CN104313060A - 一种生物质abe发酵糖液的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以农作物废料为原料，制备生物质ABE发酵糖液。属于生物质能源领域。本发明方法利用水解、酶解两步法制糖，充分降解农业废弃物的半纤维、纤维组分，制成可被生物菌利用的还原性糖；难以被降解利用的木质素及非糖物质被制成燃料棒，用于采暖和生物质锅炉燃料，生物质利用彻底，减少环境污染，经济效益显著，实现了生物质的高值化利用。

Description

一种生物质ABE发酵糖液的制备方法
技术领域
本发明涉及生物化工领域，尤其涉及生物质ABE发酵糖液的制备方法。
背景技术
丙酮、丁醇是重要的有机溶剂和化工原料，被广泛地用于有机合成、塑料、树脂、油漆、医药和国防工业。随着世界石油资源、煤炭资源的枯竭和环境问题的突显，丁醇作为新型的可再生生物能源，越来越受到各国的关注，其发展前景和市场潜力巨大。
发酵法生产丙酮、丁醇始于20世纪初，以中国和前苏联为主要生产国，原料用含淀粉的农作物为主，如：玉米、大米、山芋干等，也有少数工厂使用糖蜜。使用的菌种根据各自的生产实践，有所不同，有的以发酵淀粉为主、有的以发酵糖蜜为主。但在微生物分类上均属于裂殖菌纲、真细菌目、真亚细菌亚目、芽孢杆菌科、梭状属的细菌。丙丁菌是有鞭毛、厌气性的杆状菌，在生芽孢时会呈纺锤体或鼓槌状体。能使碳水化合物降解成CO2、H2、CH3(CH2)2COOH、CH3COOH，当酸度升高到一定的峰值后，丙丁菌能分泌一种酶可以将酸还原成丙酮、丁醇、乙醇等中性产物。
后来，随着石油化工的发展，合成法生产丙酮、丁醇发展迅速，逐步取代了发酵法。丙酮合成大都采用异丙苯法；丁醇的合成多采取羰基合成法、醇醛缩合法。即由丙烯或乙醛出发，混合CO、H2，在催化剂的作用下，加压反应合成正丁醇、异丁醇、辛醇的工艺路线。
但在进入21世纪后，随着世界石油资源、煤炭资源的枯竭和越来越严重的环境问题，迫使各国的科学家开始寻找新的能源替代品，而生物质能作为一种可再生，低碳环保的能源被各国科学家看好，生物质乙醇、生物质丁醇、生物柴油等一些产业应运而生，掀起了一场生物质新能源研发、利用高潮。
发酵法生产ABE工艺，目前原料多是以含淀粉质的玉米、大米、山芋干等为主，高温糊化、液化，淀粉水解成可发酵的葡萄糖，被丙丁菌利用，发酵生成丙酮、丁醇、乙醇等产品。但在耕地日益减少，粮食危机加剧的今天，以谷物为原料生产化工产品的工艺，受到各国政府的限制。而开发以农业废弃物为原料，加工生产化工产品的工艺，成为未来的发展趋势。
现有的农业废弃物利用，也有用于制糖方面的，如：木糖生产、纤维乙醇的生产。但这两种工艺，目前仍存在很多问题。木糖工艺，只是利用了生物质原料里半纤维部分，而纤维和木素部分没能很好利用。纤维乙醇工艺，目前多采用汽爆加酶解的工艺，也存在糖分损失大，糖收率低，糖的酒精转化率低的问题。
本发明所用原料为农业废弃物玉米芯、玉米秸秆，经过水解、酶解两步法制糖，生物质中的半纤维、纤维水解成具有还原性单糖和低聚糖，以木糖、葡萄糖、阿拉伯糖、低聚糖为主，糖的收率超过55％，糖液经过丙丁菌的降解，发酵产生丙酮、丁醇、乙醇(即ABE溶剂)，糖的溶剂得转化率可达30％以上，基本和淀粉质糖的溶剂转化率持平，经济效益显著。成熟的发酵醪液采取七塔差压蒸馏，进行分馏和纯化，可以生产出质量合格的丙酮、丁醇、乙醇产品。生物质中难以被降解利用的非糖物质木素，在糖分离过程中被截留在渣料里，通过烘干、制粒设备做成燃料棒，可用于采暖和生物质锅炉的燃料。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种以农作物废料为原料，利用水解、酶解法充分降解原料中的纤维和半纤维，制成发酵糖液；剩余的渣料通过烘干、制粒设备，做成燃料棒，用于采暖和生物质锅炉的燃料。该方法能够较为彻底的利用农作物废料，制成生物质ABE发酵糖液，从而生产出可再生的生物能源物质，本发明方法适用于大规模生产生物质ABE糖液，具有良好社会效益和经济效益。
本发明的一种生物质ABE发酵糖液的制备方法，其特征包括以下步骤：
从农作物废料中获取水解糖液和酶解糖液；
将所述水解糖液、酶解糖液、玉米浆和营养盐进行混合处理，得到发酵糖液。
其中，所述的从农作物废料中获取水解糖液包括：
将所述玉米芯和玉米秸秆粉碎后，加入稀酸水，搅拌混合后得生物质溶液；
加热所述生物质溶液，通过水解罐水解后，得到水解物料；
