JP2002513041A - セルロース材料を処理するための方法および装置 - Google Patents

セルロース材料を処理するための方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 セルロース材料を膨張させるためのバレル装置（１０）におけるスクリュー及び方法が開示される。膨張されたセルロース材料は、発酵法用の栄養素源及び動物飼料として有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （発明の背景） 本発明はセルロース材料を膨張することによって動物の飼料として一層有用に
しまた例えば発酵法にとって一層有用にするようにセルロース材料を処理するた
めに、バレル内にスクリューがある方法および装置を使用することに関する。特
に本発明はバレル法でのスクリューに関しまた、装置から出る時に液体からガス
に変化する際にセルロース材料を膨張させる液体アンモニアを使用することによ
りセルロース材料の連続的処理を行う装置に関する。
【０００２】 （関連技術に関する説明） セルロースを含有する植物材料（アルアルファ）のタンパク質の有効性および
セルロースの消化性を増大するために加圧下のアンモニアを使用することがＨｕ
ｌｔｏｇｕｉｓｔの米国特許第４，３５６，１９６号中に記載されている。液体
の形で槽内に用意されるアンモニアは、植物材料を含浸しまた槽内の圧力の急激
な低下にさらされると爆発的に放出される。得られる処理された材料はエタノー
ルを製造するために使用されあるいは食用または乳用の動物のための飼料として
使用される。Ｄａｌｅは米国特許第４，６００，５９０号および第５，０３７，
６６３号に、ＡＦＥＸ（Ａｍｍｏｎｉａ ＦｒｅｅｚｅまたはＡｍｍｏｎｉａ
Ｆｉｂｅｒ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ）法として知られることになった方法によって
、セルロース含有材料を処理するために揮発性の種々の化学的薬剤、特にアンモ
ニアを使用することを述べている。この方法の圧力はＨｕｌｔｏｇｕｉｓｔにお
けるより幾分高かった。Ｈｏｌｚａｐｐｌｅらは米国特許第５，１７１，５９２
号に、残留する膨潤剤をリサイクルするようにストリッピングするために、処理
されたバイオマス製品が膨潤剤の過熱蒸気によって後処理される改良されたＡＦ
ＥＸ方法を記載している。この装置２０は混合部を有しまた、周期的に開く多段
バルブを有する。Ｃｈｏｕの米国特許第４，６４４，０６０号は多糖類を遊離さ
せるために超臨界アンモニアを使用することに一般的な興味を抱いている。特許
となったこれらの方法は実質的にバッチで実施される。
【０００３】 ＡＦＥＸ法に関する先行技術の別な参照文献は、ヨーロッパ特許第０ ０７７
２８７号；Ｄａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ら、Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｂ
ｉｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｍｐ．１２号、３１〜４３ページ、（１９８
２年）；Ｄａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ら、Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｉｎｄｕｓ
ｔｒｉａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，Ａ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｈｅ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌ
ｏｇｙ、２６巻（１９８５年）；Ｈｏｔｚａｐｐｌｅ，Ｍ．Ｔ．ら、Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２８
／２９巻、５９〜７４ページ（１９９１年）；Ｂｌａｓｉｇ，Ｊ．Ｄ．ら、Ｒｅ
ｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ、７
：９５〜１１４ページ（１９９２年）；Ｒｅｓｈａｍｗａｌａ，Ｓ．ら、Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
５１／５２巻、４３〜５５ページ（１９９５年）；Ｄａｌｅ，Ｂ．Ｅ．ら、Ｂｉ
ｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．５６：１１１〜１１６ページ（１
９９６年）；およびＭｏｎｉｒｕｚｚａｍａｎ，Ｍ．ら、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｂｉ
ｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、６７：１１３〜
１２６ページ（１９９７年）である。これらの方法はそれぞれ非連続的である。
【０００４】 （目的） 従って、膨潤剤を使用することによって、膨張されたセルロース材料を製造す
るための改良された連続的方法を提供することが本発明の目的である。さらに、
この方法を実施するために特に適合した新規な装置を提供することが本発明の目
的である。これらのそして別な目的は以下の記載および図面を参照することによ
りますます明らかになるであろう。
【０００５】 （好ましい態様に関する説明） 本発明は、セルロース材料を含浸する膨潤剤にセルロース材料を接触させ、次
いで圧力を急激に低下することによる膨潤剤のガス膨張によってセルロース材料
を膨張させることによるセルロース材料を膨張させるための方法における改良に
関し、この改良は、（ａ）運転中にスクリューがシールされるようにスクリュー
の長さの一部分に沿ってバレルと回転接触するスクリューに導入するフィードス
ロートを有するバレルであって、スクリューへの加圧下にあるフィードスロート
内に膨潤剤を供給するための流入口を有しまたスクリューに隣接するバレルから
の流出口を有するバレルの中にあるスクリューに膨潤剤とセルロース材料とを投
入し；（ｂ）バレル内のスクリューの回転によって膨潤剤とセルロース材料とを
