【摘 要】
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生物柴油是一种清洁的可再生能源,生物柴油的清洁、高效生产是生物柴油商业化应用的关键。酶催化法是一种清洁的生物柴油生产方法,酶催化生产生物柴油需解决反应物甲醇和副产物甘油对酶活性的抑制,反应速率慢、反应时间长,酶对废弃油脂的适应性等问题。甲醇滴加和实时脱除甘油既可以降低甲醇和甘油对酶的抑制,又能克服反应平衡的限制,促进反应的进行。建立基于甲醇滴加和实时脱除甘油的酶催化合成生物柴油的装置和系统,优化工
【基金项目】
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863计划,2014AA022103;
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生物柴油是一种清洁的可再生能源,生物柴油的清洁、高效生产是生物柴油商业化应用的关键。酶催化法是一种清洁的生物柴油生产方法,酶催化生产生物柴油需解决反应物甲醇和副产物甘油对酶活性的抑制,反应速率慢、反应时间长,酶对废弃油脂的适应性等问题。甲醇滴加和实时脱除甘油既可以降低甲醇和甘油对酶的抑制,又能克服反应平衡的限制,促进反应的进行。建立基于甲醇滴加和实时脱除甘油的酶催化合成生物柴油的装置和系统,优化工艺条件,有利于酶催化法的工业应用和推广。论文首先在摇床上,对Novozym435固定化脂肪酶催化合成生物柴油的工艺进行研究,考察了甲醇滴加速度、水的添加量、反应温度、反应级数对生物柴油收率的影响。在此基础上,建立了基于甲醇滴加和实时脱除甘油的酶催化合成生物柴油的固定床装置和系统,在此固定床反应装置上,以Novozym435固定化脂肪酶为催化剂,以大豆油为原料,考察了甲醇滴加速度、料液循环速度、温度、醇油比、及时脱除甘油对生物柴油收率的影响,获得了影响酶催化合成生物柴油的规律和适宜的工艺条件:甲醇滴加速度2.66×10-4g甲醇/(g油·min),料液循环速度6.45 g油/min,反应温度60℃,醇油比6:1,反应时间560 min,在此条件下,生物柴油收率达到98.75%,固定化脂肪酶循环利用次数超过26次。为研究酶催化法对废弃油脂的适应性,论文分别用大豆油和油酸的混合物及酸值为124 mg KOH/g油的地沟油为原料,研究原料油酸值对酶催化效率的影响,结果显示,Novozym435固定化脂肪酶不仅能够催化甘油酯的酯交换反应,而且能催化脂肪酸的酯化反应。原料中的甘油酯对脂肪酸的酯化反应影响极小,但脂肪酸的存在会影响甘油酯的酯交换反应,当原料中脂肪酸含量达到50%时,反应速率降低1/2。论文采用甘油酯化的方法降低地沟油酸值,建立了地沟油甘油酯化降酸、酶催化酯交换反应生产生物柴油的工艺,将酯交换过程产生的副产物甘油循环用于地沟油甘油酯化降酸处理,地沟油酸值从124 mg KOH/g油降到2.65 mg KOH/g油后,再进入酶催化固定床反应装置,经过1185 min后,生物柴油收率达到98.78%。由于地沟油成分复杂,杂质含量高,Novozym435固定化脂肪酶用于催化地沟油生产生物柴油时,使用寿命较短,循环利用六次后,酶催化效率下降,生物柴油收率降低至95.4%,到第八次时,生物柴油收率只有65.67%。
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