CN110396469A - 一种微藻固定烟气co2制生物柴油的装置及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置，装置包括微藻培养罐、干燥罐、研磨罐以及离心机；微藻培养罐呈圆柱状；微藻培养罐的上端安装有电机、进料管和出料管、下端安装有输气管；微藻培养罐的底部设置有通气搅拌桨；通气搅拌桨的底部开设有进气口，进气口与输气管相连接；通气搅拌桨上开设有多个气孔以及多个搅拌桨叶；通气搅拌桨的轴部向上凸起并固定连接有传动轴；传动轴向上延伸与电机的输出轴固定相接；出料管与干燥罐相连接，且出料管的管身上安装有泵、端部安装有喷嘴。本发明可以使微藻生产生物柴油的课题应用到工业生产中，摆脱了实验室阶段的拘泥，且构造简单，使用方便，不需要准备大量、多样的仪器，降低生产成本。

Description

一种微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置及工艺
技术领域
本发明涉及一种装置及工艺，尤其涉及一种微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置及工艺。
背景技术
利用微藻固定CO2的特性制造生物柴油是领域内研究较为广泛的课题，但是多数还是只停留在实验室阶段。实验室阶段操作繁琐，使用仪器众多，无法应用到工业生产中，或应用到工业中成本较高，不利于项目的开展和推广。其次，例如造纸厂、垃圾处理厂、热电厂等常会排出大量的CO2，对烟气中CO2的利用较低，排放到大气中也会给环境造成一定压力，因此利用微藻吸收烟气中的CO2可以促进碳循环，提高碳的利用率，减轻环境负担。
发明内容
为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置及工艺。
为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置，装置包括微藻培养罐、干燥罐、研磨罐以及离心机；
微藻培养罐呈圆柱状；微藻培养罐的上端安装有电机、进料管和出料管、下端安装有输气管；微藻培养罐的底部设置有通气搅拌桨；通气搅拌桨的底部开设有进气口，进气口与输气管相连接；通气搅拌桨上开设有多个气孔以及多个搅拌桨叶；通气搅拌桨的轴部向上凸起并固定连接有传动轴；传动轴向上延伸与电机的输出轴固定相接；
出料管与干燥罐相连接，且出料管的管身上安装有泵、端部安装有喷嘴；干燥罐的上端安装有通风管，通风管的端部固定有风机及电热丝；干燥罐的内壁上设置有引风槽；干燥罐的下端通过卸风连接头与研磨罐相连接；
卸风连接头的内部设置有卸风室和收集室，且卸风室设置于收集室的上侧；卸风室的侧壁上开设有多个卸风窗；卸风窗上设置有过滤网；收集室的下端收拢且开设有出料口；卸风室与收集室之间设置有挡风板；挡风板的一侧固定在内壁上、另一侧向下倾斜，且挡风板的中部开设有挡板出口，挡板出口的下侧设置有侧挡板；
收集室的下端与研磨罐固定相接；研磨罐的内部设置有磨辊、底面开设有输送口；输送口处安装有输送管；输送管的下端与离心机的入料口相连通。
进一步地，引风槽自干燥罐的顶部向底部呈螺旋状延伸。
进一步地，卸风连接头的上端通过上法兰与干燥罐相连接、下端通过下法兰与研磨罐相连接；收集室的下端设置有电磁阀及重力感应器。
进一步地，研磨罐包括输送机壳及罩至于输送机壳上的罩体，且输送机壳与罩体之间设置有立围板；输送机壳内设置有输送机；输送口位于输送机出料端的输送机壳上；磨辊为多个，多个磨辊并排设置于输送机的上端，且多个磨辊的轴部均与立围板中的传动装置相连接。
进一步地，传动装置包括传动杆以及设置于传动杆上的主动锥齿轮；主动锥齿轮为多个，多个主动锥齿轮与多个磨辊一一对应，且每个主动锥齿轮上都啮合有一个被动锥齿轮；被动锥齿轮与磨辊固定相接。
一种微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置的应用工艺，工艺包括以下步骤：
a、在微藻培养罐中首次培养微藻的时间为8天，之后培养周期缩短至4天；期间，将烟气中收集到的CO2通入到输气管中，使CO2可以在通气搅拌桨上的气孔进入微藻培养液中供微藻固定；并且在通气搅拌桨的搅动下，使CO2分散的更均匀；在培养微藻的第3天开始，每天从进料管向其中加入0.1～0.5g/L的柠檬酸以及0.01～0.05g/L的氯化镁；