将所述水解物料进行闪蒸冷却处理，送至挤干机中分离，再经板框过滤后，得到水解渣料、细小纤维和过滤糖液；
对所述过滤糖液进行脱毒处理，得水解糖液。
特别是，所述玉米芯和玉米秸秆的质量比为6-9:1-4。
其中，所述的将玉米芯和玉米秸秆粉碎包括：
将所述玉米芯和玉米秸秆进行粗粉碎，得粗碎物质，其中，粗碎的粒度≤50mm；
除去所述粗碎物质中的沙尘；
将所述除去沙尘后的粗碎物质进行细碎，得所述粉末状原料，其中，细碎粒度≤5mm。
特别是，所述稀酸水为硫酸溶液；加入稀酸水的量与农作物废料的质量比为7-12:1；硫酸的浓度为0.2-1.5％。
特别是，所述拌料罐温度为55-80℃。
特别是，所述加热生物质溶液所用的设备是水解料加热器，加热温度为100-150℃。
特别是，所述水解温度为100-150℃；水解时间为1.5-5h，优选为2.5-3h。
特别是，所述闪蒸冷却是由出料阀门控制闪蒸罐液位及流量，将水解物料送至真空闪蒸罐中，控制绝对压强为(-80)-(-10)KPa，优选为(-40)-(-35)KPa，闪蒸罐液位为30-50％，冷却后温度为80-90℃。
其中，所述的从农作物废料中获取酶解糖液包括：
将所述细小纤维和所述水解渣料送至预酶解罐中，加入纤维素酶混合，得酶解物料；
对所述酶解物料进行研磨处理，得到乳状的酶解物料；
将所述乳状的酶解物料送至酶解罐中继续酶解，经酶解板框分离得酶解糖液。
特别是，所述预酶解罐的控制温度为40-60℃；pH为4-6，预酶解时间为7-10h，加入的纤维素酶量为酶解罐干物质的0.3-4.6％。
特别是，所述研磨处理所用设备为磨浆机。
特别是，所述酶解罐的控制温度为40-60℃；pH为4-6，酶解时间为40-50h。
其中，所述脱毒处理包括以下步骤：
将所述过滤糖液分为A与B两部分，过滤糖液A送至拌料罐中进行回配，过滤糖液B送至脱色罐中，脱色处理后，经板框分离，得脱色糖液；
冷却所述脱色糖液，经超滤膜进行精滤，除去脱色糖液中的大分子物质，得精滤糖液；
将所述精滤糖液进行脱酸、脱盐处理，除去精滤糖液中的酸根离子和盐分子，得水解糖液。
其中，所述电渗析处理还包括以下步骤：
将所述电渗析脱酸后的含有酸性物质和盐分子的浓水，回收配酸，得硫酸溶液。
特别是，所述糖液A与糖液B的重量比为2-5:5-8。
特别是，所述脱色处理所用脱色剂为活性炭，用量为过滤糖液B的0.1-10‰，优选为4‰；用硅藻土预涂；脱色罐的控制温度为30-90℃；脱色时间为0.1-3h。
特别是，所述冷却脱色糖液温度至≤40℃。
特别是，所述超滤膜的膜通量为1～500L/m2h，超滤膜的工作压力为0.6～0.11Mpa，温度≤40℃。
其中，所述混合处理包括：
按照如下体积比混合所述水解糖液、酶解糖液、玉米浆和营养盐，得混合物；
对所述混合物进行加热杀菌后，经换热器降温冷却处理，得到发酵糖液。
特别是，所述加热杀菌温度为110-121℃，优选为115-121℃。
特别是，所述降温冷却后的温度为30-45℃，优选为36-38℃。
特别是，所述杀菌时间为13-18min。
本发明的有益效果体现在以下方面：
1、本发明方法制备生物质ABE发酵糖液，为农作物废料的处理提供了一种高效、环保的途径。原料易得，来源广泛，成本低，不但净化环境、减少污染，而且实现废物利用，提高经济效益。
2、本发明方法制备生物质ABE发酵糖液，彻底利用农作物废料，能够将被降解的纤维、半纤维制成用于生产生物质ABE的发酵糖液、不能降解的渣料被制成燃料棒，用于采暖和生物质锅炉燃烧，经济效益显著。
3、本发明方法对原料进行了粗粉碎和细粉碎两级粉碎，并用除尘器除去原料中的尘土，利于生物质的水解和发酵；应用旋盘泵输送生物质混合物，解决了由于生物质混合物因固液比大，输送困难，易流失等问题，配料浓度可达10-12％；利用超滤膜和电渗析技术，有效去除生物质糖液中的大分子物质、细菌、酸根离子和重金属离子等杂质，去除效率高，效果显著；使用磨浆机研磨酶解物料，能够保证纤维素酶的渗透和酶解作用有效进行，提高酶解效率。上述各个步骤与环节形成一个整体，综合提高了原料的利用效率以及标准化程度。
4、本发明方法制备生物质ABE发酵糖液，糖收率≥55％，糖度达4.0以上，酸度≤2.0，无杂菌物质，符合发酵糖液的质量要求。
附图说明
图1是本发明方法的操作工艺流程图。
具体实施方式
本发明的一种生物质ABE发酵糖液的制备方法，主要包括以下步骤：
从农作物废料中获取水解糖液和酶解糖液；
