CN102758374A - 一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法 - Google Patents
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Abstract
一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法，涉及一种预处理燃料酒精原料的方法。本发明是要解决现有微波预处理燃料酒精原料的方法成本高，处理过程中产生的中间产物对纤维素酶及酿酒酵母的抑制作用大，进而影响葡萄糖转化率和乙醇产率的问题。方法如下：一、将基质粉末烘干至恒重，粉碎成颗粒小于的40目粉末；二、在粉末中加入蒸馏水，得混合物；三、将混合物放入微波处理器中进行真空微波处理，即完成燃料酒精原料的预处理。本发明方法的成本低，产生的中间产物对纤维素酶和酿酒酵母的抑制作用小，进而提高葡萄糖转化率和乙醇产率。该制备方法适用于酒精的工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种预处理燃料酒精原料的方法。
背景技术
秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素组成。秸秆纤维素微细纤维由秸秆中的数个纤维素分子之间通过氢键和范德华力接合而成，构成纤维素微细纤维的纤维素称为结晶性纤维素，其它纤维素称为非结晶纤维素。纤维素是D-吡喃葡萄糖基以β-1,4糖苷键联结而成的线状高分子化合物。半纤维素是由多种糖基（木糖基、葡萄糖基、甘露糖基、半乳糖基、阿拉伯糖基和鼠李糖基等），糖醛酸基（半乳糖醛酸基和葡萄糖醛酸基等）和乙酞基所组成，与纤维素缠绕在一起。秸秆中的木质素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳-碳键联接而成的芳香族高分子化合物。秸秆的复杂结构和纤维素的结晶区形成一种坚固的天然屏障，阻碍纤维素酶的进入，使得生物降解难于迅速进行。因此人们不得不借助化学的、物理的方法进行预处理，使纤维素与木质素、半纤维素等分离，使纤维素内部氢键打开，使结晶纤维素成为无定型纤维素，以及进一步打断部分β-1，4-糖苷键，降低聚合度，改变天然纤维素的结构，破坏纤维素-木质素-半纤维素之间的连接，降低纤维素的结晶度以及提高基质的孔隙率。因此预处理是生物转化的关键步骤，影响整个纤维素酒精生产过程．高效、便捷的预处理技术是木质纤维素原料生产燃料乙醇的关键所在。
微波是频率为300MHz～30OGHz的电磁波，波长为1mm～lm，介于红外与无线电波之间，属于高频电磁波，微波加热基本上都属于偶极子极化加热方式。微波预处理具有减少生产费用、缩短工艺流程、不污染环境等优点，但现有的秸秆微波预处理技术还存在着明显的不足之处：（1）由于常压微波的加热速度非常快，对秸秆类物质进行处理过程中，秸秆类物质内部温度瞬时升高，容易对物料产生过热或烧伤的焦糊想象，影响纤维素的酶解，为此目前常压微波预处理技术采用的固液比为1：(40-100)，用水量过大，相应的成本升高；（2）物料温度一般在超过170-190℃时，纤维素的酶解率才能达到85%以上，因此在加压微波预处理过程中产生的中间产物对纤维素酶及酿酒酵母的抑制作用大，进而影响葡萄糖转化率和乙醇产率。
发明内容
本发明是要解决现有微波预处理燃料酒精原料的方法成本高，处理过程中产生的中间产物对纤维素酶及酿酒酵母的抑制作用大，进而影响葡萄糖转化率和乙醇产率的问题，而提供一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法。
本发明的变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法按以下步骤进行：
一、将基质粉末放入60-80℃的烘箱中烘干至恒重，取干燥后的基质粉末5g-10g，粉碎成颗粒小于40目的粉末；
二、在步骤一中得到的颗粒小于40目的粉末中加入蒸馏水，固液比为1：（5-20），得到粉末与蒸馏水的混合物；
三、将步骤二中得到的粉末与蒸馏水的混合物放入微波处理器中在70-80℃下进行真空微波处理，绝对压力为0.3atm-0.7atm，每隔1min-2min微波处理1次，每次处理1min-2min，共处理5次，即完成燃料酒精原料的预处理。
本发明效果：
本发明方法的反应温度低，能耗小，反应时间短，节省了成本。本发明是在一定的真空度下对基质粉末进行处理，在此条件下，蒸馏水气化温度低，对基质粉末的处理温度在100℃以下，产生的糠醛、羟甲基糠醛等中间产物对纤维素酶及酿酒酵母的抑制作用小，进而提高葡萄糖转化率和乙醇产率。采用本发明方法处理后葡萄糖转化率为50%-55%，理论乙醇产率为77%-85%。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法按以下步骤进行：
一、将基质粉末放入60-80℃的烘箱中烘干至恒重，取干燥后的基质粉末5g-10g，粉碎成颗粒小于40目的粉末；
二、在步骤一中得到的颗粒小于40目的粉末中加入蒸馏水，固液比为1：（5-20），得到粉末与蒸馏水的混合物；
三、将步骤二中得到的粉末与蒸馏水的混合物放入微波处理器中在70-80℃下进行真空微波处理，绝对压力为0.3atm-0.7atm，每隔1min-2min微波处理1次，每次处理1min-2min，共处理5次，即完成燃料酒精原料的预处理。
本实施方式步骤二所述的固液比为颗粒小于40目的粉末的质量（g）与蒸馏水的体积（mL）比。
