一种利用双酶生产生物柴油的系统及其生产方法 |
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| 申请号 | CN202210907754.X | 申请日 | 2022-07-29 | 公开(公告)号 | CN115386432A | 公开(公告)日 | 2022-11-25 |
| 申请人 | 湖南诺睿信生物科技有限公司; 陈鹏; 陈好睿; | 发明人 | 陈鹏; 陈好睿; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种利用双酶生产 生物 柴油 的系统及其生产方法，属于生物柴油技术领域，所述系统包括液酶反应罐、从液酶反应罐接出的分离机构、从分离机构接出的干燥机构、从干燥机构接出的蒸馏机构、分别从干燥机构和蒸馏机构接出的 真空 循环冷却机构、以及从蒸馏机构接出的固酶反应罐，分离机构与液酶反应罐之间设有连续沉降机构，连续沉降机构与液体脂肪酶反应罐之间连接有液酶循环管，真空循环冷却机构连接有尾气处理机构。本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，可以在生产中使固定化脂肪酶的使用成本大大降低，同时固酶反应后各项指标都能稳定并达到国标，具有安全、环保及出品率高等优势。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用双酶生产生物柴油的系统，其特征在于，包括用于液体脂肪酶催化反应的液酶反应罐(1)、从液酶反应罐(1)接出用于反应产物分离的分离机构(2)、从分离机构(2)接出用于分离产物干燥除水的干燥机构(3)、从干燥机构(3)接出用于分离产物蒸馏除杂的蒸馏机构(4)、分别从干燥机构(3)和蒸馏机构(4)接出的真空循环冷却机构(5)、以及从蒸馏机构(4)接出用于固定化脂肪酶催化反应的固酶反应罐(6)，分离机构与液酶反应罐(1)之间设有用于液酶回收再利用的连续沉降机构(7)，连续沉降机构(7)与液体脂肪酶反应罐(1)之间连接有液酶循环管(105)，真空循环冷却机构(5)连接有尾气处理机构(8)。 |
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| 说明书全文 | 一种利用双酶生产生物柴油的系统及其生产方法技术领域[0001] 本发明属于生物柴油技术领域，具体涉及一种利用双酶生产生物柴油的系统及其生产方法。 背景技术[0002] 目前国内生物柴油工艺基本有以下几种：酸碱两步催化法、甘油预酯化后碱催化酯交换法、水解油脂后酸催化酯化法、精炼脱酸后碱催化酯交换法、一步液体脂肪酶加碱皂化脱酸法、一步液体脂肪酶加临界法、液体脂肪酶加固定化脂肪酶双酶法等。 [0003] 酸碱两步催化法由于酸碱具有腐蚀作用要求设备具有防腐效果而导致设备投资较大，由于使用到酸碱故中和形成大量的盐及油脂被皂化，这样污水处理难度加大有环保压力，皂化损失较多的油脂出品率难以保证，一般餐厨废油原料生物柴油成品得率在85％左右。 [0004] 甘油酯化后碱催化酯交换法在甘油酯化过程由于是高温反应易出现聚合反应损失油脂和甘油，同时后段的碱催化酯化反应亦有大量油脂被皂化，故该法出品率很难保证，基本在88‑90％之间。 [0005] 水解油脂后酸催化酯化法因水解过程产生大量污水环保压力很大，水解塔和酸催化反应釜都需要有防腐效果故设备投资相对较高。 [0007] 一步液体脂肪酶加碱皂化脱酸法在加碱时大量的油脂随着未酯化彻底的游离脂肪酸一起被皂化，出品率严重打折。 [0008] 一步液体脂肪酶加临界法由于临界法属于高温高压安全很难保障，经常有使用该工艺的工厂发生燃爆事故。 [0009] 液体脂肪酶加固定化脂肪酶的双酶法是目前最安全、最环保且出品率最高 (一般比以上任何工艺都高出4‑5％)的工艺，但由于生物脂肪酶尤其是固定化脂肪酶价格太高，且固定化脂肪酶在实际生产过程极易失活失效，这样导致生物脂肪酶的使用成本极高，故目前国内极少工厂使用。 [0010] 同时，以上工艺目前都是采用最后进行减压蒸馏得到成品，本来已经反应好的物料在蒸馏过程受高温产生裂解使得物料酸值重新出现超标现象。 [0011] 为此，使固定化脂肪酶不会由于物料原因出现失活失效并能稳定的将使用批次保持在300批次以上、亦或使产品的酸值指标达到国标要求，已成为所属技术领域技术人员亟待解决的技术问题。 [0012] 因此，本发明提供了一种利用双酶生产生物柴油的系统及其生产方法，可以在生产中使固定化脂肪酶的使用成本大大降低，同时固酶反应后各项指标都能稳定并达到国标，具有安全、环保及出品率高等优势。 发明内容[0013] 本发明要解决的技术问题是：提供一种利用双酶生产生物柴油的系统及其生产方法，以至少解决上述部分技术问题。 [0014] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： [0015] 一种利用双酶生产生物柴油的系统，包括用于液体脂肪酶催化反应的液酶反应罐、从液酶反应罐接出用于反应产物分离的分离机构、从分离机构接出用于分离产物干燥除水的干燥机构、从干燥机构接出用于分离产物蒸馏除杂的蒸馏机构、分别从干燥机构和蒸馏机构接出的真空循环冷却机构、以及从蒸馏机构接出用于固定化脂肪酶催化反应的固酶反应罐，分离机构与液酶反应罐之间设有用于液酶回收再利用的连续沉降机构，连续沉降机构与液体脂肪酶反应罐之间连接有液酶循环管，真空循环冷却机构连接有尾气处理机构。 [0016] 进一步地，分离机构包括从液酶反应罐接出用于反应产物油相、水相、固相分离的沉降式离心机，以及从沉降式离心机接出用于油相的脂肪酸甲酯存储的缓存罐；液酶反应罐与沉降式离心机之间连接有离心进液管，离心进液管上设有进液泵，沉降式离心机油相口与缓存罐之间设有出油管，出油管上设有出油阀。 [0017] 进一步地，连续沉降机构包括与沉降式离心机水相出口连接的第一沉降罐，第一沉降罐上部连接有第一回收管，第一回收管与液酶循环管相连接； [0018] 连续沉降机构还包括从第一沉降罐接出的第二沉降罐，第二沉降罐上部连接有第二回收管，第二回收管与液酶循环管相连接； [0019] 连续沉降机构还包括从第二沉降罐接出的第三沉降罐，第三沉降罐上部连接有第三回收管，第三回收管与液酶循环管相连接； [0020] 第一沉降罐和第二沉降罐之间连接有第一排料管，第二沉降罐和第三沉降罐之间连接有第二排料管，第三沉降罐连接有第三排料管； [0021] 第一回收管、第二回收管和第三回收管上分别设有第一回收阀、第二回收阀和第三回收阀，液酶循环管上设有回收泵； [0022] 液体脂肪酶反应罐上设有油脂输入口、甲醇输入口、液酶输入口和液酶回收口，液酶循环管与液酶回收口连接，沉降式离心机水相出口与第一沉降罐之间设有出水管，出水管上设有出水阀。 [0023] 进一步地，干燥机构包括从缓存罐接出的干燥冷凝塔，干燥冷凝塔中部设有干燥填料床、上部设有干燥冷凝器，干燥填料床内设有干燥填料，干燥冷凝器下方设有第一干燥冷凝液导流板和第二干燥冷凝液导流板，第二干燥冷凝液导流板下方设有干燥冷凝液收集槽； [0024] 缓存罐与干燥冷凝塔之间连接有干燥加热进料管，干燥加热进料管上设有干燥进料泵和干燥进料加热器。 [0025] 进一步地，蒸馏机构包括从干燥冷凝塔接出的蒸馏塔、以及从蒸馏塔接出并接入固酶反应罐的冷凝物料缓存罐，蒸馏塔上设有从蒸馏塔底部接出并接入蒸馏塔中部的蒸馏循环管，蒸馏循环管上设有蒸馏循环泵和蒸馏循环加热器，蒸馏塔中部设有蒸馏填料床、上部设有蒸馏冷凝器、底部连接有接入蒸馏重油处理工段的蒸馏重油出料管，蒸馏填料床内设有蒸馏填料，蒸馏冷凝器下方设有第一蒸馏冷凝液导流板和第二蒸馏冷凝液导流板，第二蒸馏冷凝液导流板下方设有蒸馏冷凝液收集槽，蒸馏重油出料管上设有蒸馏重油出料泵，蒸馏冷凝液收集槽开设有蒸馏冷凝液排放口，蒸馏冷凝液排放口与冷凝物料缓存罐之间连接有冷凝物料出料管，冷凝物料出料管上设有冷凝液降温换热器； [0026] 干燥冷凝塔与蒸馏塔之间连接有蒸馏进料管，蒸馏进料管上设有干燥出料泵和蒸馏进料加热器。 [0027] 进一步地，固酶反应罐上设有从固酶反应罐底部接出并接入固酶反应罐顶部的固酶反应循环管，固酶反应循环管上设有固酶反应循环泵，固酶反应罐中下部设有接入至成品干燥工段的固酶反应出料管，固酶反应出料管上设有固酶反应出料泵，冷凝物料缓存罐内设有固定化脂肪酶床，固定化脂肪酶床内设有固定化脂肪酶，冷凝物料缓存罐与固酶反应罐之前连接有固酶进料管，固酶进料管上设有固酶进料泵。 [0029] 水环真空泵设有吸气口和排气口，储水罐设有第一进水口、第一出水口和废气外排口，水环真空泵设有与其水环相连通的进水口，第一进水口通过管道与水环真空泵的排气口相连接，第一出水口与水环真空泵的进水口相连接。 [0030] 进一步地，冷凝机构包括与储水罐相连接的螺旋板式换热器，连接于储水罐和螺旋板式换热器之间的第一循环水泵，以及与螺旋板式换热器相连接的冷水箱； [0031] 螺旋板式换热器包括换热器主体，以及设于换热器主体内的第一螺旋换热通道和第二螺旋换热通道，储水罐与第一螺旋换热通道相连接，冷水箱与第二螺旋换热通道相连接； [0032] 储水罐设有第二进水口和第二出水口，第二进水口通过第一管道与第一螺旋换热通道的出水口相连接，第二出水口通过第二管道与第一螺旋换热通道的进水口相连接； [0033] 第一循环水泵设于第二管道上，第二管道上连接有排水管，排水管接入于第一循环水泵和第一螺旋换热通道之间，排水管上设有排水阀，排水管接入至污水处理工段，第一管道上连接有进水管，进水管从冷水箱内底部接出，进水管上设有进水阀和水泵，第二螺旋换热通道的进水口和出水口分别通过管道与冷水箱的内底部和内顶部相连接，第二螺旋换热通道进水口与冷水箱内底部相连接管道上设有第二循环水泵。 [0034] 进一步地，尾气处理机构包括通过管道从储水罐的废气外排口接出用于尾气净化的碱液喷淋塔、从碱液喷淋塔接出用于已净化尾气分离的气液分离塔、以及设于气液分离塔旁用于对已净化气体无害化处理的锅炉，碱液喷淋塔上设有用于碱液循环使用的循环喷淋装置，锅炉上设有用于已净化尾气抽入的鼓风机； [0035] 循环喷淋装置包括从碱液喷淋塔接出的碱液循环管、以及与碱液循环管相连接并伸入碱液喷淋塔内用于对蒸馏尾气进行碱液喷淋的循环喷淋机构，碱液循环管上设有碱液循环泵和阀门，循环喷淋机构至少有两个，包括从碱液循环管接出的喷淋管、以及设于喷淋管上的螺旋喷淋嘴； [0036] 碱液喷淋塔中下部设有用于观察反应皂堆积情况的上观察视镜、下部设有用于观察碱液喷淋塔内碱液的下观察视镜，碱液喷淋塔与气液分离塔之间连接有输气管，输气管从碱液喷淋塔顶部接出并接入气液分离塔下部，输气管管径至少为15cm，气液分离塔中下部设有用于分离液观察的观察视镜，气液分离塔底部设有排液口； [0037] 气液分离塔顶部连接有排气管，排气管出气口与鼓风机进气口正对分布并且两者间距至少为2米； [0038] 碱液喷淋塔上部设有用于补充碱液的碱液进口、底部设有用于排出废碱液的碱液排出口，碱液排出口上设有排液阀。 [0039] 一种利用双酶生产生物柴油的系统的生产方法，包括以下步骤： [0041] 步骤S2、步骤S1的产物和原料组成的混合物在分离机构分离出固相渣质、水相液酶水溶液和油相混合脂肪酸； [0042] 步骤S3、水相液酶水溶液经连续沉降机构再分离出液体脂肪酶并通入液酶反应罐内循坏利用，同时油相混合脂肪酸在干燥机构中去除水分和废气； [0043] 步骤S4、去除水、气的混合脂肪酸在蒸馏机构中去除废气和重油，得到初甲酯； [0044] 步骤S5、初甲酯进入固酶反应罐内在固定化脂肪酶催化下二次水解，使初甲酯内残余游离脂肪酸和甘油三酯反应完全，生成脂肪酸甲酯； [0045] 步骤S6、步骤S3和步骤S4去除的废气进入真空循环冷却机构中水滤净化，得到初净化尾气； [0046] 步骤S7、初净化尾气进入尾气处理机构中皂化净化，并最终进入锅炉燃烧。 [0047] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0048] 本发明结构简单、设计科学合理，使用方便，解决了现有双酶生产系统不合理设置导致固定化脂肪酶极易失活失效和产品酸值指不达标的技术问题。本发明对现有工艺系统做出了调整，将传统放置于最末端的蒸馏工段调整至中段，一方面反应混合物在液体脂肪酶反应后即进入蒸馏工段，去除对固定化脂肪酶有害的物质，然后再进行固定化脂肪酶催化反应，使物料对固定化脂肪酶的伤害降低到最低，大大提高了固定化脂肪酶的使用批次，降低了固定化脂肪酶的成本；另一方面，蒸馏工段前置，有效避免了物料最后蒸馏受高温产生裂解使得物料酸值再次升高而重新出现超标现象，保证了产品酸值的稳定性。本发明还对现有工艺系统做出了优化，其中连续沉降机构将液酶再分离回收，回收的液酶可投入液体脂肪酶反应罐重复利用，以达到液体脂肪酶的成本大大降低的目的；真空循环冷却机构采用循环水冷对真空泵降温，节约了大量水资源；尾气处理机构则根据尾气成分，采用针对性液体喷淋后经气液分离再引入锅炉高温焚烧以达到排放要求，节省大量的投资和运营成本，更能有效的达到环保节能的目的。附图说明 [0049] 图1为本发明系统连接图。 [0050] 图2为本发明液酶反应罐与分离机构和连续沉降机构连接图。 [0051] 图3为本发明连续沉降机构结构图。 [0052] 图4为本发明蒸馏机构结构图。 [0053] 图5为本发明干燥机构结构图。 [0054] 图6为本发明固酶反应罐放大图。 [0055] 图7为本发明真空循环冷却机构结构图。 [0056] 图8为本发明螺旋板换热器截面视图。 [0057] 图9为本发明尾气处理机构结构图。 [0058] 其中，附图标记对应的名称为： [0059] 1‑液酶反应罐，2‑分离机构，3‑干燥机构，4‑蒸馏机构，5‑真空循环冷却机构，6‑固酶反应罐，7‑连续沉降机构，8‑尾气处理机构，101‑油脂输入口，102‑ 甲醇输入口，103‑液酶输入口，104‑液酶回收口，105‑液酶循环管，106‑第一回收管，107‑第二回收管，108‑第三回收管，109‑第一回收阀，110‑第二回收阀， 111‑第三回收阀，112‑回收泵，201‑沉降式离心机，202‑缓存罐，203‑离心进液管，204‑进液泵，205‑出油管，206‑出油阀，301‑干燥冷凝塔，302‑干燥填料床， 303‑干燥冷凝器，304‑干燥填料，305‑第一干燥冷凝液导流板，306‑第二干燥冷凝液导流板，307‑干燥冷凝液收集槽，308‑干燥加热进料管，309‑干燥进料泵， 310‑干燥进料加热器，401‑蒸馏塔，402‑冷凝物料缓存罐，403‑蒸馏循环管，404‑ 蒸馏循环泵，405‑蒸馏循环加热器，406‑蒸馏填料床，407‑蒸馏冷凝器，408‑蒸馏重油出料管，409‑蒸馏填料，410‑第一蒸馏冷凝液导流板，411‑第二蒸馏冷凝液导流板，412‑蒸馏冷凝液收集槽，413‑蒸馏重油出料泵，414‑蒸馏冷凝液排放口，415‑冷凝物料出料管，416‑冷凝液降温换热器，417‑蒸馏进料管，418‑干燥出料泵，419‑蒸馏进料加热器，501‑水环真空泵，502‑储水罐，503‑螺旋板式换热器，504‑冷水箱，505‑第一循环水泵，506‑进水口，507‑排气口， 509‑第一进水口，510‑第一出水口，511‑吸气口，512‑第二进水口，513‑第二出水口，514‑ 第二循环水泵，515‑第一管道，516‑第二管道，517‑排水管，518‑排水阀，519‑ 进水管，520‑进水阀，521‑水泵，522‑废气外排口，531‑换热器主体，532‑第一螺旋换热通道，533‑第二螺旋换热通道，601‑固酶反应循环管，602‑固酶反应循环泵，603‑固酶反应出料管，604‑固酶反应出料泵，605‑固定化脂肪酶床，606‑ 固定化脂肪酶，607‑固酶进料管，608‑固酶进料泵，701‑第一沉降罐，702‑第二沉降罐，703‑第三沉降罐，704‑第一排料管，705‑第二排料管，706‑第三排料管， 801‑碱液喷淋塔，802‑气液分离塔，803‑锅炉，804‑鼓风机，805‑碱液循环管， 806‑碱液循环泵，807‑阀门，808‑喷淋管，809‑螺旋喷淋嘴，811‑上观察视镜，812‑下观察视镜，813‑输气管，814‑观察视镜，815‑排液口，816‑排气管，817‑ 碱液进口，818‑碱液出口，819‑排液阀。 