專利名稱：一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法
一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及木質(zhì)纖維素技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法。
背景技術(shù)：
利用豐富、可再生的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)生產(chǎn)液態(tài)燃料和大宗化學(xué)品，可以有效緩解人類對化石資源的依賴，改善日益嚴(yán)重的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)。目前，已成為各主要國家的研發(fā)重點和優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略。在生物轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素原料生產(chǎn)生物燃料和生物基化學(xué)品時，一般采用同步糖化與發(fā)酵工藝(Simultaneous saccharif ication and fermentation, SSF),這樣既可以減少糖對纖維素酶的產(chǎn)物抑制，提高纖維素原料的轉(zhuǎn)化率；同時纖維素的糖化與發(fā)酵在同一個反應(yīng)器中進(jìn)行，提高了設(shè)備利用率，降低了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。與此同時，在生物燃料和生物基化學(xué)品的工業(yè)化生產(chǎn)中，產(chǎn)物濃度一般不能低于100g/L。因此，為了得到含有高濃度產(chǎn)物的發(fā)酵醪液，糖化與發(fā)酵需要在較高固體含量條件下進(jìn)行(固體含量一般不低于20% (w/w))。導(dǎo)致發(fā)酵結(jié)束時，體系仍然有大量木質(zhì)素和未酶解的纖維素和半纖維素固體顆粒。由于這些顆粒粒度很小，傳統(tǒng)的分離方法如蒸餾、離心、板框壓濾等很難奏效。例如，在蒸餾的過程中，由于大量固體殘渣的存在，會導(dǎo)致管線堵塞，釜底嚴(yán)重結(jié)焦，從而大大降低蒸餾塔的分離效率和使用壽命，加速設(shè)備的損耗；離心耗能大，而且設(shè)備昂貴；在板框壓濾過程中，發(fā)酵液的粘度極大，固體顆粒直徑很小，很容易造成濾布堵塞而無法實現(xiàn)固體殘渣和產(chǎn)物的有效分離。因此，開發(fā)一種簡單高效的分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和發(fā)酵產(chǎn)物的方法，實現(xiàn)固體殘渣和發(fā)酵產(chǎn)物的有效分離，降低固液分離的能耗，對于推動木質(zhì)纖維素轉(zhuǎn)化生物燃料乙醇和大宗化學(xué)品的商業(yè)化進(jìn)程具有里程碑式的意義。因而，尋找一種新的簡單高效的木質(zhì)纖維素 發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的分離方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，(I)制備絮凝劑溶液；所述的絮凝劑包括殼聚糖、硫酸鋁、明礬、氯化鋁、聚氯化鋁、聚丙烯酰胺、聚苯甲酸中的一種或幾種；所述的絮凝劑的濃度范圍在10g/l 40g/l ；(2)將木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪與絮凝劑溶液混合均勻，混合后攪拌2 10分鐘使絮凝劑與木質(zhì)纖維素固體充分接觸；
所述的發(fā)木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪為木質(zhì)纖維素原料同步糖化與發(fā)酵后的發(fā)酵醪；所述的木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪和絮凝劑溶液的體積混合比例為10:1 20:1;(3)利用壓榨機(jī)或真空抽濾設(shè)備對混合后的發(fā)酵醪進(jìn)行固液分離，即得到含有發(fā)酵產(chǎn)物的清液和木質(zhì)纖維素固體殘渣。