b、培养至第8天，使用泵将藻液体积的4/5通过出料管泵入至干燥罐中，并且向剩余1/5体积的藻液中添加4/5体积的培养液，继续培养；依次打开风机和电热丝，向干燥罐中输入热风，然后将藻液通过喷嘴雾化喷出，使藻液在干燥罐中干燥得到藻粉；
c、藻粉在重力及风力作用下进入卸风连接头，在卸风连接头中，卸风窗将大部分风力卸去，使藻粉掉落到收集室中，挡风板可以进一步卸去风力，并且防止风力将收集室中的藻粉吹起；藻粉在重力作用下进入研磨罐；
d、藻粉自研磨罐的上方掉落到输送机表面，输送机向前运动的同时，使藻粉经过多个磨辊的研磨破壁，并到达输送口时自输送口经输送管掉落至离心机中；
e、经过离心机的入料口向其中加入10倍藻粉体积的萃取液，萃取1～2h后，启动离心机即获得带有生物柴油的液相
本发明可以使微藻生产生物柴油的课题应用到工业生产中，摆脱了实验室阶段的拘泥，且构造简单，使用方便，不需要准备大量、多样的仪器，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为干燥罐的结构示意图。
图3为卸风连接头的剖面结构示意图。
图4为研磨罐的内部结构示意图。
图5为图4的仰视图。
图6为传动装置的结构示意图。
图中：1、微藻培养罐；2、干燥罐；3、研磨罐；4、离心机；5、电机；6、进料管；7、出料管；8、输气管；9、通气搅拌桨；10、气孔；11、搅拌桨叶；12、传动轴；13、泵；14、风机；15、电热丝；16、引风槽；17、卸风连接头；18、卸风窗；19、挡风板；20、侧挡板；21、磨辊；22、输送口；23、输送管；24、输送机壳；25、立围板；26、输送机；27、传动杆；28、主动锥齿轮；29、被动锥齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1所示的一种微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置，装置包括微藻培养罐1、干燥罐2、研磨罐3以及离心机4；本装置适用于工业化生产生物柴油，可以连续生产、加工，缩短制造工序，减少使用机器的种类，从而提高效率，降低生产成本。
微藻培养罐用于培养微藻，微藻固定CO2制备生物柴油需要耗费大量的微藻，因此微藻培养罐可以大量、连续批次的培养微藻，为生物柴油的制造提供足够的原料输出。微藻培养罐1呈圆柱状；微藻培养罐的上端安装有电机5、进料管6和出料管7、下端安装有输气管8；微藻培养罐的底部设置有通气搅拌桨9；通气搅拌桨的底部开设有进气口，进气口与输气管相连接；通气搅拌桨上开设有多个气孔10以及多个搅拌桨叶11；通气搅拌桨的轴部向上凸起并固定连接有传动轴12；传动轴向上延伸与电机5的输出轴固定相接；电机控制通气搅拌桨旋转，从而起到搅拌藻液的作用，可以使CO2扩散的更均匀，使藻液可以与CO2接触的更充分、完全，从而提高藻液的整体质量。
出料管7与干燥罐2相连接，干燥罐用于将藻液中的水份蒸发，便于后续机械破碎细胞壁，且出料管的管身上安装有泵13、端部安装有喷嘴，喷嘴可以按流量将藻液雾化喷出，雾化的藻液更容易失水干燥；干燥罐的上端安装有通风管，通风管的端部固定有风机14及电热丝15，风机及电热丝用于吹出热风；如图2所示，干燥罐的内壁上设置有引风槽16，由于干燥后的藻粉较细，容易附着到干燥罐的内壁上，降低粉率，因此设置引风槽，由于引风槽16自干燥罐的顶部向底部呈螺旋状延伸，形成轨道，促使原本上下方向直行的风一部分沿引风槽方向运动，将风引向内壁，从而可将内壁上附着的藻粉吹起，从而降低附着率，提高出粉率；干燥罐的下端通过卸风连接头17与研磨罐3相连接；
由于风机在密闭环境中吹的风风力较大，引起气流紊乱，由干燥罐直接连通研磨装置则会使气流扰乱研磨装置中的藻粉，使藻粉吹起而得不到研磨破壁，因此中间增加卸风连接头，可卸掉大部分风力，防止研磨装置中的藻粉受到气流的扰动。
如图3所示，卸风连接头17的内部设置有卸风室和收集室，且卸风室设置于收集室的上侧；卸风室的侧壁上开设有多个卸风窗18；卸风窗上设置有过滤网；使干燥罐内的高气压得到缓和、卸力，同时还使卸风窗在过滤网的作用下可以使内外部的空气流通而不会造成藻粉的逸出；与此同时，卸风室与收集室之间设置有挡风板19；挡风板的一侧固定在内壁上、另一侧向下倾斜，且挡风板的中部开设有挡板出口，挡板出口的下侧设置有侧挡板20；挡风板可将剩余的风力阻挡，继续阻止气流吹起收集室中的藻粉。一方面挡风板可以阻挡风机的风直吹进收集室；另一方面挡风板可以阻挡收集室中的藻粉受气流影响而飞扬出收集室，进一步增加装置的产粉率和保证后面步骤的正常进行。
