JP2013141442A

JP2013141442A - Kneader, enzyme reaction device and cellulose saccharification apparatus, biomass saccharification apparatus, and ethanol production apparatus

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Publication number: JP2013141442A
Application number: JP2012003220A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Tsutaki; 重雄蔦木; Tatsuya Oka; 辰哉岡; Hiroshi Ito; 浩史伊藤; Hiroyuki Kameoka; 祐之亀岡; Yoshihiro Nose; 吉弘能勢; Keisuke Shimazu; 圭輔島津; Makoto Kitano; 誠北野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2012-01-11
Filing date: 2012-01-11
Publication date: 2013-07-22

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To control load of a motor in the kneader.SOLUTION: The kneader includes a paddle attitude control means 6 for changing the projected area seen from the rotating direction of a shaft 3 by controlling the attitude of a paddle 4 to the shaft 3.

Description

本発明は、混練装置、酵素反応装置、セルロース糖化装置、バイオマス糖化装置及びエタノール生産装置に関するものである。 The present invention relates to a kneading apparatus, an enzyme reaction apparatus, a cellulose saccharification apparatus, a biomass saccharification apparatus, and an ethanol production apparatus.

バイオマスからエタノール（バイオエタノール）を生産する技術として種々のプロセスが発表されている。このなかの１つとして、糖化酵素として広く知られるセルラーゼを用いてバイオマス中のセルロースをグルコースに糖化し、当該グルコースを発酵処理することによりエタノールを生産するプロセスが開示されている。上記糖化酵素を用いたセルロースの糖化処理では、糖化酵素に含まれるβ−グルカナーゼによってセルロースがセロビオース（グルコースの２量体）に分解され、さらに同じく糖化酵素に含まれるβ−グルコシダーゼによって上記セロビオースからグルコースに最終的に分解される。 Various processes have been announced as technology for producing ethanol (bioethanol) from biomass. As one of these, a process for producing ethanol by saccharifying cellulose in biomass into glucose using cellulase widely known as a saccharifying enzyme and subjecting the glucose to fermentation treatment is disclosed. In the saccharification treatment of cellulose using the above saccharifying enzyme, cellulose is decomposed into cellobiose (a dimer of glucose) by β-glucanase contained in the saccharifying enzyme, and further from the cellobiose to glucose by β-glucosidase contained in the saccharifying enzyme. Finally decomposed.

このようなプロセスを用いるときには、例えば、特許文献１で示すような混練装置（酵素反応装置）を用いて、セルロースを含む多糖物と糖化酵素とを混練する。この特許文献１で示されるような混練装置は、横置きされたチャンバの内部に上記多糖物と糖化酵素を入れ、チャンバの内部にてパドルが取り付けられたシャフトを回転させることで、多糖物と糖化酵素とを混練する。 When such a process is used, for example, a polysaccharide containing cellulose and a saccharifying enzyme are kneaded using a kneading apparatus (enzyme reaction apparatus) as shown in Patent Document 1. In the kneading apparatus as shown in Patent Document 1, the polysaccharide and the saccharifying enzyme are placed in a horizontally placed chamber, and a polysaccharide attached to the paddle is rotated inside the chamber. Kneading with saccharifying enzyme.

