Способ и устройство для ферментативного гидролиза, жидкая фракция и твердая фракция
METHOD AND DEVICE FOR ENZYMATIC HYDROLYSIS, LIQUID FRACTION AND SOLID FRACTION

Область техники
Изобретение относится к способу и устройству для ферментативного гидролиза. Кроме того, изобретение относится к жидкой и твердой фракции и их применению.
Уровень техники
Известны различные способы образования углеводов и лигнина из различных сырьевых материалов, таких как биомасса. Во многих процессах биопереработки, например, при гидролизе, вырабатывают лигнин и сахара после обработки биомассы. Известно использование ферментативного гидролиза в способах биопереработки.
Цель изобретения
Целью изобретения является улучшение ферментативного гидролиза. Другой целью изобретения является предоставление нового способа выполнения ферментативного гидролиза. Другой целью является получение жидкой фракции и твердой фракции в связи с ферментативным гидролизом. Другой целью является уменьшение дозирования ферментов.
Краткое описание изобретения
Способ ферментативного гидролиза отличается признаками, указанными в пункте 1 формулы изобретения.
Устройство для ферментативного гидролиза отличается признаками, указанными в пункте 15 формулы изобретения.
Жидкая фракция отличается признаками, указанными в пункте 22 формулы изобретения.
Твердая фракция отличается признаками, указанными в пункте 23 формулы изобретения.
Применение жидкой фракции отличается признаками, указанными в пункте 24 формулы изобретения.
Применение твердой фракции отличается признаками, указанными в пункте 25 формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
На приложенных чертежах, которые включены для обеспечения дополнительного понимания изобретения и составляют часть этого технического описания, показаны воплощения изобретения и, вместе с описанием, они помогают объяснению принципов изобретения. На чертежах:
Фиг. 1 представляет собой блок-схему способа согласно одному воплощению,
Фиг. 2 представляет собой блок-схему способа согласно другому воплощению,
Фиг. 3 представляет собой блок-схему способа согласно еще одному воплощению,
Фиг. 4 представляет собой блок-схему способа согласно еще одному воплощению,
Фиг. 5 представляет собой блок-схему способа согласно еще одному воплощению,
на Фиг. 6 показаны результаты одного примера, выполненного согласно одному воплощению способа,
на Фиг. 7 показаны результаты одного примера, выполненного согласно одному воплощению способа, и
на Фиг. 8 показаны результаты одного примера, выполненного согласно одному воплощению способа.
Подробное описание изобретения
В способе ферментативного гидролиза материал на растительной основе, предпочтительно материал на основе целлюлозы, подвергают гидролизу с помощью ферментов на по меньшей мере одной стадии ферментативного гидролиза. В способе подаваемый материал (1) на растительной основе, который может быть сырьевым материалом (7) на растительной основе или твердой фракцией (4) из любой стадии ферментативного гидролиза или предшествующей стадии ферментативного гидролиза, подают на стадию (2) ферментативного гидролиза, на которой подаваемый материал на растительной основе подвергают гидролизу. Содержащую углеводы жидкую фракцию (3) отделяют от твердой фракции (4) на стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости. По меньшей мере часть (5) содержащей ферменты твердой фракции (4), например, по меньшей мере часть по меньшей мере одной содержащей ферменты твердой фракции, подают рециклом в подаваемый материал (1) на растительной основе стадии (2) ферментативного гидролиза или на стадию (2) ферментативного гидролиза, в одном воплощении в подаваемый материал (1) на растительной основе любой стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, той же или предшествующей стадии ферментативного гидролиза или следующей стадии ферментативного гидролиза, или на любую стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, обратно на ту же или предшествующую стадию ферментативного гидролиза или на следующую стадию ферментативного гидролиза. Остальную часть (6) твердой фракции (4), например, по меньшей мере часть по меньшей мере одной твердой фракции, извлекают. Остальную часть твердой фракции можно использовать в качестве компонента продукта или промежуточного продукта, или ее можно подавать на следующую стадию ферментативного гидролиза или дополнительную стадию обработки, или ее можно отправлять на хранение, или ее можно обрабатывать с помощью другого вида обработки. В одном воплощении жидкую фракцию выводят из стадии отделения твердого вещества от жидкости.
Одно воплощение способа показано на Фиг. 1. Другое воплощение способа показано на Фиг. 2. Еще одно воплощение способа показано на Фиг. 3. Еще одно воплощение способа показано на Фиг. 4. Еще одно воплощение способа показано на Фиг. 5.
Устройство содержит по меньшей мере одну ступень (2) ферментативного гидролиза, по меньшей мере одно подающее устройство для подачи подаваемого материала (1) на растительной основе, который может быть сырьевым материалом (7) на растительной основе или твердой фракцией (4) с любой ступени ферментативного гидролиза или предшествующей ступени ферментативного гидролиза, на ступень (2) ферментативного гидролиза, на которой подаваемый материал на растительной основе подвергают гидролизу, по меньшей мере одну ступень (11) отделения твердого вещества от жидкости, на которой содержащую углеводы жидкую фракцию (3) отделяют от твердой фракции (4), и по меньшей мере одно устройство рециркуляции для подачи рециклом по меньшей мере части (5) содержащей ферменты твердой фракции (4) в подаваемый материал (1) на растительной основе ступени (2) ферментативного гидролиза или на ступень (2) ферментативного гидролиза, в одном воплощении в подаваемый материал (1) на растительной основе любой ступени (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, той же или предшествующей ступени ферментативного гидролиза или следующей ступени ферментативного гидролиза, или на любую ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, обратно на ту же или предшествующую ступень ферментативного гидролиза или на следующую ступень ферментативного гидролиза. Кроме того, устройство может содержать по меньшей мере одно средство извлечения остальной части (6) твердой фракции (4), например, средство выведения остальной части твердой фракции из устройства или средство подачи остальной части твердой фракции на следующую ступень ферментативного гидролиза или ступень другой обработки.
В данном случае ферментативный гидролиз означает любой ферментативный гидролиз. В одном воплощении ферментативный гидролиз является ферментативным гидролизом углеводов, например, целлюлозы.
6
12
6
6
2
n
5
10
5
5
2
n
6
12
6
5
10
5
12
22
11
6
10
5
n
5
8
4
n
В данном случае жидкая фракция (3, 9, 20) означает жидкость или жидкую композицию, которая содержит в основном растворимые углеводы и которую отделяют от твердой фракции. В предпочтительном воплощении жидкая фракция содержит углеводы, предпочтительно С6 углеводы (СНО или С(НО)). Кроме того, жидкая фракция может содержать С5 углеводы (СНО или (СНО)). Жидкая фракция может содержать такие углеводы, как моносахариды (СНО или СНО), дисахариды (СНО), олигосахариды и/или полисахариды ((CHO) или (CHO)). В одном воплощении жидкая фракция содержит растворимые С5 и С6 углеводы и другие углеводы. В одном воплощении жидкая фракция содержит растворимые С5 углеводы и другие углеводы. В одном воплощении жидкая фракция содержит растворимые С6 углеводы и другие углеводы. Жидкая фракция также может содержать другие компоненты.
6
12
6
6
2
n
В данном случае твердая фракция (4, 10, 21) или ее часть означает любую твердую фракцию, содержащую твердые вещества, такие как твердый материал, например, твердый осадок, пульпа высокой степени густоты, агломераты и т.п., когда жидкая фракция отделена от твердой фракции. Однако часть жидкости или влага остается в твердой фракции. В предпочтительном воплощении твердая фракция содержит лигнин. Кроме того, твердая фракция содержит углеводы, например, твердые С6 углеводы (СНО или С(НО)). Твердая фракция также может содержать другие углеводы и другие компоненты.
В данном случае подаваемый материал (1) на растительной основе означает любой подаваемый материал на растительной основе. В одном воплощении подаваемый материал на растительной основе представляет собой сырьевой материал (7) на растительной основе. В одном воплощении подаваемый материал на растительной основе представляет собой твердую фракцию (4, 6, 10, 16, 21, 22) из предшествующей стадии обработки, например, из предшествующей стадии ферментативного гидролиза или из любой стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза.
В данном случае сырьевой материал (7) на растительной основе означает любой сырьевой материал на растительной основе, например, сырьевой материал на основе древесины и/или другой материал на растительной основе. Предпочтительно сырьевой материал на растительной основе представляет собой материал на основе целлюлозы. Сырьевой материал на растительной основе содержит лигнин, целлюлозу и гемицеллюлозу. В одном воплощении сырьевой материал на растительной основе образован из материала, выбранного из группы, состоящей из материала на основе древесины, древесины, лигноцеллюлозной биомассы, сельскохозяйственных отходов, материала на основе жома, жома сахарного тростника, материала на основе кукурузы, кукурузных початков, пшеничной соломы, рисовой соломы, древесной биомассы, древесных многолетних растений, сосудистых растений и т.п. и их смесей и их сочетаний. В одном воплощении сырьевой материал на растительной основе содержит материал на древесной основе или смесь, содержащую материал на древесной основе. В одном воплощении сырьевой материал на растительной основе представляет собой материал на основе древесины или смесь, содержащую материал на основе древесины. В одном воплощении материал на основе древесины выбирают из твердой древесины, мягкой древесины или их сочетания. В одном воплощении сырьевой материал на растительной основе содержит кусочки растений, например, кусочки древесины.
n
2
n
n
2
n-1
6
12
6
5
10
5
12
22
11
6
10
5
n
5
8
4
n
5
10
5
5
2
n
6
12
6
6
2
n
В одном воплощении сырьевой материал (7) на растительной основе содержит углеводы и лигнин. Предпочтительно углеводы содержат C(HO) или C(HO). Углеводы могут содержать моносахариды (СНО или СНО), дисахариды (СНО), олигосахариды и/или полисахариды ((CHO) или (CHO)). Предпочтительно сырьевой материал на растительной основе содержит такие углеводы, как растворимые углеводы, например, С5 углеводы (СНО или C(HO)), и твердые углеводы, например, С6 углеводы (СНО или С(HO)).
Сырьевой материал (7) на растительной основе может содержать один или более компонентов. Предпочтительно сырьевой материал на растительной основе находится в форме суспензии, которая содержит жидкость, такую как вода. Предпочтительно сырьевой материал на растительной основе обрабатывают для растворения по меньшей мере части гемицеллюлозы.