圧縮し；（ｃ）膨潤剤がセルロース材料を膨張させるように押出機の流出口を通
じて膨潤剤とセルロース材料とをバレルから抜き出し；そして（ｄ）場合によっ
てはセルロース材料から膨潤剤を回収することからなる。
【０００６】 さらに本発明は、対向する端面を有するバレル内に取り付けられた回転可能な
少なくとも１つのスクリュー、スクリューへのバレルを貫通する供給物の流入口
、およびスクリューからバレルを通じて抜き出す供給物の流出口、そして場合に
よってはバレルの両端の間にある加熱および冷却の手段を有する改良された装置
に関し、この装置は、バレルの両端の中間にあり、スクリューへのバレルを貫通
する液体の流入口を包含し、これによって、液体が加圧下にあるスクリューに供
給され、その結果、スクリューの回転によってバレルからセルロース材料が取り
出される時に液体のガスへの変化によってセルロース材料が膨張される。
【０００７】 本発明は、（ａ）対向する端面を有するバレル内に取り付けられた回転可能な
少なくとも１つのスクリュー、バレルを貫通するスクリューへの供給物の流入口
、およびスクリューからバレルを通じて抜き出す供給物の流出口、そして場合に
よってはバレルの両端の間にある加熱および冷却手段を有する装置であって、こ
れが、バレルの両端の中間にありバレルを貫通する、スクリューへの液体の流入
口を包含し、これによって、加圧下にあるスクリューに液体が供給され、その結
果、スクリューの回転によってバレルからセルロース材料が取り出される時に、
ガスになる液体によってセルロース材料が膨張される装置；（ｂ）液体の流入口
への加圧下での液体の供給；（ｃ）系が置かれる制限された空間；および（ｄ）
材料の膨張に際して放出されるガスを除去するための、バレルの両端に隣接する
ガスを除去する手段を包含する、セルロース材料を膨張させるための系にも関す
る。
【０００８】 本発明の第１の目標は、バッチ反応器内でのみ従来実施されてきたＡｍｍｏｎ
ｉａ Ｆｉｂｅｒ Ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ（ＡＦＥＸ）法を改良するためにスクリ
ューおよびバレルの装置１０（図１に示す）を使用することにある。押出装置１
０を使用する処理の有効性は酵素または第１胃のその場での消化性の増大として
定義した。
【０００９】 実施例１ 最初の段階は、アンモニアを用いて作業する安全な環境を形づくることであっ
た。これを行うためミシガン州、Ｅａｓｔ Ｌａｎｓｉｇのミシガン州立大学（
ＭＳＵ）のＯｆｆｉｃｅ ｏｆ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ，ａｎ
ｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓａｆｅｔｙ（ＯＲＣＢＳ）と連絡をとった。ここ
の推奨により、室内の補助的な換気装置をふさぐ押出装置１０の回りの領域を、
アンモニアの漏洩をすべて閉じ込めるようにビニールのストリッピング（ｓｔｒ
ｉｐｐｉｎｇ）で完全に包囲した。この閉鎖を、１分間に１０，０００ｆｔ３の
煙を放出する煙ボンベを使用して試験し、煙がなんら逃げないことが観察された
。さらに、押出機の供給部１２および流出口１３、そしてまたアンモニア注入口
１４の直近の周囲の通気を強化するために通気ダクトの１つに水平な煙霧フード
を取り付けた。最後に、すべての実験に際して使用するために、脱着可能なアン
モニアカートリッジを有するフルフェースの呼吸器を２台購入した。安全計画案
が作成されそして何らかの実験で手助けする各々の人によって検討された。
【００１０】 押出装置１０は並んで平行するツインスクリューを備えたＢａｋｅｒ−Ｐｅｒ
ｋｉｎｓＭＰＣ／Ｖ−３０（ミシガン州、Ｓａｇｉｎａｗ）であり、各々のスク
リューはスクリュー要素１００、１０１および１０２そして混練ブロック２００
および２０１からなった（図２〜１０）。モーター１５は５００ＲＰＭで３ＨＰ
を供給した。バレル１６の外形直径は３０ｍｍであり、長さと直径との比（Ｌ／
Ｄ）は１０：１であった。２つのスクリュー１７は共に回転しまた変化するプロ
フィルによって自己払拭的である。図１１はセグメント１０１、１０１、および
１０３そして混練ブロック２００および２０１の位置を示す。表１は要素の位置
を示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】 押出装置１０には加熱および冷却の両方のための制御器（図示せず）が装備さ
れた。加熱はバレル１６およびダイブロック１８に沿う３つの帯域において電気
カートリッジヒーター（図１２で＋）によって行った。冷却は穿孔されたバレル
を通じて供給される冷却された水によってバレル１６の長さに沿って行った（１
【００１３】 バレル１６およびダイブロック１８はその長さに沿って約３０℃〜１００℃の
間に加熱される。ダイブロック１８はこの範囲に加熱されるのが好ましい。
【００１４】
【表２】
【００１５】 処理された飼料が通過されて放出されるダイ１８Ａは空冷した。ダイブロック
１８にはヒーター（図１３で＋）を装備した。押出装置１０の内表面は窒化され
ており、６３μ−インチ仕上げになっていたが、これによって優れた耐食性が付
与された。スクリュー要素１００、１０１および１０２そして混練ブロック２０
０および２０１（図２、３、４、５および６Ａから６１）は熱処理された合金鋼
から製造された。
【００１６】 すべての実験に先立って、単一のスクリュー要素１００、１０１の耐食性を調
査した。実験を通じて腐食は認められなかった。
【００１７】 アンモニアを供給するのに使用される往復動ダイアフラム計量ポンプ５０はＡ
ｍｅｒｉｃａｎ Ｌｅｗａ（マサチュセッツ州、Ｈｏｌｌｉｓｔｏｎ）であった
。ポンプ５０の頂部は３１６ステンレス鋼製でありテフロンシールを有した。ポ
ンプ５０は０．２３〜２３．０ＧＰＨの計量を行うことができた。駆動機によっ
て３ＨＰが供給された。ポンプ５０は水によって較正しまた規定された行程長と
速度設定を用いて液体アンモニアの量を測定するために必要な転換を行った。
【００１８】 使用したすべての配管、管継ぎ手および弁は３１６ＳＳ製であった。使用した
配管は外径３／８インチであり、肉厚０．０６５インチであり、格付けは６５０
０ｐｓｉｇであった。すべての管継ぎ手は配管の破裂圧力に格付けされた。使用
