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KR101143313B1 - Biodiesel production equipment separating glycerol by membrane bioreactor - Google Patents

Biodiesel production equipment separating glycerol by membrane bioreactor Download PDF

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Publication number
KR101143313B1
KR101143313B1 KR1020100085177A KR20100085177A KR101143313B1 KR 101143313 B1 KR101143313 B1 KR 101143313B1 KR 1020100085177 A KR1020100085177 A KR 1020100085177A KR 20100085177 A KR20100085177 A KR 20100085177A KR 101143313 B1 KR101143313 B1 KR 101143313B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
membrane
glycerol
alcohol
production apparatus
biodiesel
Prior art date
Application number
KR1020100085177A
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Korean (ko)
Inventor
유영제
고명주
Original Assignee
서울대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: A device for removing glycerol using a membrane bioreactor is provided to continuously remove glycerol and to reduce enzyme activity. CONSTITUTION: A device for producing biodiesel comprises a reactor for producing biodiesel and glycerol by reacting glyceride and C1-C5 alcohol by fixed lipase, and a membrane module. In the membrane module, a reaction mixture solution flows into one section partitioned by a membrane, moves in parallel with the membrane, and flows out; separately, C1-C5 alcohol flows into the other section partitioned by the membrane, moves in parallel with the membrane, and flows out. The membrane module has pore size of 5~35 MWCO and is formed of regenerative cellulose. The lapase is Candida Antarctica B lipase.

Description

막 생물반응기에 의해 글리세롤을 제거하는 바이오디젤 생산장치 {Biodiesel Production Equipment Separating Glycerol by Membrane Bioreactor}Biodiesel Production Equipment Separating Glycerol by Membrane Bioreactor to Remove Glycerol by Membrane Bioreactor

본 발명은 바이오디젤 생산을 위한 트랜스에스테리피케이션 반응 도중 막 생물반응기를 이용하여 글리세롤을 제거하는 장치에 관한 것이다. 트랜스에스테리피케이션 반응 혼합물 및 C1 내지 C5 알콜 상은 막 모듈을 구비한 재생 셀룰로스에 의해 분리되어 있다. 이를 통해 연속적으로 생산되는 글리세롤에 의한 저해는 감소될 수 있으며, C1 내지 C5 알콜은 친수성 막을 사용하여 연속적으로 공급될 수 있다. 나아가, 본 발명은 짧은 작업시간 동안 바이오디젤의 생산성을 개선하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to an apparatus for removing glycerol using a membrane bioreactor during a transesterification reaction for biodiesel production. The transesterification reaction mixture and the C 1 to C 5 alcohol phases are separated by regenerated cellulose with membrane modules. In this way inhibition by glycerol produced continuously can be reduced and C 1 to C 5 alcohols can be fed continuously using a hydrophilic membrane. Furthermore, the present invention aims to improve the productivity of biodiesel for a short working time.

바이오디젤은 식물 오일 또는 동물 지방으로부터 유도된 장쇄 지방산의 모노알킬에스터로서 정의된다. 그것은 식물 오일을 메탄올 또는 다른 단쇄 알콜로 트랜스에스테리피케이션(transesterification)함으로써 형성된다 (도 1). 바이오디젤은 석유 유래의 디젤과 달리 재생가능한 자원이다. 바이오디젤의 장점은 이산화탄소 중성, 낮은 황 함유량, 비독성, 생분해성, 자원의 비편재성 등 많으며, 다양한 공급원에 기반할 수 있다.Biodiesel is defined as monoalkylesters of long chain fatty acids derived from vegetable oils or animal fats. It is formed by transesterification of plant oils with methanol or other short chain alcohols (FIG. 1). Biodiesel is a renewable resource unlike diesel from petroleum. The advantages of biodiesel are many, including carbon dioxide neutral, low sulfur content, non-toxicity, biodegradability, and non-locality of resources, and can be based on a variety of sources.

트랜스에스테리피케이션을 위한 촉매는 산, 염기 뿐만 아니라 유리 효소 또는 고정화 효소를 들 수 있다. 바이오디젤을 생산하는 가장 일반적인 방법은 알칼리를 촉매로 사용한 방법이다. 바이오디젤의 생산을 위해, 알칼리-촉매 방법은 오일에서 메틸에스터로의 높은 전환율 때문에 확립되어 왔다. 이 방법의 한계는 반응물의 순도, 지방산 뿐만 아니라 샘플의 수분 농도에 대한 상기 방법의 민감성에 기인한다.Catalysts for transesterification include acids, bases as well as free or immobilized enzymes. The most common method of producing biodiesel is using alkali as a catalyst. For the production of biodiesel, alkali-catalyst methods have been established because of the high conversion of oil to methylester. The limitation of this method is due to the purity of the reactants, the sensitivity of the method to fatty acids as well as the moisture concentration of the sample.

큰 규모의 상업적 연속 알칼리-촉매 방법은 높은 압력과 높은 온도를 필요로 한다. 그러나, 이러한 방법은 많은 에너지 및 고가의 장비를 필요로 하고, 안정성이 취약하여 제한적이다.Large scale commercial continuous alkali-catalyst processes require high pressure and high temperature. However, this method requires a lot of energy and expensive equipment, and is limited by its weak stability.

알칼리-촉매 방법의 가장 중요한 한계는 반응 도중의 비누화(saponification)로서, 이는 하류(downstream)의 회수 및 바이오디젤의 정제를 어렵게 한다.The most important limitation of the alkali-catalyst process is saponification during the reaction, which makes it difficult to recover downstream and purify the biodiesel.

에너지-집중, 폐수처리, 및 글리세롤 회수의 어려움과 같은 알칼리-촉매 방법의 문제점은 리파제-촉매 방법으로 극복할 수 있다.Problems of alkali-catalyst methods such as energy-concentration, wastewater treatment, and difficulty in recovering glycerol can be overcome with lipase-catalyst methods.

리파제-촉매 방법의 주요한 세 구성요소는 기질로서의 오일과 알콜, 그리고 촉매로서의 리파제이다. 알칼리 촉매와 달리, 효소는 비누를 형성하지 않고 이어지는 세척 단계 없이 1 단계로 에스터화할 수 있다. 오일로부터 바이오디젤을 생산하는 데 사용되는 리파제는 입체특이성이 없어, 트리-, 디- 및 모노-글리세라이드 모두 지방산 메틸 에스터 (fatty acid methyl ester, FAME)로 전환될 수 있다. 광범위한 리파제가 효소적 트랜스에스테리피케이션에 사용될 수 있다.The three main components of the lipase-catalyst process are oil and alcohol as substrates and lipase as catalyst. Unlike alkaline catalysts, enzymes can be esterified in one step without soap formation and subsequent washing steps. Lipases used to produce biodiesel from oil have no stereospecificity, so that tri-, di- and mono-glycerides can all be converted to fatty acid methyl esters (FAMEs). A wide range of lipases can be used for enzymatic transesterification.

