酶法生产生物柴油工艺放大试验的研究

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本文主要研究了以不同废弃油脂为原料,利用实验室自制的廉价的脂肪酶Candida sp.99-125为催化剂,对合成生物柴油工艺条件进行了优化,讨论了反应参数(水含量、底物摩尔比等)、底物特异性、短链醇的抑制作用、酶的使用寿命等诸多影响因素与酶促过程的定量关系,并在小瓶实验的基础上进行了放大,通过优化得到了在各体系下最适的工艺参数。在石油醚体系下,对于不同地区的废油,可以确定试验中的几个重要影响因素:以废油脂为底物,油醇比1:3,三次流加,含水量10%-15%(水/油,wt%),原料和溶剂量的比例为1:5-1:6(v/v),温度40℃,转化率高于90%,为中试放大确定了工艺参数范围。在以石油醚做为溶剂的放大生产过程中,分别以粗豆油、垃圾提取油和酸化油为原料进行放大试验,其中以粗豆油为原料的实验中,反应总共5批次,共填固定化酶56kg(酶活8000IU/g),得到生物柴油粗产品870L,脂肪酸甲酯的平均转化率在80%以上。在以上海绿铭环保公司提供的垃圾提取废油为原料进行放大试验中,反应总共6批次,共填固定化酶58kg(酶活8000IU/g),得到生物柴油粗产品1030L,脂肪酸甲酯的平均转化率在88%以上。此次试验可以初步确定反应最适条件,即反应温度为35℃,原料和溶剂量的比例为1:4(v/v),水含量为10%水/油,wt%)在初始反应一次加入,甲醇分三次流加,每次加入1摩尔当量。但此条件对溶剂的消耗量太大,因此在秦皇岛酸化油的试验中,采取原料和溶剂量的比例为1:1(v/v)的条件进行反应,其他反应条件未变,采取了下口进料方式,总反应批次为5批,脂肪酸甲酯的转化率在2批后降到80%以下,5批之后转化率已经低到40%左右。为了提高油水混合效果,强化传质,对双亲溶剂脂肪酸甲酯体系下转化效果进行了考察。结果表明,当水含量10%,原料和溶剂量的比例为1:1(v/v),酶量0.4g(固定化酶与油的质量比),温度40℃,油醇比1:3,三次流加,最高转化率可以达到60%。在此基础上的放大试验中,对反应器进料形式、反应温度、流量对固定化酶和反应体系的影响温度以及固定化酶最佳的形式和活力进行了考察,反应的最佳条件除稍降至35℃外,其他均与实验室数据一致,固定化酶初始酶活13000IU/g,反应384小时后,甲酯的转化率仍能维持在60%以上。
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