将所述水解糖液、酶解糖液、玉米浆和营养盐进行混合处理，得到发酵糖液。
其中，所述的从农作物废料中获取水解糖液包括：
将所述玉米芯和玉米秸秆粉碎后，加入稀酸水，混合后得生物质溶液；
加热所述生物质溶液，通过水解罐水解后，得到水解物料；
将所述水解物料进行闪蒸冷却处理，送至挤干机中分离，再经板框过滤后，得到水解渣料、细小纤维和过滤糖液；
对所述过滤糖液进行脱毒处理，得水解糖液。
其中，所述的从农作物废料中获取酶解糖液包括：
将所述细小纤维和所述水解渣料送至预酶解罐中，加入纤维素酶混合，得酶解物料；
对所述酶解物料进行研磨处理，得到乳状的酶解物料；
将所述乳状的酶解物料送至酶解罐中继续酶解，经酶解板框分离得酶解糖液。
其中，所述的将玉米芯和玉米秸秆粉碎包括：
将所述玉米芯和玉米秸秆进行粗粉碎，得粗碎物质，其中，粗碎的粒度≤50mm；
除去所述粗碎物质中的沙尘；
将所述除去沙尘后的粗碎物质进行细碎，得所述粉末状原料，其中，细碎粒度≤5mm。
其中，所述脱毒处理包括以下步骤：
将所述过滤糖液分为A与B两部分，过滤糖液A送至拌料罐中进行回配，过滤糖液B送至脱色罐中，脱色处理后得脱色糖液；
冷却所述脱色糖液，经超滤膜进行精滤，除去脱色糖液中的大分子物质，得精滤糖液；
将所述精滤糖液进行脱酸、脱盐处理，除去精滤糖液中的酸性物质和盐分子，得水解糖液。
其中，所述混合处理包括：
按照如下体积比混合所述水解糖液、酶解糖液、玉米浆和营养盐，得混合物；
对所述混合物进行加热杀菌后，降温冷却，得到发酵糖液；
其中，所述脱盐、脱酸处理还包括以下步骤：
将所述脱盐、脱酸处理后的含有酸性物质和盐分子的浓水，回收配酸，
得硫酸溶液。
本发明的特点是利用农作物废料-玉米芯和玉米秸秆生产生物质ABE的发酵糖液，通过水解、酶解法较为彻底的降解原料中的纤维和半纤维，并能很好利用原料的其它成分制备燃料棒，同时利用超滤膜和电渗析去除糖液中的杂质，结合新型的粉碎设备、输送设备和研磨设备提高了降解效率，降低生产成本，将上述的方法和设备有机的组合成一个整体，为生物质ABE发酵糖液的生产提供了一条科学合理的制作工艺，有效提高了生产效率和标准化程度。
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明，如附图中的流程图所示(图1)。
实施例1
1、粉碎
1-1)粗粉碎
将玉米芯与玉米秸秆以6:4的比例混合，送至圆筒自动切草机中进行粗粉碎，粗粉碎的粒度≤50mm。
1-2)除杂
粗粉后的物质送至六辊羊角除尘器进行除杂处理，去除粗粉末中的沙粒、尘土等杂质。
1-3)细粉碎
除去沙尘后的物质送至刀锤式粉碎机进行细粉碎处理，细碎粒度≤5mm，得到粉末状物料。
玉米秸秆、玉米芯的主要组分均为半纤维、纤维、木质素，其中半纤维、纤维组分含量在生物体组分里占比约为60-70％，半纤维与纤维可以通过水解、酶解方式降解为可被微生物细菌利用的还原性单糖。由于玉米秸秆和玉米芯的密度不同，为了使玉米芯与玉米秸秆粉碎、配料后能够维持一定的固液状态，从而获得更高的降解率，本发明将玉米芯与玉米秸秆以6:4的比例混合。
为了使原料充分混合，原料中的纤维和半纤维充分降解，使用圆筒自动切草机、刀锤式粉碎机对玉米芯及玉米秸秆两级粉碎，可以将原料粉碎到所需的粒度，利于原料的混合与后期的水解与酶解过程，解决了现有工艺方法能耗大、粉碎难的问题。使用六辊羊角除尘器除去原料中的尘土、沙石等杂质，避免了非生物质对设备的损伤，影响生物质ABE发酵糖液的制备。
2、配料
物料通过输送浸润绞笼送入拌料罐，再向拌料罐内的物料中加入浓度为0.2％的稀硫酸，控制拌料罐温度为55℃，进行搅拌，获得生物质溶液，其中稀硫酸的加入量与农作物废料的体积比为12：1。
纤维素、半纤维素和木质素是玉米芯与玉米秸秆的主要成分，共存于植物纤维原料中，形成复杂的结构，尤其是木质素的包被作用严重影响纤维素酶对纤维素的作用。因此本发明利用酸预处理的方法改变纤维素、半纤维素和木质素的结构，使原料中的大部分半纤维在酸的条件下可以水解成单糖，再利用纤维素酶解的方法降解并转化原料中的纤维素成分，产生可供利用的有效物质。。
较高的水解温度和加酸量有利于破坏生物质的组织结构，是生物质水解的关键因素，使用浓酸水处理虽然可以得到较高的糖产量，但是会产生抑制因素，影响后续反应，并且较高浓度的酸在处理过程中会腐蚀设备，安全隐患增加，因此本发明使用稀硫酸对玉米芯和玉米秸秆进行预处理。
