的酶催化反应装置，混合物料经过N个反应罐和沿罐体的内壁环形均布的若干个物料喷射器进行循环喷射反应，可有效实现生物柴油的连续式反应生产。相比现有的搅拌式间歇反应器，在粗生物柴油的酸值相当的条件下，反应时间明显缩短，生产能耗显著降低，生物柴油的日产量明显增加。

同时，由于本实用新型采用物料喷射器进行循环喷射反应代替了间歇搅拌式反应，因此反应罐的体积可以更大，装置的反应能力更大，相同的原料油处理量前提下，本实用新型的设备投入明显较少，设备操作难度降低，检维修容易，运行成本显著降低。

附图说明

图1为实施例1的生物柴油的酶催化反应装置的流程图。

图2为实施例1的反应罐的结构示意图(剖视图)

图3为反应罐内的进料管路及物料喷射器的分布结构示意图。

图4为物料喷射器的结构示意图。

图5为实施例2的反应罐内的进料管路及物料喷射器的分布结构示意图。

图6为现有的采用间歇釜式反应罐的生物柴油的酶催化反应装置的流程图(10个反应罐，图中只显示2个)。

图7为卧式连续式反应法采用的卧式反应器的结构示意图。

图中：

100-反应罐、200-原料油进料管路、300-碱液进料管路、400-酶进料管路、500- 软水进料管路、600-1-第一静态混合器、600-2-第二静态混合器、600-3-第三静态混合器、700-甲醇进料总管、800-酶补加总管、810-酶补加支管、900-换热器；

110-第一甲醇回流管路、120-第二甲醇回流管路、111-收集漏斗、710-甲醇进料支管；

130-进料口、140-出料口、150-外部进料总管、160-中间连接管路、170-出料管路、180-出料泵、1000-离心机、190-循环总管、1100-内部进料总管、1110-内部进料支管、1120-进料分布管、1130-物料喷射器、151-进料泵；

1131-进料连接管、1132-混合段、1133-缩径段、1134-扩大段、1135-吸入管口、1136-凸头段。

具体实施方式

以下结合附图，以具体实施例对本实用新型的生物柴油的酶催化反应装置做进一步详细说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。

实施例1、生物柴油的酶催化反应装置

如图1至图4所示，本实施例的生物柴油的酶催化反应装置，包括依次相连的 5个反应罐100，原料油进料管路200、碱液进料管路300、酶进料管路400、软水进料管路500、第一静态混合器600-1、第二静态混合器600-2、第三静态混合器600-3、甲醇进料总管700、甲醇进料支管710、第一甲醇回流管路110、第二甲醇回流管路 120、酶进料总管410、酶补加总管800、酶补加支管810和6个换热器900。

所述反应罐100包括罐体，设置在所述罐体下部的进料口130和出料口140；第一个所述反应罐100的进料口的外部连接有外部进料总管150，所述原料油进料管路200和碱液进料管路300分别连接至所述第一静态混合器600-1的进料口，所述酶进料总管410、软水进料管路500分别连接至所述第二静态混合器600-2的进料口，所述外部进料总管150上连接所述第三静态混合器600-3，所述第一静态混合器600-1和第二静态混合器600-2的出料口与所述第三静态混合器600-3前的所述外部进料总管150通过管路连接，所述第三静态混合器600-3的进料口与所述甲醇进料支管710的末端连接；所述第一甲醇回流管路110的一端伸入所述反应罐100 的上部内，另一端与所述甲醇进料支管710汇合，所述第二甲醇回流管路120的一端伸入所述反应罐100的中部内，另一端与所述甲醇进料支管710汇合；所述外部进料总管150上在第一个所述反应罐100的进料口之前还连接有换热器900。外部进料总管150上在所述换热器900后设置有进料泵151。

前一个所述反应罐100的出料口与后一个所述反应罐100的进料口通过中间连接管路160连接，且所述中间连接管路160上还连接有所述甲醇进料支管710；最后一个所述反应罐100的出料口连接出料管路170，所述出料管路170上设置有出料泵180，并连接至离心机1000；所述出料泵180之后的所述出料管路170上连接有循环总管190，所述循环总管190的另一端连接至所述换热器900之前的所述外部进料总管150上；所述离心机1000和出料泵180之间的出料管路170上设置有换热器900。后续的所述反应罐100的进料口之前的所述中间连接管路160上分别设置有换热器900。

