[发明专利]分散原料和加工物料

说明书

背景

纤维素和木质纤维素材料在众多应用中以巨大的量产生、加工和使用。这类物料经常使用一次，并且随后作为废物丢弃，或者简单地被认为是废料，例如，污水、蔗渣、锯屑和秸秆。

各种纤维素和木质纤维素材料、其用途和应用已经在美国专利No.7,307,108、7,074,918、6,448,307、6,258,876、6,207,729、5,973,035和5,952,105以及许多专利申请中描述，包括2006年3月23日提交的PCT/US2006/010648“FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES(纤维物料和复合材料)”和美国专利申请公开No.2007/00454564“FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES(纤维物料和复合材料)”。

概述

本文中公开了这样的工艺，其通过将物料(如纤维素或木质纤维素原料)的纤维素部分转化成低分子量糖而用于糖化或液化该物料，例如使用酶。本发明还涉及将原料转化成产物，例如，通过发酵。所述工艺包括使用分散系统来将纤维状和/或颗粒状原料分散于液体介质中。

本文中公开的工艺可以使用低堆密度物料，例如纤维素或木质纤维素原料，所述物料已经物理地经预处理以具有小于约0.75g/cm³的堆密度，例如，小于约0.7、0.65、0.60、0.50、0.35、0.25、0.20、0.15、0.10、0.05或更小，例如，小于0.025g/cm³。

这类物料可以是特别难以分散于液体中，例如，水或用于糖化、发酵或其他加工的溶剂体系。归因于它们的低堆密度，这些物料倾向于漂浮在液体的表面上而非被润湿并分散于液体中。在一些情况下，这些物料可以是疏水性的、高度结晶的，或否则难以润湿的。同时，需要在固形物水平相对高的分散体中加工原料，以便在加工后获得糖在糖化物料中的高终浓度或高浓度所需产物(例如，发酵后的高浓度乙醇或其他醇类)。在一些情况下，使用本文所述的方法，在加工期间分散体的固形物水平可以例如是以重量计至少10、15、20、22.5、25、27.5、30、35、40、45%或甚至至少50%溶解的固形物。例如，固形物水平可以是约10至50%，例如，约10-40%、10-30%或10-20%。

发明人已经发现，可以通过在添加原料期间使用某种设备增强添加至液体的原料的初始分散。本文所述的设备允许原料或其他固体或液体(例如，养分)快速和容易地分散于液体内，从而允许将大量原料高效添加至液体。原料的这种高效分散有助于减少液化时间并因此有助于高通量，并且促进高固形物水平混合物的产生。

在一个方面，本发明的特征在于一种方法，所述方法包括将容器中的生物质原料糖化，所述生物质原料已经使用分散系统而分散于液体介质中，所述分散系统包括腔室和在所述腔室内部的转动件，所述转动件将所述原料和液体介质轴向地抽入所述腔室内并且将所述原料在所述介质中的分散体从所述腔室径向地排出。

一些实施方式包括一个或多个以下特征：原料可以具有例如小于约0.5g/cm³的堆密度。液体介质可以包括水。该方法可以进一步包括将糖化剂(例如酶)输送至容器。转动件可以作为叶轮发挥作用，并且转动件在腔室内部的作用可以是起离心泵作用。该方法可以进一步包括在糖化期间用射流混合器混合。转动件可以包括与转子同轴设置的混合部件，所述转子以转子-定子关系与所述腔室的侧壁布置。所述分散系统可以进一步包括射流混合器。该方法可以进一步包括将所述原料和/或糖化剂从一个源输送至所述容器，所述源布置于该容器外部，例如位于所述容器上方或与其相邻，或与所述容器相隔一定距离并且通过管道与其连通。输送原料可以包括将该原料吹到容器中液体介质的表面上。该方法可以进一步包括将液体介质流从分散系统的腔室输送到在所述液体介质表面上的原料上面，以润湿所述原料。在输送至容器之前，原料可以处于大体上干燥的状态，例如，0.1至15%含湿量。从中输出的物料的源可以包括料斗，所述料斗可以与振动装置连通。该分散系统可以包括多个分散装置。

在一些实施方案中，糖化包括将原料以离散增量添加至液体介质；并且在添加另一个增量的原料之前，使用所述分散系统将每个离散增量的原料分散至液体介质内。该方法也可以包括在糖化期间监测原料、液体介质和糖化剂的混合物的葡萄糖水平。额外的原料和糖化剂可以在糖化期间添加至所述容器并且使用所述分散系统分散于所述介质中。