特表２００８−５２１３９６号公報Special table 2008-521396

ところで、酵素糖化反応後の糖濃度を高くするために酵素反応の対象物（多糖物）の水分量は出来るだけ低いことが望ましいが、多糖物に含まれる水分量が低い場合、混練の初期段階では多糖物と糖化酵素とが混練されたもの（混練対象物）の流動性が低い。一方、混練が進むと、多糖物が水溶性オリゴ糖や懸濁体多糖に加水分解されて混練対象物が徐々に液化し、混練対象物の流動性が高まる。このため、混練の初期段階ではパドルが混練対象物から受ける反力が大きく、シャフトの負荷が大きい。そして、混練が進むに連れてパドルが混練対象物から受ける反力が小さくなり、シャフトの負荷が小さくなる。 By the way, in order to increase the sugar concentration after the enzymatic saccharification reaction, it is desirable that the water content of the target substance (polysaccharide) in the enzymatic reaction is as low as possible, but when the water content in the polysaccharide is low, the initial stage of kneading Then, the fluidity of the kneaded polysaccharide and saccharifying enzyme (kneading target) is low. On the other hand, as the kneading proceeds, the polysaccharide is hydrolyzed into water-soluble oligosaccharides and suspension polysaccharides, and the kneaded object is gradually liquefied, and the fluidity of the kneaded object is increased. For this reason, in the initial stage of kneading, the reaction force that the paddle receives from the object to be kneaded is large, and the load on the shaft is large. As the kneading progresses, the reaction force that the paddle receives from the object to be kneaded decreases, and the load on the shaft decreases.

シャフトは通常モータによって回転駆動される。このため、シャフトの負荷が大きい場合にはモータの負荷も大きくなる。ここで、モータの負荷が、モータの許容値を超えたときには、モータの安全装置が作動し、モータが緊急停止してしまう。一度モータが緊急停止されると、再起動までに多くの作業が必要となり、エタノールの生産作業が停止してしまうことになる。 The shaft is usually driven to rotate by a motor. For this reason, when the load on the shaft is large, the load on the motor also increases. Here, when the load of the motor exceeds the allowable value of the motor, the motor safety device is activated, and the motor is urgently stopped. Once the motor is urgently stopped, a lot of work is required before restarting, and the ethanol production work is stopped.

また、エタノールを生産するとき用いる混練装置のみならず、混練の状態によって流動性が変化する混練対象物を混練する混練装置では、同様に、モータの負荷が許容値を超え、モータが緊急停止する可能性がある。 Further, in a kneading apparatus for kneading not only a kneading apparatus used for producing ethanol but also a kneading object whose fluidity changes depending on the kneading state, the motor load exceeds an allowable value, and the motor is urgently stopped. there is a possibility.

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、混練装置において、モータの負荷を調節可能とすることで、モータの負荷が許容値を超えないようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent the motor load from exceeding an allowable value by making the motor load adjustable in the kneading apparatus.

本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。 The present invention adopts the following configuration as means for solving the above-described problems.

第１の発明は、混練対象物を収容するチャンバと、上記チャンバ内において回転駆動されるシャフトと、上記シャフトに接続されるパドルと、上記シャフトを回転駆動するモータとを備える混練装置であって、上記シャフトに対する上記パドルの姿勢を調節することで上記シャフトの回転方向から見た投影面積を変化させるパドル姿勢調節手段を備えるという構成を採用する。 1st invention is a kneading apparatus provided with the chamber which accommodates the kneading target object, the shaft rotationally driven in the said chamber, the paddle connected to the said shaft, and the motor which rotationally drives the said shaft, A configuration is adopted in which paddle posture adjusting means for changing the projected area viewed from the rotation direction of the shaft by adjusting the posture of the paddle with respect to the shaft is adopted.

第２の発明は、上記第１の発明において、上記パドル姿勢調節手段が、上記パドルの姿勢を変更するための動力を生成するアクチュエータと、上記アクチュエータの動力を上記パドルに伝達して回動させる伝達機構とを備えるという構成を採用する。 In a second aspect based on the first aspect, the paddle attitude adjusting means transmits an actuator for generating power for changing the attitude of the paddle, and rotates the actuator by transmitting the power of the actuator to the paddle. A configuration including a transmission mechanism is employed.

第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記パドル姿勢調節手段が、上記モータの負荷を検出する負荷検出センサと、上記負荷検出センサの検出結果に基づいて上記パドルの姿勢を設定する制御手段とを備えるという構成を採用する。 According to a third invention, in the first or second invention, the paddle attitude adjustment means detects a load of the motor, and detects the attitude of the paddle based on a detection result of the load detection sensor. A configuration is provided that includes control means for setting.