所述反应罐100的进料口内部连接内部进料总管1100，所述内部进料总管1100 的末端伸入至所述罐体的中心，并向两侧均分为2根内部进料支管1110，2根所述内部进料支管1110的末端分别连接至环形的进料分布管1120；所述进料分布管 1120上均匀连接有物料喷射器1130。

所述物料喷射器1130为文丘里型的喷射器，包括进料连接管1131，混合段1132，与所述混合段1132相连的缩径段1133，与所述缩径段1133相连的扩大段1134，和与所述扩大段1134相连的球缺型的凸头段1136，所述凸头段1136上开设若干个喷射孔；所述进料连接管1131的一端与所述进料分布管1120连接，另一端伸入所述混合段1132内，所述混合段1132上开设有吸入管口1135。

所述混合物料经所述进料连接管1131进入所述混合段1132，然后经所述缩径段1133进入所述扩大段1134，最后进入所述凸头段1136内，并从所述凸头段1136的喷射孔向四周喷射出去。喷射角度和方向大，反应器内的混合物料的喷射反应更加均匀。

如图2所示，混合物料从所述物料喷射器1130的凸头段1136喷射出来后的喷射轨迹呈球形分布。如此设置，使得所述反应罐100内的混合物料的喷射反应更加均匀，快速，反应转化率增加。

所述反应罐100上分别设置有夹套，所述夹套内的介质为水，所述水的温度控制在40±2℃。

所述第一甲醇回流管路110伸入所述反应罐100的上部的末端安装开口朝上的收集漏斗111；所述酶补加总管800上分支出4根酶补加支管810，4根所述酶补加支管810分别对应插入第一至第四个反应罐内的所述收集漏斗111内。

由于最后一个反应罐100内物料的反应时间较短，因此再补加酶已经对反应转化率的提高作用不大，因此，可不设置酶补加支管。

本实用新型的生物柴油的酶催化反应装置，采用如下反应方法：

(1)、原料油与碱液经过所述第一静态混合器600-1混合，得到pH5.0～6.0 的原料油进料；酶和软水经过所述第二静态混合器600-2混合，得到酶进料；然后所述原料油进料、酶进料与甲醇进料一起经所述第三经静态混合器600-3混合，然后经过所述换热器900换热至40±2℃后，得到混合进料，再进入第一个所述反应罐100内。

(2)、所述混合进料经所述内部进料总管1100，然后沿所述内部进料支管1110 进入环形的所述进料分布管1120，最后经所述物料喷射器1130进行循环喷射反应。从第一个所述反应罐100的出料口流出的物料经所述中间连接管路160从下一个所述反应罐100的进料口进入，重复进行喷射反应；最后一个所述反应罐100的出料口流出的物料经所述出料管路进入所述离心机1000进行离心分离，得到酸值为4～ 6mg KOH/g的粗生物柴油。

同时，第一个所述反应罐100内上部的含甲醇清液层和中部的未完全反应物料分别通过所述第一甲醇回流管路110和第二甲醇回流管路120抽出，并汇合至所述甲醇进料支管710，用于循环反应。

需要说明的是，最后一个所述反应罐100上的出料管路上设置有取样管路，用于检测分析最后一个反应罐反应后得到的粗生物柴油的酸值。如果转化率达标，则粗生物柴油经出料泵直接输送至所述离心机进行离心分离，最终得到酸值4～6mg KOH/g 的生物柴油。酸值4～6mg KOH/g的生物柴油再加入氢氧化钾的甲醇溶液，调节酸值到0.5mg KOH/g之内，即得到最终产品生物柴油。如果转化率不达标(酸值＞6mg KOH/g)，则不达标的粗生物柴油沿所述循环总管190循环回所述换热器900之前的所述外部进料总管150上，或循环回所述换热器900之前的所述中间连接管路160 上，以使物料继续反应。

不达标的粗生物柴油具体循环回哪一个反应罐，是根据粗生物柴油的酸值来定的。如果酸值大于第一个反应罐出料口处的混合物料的酸值，则循环回第一个反应罐，如果酸值大于第二个反应罐出料口处的混合物料的酸值，则循环回第二个反应罐，依此类推。