した材料の圧力の格付けは十分な安全領域内にある。これはアンモニアで作業す
る際の安全性を確保するために行った。継ぎ手のほとんどはＳｗａｇｅｌｏｋで
あったが、少数のものはＮＰＴであった。逆止弁５１とバイパス弁５２および５
３とが設けられた。締め切り弁５５を有するアンモニアタンク５４がアンモニア
供給源であった。系からアンモニアを除去するためにパージ弁を使用した。押出
装置１０にアンモニアを計量して入れるためにニードル弁を使用した。
【００１９】 バイオマスは供給筒（ｆｅｅｄ ｔｕｂｅ）２０を経由して押出装置に供給さ
れた。供給筒２０への供給機１９は、既知の期間にわたって材料を供給しそして
バイオマスを計量することによって較正された。異なる量の水分を含む試料を個
々に較正した。
【００２０】 このプロジェクトで研究した主な材料はコーン飼料またはわらであった。本記
載では試料材料はバイオマスとも称される。これには、トウモロコシの植物体の
地上にあるすべての部分から穀粒および穂軸（ｃｏｂ）を除いたものが含まれる
。
【００２１】 コーン飼料は大きな四角い梱に入ったものとして入手した。この材料はトラク
ターに積載された粉砕機によって粗く切り刻まけた。次いで材料は乾燥され（水
分は５％より少ない）そして２ｍｍのスクリーンを通過するように回転ナイフミ
ル内でさらに砕かれた。寸法は約０．０１〜１インチである。材料はボール紙の
ドラム内にあるプラスチックの袋中に保管された。１０〜８０重量％の量の水を
加えた。新鮮な材料（乾燥物質基準の水分は通常約８０％）が使用されることが
できる。
【００２２】 ポリマーを処理するために改修されていない押出装置１０が主として使用され
てきており、従って、大きな改修を要した。このため、いくつかの改修が必要で
あった。まず、アンモニアの注入を可能にするために穴１４を機械加工した。穴
１４はバレル１６の長さの大体半分の所に設けた。穴１４はバイオマスとアンモ
ニアとの平衡化時間を最大にするように選定した。平衡化時間は約１分であった
が、供給速度、アンモニア装荷率、ダイの温度などに依存した。穴を通過するア
ンモニアの損失を最小にするために注入穴１４にはテフロンシールを設けた。
【００２３】 第２に、供給筒２０を通じてのアンモニアの損失を最小にしようとしてスクリ
ュー１７の外形を著しく修正した。加えて、２つのキャメル（ｃａｍｅｌ）スク
リュー要素１０２（図９および１０に示すもの）をスクリュー１７の排出端に設
けた。このスクリューはもともと平らであった。もとの設計ではダイブロック１
８が閉塞した。各々のスクリュー１０３の端面を一層円錐状である形状につくる
ことにより、バイオマスはダイブロック１８中に導かれそして閉塞することなく
ダイ１８Ａを通過した。
【００２４】 使用したアンモニアは、液体の供給を確実にするためにディップチューブ（ｄ
ｉｐ ｔｕｂｅ）を備えた５０１ｂシリンダー５４中で供給した。ポンプ５０に
よってアンモニアの供給の制御および正確さを図ることができた。液体の供給を
確実にするためのポンプの後で配管内のアンモニアにかかる圧力を維持するため
に注入口１４の直前に逆止弁５１を設けた。ポンプ５０によって発生される圧力
が逆止弁５１のクラッキング圧力に達するやいなや、アンモニアが押出装置１０
に直接流入した。逆止弁５１を通じての漏洩をすべて防止するために再密閉圧力
をアンモニアの蒸気圧を上回って設定した。押出装置１０を清掃するために、こ
の装置の使用後に配管がパージ弁５６によってパージできるようにいくつかのバ
イパス弁を設けた。
【００２５】 アンモニアとバイオマスとが押出装置１０を通じて一緒に流れることが一旦確
認されると、絞りが段々強くなるダイを使用した。最初は、ダイブロック１８を
使用しなかった。しかし、信頼性が一層高まるにつれ、ブロック１８を加え、そ
してまたダイ１８Ａも加えた。ブロック１８だけを使用しただけで、いくつかの
爆発が得られたが、試料の酵素消化性は未処理の試料より僅かに高いのみであっ
た。加えて、ダイ１８Ａのより小さいオリフィスから発生される高められた圧力
によって一層有効な処理が得られた。
【００２６】 押出ダイ８Ａの設計に対して多くの研究がなされている。しかしながら、バイ
オマスの混合物は標準的なダイを通過して押出されうる任意のポリマーまたは食
料とは異なる。予めいくつかのダイ１８Ａを試験したが、最小の成功しか得られ
なかった。これらは手で加工したので、端縁および内表面の粗さのため絞りを通
過するバイオマスの流れに問題を生じた。最も有用なことが証明されたダイ１８
Ａは５°のエンドミルによって加工したものであり、流入面積の４０％までの逐
次的な滑らかな減少（つまり出口は入口面積の６０％であった）が得られた。こ
のダイブロック１８では、一貫して爆発を得ることができた。このダイ１８Ａは
図１３、１４および１５に示す。寸法は以下のとうりである。
【００２７】 押出ダイ１８Ａ より大きいオリフィスは流入口でありまた押出機に面する。 より大きい穴＝π（０．５／２）２＋（１−０．５）０．５ ＝０．４６６ｉｎ２ より小さい穴＝（０．２５−ｙ）［π（０．２５−ｙ）＋１］ ｘ＝ｙ／ｔａｎ５° より小さい穴の面積＝０．２６８ｉｎ２
【００２８】 爆発は典型的に規則的な間隔で起きた。いくつかの実験で、±１５秒の再現性
が示された。アンモニアの装荷率および温度に応じて定常状態での操作は連続的
または周期的のいずれかであった。アンモニアの装荷率がより大きい（＞１．５
アンモニア重量／バイオマス重量）と、材料が数分にわたって押出装置１０から
ゆっくりと排出されるように促進され、次いでダイ１８Ａから激しく排出された
。アンモニアの装荷率は重量比で示す。例えば、アンモニアの装荷率３は１ポン
ド（またはキログラムまたはグラムなど）の乾燥バイオマスに対するアンモニア
が３ポンド（またはキログラムまたはグラムなど）であることを意味する。以下
、アンモニアの装荷率はＭ／Ｍ単位で与え、これは重量と重量との比を示す。圧
力は〜３００ｐｓｉｇまで高まるのが認められ、またトルクは５０％に近付くで
あろう。この時、爆発が起き、圧力が０ｐｓｉｇまで低下しまたトルクが〜１１
％（装荷率０の典型的な値）に低下するであろう。あるいは別に、アンモニア量
がより少ないと（＜１．５Ｍ／Ｍ）好ましい操作モードである小さな連続的な爆
発が認められた。
【００２９】 別な改修も行った。例えば、押出機の圧力低下を最小化するためにテフロンの