리파제의 유형에 더하여, 오일로부터 바이오디젤을 생산하는 데 리파제의 효율에 영향을 미치는 다른 요소로는 수분 함량, 온도, (고정화 리파제의) 주기, 및 알콜의 유형과 오일에 대한 비율 등을 들 수 있다.In addition to the types of lipases, other factors affecting the efficiency of lipases in producing biodiesel from oils include water content, temperature, cycles of immobilized lipase, and the type and ratio of alcohols to the oil. have.

리파제-촉매 방법은 메탄올에 의한 효소 저해, 효소 활성의 저하 및 효소의 높은 가격과 같은 제한 때문에 상업적 규모로 실행되지 못하고 있다. 또한 효소를 이용한 연속식 바이오디젤 생산 역시 실험실 규모로만 보고되고 있다.Lipase-catalyst methods have not been implemented on a commercial scale because of limitations such as enzyme inhibition by methanol, degradation of enzyme activity and high price of enzymes. In addition, continuous biodiesel production using enzymes has also been reported on a laboratory scale.

한편, 글리세롤은 고정화된 효소의 활성을 감소시키는 것으로 보고되어 왔다. 따라서, 생산된 글리세롤의 영향을 감소시키기 위해 반응 도중 글리세롤을 제거하는 것이 바람직하다.Glycerol, on the other hand, has been reported to reduce the activity of immobilized enzymes. Therefore, it is desirable to remove glycerol during the reaction in order to reduce the effect of glycerol produced.

이러한 글리세롤의 효과는 고정화 효소에서의 물질전달의 제한 때문인데, 구체적으로 오일이나 FAME처럼 큰 분자는 효소가 위치한 작은 세공까지 확산하기 어렵고, 메탄올은 오일로 채워진 세공에 아주 적은 양만 용해되기 때문이다.This effect of glycerol is due to the restriction of mass transfer in the immobilized enzyme, specifically, because large molecules such as oil or FAME is difficult to diffuse to the small pores where the enzyme is located, methanol is dissolved in a very small amount in the oil-filled pores.

바이오디젤 생산 도중, 글리세롤은 친수성 상을 형성하는데, 이는 오일과 완전히 혼합되지 못하고 고정화된 효소 주위에 필름층을 형성한다. 게다가, 이러한 친수성 상은 오일 상으로부터 알콜에 대해 칸막이로 기능하며, 이로 인해 반응 매질에서 알콜의 농도가 낮아지고, 동시에 전환율의 저하를 야기한다. 이러한 글리세롤-알콜 불용 상은 효소 반응을 저해한다.During biodiesel production, glycerol forms a hydrophilic phase, which does not mix completely with oil and forms a film layer around the immobilized enzyme. In addition, this hydrophilic phase functions as a partition for the alcohol from the oil phase, which leads to a lower concentration of alcohol in the reaction medium and at the same time to a lower conversion. This glycerol-alcohol insoluble phase inhibits the enzymatic reaction.

따라서, 반응물인 메탄올 등의 알콜과 생성물인 글리세롤에 의한 효소 활성 저하를 방지할 수 있는 새로운 형태의 생산모델이 바이오디젤 생산의 산업화에 있어서 시급히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need for industrialization of biodiesel production, in which a new type of production model capable of preventing the degradation of enzyme activity by alcohols such as methanol as a reactant and glycerol as a product is prevented.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 글리세라이드와 C1 내지 C5 알콜을 리파제 촉매를 통해 바이오디젤과 글리세롤로 전환시키는 반응기, 및 상기 반응 혼합물 중 글리세롤을 제거하고 C1 내지 C5 알콜을 상기 반응 혼합물로 공급하는 막 모듈을 포함하는 바이오디젤 생산장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, a reactor for converting glycerides and C 1 to C 5 alcohol to biodiesel and glycerol through a lipase catalyst, and to remove the glycerol in the reaction mixture and to C 1 to It is an object to provide a biodiesel production apparatus comprising a membrane module for supplying C 5 alcohol to the reaction mixture.

본 발명의 바이오디젤 생산장치는 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, Biodiesel production apparatus of the present invention in order to achieve the object as described above,

고정화된 리파제에 의해 글리세라이드 및 C1 내지 C5 알콜을 반응시켜 바이오디젤 및 글리세롤을 생산하는 반응기; 및 A reactor for producing biodiesel and glycerol by reacting glycerides and C 1 to C 5 alcohols with an immobilized lipase; And

상기 반응기로부터 유출된 반응 혼합액이 막으로 구분된 일 영역으로 유입되어 상기 막과 평행하게 이동한 후 유출되고, 이와 별도로 C1 내지 C5 알콜이 상기 막으로 구분된 타 영역으로 유입되어 상기 막과 평행하게 이동한 후 유출되는 막 모듈The reaction mixture flowed out from the reactor is introduced into one area divided into membranes and moved in parallel with the membrane, and then flowed out. Separately, C 1 to C 5 alcohol is introduced into the other region separated by the membrane and Membrane module spilled after moving in parallel

을 포함하고, / RTI >

상기 반응 혼합액 중 글리세롤의 일부는 상기 막으로 구분된 영역 중 상기 C1 내지 C5 알콜이 유동하는 영역으로 투과되는 것을 특징으로 한다.A portion of the glycerol in the reaction mixture is characterized in that the permeation of the C 1 to C 5 alcohol flows in the region divided by the membrane.

또한, 상기 C1 내지 C5 알콜의 일부는 상기 막으로 구분된 영역 중 상기 반응 혼합액이 유동하는 영역으로 투과될 수 있다.In addition, a part of the C 1 to C 5 alcohol may be permeated to the region in which the reaction mixture flows among the regions separated by the membrane.

또한, 상기 반응기는 글리세라이드 또는 글리세라이드 및 C1 내지 C5 알콜이 연속 유입되고 상기 반응 혼합액이 연속 유출되는 연속식일 수 있다.In addition, the reactor may be a continuous type in which glyceride or glyceride and C 1 to C 5 alcohol are continuously introduced and the reaction mixture is continuously discharged.

또한, 상기 막 모듈에서 상기 반응 혼합액이 유동하는 방향과 상기 C1 내지 C5 알콜이 유동하는 방향은 반대 방향일 수 있다.In addition, the direction in which the reaction mixture flows in the membrane module and the direction in which the C 1 to C 5 alcohols flow may be opposite directions.