优选地，正投影视图上，所述物料喷射器1130的轴中心线与水平面的夹角为 30～80度。更优选为30～60度。

优选地，所述物料喷射器1130为4～8个，沿环形的所述进料分布管1120均匀分布，且相对于2根所述内部进料支管对称设置。

需要说明的是，所述反应罐的体积和数量根据生物柴油的产量可灵活调整。所述物料喷射器的数量根据所述反应罐的体积和所述物料喷射器喷射流量，泵的进料等参数灵活调整。

实施例2、生物柴油的酶催化反应装置

如图5所示，基本流程和结构与实施例1相同，区别在于：所述反应罐底部的内部进料总管1100与环形的所述进料分布管1120的连接方式不同。具体而言：

所述内部进料总管1100的末端向下连接至圆柱型的液体分布盒1140的顶部，所述内部进料支管1110的一端分别与所述液体分布盒1140的外壁连通，另一端分别与所述进料分布管1120连通。且所述内部进料支管1110沿所述液体分布盒1140的外壁均匀对称分布。

混合物料沿所述内部进料总管1100以一定的压力和流速进入所述液体分布盒1140内，并再次经所述内部进料支管1110均匀分布至所述进料分布管1120，再经所述物料喷射器1130进行循环喷射反应。

如此设置，混合物料的分部更加均匀，有利于物料的循环喷射反应效率的提高。

对比例1、生物柴油的间歇式酶催化反应装置

如图6所示，采用常规的间歇釜式反应罐，原料油与碱液经过第四静态混合器600-4混合，得到原料油进料；酶和软水经过混合，得到酶进料；原料油进料与酶进料及甲醇进料进入所述间歇釜式反应罐，上部含甲醇的清液层经甲醇循环管路循环，在搅拌器的搅拌作用下反应到酸值为4～6mg KOH/g，得到反应物料。然后将所述反应物料经所述离心机离心分离，得到粗生物柴油。

实施例3、中试反应

采用5个反应罐连续反应，反应罐的直径为1.0m，高为2.0m，总体积为1.57m³。结合喷射反应罐实际有效容积(装填率85％)，则通常一个反应罐内可装的混合进料量为1.20吨，其中原料油的进料量为1.0吨，甲醇的进料量为0.20吨，则5个反应罐可装5吨原料油。

原料油性质：经过预处理的餐厨废弃油脂，温度50～70℃，呈微酸性(pH4.0～5.0)，酸值：＜100mg KOH/g，水分：0.2～0.5％。

反应条件：pH 5.0～6.0；水用量：原料油含量的2％(包括原料油自身含水量)；酶用量：原料油含量的0.2％；反应温度：40±2℃。所述物料喷射器有3个，均布，物料喷射器与水平面的夹角为30～85度。

所述物料喷射器的尺寸：D1 40mm、D2 20mm、D3 42mm、L1 100mm、L2 30mm、 L330mm。所述进料连接管1131的直径为30mm，所述吸入管口1135的直径为30mm。进料泵的输出压力为0.13MPaG。

所述进料连接管1131与所述进料分布管1120通过三通连接，通过调节所述三通与所述进料分布管1120的安装角度，可调节所述物料喷射器1130的角度。本领域技术人员很容易理解，与所述三通线连接的所述进料分布管1120处为直管。

装置启动时，当第一个反应罐未装满时，出料口上安装的出料阀处于关闭状态。当连续进料时间为T/5，且反应罐装满后，可打开出料口上安装的出料阀，使第一个反应罐内的经过了部分反应的物料连续进入第二个反应罐。依次类推。当5个反应罐全部装满时，反应时间与达到了T，则打开第五个反应罐的出料阀，连续出料。同时，第一个反应罐继续连续进料，实现连续式反应。

因此，为了提高对比数据的准确性，实施例1和实施例2的装置分别调节所述物料喷射器1130为不同的角度，分别经过10天运行，运行稳定后的取连续3天的平均数据，计算制备得到的生物柴油的标准如表1所示。

表1实施例的酶催化反应参数及酸值比较

由表1的数据可知，采用本实施例1和实施例2的酶催化反应装置进行酶催化反应，反应时间为15～24h即可实现酸值在4.3～5.3mg KOH/g，达到4～6mg KOH/g 的范围。因此，实施例1和实施例2的酶催化反应装置是一种反应效率较高的连续式反应装置。