第４の発明は、上記第３の発明において、上記制御手段が、上記モータの許容負荷を超えない範囲で上記モータの負荷が最大となるように上記パドルの姿勢を設定するという構成を採用する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the control means sets the paddle posture so that the load on the motor is maximized within a range not exceeding the allowable load of the motor. .

第５の発明は、セルロースを含む多糖物と糖化酵素との混合物を混練対象物とする酵素反応装置であって、上記第１〜第４いずれかの発明である混練装置からなるという構成を採用する。 A fifth invention is an enzyme reaction apparatus having a mixture of a polysaccharide containing cellulose and a saccharifying enzyme as an object to be kneaded, and adopts a configuration comprising the kneading apparatus according to any one of the first to fourth inventions. To do.

第６の発明は、セルロース糖化装置であって、第５の発明である酵素反応装置と、上記酵素反応装置により生成された分解物を、固体酸触媒を用いてグルコースに分解する第１触媒反応装置とを備えるという構成を採用する。 A sixth invention is a cellulose saccharification device, which is a first catalytic reaction in which the enzyme reaction device according to the fifth invention and a decomposition product produced by the enzyme reaction device are decomposed into glucose using a solid acid catalyst. A configuration of including a device is employed.

第７の発明は、バイオマス糖化装置であって、バイオマスに加圧熱水を作用させてバイオマスに含まれるヘミセルロースを選択的に分解する加圧熱水反応装置と、上記加圧熱水反応装置の処理液から固体としてのセルロースを分離する固液分離器と、上記固液分離器で分離されたセルロースをグルコースに分解する上記第６の発明であるセルロース糖化装置とを備えるという構成を採用する。 7th invention is a biomass saccharification apparatus, Comprising: Pressurized hot water reactor which selectively decomposes | disassembles hemicellulose contained in biomass by making pressurized hot water act on biomass, and the said pressurized hot water reactor A configuration in which a solid-liquid separator that separates cellulose as a solid from the treatment liquid and a cellulose saccharification apparatus according to the sixth invention that decomposes cellulose separated by the solid-liquid separator into glucose is adopted.

第８の発明は、上記第７の発明において、上記固液分離器で分離された液体としてのヘミセルロース分解物を、固体酸触媒を用いてヘミセルロース由来の単糖に分解する第２触媒反応装置をさらに備えるという構成を採用する。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the second catalytic reactor according to the seventh aspect, wherein the hemicellulose decomposition product as a liquid separated by the solid-liquid separator is decomposed into a hemicellulose-derived monosaccharide using a solid acid catalyst. A configuration of further providing is adopted.

第９の発明は、エタノール生産装置であって、上記第８の発明である上記バイオマス糖化装置と、上記バイオマス糖化装置により生成されたグルコースからエタノールを生成する第１発酵装置と、上記バイオマス糖化装置により生成されたヘミセルロース由来の単糖からエタノールを生成する第２発酵装置とを備えるという構成を採用する。 A ninth invention is an ethanol production apparatus, wherein the biomass saccharification apparatus according to the eighth invention, a first fermentation apparatus that produces ethanol from glucose produced by the biomass saccharification apparatus, and the biomass saccharification apparatus The second fermenter that produces ethanol from the hemicellulose-derived monosaccharide produced by the above is employed.

本発明によれば、シャフトに接続されたパドルの姿勢を調節するパドル姿勢調節手段を備える。本発明においては、パドルの姿勢がパドル姿勢調節手段によって変化されると、シャフトの回転方向から見たパドルの投影面積が変化する。この結果、混練対象物を混練するときに混練対象物からパドルが受ける反力が変化し、シャフト及び当該シャフトを回転駆動するモータの負荷が変化する。
つまり、本発明によれば、パドル姿勢調節手段によってパドルの姿勢を調節することによって、モータの負荷を調節することができる。
したがって、本発明によれば、混練装置において、モータの負荷を調節可能とし、モータの負荷が許容値を超えないようにすることが可能となる。 According to the present invention, the paddle posture adjusting means for adjusting the posture of the paddle connected to the shaft is provided. In the present invention, when the posture of the paddle is changed by the paddle posture adjusting means, the projected area of the paddle changes as seen from the rotational direction of the shaft. As a result, the reaction force received by the paddle from the kneading object changes when the kneading object is kneaded, and the load on the shaft and the motor that rotationally drives the shaft changes.
That is, according to the present invention, the load on the motor can be adjusted by adjusting the posture of the paddle by the paddle posture adjusting means.
Therefore, according to the present invention, in the kneading apparatus, it is possible to adjust the motor load so that the motor load does not exceed the allowable value.