所述的壓榨機(jī)的壓榨條件為:壓力維持在5Mpa 15Mpa,維持時間為2min 5min ；所述的真空抽濾設(shè)備中的真空抽濾條件為:真空壓力控制在0.09Mpa 0.1Mpa,維持時間為15min 40min ；步驟(3)得到的發(fā)酵產(chǎn)物清液可進(jìn)一步分離純化，獲得液態(tài)燃料和大宗化學(xué)品；固體殘渣含有較高的木質(zhì)素，可用于生產(chǎn)固體燃料和生產(chǎn)木質(zhì)素，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和避免污染環(huán)境。所述木質(zhì)纖維素原料包括農(nóng)林廢棄物和富含纖維素的城市固體垃圾，所述農(nóng)林廢棄物包括玉米秸桿、小麥秸桿、稻桿、棉桿、菊芋、芝麻桿、油菜桿、玉米芯、稻殼、谷殼、花生殼、甜高粱莖桿、甘蔗渣、木屑、廢紙、柳枝稷、麻風(fēng)樹籽殼、硬木、軟木中的一種或幾種。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:(1)本發(fā)明適用的原料廣泛，包括玉米秸桿、小麥秸桿、稻桿、棉桿、菊芋、芝麻桿、油菜桿、玉米芯、稻殼、谷殼、花生殼、甜高粱莖桿、甘蔗渣、木屑、廢紙、柳枝稷、麻風(fēng)樹籽殼、硬木、軟木等農(nóng)林廢棄物以及富含纖維素的城市固體垃圾等原料中的一種或幾種的組合；(2)本發(fā)明在保證木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中有效產(chǎn)物收率的前提下，大大降低了固液分離的能耗，進(jìn)一步完善了生物轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇和大宗化學(xué)品的生產(chǎn)流程，為木質(zhì)纖維素生物煉制的產(chǎn)業(yè)化提供了技術(shù)儲備；(3)本發(fā)明獲到的含有產(chǎn)物的清液可進(jìn)一步分離純化，獲得液態(tài)燃料和大宗化學(xué)品；固體殘渣含有較高的木質(zhì)素，可用于生產(chǎn)固體燃料和生產(chǎn)木質(zhì)素，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和避免污染環(huán)境。
具體實施方式
以下提供本發(fā)明一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法的具體實施方式
。實施例1制備10g/l的殼聚糖醋酸溶液；稱取25%固體含量的木質(zhì)纖維素乳酸醪，測定其含水量為72.75%，乳酸濃度為67.28g/l ;用量筒量取IOOml木質(zhì)纖維素乳酸發(fā)酵醪，然后用電子天平稱取其質(zhì)量110.51g，將其倒入150ml燒杯中；在室溫條件下，加入8ml 10g/l的殼聚糖醋酸溶液，用玻璃棒攪拌5min,使其混合均勻；將混合液全部轉(zhuǎn)入到帶有單層定性濾紙的布氏漏斗中，布氏漏斗下面連接帶有刻度的抽濾瓶，開啟循環(huán)真空泵使其壓力達(dá)到0.1Mpa，抽濾25min，得到乳酸清液體積62.9ml，測得乳酸濃度59.1lgfl0計算得乳酸的回收率為68.99%。乳酸回收率的計算方法:乳酸回收率)=抽濾乳酸清液體積(ml) X抽濾乳酸清液中乳酸濃度(g/1)/(抽濾前木質(zhì)纖維素乳酸發(fā)酵醪中液體體積(Hll)X抽濾前木質(zhì)纖維素乳酸發(fā)酵醪中乳酸濃度(g/1))抽濾前乳酸溶液中液體體積=抽濾前木質(zhì)纖維素乳酸發(fā)酵醪的質(zhì)量(g) X抽濾前木質(zhì)纖維素乳酸發(fā)酵醪的含水量)。實施例2制備10g/l的殼聚糖醋酸溶液；稱取25%固體含量的木質(zhì)纖維素乳酸發(fā)酵醪，測定其含水量為73.13%，乳酸濃度為72.27g/l ;用量筒量取200ml的木質(zhì)纖維素乳酸發(fā)酵醪，并用電子大平稱其重量224.6g;將其倒入250ml燒杯中，加入16ml 10g/l的殼聚糖醋酸溶液，用玻璃棒攪拌5min，使其混合均勻；將其完全轉(zhuǎn)入壓榨袋中，放入壓榨機(jī)載IOMpa的壓力下壓榨2min，壓榨完畢，取出壓榨袋，測量壓榨后剩余固體質(zhì)量37.51g，并測定其含水量51.11%。乳酸的回收率為76.12%。乳酸回收率的計算方法:乳酸回收率=(壓榨前纖維素乳酸發(fā)酵醪的質(zhì)量(g) X壓榨前纖維素乳酸發(fā)酵醪的含水量)_壓榨后固體質(zhì)量(g) X壓榨后固體中含水量))/(壓榨前纖維素乳酸發(fā)酵醪的質(zhì)量(g) X壓榨前纖維素乳酸發(fā)酵醪的含水量(％ ))。