实际应用中，在物料喷射器的尺寸，安装角度和安装数量一定的条件下，可通过调节进料泵的进料流量和出料泵的出料流量来确保单个反应罐的反应时间在15～ 24h的范围内。通过泵的输出压头来确保混合物料能够从所述进料连接管1131高速喷出，并在所述混合段1132处形成负压，将所述反应罐内的混合物料从所述吸入管口1135处吸入，并经所述缩径段1133高速混合，再经所述扩大段1134进一步混合，最后从所述筛网凸头1136的网孔向四周喷射出去。

所述物料喷射器在进料泵的输出压力的作用下能将所述反应罐10内的混合物料进行有效的循环喷射反应。就像高压水枪通过压缩机的输出压力来确保水流能从高压水枪末端安装的喷嘴高速喷出一样。

应用例

对比例1、实施例1的酶催化反应装置用于工业化制备生物柴油，采用相同的酶。

原料油性质：经过预处理的餐厨废弃油脂，温度50～70℃，呈微酸性(pH4.0～5.0)，酸值：＜100mg KOH/g，水分：0.2～0.5％。

反应条件：pH 5.0～6.0；水用量：原料油含量的2％(包括原料油自身含水量)；酶用量：原料油含量的0.2％；反应温度：40±2℃。

实施例1中，设计5个反应罐，反应罐的直径为3.2m，高为6.0m，总体积为48m³。结合喷射反应罐实际有效容积(装填率85％)，则通常一个反应罐内可装的混合进料量为36吨，其中原料油的进料量为30吨，甲醇的进料量为6吨，则5个反应罐可装 150吨原料油。

所述物料喷射器有8个。如图2所示，物料喷射器与水平面的夹角为45度。所述物料喷射器的尺寸：D1 60mm、D2 30mm、D3 63mm、L1 150mm、L2 45mm、L3 45mm。所述进料连接管1131的直径为45mm，所述吸入管口1135的直径为45mm。进料泵的输出压力为0.2MPaG。

本领域技术人员很容易理解，可根据单个反应罐内混合物料的反应时间(约为物料的停留时间)以及进料泵的输出压头等参数调节进料的流量。

由于搅拌釜式反应器的搅拌性能的限制，搅拌釜式反应器的体积不能太大。因此，对比例1中，设计10个反应罐，反应罐的直径为2.5m，高为5m，体积24.5m³。结合间歇反应罐的实际有效容积(装填率82％)，则通常一个反应罐内可装满的混合进料的量为18吨。其中原料油的进料为15吨，甲醇的进料为3吨。10个反应罐可装 150吨原料油，30吨甲醇。间歇反应中，一批次物料的进料时间约为2h，出料时间为2h，则一批次物料的中间操作时间为4h。

装置启动时，当第一个反应罐未装满时，出料口上安装的出料阀处于关闭状态。当连续进料时间为T/5，且反应罐装满后，可打开出料口上安装的出料阀，使第一个反应罐内的经过了部分反应的物料连续进入第二个反应罐。依次类推。当5个反应罐全部装满时，反应时间与达到了T，则打开第五个反应罐的出料阀，连续出料。同时，第一个反应罐继续连续进料，实现连续式反应。

因此，为了提高对比数据的准确性，实施例1的装置经过10天运行，运行稳定后的取连续3天的平均数据，计算制备得到的生物柴油的标准如表2所示。

表2对比例1和实施例1的酶催化反应参数及酸值比较

由表2的数据可知，同样将生物柴油反应到酸值在4～6mg KOH/g范围，本实用新型的生物柴油的酶催化反应装置的反应时间为15～24h，明显低于现有的间歇釜式反应器的反应时间，因此总体反应能耗显著减少，生产成本显著降低，且本实用新型得到的粗生物柴油的酸值明显更低，在4.2～5.1mg KOH/g范围。

同时，本实用新型采用连续式反应方法，反应罐的体积更大，同等日产量条件下需要的反应罐及反应罐上安装的控制装置的套数减少，因此控制效率高，控制精度更好。当提高进料流量时，不仅总反应时间明显缩短，且生物柴油日产量明显增加。根据表2的数据记载，可增加20～60％的日产量。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。

Claims (10)

1.生物柴油的酶催化反应装置，其特征在于，包括依次相连的N个反应罐，原料油进料管路、碱液进料管路、酶进料管路、水进料管路和甲醇进料管路，所述N为大于0的整数；其中：