本発明の一実施形態における混練装置の概略構成を示す模式図であり、（ａ）が縦断面図であり、（ｂ）が横断面図である。It is a schematic diagram which shows schematic structure of the kneading apparatus in one Embodiment of this invention, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is a cross-sectional view. 本発明の一実施形態における混練装置が備えるパドルを含む拡大図であり、（ａ）がパドルの表裏面がシャフトの回転方向に向いている様子を示し、（ｂ）がパドルの表裏面がシャフトの軸方向に向いている様子を示している。It is an enlarged view including the paddle with which the kneading apparatus in one embodiment of the present invention is provided, (a) shows a state where the front and back surfaces of the paddle are oriented in the rotational direction of the shaft, and (b) is the front and back surfaces of the paddle. It shows a state of being directed in the axial direction. 本発明の一実施形態における混練装置を酵素反応装置として備えるエタノール生産装置のプロセス構成図である。It is a process block diagram of the ethanol production apparatus provided with the kneading apparatus in one Embodiment of this invention as an enzyme reaction apparatus.

以下、図面を参照して、本発明に係る混練装置及び酵素反応装置の一実施形態について説明する。なお、以下の図面においては、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 Hereinafter, an embodiment of a kneading apparatus and an enzyme reaction apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.

（混練装置）
図１は、本実施形態の混練装置１の概略構成を示す模式図であり、（ａ）が縦断面図であり、（ｂ）が横断面図である。これらの図に示すように、本実施形態の混練装置１は、チャンバ２と、シャフト３と、パドル４と、モータ５と、パドル姿勢調節部６（パドル姿勢調節手段）とを備えている。 (Kneading equipment)
Drawing 1 is a mimetic diagram showing a schematic structure of kneading device 1 of this embodiment, (a) is a longitudinal section and (b) is a transverse section. As shown in these drawings, the kneading apparatus 1 of the present embodiment includes a chamber 2, a shaft 3, a paddle 4, a motor 5, and a paddle attitude adjusting unit 6 (paddle attitude adjusting means).

チャンバ２は、内部に混練対象物１００が収容される有底円筒形状の容器であり、中心軸が水平となるように寝かされた姿勢で設置されている。図１には示されていないが、このチャンバ２には、内部に混練対象物１００を供給するための投入口と、内部から混練対象物１００を取り出すための排出口とが設けられている。 The chamber 2 is a bottomed cylindrical container in which the object to be kneaded 100 is housed, and is installed in a posture in which the center axis is laid down horizontally. Although not shown in FIG. 1, the chamber 2 is provided with an inlet for supplying the object to be kneaded 100 inside and an outlet for taking out the object 100 to be kneaded from the inside.

本実施形態の混練装置１が混練対象とする混練対象物１００としては、種々のものが考えられるが、例えば、セルロースを含む多糖物と糖化酵素との混合物としたり、パン生地としたりすることができる。ただし、混練対象物１００は、混練が進むにつれて流動性（粘度）が変化するものである。例えば、セルロースを含む多糖物と糖化酵素との混合物は、混練が進行するに連れてセルロースの分解が進み流動性が高まる。また、パン生地は、混練が進行するに連れて流動性が低くなる。 Although various things can be considered as the kneading target object 100 to be kneaded by the kneading apparatus 1 of the present embodiment, for example, it can be a mixture of a polysaccharide containing cellulose and a saccharifying enzyme, or a bread dough. . However, the kneading object 100 changes in fluidity (viscosity) as kneading proceeds. For example, in a mixture of a polysaccharide containing cellulose and a saccharifying enzyme, as the kneading progresses, decomposition of cellulose proceeds and fluidity increases. Also, the dough becomes less fluid as kneading proceeds.