シートを使用した。２つの金属と金属との界面（押出装置１０とダイブロック１
８との界面、そしてまたダイブロック１８とダイ１８Ａとの間の界面）が、界面
での僅かな発泡によって確認されるように、高い圧力の一部の逃散を許すことが
何回か認められた。テフロンのシート（図示せず）を、それで密封するオリフィ
スの回りに合うように切断し、次いで２つの表面の間に置いた。これらのシール
をを取り付けた後、発泡はもう認められなかった。
【００３０】 変化させたパラメータは温度とアンモニア装荷率であった。バイオマスの水の
含有率もまた変化させたが、効果はほとんど無かった。水分含有率が６０％より
大きいと、水がバイオマスから絞り出されそしてバイオマス供給口に戻って流れ
る結果になった。バイオマスの水分レベルは全体重量の百分率（水分６０％とは
バイオマスと水との混合物１００ｇあたり水６０ｇである）として示される。こ
のことは、供給筒２０内にアンモニアによって発泡が惹起されるので、バイオマ
スの押出装置１０への供給に問題をもたらす。あるいは別に、水分レベルが６０
％より小さいと、アンモニアとの効果的な平衡化を可能にしないので、爆発は得
られなかった。従って、結果の部に示すすべての試験は水分６０％で得た。
【００３１】 図１１の帯域１〜３においていくつかの方法で温度を変えた。典型的に、バイ
オマスの供給口を中心とする第１の帯域は加熱せず、また冷却を停止した。この
場合、加熱とは室温を上回る加熱をいう。第１の帯域の冷却能力は取り除いたが
、これはこの能力が供給口の回りに凝縮を生み、これが供給物の閉塞をつながる
からである。アンモニアの注入口１４にある第２の帯域は、ダイブロック１８の
設定温度に応じて僅かに加熱した。加熱が多すぎると、アンモニアを蒸発し、処
理の有効性がより低い結果となるであろう。第３の帯域は、第２の帯域の設定温
度とダイブロック１８（図１３）の温度との平均に近い温度まで通常加熱した。
ダイブロック１８の温度は反応温度と考えた。７０℃を越えると爆発が得られな
いので、ダイブロック１８の温度に上限があるように思われた。これは、第３の
加熱帯域３中でアンモニアが部分的に蒸発することにおそらく一部よる。ダイの
温度は、伝導熱伝達によって第３の帯域での温度上昇を必然的に惹起した。この
結果、アンモニアの蒸発量が増加しまた処理の有効性が低下する。加えて、ダイ
ブロック１８の温度がより高いので、アンモニアがバイオマスの供給筒２０を経
て押し出されるおそれがある。アンモニアが所望のままに有効に閉じ込められな
かったので、蒸気が押出装置１０から自由に出た。より低い温度での処理なら、
供給筒２０に対するこのような高い圧力は発生しないであろうし、またこの効果
をこれほど受けない。
【００３２】 アンモニアの装荷率は変更された別な主要パラメータであった。アンモニアの
装荷率は０．５〜２．０Ｍ／Ｍと変化させた。算出したアンモニア装荷率は実際
の処理量についての推定値にすぎない。使用した押出装置１０のＬ／Ｄは比較的
小さく（１０：１、Ｄ＝３０ｍｍ）、バレル１６の測定した長さは約１５．２５
インチでありまたアンモニアの注入のために実際に唯一許容できる注入口１４は
バレル１６の大体中間にあった。このことは、バイオマスの供給筒２０を通じて
アンモニアが逆流することについていくつかの問題をもたらした。
【００３３】 供給筒２０へのアンモニアの逆流を制限する栓塞部（ｐｌｕｇ）を効果的に供
与する高度な混合の帯域をアンモニアの注入口１４の前に形成するために、スク
リュー１７の外形を変更することによりいろいろ努力した。スクリュー要素１０
０、１０１および１０２そして混練ブロック２００および２０１を表２に示す。
最初の３つのスクリュー要素１００、１０１および１０２は加熱および冷却の応
力のためスクリューの軸に永続的に取り付けた。これらの第１の部分は主として
、典型的には５０％の容量で運転される前方移送スクリューであり、また効果的
な絞りを供与しなかった。従って、混合帯を実現するために利用可能なスクリュ
ー軸の長さが限られているので、５基の混合パドルしか使用できなかった。
【００３４】 混合帯には別な制約があった。混練ブロック２００および２０１は個々のロッ
ド１０５にいろいろな角度で配置されている。混練ブロック２００および２０１
が図６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ，６Ｆ，６Ｇ，６Ｈおよび６Ｉに示すように
０〜９０°の角度で配置されている場合、角度がいずれかの向きから４５°に近
づくにつれ混合帯の前方への移送が増加し、また角度が４５°から離れるにつれ
て減少する。この角度は排出端からロッド１０５を見る、つまり供給筒２０を見
ることにより測定される。得られる角度は最も外側の混練ブロック２０１から軸
２１にそって次にある混練ブロック２００までの角度である。例えば、３０°で
配置されている混練ブロック２００および２０１は軸上に１つのパドルを有し、
また次ぎのものは前にあるものに対して時計方向に３０°回転している。０°で
は混合は無くまた９０°で混合は最大である。マイナスの角度で配置されている
混練ブロック２００および２０１は逆進的でありまた流れを反対向きに押す。
【００３５】 以下の表は混練ブロック２００および２０１の搬送性を示す。ここでＦは前進
をまたＲは逆進を表す。
【００３６】
【表３】
【００３７】 混合帯のいくつかの配置を試みたが、ほとんどはトルクに限界があった。換言
すると、トルクが最大値に近付く前にほんの少量のバイオマスしか機械を通過し
て供給できなかった。トルクの限界は２連の軸２１（ロッド１０５によって支持
される）の回転速度に依存する。従って、４５°の混合帯を設置した。これによ
って、良好な栓塞部を形成できまたバイオマスの流量を大きくすることもできた
。充填した後にスクリュー要素１００および１０１を検査すると、注入口１４の
前方の混合帯が〜９０％充填されている一方、注入口１４の後方にある別な部分
は〜５０％充填されていることが示された。残念ながら、混合帯の長さは、アン
モニアの蒸気に対して著しい抑制を与えるには十分に長くなかった。従って、注
入されたアンモニアのいくらかが蒸発のために供給筒２０を通じて失われた。そ
こで、処理に使用されるアンモニアの実際の量はある程度不確かであるが、すべ
ての運転を注入したアンモニアの量によって分類した。