具体实施方式[0060] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0061] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此其不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0062] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；当然的，还可以是机械连接，也可以是电连接；另外的，还可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0063] 如图1‑9所示，本发明提供的一种利用双酶生产生物柴油的系统，包括用于液体脂肪酶催化反应的液酶反应罐1、从液酶反应罐1接出用于反应产物分离的分离机构2、从分离机构2接出用于分离产物干燥除水的干燥机构3、从干燥机构3接出用于分离产物蒸馏除杂的蒸馏机构4、分别从干燥机构3和蒸馏机构4 接出的真空循环冷却机构5、以及从蒸馏机构4接出用于固定化脂肪酶催化反应的固酶反应罐6，分离机构与液酶反应罐1之间设有用于液酶回收再利用的连续沉降机构7，连续沉降机构7与液体脂肪酶反应罐1之间连接有液酶循环管105，真空循环冷却机构5连接有尾气处理机构8。 [0064] 本发明提供的一种利用双酶生产生物柴油的系统的生产方法，包括以下步骤： [0065] 步骤S1、废气动植物油脂进入液酶反应罐内并与罐内的甲醇、水在液体脂肪酶催化下水解生成脂肪酸甲酯； [0066] 步骤S2、步骤S1的产物和原料组成的混合物在分离机构分离出固相渣质、水相液酶水溶液和油相混合脂肪酸； [0067] 步骤S3、水相液酶水溶液经连续沉降机构再分离出液体脂肪酶并通入液酶反应罐内循坏利用，同时油相混合脂肪酸在干燥机构中去除水分和废气； [0068] 步骤S4、去除水、气的混合脂肪酸在蒸馏机构中去除废气和重油，得到初甲酯； [0069] 步骤S5、初甲酯进入固酶反应罐内在固定化脂肪酶催化下二次水解，使初甲酯内残余游离脂肪酸和甘油三酯反应完全，生成脂肪酸甲酯； [0070] 步骤S6、步骤S3和步骤S4去除的废气进入真空循环冷却机构中水滤净化，得到初净化尾气； [0072] 所述生产系统为双酶(液体脂肪酶和固定化脂肪酶)双水解系统，保证了废弃动植物油脂的水解充分性，极大提高了生物柴油的转化率；所述生产方法与根据生产系统合理设置，依次为液体脂肪酶催化反应，固、水、油分离，油相干燥，油相蒸馏和固定化脂肪酶催化反应，使生物柴油生产更合理化。 [0073] 废气动植物油脂在液酶反应罐1内，经液体脂肪酶催化发生水解；水解混合物在分离机构2的沉降式离心机201中分离出固相渣质、水相液酶水溶液和油相混合脂肪酸，其中油相混合脂肪酸依次经干燥机构3去水除气、蒸馏机构4 减压除气去杂，到达在固酶反应罐6，在其内部固定化脂肪酶催化下再次水解，得到含量极高的脂肪酸甲酯、即生物柴油，生物柴油去干燥后得到成品；水相液酶水溶液则经连续沉降机构7分离出未失活的液体脂肪酶并进入液酶反应罐1 中回收再用；固相渣质(油泥和少量油脂)则被吸附在沉降式离心机 201中，定期清理固相渣质，并将固相渣质挤压成块制作为肥料，挤压出的油脂还可用做生产锅炉的燃料，实现了副产物的最大利用率。除此之外，经干燥机构3和蒸馏机构4去除的废气则由尾气处理机构8实现无害化处理。 [0074] 在长期的生产实践发现，固定化脂肪酶失活失效的主要原因是原料油脂质量不稳定，反应过程固定化脂肪酶被废弃油脂中无机酸根离子伤害及油泥包裹，导致固定化脂肪酶失活失效。并且对经过液体脂肪酶催化反应后的物料进行分析检测发现，其混合产物中脂肪酸甲酯和游离脂肪酸含量之和达到或超过国标要求。 [0075] 为此，本发明对现有工艺系统做出了调整，将传统放置于最末端的蒸馏工段调整至中段，在进入固定化脂肪酶反应之前，对液体脂肪酶反应产物进行蒸馏。一方面反应混合物在液体脂肪酶反应后即进入蒸馏工段、去除对固定化脂肪酶有害的物质，然后再进行固定化脂肪酶催化反应。如此，得到的蒸馏冷凝液除了绝大部分的脂肪酸甲酯和小部分游离脂肪酸外，仅有少量不影响质量的甘油三酯，并且脂肪酸甲酯、游离脂肪酸和蒸馏携带出来的甘油三酯对固定化脂肪酶无明显的伤害作用且组成相对稳定。固定化脂肪酶的活性在前置蒸馏后的物料中可以达到正常衰减速度，且使用批次完全达到要求，固定化脂肪酶意外失活失效的风险几乎可以忽略，大大的提高了固定化脂肪酶的使用批次(经蒸馏物料可以使固定化脂肪酶稳定在使用300批次以上，之前不经过蒸馏一般仅使用70批次左右同时经常有突然失活失效的风险)，从而将生物酶法工艺的固定化脂肪酶成本降低原有成本25％左右。