2
В одном воплощении сырьевой материал (7) на растительной основе предварительно обработан, предпочтительно посредством подходящей предварительной обработки. Стадию предварительной обработки можно выбрать из группы, состоящей из физической предварительной обработки, такой как измельчение, экструзия, микроволновая предварительная обработка, ультразвуковая предварительная обработка и предварительная обработка замораживанием; химической предварительной обработки, такой как предварительная обработка кислотой, предварительная обработка щелочью, предварительная обработка ионной жидкостью, предварительная обработка органическим растворителем и озонолиз; физико-химической предварительной обработки, такой как предварительная обработка паровым взрывом, предварительная обработка взрывом волокон в присутствии аммиака, предварительная обработка взрывом в присутствии СО, предварительная обработка горячей водой и влажное окисление; биологическая предварительная обработка и их сочетания. В одном воплощении сырьевой материал на растительной основе обрабатывают посредством гидролиза, например, гидролиза в кислой среде, автогидролиза, термогидролиза, гидролиза в сверхкритических условиях и/или гидролиза в докритических условиях, при котором по меньшей мере часть гемицеллюлозы отделяют от сырьевого материала в результате гидролиза. В одном воплощении сырьевой материал на растительной основе обрабатывают посредством парового взрыва, при котором обрабатывают гемицеллюлозу и по меньшей мере часть полисахаридов гемицеллюлозы разлагаются на моносахариды и олигосахариды посредством гидролиза и давление быстро сбрасывают. В одном воплощении сырьевой материал на растительной основе обрабатывают посредством гидролиза и посредством парового взрыва на одной или более стадиях. В одном воплощении сырьевой материал на растительной основе обрабатывают посредством каталитической предварительной обработки, например, с использованием кислоты или основания в качестве катализатора. На стадии предварительной обработки сырьевой материал на растительной основе поступает в реакторный блок, в котором происходит предварительная обработка. Сырьевой материал на растительной основе можно обработать посредством одной или более предварительных обработок. Обработанный сырьевой материал (7) на растительной основе можно затем подавать непосредственно или через промежуточную стадию или через промежуточное хранение на стадию (2) ферментативного гидролиза. Кроме того, в одном воплощении сырьевой материал на растительной основе можно обезвоживать, например, с помощью отжимных прессов, и/или промывать на одной или двух или более стадиях. Обезвоживание дает возможность отделить потоки на основе сахаров.
В одном воплощении сырьевой материал (7) на растительной основе разбавляют жидкостью, предпочтительно водой, например, свежей водой или рециркулируемой технологической водой, например, из процесса очистки лигнина, или паром с образованием подаваемого материала для стадии (2) ферментативного гидролиза. Предпочтительно сырьевой материал на растительной основе разбавляют до подходящего содержания твердых веществ. Воду для разбавления можно добавлять перед стадией ферментативного гидролиза, например, на стадии смешивания или перед стадией смешивания. В одном воплощении концентрация сырьевого материала на растительной основе при подаче на стадию ферментативного гидролиза составляет 2-60 масс. % (ОТВ, общее содержание твердых веществ, при 105°С), предпочтительно 4-40 масс. % (ОТВ, общее содержание твердых веществ, при 105°С), более предпочтительно 10-30 масс. % (ТВ, общее содержание твердых веществ, при 105°С).
В одном воплощении сырьевой материал (7) на растительной основе подают на стадию (2) ферментативного гидролиза посредством любого подходящего подающего устройства, такого как насос, например, насоса Моно или поршневого насоса, или другого подходящего насоса. Выбор подающего устройства основан, например, на концентрации и/или вязкости при подаче сырьевого материала на растительной основе.
В одном воплощении сырьевой материал (7) на растительной основе или твердую фракцию (4, 5, 6, 10, 15, 16, 21, 22, 23) подают на стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза в виде однородного потока. В одном воплощении сырьевой материал (7) на растительной основе или твердую фракцию (4, 5, 6, 10, 15, 16, 21, 22, 23) подают на стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза поэтапно или постепенно для подачи материала, который является более густым, чем материал на стадии ферментативного гидролиза.
Способ или устройство могут содержать одну или более стадий или ступеней (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении способ или устройство содержат одну стадию или ступень ферментативного гидролиза. В одном воплощении способ или устройство содержат более одной стадии или ступени ферментативного гидролиза. В одном воплощении стадия ферментативного гидролиза является непрерывной технологической стадией. В одном воплощении стадия ферментативного гидролиза является периодической технологической стадией. В одном воплощении по меньшей мере одна стадия ферментативного гидролиза является непрерывной стадией, в предпочтительном воплощении по меньшей мере стадия ферментативного гидролиза, в которую подают рециклом часть (5, 15, 23) твердой фракции или из которой подают рециклом часть (5, 15, 23) твердой фракции, является непрерывной стадией. В одном воплощении способ или устройство содержат первую стадию или ступень (2) ферментативного гидролиза и вторую стадию или ступень (8, 17) ферментативного гидролиза, например, стадию (ступень) дополнительного ферментативного гидролиза или стадию (ступень) очистки лигнина. В одном воплощении первая стадия ферментативного гидролиза является непрерывной стадией, а вторая стадия ферментативного гидролиза является непрерывной стадией или периодической стадией. В одном воплощении первая стадия ферментативного гидролиза является периодической стадией, а вторая стадия ферментативного гидролиза является периодической стадией или непрерывной стадией. В одном воплощении способ или устройство содержат первую стадию или ступень (2) ферментативного гидролиза, вторую стадию или ступень (8) ферментативного гидролиза, например, стадию дополнительного ферментативного гидролиза, и третью стадию или ступень (17) ферментативного гидролиза, например, стадию очистки лигнина. В одном воплощении первая стадия ферментативного гидролиза является непрерывной стадией, вторая стадия ферментативного гидролиза является непрерывной стадией, а третья стадия ферментативного гидролиза является непрерывной или периодической стадией. В одном воплощении первая стадия ферментативного гидролиза является непрерывной стадией, вторая стадия ферментативного гидролиза является периодической стадией, а третья стадия ферментативного гидролиза является непрерывной стадией или периодической стадией. В одном воплощении первая стадия ферментативного гидролиза является периодической стадией, вторая стадия ферментативного гидролиза является периодической стадией и третья стадия ферментативного гидролиза является периодической стадией или непрерывной стадией. В одном воплощении первая стадия ферментативного гидролиза является периодической стадией, вторая стадия ферментативного гидролиза является непрерывной стадией, а третья стадия ферментативного гидролиза является периодической стадией или непрерывной стадией. В одном воплощении способ или устройство содержат более трех стадий или ступеней ферментативного гидролиза.
В одном воплощении ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза включает реактор, сосуд, контейнер, другое подходящее устройство или их сочетание, в котором выполняют ферментативный гидролиз.
В одном воплощении по меньшей мере одна ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза включает по меньшей мере один реактор ферментативного гидролиза непрерывного действия. В одном воплощении по меньшей мере одна ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза включает по меньшей мере один реактор ферментативного гидролиза периодического действия. В одном воплощении по меньшей мере одна ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза включает по меньшей мере один реактор ферментативного гидролиза непрерывного действия и по меньшей мере одна ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза включает по меньшей мере один реактор ферментативного гидролиза периодического действия. В одном воплощении каждая непрерывная ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза включает по меньшей мере один реактор ферментативного гидролиза непрерывного действия.
В одном воплощении материал на растительной основе, такой как сырьевой материал (7) на растительной основе, или твердую фракцию (4, 10, 21) подвергают гидролизу на по меньшей мере одной стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза с помощью ферментов. В одном воплощении сырьевой материал (7) на растительной основе подают на первую стадию (2) ферментативного гидролиза, и твердую фракцию (4, 10, 21), отделенную после ферментативного гидролиза, подают на следующую стадию (8, 17) ферментативного гидролиза, на которой обрабатывают твердую фракцию.
Стадия или ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза может содержать одну или более стадий ферментативного гидролиза или один или более реакторов ферментативного гидролиза. В одном воплощении стадия или ступень ферментативного гидролиза содержит одну стадию ферментативного гидролиза или один реактор ферментативного гидролиза. В одном воплощении стадия или ступень ферментативного гидролиза содержит более одной стадий ферментативного гидролиза или более одного реакторов ферментативного гидролиза.
В одном воплощении среднее время пребывания на первой стадии (2) ферментативного гидролиза составляет менее 72 часов, в одном воплощении менее 48 часов и в одном воплощении менее 24 часов. В одном воплощении среднее время пребывания на первой стадии ферментативного гидролиза составляет более 4 часов, в одном воплощении более 6 часов и в одном воплощении более 8 часов. В одном воплощении среднее время пребывания на первой стадии ферментативного гидролиза составляет 4-72 часа, в одном воплощении 6-48 часов и в одном воплощении 8-24 часа.
В одном воплощении среднее время пребывания на второй или более поздней стадии (8, 17) ферментативного гидролиза составляет менее 72 часов, в одном воплощении менее 48 часов и в одном воплощении менее 24 часов. В одном воплощении среднее время пребывания на второй или более поздней стадии ферментативного гидролиза составляет более 4 часов, в одном воплощении более 6 часов и в одном воплощении более 8 часов. В одном воплощении среднее время пребывания на второй или более поздней стадиях ферментативного гидролиза составляет 4-72 часа, в одном воплощении 6-48 часов и в одном воплощении 8-24 часа. В одном воплощении среднее время пребывания на второй стадии (8) ферментативного гидролиза составляет менее 72 часов, в одном воплощении менее 48 часов и в одном воплощении менее 24 часов. В одном воплощении среднее время пребывания на второй стадии ферментативного гидролиза составляет более 4 часов, в одном воплощении более 6 часов и в одном воплощении более 8 часов. В одном воплощении среднее время пребывания на второй стадии ферментативного гидролиза составляет 4-72 часа, в одном воплощении 6-48 часов и в одном воплощении 8-24 часа. В одном воплощении среднее время пребывания на последней стадии (17) ферментативного гидролиза зависит от количества активного фермента на последней стадии ферментативного гидролиза. В одном воплощении последнюю стадию ферментативного гидролиза выполняют без добавления фермента. В одном воплощении на последней стадии ферментативного гидролиза добавляют фермент. В одном воплощении на последней стадии ферментативного гидролиза выполняют очистку твердой фракции, например, лигнина. В одном воплощении количество углеводов в твердой фракции (21) после последней стадии ферментативного гидролиза составляет менее 30 масс. %, предпочтительно менее 20 масс. %, более предпочтительно менее 10 масс. %.