【００３８】 実施例２ 最初に、本方法の有効性を定量化するための主な手段は酵素加水分解であった
。主要な目標は、ＡＦＥＸに供給するためのバレル内スクリュー技術が機能する
ことを証明することであったので、糖の最大濃度ではなく、むしろ相対的な消化
性が焦点となった。従って、セルラーゼの装荷率を１５ＩＵ／ｇにまたβ−グル
コシダーゼの装荷率をセルラーゼ１ｍＬあたり１ｍＬにして、すべての試料をｐ
Ｈ４．８のクエン酸塩緩衝液中で加水分解した。使用したセルラーゼはＣＥＬＬ
ＵＣＬＡＳＴでありまたβ−グルコシダーゼはＮＯＶＯ １８８であった。これ
らはともにＮｏｖｏ Ｎｏｒｄｉｓｋ（ノースカロライナ州、Ｆｒａｎｌｉｎｔ
ｏｎ）製である。撹拌された水浴内で、５重量％溶液のすべての試料を４８時間
までにわたって５０℃で加水分解した。グルコース、キシロース、ガラクトース
、アラビノースおよびマンノースに関する最初の分析は、鉛のＨＰＬＣカラム上
で行った。他の分析は酸のＨＰＬＣカラム上で行い、この分析でグルコースと、
複合した糖のピークが得られ、このピークはキシロース、マンノースおよびガラ
クトースの濃度からなった。最後にＹＳＩ（オハイオ州、Ｙｅｌｌｏｗ Ｓｐｒ
ｉｎｇ）の計器も使用しそしてグルコースの濃度を得た。
【００３９】 ダイブロック１８だけを使用して１回の爆発を得、２４時間にわたる酵素加水
分解の後、全く処理されていない試料の濃度の２．４倍の全体的な糖濃度（グル
コース、キシロース、ガラクトース、アラビノースおよびマンノースの濃度の合
計）が生じた。同一の時間の後、この材料のグルコースの濃度は全く処理されて
いない材料のグルコース濃度の２．１倍であった。同じ材料によって、バレル装
置のスクリュー中でアンモニアを用いないで処理されるバイオマスの濃度より２
．０倍大きい全体的な糖濃度が得られ、また対応するグルコースの濃度は、バレ
ル装置のスクリュー中でアンモニアを用いないで処理されるバイオマスの濃度の
２．５倍であった。ダイブロック１８だけで（ダイ１８Ａなしに）さらに実験す
ると、処理されていない材料の３．５倍もの全体的な糖濃度が得られまた２４時
間の加水分解の後、処理されていない材料より３．４倍の糖濃度が得られた。
【００４０】 ダイ１８Ａで得られた最良の結果によると、６時間の酵素加水分解の後、全く
処理されていない材料より２．４倍大きい全体的な糖濃度が示された。この時の
グルコース濃度は、全く処理されていない材料から得られる濃度より２．３倍大
きかった。
【００４１】 一般に、酵素加水分解に関する最も効果的な処理はより低い温度での操作であ
った。用いるダイブロック１８の温度が高い（７０℃より高い）程、処理の有効
性はより小さかった。これは、より高い温度で装置１０から逃散するアンモニア
がより多いことに一部よるであろう。しかしながら、温度がより低いとアンモニ
アはバイオマスと一層長く接触したままであろうから、一層有効な処理が生まれ
る。これらの結果は図１９〜２２および表３に示す。
【００４２】
【表４】
【００４３】 実施例３ 酵素消化性試験の後、その場での試験において材料の反芻消化性を求めた。こ
れを得るためいろいろな温度での処理およびいろいろなアンモニア装荷率を用い
ていくつかの試料をつくった。これらをＴｅｘａｓ Ａ＆Ｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ
ｔｙ Ａｎｉｍａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ （テキサス州、
Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｓｔａｔｉｏｎ）に届け、そしてその場での消化性によって分
析した。既知の時間にわたっての重量損失について試料を乾燥基準で分析した。
材料を重量の知れた透過性の小さい袋の内に入れそして乾燥物質の量を知るため
に乾燥した。次いで袋をフィスチュレートされた（ｆｉｓｔｕｌａｔｅｄ）雄の
子ウシの第１胃内に入れた。これは、動物の第１胃への接近可能にする外科的に
挿入されたチューブを有する雄の子ウシである。特定の時間間隔（０、３、６、
１２、２４、４８および９６時間）で袋を取り出し、完全にすすぎ洗いしそして
乾燥することにより、材料の重量損失の百分率として、材料の消化性を決定した
。特定の袋の中の材料の重量損失を、乾燥物質の消化性またはＤＭＤと称する。
【００４４】 その場での試験を行った。この試験の焦点はバレル内のスクリューで処理され
た材料であり、対照物はアンモニアなしで５０℃で処理された試料である。
【００４５】 試験の結果を図２３〜２９に示す。試験での４８時間の消化性を表４に示す。
試験では押出処理された材料の４８時間の消化性は、バレル内スクリューで処理
されてはいるが、（アンモニアによって）処理されていない対照物の消化性６３
．０％に比べて、７７．４％まで消化可能であることが示された。第１胃の典型
的な通過時間は４８時間以下である。
【００４６】 注記： ＤＭＤは乾燥物質消化性であり、百分率として表示される。 ＮＨ３装荷率は、処理されるバイオマスの重量あたりの注入されるアンモニ アの重量である。 Ｔ（℃）はダイの設定温度である。
【００４７】 ４８時間においては、温度およびアンモニア装荷率の効果は著しく明らかでは
ない。得られた最も効果的な２つの処理はアンモニア装荷率が１．５および２．
０（それぞれ試料ＦおよびＨ）である６５℃での処理である。Ｆの消化性（７７
．４％）はＨ（７６．１％）より僅かしか高くなかった。しかしながら、アンモ
ニア装荷率が１．６Ｍ／Ｍで温度が６５℃である試料Ｇは消化性が６番めに大き
い材料に過ぎない。有効性が第３および第４に大きい処理（それぞれ試料Ｉおよ
びＣ）は重複試料であり、またこれらは０．０５％の値しか差がないので良い一
致を示しそして平均の消化性７３．５％を有する。試料ＣおよびＩは１．５Ｍ／
Ｍのアンモニア装荷率および温度５５℃で生成した。試験を通じて、試料Ｈおよ
びＦは一貫して最も好ましく、試料Ｈは４８および９６時間は別としてすべての
時間で消化性が最大であった。
【００４８】 各々の材料の組成もまた各時間で決定した。Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｔｅｒｇｅ
ｎｔ Ｆｉｂｅｒｓ（ＮＤＦ）、Ａｃｉｄ Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔ Ｆｉｂｅｒｓ
（ＡＤＦ）、リグニンおよび不溶性灰分を知るためにアッセイを用いた。ＮＤＦ
アッセイによって試料中のセルロース、ヘミセルロース、リグニンおよび灰分の
量を得た。ＡＤＦ法によってヘミセルロースが、リグニン法によってセルロース
がまた灰分法によってリグニンが除去された。
【００４９】 セルロースおよびヘミセルロースはともにある程度消化可能であると考えられ
る一方、リグニンは非消化性であると考えられる。従って、リグニン含有率の明
らかな低下が望ましく、このことは実現されている。結果によると装置内で６５
℃で処理された試料のリグニン含有率は、アンモニアなしで装置内で処理された
対照物と比べて２０．９％まで減少し、減少率の平均は１１．９％であった。
【００５０】 消化が起きる速さもまた重要である。すべての場合、アンモニアで処理された
あらゆる試料に関する初期の消化速度は、アンモニアなしで装置内で処理されて
いる材料より大きかった。この場合、最初の消化速度は３時間と６時間との間の
消化速度として測定した。多くの場合、０〜３時間にわたって試料の重量が増加
した。このため与えられたデータは受け入れることができない。これは、粉塵、
可溶性の画分および微生物を袋の中に閉じ込めて残すであろう３時間の試料の洗
浄が不十分なことによって説明できよう。別な説明は、０時間に袋に充填するの
に使用した材料が３時間の試料より粉塵を多く含み、従って、より多くの物質が
すすぎ洗いされるのを可能にしたであろうということである。最大の消化速度は
、試験における対照物のそれの２．２５倍であった。観察された最大の速度は、
試料Ｈによって６．１６％／時と示された。
【００５１】 データはヘミセルロースおよびセルロースの画分は時間の経過に従って減少す
ることも示し、このことはこれらの成分の消化が起こっていることを意味する。
第１の実験のヘミセルロースの含有率は１２時間までまで減少し、次いで試験が
完了するまで減少した。セルロースの画分は１２時間まで増加し、次いで減少し
た。このことはヘミセルロースが先ず消化され、セルロースが効果的に砕かれ、
次いでヘミセルロースが再び消化されることを示唆する。予期されるように、不
消化なリグニンの濃度は実験が進むにつれて着実に増加した。
【００５２】 実施例１および２では、ＡＦＥＸ法を容易にするためにバレル内スクリュー装
置１０を使用した。コーン飼料の酵素消化性による糖の全体的な収率は２５０％
まで増大しており、またその場での反芻消化性は全く処理されていない試料に対
して３２％（５３．８％から７１．２％まで）増大している。さらに、コーン飼
料の酵素消化性による糖の全体的な収率は２４０％まで増大しており、またその
場での反芻消化性はバレル内スクリュー装置でアンモニアなしで処理されている
材料に対して１９％（６３．０％から７７．４％まで）増大している。バレル内
スクリュー法はまた、バッチ法に十分に肩を並べる結果を与えた。これはこのよ
うな方法が、バッチ法が有効なことが証明されているのと同様に有効になし得る
という結論を導く。
【００５３】 他の実験結果もまた有望である。明らかなリグニンの減少は好ましいものであ
り、また平均１１．９％の減少（最大の減少は８．４２％から６．６６％までの
２０．９％）が達成されている。大きな消化速度もまた認められている。最大の
消化速度はそれぞれの実験で用いた対照物によって実現された消化速度の２．３
倍であった。最後に、実験に際して認められたセルロースおよびヘミセルロース
の減少の程度がより大きいことは、これらの成分の活用を意味する。
【００５４】 本発明の系はフード１１によって除去されるガスを回収するために使用できる
。慣用のガス（アンモニア）回収が使用される。本発明のこの点は当業者にとっ
て周知である。
【００５５】 本発明を実施するために種々の種類の装置が使用できる。本発明を実施するた
めにプラスチックの押出機が使用できる。また、本発明の方法を実施するために
パルピングデフィブリレータ（ｐｕｌｐｉｎｇ ｄｅｆｉｂｒｉｌｌａｔｏｒ）
を改修することができ、この場合、スクリューはバレルに対して、間隔が狭く接
触的な関係にある。これらの変改はすべて当業者にとって明らかであろう。
【００５６】 以上の記載は本発明を単に例解するものでありまた本発明は添付する特許請求
の範囲によってのみ限定されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本方法のためのスクリュー装置１０を示す概略図である。
【図２】 個々のスクリュー要素１００の側面図であり、個々のフライト１０６を示す。
【図３】 平行する２連の軸２１の一部に沿って一緒に作動する２つのスクリュー要素１
００および１０１の側面図である。
【図４】 互いにいろいろな位置関係にあり、２連の軸２１の一部に沿って平行に作動す
る混練ブロック２００および２０１の末端の断面図である。
【図５】 互いにいろいろな位置関係にあり、２連の軸２１の一部に沿って平行に作動す
る混練ブロック２００および２０１の末端の断面図である。
【図６】 図６Ａ〜図６Ｉは、図４および５の混練ブロック２００および２０１のいろい
ろな位置関係における末端の断面図である。
【図７】 個別な１つの混練ブロック２００の断面図および側面図を示す。
【図８】 個別な１つの混練ブロック２００の断面図および側面図を示す。
【図９】 装置からの押出ダイ１８に隣接しまたセルロース材料をダイブロック１８内に
そしてダイ１８Ａを通じて押圧するキャメルスクリュー要素１０２の側面図を示
す。
【図１０】 図９のキャメルバックスクリュー要素１０２の側面図でありまた、スクリュー
１７に沿ってスクリュー要素１００および１０１そして混練ブロック２００およ
び２０１を支持するロッド１０５（図１の軸２１として働く）上にスクリュー要
素１０２を保持するためのプラグ１０３およびスクリュー１０４もまた示す。
【図１１】 押出スクリューの側面の模式図であり、前記の表１に記載の帯域１〜７のいろ
いろなスクリュー要素１００および１０１そして混練ブロック２００および２０
１を示す。
【図１２】 押出装置１０の縦軸に沿って設けられた加熱ブロックおよび冷却ブロックの側
内の開口内に取り付けられたカートリッジヒーターである。表２はいろいろな位
置の寸法を示す。