또한, 상기 막 모듈은 5 내지 35 MWCO의 세공 크기를 갖는 막을 포함할 수 있다.In addition, the membrane module may comprise a membrane having a pore size of 5 to 35 MWCO.

또한, 상기 글리세라이드는 식물성 오일 또는 동물성 지방일 수 있다.The glycerides may also be vegetable oils or animal fats.

또한, 상기 반응기 중 글리세라이드 및 C1 내지 C5 알콜의 반응 시작시점에서의 비율은 1 : 0.1 내지 1.5 몰비인 것이 바람직하다.In addition, the ratio of the glyceride and C 1 to C 5 alcohol in the reactor at the start of the reaction is preferably 1: 0.1 to 1.5 molar ratio.

또한, 상기 리파제는 칸디다 안타르크시카 (Candida antarctica) B 리파제일 수 있다.In addition, the lipase may be Candida antarctica B lipase.

또한, 상기 막 모듈의 막은 친수성인 것이 바람직하다.In addition, the membrane of the membrane module is preferably hydrophilic.

또한, 상기 막 모듈의 막은 재생 셀룰로스인 것이 바람직하다.In addition, the membrane of the membrane module is preferably regenerated cellulose.

또한, 상기 C1 내지 C5 알콜은 반응 시작시점 이후 반응 종료시점 이전에 1 내지 5 회 추가로 공급될 수 있다.In addition, the C 1 to C 5 alcohol may be supplied additionally 1 to 5 times after the start of the reaction, but before the end of the reaction.

또한, 상기 반응기는 워터재킷 (water jacket)을 추가로 구비할 수 있다.In addition, the reactor may further include a water jacket.

또한, 상기 반응기는 혼합장치를 추가로 구비할 수 있다.In addition, the reactor may be further provided with a mixing device.

또한, 상기 C1 내지 C5 알콜은 메탄올일 수 있다.In addition, the C 1 to C 5 alcohol may be methanol.

본 발명의 바이오디젤 생산방법은 막을 이용하여 글리세롤을 연속적으로 제거함으로써 상기 글리세롤에 의한 효소의 활성 저해를 저감시킬 수 있다. 또한, 바이오디젤을 생산하는 트랜스에스테리피케이션 반응의 기질 중 하나인 알콜을 제어된 속도로 반응 혼합물에 공급함으로써 상기 알콜에 의한 효소의 불활성화를 방지하여 전환율 및 전환속도를 향상시킬 수 있다. 나아가, 반응물의 공급 및 생성물의 배출을 연속적으로 수행함으로써 바이오디젤의 생산성이 현저히 향상되는 장점이 있다.Biodiesel production method of the present invention can reduce the inhibition of the enzyme activity by the glycerol by continuously removing the glycerol using a membrane. In addition, by supplying the alcohol, one of the substrates of the transesterification reaction producing biodiesel, to the reaction mixture at a controlled rate, it is possible to prevent inactivation of the enzyme by the alcohol, thereby improving the conversion rate and the conversion rate. Furthermore, there is an advantage that the productivity of the biodiesel is significantly improved by continuously supplying the reactant and discharging the product.

도 1은 알콜을 이용한 트리글리세라이드의 트랜스에스테리피케이션 반응도이다.
도 2는 글리세롤 제거의 개념도이다.
도 3은 재생 셀룰로스 막에 의한 글리세롤의 분리를 나타낸 개념도이다.
도 4는 회분식 막 생물반응기 시스템의 개념도이다.
도 5는 연속식 막 생물반응기 시스템의 개념도이다.
도 6은 바이오디젤 생산 도중 글리세롤의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 7은 콩기름/FAME/글리세롤/메탄올 혼합물 중 글리세롤 방울 이미지를 나타낸 사진이다.
도 8은 친수성 측에서의 글리세롤 및 FAME 농도를 나타낸 그래프 (a), 및 소수성 측에서의 메탄올 농도를 나타낸 그래프 (b)이다.
도 9는 상이한 유속에서의 글리세롤 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 막 모듈의 유무에 따른 전환율의 변화 및 글리세롤 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 세공 크기의 변화에 따른 전환율의 변화 및 글리세롤 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 연속식 막 생물반응기 시스템에서의 전환율 변화를 나타낸 그래프이다.
1 is a transesterification reaction of triglycerides with alcohol.
2 is a conceptual diagram of glycerol removal.
3 is a conceptual diagram showing separation of glycerol by regenerated cellulose membrane.
4 is a conceptual diagram of a batch membrane bioreactor system.
5 is a conceptual diagram of a continuous membrane bioreactor system.
6 is a graph showing the effect of glycerol during biodiesel production.
Figure 7 is a photograph showing a drop image of glycerol in soybean oil / FAME / glycerol / methanol mixture.
8 is a graph (a) showing glycerol and FAME concentrations on the hydrophilic side, and a graph (b) showing methanol concentrations on the hydrophobic side.
9 is a graph showing the change in glycerol concentration at different flow rates.
10 is a graph showing the change in conversion and glycerol concentration with or without membrane module.
11 is a graph showing the change in conversion rate and the change in glycerol concentration according to the change in pore size.
12 is a graph showing the change in conversion rate in a continuous membrane bioreactor system.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description, numerous specific details, such as specific elements, are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention, and it is to be understood that the present invention may be practiced without these specific details, It will be obvious to those who have knowledge of. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명의 바이오디젤 생산장치는 Biodiesel production apparatus of the present invention

고정화된 리파제에 의해 글리세라이드 및 C1 내지 C5 알콜을 반응시켜 바이오디젤 및 글리세롤을 생산하는 반응기; 및 A reactor for producing biodiesel and glycerol by reacting glycerides and C 1 to C 5 alcohols with an immobilized lipase; And

상기 반응기로부터 유출된 반응 혼합액이 막으로 구분된 일 영역으로 유입되어 상기 막과 평행하게 이동한 후 유출되고, 이와 별도로 C1 내지 C5 알콜이 상기 막으로 구분된 타 영역으로 유입되어 상기 막과 평행하게 이동한 후 유출되는 막 모듈 내지 막 분리기The reaction mixture flowed out from the reactor is introduced into one area divided into membranes and moved in parallel with the membrane, and then flowed out. Separately, C 1 to C 5 alcohol is introduced into the other region separated by the membrane and Membrane module to membrane separator that flows out after moving in parallel

을 포함하고, / RTI >

상기 반응 혼합액 중 글리세롤의 일부는 상기 막으로 구분된 영역 중 상기 C1 내지 C5 알콜이 유동하는 영역으로 투과되는 것을 특징으로 한다.A portion of the glycerol in the reaction mixture is characterized in that the permeation of the C 1 to C 5 alcohol flows in the region divided by the membrane.