在稀硫酸加入农作物废料配料的过程中，为了便于酸水与物料更好的渗透，加快稀硫酸与混合物的充分接触，本发明控制拌料罐温度为55-65℃，减少水解过程因温度变化过大而造成设备震动，导致损坏，同时，拌料罐装有搅拌装置，加速酸水与物料的渗透。
3、水解处理
用旋盘泵输送上述生物质溶液，经加热器蒸汽加热处理，使溶液升温至100℃，再送入水解连续罐中，进行水解反应5h，得到水解物料。
生物质溶液为高浓生物质的固液混合物，为保证物料浓度和便捷输送，本发明利用旋盘泵输送混合物至水解罐中，解决了上述问题。
在水解过程中，水解温度与水解时间影响生物质溶液的水解结果。长时间的高温酸水解会发生显色反应，产生大量色素；同时在高温水解过程中，木糖、葡萄糖往往易降解成糠醛等物质，对微生物发酵有一定抑制作用；温度偏低，半纤维素难以发生解聚，半纤维水解效果差；因此，本发明将水解温度控制在100℃,温度在100-150℃范围内也适用于本发明，反应时间为2-5h也适用于本发明，既能保持水解总糖收率又能减少色素和糠醛等有害物质产生。
4、低沸点有机物质的去除
4-1)闪蒸处理
将上述水解物料送至真空闪蒸罐中，控制真空闪蒸罐负压在-80KPa，控制闪蒸罐液位为30％，使真空闪蒸罐的温度由100℃冷却到80℃，去除水解物料中的醛和酸等低沸点有机物杂质。
4-2)分离过滤
将上述经过闪蒸处理后的水解物料在泵的作用下从闪蒸罐传送至挤干机前储罐，再传送到挤干机内，对水解物料进行分离处理，得到水解渣料和粗水解糖液。其中对粗水解糖液进行板框过滤，得细小纤维和过滤后的糖液；过滤后的糖液以2:8的比例分开，20％的过滤糖液被送回拌料罐中配料；80％的过滤糖液送至脱色罐中进行脱色处理。
通过降低真空闪蒸罐的绝对压强，同时控制闪蒸罐内的液位，在水解物料进入闪蒸罐后，低沸点的醛、酸等杂质会被蒸发排掉，水解糖液得到净化。
为了提高生物质ABE发酵糖液的糖度，本发明将部分过滤糖液送至拌料罐中配料，增加了配料中的糖度，提高产品质量和生产效率。
5、脱色处理
5-1)活性炭脱色
将过滤糖液送至脱色罐中，再向脱色罐中加入活性炭，脱色处理0.1h，其中活性炭的用量为过滤糖液的0.1‰，控制温度90℃。
5-2)板框分离
用硅藻土预涂的分离板框对脱色罐中的糖液进行分离，得脱色糖液和废弃活性炭。其中，脱色糖液被送至中间储罐，废弃活性炭被送至锅炉焚烧，实现了活性炭的废旧利用。
在水解过程中，随着温度的升高，水解糖液中会生成许多色素，色素的存在，直接危害到丙丁梭菌的生长和发酵，因此本发明使用活性炭和硅藻土预涂的分离板框去除过滤糖液中的色素杂质，由于活性炭具有强大的表面积，吸附能力强，可以有效去除有色物质，硅藻土作为助滤剂，除去液体中的不溶性物质的同时，能够加快过滤速度，滤渣比较紧密，能够从滤布上脱落。因此过滤糖液中的色素杂质得以去除，提高ABE糖液的质量。
6、除杂
6-1)降温处理
将脱色糖液送至脱酸、脱盐系统的中间储罐，经保安过滤器及冷却器处理，脱色糖液温度降低，使脱色糖液温度≤40℃。
6-2)超滤膜处理
降温后的脱色糖液送至超滤前储罐中，经超滤膜处理，控制超滤膜压力为0.6Mpa，超滤膜通量为100L/m2h，分离除去大分子聚糖、蛋白、细菌等杂质，得精滤糖液和滤除液。精滤糖液送入电渗析前储罐，备用；滤除液送至水解处理中的拌料罐中被回收。
超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过，脱色糖液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，最终实现对脱色糖液的净化和分离的目的。只是由于每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01微米的微孔，其孔径只允许水分子、及小分子糖类、无机盐类离子通过，而最小细菌的体积都在0.02微米以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的大分子有机物等物质都能被超滤膜截留下来。
7、脱酸、脱盐处理
精滤糖液进入电渗析设备中，在直流电的作用下，利用电渗析中阴阳离子交换膜的选择透过性，除去糖液中的酸和盐，使电导率降至≤5000μs，得成品水解糖液；电渗析所产生的浓水，被收集浓缩，回收制备硫酸溶液。