シャフト３は、チャンバ２の外部からチャンバ２の内部に挿入されており、チャンバ２の中心軸に重ねて配置されている。このシャフト３は、チャンバ２に対して回転可能に支持されており、両端（先端３ａ及び後端３ｂ）がチャンバ２の外部に突出されている。なお、シャフト３の先端３ａ側は、パドル姿勢調節部６が備えるエアシリンダ６ａに圧縮空気を供給する空気導入管として機能するよう、中空とされている。 The shaft 3 is inserted from the outside of the chamber 2 into the chamber 2 and is disposed so as to overlap the central axis of the chamber 2. The shaft 3 is supported so as to be rotatable with respect to the chamber 2, and both ends (a front end 3 a and a rear end 3 b) project outside the chamber 2. In addition, the tip 3a side of the shaft 3 is hollow so as to function as an air introduction pipe for supplying compressed air to the air cylinder 6a provided in the paddle posture adjusting unit 6.

パドル４は、シャフト３からシャフト３の径方向に突出するように設けられた板状部材であり、シャフト３の回転に伴ってチャンバ２内にて回動される。このパドル４は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、シャフト３の先端３ａ側と、シャフト３の後端３ｂ側と、これらの中間とに各々２枚ずつ設けられている。これらのパドル４は、シャフト３に直交する回動軸Ｌを中心として回動できるようにシャフト３に取り付けられている。 The paddle 4 is a plate-like member provided so as to protrude from the shaft 3 in the radial direction of the shaft 3, and is rotated in the chamber 2 as the shaft 3 rotates. As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), two paddles 4 are provided on each of the tip 3a side of the shaft 3, the rear end 3b side of the shaft 3, and the middle thereof. Yes. These paddles 4 are attached to the shaft 3 so as to be rotatable about a rotation axis L orthogonal to the shaft 3.

各パドル４は、回動軸Ｌを中心として回動されることによって、シャフト３の回転方向から見た投影面積が変化するように形状設定されている。本実施形態においては、パドル４は、回動軸Ｌ方向に長い矩形状の長板形状とされている。なお、パドル４の形状は、長板形状である必要はなく、シャフト３の回転方向から見た投影面積が変化する形状であれば、他の形状を採用することも可能である。 Each paddle 4 is configured to change its projected area as viewed from the direction of rotation of the shaft 3 by rotating about the rotation axis L. In the present embodiment, the paddle 4 has a rectangular long plate shape that is long in the rotation axis L direction. Note that the shape of the paddle 4 does not have to be a long plate shape, and other shapes can be adopted as long as the projected area as seen from the rotation direction of the shaft 3 changes.

モータ５は、シャフト３の後端３ｂと接続されており、チャンバ２の外部に設置されている。このモータ５は、シャフト３を回転駆動するための動力を生成すると共に、シャフト３に回転動力を伝達することでシャフト３を回転駆動させるものである。 The motor 5 is connected to the rear end 3 b of the shaft 3 and is installed outside the chamber 2. The motor 5 generates power for rotationally driving the shaft 3 and transmits the rotational power to the shaft 3 to rotationally drive the shaft 3.

パドル姿勢調節部６は、エアシリンダ６ａ（アクチュエータ）と、ソレノイドバルブ６ｂと、リンク機構６ｃ（伝達機構）と、トルクメータ６ｄ（負荷検出センサ）と、制御装置６ｅ（制御手段）とを備えている。 The paddle posture adjustment unit 6 includes an air cylinder 6a (actuator), a solenoid valve 6b, a link mechanism 6c (transmission mechanism), a torque meter 6d (load detection sensor), and a control device 6e (control means). Yes.