앞서 설명한 바와 같이 효소를 이용한 바이오디젤 생산의 가장 큰 문제는 바이오디젤과 함께 생산되는 글리세롤이 촉매인 효소를 저해하는 것이다. 따라서, 이러한 글리세롤의 제거가 크게 요구되고 있는데, 본 발명은 막 생물반응기를 이용하여 글리세롤을 제거하는 것을 특징으로 한다.As described above, the biggest problem of biodiesel production using enzymes is that glycerol produced with biodiesel inhibits the enzyme which is a catalyst. Therefore, there is a great demand for the removal of such glycerol, the present invention is characterized by removing the glycerol using a membrane bioreactor.

본 발명에서 트랜스에스테리피케이션 반응 혼합물 및 알콜 상은 편평한 시트 형상의 재생 셀룰로스 막에 의해 분리되어 있고, 생산된 글리세롤은 상기 막을 통해 연속적으로 제거됨으로써 효소의 저해는 감소될 수 있다.In the present invention, the transesterification reaction mixture and the alcohol phase are separated by a flat sheet-shaped regenerated cellulose membrane, and the produced glycerol is continuously removed through the membrane so that inhibition of the enzyme can be reduced.

나아가, 본 발명은 상기 C1 내지 C5 알콜의 일부가 상기 막으로 구분된 영역 중 상기 반응 혼합액이 유동하는 영역으로 투과되는 것을 특징으로 한다. 이를 통해 효소를 불활성화시키는 알콜은 친수성 막을 사용하여 제어된 속도로 반응 혼합물에 공급됨으로써 효소의 불활성화를 예방하여 전환속도의 저해를 방지할 수 있다. 나아가, 본 발명은 짧은 작업시간 동안 바이오디젤의 생산성을 개선하는 것도 가능하다.Furthermore, the present invention is characterized in that a portion of the C 1 to C 5 alcohol is permeated into the region in which the reaction mixture flows among the regions separated by the membrane. This allows the alcohol to inactivate the enzyme to be supplied to the reaction mixture at a controlled rate using a hydrophilic membrane to prevent inactivation of the enzyme to prevent inhibition of the conversion rate. Furthermore, the present invention is also capable of improving the productivity of biodiesel for a short working time.

이러한 막은 편평한 판-프레임 모듈에 장착된 시트 형태, 또는 관-프레임 모듈에 장착된 관 형태를 가질 수 있고, 그 구조 역시 대칭이거나 비대칭일 수 있다.Such membranes may have the form of sheets mounted on flat plate-frame modules, or the form of tubes mounted on tube-frame modules, the structure of which may also be symmetrical or asymmetrical.

본 발명에서 리파제는 지방이나 오일을 C1 내지 C5 알콜과 트랜스에스테리피케이션시키는 데 촉매로서 작용하여 바이오디젤과 글리세롤을 생산한다.Lipase in the present invention acts as a catalyst to transesterify fats or oils with C 1 to C 5 alcohols to produce biodiesel and glycerol.

또한, 본 발명의 상기 반응기는 회분식 또는 반회분식일 수도 있으나, 글리세라이드 또는 글리세라이드 및 C1 내지 C5 알콜이 연속 유입되고 상기 반응 혼합액이 연속 유출되는 연속식인 것이 더욱 바람직하다.In addition, the reactor of the present invention may be a batch or a semi-batch, it is more preferable that the glyceride or glyceride and C 1 to C 5 alcohol is continuously introduced and the reaction mixture is continuously discharged.

막 생물반응기는 다른 반응기 시스템과 비교했을 때 여러 장점을 가지고 있는데, 그 중에서도 연속 공정이 가능하다는 점이 중요하다. 이러한 연속 공정은 상대적으로 고가인 효소를 최대한 사용하는 것이 가능하여 생산성이 향상되고 경제성이 제고되는 효과가 있다.Membrane bioreactors have several advantages over other reactor systems, of which the continuous process is possible. This continuous process is capable of using the most expensive enzymes as much as possible has the effect of improving productivity and economic efficiency.

대신 막 반응기는 작업 도중 성능 저하가 일어나는 것이 단점인데, 이러한 한계는 여과 공정 도중 진행되는 세공 폐색(閉塞, fouling)에 기인한다. 폐색은 세공 표면 또는 내부에 입자가 축적되거나 흡착한 결과 막의 여과 물성이 나빠지는 것을 가리킨다.Instead, membrane reactors suffer from performance degradation during operation, which is due to pore fouling during the filtration process. Occlusion refers to the deterioration of the filtration properties of the membrane as a result of the accumulation or adsorption of particles on or inside the pores.

본 발명에서 막 생물반응기는 지질 (소수성) 상을 막의 한쪽 방향으로 통과시키고, 수성 상을 다른쪽 방향으로 통과시켜 상기 막의 세공 폐색을 최대한 억제하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the membrane bioreactor is characterized in that the lipid (hydrophobic) phase passes in one direction of the membrane and the aqueous phase passes in the other direction to minimize pore blockage of the membrane.

즉, 상기 막 분리기에서 상기 반응 혼합액이 유동하는 방향과 상기 C1 내지 C5 알콜이 유동하는 방향이 반대 방향으로 함으로써 글리세롤 및 C1 내지 C5 알콜의 투과를 촉진하고 세공 폐색을 최대한 억제하는 것이다.In other words, the direction in which the reaction mixture flows in the membrane separator and the direction in which the C 1 to C 5 alcohols flow in the opposite direction promotes permeation of glycerol and C 1 to C 5 alcohols and minimizes pore blockage. .

여기서 상기 막 모듈의 막은 5 내지 35 MWCO (molecular weight cut-off)의 세공 크기를 갖는 것이 바람직한데, 세공 크기가 5 MWCO 미만이면 물질 전달이 용이하지 않고, 추가되는 압력이 커 운전비가 상승하며, 세공 폐색이 훨씬 쉽게 발생하는 문제점이 있다. 반대로, 세공 크기가 35 MWCO를 초과하면 C1 내지 C5 알콜이 과량으로 반응 혼합물에 유입되어 효소가 일찍 불활성화되고, 반응 후기에는 글리세롤이 역방향으로도 쉽게 투과되어 막으로서의 기능 발현이 어렵다.Wherein the membrane of the membrane module preferably has a pore size of 5 to 35 MWCO (molecular weight cut-off), if the pore size is less than 5 MWCO mass transfer is not easy, the added pressure is large, the operating cost is increased, There is a problem that pore blockage occurs much more easily. On the contrary, when the pore size exceeds 35 MWCO, C 1 to C 5 alcohols are excessively introduced into the reaction mixture to inactivate the enzymes early, and later in the reaction, glycerol is easily permeated in the reverse direction, making it difficult to express the function as a membrane.