另一方面，蒸馏工段前置，有效避免了物料最后蒸馏受高温产生裂解使得物料酸值再次升高而重新出现超标现象，保证了产品酸值的稳定性。 [0076] 蒸馏工段为所述蒸馏机构4，包括从干燥冷凝塔301接出的蒸馏塔401、以及从蒸馏塔401接出并接入固酶反应罐6的冷凝物料缓存罐402，蒸馏塔401上设有从蒸馏塔401底部接出并接入蒸馏塔401中部的蒸馏循环管403，蒸馏循环管403上设有蒸馏循环泵404和蒸馏循环加热器405，蒸馏塔401中部设有蒸馏填料床406、上部设有蒸馏冷凝器407、底部连接有接入蒸馏重油处理工段的蒸馏重油出料管408，蒸馏填料床406内设有蒸馏填料409，蒸馏冷凝器407下方设有第一蒸馏冷凝液导流板410和第二蒸馏冷凝液导流板411，第二蒸馏冷凝液导流板411下方设有蒸馏冷凝液收集槽412，蒸馏重油出料管408上设有蒸馏重油出料泵413，蒸馏冷凝液收集槽412开设有蒸馏冷凝液排放口414，蒸馏冷凝液排放口414与冷凝物料缓存罐402之间连接有冷凝物料出料管415，冷凝物料出料管415上设有冷凝液降温换热器416；干燥冷凝塔301与蒸馏塔401之间连接有蒸馏进料管417，蒸馏进料管417上设有干燥出料泵418和蒸馏进料加热器 419。 [0077] 由分离机构2中分离出所需的油相混合脂肪酸在干燥机构3中除水去气后经蒸馏进料加热器419加热为蒸汽并到达蒸馏塔401中，脂肪酸混合物各组分由于沸点和比重不同在蒸馏塔401进行分离。其中对固化脂肪酶具有毒性的重油等(植物沥青或黑脚)率先冷凝并且比重大，则落入蒸馏塔401底部；而所需的脂肪酸甲酯、游离脂肪酸和甘油三酯冷凝慢，最终在顶部的蒸馏冷凝器407 冷凝。为有效将二者分离，第一蒸馏冷凝液导流板410和第二蒸馏冷凝液导流板411将冷凝的所需脂肪酸甲酯导流至蒸馏冷凝液收集槽412内并经蒸馏冷凝液排放口414进入再冷凝后缓存于冷凝物料缓存罐402中，为下一工况备用，而重油等则由蒸馏重油出料管408排出。为实现蒸馏的充分性，提高脂肪酸甲酯等的蒸馏率，蒸馏循环管403可对率先冷凝液进行循坏蒸馏，直至所需脂肪酸甲酯等全部或大部分离出。 [0078] 去除重油等物质的脂肪酸甲酯等、即初甲酯则进入固酶反应罐6进行固定化脂肪酶的再水解反应，为保证水解完全，酶反应罐6上设有从固酶反应罐6 底部接出并接入固酶反应罐6顶部的固酶反应循环管601，固酶反应循环管601 上设有固酶反应循环泵602。反应混合物可经固酶反应循环管601进行重复水解，提高脂肪酸甲酯的转化率。 [0079] 在蒸馏之前，需经干燥机构3对液酶反应后的油相混合脂肪酸除气除水。所述干燥机构3包括从缓存罐202接出的干燥冷凝塔301，干燥冷凝塔301中部设有干燥填料床302、上部设有干燥冷凝器303，干燥填料床302内设有干燥填料304，干燥冷凝器303下方设有第一干燥冷凝液导流板305和第二干燥冷凝液导流板306，第二干燥冷凝液导流板306下方设有干燥冷凝液收集槽307。缓存罐202与干燥冷凝塔301之间连接有干燥加热进料管308，干燥加热进料管308 上设有干燥进料泵309和干燥进料加热器310。油相混合脂肪酸由干燥进料加热器310加热为混合蒸汽，由于油水沸点不同从而实现分离，同时废气在此阶段也大部分离出。 [0080] 由于生物酶特别是脂肪酶生产中，液体脂肪酶(亦或简称液酶)耗用量大，一般都再0.3％以上，并且液酶回收利用率低导致液酶成本较高。为此，本发明采用连续沉降机构对液酶再分离回收，回收的液酶可投入液体脂肪酶反应罐重复利用，以达到液体脂肪酶的成本大大降低的目的。在长期使用酶法工艺生产生物柴油的实践中发现，经反应后的液体脂肪酶大部分以乳化状态漂浮于经沉降式离心机201分离的水相表面，为此所述连续沉降机构采用高液位保持、底部排水的方法将尚未失活的液体脂肪酶多次分离用于回用，从而达到减少新添液体脂肪酶的目的。如此，在生物酶法生产生物柴油工艺中降低液体脂肪酶的使用量，以达到生物酶法生产生物柴油工艺液体脂肪酶的成本大大降低的目的。 [0081] 液酶反应混合物物料经沉降式离心机201分离得到的水相、即重相液体，重相液体含甘油、甲醇、水及少量液酶。由于液体脂肪酶大部分以乳化状态漂浮在重相液体表面，若持续不断将重相液体底部液体和中上部液体分离，即可得到包含大量液酶的液体，并经多次分离后即可得到较纯的液体脂肪酶液体。 [0082] 所述连续沉降机构包括与沉降式离心机201水相连接的第一沉降罐701，第一沉降罐701上部连接有第一回收管106，第一回收管106与液酶循环管105相连接。根据液体脂肪酶以乳化状态漂浮于重相液体表面，液体脂肪酶大部分存在于第一沉降罐701上部，如此第一沉降罐701上部液体再回收至液体脂肪酶反应罐1中，实现未失活液体脂肪酶的再利用。由于第一沉降罐701下部液体也存在少量的液酶，为保证提高液酶的回收率，连续沉降机构还包括从第一沉降罐701接出的第二沉降罐702，第二沉降罐702上部连接有第二回收管 107，第二回收管107与液酶循环管105相连接。如此，第二沉降罐702可实现液酶的二次回收。同理，第二沉降罐702下部液体还含有少量液酶，连续沉降机构还包括从第二沉降罐702接出的第三沉降罐703，第三沉降罐703上部连接有第三回收管108，第三回收管108与液酶循环管105相连接。