[发明专利]多介质爆破木质纤维素原料制备酒精的装置及其制备酒精的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多介质爆破木质纤维素原料制备酒精的装置及其制备酒精的方法。属于纤维素发酵生产酒精的领域。

背景技术

用蒸汽爆破或高压热水技术处理木质纤维原料生产酒精已经被广泛研究，目前已成为木质纤维原料生物质能转化热点之一。采用木质纤维原料蒸汽爆破后酶解工艺具有较简便的过程，能使木质素、半纤维素与纤维素分离有利于酶水解过程。因而，该技术得到人们极大的关注。但是，由于蒸汽爆破要求较高的温度和所需压力较大，因此能量耗费高，物料中半纤维素与淀粉损耗大，且副产物多，这些副产物对后续的酶水解和发酵过程有抑制作用，降低了糖类的利用率[Jung Myoung Lee et al.，2010；Z.Lewis Liu.，2011]。

在温度160-300℃时，水能大量离子化[Marshall W.L.and Franck E.U.，1981]，水在处理木质纤维原料时，能使木质素、半纤维素与纤维素从原料中分离出来。研究者发现，采用高压热水预处理木质纤维素能够得到比水蒸汽爆破高的半纤维素回收率与较低的抑制物[Mark Laser et al.，2002；Bruce S.Dien et al.，2008]。然而，该工艺也存在一些不利因素。为了提高物料半纤维素回收率和降低木质素含量，即采用分步高压热水处理工艺[Qiang Yu et al.，2010；Thomsen，M.H.et al.，2008；Chaogang Liu and Charles E.Wyman，2005]，但是该方法仍存在耗水量大、木糖回收的浓度低、过程复杂；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，虽然能提高糖回收率，但是，这些方法由于添加物质量大、工艺要求高、添入物不易除去等等因素，带来工序复杂、耗时、成本增高等因素迫在改进。

发明内容

本发明的目的是针对现存技术的不足而提供一种多介质爆破木质纤维素原料制备酒精的装置及其制备酒精的方法，其特点是该方法采用多介质对木质纤维素材料进行爆破，获得木质纤维素原料，加入纤维素酶、木聚糖酶和B-葡萄糖苷酶混合酶作为水解酶；经过糖化、发酵，获得发酵液，其酒精含量为0.5～5％的体积比，它使原料得到充分利用，发酵液中酒精含量高。

本发明的目的由以下技术措施实现，其中所用原料份数除特殊说明外，均为重量份数。

液态介质爆破木质纤维原料制备酒精的装置包括液氨钢瓶、氨减压阀、不锈钢阀I、爆破筒体、夹套、不锈钢阀II、收集罐、排气管、压力表、温度计和爆破架；液氨钢瓶通过液氨减压阀及不锈钢阀I与爆破筒体的一端连接，爆破筒体的另一端通过不锈钢阀II与收集罐连接，收集罐上设排气管。

爆破筒体上设压力表和温度计，爆破筒体外设夹套，夹套内设电加热管或蒸汽加热管，爆破筒体由爆破架支撑。

液态介质爆破木质纤维原料制备酒精的装置的制备酒精的方法包括以下步骤：

1)爆破木质纤维原料的制备

(1)、将含木质纤维素材料20～150份，加入液氨介质10～300份或者浓度为0.1～1.1mol/L的其它介质溶液10～300份于爆破筒体内，以备加热爆破；

(2)、接通夹套内电加热管或蒸汽加热管，升温速度为20～40℃/min，使液氨温度升至40～100℃、压力升至0.5～5Mpa，保持液氨爆破时间为20～60min或者将浓度为0.1～1.1mol/L的其它介质溶液升温至150～270℃，压力0.5～5Mpa，保持其它介质溶液的爆破时间为2～30min，爆破后的物料经不锈钢阀II送入收集罐，爆破物料经温度50～105℃干燥6～24h脱毒；

2)爆破木质纤维原料制备酒精的方法

(1)一步法制备酒精

将上述1)爆破后的物料，经pH4.8～5.0柠檬酸缓冲液调节干物料比水为1∶8～12的重量比，按每g干物料加入200～250FPU复合糖化酶，于温度45～55℃糖化20～28h，再按总发酵物质16％的接种量接入酵母，于温度32～42℃发酵3～5d，获得发酵液的酒精含量为0.5～5％的体积比发酵液。

(2)逐步法制备酒精

a、糖液的制备