본 발명의 상기 글리세라이드는 반응 결과 바이오디젤을 생산할 수 있는 물질이라면 제한이 없으나, 자원의 재생가능성 및 비편재성 측면에서 식물성 오일 또는 동물성 지방인 것을 특히 바람직하다.The glyceride of the present invention is not limited as long as it is a substance capable of producing biodiesel as a result of the reaction, but is particularly preferably vegetable oil or animal fat in view of reproducibility and delocalization of resources.

그리고, 상기 반응기 내부에서 글리세라이드 및 C1 내지 C5 알콜의 반응 시작시점에서의 비율은 1 : 0.1 내지 1.5 몰비인 것이 바람직한데, 알콜의 몰비가 0.1 미만이면 글리세라이드와의 접촉기회가 적어 전환속도가 지나치게 느리고, 반대로 1.5 몰비를 초과하면 불용성의 알콜로 인해 효소의 불활성화가 발생하는 문제점이 있다.In the reactor, the ratio of the glyceride and the C 1 to C 5 alcohol at the start of the reaction is preferably 1: 0.1 to 1.5 molar ratio. When the molar ratio of the alcohol is less than 0.1, the contact chance with glyceride is reduced. If the speed is too slow, on the contrary, if it exceeds 1.5 molar ratio, there is a problem that inactivation of enzyme occurs due to insoluble alcohol.

본 발명의 상기 리파제는 반응을 촉매한 결과 바이오디젤을 생산할 수 있는 효소라면 제한이 없으나, 특히 칸디다 안타르크시카 (Candida antarctica) B 리파제인 것이 효율이 높아 바람직하다.The lipase of the present invention is not limited as long as it is an enzyme capable of producing biodiesel as a result of catalyzing the reaction, and particularly, Candida antarctica B lipase has high efficiency.

본 발명에서 상기 막 모듈의 막은 특히 재생 셀룰로스인 것이 바람직하고, 더불어 친수성인 것이 글리세롤 및 알콜의 투과 측면에서 바람직하다.In the present invention, the membrane of the membrane module is particularly preferably regenerated cellulose, and preferably hydrophilic in terms of permeation of glycerol and alcohol.

한편, 본 발명의 상기 반응기는 회분식 또는 연속식일 수도 있으나, 상기 C1 내지 C5 알콜이 반응 시작시점 이후 반응 종료시점 이전에 1 내지 5 회 추가로 공급되는 반회분식인 것도 가능하다. 이처럼 알콜을 나누어 공급하는 이유는 고농도의 알콜이 효소를 불활성화시키기 때문에 이러한 효과를 억제하기 위해서이다.On the other hand, the reactor of the present invention may be a batch or a continuous, it is also possible that the C 1 to C 5 alcohol is a semi-batch is fed 1 to 5 additional times before the end of the reaction after the start of the reaction. The reason why the alcohol is divided and supplied is to suppress this effect because a high concentration of alcohol inactivates the enzyme.

본 발명의 바이오디젤 생산장치를 구성하는 상기 반응기는 온도 제어를 위해 워터재킷 (water jacket)을 추가로 구비하는 것이 바람직하고, 반응물의 원활한 혼합을 위해 임펠러 등의 혼합장치를 추가로 구비할 수 있다.The reactor constituting the biodiesel production apparatus of the present invention preferably further comprises a water jacket for temperature control, and may further include a mixing device such as an impeller for smooth mixing of the reactants. .

또한, 본 발명에서 상기 C1 내지 C5 알콜은 메탄올인 것이 특히 바람직하다.In the present invention, the C 1 to C 5 alcohol is particularly preferably methanol.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

실시예Example

시험예 1 : 글리세롤의 영향Test Example 1: Effect of Glycerol

메탄올 (Sigma, USA), 글리세롤 (Sigma, USA), 및 콩기름 (오뚜기, Korea)을 각각 50 ℃에서 12 시간 동안 유지했다. 이어서 콩기름 20 g 및 글리세롤 (0, 0.5 g, 1 g, 2 g)을 Novozymㄾ 435 (큰 세공의 아크릴수지에 고정화된 Candida antarctica 리파제, Novozymes, Denmark) 0.6 g과 50 ℃에서 1 시간 동안 교반했다. 트랜스에스테리피케이션 반응은 메탄올 0.76 g을 첨가함으로써 개시되었다.Methanol (Sigma, USA), glycerol (Sigma, USA), and soybean oil (Ottogi, Korea) were each maintained at 50 ° C. for 12 hours. 20 g of soybean oil and glycerol (0, 0.5 g, 1 g, 2 g) were then stirred with 0.6 g of Novozym® 435 (Candyda antarctica lipase immobilized on a large pore acrylic resin, Novozymes, Denmark) at 50 ° C for 1 hour. . The transesterification reaction was initiated by adding 0.76 g of methanol.

FAME, 글리세롤 및 메탄올의 농도는 불꽃 이온화 검출기 (FID) 및 HP-5 모세관 컬럼 (25 m x 0.32 mm x 0.17 ㎛)을 장착한 Varian 450 기체 크로마토그래피에 의해 분석되었다.The concentrations of FAME, glycerol and methanol were analyzed by Varian 450 gas chromatography equipped with a flame ionization detector (FID) and an HP-5 capillary column (25 m × 0.32 mm × 0.17 μm).

FAME의 분석: 오븐 온도는 50 ℃에서 1 분 동안 유지, 210 ℃까지 20 ℃/분의 속도로 가열, 이어서 10 분 동안 유지했다. 주입기와 검출기의 온도는 250 ℃ 및 270 ℃로 각각 설정되었다. 메틸 헵타데카노에이트 (methyl heptadecanoate, 99.7 %, Fluka)가 내부 표준으로 사용되었고, 메틸 리놀레이트 (methyl linoleate, minimum 99 %, Sigma)가 표준 물질로 사용되었다.Analysis of FAME: Oven temperature was maintained at 50 ° C. for 1 minute, heated to 210 ° C. at a rate of 20 ° C./min, followed by 10 minutes. The temperature of the injector and detector was set at 250 ° C and 270 ° C, respectively. Methyl heptadecanoate (99.7%, Fluka) was used as internal standard and methyl linoleate (minimum 99%, Sigma) was used as standard.