【図１３】 ダイブロック１８の側面図である。
【図１４】 上から見たダイ１８Ａの断面図である。
【図１５】 横から見たダイ１８Ａの断面図である。
【図１６】 ダイ１８Ａからの出口を見た図である。
【図１７】 本発明の方法および装置によって処理されたコーン飼料および処理されていな
い飼料に関して、酵素加水分解後の全体的な糖の濃度を時間の関数として示すグ
ラフである。ダイ１８Ａまたはダイブロック１８は使用しなっかった。押出装置
１０は全体的な糖濃度を増加するのに有効であった。
【図１８】 図１７におけると同様に処理された特定の糖としてのグルコースを示すグラフ
である。
【図１９】 本発明の方法および装置によっていろいろな条件で処理されたコーン飼料に関
して、全体的な糖の濃度を時間の関数として示すグラフである。
【図２０】 図１９におけると同様に処理された特定の糖としてのグルコースを示すグラフ
である。
【図２１】 本発明の方法および装置によっていろいろな条件で処理されたコーン飼料に関
して、全体的な糖の濃度を時間の関数として示すグラフである。
【図２２】 図２１におけると同様に処理された特定の糖としてのグルコースの濃度を示す
グラフである。
【図２３】 ウシの第１胃内におけるコーン飼料中の乾燥物質に関する生体内の消化性を、
いくつかの試料について時間の関数として示すグラフである。
【図２４】 図２３の試料についてＮＤＦ（Ｎｅｕｔｒａｌ Ｄｅｔｅｒｇｅｎｔ Ｆｉｂ
ｅｒｓ）可溶物の濃度を時間に対して示すグラフである。
【図２５】 図２３の試料についてヘミセルロースの濃度を時間に対して示すグラフである
。
【図２６】 図２３の試料についてセルロースの濃度を時間に対して示すグラフである。
【図２７】 図２３の試料についてリグニンの濃度を時間に対して示すグラフである。
【図２８】 図２３の試料について灰分の含有率を時間に対して示すグラフである。
【図２９】 図２３の試料について消化速度を時間の関数として示すグラフである。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年４月１９日（２０００．４．１９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ａ２３Ｐ 1/14 Ａ２３Ｐ 1/14 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，Ｌ Ｕ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ， ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，Ｕ Ｇ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2B150 AA02 AB20 AE29 BA04 4B023 LC05 LE30 LG08 LG10 LP20 LT11 4B048 PE15 PS20 4H055 AA02 AA04 AB10 AD10 BA30 CA62 CA64

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 リグノセルロース材料を含浸する液体の膨潤剤にリグノセル
    ロース材料を接触させ、次いで圧力を急激に低下することによる膨潤剤の液体か
    らガスへのガス膨張によってリグノセルロース材料を膨張させることによるリグ
    ノセルロース材料を膨張させるための方法において、 （ａ）運転中にスクリューがシールされるようにスクリューの長さの一部分に
    沿ってバレルと回転接触するスクリューに導入するフィードスロートを有するバ
    レルであって、スクリューへの加圧下にあるフィードスロート内に膨潤剤を供給
    するための流入口を有しまたスクリューに隣接するバレルからの流出口を有する
    バレルの中にあるスクリューに膨潤剤とリグノセルロース材料とを投入し； （ｂ）バレル内のスクリューの回転によって液体の膨潤剤とリグノセルロース
    材料とを圧縮し； （ｃ）リグノセルロース材料中で膨潤剤が液体からガスに爆発的に膨張するよ
    うに押出機の流出口を通じて膨潤剤とリグノセルロース材料とをバレルから抜き
    出し；そして （ｄ）場合によってはリグノセルロース材料から膨潤剤をガスとして回収する
    ことからなる改良方法。
  2. 【請求項２】 膨潤剤が約−４０℃〜６０℃の周囲温度で大気圧より高い蒸
    気圧を有する請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 膨潤剤が液体アンモニアである請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 膨潤剤が液体アンモニアでありまた段階（ｄ）においてリグ
    ノセルロース材料からガス状のアンモニアを再使用のために取り出す請求項１に
    記載の方法。
  5. 【請求項５】 バレルの温度が約３０℃〜１００℃である請求項１に記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 リグノセルロース材料がコーン飼料またはわらである請求項
    １に記載の方法。。
  7. 【請求項７】 リグノセルロース材料が約０．０１〜１．０インチまで粉砕
    されており、また装置のバレル内のスクリューのフィードスロート中に導入され
    る前に、リグノセルロース材料の乾燥重量に基づき約１０％〜８０％の水分を含
    有する請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 装置のバレル内のスクリューから取り出す前にリグノセルロ
    ース材料を圧縮するダイ手段がバレルに設けられている請求項１、２、３、４、
    ５、６または７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 装置のバレルからの流出口にダイブロックが設置されており
    、このダイブロックが場合によっては３０℃〜１００℃に加熱されまた、装置の
    バレルから取り出す前にリグノセルロースを圧縮するダイがダイブロックに取り
    付けられている請求項１、２、３、４、５、６または７のいずれか１項に記載の
