CN103100260A - 一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法 - Google Patents

一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，具体步骤为，(1)制备絮凝剂溶液；(2)将木质纤维素发酵醪与絮凝剂溶液混合均匀，混合后搅拌5分钟使絮凝剂与木质纤维素固体充分接触；(3)利用压榨机或真空抽滤设备对混合后的发酵醪进行固液分离，即得到含有发酵产物的清液和木质纤维素固体残渣。本发明的原料来源广泛；在保证木质纤维素发酵醪中有效产物收率的前提下，大大降低了固液分离的能耗，进一步完善了生物转化木质纤维素生产燃料乙醇和大宗化学品的生产流程，为木质纤维素生物炼制的产业化提供了技术储备。

Description

一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法
【技术领域】
本发明涉及木质纤维素技术领域，具体地说，是一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法。
【背景技术】
利用丰富、可再生的木质纤维素生物质生产液态燃料和大宗化学品，可以有效缓解人类对化石资源的依赖，改善日益严重的环境污染和温室效应。目前，已成为各主要国家的研发重点和优先发展战略。
在生物转化木质纤维素原料生产生物燃料和生物基化学品时，一般采用同步糖化与发酵工艺(Simultaneous saccharification and fermentation，SSF)，这样既可以减少糖对纤维素酶的产物抑制，提高纤维素原料的转化率；同时纤维素的糖化与发酵在同一个反应器中进行，提高了设备利用率，降低了产品的生产成本。与此同时，在生物燃料和生物基化学品的工业化生产中，产物浓度一般不能低于100g/L。因此，为了得到含有高浓度产物的发酵醪液，糖化与发酵需要在较高固体含量条件下进行(固体含量一般不低于20％(w/w))。导致发酵结束时，体系仍然有大量木质素和未酶解的纤维素和半纤维素固体颗粒。由于这些颗粒粒度很小，传统的分离方法如蒸馏、离心、板框压滤等很难奏效。例如，在蒸馏的过程中，由于大量固体残渣的存在，会导致管线堵塞，釜底严重结焦，从而大大降低蒸馏塔的分离效率和使用寿命，加速设备的损耗；离心耗能大，而且设备昂贵；在板框压滤过程中，发酵液的粘度极大，固体颗粒直径很小，很容易造成滤布堵塞而无法实现固体残渣和产物的有效分离。
因此，开发一种简单高效的分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和发酵产物的方法，实现固体残渣和发酵产物的有效分离，降低固液分离的能耗，对于推动木质纤维素转化生物燃料乙醇和大宗化学品的商业化进程具有里程碑式的意义。因而，寻找一种新的简单高效的木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的分离方法具有重要意义。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，
(1)制备絮凝剂溶液；
所述的絮凝剂包括壳聚糖、硫酸铝、明矾、氯化铝、聚氯化铝、聚丙烯酰胺、聚苯甲酸中的一种或几种；
所述的絮凝剂的浓度范围在10g/l～40g/l；
(2)将木质纤维素发酵醪与絮凝剂溶液混合均匀，混合后搅拌2～10分钟使絮凝剂与木质纤维素固体充分接触；
所述的发木质纤维素发酵醪为木质纤维素原料同步糖化与发酵后的发酵醪；
所述的木质纤维素发酵醪和絮凝剂溶液的体积混合比例为10∶1～20∶1；
(3)利用压榨机或真空抽滤设备对混合后的发酵醪进行固液分离，即得到含有发酵产物的清液和木质纤维素固体残渣。
所述的压榨机的压榨条件为：压力维持在5Mpa～15Mpa，维持时间为2min～5min；
所述的真空抽滤设备中的真空抽滤条件为：真空压力控制在0.09Mpa～0.1Mpa，维持时间为15min～40min；
步骤(3)得到的发酵产物清液可进一步分离纯化，获得液态燃料和大宗化学品；固体残渣含有较高的木质素，可用于生产固体燃料和生产木质素，产生一定的经济效益和避免污染环境。
所述木质纤维素原料包括农林废弃物和富含纤维素的城市固体垃圾，所述农林废弃物包括玉米秸秆、小麦秸秆、稻秆、棉秆、菊芋、芝麻杆、油菜秆、玉米芯、稻壳、谷壳、花生壳、甜高粱茎秆、甘蔗渣、木屑、废纸、柳枝稷、麻风树籽壳、硬木、软木中的一种或几种。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
(1)本发明适用的原料广泛，包括玉米秸秆、小麦秸秆、稻秆、棉秆、菊芋、芝麻杆、油菜秆、玉米芯、稻壳、谷壳、花生壳、甜高粱茎秆、甘蔗渣、木屑、废纸、柳枝稷、麻风树籽壳、硬木、软木等农林废弃物以及富含纤维素的城市固体垃圾等原料中的一种或几种的组合；