글리세롤의 분석 : 오븐 온도는 40 ℃에서 3 분 동안 유지, 120 ℃까지 15 ℃/분의 속도로 가열, 180 ℃까지 30 ℃/분의 속도로 가열, 이어서 7 분 동안 유지했다. 주입기와 검출기의 온도는 250 ℃ 및 350 ℃로 각각 설정되었다. 트리메틸클로로실란 (1 %, Sigma)을 함유한 N,O-비스(트리메틸실릴)트리플루오로아세타미드가 실릴레이션 시약으로 사용되엇고, 10 mM의 1,2,4-부탄트리올 (99.0 %, Fluka)이 피리딘 (99.95 %, J.T.Baker)과 함께 내부 표준 용액으로 사용되었다.Analysis of Glycerol: Oven temperature was maintained at 40 ° C. for 3 minutes, heated to 120 ° C. at a rate of 15 ° C./min, heated to 180 ° C. at a rate of 30 ° C./min, followed by 7 minutes. The temperature of the injector and detector was set at 250 ° C and 350 ° C, respectively. N, O-bis (trimethylsilyl) trifluoroacetamide containing trimethylchlorosilane (1%, Sigma) was used as the silylation reagent and 10 mM 1,2,4-butanetriol (99.0% Fluka) was used as an internal standard solution with pyridine (99.95%, JTBaker).

메탄올의 분석 : 오븐 온도는 30 ℃에서 2 분 동안 유지, 320 ℃까지 25 ℃/분의 속도로 가열, 이어서 5 분 동안 유지했다. 주입기와 검출기의 온도는 250 ℃ 및 350 ℃로 각각 설정되었다. 10 mM의 n-헥산 (Merck)이 n-헵탄과 함께 내부 표준 용액으로 사용되었다.Analysis of Methanol: The oven temperature was maintained at 30 ° C. for 2 minutes, heated to 320 ° C. at a rate of 25 ° C./min, followed by 5 minutes. The temperature of the injector and detector was set at 250 ° C and 350 ° C, respectively. 10 mM n-hexane (Merck) was used as the internal standard solution with n-heptane.

도 6은 바이오디젤 생산 도중 글리세롤의 영향을 나타내는 그래프이다. 반응은 1 시간 경과 후 종료되었는데, 초기 혼합물 중 글리세롤이 고갈되었다. 그러나, 바이오디젤 생산은 글리세롤에 의해 저해되었으며, 전환율 및 최종 전환은 글리세롤의 양이 증가함에 따라 감소되었다.6 is a graph showing the effect of glycerol during biodiesel production. The reaction was terminated after 1 hour with glycerol depleted in the initial mixture. However, biodiesel production was inhibited by glycerol and conversion and final conversion decreased with increasing amount of glycerol.

시험예 2 : 막을 이용한 글리세롤의 제거Test Example 2 Removal of Glycerol by Membrane

글리세롤의 제거는 콩기름 70 g, 글리세롤 3 g, 및 FAME 30 g으로 50 ℃에서 수행되었다 (도 2). 그리고, 메탄올 100 ㎖가 별도로 50 ℃에서 12 시간 동안 유지되었다. 소수성 측은 콩기름/글리세롤/바이오디젤 혼합물로 구성되고, 친수성 측은 메탄올이었다. 각각의 상은 도 3과 같이 재생 셀룰로스 (regenerated cellulose, RC) 막 (10 k MWCO SnakeSkinㄾ Pleated Dialysis Tubing, Pierce, USA)으로 분리되었다. 각 상의 유속은 10 ㎖/분이었고, 반대방향으로 순환되었다.Removal of glycerol was performed at 50 ° C. with 70 g of soybean oil, 3 g of glycerol, and 30 g of FAME (FIG. 2). And 100 ml of methanol were separately maintained at 50 ° C. for 12 hours. The hydrophobic side consisted of a soybean oil / glycerol / biodiesel mixture and the hydrophilic side was methanol. Each phase was separated into a regenerated cellulose (RC) membrane (10 k MWCO SnakeSkin® Pleated Dialysis Tubing, Pierce, USA) as shown in FIG. The flow rate of each phase was 10 ml / min and was circulated in the opposite direction.

막 모듈은 글리세롤의 제거를 위해 바이오디젤 생산 공정에 적용되었으며, 이는 전환율과 반응속도에 영향을 미쳤다. 글리세롤은 도 3에서와 같이 10 k 재생 셀룰로스 막에 의해 콩기름/글리세롤/바이오디젤 혼합물 (70 g / 30 g / 3 g)로부터 제거되었다. 여기서 콩기름/글리세롤/바이오디젤 혼합물은 소수성 측으로 공급되었고, 메탄올 100 ㎖가 막의 반대 측으로 공급되었다.Membrane modules were applied to the biodiesel production process to remove glycerol, which affected the conversion rate and reaction rate. Glycerol was removed from the soybean oil / glycerol / biodiesel mixture (70 g / 30 g / 3 g) by a 10 k regenerated cellulose membrane as in FIG. The soybean oil / glycerol / biodiesel mixture was fed to the hydrophobic side where 100 ml of methanol was fed to the opposite side of the membrane.

글리세롤 방울 이미지가 도 7에 도시되었다. 도 7의 우측은 좌측의 사각형을 나타낸 것이다.Glycerol droplet images are shown in FIG. 7. The right side of Fig. 7 shows a rectangle on the left side.

친수성 측에서, 글리세롤 및 FAME 농도는 유속이 10 ㎖/분일 때 관찰되었고 (도 8 (a)), 메탄올의 농도가 소수성 측에서 또한 관찰되었다 (도 8 (b)). 실험에서, 약 55 %의 글리세롤이 소수성 측에서 메탄올 상으로 제거되었다. 이 때 소수성 상으로부터 FAME의 누출은 무시할 수준이었고, 친수성 상으로부터 소수성 상으로의 메탄올 투과 또한 확인되었다. 그리고, 유속을 10, 20 및 30 ㎖/분으로 변화시켜도 글리세롤 제거속도에는 차이가 없었다 (도 9).On the hydrophilic side, glycerol and FAME concentrations were observed when the flow rate was 10 ml / min (FIG. 8 (a)) and the concentration of methanol was also observed on the hydrophobic side (FIG. 8 (b)). In the experiment, about 55% of glycerol was removed onto methanol on the hydrophobic side. At this time, leakage of FAME from the hydrophobic phase was negligible, and methanol permeation from the hydrophilic phase to the hydrophobic phase was also confirmed. And, even if the flow rate was changed to 10, 20 and 30 ml / min, there was no difference in the glycerol removal rate (Fig. 9).

실시예 1 : 회분식 막 생물반응기를 이용한 바이오디젤의 생산 (1)Example 1 Production of Biodiesel Using a Batch Membrane Bioreactor (1)

반응기는 두 개의 단위로 이루어졌는데, 하나는 트랜스에스테리피케이션을 위한 반응 단위이고, 나머지는 막 모듈을 이용한 글리세롤 제거 단위였다. 반응온도는 워터재킷에 의해 유지되었다.The reactor consisted of two units, one for the reaction unit for transesterification and the other for the glycerol removal unit using the membrane module. The reaction temperature was maintained by a water jacket.