В одном воплощении твердую фракцию (4, 10, 21) или ее часть (5, 6, 15, 16, 22, 23) разбавляют жидкостью, предпочтительно водой, например, свежей водой или рециркулируемой технологической водой, например, из процесса очитски лигнина, или паром после стадии (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости, и/или перед подачей на следующую стадию (8, 17) ферментативного гидролиза, и/или перед рециркуляцией на стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении подаваемый материал (1) на растительной основе разбавляют жидкостью, предпочтительно водой, например, свежей водой или рециркулируемой технологической водой, например, из процесса очистки лигнина, или паром в связи со стадией (2, 8, 17) ферментативного гидролиза и/или перед подачей на стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. Предпочтительно твердую фракцию или подаваемый материал на растительной основе разбавляют до подходящего содержания твердых веществ. В одном воплощении воду для разбавления можно добавлять перед ферментативным гидролизом, например, на стадии смешивания или перед стадией смешивания. В одном воплощении температуру стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза регулируют посредством температуры жидкости для разбавления и/или посредством другого подходящего способа регулирования температуры. В одном воплощении твердую фракцию (4, 10, 21) или ее часть (5, 6, 15, 16, 22, 23) или подаваемый материал (1) на растительной основе подают без разбавления на стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза.
В одном воплощении степень густоты подаваемого материала (1) на растительной основе или сырьевого материала (7) на растительной основе составляет менее 40%, в одном воплощении менее 30% и в одном воплощении менее 25% ОТВ (общее содержание твердых веществ, при 105°С) на первой стадии (2) ферментативного гидролиза. В одном воплощении степень густоты подаваемого материала на растительной основе или сырьевого материала на растительной основе составляет более 4%, в одном воплощении более 10% и в одном воплощении более 15% ОТВ (при 105°С) на первой стадии ферментативного гидролиза. В одном воплощении степень густоты подаваемого материала на растительной основе или сырьевого материала на растительной основе составляет 4-40% ОТВ (при 105°С), в одном воплощении 10-30% ОТВ (при 105°С) и в одном воплощении 15-25% ОТВ (при 105°С) на первой стадии ферментативного гидролиза. В одном воплощении степень густоты подаваемого материала на растительной основе или сырьевого материала на растительной основе составляет 4-10% ОТВ (при 105°С) на первой стадии ферментативного гидролиза.
В одном воплощении степень густоты подаваемого материала (1) на растительной основе или твердой фракции (4, 6, 10, 16, 21, 22) составляет менее 40%, в одном воплощении менее 30%, в одном воплощении менее 25% ОТВ (общее содержание твердых веществ, при 105°С) на второй или любой последующей стадии (8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении степень густота подаваемого материала на растительной основе или твердой фракции составляет более 10%, в одном воплощении более 15%, в одном воплощении более 16% ОТВ (при 105°С) на второй или любой последующей стадии ферментативного гидролиза. В одном воплощении степень густоты подаваемого материала на растительной основе или твердой фракции составляет 10-40%, в одном воплощении 15-30%, в одном воплощении 16-25% ОТВ (при 105°С) на второй или любой последующей стадии ферментативного гидролиза. В одном воплощении степень густоты подаваемого материала на растительной основе или твердой фракции составляет менее 40%, в одном воплощении менее 30%, в одном воплощении менее 25% ОТВ (общее содержание твердых веществ, при 105°С) на второй стадии (8) ферментативного гидролиза. В одном воплощении степень густоты подаваемого материала на растительной основе или твердой фракции составляет более 10%, в одном воплощении более 15%, в одном воплощении более 16% ОТВ (при 105°С) на второй стадии ферментативного гидролиза. В одном воплощении степень густоты подаваемого материала на растительной основе или твердой фракции составляет 10-40%, в одном воплощении 15-30%, в одном воплощении 16-25% ОТВ (при 105°С) на второй стадии ферментативного гидролиза.
В одном воплощении способ включает по меньшей мере одну стадию смешивания в связи со стадией (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, перед стадией ферментативного гидролиза, или на стадии ферментативного гидролиза, или в течение ферментативного гидролиза. В одном воплощении способ включает стадию смешивания в связи с первой стадией ферментативного гидролиза. В одном воплощении способ включает стадию смешивания в связи со стадиями ферментативного гидролиза, следующими за первой стадией ферментативного гидролиза, например, в связи со второй стадией ферментативного гидролиза или в связи с любой стадией ферментативного гидролиза, следующей за второй стадией ферментативного гидролиза. В одном воплощении способ включает стадию смешивания в связи с любой требуемой стадией ферментативного гидролиза. Предпочтительно смешивание является смешиванием, в котором присутствует значительное сдвиговое усилие для смешивания жидкости и твердых веществ в однородную смесь в течение смешивания. Кроме, твердые вещества можно измельчать с помощью эффективного смешивания. Твердые частицы могут разрушаться, что приводит к высокой удельной поверхности. В одном воплощении температуру материала можно повысить на 5-15°С в течение стадии смешивания. В одном воплощении устройство содержит по меньшей мере одно смешивающее устройство, которое может быть выбрано из группы, состоящей из смесителя, шнекового смесителя, насоса, другого подходящего устройства или их сочетания.
В одном воплощении перед стадией (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, на стадии смешивания или перед стадией смешивания, или в течение стадии ферментативного гидролиза регулируют рН. В одном воплощении рН составляет 3-8, в одном воплощении 3,5-7 и в одном воплощении 4-6. В одном воплощении рН регулируют так, чтобы рН был предпочтителен для используемого в способе фермента.
В одном воплощении условия способа регулируют на стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза так, чтобы условия способа, такие как температура и рН и, в одном воплощении, степень густоты, были предпочтительны для используемого в способе фермента.
В одном воплощении после стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза выполняют обезвоживание.
Предпочтительно способ и устройство содержат по меньшей мере одну стадию или ступень (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости, предпочтительно после стадии или ступени (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении устройство содержит по меньшей мере одно устройство для отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении устройство содержит более одного устройства для отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении каждая ступень (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости содержит по меньшей мере одно устройство для отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении ступень отделения твердого вещества от жидкости содержит более одного устройств для отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении каждая ступень отделения твердого вещества от жидкости содержит одно устройство для отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении жидкую фракцию (3, 9, 20) отделяют от твердой фракции (4, 10, 21) с помощью одного устройства для отделения твердого вещества от жидкости на более чем одной стадии (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении одно устройство для отделения твердого вещества от жидкости можно использовать на одной или более стадиях (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении одно устройство для отделения твердого вещества от жидкости можно использовать на более чем одной стадии отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении разделительное устройство содержит одну или более ступеней отделения, например, участков отделения.
Стадия отделения твердого вещества от жидкости может включать один или более этапов отделения. В одном воплощении стадия отделения твердого вещества от жидкости включает различные процедуры, которые можно осуществить на одном или более этапов отделения. В одном воплощении жидкую фракцию отделяют за один этап. Альтернативно, жидкую фракцию можно отделять на более чем одном этапе. В одном воплощении жидкую фракцию отделяют на каждом этапе отделения.
В одном воплощении по меньшей мере одна ступень (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости расположена в соединении со ступенью (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении одна ступень (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости расположена после ступени (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении одна ступень (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости расположена после последней ступени ферментативного гидролиза или реактора (2с) ступени (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении ступень отделения твердого вещества от жидкости расположена после требуемых ступеней ферментативного гидролиза или реакторов (2а, 2b, 2с) ступени(2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении ступень отделения твердого вещества от жидкости расположена после каждой ступени ферментативного гидролиза или реакторов (2а, 2b, 2с) ступени (2, 8, 17) ферментативного гидролиза.
Предпочтительно стадия (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости включает отделение жидкой фракции (3, 9, 20) от твердых веществ, таких как твердая фракция (4, 10, 21). В одном воплощении жидкую фракцию отделяют от твердой фракции с помощью фильтрации, центробежной обработки или их сочетаний. В одном воплощении фильтрацию выполняют под давлением, при пониженном давлении или при повышенном давления.
В одном воплощении устройство для отделения твердого вещества от жидкости основано на противоточной промывке. В одном воплощении устройство для отделения твердого вещества от жидкости выбрано из группы, состоящей из фильтрационного устройства, устройства вакуумной фильтрации, пресс-фильтра, ленточного пресс-фильтра, центробежного устройства, шнекового пресса и их сочетаний. В одном воплощении устройство для отделения твердого вещества от жидкости выбрано из группы, состоящей из устройства фильтрации под давлением, устройства вакуумной фильтрации, фильтрационного устройства на основе пониженного давления, фильтрационного устройства на основе повышенного давления, пресс-фильтра, другого подходящего пресса, центробежного устройства и их сочетаний. В одном воплощении устройство для отделения твердого вещества от жидкости представляет собой устройство фильтрации под давлением, устройство вакуумной фильтрации, фильтрационное устройство на основе пониженного давления или фильтрационное устройство на основе повышенного давления. В одном воплощении устройство для отделения твердого вещества от жидкости представляет собой ленточный пресс-фильтр, двухсеточный пресс или центрифугу.
Альтернативно, устройство для отделения твердого вещества от жидкости может представлять собой другое промывочное устройство, в котором используют небольшое количество промывочной воды и промывку осуществляют при высоком содержании сухого вещества. В этом случае можно достичь хорошего извлечения. Альтернативно, устройство для отделения твердого вещества от жидкости может представлять собой любое подходящее разделительное устройство.
В одном воплощении стадия (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости включает фильтрацию, при которой жидкую фракцию (3, 9, 20) отделяют в жидкой форме и образуется твердый материал. Предпочтительно при фильтрации используют давление. В одном воплощении жидкость отделяют с помощью разницы давлений, например, с помощью вакуума или повышенного давления. В одном воплощении стадия отделения твердого вещества от жидкости включает промывку, где промывку выполняют вытеснением небольшим количеством чистой воды для удаления большей части Сахаров, ингибиторов и других растворимых соединений из твердой фракции (4, 10, 21) и для обеспечения высокого извлечения растворимых соединений. Предпочтительно отношение промывочной воды к твердому веществу составляет менее 6, предпочтительно менее 3 и более предпочтительно менее 1,5. В одном воплощении стадия (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости включает фильтрацию и промывку. Предпочтительно высокой концентрации и извлечения растворимого материала в жидкой фазе можно достичь с небольшим количеством чистой воды. Кроме того, можно получить твердую фракцию с незначительным количеством растворимых соединений, или твердую фракцию, которая по существу не содержит растворимых соединений, или твердую фракцию, обедненную растворимыми соединениями.
В одном воплощении жидкую фракцию (3, 9, 20) отделяют с помощью фильтрации под давлением. В одном воплощении устройство содержит по меньшей мере одно устройство фильтрации под давлением в качестве устройства для отделения твердого вещества от жидкости.
На различных стадиях отделения твердого вещества от жидкости отделение можно выполнять с помощью одинаковых или различных способов отделения или разделительных устройств.