エアシリンダ６ａは、パドル４の姿勢を変更するための動力を生成するアクチュエータであり、図１に示すように、シャフト３の先端３ａ側に取り付けられている。このエアシリンダ６ａは、シャフト３に伴って回転する。このようなエアシリンダ６ａは、供給される圧縮空気の空気圧に応じてピストンをシャフト３の長手方向に伸縮する。 The air cylinder 6a is an actuator that generates power for changing the posture of the paddle 4, and is attached to the tip 3a side of the shaft 3 as shown in FIG. The air cylinder 6 a rotates with the shaft 3. Such an air cylinder 6 a expands and contracts the piston in the longitudinal direction of the shaft 3 according to the air pressure of the supplied compressed air.

ソレノイドバルブ６ｂは、エアシリンダ６ａに供給される圧縮空気の量を調節するものであり、エアシリンダ６ａにおける空気圧を調節する。このソレノイドバルブ６ｂは、チャンバ２の外部に配置されている。
ここで、本実施形態の混練装置１が設置される工場等に圧縮空気源が存在する場合には、図１に示すように、圧縮空気源から延びる空気配管７と、空気導入管として機能するシャフト３の先端３ａとがロータリジョイント８で接続される。これによって、シャフト３が回転しているときであっても、空気配管７からシャフト３の先端３ａを介してエアシリンダ６ａに圧縮空気を供給することができる。そして、上述のソレノイドバルブ６ｂは、空気配管７の途中部位に設けられる。このようなソレノイドバルブ６ｂは、制御装置６ｅと電気的に接続されており、制御装置６ｅの制御の下、空気配管７の開度を調節することによってエアシリンダ６ａへ供給する圧縮空気量を調節する。
なお、本実施形態の混練装置１が設置される工場等に圧縮空気源が存在しない場合には、本実施形態の混練装置１は、別途コンプレッサを備える必要がある。 The solenoid valve 6b adjusts the amount of compressed air supplied to the air cylinder 6a, and adjusts the air pressure in the air cylinder 6a. The solenoid valve 6 b is disposed outside the chamber 2.
Here, when a compressed air source is present in a factory or the like where the kneading apparatus 1 of the present embodiment is installed, as shown in FIG. 1, it functions as an air pipe 7 extending from the compressed air source and an air introduction pipe. A tip 3 a of the shaft 3 is connected by a rotary joint 8. Thus, even when the shaft 3 is rotating, compressed air can be supplied from the air pipe 7 to the air cylinder 6a via the tip 3a of the shaft 3. The solenoid valve 6b described above is provided at an intermediate position of the air pipe 7. Such a solenoid valve 6b is electrically connected to the control device 6e, and adjusts the amount of compressed air supplied to the air cylinder 6a by adjusting the opening of the air pipe 7 under the control of the control device 6e. To do.
In addition, when a compressed air source does not exist in the factory etc. in which the kneading apparatus 1 of this embodiment is installed, the kneading apparatus 1 of this embodiment needs to be provided with a compressor separately.

リンク機構６ｃは、エアシリンダ６ａと各パドル４とを接続しており、エアシリンダ６ａで生成された直線動力を回転動力に変換してパドル４に伝達することでパドル４を回動させる。このリンク機構６ｃによって回動されるパドル４は、シャフト３に直交する回動軸Ｌを中心として回動し、これによって姿勢を変更する。 The link mechanism 6 c connects the air cylinder 6 a and each paddle 4, and rotates the paddle 4 by converting linear power generated by the air cylinder 6 a into rotational power and transmitting it to the paddle 4. The paddle 4 rotated by the link mechanism 6c rotates around a rotation axis L orthogonal to the shaft 3, thereby changing the posture.

トルクメータ６ｄは、モータ５の出力軸に取り付けられており、当該出力軸に作用するトルクを検出することによって、モータ５の負荷を検出する。 The torque meter 6d is attached to the output shaft of the motor 5, and detects the load of the motor 5 by detecting the torque acting on the output shaft.