电渗析利用阴阳离子交换膜对糖溶液中阴阳离子的选择透过性，使精滤糖液在直流电场内，阳离子向阴极迁移，淡化室中的阳离子透过阳膜进入浓缩室。但浓缩室中的阳离子受阻于阴膜而留下。同时，阴离子向阳极迁移，淡化室中的阴离子透过阴膜进入浓缩室，但浓缩室中的阴离子受阻于阳膜而留下。因此，精滤糖液的脱盐和脱酸得以实现。与此同时，将浓缩室中包含H+和SO4 2-离子的浓水回收，重新配位得硫酸，实现了浓水的回收再利用。
酸根离子和重金属离子的存在，同样会对菌种繁殖和发酵产生抑制作用，因此本发明使用超滤膜和电渗析的方法去除其中的酸根离子和重金属离子。
8、酶解法降解
8-1)预酶解
将上述过程4中的细小纤维和水解渣料混合，送至预酶解罐中，再向预酶解罐中加入纤维素酶，其中纤维素酶的用量为酶解物料的0.3％，用酶解法降解细小纤维和水解渣料，其中温度调至40℃，pH调至4，酶解时间为10h，得预酶解物料。
8-2)研磨处理
将预酶解物料在泵的作用力下，送至磨浆机中进行研磨处理，当预酶解物料呈褐色乳状物质，手感无颗粒时，即得磨浆后的酶解物料。
8-3)酶解
将磨浆后的酶解物料，送至酶解罐中继续酶解，在温度为40℃，pH为4的条件下酶解60h，得酶解物料。物料经板框分离，得酶解糖液和酶解渣料。
纤维素存在于一切植物的细胞壁内，为植物纤维的主要成分，是葡萄糖结构单位构成的直链状高分子糖类。纤维素酶是一种可以将纤维素水解、具有生物活性的催化剂。本发明利用纤维素酶，把经过水解处理后的生物质原料，在纤维素酶的作用下，将纤维素降解成葡萄糖，使原料糖的收率提高，同时六碳糖的加入，对后续工艺中的丙丁梭菌培养和发酵有积极作用，降低了非粮生物质ABE的生产成本。
利用磨浆机对预酶解物料进行研磨处理，可以加快纤维素酶的渗透和酶解，利于酶解作用高效进行。
9、ABE发酵糖液的制备
9-1)溶液混合处理
将上述酶解糖液与水解糖液以500:500的比例置于发酵糖配料罐中混合，再向发酵糖配料罐中加入玉米浆和营养盐进行搅拌，混合均匀后，得混合溶液，其中玉米浆用量是酶解糖液与水解糖液总和的2‰，营养盐用量为酶解糖液与水解糖液总和的2‰。
9-2)灭菌处理
利用闪蒸罐中的废热对溶液进行预热，避免因加热过快引起的设备振动，能实现废热的再利用；预热后的溶液进入中间罐，由加热器对溶液进行蒸汽加热处理，溶液温度达到110℃后，送至维持罐中，保持该温度18min，灭菌结束后利用换热器进行降温冷却处理，使溶液降至36℃，得发酵糖液。
用斐林试剂化学法测定糖度；用酸碱滴定法测定糖液酸度，用显微镜观察糖液中的杂菌情况，使用pH试纸测定pH值，测定结果如表1所示。
实施例2
1、粉碎
1-1)粗粉碎
将玉米芯与玉米秸秆以9:1的比例混合，送至圆筒自动切草机中进行粗粉碎，粗粉碎的粒度≤50mm。
1-2)除杂
粗粉后的物质送至六辊羊角除尘器进行除杂处理，去除粗粉末中的沙粒、尘土等杂质。
1-3)细粉碎
除去沙尘后的物质送至刀锤式粉碎机进行细粉碎处理，细碎粒度≤5mm，得到粉末状物料。
2、配料
物料通过输送浸润绞笼送入拌料罐，再向拌料罐内的物料中加入浓度为1.5％的稀硫酸，控制拌料罐温度为80℃，进行搅拌，获得生物质溶液，其中稀硫酸的加入量与农作物废料的体积比为5：1。
3、水解处理
用旋盘泵输送上述生物质溶液，经加热器蒸汽加热处理，使溶液升温至150℃，再送入水解连续罐中，进行水解反应1.5h，得到水解物料。
4、低沸点有机物质的去除
4-1)闪蒸处理
将上述水解物料送至真空闪蒸罐中，控制真空闪蒸罐负压在-10KPa，控制闪蒸罐液位在闪蒸罐高度的50％，使真空闪蒸罐的温度由150℃冷却到90℃，去除水解物料中的醛和酸等低沸点有机物杂质。
4-2)分离过滤
将上述经过闪蒸处理后的水解物料在泵的作用下从闪蒸罐传送至挤干机前储罐，再传送到挤干机内，对水解物料进行分离处理，得到水解渣料和粗水解糖液。其中对粗水解糖液进行板框过滤，得细小纤维和过滤后的糖液；过滤后的糖液以5:5的比例分开，50％的过滤糖液被送回拌料罐中配料；50％的过滤糖液送至脱色罐中进行脱色处理。
5、脱色处理
5-1)活性炭脱色
将过滤糖液送至脱色罐中，再向脱色罐中加入活性炭，脱色处理3h，其中活性炭的用量为过滤糖液的10‰，控制温度30℃。
5-2)板框分离
用硅藻土预涂的分离板框对脱色罐中的糖液进行分离，得脱色糖液和废弃活性炭。其中，脱色糖液被送至中间储罐，废弃活性炭被送至锅炉焚烧，实现了活性炭的废旧利用。
6、除杂
6-1)降温处理
将脱色糖液送至脱酸、脱盐系统的中间储罐，经保安过滤器及冷却器处理，脱色糖液温度降低，使脱色糖液温度≤40℃。
6-2)超滤膜处理