В одном воплощении устройство содержит по меньшей мере одно средство подачи промежуточного продукта (30, 31, 32) из стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза на стадию (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении средство подачи промежуточного продукта (30, 31, 32) выбрано из группы, состоящей из транспортера, шнекового загрузочного устройства, ленты, насоса, трубы, трубки, патрубка, трубопровода, канала, выпускного отверстия, другого подходящего подающего устройства и их сочетаний.
В одном воплощении устройство содержит по меньшей мере одно средство подачи твердой фракции (4, 6, 10, 16, 21, 22) на следующую стадию (8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении средство подачи твердой фракции выбрано из группы, состоящей из транспортера, шнекового загрузочного устройства, ленты, насоса, трубы, трубки, патрубка, трубопровода, канала, выпускного отверстия, другого подходящего подающего устройства и их сочетаний.
В одном воплощении устройство содержит по меньшей мере одно средство или по меньшей мере одно устройство для отделения части (5, 15, 23) твердой фракции для подачи рециклом на ферментативный гидролиз, например, на любую стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. Кроме того, устройство предпочтительно содержит по меньшей мере одно устройство рециркуляции для подачи рециклом по меньшей мере части (5, 15, 23) по меньшей мере одной содержащей ферменты твердой фракции (4, 10, 21) в подаваемый материал (1) на растительной основе стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза или на стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, в одном воплощении в подаваемый материал (1) на растительной основе любой стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, той же или предшествующей стадии ферментативного гидролиза или следующей стадии ферментативного гидролиза, или на любую стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, обратно на ту же или предшествующую стадию ферментативного гидролиза или на следующую стадию ферментативного гидролиза.
В одном воплощении часть (5, 15, 23) твердой фракции (4, 10, 21) можно подавать рециклом в связи с по меньшей мере одной стадией (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть твердой фракции рециркулируют в связи с одной стадией ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть твердой фракции подают рециклом в связи с более чем одной стадией ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть (5) твердой фракции подают рециклом в связи с первой стадией (2) ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть (15) твердой фракции подают рециклом в связи со второй стадией (8) ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть (23) твердой фракции подают рециклом в связи с третьей стадией (17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть твердой фракции подают рециклом в связи с каждой стадией ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть твердой фракции подают рециклом на требуемую предшествующую стадию ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть твердой фракции подают рециклом обратно на ту же стадию ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть твердой фракции подают рециклом на следующую стадию ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть твердой фракции из по меньшей мере одной заданной стадии ферментативного гидролиза подают рециклом в связи с требуемой стадией ферментативного гидролиза. В предпочтительном воплощении часть твердой фракции подают рециклом на такую стадию ферментативного гидролиза, на которой отношение глюкозы к лигнину больше, чем в рециркулируемой твердой фракции (5, 15, 23).
В одном воплощении способ или устройство содержат одно устройство рециркуляции и ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, содержащую один реактор ферментативного гидролиза. В одном воплощении способ или устройство содержат одно устройство рециркуляции и ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, содержащую более одного реактора (2а, 2b, 2с) ферментативного гидролиза. В одном воплощении способ или устройство содержат более одного устройства рециркуляции и ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, включающую более одного реакторов (2а, 2b, 2с) ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть твердой фракции рециркулируют на требуемую ступень (2а, 2b, 2с) стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза.
В одном воплощении способ содержит более одной стадий (2, 8, 17) ферментативного гидролиза и по меньшей мере часть (5, 15, 23) по меньшей мере одной содержащей ферменты твердой фракции (4, 10, 21) подают рециклом в подаваемый материал (1) на растительной основе по меньшей мере одной стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза или на по меньшей мере одну стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении устройство содержит более одной ступени (2, 8, 17) ферментативного гидролиза и по меньшей мере одно устройство рециркуляции предназначено для рециркуляции по меньшей мере части (5, 15, 23) по меньшей мере одной содержащей ферменты твердой фракции (4, 10, 21) в подаваемый (1) на растительной основе по меньшей мере одной ступени (2, 8, 17) ферментативного гидролиза или на по меньшей мере одну ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза.
В одном воплощении способ содержит более одной стадий (2, 8, 17) ферментативного гидролиза и по меньшей мере часть (5, 15, 23) по меньшей мере одной содержащей ферменты твердой фракции (4, 10, 21) подают рециклом обратно в подаваемый материал (1) на растительной основе той же стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза или на ту же стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, а остальную часть (6, 16, 22) твердой фракции (4, 10, 21) подают на следующую стадию (8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении устройство включает более одной ступени (2, 8, 17) ферментативного гидролиза и устройство рециркуляции для рециркуляции по меньшей мере части (5, 15, 23) по меньшей мере одной содержащей ферменты твердой фракции (4, 10, 21) обратно в подаваемый материал (1) на растительной основе той же ступени (2, 8, 17) ферментативного гидролиза или на ту же ступень (2, 8, 17) ферментативного гидролиза и средство подачи остальной части (6, 16, 22) твердой фракции (4, 10, 21) на следующую ступень (8, 17) ферментативного гидролиза.
В одном воплощении часть (5, 15, 23) содержащей ферменты твердой фракции (4, 10, 21) подают рециклом обратно в подаваемый материал (1) на растительной основе той же или предшествующей стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть (5, 15, 23) содержащей ферменты твердой фракции (4, 10, 21) подают рециклом обратно на ту же или предшествующую стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении часть (5, 15, 23) содержащей ферменты твердой фракции (4, 10, 21) подают рециклом обратно в подаваемый материал (1) на растительной основе любой стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, следующей или более поздней стадии ферментативного гидролиза, или на любую стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, следующую или более позднюю стадию ферментативного гидролиза. Предпочтительно большая часть ферментов присоединяется к твердой фракции. В одном воплощении загрузка стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза содержит подаваемый материал (1) на растительной основе в количестве 10-90 масс. %, в одном воплощении 20-60 масс. % и в одном воплощении 25-35 масс. %. В одном воплощении загрузка стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза содержит рециркулируемую твердую фракцию (5, 15, 23) в количестве 10-90 масс. %, в одном воплощении 40-80 масс. % и в одном воплощении 65-75 масс. %.
В одном воплощении, когда достигают состояния равновесия процесса, масса (масс. %) лигнина в извлеченной твердой фракции (6, 16, 22) по существу равна массе (масс. %) лигнина в свежем подаваемом материале (1) на растительной основе, который подают на стадию ферментативного гидролиза.
В одном воплощении фермент (13, 14, 24) добавляют в связи со стадией (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении фермент добавляют на стадии смешивания или перед стадией смешивания. В одном воплощении устройство содержит устройство для добавления фермента. В одном воплощении фермент (13, 14, 24) добавляют в связи со стадией (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, на которую подают рециклом по меньшей мере часть (5, 15, 23) содержащей ферменты твердой фракции (4, 10, 21). В одном воплощении фермент (13) добавляют в связи с первой стадией (2) ферментативного гидролиза. В одном воплощении фермент (13, 14, 24) добавляют в подаваемый материал (1) на растительной основе. В одном воплощении фермент (13, 14, 24) добавляют на стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении фермент добавляют в твердую фракцию (4, 6, 10, 16, 21, 22) перед стадией (2, 8, 17) ферментативного гидролиза или в течение ферментативного гидролиза. В одном воплощении фермент (13, 14, 24) добавляют в рециркулируемую твердую фракцию (5, 15, 23). В одном воплощении фермент (13, 14, 24) добавляют на любую стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, на первую стадию (2), вторую стадию (8) или любую более позднюю стадию (17) ферментативного гидролиза, например, на стадию очистки лигнина. В одном воплощении фермент добавляют в связи со стадией (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, перед стадией ферментативного гидролиза или в течение ферментативного гидролиза. Предпочтительно фермент (13, 14, 24) добавляют на стадию или этап, где условия способа являются предпочтительными для используемого в способе фермента или где фермент не денатурируется. В одном воплощении доза фермента составляет 30-70 масс. %, в одном воплощении 40-60 масс. %, в одном воплощении 45-55 масс. % от сравнительной дозы фермента на сравнительной стадии ферментативного гидролиза. В одном воплощении дозу фермента оптимизируют на основе материала загрузки, свойств фермента и/или требуемого превращения. В одном воплощении стадию (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, на которой по меньшей мере часть (5, 15) содержащей ферменты твердой фракции (4, 10, 21) подают рециклом обратно в подаваемый материал (1) на растительной основе, выполняют без добавления фермента.
В одном воплощении фермент не добавляют на второй или любой более поздней стадии (8, 17) ферментативного гидролиза. В одном воплощении вторую или любую более позднюю стадию (8, 17) ферментативного гидролиза выполняют без добавления фермента. Неожиданно было обнаружено, что второй или любой более поздний ферментативный гидролиз можно инициировать и продолжать ферментативный гидролиз без добавления фермента. Кроме того, было обнаружено, что фермент следует за твердой фракцией, и фермент предшествующей стадии (2, 8) ферментативного гидролиза можно подать на следующую стадию (8, 17) ферментативного гидролиза вместе с твердой фракцией. В одном воплощении фермент выбирают так, чтобы фермент обладал адгезией к твердым веществам. В одном воплощении рециркулируемый фермент активируется в течение смешивания.
В одном воплощении устройство содержит по меньшей мере одно средство извлечения твердой фракции (4, 10, 21) или ее части (6, 16, 22) после стадии (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости, например, любой стадии отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении средство извлечения твердой фракции выбирают из группы, состоящей из скомпонованного блока, выпускного отверстия, транспортера, шнекового устройства, ленты, трубы, трубки, патрубка, разгрузочного выпускного отверстия, разгрузочного клапана, разгрузочного канала, трубопровода, другого подходящего устройства и их сочетаний.
В одном воплощении по меньшей мере одну жидкую фракцию (3, 9, 20) извлекают после стадии (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости, например, любой стадии отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении устройство содержит по меньшей мере одно средство извлечения по меньшей мере одной жидкой фракции (3, 9, 20) после стадии (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении средство извлечения жидкой фракции выбирают из группы, состоящей из скомпонованного блока, выпускного отверстия, трубы, трубки, патрубка, разгрузочного выпускного отверстия, разгрузочного клапана, разгрузочного канала, трубопровода, другого подходящего устройства и их сочетаний. В одном воплощении объединяют по меньшей мере две жидких фракции (3, 9, 20). В одном воплощении объединяют все жидкие фракции.