卸风连接头17的上端通过上法兰与干燥罐相连接、下端通过下法兰与研磨罐相连接；在一个事实例中，在收集室的下端设置有电磁阀及重力感应器，当藻粉集聚到100g或500g或1000g时，重力感应器可以打开电磁阀，从而使藻粉进入研磨罐中。
收集室的下端收拢且开设有出料口；收集室的下端收拢可有助于藻粉聚集，使落入研磨罐中的藻粉更加集中，便于研磨。
收集室的下端与研磨罐固定相接；研磨罐3的内部设置有磨辊21、底面开设有输送口22；输送口处安装有输送管23；输送管的下端与离心机的入料口相连通。经研磨罐中研磨破壁后的藻粉可经由输送管进入到离心机中进行萃取及离心。
其中，如图4、5所示，研磨罐包括输送机壳24及罩至于输送机壳上的罩体，罩体用于将研磨罐内部与外部隔离，由于藻粉的质量小，容易受气流干扰而飞起，因此需要隔离外部环境对研磨藻粉的干扰。且输送机壳与罩体之间设置有立围板25；输送机壳内设置有输送机26；输送机可以带动藻粉前进以经过多个磨辊研磨。输送口位于输送机出料端的输送机壳上，当藻粉运行至传输机尽头时，可在重力作用下下落，经输送口离开输送机。磨辊为多个，多个磨辊并排设置于输送机的上端，使藻粉可以经过多次研磨以达到破壁效果。
多个磨辊的轴部均与立围板中的传动装置相连接。如图6所示，传动装置包括传动杆27以及设置于传动杆上的主动锥齿轮28；主动锥齿轮为多个，多个主动锥齿轮与多个磨辊一一对应，且每个主动锥齿轮上都啮合有一个被动锥齿轮29；被动锥齿轮与磨辊固定相接。传动杆在电机的控制下转动，并带动主动锥齿轮旋转，主动锥齿轮和被动锥齿轮的啮合作用可以改变转动方向，从而带动与被动锥齿轮相固定的磨辊转动，从而实现研磨藻粉的作用。
一种微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置的应用工艺，包括以下步骤：
a、在微藻培养罐中首次培养微藻的时间为8天，之后的培养周期缩短为4天；期间，将烟气中收集到的CO2通入到输气管中，使CO2可以在通气搅拌桨上的气孔进入微藻培养液中供微藻固定；并且在通气搅拌桨的搅动下，使CO2分散的更均匀；在培养微藻的第3天开始，每天从进料管向其中加入0.1～0.5g/L的柠檬酸以及0.01～0.05g/L的氯化镁；
b、培养至第8天，使用泵将藻液体积的4/5通过出料管泵入至干燥罐中，并且向剩余1/5体积的藻液中添加4/5体积的培养液，继续培养；依次打开风机和电热丝，向干燥罐中输入热风，然后将藻液通过喷嘴雾化喷出，使藻液在干燥罐中干燥得到藻粉；
c、藻粉在重力及风力作用下进入卸风连接头，在卸风连接头中，卸风窗将大部分风力卸去，使藻粉掉落到收集室中，挡风板可以进一步卸去风力，并且防止风力将收集室中的藻粉吹起；藻粉在重力作用下进入研磨罐；
d、藻粉自研磨罐的上方掉落到输送机表面，输送机向前运动的同时，使藻粉经过多个磨辊的研磨破壁，并到达输送口时自输送口经输送管掉落至离心机中；本装置中使用的离心机为现有技术中比较普遍的工业用离心机，取代了萃取塔的使用，直接在离心机中进行萃取和离心分离，简化了工艺步骤；
e、经过离心机的入料口向其中加入10倍藻粉体积的萃取液，萃取1～2h后，启动离心机即获得带有生物柴油的液相。其中，萃取液可为石油醚或其他常用的脂类萃取液。将萃取后的固液经离心分离，保留液相，依据现有技术经蒸发提纯获得生物柴油。
由于首次培养时藻体需要经过生长期、对数期和稳定期三个阶段，并且使用稳定期时的藻体进行制备生物柴油的工艺，因此首次培养的时间较长，由于第一批次之后的藻体培养都是1/5的微藻种子液加上4/5培养基的模式，可使藻体可以很快进入对数期和稳定期，因此后面批次的藻体培养明显缩短时间。
其次，柠檬酸具有提高总脂含量的作用，镁离子是叶绿体的组成成分，可以促进乙酰辅酶A的生成，从而增加辅酶A羧化酶和去饱和酶的酶活，从而促进油脂的合成，因此在培养微藻阶段添加两种物质来提高生物柴油的产量。
本发明与现有技术相比具有的优点为：
本发明可以使微藻生产生物柴油的课题应用到工业生产中，摆脱了实验室阶段的拘泥，且构造简单，使用方便，不需要准备大量、多样的仪器，降低生产成本。
上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置，其特征在于：所述装置包括微藻培养罐(1)、干燥罐(2)、研磨罐(3)以及离心机(4)；