制御装置６ｅは、トルクメータ６ｄとソレノイドバルブ６ｂとに電気的に接続されており、モータ５の負荷（トルクメータ６ｄの検出結果）に基づいてパドル４の姿勢（ソレノイドバルブ６ｂの開度）を設定する。
また、本実施形態の混練装置１において制御装置６ｅは、モータ５の許容負荷を超えない範囲でモータ５の負荷が最大となるようにパドル４の姿勢を設定する。例えば、制御装置６ｅは、予めモータ５の許容負荷を示すトルク値を記憶し、トルクメータ６ｄの検出結果が、記憶するトルク値を超えない範囲で最大となるようにパドル４の姿勢を設定する。ここで、制御装置６ｅは、トルクメータ６ｄの検出結果が、予め記憶するトルク値に近づくように、パドル４の表裏面４ａの姿勢を徐々に変化させることで、モータ５の負荷が最大となるようにパドル４の姿勢を設定する。
なお、図２（ａ）に示すように、パドル４の表裏面４ａがシャフト３の回転方向に向いているとき（表裏面４ａがシャフト３の回転方向と直交するとき）に、パドル４が混練対象物１００から受ける反力が最大となり、モータ５の負荷が最大となる。一方、図２（ｂ）に示すように、パドル４の表裏面４ａがシャフト３の軸方向に向いているとき（表裏面４ａがシャフト３の回転方向と平行になるとき）に、パドル４が混練対象物１００から受ける反力が最小となる。つまり、パドル４の表裏面４ａをシャフト３の回転方向に向けるに連れてモータ５の負荷が増大し、パドル４の表裏面４ａをシャフト３の軸方向に向けるに連れてモータ５の負荷が減少する。 The control device 6e is electrically connected to the torque meter 6d and the solenoid valve 6b, and controls the posture of the paddle 4 (the opening degree of the solenoid valve 6b) based on the load of the motor 5 (detection result of the torque meter 6d). Set.
In the kneading apparatus 1 of the present embodiment, the control device 6e sets the posture of the paddle 4 so that the load on the motor 5 is maximized within a range not exceeding the allowable load on the motor 5. For example, the control device 6e stores in advance a torque value indicating the allowable load of the motor 5, and sets the posture of the paddle 4 so that the detection result of the torque meter 6d becomes maximum within a range not exceeding the stored torque value. . Here, the control device 6e gradually changes the posture of the front and back surfaces 4a of the paddle 4 so that the detection result of the torque meter 6d approaches the torque value stored in advance, thereby maximizing the load on the motor 5. Thus, the posture of the paddle 4 is set.
2A, the paddle 4 is kneaded when the front and back surfaces 4a of the paddle 4 are oriented in the rotation direction of the shaft 3 (when the front and back surfaces 4a are orthogonal to the rotation direction of the shaft 3). The reaction force received from the object 100 is maximized, and the load on the motor 5 is maximized. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the front and back surfaces 4a of the paddle 4 are oriented in the axial direction of the shaft 3 (when the front and back surfaces 4a are parallel to the rotational direction of the shaft 3), The reaction force received from the kneading object 100 is minimized. That is, the load on the motor 5 increases as the front and back surfaces 4 a of the paddle 4 are directed in the rotational direction of the shaft 3, and the load on the motor 5 decreases as the front and back surfaces 4 a of the paddle 4 are directed in the axial direction of the shaft 3. To do.