В одном воплощении жидкую фракцию (3, 9, 20) образуют с помощью данного способа. В одном воплощении жидкая фракция содержит растворимые С5 и С6 углеводы после стадии (2, 8, 17) ферментативного гидролиза, например, после первой стадии (2) ферментативного гидролиза. В одном воплощении жидкая фракция содержит растворимые С6 углеводы после стадии ферментативного гидролиза. В одном воплощении жидкая фракция (9, 20) содержит растворимые С6 углеводы, и дополнительно она может содержать также С5 углеводы, предпочтительно менее 20 масс. %, более предпочтительно менее 10 масс. %, наиболее предпочтительно менее 5 масс. % углеводов, после второй или любой более поздней стадии (8, 17) ферментативного гидролиза. Предпочтительно жидкая фракция (3, 9, 20) может содержать другие моносахариды, дисахариды, олигосахариды и/или полисахариды. В одном воплощении жидкая фракция (3, 9, 20) содержит галактозу, глюкозу, маннозу, арабинозу, ксилозу, глюкуроновую кислоту и галактуроновую кислоту. Предпочтительно жидкая фракция находится в форме раствора.
В одном воплощении по меньшей мере часть жидкой фракции (3, 9, 20) извлекают путем выпуска из стадии (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 60%, более предпочтительно по меньшей мере 70% растворимых углеводов выпускают из первой стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости.
В одном воплощении по меньшей мере 50%, предпочтительно по меньшей мере 60%, более предпочтительно по меньшей мере 70% растворимых углеводов выпускают из второй или любой более поздней стадии (12, 18) отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении жидкая фракция (12, 18) содержит С6 углеводы в количестве более 80 масс. %, предпочтительно более 90 масс. %, наиболее предпочтительно более 95 масс. % от всех углеводов. Предпочтительно жидкая фракция (12, 18) является богатой глюкозой фракцией. Кроме того, жидкая фракция (12, 18) является достаточно чистой для того, чтобы ее можно было использовать как таковую, или ее можно концентрировать и использовать после концентрирования.
Жидкую фракцию (3, 9, 20) можно использовать в качестве компонента при производстве конечного продукта. Жидкие фракции из различных стадий (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости можно использовать по отдельности или их можно объединять или смешивать и использовать в виде смеси. В одном воплощении жидкую фракцию используют как таковую. В одном воплощении жидкую фракцию подают на дополнительную обработку. В одном воплощении жидкую фракцию очищают. В одном воплощении жидкую фракцию концентрируют. В одном воплощении выполняют мономеризацию жидкой фракции перед дальнейшей обработкой. В одном воплощении жидкую фракцию подают в процесс ферментации. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала при ферментации. В одном воплощении жидкую фракцию подают в процесс гидролиза. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала при гидролизе, таком как кислотный гидролиз, ферментативный гидролиз или т.п. В одном воплощении жидкую фракцию подают в процесс химической обработки. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала при химической обработке. В одном воплощении жидкую фракцию подают в процесс полимеризации. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала в процессе полимеризации. В одном воплощении жидкую фракцию подают в процесс деполимеризации. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала в процессе деполимеризации. В одном воплощении жидкую фракцию подают в процесс каталитической обработки. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала в процесс каталитической обработки. В одном воплощении жидкую фракцию подают в процесс разложения. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала в процесс разложения. В одном воплощении жидкую фракцию подают на ферментативную обработку. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала при ферментативной обработке. В одном воплощении жидкую фракцию подают на изготовление связующего. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала при изготовлении связующего. В одном воплощении жидкую фракцию подают на изготовление подаваемого материала. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала при изготовлении подаваемого материала. В одном воплощении жидкую фракцию подают на изготовление пищевых продуктов. В одном воплощении жидкую фракцию используют в качестве источника материала при изготовлении пищевых продуктов. Жидкую фракцию можно подавать непосредственно на ферментацию, гидролиз, химическую обработку, каталитическую обработку, в процесс полимеризации, в процесс деполимеризации, в процесс разложения, на ферментативную обработку, изготовление связующего, изготовление пищевых продуктов или в другой подходящий процесс или их сочетания, или, альтернативно, через подходящую стадию обработки или дополнительную стадию, например, дополнительную стадию концентрирования или стадию очистки, на ферментацию, гидролиз, химическую обработку, каталитическую обработку, в процесс полимеризации, в процесс деполимеризации, в процесс разложения, на ферментативную обработку, изготовление связующего, изготовление пищевых продуктов или в другой подходящий процесс или их сочетания.
6
12
6
6
2
n
Предпочтительно содержащую твердые вещества твердую фракцию (4, 10, 21) образуют с помощью данного способа. В одном воплощении твердая фракция (4, 10, 21) содержит лигнин после стадии (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении твердая фракция после стадии отделения твердого вещества от жидкости содержит лигнин и твердые углеводы, такие как С6 углеводы, такие как (СНО или (С(HO)), и другие твердые углеводы. Дополнительно твердая фракция может содержать остаточный растворимый материал. Предпочтительно твердая фракция также содержит ферменты. Предпочтительно большая часть ферментов присоединена к твердой фракции. В одном воплощении твердая фракция находится в форме твердого материала. В одном воплощении содержание сухого вещества в твердом материале составляет более 30 масс. %, предпочтительно более 40 масс. %, более предпочтительно более 50 масс. % после стадии отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении содержание сухого вещества в твердом материале составляет 15-80 масс. %, в одном воплощении 20-70 масс. %, в одном воплощении 30-60 масс. % и в одном воплощении 40-60 масс. % после стадии отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении твердая фракция содержит растворимые соединения в количестве менее 15 масс. %, предпочтительно менее 6 масс. %, более предпочтительно менее 3 масс. % после стадии отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении количество углеводов в твердой фракции составляет менее 25 масс. %, предпочтительно менее 10 масс. %, более предпочтительно менее 5 масс. %.
В одном воплощении по меньшей мере часть (6, 16, 22) твердой фракции (4, 10, 21) извлекают после стадии (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении часть (6, 16, 22) твердой фракции (4, 10, 21) отводят после стадии (11, 12, 18) отделения твердого вещества от жидкости. В одном воплощении часть (6, 16, 22) твердой фракции (4, 10, 21) подают на следующую стадию (8, 17) ферментативного гидролиза.
Твердую фракцию (4, 6, 10, 16, 21, 22) можно использовать в качестве компонента при изготовлении конечного продукта. В одном воплощении твердую фракцию используют как таковую. В одном воплощении твердую фракцию подают на дополнительную обработку. В одном воплощении твердую фракцию (4, 6, 10, 16) подают на очистку (17) лигнина для образования очищенного лигнина. В одном воплощении твердую фракцию (4, 6, 10, 16, 21, 22) подают на отделение лигнина для отделения лигнина от твердой фракции. В одном воплощении твердую фракцию (4, 6, 10, 16, 21, 22) подают на гидролиз, который можно выбрать из группы, состоящей из кислотного гидролиза, ферментативного гидролиза, гидролиза при сверхкритических условиях и/или гидролиза при докритических условиях и их сочетаний, или в процесс полимеризации, процесс деполимеризации, способ разложения, на химическую обработку, изготовление композиционного материала, лигнинного композиционного материала, активированного угля, углеродного волокна, связующего материала, полимеров, смол, фенольного компонента, диспергирующего агента или поглощающего материала, на изготовление кормов или пищевых продуктов или в процесс сжигания или другой подходящий процесс или их сочетания. Твердую фракцию (4, 6, 10, 16, 21, 22) можно подать непосредственно в гидролиз, процесс полимеризации, процесс деполимеризации, процесс разложения, на химическую обработку, в процессы изготовления указанных материалов, процесс сжигания или другой подходящий процесс, или, альтернативно, через стадию подходящей обработки или дополнительную стадию, например, дополнительную стадию отделения, стадию очистки или стадию обезвоживания, на гидролиз, в процесс полимеризации, процесс деполимеризации, процесс разложения, на химическую обработку, в процессы изготовления указанных материалов, процесс сжигания или другой подходящий процесс.
В одном воплощении лигнин отделяют на стадии отделения лигнина от твердой фракции (21, 22) после последней стадии (18) отделения твердого вещества от жидкости. Предпочтительно лигнин очищают в связи со стадией (17) ферментативного гидролиза, например, последней стадией ферментативного гидролиза, и/или стадией отделения лигнина. В одном воплощении устройство содержит по меньшей мере одно устройство отделения лигнина или устройство очистки лигнина. Лигнин можно использовать как таковой, например, в качестве компонента в конечном продукте, или при сжигании. Альтернативно, лигнин можно подать на дальнейшую обработку.
С помощью способа и устройства можно улучшить ферментативный гидролиз и можно уменьшить дозировку фермента. Ферменты можно рециркулировать в способ или в устройство. В результате можно уменьшить затраты на ферменты в способе. Кроме того, с помощью способа и устройства процесс может протекать непрерывно. Кроме того, с помощью способа и устройства можно сократить время пребывания или время реакции ферментативного гидролиза, можно повысить степень густоты в ферментативном гидролизе, можно улучшить чистоту лигнина и/или можно повысить степень превращения углеводов. В способе и устройстве можно достичь эффективного ферментативного гидролиза.
Способ и устройство можно использовать для обработки содержащих ингибиторы материалов, и для изготовления лигнина, углеводов и химикатов, и для удаления ингибиторов. В одном способе можно удалить ингибиторы, предпочтительно ингибиторы, поступающие из материала на основе целлюлозы. Согласно одному примеру ингибиторы могут принадлежать к группе, состоящей из растворимого лигнина, органических кислот, растворенных солей, глюкозы, ксилозы, олигомеров или других ингибиторов или их сочетаний. Одновременно можно улучшить извлечение жидкой фракции и твердой фракции и можно образовать более чистую содержащую лигнин твердую фракцию.
Способ и устройство обеспечивают твердую фракцию и жидкую фракцию хорошего качества. Твердая фракция имеет очень высокую концентрацию лигнина. Кроме того, твердая фракция имеет очень высокую чистоту. Когда ингибиторы удаляют вместе с жидкой фракцией, в способе можно обеспечить более очищенную твердую фракцию. Кроме того, сырьевой материал с ингибиторами и нежелательными веществами можно использовать в качестве источника материала в способе. Также можно улучшить извлечение и превращение углеводов. Кроме того, способ и устройство уменьшают затраты на последующую обработку твердой фракции, а также жидкой фракции.
Способ и устройство обеспечивают применимый в промышленности, постой и недорогой способ выполнения ферментативного гидролиза. Способ или устройство являются легко и просто реализовать на практике в виде производственного процесса. Способ и устройство подходят для использования при изготовлении различных фракций и конечных продуктов на основе лигнина и Сахаров из различных исходных материалов.