所述微藻培养罐(1)呈圆柱状；微藻培养罐的上端安装有电机(5)、进料管(6)和出料管(7)、下端安装有输气管(8)；所述微藻培养罐的底部设置有通气搅拌桨(9)；通气搅拌桨的底部开设有进气口，进气口与输气管相连接；所述通气搅拌桨上开设有多个气孔(10)以及多个搅拌桨叶(11)；所述通气搅拌桨的轴部向上凸起并固定连接有传动轴(12)；所述传动轴向上延伸与电机(5)的输出轴固定相接；
所述出料管(7)与干燥罐(2)相连接，且出料管的管身上安装有泵(13)、端部安装有喷嘴；所述干燥罐的上端安装有通风管，通风管的端部固定有风机(14)及电热丝(15)；所述干燥罐的内壁上设置有引风槽(16)；所述干燥罐的下端通过卸风连接头(17)与研磨罐(3)相连接；
所述卸风连接头(17)的内部设置有卸风室和收集室，且卸风室设置于收集室的上侧；所述卸风室的侧壁上开设有多个卸风窗(18)；所述卸风窗上设置有过滤网；所述收集室的下端收拢且开设有出料口；所述卸风室与收集室之间设置有挡风板(19)；所述挡风板的一侧固定在内壁上、另一侧向下倾斜，且挡风板的中部开设有挡板出口，挡板出口的下侧设置有侧挡板(20)；
所述收集室的下端与研磨罐固定相接；所述研磨罐(3)的内部设置有磨辊(21)、底面开设有输送口(22)；所述输送口处安装有输送管(23)；所述输送管的下端与离心机的入料口相连通。
2.根据权利要求1所述的微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置，其特征在于：所述引风槽(16)自干燥罐的顶部向底部呈螺旋状延伸。
3.根据权利要求1所述的微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置，其特征在于：所述卸风连接头(17)的上端通过上法兰与干燥罐相连接、下端通过下法兰与研磨罐相连接；所述收集室的下端设置有电磁阀及重力感应器。
4.根据权利要求1所述的微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置，其特征在于：所述研磨罐包括输送机壳(24)及罩至于输送机壳上的罩体，且输送机壳与罩体之间设置有立围板(25)；所述输送机壳内设置有输送机(26)；所述输送口位于输送机出料端的输送机壳上；所述磨辊为多个，多个磨辊并排设置于输送机的上端，且多个磨辊的轴部均与立围板中的传动装置相连接。
5.根据权利要求4所述的微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置，其特征在于：所述传动装置包括传动杆(27)以及设置于传动杆上的主动锥齿轮(28)；所述主动锥齿轮为多个，多个主动锥齿轮与多个磨辊一一对应，且每个主动锥齿轮上都啮合有一个被动锥齿轮(29)；所述被动锥齿轮与磨辊固定相接。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述微藻固定烟气CO2制生物柴油的装置的应用工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：
a、在微藻培养罐中首次培养微藻的时间为8天，之后培养周期缩短至4天；期间，将烟气中收集到的CO2通入到输气管中，使CO2可以在通气搅拌桨上的气孔进入微藻培养液中供微藻固定；并且在通气搅拌桨的搅动下，使CO2分散的更均匀；在培养微藻的第3天开始，每天从进料管向其中加入0.1～0.5g/L的柠檬酸以及0.01～0.05g/L的氯化镁；
b、培养至第8天，使用泵将藻液体积的4/5通过出料管泵入至干燥罐中，并且向剩余1/5体积的藻液中添加4/5体积的培养液，继续培养；依次打开风机和电热丝，向干燥罐中输入热风，然后将藻液通过喷嘴雾化喷出，使藻液在干燥罐中干燥得到藻粉；
c、藻粉在重力及风力作用下进入卸风连接头，在卸风连接头中，卸风窗将大部分风力卸去，使藻粉掉落到收集室中，挡风板可以进一步卸去风力，并且防止风力将收集室中的藻粉吹起；藻粉在重力作用下进入研磨罐；
d、藻粉自研磨罐的上方掉落到输送机表面，输送机向前运动的同时，使藻粉经过多个磨辊的研磨破壁，并到达输送口时自输送口经输送管掉落至离心机中；
e、经过离心机的入料口向其中加入10倍藻粉体积的萃取液，萃取1～2h后，启动离心机即获得带有生物柴油的液相。
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