如此，第三沉降罐 703可实现液酶的三次回收。所述各沉降罐利于各段回收的液酶及时参与后续催化反应，从而大大减少了新添液体脂肪酶的量、减低了生产成本。其中，沉降罐的数量根据实际情况设定。 [0083] 所述第一沉降罐701和第二沉降罐702之间连接有第一排料管704，第二沉降罐702和第三沉降罐703之间连接有第二排料管705，第三沉降罐703连接有第三排料管706。作为优选，第一排料管704由第一沉降罐701底部伸入至第二沉降罐702中上部，第二排料管705由第二沉降罐702底部伸入至第三沉降罐 703中上部。根据虹吸排水原理，重相液体持续进入各沉降罐内，其液位不断升高，此时重相液体底部的混合物甘油、甲醇、水等则经各排料管溢流至下一沉降罐内中，进而实现分离。 [0084] 所述第一沉降罐701、第二沉降罐702和第三沉降罐703下部液体分别通过第一排料管704、第二排料管705和第三排料管706进行再次分离。作为优选，第一排料管704由第一沉降罐701底部伸入至第二沉降罐702中上部，第二排料管705由第二沉降罐702底部伸入至第三沉降罐703中上部，经多次分离的大部甘油、甲醇、水则由第三排料管706排出至废水处理工段中，进行后续处理。作为优选，各排料管的管口距离各沉降罐底部高度约15‑20cm。第一回收管106上设有第一回收阀109，第二回收管107上设有第二回收阀110，第三回收管108上设有第三回收阀111，第一回收阀109、第二回收阀110和第三回收阀111均优选单向节流阀。所述液酶循环管105上设有回收泵112，回收泵112 便于各沉降罐上部含液酶的液体抽出。 [0085] 所述液体脂肪酶反应罐1与沉降式离心机201之间连接有离心进液管203，离心进液管203上设有进液泵204。沉降式离心机201水相口与第一沉降罐701 之间设有出水管707，出水管707上设有出水阀708。沉降式离心机201油相口与缓存罐202之间设有出油管 205，出油管205上设有出油阀206。沉降式离心机201优选卧式沉降式离心机，出水阀708和出油阀206优选电磁阀。催化反应后的混合物在沉降式离心机201中离心的固相渣质附着于沉降式离心机201 中，定期清理固相渣质，并将固相渣质挤压成块制作为肥料；由于固相渣质中吸附有少量油脂，还可用做生产锅炉的燃料，实现了副产物的最大利用率。 [0086] 现有的酶法生物柴油制备工艺过程中，常利用水环真空泵抽出干燥塔和蒸馏塔内的废气以对其内部生物柴油进行真空干燥。由于抽出的废气温度高，水环真空泵在抽取时，温度不断升高，过高的温度会使水环真空泵抽气能力下降无法达到生产需求，因此需要不断为水环真空泵换水，用水量巨大。为此，本发明采用了真空循环冷却机构5进行循环水冷凝降温，保证水环真空泵工作水温实时处于合适工作温度，可有效避免水环真空泵水环内的水温过高影响水环真空泵使用，从而有效实现储水罐内的水为水环真空泵提供循环用水。 [0087] 所述真空循环冷却机构5包括分别通过管道与从干燥冷凝塔302和蒸馏塔 402顶部接出的水环真空泵501、从水环真空泵501接出用于为其提供循环水的储水罐502，以及与储水罐502相连接用于为其内循环水降温的冷凝机构。在水环真空泵501的使用基础上增加了储水罐502，使水环真空泵501内的水能够循环使用。并在储水罐502使用的基础上增加了循环水冷凝机构，冷却储水罐502 内的水，降低水环真空泵501工作水的温度，保证水环真空泵501正常的抽气能力。储水罐502容积优选为1立方，可循环使用一周，将原来每周需200吨的用水量降低至1吨，节约了大量水资源，同时也由原来每周200吨污水外排处理降低至每周1吨污水外排处理，有效节约了污水处理成本。 [0088] 所述水环真空泵501设有吸气口511和排气口507，储水罐502设有第一进水口509、第一出水口510和废气外排口522，水环真空泵501设有与其水环相连通的进水口506，第一进水口509通过管道与水环真空泵501的排气口507相连接，第一出水口510与水环真空泵501的进水口相连接。如此，使得水在储水罐502与水环真空泵501之间循环。水环真空泵501从干燥冷凝塔301或蒸馏塔401抽出的废气从水环真空泵的排气口507排出并通过与排气口 507相连的第一进水口509排入储水罐502。进入储水罐502的废气，包括其携带的水在储水罐502内气液分离。分离后的水直接留在储水罐502内供水环真空泵501 循环使用。而气体从储水罐502排出，进入下一步废气无害化处理工段。储水罐502给水环真空泵供水时，从第一出水口510排出并通过与第一出水口510 相连接的进水口506进入水环真空泵501。储水 3 罐的容积为1m ，在满足水环真空泵501用水需求的同时，减少了因选用过大型号储水罐502而花费的费用及浪费的水资源。废气外排口522连接有废气外排管，水环真空泵抽吸的废气经由废气外排口522和废气外排管外排至尾气处理机构8进行废气无害化处理。 [0089] 所述冷凝机构包括与储水罐502相连接的螺旋板式换热器503，连接于储水罐502和螺旋板式换热器503之间的第一循环水泵505，以及与螺旋板式换热器503相连接的冷水箱504。