[發(fā)明專利]多介質(zhì)爆破木質(zhì)纖維素原料制備酒精的裝置及其制備酒精的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110448341.1
• 申請日: 2011-12-28
• 公開（公告）號: CN102424797A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張文學(xué);張健;楊健;吳正云;劉躍紅;鐘霞
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: C12M1/33
• 分類號: C12M1/33;C12P7/10
• 代理公司: 成都科海專利事務(wù)有限責(zé)任公司 51202
• 代理人: 鄧?yán)^軒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多介質(zhì)爆破木質(zhì)纖維素原料制備酒精的裝置及其制備酒精的方法。屬于纖維素發(fā)酵生產(chǎn)酒精的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

用蒸汽爆破或高壓熱水技術(shù)處理木質(zhì)纖維原料生產(chǎn)酒精已經(jīng)被廣泛研究，目前已成為木質(zhì)纖維原料生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化熱點之一。采用木質(zhì)纖維原料蒸汽爆破后酶解工藝具有較簡便的過程，能使木質(zhì)素、半纖維素與纖維素分離有利于酶水解過程。因而，該技術(shù)得到人們極大的關(guān)注。但是，由于蒸汽爆破要求較高的溫度和所需壓力較大，因此能量耗費(fèi)高，物料中半纖維素與淀粉損耗大，且副產(chǎn)物多，這些副產(chǎn)物對后續(xù)的酶水解和發(fā)酵過程有抑制作用，降低了糖類的利用率[Jung?Myoung?Lee?et?al.，2010；Z.Lewis?Liu.，2011]。

在溫度160-300℃時，水能大量離子化[Marshall?W.L.and?Franck?E.U.，1981]，水在處理木質(zhì)纖維原料時，能使木質(zhì)素、半纖維素與纖維素從原料中分離出來。研究者發(fā)現(xiàn)，采用高壓熱水預(yù)處理木質(zhì)纖維素能夠得到比水蒸汽爆破高的半纖維素回收率與較低的抑制物[Mark?Laser?et?al.，2002；Bruce?S.Dien?et?al.，2008]。然而，該工藝也存在一些不利因素。為了提高物料半纖維素回收率和降低木質(zhì)素含量，即采用分步高壓熱水處理工藝[Qiang?Yu?et?al.，2010；Thomsen，M.H.et?al.，2008；Chaogang?Liu?and?Charles?E.Wyman，2005]，但是該方法仍存在耗水量大、木糖回收的濃度低、過程復(fù)雜；加入丙基磺酸功能化介孔二氧化硅[Jason?A.Bootsma?et?al.，2008]、碳酸[G.Peter?van?Walsum?and?Helen?Shi，2004]、丙酮[Poulomi?Sannigrahi?et?al.，2010]、丙酸[Tian?Long?and?Ma?Xiaojian，2011]、乙醇[Xuejun?Pan?et?al.，2005]等，雖然能提高糖回收率，但是，這些方法由于添加物質(zhì)量大、工藝要求高、添入物不易除去等等因素，帶來工序復(fù)雜、耗時、成本增高等因素迫在改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)存技術(shù)的不足而提供一種多介質(zhì)爆破木質(zhì)纖維素原料制備酒精的裝置及其制備酒精的方法，其特點是該方法采用多介質(zhì)對木質(zhì)纖維素材料進(jìn)行爆破，獲得木質(zhì)纖維素原料，加入纖維素酶、木聚糖酶和B-葡萄糖苷酶混合酶作為水解酶；經(jīng)過糖化、發(fā)酵，獲得發(fā)酵液，其酒精含量為0.5～5％的體積比，它使原料得到充分利用，發(fā)酵液中酒精含量高。

本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實現(xiàn)，其中所用原料份數(shù)除特殊說明外，均為重量份數(shù)。

液態(tài)介質(zhì)爆破木質(zhì)纖維原料制備酒精的裝置包括液氨鋼瓶、氨減壓閥、不銹鋼閥I、爆破筒體、夾套、不銹鋼閥II、收集罐、排氣管、壓力表、溫度計和爆破架；液氨鋼瓶通過液氨減壓閥及不銹鋼閥I與爆破筒體的一端連接，爆破筒體的另一端通過不銹鋼閥II與收集罐連接，收集罐上設(shè)排氣管。

爆破筒體上設(shè)壓力表和溫度計，爆破筒體外設(shè)夾套，夾套內(nèi)設(shè)電加熱管或蒸汽加熱管，爆破筒體由爆破架支撐。

液態(tài)介質(zhì)爆破木質(zhì)纖維原料制備酒精的裝置的制備酒精的方法包括以下步驟：

1)爆破木質(zhì)纖維原料的制備

(1)、將含木質(zhì)纖維素材料20～150份，加入液氨介質(zhì)10～300份或者濃度為0.1～1.1mol/L的其它介質(zhì)溶液10～300份于爆破筒體內(nèi)，以備加熱爆破；

(2)、接通夾套內(nèi)電加熱管或蒸汽加熱管，升溫速度為20～40℃/min，使液氨溫度升至40～100℃、壓力升至0.5～5Mpa，保持液氨爆破時間為20～60min或者將濃度為0.1～1.1mol/L的其它介質(zhì)溶液升溫至150～270℃，壓力0.5～5Mpa，保持其它介質(zhì)溶液的爆破時間為2～30min，爆破后的物料經(jīng)不銹鋼閥II送入收集罐，爆破物料經(jīng)溫度50～105℃干燥6～24h脫毒；

2)爆破木質(zhì)纖維原料制備酒精的方法

(1)一步法制備酒精

將上述1)爆破后的物料，經(jīng)pH4.8～5.0檸檬酸緩沖液調(diào)節(jié)干物料比水為1∶8～12的重量比，按每g干物料加入200～250FPU復(fù)合糖化酶，于溫度45～55℃糖化20～28h，再按總發(fā)酵物質(zhì)16％的接種量接入酵母，于溫度32～42℃發(fā)酵3～5d，獲得發(fā)酵液的酒精含量為0.5～5％的體積比發(fā)酵液。

(2)逐步法制備酒精

a、糖液的制備