降温后的脱色糖液送至超滤前储罐中，经超滤膜处理，控制超滤膜压力为0.6Mpa，超滤膜通量为100L/m2h，分离除去大分子聚糖、蛋白、细杂等杂质，得精滤糖液和滤除液。精滤糖液送入电渗析前储罐，备用；滤除液送至水解处理中的拌料罐中被回收。
7、脱酸、脱盐处理
精滤糖液进入电渗析设备中，在直流电的作用下，利用电渗析中阴阳离子交换膜的选择透过性，除去糖液中的酸和盐，使电导率降至≤5000μs，得成品水解糖液；电渗析所产生的浓水，被收集浓缩，回收制备硫酸溶液。
8、酶解法降解
8-1)预酶解
将上述过程4中的细小纤维和水解渣料混合，送至预酶解罐中，再向预酶解罐中加入纤维素酶，纤维素酶的用量为酶解物料的4.6％，用酶解法降解细小纤维和水解渣料，其中温度调至40℃，pH调至6，酶解时间为7h，得预酶解物料。
8-2)研磨处理
将预酶解物料在泵的作用力下，送至磨浆机中进行研磨处理，当预酶解物料呈褐色乳状物质，手感无颗粒时，即得磨浆后的预酶解物料。
8-3)酶解
将磨浆后的预酶解物料，送至酶解罐中继续酶解，在温度为60℃，pH为6的条件下酶解50h，得酶解物料。物料经板框分离，得酶解糖液和酶解渣料。
9、ABE发酵糖液的制备
9-1)溶液混合处理
将上述酶解糖液与水解糖液以1000:1000的比例置于发酵糖配料罐中混合，再向发酵糖配料罐中加入玉米浆和营养盐进行搅拌，混合均匀后，得混合溶液，其中玉米浆用量是酶解糖液与水解糖液总和的9‰，营养盐用量为酶解糖液与水解糖液总和的9‰。
9-2)灭菌处理
利用闪蒸罐中的废热对溶液进行预热，避免因加热过快引起的设备振动，能实现废热的在利用；预热后的溶液进入中间罐，由加热器对溶液进行蒸汽加热处理，溶液温度达到121℃后，送至维持罐中，保持该温度13min，灭菌结束后利用换热器对溶液进行降温冷却处理，使溶液温度降至38℃，得ABE发酵糖液。
用斐林试剂化学法测定糖度；用酸碱滴定法测定糖液酸度，用显微镜观察糖液中的杂菌情况，使用pH试纸测定pH值，测定结果如表1所示。
实施例3
1、粉碎
1-1)粗粉碎
将玉米芯与玉米秸秆以9:1的比例混合，送至圆筒自动切草机中进行粗粉碎，粗粉碎的粒度≤50mm。
1-2)除杂
粗粉后的物质送至六辊羊角除尘器进行除杂处理，去除粗粉末中的沙粒、尘土等杂质。
1-3)细粉碎
除去沙尘后的物质送至刀锤式粉碎机进行细粉碎处理，细碎粒度≤5mm，得到粉末状物料。
2、配料
物料通过输送浸润绞笼送入拌料罐，再向拌料罐内的物料中加入浓度为0.6％的稀硫酸，控制拌料罐温度为80℃，进行搅拌，获得生物质溶液，其中稀硫酸的加入量与农作物废料的体积比为8：1。
3、水解处理
用旋盘泵输送上述生物质溶液，经加热器蒸汽加热处理，使溶液升温至126℃，再送入水解连续罐中，进行水解反应3h，得到水解物料。
4、低沸点有机物质的去除
4-1)闪蒸处理
将上述水解物料送至真空闪蒸罐中，控制真空闪蒸罐负压在-35KPa，控制闪蒸罐液位为30％，使真空闪蒸罐的温度由126℃冷却到85℃，去除水解物料中的醛和酸等低沸点有机物杂质。
4-2)分离过滤
将上述经过闪蒸处理后的水解物料在泵的作用下从闪蒸罐传送至挤干机前储罐，再传送到挤干机内，对水解物料进行分离处理，得到水解渣料和粗水解糖液。其中对粗水解糖液进行板框过滤，得细小纤维和过滤后的糖液；过滤后的糖液以3:7的比例分开，30％的过滤糖液被送回拌料罐中配料；70％的过滤糖液送至脱色罐中进行脱色处理。
5、脱色处理
5-1)活性炭脱色
将过滤糖液送至脱色罐中，再向脱色罐中加入活性炭，脱色处理0.5h，其中活性炭的用量为过滤糖液的4‰，控制温度65℃。
5-2)板框分离
用硅藻土预涂的分离板框对脱色罐中的糖液进行分离，得脱色糖液和废弃活性炭。其中，脱色糖液被送至中间储罐，废弃活性炭被送至锅炉焚烧，实现了活性炭的废旧利用。
6、除杂
6-1)降温处理
将脱色糖液送至脱酸、脱盐系统的中间储罐，经保安过滤器及冷却器处理，脱色糖液温度降低，使脱色糖液温度≤40℃。
6-2)超滤膜处理
降温后的脱色糖液送至超滤前储罐中，经超滤膜处理控制超滤膜压力为0.11Mpa，超滤膜通量为1L/m2h，，分离除去大分子聚糖、蛋白、细菌等杂质，得精滤糖液和滤除液。精滤糖液送入电渗析前储罐，备用；滤除液送至水解处理中的拌料罐中被回收。
7、脱酸、脱盐处理
精滤糖液进入电渗析设备中，在直流电的作用下，利用电渗析中阴阳离子交换膜的选择透过性，除去糖液中的酸和盐，使电导率降至≤5000μs，得成品水解糖液；电渗析所产生的浓水，被收集浓缩，回收制备硫酸溶液。