所述反应罐包括罐体，设置在所述罐体上的进料口和出料口；第一个所述反应罐的进料口的外部连接有外部进料总管，所述外部进料总管上设置有进料泵；所述反应罐的进料口的内部连接内部进料总管，所述内部进料总管连接进料分布管，通过所述进料分布管连接有若干个物料喷射器，若干个所述物料喷射器沿所述罐体的内壁环形均布；所述物料喷射器倾斜设置，且喷头出口朝上；

来自所述原料油进料管路、碱液进料管路、酶进料管路、水进料管路和甲醇进料管路的进料经过混合后得到混合物料，所述混合物料经所述外部进料总管连续进入所述罐体，并经所述物料喷射器进行循环喷射反应；

最后一个所述反应罐的出料口连接出料管路，所述出料管路上设置有出料泵，并连接至分离设备；所述出料泵之后的所述出料管路上连接有循环总管，所述循环总管的另一端连接至所述进料口前的管路上。

2.根据权利要求1所述的生物柴油的酶催化反应装置，其特征在于，所述N为大于1的整数，前一个所述反应罐的出料口与后一个所述反应罐的进料口通过中间连接管路连接；所述循环总管的另一端连接至所述外部进料总管和/或中间连接管路上。

3.根据权利要求1所述的生物柴油的酶催化反应装置，其特征在于，所述物料喷射器为文丘里型的喷射器，包括进料连接管，混合段，与所述混合段相连的缩径段，与所述缩径段相连的扩大段，和与所述扩大段相连的凸头段，所述凸头段上开设若干个喷射孔；

所述进料连接管的一端与所述进料分布管连接，另一端伸入所述混合段内，所述混合段上开设有吸入管口。

4.根据权利要求1所述的生物柴油的酶催化反应装置，其特征在于，所述物料喷射器的轴中心线与水平面的夹角为30～85度。

5.根据权利要求1所述的生物柴油的酶催化反应装置，其特征在于，所述进料分布管为沿所述罐体的内壁设置的环形分布管；所述内部进料总管的末端伸入至所述罐体的中心，并与内部进料支管连通，所述内部进料支管的末端分别连接至所述进料分布管。

6.根据权利要求5所述的生物柴油的酶催化反应装置，其特征在于，所述内部进料总管的末端伸入至所述罐体的中心，并向两侧均分为2根内部进料支管，2根所述内部进料支管的末端分别连接至所述进料分布管，所述物料喷射器相对于2根所述内部进料支管对称设置；

或，所述内部进料总管的末端向下连接至圆柱型的液体分布盒的顶部，所述内部进料支管的一端分别与所述液体分布盒的外壁连通，另一端分别与所述进料分布管连通，且所述内部进料支管沿所述液体分布盒的外壁均匀对称分布。

7.根据权利要求1所述的生物柴油的酶催化反应装置，其特征在于，所述甲醇进料管路包括甲醇进料总管和甲醇进料支管，所述甲醇进料支管的一端与所述甲醇进料总管连接，另一端分别连接至所述进料口前的外部进料总管上；

所述酶催化反应装置还包括第一甲醇回流管路和至少一根第二甲醇回流管路，所述第一甲醇回流管路的一端伸入所述反应罐的上部内，末端安装开口朝上的收集漏斗，另一端与所述甲醇进料支管汇合；所述第二甲醇回流管路的一端伸入所述反应罐的中部内，另一端与所述甲醇进料支管汇合。

8.根据权利要求7所述的生物柴油的酶催化反应装置，其特征在于，所述酶进料管路包括酶进料总管和酶补加总管；所述酶补加总管上分支出若干根酶补加支管，所述酶补加支管与所述罐体顶部的补加管口连接，所述补加管口的底部插入所述罐体内。

9.根据权利要求8所述的生物柴油的酶催化反应装置，其特征在于，所述补加管口的底部插入所述收集漏斗内。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的生物柴油的酶催化反应装置，其特征在于，还包括第一静态混合器、第二静态混合器、第三静态混合器和若干个换热器；

所述原料油进料管路和碱液进料管路分别连接至所述第一静态混合器的进料口，所述酶进料管路、水进料管路分别连接至所述第二静态混合器的进料口，所述外部进料总管上连接所述第三静态混合器，所述第一静态混合器和第二静态混合器的出料口分别与所述第三静态混合器前的所述外部进料总管通过管路连接，所述甲醇进料管路与所述第三静态混合器的一个进料口连通；所述外部进料总管上在所述反应罐的进料口之前还连接有换热器，所述分离设备和出料泵之间的出料管路上设置有换热器。

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