반응은 콩기름 100 g 및 Novozymㄾ 435 (3 % w/w 콩기름)로 50 ℃에서 수행되었다. 도 4는 막 모듈을 이용한 회분식 시스템을 나타낸다. 메탄올 및 콩기름은 각각 50 ℃에서 12 시간 동안 유지되었다. 반응은 메탄올 3.77 g을 첨가함으로써 개시되었다. 두 상의 유속은 Masterflexㄾ L/S 연동 펌프 (peristatic pump, Cole Parmer Instrument Company, USA)로 제어되었고, 재생 셀룰로스 막 (10 k MWCO SnakeSkinㄾ Pleated Dialysis Tubing, Pierce, USA; 50 k and 25 k MWCO Cellu??Sepㄾ H1 Tubular Membrane, MFPI, USA)이 사용되었다.The reaction was carried out at 50 ° C. with 100 g soybean oil and Novozym® 435 (3% w / w soybean oil). 4 shows a batch system using a membrane module. Methanol and soybean oil were each maintained at 50 ° C. for 12 hours. The reaction was initiated by adding 3.77 g of methanol. The flow rates of the two phases were controlled with a Masterflex® L / S peristaltic pump (peristatic pump, Cole Parmer Instrument Company, USA) and a regenerated cellulose membrane (10 k MWCO SnakeSkin® Pleated Dialysis Tubing, Pierce, USA; 50 k and 25 k MWCO Cellu Sep® H1 Tubular Membrane, MFPI, USA) was used.

막 생물반응기를 이용하여 바이오디젤을 생산하였다. 콩기름을 100 g 사용하고, 메탄올은 초기에 3.77 g 첨가한 후 추가로 첨가하지 않음으로써 메탄올에 의한 저해를 예방하였다. 소수성 및 친수성 상은 10 k MWCO (molecular weight cut-off)의 재생 셀룰로스 막으로 분리되었으며, 각각의 상의 유속은 10 ㎖/분이었다. 바이오디젤 전환율 (도 10 (a)) 및 글리세롤 농도 (도 10 (b))는 소수성 측 및 친수성 측 각각에서 계속하여 증가하였다. 메탄올은 막을 통하여 친수성 상으로부터 소수성 상으로 계속해서 공급되었고, 바이오디젤 전환율은 14 시간 경과 후 98.8 % 그리고 전환율은 15 시간 경과 후 99.0 % 이상에 도달하였다. 또한, 글리세롤은 연속적으로 제거되어 반응속도가 반응이 진행되는 동안 계속 유지되었으며, 최종적으로 글리세롤의 35 %가 제거되었고, 반응속도가 약 39.6 % 증가하였다.Biodiesel was produced using a membrane bioreactor. 100 g of soybean oil was used, and methanol was initially added at 3.77 g, and then no further was added to prevent inhibition by methanol. The hydrophobic and hydrophilic phases were separated into 10 k MWCO (molecular weight cut-off) regenerated cellulose membranes with a flow rate of 10 ml / min for each phase. Biodiesel conversion (FIG. 10 (a)) and glycerol concentration (FIG. 10 (b)) continued to increase on the hydrophobic side and the hydrophilic side, respectively. Methanol was continuously fed from the hydrophilic phase to the hydrophobic phase through the membrane, with biodiesel conversion reaching 98.8% after 14 hours and conversion above 99.0% after 15 hours. In addition, glycerol was continuously removed so that the reaction rate was maintained while the reaction was in progress. Finally, 35% of glycerol was removed and the reaction rate was increased by about 39.6%.

비교예 : 막 모듈이 없는 회분식 생물반응기를 이용한 바이오디젤의 생산Comparative Example: Production of biodiesel using a batch bioreactor without a membrane module

바이오디젤을 막 모듈이 없는 일반 생물반응기를 사용하여 생산하였다. 콩기름 100 g을 사용하고, 반응 개시 시점, 4 시간 경과 후, 8 시간 경과 후 각각 메탄올 3.77 g을 첨가한 후 전환율을 측정하였다 (도 10 (a)). 실험 결과 각각의 메탄올 첨가 단계 후 전환율은 급격히 증가했다가 더 이상 전환되지 않는 것을 확인할 수 있었다.Biodiesel was produced using a general bioreactor without a membrane module. 100 g of soybean oil was used, and after the reaction start time, 4 hours, and 8 hours, 3.77 g of methanol was added, and the conversion was measured (Fig. 10 (a)). As a result of the experiment, the conversion rate increased rapidly after each methanol addition step, and the conversion was no longer confirmed.

실시예 2 : 회분식 막 생물반응기를 이용한 바이오디젤의 생산 (2)Example 2 Production of Biodiesel Using a Batch Membrane Bioreactor (2)

세공의 크기가 글리세롤 제거 및 메탄올 공급속도에 미치는 영향을 조사하였다. 상이한 세공 크기의 막, 즉 10 k, 25 k 및 50 k MWCO의 재생 셀룰로스 막이 트랜스에스테리피케이션 반응에 사용되었다.The effect of pore size on glycerol removal and methanol feed rate was investigated. Membranes of different pore sizes, namely regenerated cellulose membranes of 10 k, 25 k and 50 k MWCO, were used for the transesterification reaction.

10 k MWCO의 막을 사용한 경우 최종 전환율이 99 % 이상이었으나, 50 k MWCO의 막에서는 78.5 %에 불과하였다. 막 세공 크기가 증가할 때 전환속도는 증가하나, 동시에 바이오디젤의 최종 전환율은 감소하였다 (도 11 (a)). 이는 메탄올이 친수성 상으로부터 반응 혼합물로 지나치게 빨리 공급되어, 효소가 메탄올에 의해 불활성화되기 때문인 것으로 보인다. 막의 세공 크기가 커질수록 짧은 시간 내에 더 많은 양의 메탄올이 트랜스에스테리피케이션 반응 혼합물로 투과되고, 글리세롤 역시 친수성 측으로 더 빨리 더 많이 투과된다 (도 11 (b)).The final conversion was more than 99% for membranes of 10 k MWCO, but only 78.5% for membranes of 50 k MWCO. The conversion rate increased as the membrane pore size increased, but at the same time the final conversion rate of biodiesel decreased (FIG. 11 (a)). This seems to be because methanol is fed too quickly from the hydrophilic phase into the reaction mixture so that the enzyme is inactivated by methanol. The larger the pore size of the membrane, the greater the amount of methanol permeated into the transesterification reaction mixture in a shorter time, and the more glycerol also permeates faster to the hydrophilic side (Figure 11 (b)).