Примеры
Воплощения изобретения описаны более подробно с помощью нижеследующих примеров со ссылкой на приложенные чертежи.
Пример 1
В этом примере ферментативный гидролиз с заданной дозой фермента выполняют за одну стадию, на которой твердую фракцию с ферментами подают рециклом и получают твердую фракцию и жидкую фракцию согласно способу, показанному на Фиг. 1.
Сырьевой материал (7) на растительной основе подают с помощью подающего устройства в качестве подаваемого материала (1) на растительной основе на непрерывную стадию (2) ферментативного гидролиза, где обеспечен проточный реактор для ферментативного гидролиза непрерывного действия. Сырьевой материал на растительной основе обработан посредством предварительной обработки, например, путем физической, химической или физико-химической обработки, такой как микроволновая или ультразвуковая обработка, или путем парового взрыва. Подаваемый материал (1) на растительной основе можно разбавить жидкостью перед стадией (2) ферментативного гидролиза. После ступени (2) ферментативного гидролиза устройство включает ступень (11) отделения твердого вещества от жидкости, включающую фильтрационное устройство или центробежное устройство. Жидкую фракцию (3), содержащую растворимые С5 или С6 углеводы, отделяют от твердой фракции (4) на стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (3) извлекают. Твердую фракцию (4), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы, растворимый сахар, олигомерный и полимерный остаток, удаляют из стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости.
Основную часть (5) содержащей ферменты твердой фракции (4) подают рециклом с помощью устройства рециркуляции обратно в подаваемый материал (1) на растительной основе стадии (2) ферментативного гидролиза или на стадию (2) ферментативного гидролиза. Предпочтительно свежий фермент (13) добавляют в подаваемый материал (1) на растительной основе, или, альтернативно, на стадию (2) ферментативного гидролиза, или в рециркулируемую твердую фракцию (5). Альтернативно, свежий фермент (13) не добавляют. Твердую фракцию (5) можно разбавить жидкостью перед стадией (2) ферментативного гидролиза.
Остальную часть (6) содержащей ферменты твердой фракции (4) извлекают и ее можно подавать на следующую стадию обработки. Устройство может содержать средство отведения твердой фракции (6) из устройства или средство подачи твердой фракции (6) на следующую стадию обработки.
Пример 2
В этом примере ферментативный гидролиз с заданной дозой фермента выполняют на двух стадиях, на которых твердую фракцию с ферментами подают рециклом на по меньшей мере одну стадию и получают твердую фракцию и жидкую фракцию согласно способу, показанному на Фиг. 2.
Сырьевой материал (7) на растительной основе подают с помощью подающего устройства в качестве подаваемого материала (1) на растительной основе на первую непрерывную стадию (2) ферментативного гидролиза, на которой обеспечен проточный реактор для ферментативного гидролиза непрерывного действия. Сырьевой материал на растительной основе обработан посредством предварительной обработки, например, путем физической, химической или физико-химической обработки, такой как микроволновая или ультразвуковая обработка, или путем парового взрыва. Подаваемый материал (1) на растительной основе можно разбавить жидкостью перед первой стадией (2) ферментативного гидролиза.
После первой ступени (2) ферментативного гидролиза устройство содержит первую ступень (11) отделения твердого вещества от жидкости, содержащую фильтрационное устройство или центробежное устройство. Промежуточный продукт (30) первого ферментативного гидролиза подают на стадию (11) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (3), содержащую растворимые С5 или С6 углеводы, отделяют от твердой фракции (4) на стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (3) извлекают. Твердую фракцию (4), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы, растворимый сахар, олигомерный и полимерный остаток, удаляют из стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости.
Основную часть (5) содержащей ферменты твердой фракции (4) подают рециклом с помощью устройства рециркуляции обратно в подаваемый материал (1) на растительной основе стадии (2) ферментативного гидролиза или на стадию (2) ферментативного гидролиза. Предпочтительно свежий фермент (13) добавляют в подаваемый материал (1) на растительной основе, или, альтернативно, на стадию (2) ферментативного гидролиза, или в рециркулируемую твердую фракцию (5). Твердую фракцию (5) можно разбавить жидкостью перед стадией (2) ферментативного гидролиза.
Остальную часть (6) содержащей ферменты твердой фракции (4) извлекают и ее подают на вторую непрерывную или, альтернативно, периодическую стадию (8) ферментативного гидролиза, например, на стадию постферментативного гидролиза. Устройство может содержать средство подачи твердой фракции (6) на вторую ступень (8) ферментативного гидролиза. Твердую фракцию (6) можно разбавить жидкостью перед вторым ферментативным гидролизом. Фермент (14) можно добавить в твердую фракцию (6) или на вторую стадию (8) ферментативного гидролиза. Альтернативно, вторую стадию (8) ферментативного гидролиза можно выполнять без добавления фермента.
После второй стадии (8) ферментативного гидролиза промежуточный продукт (31) ферментативного гидролиза подают на вторую стадию (12) отделения твердого вещества от жидкости, где обеспечено фильтрационное устройство или центробежное устройство.
Жидкую фракцию (9), содержащую растворимые С6 углеводы, отделяют от твердой фракции (10) на стадии (12) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (9) извлекают. В одном воплощении вторую жидкую фракцию (9) объединяют с первой жидкой фракцией (3). Твердую фракцию (10), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы и растворимые углеводы, удаляют из стадии (12) отделения и извлекают после стадии отделения твердого вещества от жидкости.
Пример 3
В этом примере ферментативный гидролиз с заданной дозой фермента выполняют на трех стадиях, на которых твердую фракцию с ферментами подают рециклом на по меньшей мере одну стадию и получают твердую фракцию и жидкую фракцию согласно способу, показанному на Фиг. 3.
Сырьевой материал (7) на растительной основе с ферментами (13) подают с помощью подающего устройства на первую непрерывную стадию (2) ферментативного гидролиза, на которой обеспечен проточный реактор ферментативного гидролиза непрерывного действия. Сырьевой материал на растительной основе обработан посредством предварительной обработки, например, путем физической, химической или физико-химической обработки, такой как микроволновая или ультразвуковая обработка, или путем парового взрыва. Сырьевой материал (7) на растительной основе можно разбавить жидкостью перед первой стадией (2) ферментативного гидролиза.
После первой ступени (2) ферментативного гидролиза устройство содержит первую ступень (11) отделения твердого вещества от жидкости, содержащую фильтрационное устройство или центробежное устройство. Промежуточный продукт (30) первого ферментативного гидролиза подают на стадию (11) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (3), содержащую растворимые С5 или С6 углеводы, отделяют от твердой фракции (4) на стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (3) извлекают. Твердую фракцию (4), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы, растворимый сахар, олигомерный и полимерный остаток, удаляют из стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости.
Содержащую ферменты твердую фракцию (4) подают в качестве подаваемого материала (1) на растительной основе на вторую непрерывную стадию (8) ферментативного гидролиза. Устройство может содержать средство подачи твердой фракции (4) на вторую ступень (8) ферментативного гидролиза. Твердую фракцию (4) можно разбавить жидкостью перед вторым ферментативным гидролизом.
После второй стадии (8) ферментативного гидролиза промежуточный продут (31) ферментативного гидролиза подают на вторую стадию (12) отделения твердого вещества от жидкости, на которой обеспечено фильтрационное устройство или центробежное устройство. Содержащую растворимые С6 углеводы жидкую фракцию (9) отделяют от твердой фракции (10) на стадии (12) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (9) извлекают. В одном воплощении вторую жидкую фракцию (9) объединяют с первой жидкой фракцией (3). Твердую фракцию (10), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы и растворимые углеводы, удаляют из стадии (12) отделения.
Основную часть (15) содержащей ферменты твердой фракции (10) подают рециклом с помощью устройства рециркуляции обратно в подаваемый материал (1) на растительной основе второй стадии (8) ферментативного гидролиза или на вторую стадию (8) ферментативного гидролиза. Предпочтительно свежий фермент (14) добавляют в подаваемый материал (1) на растительной основе, или, альтернативно, на вторую стадию (8) ферментативного гидролиза, или в рециркулируемую твердую фракцию (15). Твердую фракцию (15) можно разбавить жидкостью перед стадией (8) ферментативного гидролиза.
Остальную часть (16) содержащей ферменты твердой фракции (10) извлекают и ее подают на третью стадию (17) ферментативного гидролиза, например, на стадию очистки лигнина. Устройство может содержать средство подачи твердой фракции (16) на третью стадию (17) ферментативного гидролиза. Твердую фракцию (16) можно разбавить жидкостью перед третьим ферментативным гидролизом. Третью стадию (17) ферментативного гидролиза можно выполнять без добавления фермента. Альтернативно, фермент можно добавлять в твердую фракцию (16) или на третью стадию (17) ферментативного гидролиза.
После третьей стадии (17) ферментативного гидролиза промежуточный продукт (32) ферментативного гидролиза подают на третью стадию (18) отделения твердого вещества от жидкости, на которой обеспечено фильтрационное устройство или центробежное устройство. Содержащую растворимые С6 углеводы жидкую фракцию (20) отделяют от твердой фракции (21) на стадии (18) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (20) извлекают. В одном воплощении третью жидкую фракцию (20) объединяют с первой жидкой фракцией (3). Твердую фракцию (21), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы и растворимые углеводы, удаляют из стадии (18) отделения и извлекают после стадии отделения твердого вещества от жидкости.
В одном воплощении лигнин можно отделить от твердой фракции (21) на стадии отделения лигнина, на которой обеспечено устройство отделения лигнина. Ферменты денатурируют на стадии отделения лигнина.
Пример 4
В этом примере ферментативный гидролиз с заданной дозой фермента выполняют на двух стадиях, на которых твердую фракцию с ферментами подают рециклом на по меньшей мере одну стадии и получают твердую фракцию и жидкую фракцию согласно способу, показанному на Фиг. 4.
Сырьевой материал (7) на растительной основе подают с помощью подающего устройства в качестве подаваемого материала (1) на растительной основе на первую непрерывную стадию (2) ферментативного гидролиза, которая включает три этапа (2а, 2b, 2с) ферментативного гидролиза с проточными реакторами ферментативного гидролиза непрерывного действия. Сырьевой материал на растительной основе обработан посредством предварительной обработки, например, путем физической, химической или физико-химической обработки, такой как микроволновая или ультразвуковая обработка, или путем парового взрыва. Подаваемый материал (1) на растительной основе можно разбавить жидкостью перед первой стадией (2а) ферментативного гидролиза или первой стадией (2) ферментативного гидролиза.