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，其特征在于，具體步驟為， (1)制備絮凝劑溶液； (2)將木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪與絮凝劑溶液混合均勻，混合后攪拌2 10分鐘使絮凝劑與木質(zhì)纖維素固體充分接觸； (3)利用壓榨機(jī)或真空抽濾設(shè)備對混合后的發(fā)酵醪進(jìn)行固液分離，即得到含有發(fā)酵產(chǎn)物的清液和木質(zhì)纖維素固體殘渣。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，其特征在于，所述木質(zhì)纖維素原料為農(nóng)林廢棄物和富含纖維素的城市固體垃圾，所述農(nóng)林廢棄物包括玉米秸桿、小麥秸桿、稻桿、棉桿、菊芋、芝麻桿、油菜桿、玉米芯、稻殼、谷殼、花生殼、甜高粱莖桿、甘蔗渣、木屑、廢紙、柳枝稷、麻風(fēng)樹籽殼、硬木、軟木中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述的絮凝劑包括殼聚糖、硫酸鋁、明礬、氯化鋁、聚氯化鋁、聚丙烯酰胺、聚苯甲酸中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求1所述的一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，其特征在于，在步驟(I)中，所述的絮凝劑的濃度范圍在10 40g/l。
5.如權(quán)利要求1所述的一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的發(fā)木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪為木質(zhì)纖維素原料同步糖化與發(fā)酵后的發(fā)酵醪。
6.如權(quán)利要求1所述的一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，其特征在于，在步驟(2)中，所述的木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪和絮凝劑溶液的體積混合比例為10:1 20:1。
7.如權(quán)利要求1所述的一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述的壓榨機(jī)的壓榨條件為:壓力維持在5 15Mpa，維持時間為2 5min。
8.如權(quán)利要求1所述的一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，其特征在于，在步驟(3)中，所述的真空抽濾設(shè)備中的真空抽濾條件為:真空壓力控制在0.09 0.1Mpa，維持時間為15 40min。
9.如權(quán)利要求1所述的一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，其特征在于，步驟(3)得到的發(fā)酵產(chǎn)物清液可進(jìn)一步分離純化，獲得液態(tài)燃料和大宗化學(xué)品；固體殘渣含有較高的木質(zhì)素，用于生產(chǎn)固體燃料和生產(chǎn)木質(zhì)素。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高效分離木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中固體殘渣和產(chǎn)物的方法，具體步驟為，(1)制備絮凝劑溶液；(2)將木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪與絮凝劑溶液混合均勻，混合后攪拌5分鐘使絮凝劑與木質(zhì)纖維素固體充分接觸；(3)利用壓榨機(jī)或真空抽濾設(shè)備對混合后的發(fā)酵醪進(jìn)行固液分離，即得到含有發(fā)酵產(chǎn)物的清液和木質(zhì)纖維素固體殘渣。本發(fā)明的原料來源廣泛；在保證木質(zhì)纖維素發(fā)酵醪中有效產(chǎn)物收率的前提下，大大降低了固液分離的能耗，進(jìn)一步完善了生物轉(zhuǎn)化木質(zhì)纖維素生產(chǎn)燃料乙醇和大宗化學(xué)品的生產(chǎn)流程，為木質(zhì)纖維素生物煉制的產(chǎn)業(yè)化提供了技術(shù)儲備。
文檔編號C07C59/08GK103100260SQ20111035548
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者鮑杰, 包艷文, 張建 申請人:華東理工大學(xué)