本实施方式步骤三所述的微波处理器的型号为美国CEM公司生产的Mars5高通量密闭微波消解系统（微波消解仪），微波频率：450MHz。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤一中基质粉末为甘蔗渣粉、稻壳粉和秸秆粉中的一种或其中几种的混合物。其它组成和步骤与具体实施方式一相同。
当基质粉末为混合物时，各组分之间按任意比混合。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于步骤二中固液比为1：（7.5-12.5）。其它组成和步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一或二不同点在于步骤二中固液比为1：10。其它组成和步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点在于步骤三中将粉末与蒸馏水的混合物放入微波处理器中在75℃下进行真空微波处理。其它组成和步骤与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点在于步骤三中绝对压力为0.5atm。其它组成和步骤与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点在于步骤三中每隔1min微波处理1次，每次处理1min。其它组成和步骤与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点在于步骤三中每隔2min微波处理1次，每次处理2min。其它组成和步骤与具体实施方式一至七之一相同
实施例：变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法按以下步骤进行：
一、将基质粉末放入80℃的烘箱中烘干至恒重，取干燥后的基质粉末10g，粉碎成颗粒小于40目的粉末；
二、在步骤一中得到的颗粒小于40目的粉末中加入蒸馏水，固液比为1：10，得到粉末与蒸馏水的混合物；
三、将步骤二中得到的粉末与蒸馏水的混合物放入微波处理器中在80℃下进行真空微波处理，绝对压力为0.5atm，每隔1min微波处理1次，每次处理1min，共处理5次，即完成燃料酒精原料的预处理。
为验证本实施例的效果，运用稀酸水解法、蒸汽爆破法和碱石灰法分别对秸秆粉进行预处理，得到的结果如表1所示。
表1变频真空微波预处理与其他预处理方法主要参数的比较
从表1可以看出，变频真空微波预处理与其他处理方式相比不需要添加剂，反应的温度、压强与其它处理方式相比要求较低，能耗小，反应时间短，相应节省了成本。
表2不同微波预处理方法的比较
由表2可以看出，本实施例的变频真空微波预处理比传统的常压微波处理方式时间短，固液比低；比传统的加压微波温度低、压力小，使得工艺成本降低，同时在预处理过程中产生的对纤维素酶和酿酒酵母的抑制作用小，使得葡萄糖转化率和乙醇产率高于常压微波和加压微波预处理。
Claims (8)
1.一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法，其特征在于变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法按以下步骤进行：
一、将基质粉末放入60-80℃的烘箱中烘干至恒重，取干燥后的基质粉末5g-10g，粉碎成颗粒小于40目的粉末；
二、在步骤一中得到的颗粒小于40目的粉末中加入蒸馏水，固液比为1：（5-20），得到粉末与蒸馏水的混合物；
三、将步骤二中得到的粉末与蒸馏水的混合物放入微波处理器中在70-80℃下进行真空微波处理，绝对压力为0.3atm-0.7atm，每隔1min-2min微波处理1次，每次处理1min-2min，共处理5次，即完成燃料酒精原料的预处理。
2.根据权利要求1所述的一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法，其特征在于步骤一中基质粉末为甘蔗渣粉、稻壳粉和秸秆粉中的一种或其中几种的混合物。
3.根据权利要求1或2所述的一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法，其特征在于步骤二中固液比为1：（7.5-12.5）。
4.根据权利要求1或2所述的一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法，其特征在于步骤二中固液比为1：10。
5.根据权利要求4所述的一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法，其特征在于步骤三中将粉末与蒸馏水的混合物放入微波处理器中在75℃下进行真空微波处理。
6.根据权利要求5所述的一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法，其特征在于步骤三中绝对压力为0.5atm。
7.根据权利要求6所述的一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法，其特征在于步骤三中每隔1min微波处理1次，每次处理1min。
8.根据权利要求6所述的一种变频真空微波预处理燃料酒精原料的方法，其特征在于步骤三中每隔2min微波处理1次，每次处理2min。
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