8、酶解法降解
8-1)预酶解
将上述过程4中的细小纤维和水解渣料混合，送至预酶解罐中，再向预酶解罐中加入纤维素酶，纤维素酶用量为1.5％，用酶解法降解细小纤维和水解渣料，其中温度调至48℃，pH调至5.2，酶解时间为7h，得预酶解物料。
8-2)研磨处理
将预酶解物料在泵的作用力下，送至磨浆机中进行研磨处理，当预酶解物料呈褐色乳状物质，手感无颗粒时，即得磨浆后的预酶解物料。
8-3)酶解
将磨浆后的预酶解物料，送至酶解罐中继续酶解，在温度为52℃，pH为4.8的条件下酶解40h，得酶解物料。物料经板框分离，得酶解糖液和酶解渣料。
9、ABE发酵糖液的制备
9-1)溶液混合处理
将上述酶解糖液与水解糖液以1500:1500的比例置于发酵糖配料罐中混合，再向发酵糖配料罐中加入玉米浆和营养盐进行搅拌，混合均匀后，得混合溶液，其中玉米浆用量是酶解糖液与水解糖液总和的1‰，营养盐用量为酶解糖液与水解糖液总和的1‰。
9-2)灭菌处理
利用闪蒸罐中的废热对溶液进行预热，避免因加热过快引起的设备振动，能实现废热的在利用；预热后的溶液进入中间罐，由加热器对溶液进行蒸汽加热处理，溶液温度达到115℃后，送至维持罐中，保持该温度13min，灭菌结束后利用换热器对溶液进行降温冷却处理，使溶液温度降至38℃，得ABE发酵糖液。
用斐林试剂化学法测定糖度；用酸碱滴定法测定糖液酸度，用显微镜观察糖液中的杂菌情况，使用pH试纸测定pH值，测定结果如表1所示。
实施例4
1、粉碎
1-1)粗粉碎
将玉米芯与玉米秸秆以8:2的比例混合，送至圆筒自动切草机中进行粗粉碎，粗粉碎的粒度≤50mm。
1-2)除杂
粗粉后的物质送至六辊羊角除尘器进行除杂处理，去除粗粉末中的沙粒、尘土等杂质。
1-3)细粉碎
除去沙尘后的物质送至刀锤式粉碎机进行细粉碎处理，细碎粒度≤5mm，得到粉末状物料。
2、配料
物料通过输送浸润绞笼送入拌料罐，再向拌料罐内的物料中加入浓度为0.7％的稀硫酸，控制拌料罐温度为70℃，进行搅拌，获得生物质溶液，其中稀硫酸的加入量与农作物废料的体积比为10：1。
3、水解处理
用旋盘泵输送上述生物质溶液，经加热器蒸汽加热处理，使溶液升温至128℃，再送入水解连续罐中，进行水解反应2.5h，得到水解物料。
4、低沸点有机物质的去除
4-1)闪蒸处理
将上述水解物料送至真空闪蒸罐中，控制真空闪蒸罐负压在-40KPa，控制闪蒸罐液位在闪蒸罐高度的50％，使真空闪蒸罐的温度由128℃冷却到85℃，去除水解物料中的醛和酸等低沸点有机物杂质。
4-2)分离过滤
将上述经过闪蒸处理后的水解物料在泵的作用下从闪蒸罐传送至挤干机前储罐，再传送到挤干机内，对水解物料进行分离处理，得到水解渣料和粗水解糖液。其中对粗水解糖液进行板框过滤，得细小纤维和过滤后的糖液；过滤后的糖液以3:7的比例分开，30％的过滤糖液被送回拌料罐中配料；70％的过滤糖液送至脱色罐中进行脱色处理。
5、脱色处理
5-1)活性炭脱色
将过滤糖液送至脱色罐中，再向脱色罐中加入活性炭，脱色处理1h，其中活性炭的用量为过滤糖液的4‰，控制温度70℃。
5-2)板框分离
用硅藻土预涂的分离板框对脱色罐中的糖液进行分离，得脱色糖液和废弃活性炭。其中，脱色糖液被送至中间储罐，废弃活性炭被送至锅炉焚烧，实现了活性炭的废旧利用。
6、除杂
6-1)降温处理
将脱色糖液送至脱酸、脱盐系统的中间储罐，经保安过滤器及冷却器处理，脱色糖液温度降低，使脱色糖液温度≤40℃。
6-2)超滤膜处理
降温后的脱色糖液送至超滤前储罐中，经超滤膜处理，控制超滤膜压力为0.7Mpa，超滤膜通量为50L/m2h，分离除去大分子聚糖、蛋白、细菌等杂质，得精滤糖液和滤除液。精滤糖液送入电渗析前储罐，备用；滤除液送至水解处理中的拌料罐中被回收。
7、脱酸、脱盐处理
精滤糖液进入电渗析设备中，在直流电的作用下，利用电渗析中阴阳离子交换膜的选择透过性，除去糖液中的酸和盐，使电导率降至≤5000μs，得成品水解糖液；电渗析所产生的浓水，被收集浓缩，回收制备硫酸溶液。
8、酶解法降解
8-1)预酶解
将上述过程4中的细小纤维和水解渣料混合，送至预酶解罐中，再向预酶解罐中加入纤维素酶，纤维素酶用量为1.5％，用酶解法降解细小纤维和水解渣料，其中温度调至52℃，pH调至4.8，酶解时间为10h，得预酶解物料。
8-2)研磨处理
将预酶解物料在泵的作用力下，送至磨浆机中进行研磨处理，当预酶解物料呈褐色乳状物质，手感无颗粒时，即得磨浆后的预酶解物料。