После первой ступени (2) ферментативного гидролиза устройство содержит первую ступень (11) отделения твердого вещества от жидкости, содержащую фильтрационное устройство или центробежное устройство. Промежуточный продукт (30) последнего этапа (2 с) ферментативного гидролиза первого ферментативного гидролиза (2) подают на стадию (11) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (3), содержащую растворимые С5 или С6 углеводы, отделяют от твердой фракции (4) на стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (3) извлекают. Твердую фракцию (4), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы, растворимый сахар, олигомерный и полимерный остаток, удаляют из стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости.
Основную часть (5) содержащей ферменты твердой фракции (4) подают рециклом с помощью устройства рециркуляции обратно в подаваемый материал (1) на растительной основе стадии (2) ферментативного гидролиза или на стадию (2) ферментативного гидролиза или между заданными этапами (2а, 2b, 2с) ферментативного гидролиза стадии (2) ферментативного гидролиза. Предпочтительно свежий фермент (13) добавляют в подаваемый материал (1) на растительной основе, или, альтернативно, на заданный этап (2а, 2b, 2с) ферментативного гидролиза стадии (2) ферментативного гидролиза, или в рециркулируемую твердую фракцию (5). Твердую фракцию (5) можно разбавить жидкостью перед стадией (2) ферментативного гидролиза или перед заданным этапом (2а, 2b, 2с) ферментативного гидролиза.
Остальную часть (6) содержащей ферменты твердой фракции (4) извлекают и ее подают на вторую непрерывную или, альтернативно, периодическую стадию (8) ферментативного гидролиза, например, на стадию дополнительного ферментативного гидролиза. Устройство может содержать средство подачи твердой фракции (6) на вторую ступень (8) ферментативного гидролиза. Твердую фракцию (6) можно разбавить жидкостью перед вторым ферментативным гидролизом. Фермент (14) можно добавить в твердую фракцию (6) или на вторую стадию (8) ферментативного гидролиза. Альтернативно, вторую стадию (8) ферментативного гидролиза можно выполнять без добавления фермента.
После второй стадии (8) ферментативного гидролиза промежуточный продукт (31) ферментативного гидролиза подают на вторую стадию (12) отделения твердого вещества от жидкости, на которой обеспечено фильтрационное устройство или центробежное устройство. Жидкую фракцию (9), содержащую растворимые С6 углеводы, отделяют от твердой фракции (10) на стадии (12) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (9) извлекают. В одном воплощении вторую жидкую фракцию (9) объединяют с первой жидкой фракцией (3). Твердую фракцию (10), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы и растворимые углеводы, удаляют из стадии (12) отделения и извлекают после стадии отделения твердого вещества от жидкости.
Пример 5
В этом примере ферментативный гидролиз с заданной дозой фермента выполняют на трех стадиях, где твердую фракцию с ферментами подают рециклом на все три стадиях и получают твердую фракцию и жидкую фракцию согласно способу, показанному на Фиг. 5.
Сырьевой материал (7) на растительной основе подают с помощью подающего устройства в качестве первого подаваемого материала (7, 1) на растительной основе на первую непрерывную стадию (2) ферментативного гидролиза, на которой обеспечен проточный реактор ферментативного гидролиза непрерывного действия. Сырьевой материал на растительной основе можно обработать согласно примеру 1.
После первой ступени (2) ферментативного гидролиза устройство содержит первую ступень (11) отделения твердого вещества от жидкости, содержащую фильтрационное устройство или центробежное устройство. Промежуточный продукт (30) первого ферментативного гидролиза подают на стадию (11) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (3), содержащую растворимые С5 или С6 углеводы, отделяют от твердой фракции (4) на стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (3) извлекают. Твердую фракцию (4), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы, растворимый сахар, олигомерный и полимерный остаток, удаляют из стадии (11) отделения твердого вещества от жидкости. Основную часть (5) содержащей ферменты твердой фракции (4) подают рециклом с помощью устройства рециркуляции обратно в подаваемый материал (7, 1) на растительной основе стадии (2) ферментативного гидролиза или на первую стадию (2) ферментативного гидролиза. Свежий фермент (13) можно добавлять в подаваемый материал (7, 1) на растительной основе, или, альтернативно, на первую стадию (2) ферментативного гидролиза, или в рециркулируемую твердую фракцию (5). Твердую фракцию (5) можно разбавить жидкостью перед стадией (2) ферментативного гидролиза. Остальную часть (6) содержащей ферменты твердой фракции (4) подают в качестве второго подаваемого материала (6, 1) на растительной основе на вторую непрерывную стадию (8) ферментативного гидролиза. Устройство может содержать средство подачи твердой фракции (6) на вторую стадию (8) ферментативного гидролиза. Твердую фракцию (6) можно разбавить жидкостью перед вторым ферментативным гидролизом.
После второй стадии (8) ферментативного гидролиза промежуточный продут (31) ферментативного гидролиза подают на вторую стадию (12) отделения твердого вещества от жидкости, на которой обеспечено фильтрационное устройство или центробежное устройство. Содержащую растворимые С6 углеводы жидкую фракцию (9) отделяют от твердой фракции (10) на стадии (12) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (9) извлекают. В одном воплощении вторую жидкую фракцию (9) объединяют с первой жидкой фракцией (3). Твердую фракцию (10), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы и растворимые углеводы, удаляют из стадии (12) отделения. Основную часть (15) содержащей ферменты твердой фракции (10) подают рециклом с помощью устройства рециркуляции обратно в подаваемый материал (6, 1) на растительной основе второй стадии (8) ферментативного гидролиза или на вторую стадию (8) ферментативного гидролиза. Свежий фермент (14) можно добавлять в подаваемый материал (6, 1) на растительной основе, или, альтернативно, на вторую стадию (8) ферментативного гидролиза, или в рециркулируемую твердую фракцию (15). Твердую фракцию (15) можно разбавить жидкостью перед стадией (8) ферментативного гидролиза.
Остальную часть (16) содержащей ферменты твердой фракции (10) извлекают и ее подают на третью стадию (17) ферментативного гидролиза, например, на стадию очистки лигнина. Устройство может содержать средство подачи твердой фракции (16) в качестве подаваемого материала (16, 1) на растительной основе на третью стадию (17) ферментативного гидролиза. Твердую фракцию (16) можно разбавить жидкостью перед третьим ферментативным гидролизом. Третью стадию (17) ферментативного гидролиза можно выполнять без добавления фермента. Альтернативно, фермент (24) можно добавлять в твердую фракцию (16) или на третью стадию (17) ферментативного гидролиза.
После третьей стадии (17) ферментативного гидролиза промежуточный продукт (32) ферментативного гидролиза подают на третью стадию (18) отделения твердого вещества от жидкости, на которой обеспечено фильтрационное устройство или центробежное устройство. Содержащую растворимые С6 углеводы жидкую фракцию (20) отделяют от твердой фракции (21) на стадии (18) отделения твердого вещества от жидкости. Жидкую фракцию (20) извлекают. В одном воплощении третью жидкую фракцию (20) объединяют с первой жидкой фракцией (3). Твердую фракцию (21), содержащую, например, лигнин, твердые углеводы и растворимые углеводы, удаляют из стадии (18) отделения. Основную часть (23) содержащей ферменты твердой фракции (21) подают рециклом с помощью устройства рециркуляции обратно в подаваемый материал (16, 1) на растительной основе стадии (17) ферментативного гидролиза или на третью стадию (17) ферментативного гидролиза. Свежий фермент (24) можно добавлять в сырье (16, 1) на растительной основе, или, альтернативно, на третью стадию (17) ферментативного гидролиза, или в рециркулируемую твердую фракцию (23). Остальную часть (22) твердой фракции (21) извлекают после стадии (18) отделения твердого вещества от жидкости.
В одном воплощении лигнин можно отделить от твердой фракции (22) на стадии отделения лигнина, содержащей устройство отделения лигнина. Ферменты денатурируют на стадии отделения лигнина.
Пример 6
В этом примере изучали ферментативный гидролиз и рециркуляцию в связи со способом ферментативного гидролиза.
Моделировали способ одностадийного ферментативного гидролиза с рециркуляцией фермента и сравнивали его с традиционным способом периодического гидролиза в испытаниях лабораторного масштаба. Предварительно обработанную разбавленной кислотой и подвергнутую воздействию парового взрыва древесину березы использовали в качестве субстрата в испытании. Состав субстрата составлял: глюкан 44,7 масс. %, ксилан 20,8 масс. % и лигнин 24,2 масс. %.
При гидролизе использовали имеющуюся в продаже ферментную смесь А. Субстрат разбавляли дистиллированной водой и доводили рН до 5, температура составляла 50°С, дозы фермента составляли 2% и 4% (исходя из содержания сухого вещества субстрата, общего содержания твердых веществ ОТВ, при 105°С) для контрольных образцов и 2% (исходя из содержания сухого вещества субстрата, общего содержания твердых веществ ОТВ, при 105°С) при рециркуляции. Начальное содержание сухого вещества в экспериментах составляло 15% (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С). Для гидролиза использовали 3-литровый реактор с перемешиванием и пульпу объемом 1,5 литра. В случае рециркуляции фермента пульпу, находящуюся в реакторе, всегда отбирали из реактора после 24 часов гидролиза и обезвоживали с помощью фильтровальной воронки Бюхнера до 30% содержания сухого вещества (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С). Отношение рециркуляции рециркулируемого твердого материала к новому субстрату в реакторной загрузке составляло 2:1. Содержание сахара в жидкой фракции анализировали с использованием стандартных методов ВЭЖХ (высокоэффективной жидкостной хроматографии), стандартного SCAN СМ 71:09. Контрольные образцы отбирали спустя 12, 49 и 73 часа из традиционного способа периодического типа.
На Фиг. 6 можно видеть, что конечный выход глюкозы контрольного образца с дозой 2% составлял 60,8%, а с дозой 4% - 77,7%. Доза 2% фермента с рециркуляцией давала конечный выход 81,7% в состоянии равновесия процесса.
Пример 7
В этом примере изучали ферментативный гидролиз и рециркуляцию в связи с ферментативным гидролизом.
Испытывали двухстадийный способ ферментативного гидролиза с рециркуляцией фермента и сравнивали его с традиционным одностадийным способом периодического гидролиза в испытаниях лабораторного масштаба. Предварительно обработанную разбавленной кислотой и подвергнутую воздействию парового взрыва древесину березы использовали в качестве субстрата в испытании. Состав субстрата составлял: глюкан 44,7 масс. %, ксилан 20,8 масс. % и лигнин 24,2 масс. %.