如此，使得对储水罐502内的水进行冷却时，储水罐 502内的水在第一循环水泵505的作用下排入螺旋板式换热器503，在螺旋板式换热器503内与冷水箱504提供的冷水进行热交换，以此达到降低储水罐502 内水温的目的。储水罐502内的水经过冷却后供水环真空泵501使用，保证水环真空泵501正常的抽气能力。 [0090] 所述螺旋板式换热器503包括换热器主体531，以及设于换热器主体531内的第一螺旋换热通道532和第二螺旋换热通道533，储水罐502与第一螺旋换热通道532相连接，冷水箱504与第二螺旋换热通道533相连接。如此，使得储水罐502内的水与冷水箱504中的水在螺旋板式换热器503中进行热交换时，分别于由两块平行钢板卷制而成的两个螺旋通道内流动，相互不干扰又能进行热交换。第一螺旋换热通道532和第二螺旋换热通道533通过相互间的换热板相分隔，两个通道相间分布，第一螺旋换热通道532的进水出口分布于换热器主体531两端，第一螺旋换热通道532中各个流道通过第一螺旋换热通道532 的进水出口相连通，第二螺旋换热通道533的进水出口分布于换热器主体531 两端，第二螺旋换热通道533中各个流道通过第二螺旋换热通道533的进水出口相连通。 [0091] 所述储水罐502设有第二进水口512和第二出水口513，第二进水口512通过第一管道515与第一螺旋换热通道532的出水口相连接，第二出水口513通过第二管道516与第一螺旋换热通道532的进水口相连接。如此设计，使得储水罐502内的水能进入螺旋板式换热器503进行热交换。水从第二出水口513 排出，通过第二管道516的输送，从第一螺旋换热通道 532的进水口进入第一螺旋通道532，在螺旋板式换热器503内与第二螺旋换热通道533中的冷却水进行热交换。 [0092] 所述第一循环水泵505设于第二管道516上。如此，使得储水罐522内的水能顺利进入螺旋板式换热器503的第一螺旋通道532进而达到与第二螺旋换热通道533中的冷却水进行热交换的目的。储水罐内的水在第一循环水泵505 的作用下，通过第二管道516的输送，进入第一螺旋换热通道532与第二螺旋换热通道533中的冷却水进行热交换，从而使储水罐502内水温降低。 [0093] 所述第二管道516上连接有排水管517，排水管517接入于第一循环水泵 505和第一螺旋换热通道532之间，排水管517上设有排水阀518，排水管517 接入至污水处理工段。储水罐502内的水因重复使用，而被污染严重需要更换时，其内的污水能够顺利排空。打开排水管517上的排水阀518，使储水罐内的污水从第二出水口513排出，并在第一循环水泵 505的作用下，输送至第二管道516与排水管517的连接处后，从排水管517排出，从而达到排空储水罐内污水的目的。 [0094] 所述第一管道515上连接有进水管519，进水管519从冷水箱504内底部接出，进水管519上设有进水阀520和水泵521。如此，使得储水罐502在其内污水已经排空，需要补水时，能够顺利补水。打开进水管519上的进水阀520，在水泵521的作用下，水从冷水箱504内底部流出，流到进水管519与第一管道 515的连接处后，通过第一管道515输送至第二进水口512，从第二进水口512 进入储水罐502，从而达到储水罐502补充足够水的目的。冷水箱504连接有补水管，补水管直接与自来水管连接，用于为冷水箱504补水。 [0095] 所述第二螺旋换热通道533的进水口和出水口分别通过管道与冷水箱504 的内底部和内顶部相连接。如此，使得冷水箱504中的冷水能够进入第二螺旋换热通道533，有利于储水罐502内的水在进入第一螺旋换热通道532后与第二螺旋换热通道533内的冷水进行热交换。冷水从冷水箱5044内底部流出，通过第二螺旋换热通道533的进水口进入第二螺旋换热通道533，从而达到进入第一螺旋换热通道532的储水罐502内的水能够与第二螺旋换热通道533内的冷水进行热交换的目的。 [0096] 所述第二螺旋换热通道533进水口与冷水箱504内底部相连接管道上设有第二循环水泵514。如此，第二循环水泵514将冷水箱504中的冷水泵入第二螺旋换热通道533。冷水箱504中的冷水在第二循环水泵514的作用下，从冷水箱内底部流出，通过第二螺旋换热通道533的进水口顺利进入第二螺旋换热通道 533后再返回至冷水箱504，冷水箱504的容积为储水罐502容积的二十倍以上，如此能够保证储水罐502内循环水得到有效降温。 [0097] 经所述真空循环冷却机构5冷凝并去除水溶性有害物的尾气仍具有强刺激性的恶臭气体，一般都是采用生物除臭的方法进行处理，但处理效果往往达不到排放要求。为此，本发明采用尾气处理机构8，基于尾气成分采用针对性液体喷淋后经气液分离再引入锅炉高温焚烧以达到排放要求，无需建气味处理装置，节省大量的投资和运营成本，更能有效的达到环保节能的目的。 [0098] 所述尾气处理机构8包括通过管道从储水罐502的废气外排口522接出用于尾气净化的碱液喷淋塔801、从碱液喷淋塔801接出用于已净化尾气分离的气液分离塔802、以及设于气液分离塔802旁用于对已净化气体无害化处理的锅炉 803，碱液喷淋塔801上设有用于碱液循环使用的循环喷淋装置，锅炉803上设有用于已净化尾气抽入的鼓风机804。 [0099] 由于生物柴油蒸馏的馏出物基本都是不同碳链的脂肪酸或脂肪酸甲酯，需要的而且能够在蒸馏塔中或真空泵前置冷凝器中冷凝下来的主要是18碳甲酯、 16碳甲酯及部分14碳甲酯，部分14碳甲酯及更低碳链的脂肪酸或脂肪酸甲酯被真空冷却装置的真空泵抽出，故真空抽出的气体臭气成分基本是脂肪酸及脂肪酸甲酯。根据脂肪酸及脂肪酸甲酯可与碱发生皂化并可燃烧产生热能的原理，将真空冷却处理后的尾气通入碱液喷淋塔801中进行皂化的酸碱中和反应，实现尾气净化，已净化气体再经气液分离塔802分离后最终通入锅炉803作为燃料焚烧。蒸馏尾气经皂化和燃烧双重处理，可完全达到尾气排放标准，实现了绿色环保，并且处理尾气作为燃料用于二次生产，实现了节能减排。 [0100] 所述循环喷淋装置包括从碱液喷淋塔801接出的碱液循环管805、以及与碱液循环管805相连接并伸入碱液喷淋塔801内用于对蒸馏尾气进行碱液喷淋的循环喷淋机构，碱液循环管805上设有碱液循环泵806和阀门807。蒸馏塔顶部的排气口通过管道连接到碱液喷淋塔801的中下部位，碱液喷淋塔801内注有适量调制好的碱水，碱水优选浓度约5％氢氧化钠水溶液，这样从中下部进入碱液喷淋塔801内的尾气可经碱水喷淋而去除其中的酸性有害物质，喷淋后几乎没有恶臭气体的排出，已有效达到排放标准。循环喷淋机构至少有两个，包括从碱液循环管805接出的喷淋管808、以及设于喷淋管808上的螺旋喷淋嘴809。碱水经螺旋喷淋嘴809喷淋出并呈大面积的水雾状，如此增大废气与碱液的接触面积。当循环喷淋机构有多个，并且多个循环喷淋机构的螺旋喷淋嘴809上下正对分布。所述碱液喷淋塔801大小和高度、喷淋管808和螺旋喷淋嘴809 的数量根据排气量确定。经喷淋的碱水落入碱液喷淋塔801底部，并且经碱液循环管805和碱液循环泵806再次泵入碱液喷淋塔801上部的螺旋喷淋嘴809，多次循环使用，极大降低了碱水的使用量，并且保证了碱水的充分作用。 [0101] 皂化反应后产生的皂液位于碱液上部，若碱液已完全反应，则全部为浑浊的皂液。为及时添加碱液，碱液喷淋塔801中下部设有用于反应皂液观察的上观察视镜811、下部设有用于碱液观察的下观察视镜812，如此可及时观察内部液体情况。碱液喷淋塔801上部设有碱液进口817、底部设有碱液出口818，碱液出口812上设有排液阀819。添加的碱液由碱液进口817补充，反应完全的液体则由碱液出口818排出。碱液喷淋塔801底部优选斗装结构，利于碱液循坏利用和排出。 [0102] 碱液喷淋塔801与气液分离塔802之间连接有输气管813，输气管813从碱液喷淋塔801顶部接出并接入气液分离塔802下部。经皂化反应的气体中携带有大量液体，为此需要去除气体中的水分，所以已净化的气体由碱液喷淋塔801 进入气液分离塔2中，已净化气体由下至上在气液分离塔802完成除水。气液分离出的液体积存至气液分离塔802底部，气液分离塔802中下部设有用于分离液观察的观察视镜814，气液分离塔802底部设有排液口 815，观察视镜814 便于底部废碱液液位的观察，排液口815便于废碱液的排出。排液口815通过管道与废液处理工段相连接，如此废碱液导入废液处理工段中进行无害化处理。 [0103] 蒸馏废气经上述皂化酸碱中和后，以去除内部绝大部分有害的恶气，达到排放标准，可直接由气液分离塔802顶部连接的排气管816排出。为避免蒸馏尾气大量排放时酸碱中和不完全的情况，经净化尾气最终作为锅炉燃料，不仅实现绝对绿色，还大大节约了能耗。气液分离塔802顶部连接有排气管816，排气管816出气口与鼓风机804进气口正对分布，在鼓风机804进风口负压条件下将已净化尾气引入锅炉803焚烧，并且排气管816出气口与鼓风机804进气口两者间距至少为2米，如此设计，防止由排气管816导出的少量液体进入鼓风机发生安全事故。所述锅炉803为生物柴油生产系统现有的锅炉，也可将锅炉803更换为生物柴油生产系统现有的锅炉导热油炉，将已净化尾气引入导热油炉中焚烧。 [0104] 本发明所用沉降式离心机201、干燥冷凝器303、干燥进料泵309、干燥进料加热器310、干燥进料加热器404、蒸馏循环加热器405、蒸馏冷凝器407、蒸馏重油出料泵413、冷凝液降温换热器416、干燥出料泵418、蒸馏进料加热器419、水环真空泵501、干燥出料泵505、第二循环水泵514、固酶反应循环泵602、固酶反应出料泵604、气液分离塔802、鼓风机804、碱液循环泵806、一号螺旋喷淋嘴809和二号螺旋喷淋嘴810均为现有已知电气设备，并且均可在市场上直接购买使用，其结构、电路、以及控制原理均为现有已知技术，因此，关于以上装置的结构、电路、以及控制原理在此不赘述。 [0105] 最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，当然更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；也就是说，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。 |
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