    方法。
  10. 【請求項１０】 対向する端面を有するバレル中に取り付けられている回転
    可能な少なくとも１つのスクリュー、バレルを通過するスクリューへの供給物流
    入口、およびスクリューおよびバレルからの供給物流出口、そして場合によって
    はバレルの端面の間にある加熱および冷却手段を備えた装置において、 （ａ）加圧下にある液体が入った供給タンク； （ｂ）バレルの端面の中間にあって、供給タンクから液体を供給するために供
    給タンクからバレルを通ってスクリューにいたる液体流入口； （ｃ）リグノセルロース材料を液体とともにダイ手段から押し出すように構成
    されている、供給物流出口にあるダイ手段に隣接するスクリュー要素 を包含し、（ｂ）の液体流入口によって液体が加圧下でスクリューに供給される
    結果、スクリューの回転によってリグノセルロース材料が供給物の流出口のダイ
    手段を通じてバレルから取り出される時に、液体を含有するリグノセルロース材
    料が液体からガスへの変化によって爆発的に膨張され、液体を爆発的に膨張する
    ためにダイ手段を加熱する少なくとも１つのヒーターがダイ手段内にあり、また
    供給物の流入口内に導入される前のリグノセルロース材料に比べて、膨張された
    リグノセルロース材料の全体的な有効な糖の含有率が増加する、改良された装置
    。
  11. 【請求項１１】 セルロース材料が除去される前にダイ手段によって圧縮さ
    れるように、内側に向かって先細っている開口をダイ手段が有する請求項１０に
    記載の装置。
  12. 【請求項１２】 ダイ手段に隣接するスクリューのスクリュー要素が、スク
    リューの縦軸に向かって内側に向かって先細っている請求項１１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 スクリュー要素がスクリューフライトを有しまたダイ手段
    に隣接するフライトの１つが先細っている端縁を有する請求項に１２に記載の装
    置。
  14. 【請求項１４】 液体が供給物流入口に流れるのを妨げるようにリグノセル
    ロース材料とともに働く、スクリュー上の混練ブロックが液体の流入口の上流に
    設けられている請求項１０、１１、１２または１３のいずれか１項に記載の装置
    。
  15. 【請求項１５】 ダイ手段からの除去に際してのセルロース材料の膨張を促
    進する温度にリグノセルロース材料を加熱する加熱要素がダイ手段に設けられて
    いる請求項１１、１２または１３のいずれか１項に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 液体の流入口に対して液体のを保持するための液体タンク
    が用意されまた液体流入口に液体を供給するためにタンクとの間の接続部にポン
    プが設けられている請求項１０、１１、１２または１３のいずれか１項に記載の
    装置。
  17. 【請求項１７】 液体の流入口に供給される液体の量を調節するための制御
    弁が設けられている請求項１０、１１、１２または１３のいずれか１項に記載の
    装置。
  18. 【請求項１８】 （ａ）対向する端面を有するバレル内に取り付けられた回
    転可能な少なくとも１つのスクリュー、バレルを貫通するスクリューへの供給物
    の流入口、そしてスクリューおよびバレルからの供給物の流出口、そして場合に
    よってはバレルの両端の間にある加熱および冷却の手段を有する装置であって、
    それが、バレルの両端の中間にあり、それを貫通するスクリューへの液体の流入
    口を包含し、これによって、液体が加圧下にあるスクリューに供給され、その結
    果、供給物の流出口としてのダイ手段を通じてバレルからリグノセルロース材料
    がスクリューの回転によって取り出される時に、液体を含有するリグノセルロー
    ス材料が液体のガスへの変化によって爆発的に膨張され、液体を爆発的に膨張す
    るためにダイ手段を加熱する少なくとも１つのヒーターがダイ手段内にある装置
    ； （ｂ）加圧下の液体アンモニアが入っておりまた液体の流入口の入り口に連結
    されている液体供給タンク； （ｃ）装置の運転者から離れて系が置かれる制限された空間；および （ｄ）ダイ手段の外部での材料の膨張に際して放出されるアンモニアを除去す
    るための、ダイ手段に隣接するガス除去手段 を包含し、膨張されたリグノセルロース材料の全体的な有効な糖含有率が、液体
    アンモニアのガスへの膨張の結果として、供給物の流入口に供給されるリグノセ
    ルロース材料に比べて大きい、リグノセルロースを膨張するための系。
  19. 【請求項１９】 ダイ手段からの取り出しの前にリグノセルロース材料がダ
    イ手段によって圧縮されるように内側に向かって先細っている開口をダイ手段が
    有する請求項１８に記載の系。
  20. 【請求項２０】 ダイ手段に隣接するスクリューのスクリュー要素がスクリ
    ューの縦軸に向かって内側に向かって先細っている請求項１９に記載の系。
  21. 【請求項２１】 スクリュー要素がスクリューフライトを有しまたダイ手段
    に隣接するフライトの１つが先細っている端縁を有する請求項２０に記載の系。
  22. 【請求項２２】 供給物の流入口に液体が流れるのをリグノセルロース材料
    とともに妨げるように働く混練ブロックが、液体の流入口より上流にあるスクリ
    ューに隣接して設けられる請求項１８、１９、２０または２１のいずれか１項に
    記載の系。
  23. 【請求項２３】 リグノセルロース材料がダイ手段から取り出される時に、
    液体のガスへの変化によるリグノセルロース材料の膨張を促進する温度にリグノ
    セルロース材料を加熱することができる加熱要素がダイ手段に設けられている請
    求項１９、２０または２１のいずれか１項に記載の系。
  24. 【請求項２４】 液体の流入口に供給される液体の量を調節するための制御
    弁が、押出機上の液体の流入口に設けられている請求項１８、１９、２０または
    ２１のいずれか１項に記載の系。
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