В гидролизе использовали имеющуюся в продаже ферментную смесь А. Субстрат разбавляли дистиллированной водой и доводили рН до 5; в экспериментах температура составляла 50°С, доза фермента составляла 1,3% (исходя из содержания сухого вещества субстрата, общего содержания твердых веществ ОТВ, при 105°С), и начальное содержание сухого вещества в пульпе составляло 14% (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С). Для первой стадии гидролиза использовали 3-литровый реактор с перемешиванием с пульпой объемом 1,5 литра, и пробирки емкостью 50 мл, содержащие 20 г пульпы, помещали в смеситель и смеситель помещали в термостат для стадии дополнительного гидролиза.
Пульпу, находящуюся в реакторе, всегда отбирали из реактора после 10 часов гидролиза (1-ая стадия гидролиза с рециркуляцией) и обезвоживали с помощью фильтровальной воронки Бюхнера до 30% содержания сухого вещества (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С). Содержание сахара в жидкой фракции анализировали с использованием стандартных методов ВЭЖХ, стандартного SCAN СМ 71:09. Отношение рециркуляции рециркулируемого твердого материала к новому субстрату составляло 2:1.
Остаточные твердые вещества снова разбавляли до 14% содержания сухого вещества (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С) для стадии дополнительного гидролиза и помещали в пробирки емкостью 50 мл, 20 мл пульпы на пробирку. Пробирки помещали в смеситель, а смеситель помещали в термостат. Образцы второй стадии гидролиза отбирали из термостата спустя 24 и 48 часов. Пробирки помещали в центрифугу со скоростью вращения 1000 об/мин на 5 минут. Отделение твердого вещества от жидкости осуществляли путем отбора жидкой фазы из пробирки.
Анализ содержания сахара осуществляли с использованием стандартных методов ВЭЖХ, стандартного SCAN СМ 71:09.
Из Фиг. 7 можно видеть, что конечный выход глюкозы контрольного образца составлял 44,5%, а для двухстадийного способа с рециркуляцией он составлял 64,1% в состоянии равновесия процесса. Таким образом достигали выхода почти на 20% выше.
Пример 8
В этом примере изучали ферментативный гидролиз и рециркуляцию в связи с ферментативным гидролизом.
Моделировали двухстадийный способ ферментативного гидролиза с рециркуляцией фермента и сравнивали его с традиционным одностадийным способом периодического гидролиза в испытаниях лабораторного масштаба. Предварительно обработанную автогидролизом и подвергнутую воздействию парового взрыва древесину березы использовали в качестве субстрата в испытании. Состав субстрата составлял: глюкан 52,7 масс. %, ксилан 7,9 масс. % и лигнин 26,4 масс. %.
В гидролизе использовали имеющуюся в продаже ферментную смесь В. Субстрат разбавляли дистиллированной водой и доводили рН до 4,5, температура составляла 45°С, доза фермента составляла 7% (исходя из содержания сухого вещества субстрата, общего содержания твердых веществ ОТВ, при 105°С) для контрольного образца и 3% (исходя из содержания сухого вещества субстрата, общего содержания твердых веществ ОТВ, при 105°С) с рециркуляцией. Начальное содержание сухого вещества составляло 6% (общее содержание твердых веществ ТВ, при 105°С) для контрольного образца из-за плохих свойств смешивания и 10% для образца с рециркуляцией на первой стадии и 18% на второй стадии из-за улучшенных с помощью частичного гидролиза сухого вещества свойств смешивания материала. Для первой стадии гидролиза использовали 3-литровый реактор с перемешиванием с пульпой объемом 1,5 литра, и пробирки емкостью 50 мл, содержащие 20 г пульпы, помещали в смеситель, а смеситель помещали в термостат для стадии дополнительного гидролиза.
Пульпу, находящуюся в реакторе, всегда отбирали из реактора после 8 часов гидролиза (1-ая стадия гидролиза с рециркуляцией) и обезвоживали с помощью фильтровальной воронки Бюхнера до 34% содержания сухого вещества (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С). Содержание сахара в жидкой фракции анализировали с использованием стандартных методов ВЭЖХ, стандартного SCAN СМ 71:09. Отношение рециркуляции рециркулируемого твердого материала к новому субстрату составляло 5:3.
Остаточные твердые вещества вновь разбавляли до 18% содержания сухого вещества (общее содержание твердых веществ ТВ, при 105°С) для стадии дополнительного гидролиза и помещали в пробирки емкостью 50 мл, 20 мл пульпы на пробирку. Пробирки помещали в смеситель, а смеситель помещали в термостат. Образцы второй стадии гидролиза отбирали из термостата спустя 48 часов. Пробирки помещали в центрифугу со скоростью вращения 1000 об/мин на 5 минут. Отделение твердого вещества от жидкости осуществляли путем отбора жидкой фазы из пробирки. Анализ содержания сахара осуществляли с использованием стандартных метод ВЭЖХ, стандартного SCAN СМ 71:09.
Конечный выход глюкозы для контрольного образца составлял 77,2% с 7% дозой фермента на ОТВ после 72 часов гидролиза, и 77,7% с 3% дозой фермента на ОТВ в сочетании с рециркуляцией на первой стадии гидролиза и 48 часами стадии дополнительного гидролиза в состоянии равновесия процесса. Помимо экономии затрат на ферменты, в случае рециркулирования и двухстадийного способа также требовались реакторы для гидролиза меньшего размера из-за более высокой степени густоты.
Пример 9
В этом примере изучали ферментативный гидролиз и рециркуляцию в связи с ферментативным гидролизом.
Моделировали способ одностадийного ферментативного гидролиза с рециркуляцией фермента и сравнивали его с традиционным способом периодического гидролиза в испытаниях лабораторного масштаба. Предварительно обработанную органическим растворителем и подвергнутую воздействию парового взрыва смесь твердой древесины использовали в качестве субстрата в испытании. Состав субстрата составлял: глюкан 70,5 масс. %, ксилан 6,8 масс. % и лигнин 8,9 масс. %.
В гидролизе использовали имеющуюся в продаже ферментную смесь А. Субстрат разбавляли дистиллированной водой и доводили рН до 5, температура составляла 50°С, дозы фермента составляли 2% (исходя из содержания сухого вещества субстрата, общего содержания твердых веществ ОТВ, при 105°С) для контрольных образцов и 1% (исходя из содержания сухого вещества субстрата, общего содержания твердых веществ ОТВ, при 105°С) при рециркуляции. Начальное содержание сухого вещества в экспериментах составляло 10% (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С). Начальное содержание сухого вещества для контрольных образцов составляло 10% (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С), и время пребывания составляло 60 часов. Для гидролиза использовали 3-литровый реактор с перемешиванием и пульпу объемом 1,5 литра. В случае рециркуляции фермента пульпу, находящуюся в реакторе, всегда отбирали из реактора после 30 часов гидролиза и обезвоживали с помощью фильтровальной воронки Бюхнера до 28% содержания сухого вещества (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С). Отношение рециркуляции рециркулируемого твердого материала к новому субстрату в реакторной загрузке составляло 1:1. Содержание сахара в жидкой фракции анализировали с использованием стандартных методов ВЭЖХ (высокоэффективной жидкостной хроматографии), стандартного SCAN СМ 71:09. Контрольные образцы отбирали спустя 60 часов из традиционного способа периодического типа.
Конечный выход глюкозы контрольного образца с дозой 2% составлял 77,1%. Доза 1% фермента с рециркуляцией давала конечный выход 80,4% в состоянии равновесия процесса.
Пример 10
В этом примере изучали ферментативный гидролиз и рециркуляцию в связи с ферментативным гидролизом.
Моделировали двухстадийный способ ферментативного гидролиза с рециркуляцией фермента и сравнивали его с традиционным одностадийным способом периодического гидролиза в испытаниях лабораторного масштаба. Предварительно обработанную автогидролизом, подвергнутую воздействию парового взрыва и обработанную щелочью древесину березы использовали в качестве субстрата в испытании. Состав субстрата составлял: глюкан 71,2 масс. %, ксилан 4,0 масс. % и лигнин 14,7 масс. %.
В гидролизе использовали имеющуюся в продаже ферментную смесь С. Субстрат разбавляли дистиллированной водой и доводили рН до 5, температура составляла 50°С, доза фермента составляла 8% и 10% (исходя из содержания сухого вещества субстрата, общего содержания твердых веществ ОТВ, при 105°С) для контрольных образцов и 3% (исходя из содержания сухого вещества субстрата, общего содержания твердых веществ ОТВ, при 105°С) с рециркуляцией. Начальное содержание сухого вещества в экспериментах составляло 15% (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С). Для первой стадии гидролиза использовали 3-литровый реактор с перемешиванием с пульпой объемом 1,5 литра, и пробирки емкостью 50 мл, содержащие 20 г пульпы, помещали в смеситель, а смеситель помещали в термостат для стадии дополнительного гидролиза.
Пульпу, находящуюся в реакторе, всегда забирали из реактора после 14 часов гидролиза (1-ая стадия гидролиза с рециркуляцией) и обезвоживали с помощью фильтровальной воронки Бюхнера до 27% содержания сухого вещества (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С). Содержание сахара в жидкой фракции анализировали с использованием стандартных методов ВЭЖХ, стандартного SCAN СМ 71:09. Отношение рециркуляции рециркулируемого твердого материала к новому субстрату составляло 4:3.
Остаточные твердые вещества вновь разбавляли до 15% содержания сухого вещества (общее содержание твердых веществ ОТВ, при 105°С) для стадии дополнительного гидролиза и помещали в пробирки емкостью 50 мл, 20 мл пульпы на пробирку. Пробирки помещали в смеситель, а смеситель помещали в термостат. Образцы второй стадии гидролиза отбирали из термостата спустя 24 и 48 часов. Пробирки помещали в центрифугу со скоростью вращения 1000 об/мин на 5 минут. Отделение твердого вещества от жидкости осуществляли путем отбора жидкой фазы из пробирки. Анализ содержания сахара осуществляли с использованием стандартных методов ВЭЖХ, стандартного SCAN СМ 71:09.
На Фиг. 8 можно видеть, что конечный выход глюкозы для контрольного образца с дозой 8% составлял 77%, а с дозой 10% он составлял 91%. Доза 3% фермента с рециркуляцией давала конечный выход глюкозы 86% в состоянии равновесия процесса.
Способ и устройство по настоящему изобретению подходят для различных воплощений, используемых в различном ферментативном гидролизе. Кроме того, способ и устройство по настоящему изобретению подходят для различных воплощений, используемых для получения самых различных видов жидких и твердых фракций из различных сырьевых материалов.
Изобретение не ограничено только лишь указанными выше примерами, напротив, возможны многочисленные варианты реализации, попадающие в область защиты изобретения, определенную формулой изобретения.