(2)本发明在保证木质纤维素发酵醪中有效产物收率的前提下，大大降低了固液分离的能耗，进一步完善了生物转化木质纤维素生产燃料乙醇和大宗化学品的生产流程，为木质纤维素生物炼制的产业化提供了技术储备；
(3)本发明获到的含有产物的清液可进一步分离纯化，获得液态燃料和大宗化学品；固体残渣含有较高的木质素，可用于生产固体燃料和生产木质素，产生一定的经济效益和避免污染环境。
【具体实施方式】
以下提供本发明一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法的具体实施方式。
实施例1
制备10g/l的壳聚糖醋酸溶液；称取25％固体含量的木质纤维素乳酸醪，测定其含水量为72.75％，乳酸浓度为67.28g/l；用量筒量取100ml木质纤维素乳酸发酵醪，然后用电子天平称取其质量110.51g，将其倒入150ml烧杯中；在室温条件下，加入8ml 10g/l的壳聚糖醋酸溶液，用玻璃棒搅拌5min，使其混合均匀；将混合液全部转入到带有单层定性滤纸的布氏漏斗中，布氏漏斗下面连接带有刻度的抽滤瓶，开启循环真空泵使其压力达到0.1Mpa，抽滤25min，得到乳酸清液体积62.9ml，测得乳酸浓度59.71g/l。计算得乳酸的回收率为68.99％。
乳酸回收率的计算方法：
乳酸回收率(％)＝抽滤乳酸清液体积(ml)×抽滤乳酸清液中乳酸浓度(g/l)/(抽滤前木质纤维素乳酸发酵醪中液体体积(ml)×抽滤前木质纤维素乳酸发酵醪中乳酸浓度(g/l))
抽滤前乳酸溶液中液体体积＝抽滤前木质纤维素乳酸发酵醪的质量(g)×抽滤前木质纤维素乳酸发酵醪的含水量(％)。
实施例2
制备10g/l的壳聚糖醋酸溶液；称取25％固体含量的木质纤维素乳酸发酵醪，测定其含水量为73.13％，乳酸浓度为72.27g/l；用量筒量取200ml的木质纤维素乳酸发酵醪，并用电子大平称其重量224.6g；将其倒入250ml烧杯中，加入16ml 10g/l的壳聚糖醋酸溶液，用玻璃棒搅拌5min，使其混合均匀；将其完全转入压榨袋中，放入压榨机载10Mpa的压力下压榨2min，压榨完毕，取出压榨袋，测量压榨后剩余固体质量37.51g，并测定其含水量51.11％。乳酸的回收率为76.12％。
乳酸回收率的计算方法：
乳酸回收率＝(压榨前纤维素乳酸发酵醪的质量(g)×压榨前纤维素乳酸发酵醪的含水量(％)-压榨后固体质量(g)×压榨后固体中含水量(％))/(压榨前纤维素乳酸发酵醪的质量(g)×压榨前纤维素乳酸发酵醪的含水量(％))。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，其特征在于，具体步骤为，
(1)制备絮凝剂溶液；
(2)将木质纤维素发酵醪与絮凝剂溶液混合均匀，混合后搅拌2～10分钟使絮凝剂与木质纤维素固体充分接触；
(3)利用压榨机或真空抽滤设备对混合后的发酵醪进行固液分离，即得到含有发酵产物的清液和木质纤维素固体残渣。
2.如权利要求1所述的一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，其特征在于，所述木质纤维素原料为农林废弃物和富含纤维素的城市固体垃圾，所述农林废弃物包括玉米秸秆、小麦秸秆、稻秆、棉秆、菊芋、芝麻杆、油菜秆、玉米芯、稻壳、谷壳、花生壳、甜高粱茎秆、甘蔗渣、木屑、废纸、柳枝稷、麻风树籽壳、硬木、软木中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的絮凝剂包括壳聚糖、硫酸铝、明矾、氯化铝、聚氯化铝、聚丙烯酰胺、聚苯甲酸中的一种或几种。
4.如权利要求1所述的一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的絮凝剂的浓度范围在10～40g/l。
5.如权利要求1所述的一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的发木质纤维素发酵醪为木质纤维素原料同步糖化与发酵后的发酵醪。
6.如权利要求1所述的一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的木质纤维素发酵醪和絮凝剂溶液的体积混合比例为10∶1～20∶1。
7.如权利要求1所述的一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的压榨机的压榨条件为：压力维持在5～15Mpa，维持时间为2～5min。
8.如权利要求1所述的一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的真空抽滤设备中的真空抽滤条件为：真空压力控制在0.09～0.1Mpa，维持时间为15～40min。
9.如权利要求1所述的一种高效分离木质纤维素发酵醪中固体残渣和产物的方法，其特征在于，步骤(3)得到的发酵产物清液可进一步分离纯化，获得液态燃料和大宗化学品；固体残渣含有较高的木质素，用于生产固体燃料和生产木质素。
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