8-3)酶解
将磨浆后的预酶解物料，送至酶解罐中继续酶解，在温度为48℃，pH为5.2的条件下酶解50h，得酶解物料。物料经板框分离，得酶解糖液和酶解渣料。
9、ABE发酵糖液的制备
9-1)溶液混合处理
将上述酶解糖液与水解糖液以2000:2000的比例置于发酵糖配料罐中混合，再向发酵糖配料罐中加入玉米浆和营养盐进行搅拌，混合均匀后，得混合溶液，其中玉米浆用量是酶解糖液与水解糖液总和的1‰，营养盐用量为酶解糖液与水解糖液总和的1‰。
9-2)灭菌处理
利用闪蒸罐中的废热对溶液进行预热，避免因加热过快引起设备振动，能实现废热的在利用；预热后的溶液进入中间罐，由加热器对溶液进行蒸汽加热处理，溶液温度达到115℃后，送至维持罐中，保持该温度18min，灭菌结束后利用换热器对溶液进行降温冷却处理，使溶液降至36℃，得ABE发酵糖液。
用斐林试剂化学法测定糖度；用酸碱滴定法测定糖液酸度，用显微镜观察糖液中的杂菌情况，使用pH试纸测定pH值，测定结果如表1所示。
表1  生物质ABE发酵糖液测定结果
尽管上述对本发明做了详细说明，但不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种生物质ABE发酵糖液的制备方法，其特征包括以下步骤：
从农作物废料中获取水解糖液和酶解糖液；
向将所述水解糖液、酶解糖液加入玉米浆和营养盐进行混合处理，得到发酵糖液。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的从农作物废料中获取水解糖液包括：
将所述玉米芯和玉米秸秆粉碎后，加入稀酸水，进行搅拌，得生物质溶液；
加热所述生物质溶液，通过水解罐水解后，得到水解物料；
对所述水解物料进行闪蒸冷却处理后，送至挤干机中分离，再经板框过滤后，得到水解渣料、细小纤维和过滤糖液；
对所述过滤糖液进行脱毒处理，得水解糖液。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的从农作物废料中获取酶解糖液包括：
将所述细小纤维和所述水解渣料送至预酶解罐中，加入纤维素酶混合，得酶解物料；
对所述酶解物料进行研磨处理，得到乳状的酶解物料；
将所述乳状的酶解物料送至酶解罐中继续酶解，酶解后经酶解板框分离，得酶解糖液和酶解渣料。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的将玉米芯和玉米秸秆粉碎包括：
将所述玉米芯和玉米秸秆进行粗粉碎，得粗碎物质，其中，粗碎的粒度≤50mm；
除去所述粗碎物质中的沙尘；
将所述除去沙尘后的粗碎物质进行细碎，得所述粉末状原料，其中，细碎粒度≤5mm。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脱毒处理包括以下步骤：
将所述过滤糖液分为A与B两部分，过滤糖液A送至拌料罐中进行回配，过滤糖液B送至脱色罐中进行脱色处理，得脱色糖液；
冷却所述脱色糖液，经超滤膜进行精滤，除去脱色糖液中的大分子物质，得精滤糖液；
将所述精滤糖液进行脱酸、脱盐处理，除去精滤糖液中的酸性物质和盐分子，得水解糖液。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述混合处理包括：
按照如下体积比混合所述水解糖液、酶解糖液、玉米浆和营养盐，得混合物；
对所述混合物进行加热杀菌后，经降温冷却处理，得到发酵糖液。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述脱盐、脱酸处理还包括以下步骤：
所述精滤糖液进行电渗析处理后，将含有酸性物质和盐分子的浓水，回收配酸，得硫酸溶液。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述稀酸水为硫酸溶液；加入稀酸水的量与农业废料的质量比为7-9：1；稀酸水的浓度为0.2-1.5％；水解温度为100-150℃；水解时间为1-6h。
9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预酶解温度为40-60℃，预酶解时间为7-10h，预酶解pH是4-6；酶解温度为40-60℃，酶解时间为40-50h，酶解pH为4-6。
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