실시예 3 : 연속식 막 생물반응기를 이용한 바이오디젤의 생산Example 3 Production of Biodiesel Using a Continuous Membrane Bioreactor

반응은 콩기름 및 메탄올의 혼합물 (1 mol : 0.8 mol)과 4 g의 Novozymㄾ 435로 50 ℃에서 수행되었다. 도 5는 막 모듈을 이용한 연속식 시스템을 나타낸다. 메탄올 및 콩기름은 각각 50 ℃에서 12 시간 동안 유지되었다. 반응은 Novozymㄾ 435를 첨가함으로써 개시되었다. 콩기름 및 메탄올의 혼합물은 연동 펌프 (Watson Marlow 101U)에 의해 반응기로 공급되었다. 친수성 및 소수성 상의 유속은 Masterflexㄾ L/S 연동 펌프 (peristatic pump, Cole Parmer Instrument Company, USA)로 제어되었고, 두 상은 재생 셀룰로스 막 (25 k MWCO)에 의해 분리되었다.The reaction was carried out at 50 ° C. with a mixture of soybean oil and methanol (1 mol: 0.8 mol) and 4 g of Novozym ㄾ 435. 5 shows a continuous system using a membrane module. Methanol and soybean oil were each maintained at 50 ° C. for 12 hours. The reaction was initiated by adding Novozymoz 435. The mixture of soybean oil and methanol was fed to the reactor by a peristaltic pump (Watson Marlow 101U). The flow rates of the hydrophilic and hydrophobic phases were controlled by a Masterflex® L / S peristaltic pump (Cole Parmer Instrument Company, USA), and the two phases were separated by regenerated cellulose membrane (25 k MWCO).

도 12는 25 k MWCO 막을 사용한 연속 공정의 전환율을 나타낸다. 24 시간 경과 후 최고 전환율은 95 %를 나타냈다.
12 shows the conversion of a continuous process using a 25 k MWCO film. After 24 hours the peak conversion was 95%.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.In the above description of the preferred embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, those skilled in the art various modifications without departing from the gist of the present invention Of course it is possible. Accordingly, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the following claims.

Claims (10)

고정화된 리파제에 의해 글리세라이드 및 C1 내지 C5 알콜을 반응시켜 바이오디젤 및 글리세롤을 생산하는 반응기; 및
상기 반응기로부터 유출된 반응 혼합액이 막으로 구분된 일 영역으로 유입되어 상기 막과 평행하게 이동한 후 유출되고, 이와 별도로 C1 내지 C5 알콜이 상기 막으로 구분된 타 영역으로 유입되어 상기 막과 평행하게 이동한 후 유출되는 막 모듈
을 포함하고,
상기 반응 혼합액 중 글리세롤의 일부는 상기 막으로 구분된 영역 중 상기 C1 내지 C5 알콜이 유동하는 영역으로 투과되는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산장치.
A reactor for producing biodiesel and glycerol by reacting glycerides and C 1 to C 5 alcohols with an immobilized lipase; And
The reaction mixture flowed out from the reactor is introduced into one area divided into membranes and moved in parallel with the membrane, and then flowed out. Separately, C 1 to C 5 alcohol is introduced into the other region separated by the membrane and Membrane module spilled after moving in parallel
Including,
A portion of the glycerol in the reaction mixture is a biodiesel production apparatus, characterized in that permeate to the region of the C 1 to C 5 alcohol flow in the membrane divided area.
청구항 1에 있어서,
상기 C1 내지 C5 알콜의 일부는 상기 막으로 구분된 영역 중 상기 반응 혼합액이 유동하는 영역으로 투과되는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산장치.
The method according to claim 1,
Part of the C 1 to C 5 alcohol is biodiesel production apparatus, characterized in that permeate to the region in which the reaction mixture liquid flows in the region divided by the membrane.
청구항 1에 있어서,
상기 반응기는 글리세라이드 또는 글리세라이드 및 C1 내지 C5 알콜이 연속 유입되고 상기 반응 혼합액이 연속 유출되는 연속식인 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산장치.
The method according to claim 1,
The reactor is a biodiesel production apparatus, characterized in that the continuous glyceride or glyceride and C 1 to C 5 alcohol is continuously introduced and the reaction mixture is continuously discharged.
청구항 1에 있어서,
상기 막 모듈에서 상기 반응 혼합액이 유동하는 방향과 상기 C1 내지 C5 알콜이 유동하는 방향이 반대 방향인 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산장치.
The method according to claim 1,
Biodiesel production apparatus characterized in that the direction in which the reaction mixture flows in the membrane module and the direction in which the C 1 to C 5 alcohol flows in the opposite direction.
청구항 1에 있어서,
상기 막 모듈은 5 내지 35 MWCO의 세공 크기를 갖는 막을 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산장치.
The method according to claim 1,
The membrane module biodiesel production apparatus, characterized in that it comprises a membrane having a pore size of 5 to 35 MWCO.
청구항 1에 있어서,
상기 글리세라이드는 식물성 오일 또는 동물성 지방인 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산장치.
The method according to claim 1,
The glyceride is a biodiesel production apparatus, characterized in that the vegetable oil or animal fat.
청구항 1에 있어서,
상기 반응기 중 글리세라이드 및 C1 내지 C5 알콜의 반응 시작시점에서의 비율은 1 : 0.1 내지 1.5 몰비인 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산장치.
The method according to claim 1,
Biodiesel production apparatus, characterized in that the ratio of the glyceride and the C 1 to C 5 alcohol in the reactor at the beginning of the reaction is 1: 0.1 to 1.5 molar ratio.
청구항 1에 있어서,
상기 리파제는 칸디다 안타르크시카 (Candida antarctica) B 리파제인 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산장치.
The method according to claim 1,
The lipase is Candida antarctica B Candida antarctica Bio-diesel production apparatus characterized in that the lipase.
청구항 1에 있어서,
상기 막 모듈의 막은 재생 셀룰로스인 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산장치.
The method according to claim 1,
Biodiesel production apparatus, characterized in that the membrane of the membrane module is regenerated cellulose.
청구항 1에 있어서,
상기 C1 내지 C5 알콜은 반응 시작시점 이후 반응 종료시점 이전에 1 내지 5 회 추가로 공급되는 것을 특징으로 하는 바이오디젤 생산장치.
The method according to claim 1,
The C 1 to C 5 alcohol is biodiesel production apparatus characterized in that the supply is further supplied 1 to 5 times after the start of the reaction before the end of the reaction.
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