このような本実施形態の混練装置１では、モータ５によってシャフト３が回転駆動されると、シャフト３に連結されたパドル４がチャンバ２の内部を回転し、これによって混練対象物１００が混練される。
ここで、トルクメータ６ｄから入力されるトルク値が予め記憶するトルク値（モータ５の限界負荷を示すトルク値）よりも低いときには、制御装置６ｅは、ソレノイドバルブ６ｂに開度を大きくさせる。これによって、エアシリンダ６ａにより多くの圧縮空気が送り込まれ、エアシリンダ６ａにおいて発生した動力がリンク機構６ｃを介してパドル４に伝達され、パドル４が表裏面４ａをシャフト３の回転方向に向けるように回動される。パドル４の表裏面４ａがシャフト３の回転方向に向けて回動するに連れて、パドル４のシャフト３の回転方向から見た投影面積が増大するため、パドル４が混練対象物１００から受ける反力が徐々に増大し、モータ５の負荷が徐々に増大する。そして、制御装置６ｅは、モータ５の負荷が許容負荷に対して所定値まで近づいたときに、パドル４の回動を停止させ、パドル４の姿勢の設定を一旦完了する。なお、パドル４の姿勢が、表裏面４ａをシャフト３の回転方向と直交させた姿勢（図２（ｂ）で示す姿勢）となったときには、混練対象物１００から受ける反力が最大となるため、モータ５の負荷が許容負荷まで余裕がある場合であっても、これ以上モータ５の負荷を増大させることはできない。したがって、制御装置６ｅは、パドル４の姿勢が、表裏面４ａをシャフト３の回転方向と直交させた姿勢となったときには、モータ５の負荷が許容負荷まで余裕がある場合であっても、パドル４の姿勢をそのまま維持する。 In the kneading apparatus 1 of this embodiment, when the shaft 3 is rotationally driven by the motor 5, the paddle 4 connected to the shaft 3 rotates inside the chamber 2, whereby the kneading object 100 is kneaded. The
Here, when the torque value input from the torque meter 6d is lower than the previously stored torque value (torque value indicating the limit load of the motor 5), the control device 6e increases the opening of the solenoid valve 6b. As a result, a large amount of compressed air is sent to the air cylinder 6a, and the power generated in the air cylinder 6a is transmitted to the paddle 4 via the link mechanism 6c so that the paddle 4 directs the front and back surfaces 4a in the rotational direction of the shaft 3. Is rotated. As the front and back surfaces 4a of the paddle 4 rotate in the direction of rotation of the shaft 3, the projected area viewed from the direction of rotation of the shaft 3 of the paddle 4 increases. The force gradually increases and the load on the motor 5 gradually increases. Then, when the load of the motor 5 approaches a predetermined value with respect to the allowable load, the control device 6e stops the rotation of the paddle 4 and once completes the setting of the posture of the paddle 4. Note that, when the posture of the paddle 4 becomes a posture (the posture shown in FIG. 2B) in which the front and back surfaces 4 a are orthogonal to the rotation direction of the shaft 3, the reaction force received from the kneading object 100 is maximized. Even if the load of the motor 5 has a margin to the allowable load, the load of the motor 5 cannot be increased any more. Therefore, when the posture of the paddle 4 is in a posture in which the front and back surfaces 4a are orthogonal to the rotation direction of the shaft 3, the control device 6e has the paddle even when the load of the motor 5 has a margin to the allowable load. Maintain the 4 position as it is.

また、本実施形態において混練対象物１００は、混練が進行するに連れて流動性が変化する。このため、混練を続けるうちにモータ５の負荷が変化する。このため、制御装置６ｅは、モータ５の負荷を常に監視し、パドル４の姿勢を設定し直す。 In the present embodiment, the kneading target object 100 changes in fluidity as the kneading progresses. For this reason, the load of the motor 5 changes while kneading is continued. For this reason, the control device 6e constantly monitors the load of the motor 5 and resets the posture of the paddle 4.

以上のような本実施形態の混練装置１によれば、シャフト３に接続されたパドル４の姿勢を調節するパドル姿勢調節部６を備える。パドル４の姿勢がパドル姿勢調節部６によって変化されると、シャフト３の回転方向から見たパドル４の投影面積が変化する。この結果、混練対象物１００を混練するときに混練対象物１００からパドル４が受ける反力が変化し、シャフト３及び当該シャフト３を回転駆動するモータ５の負荷が変化する。
つまり、本実施形態の混練装置１によれば、パドル姿勢調節部６によってパドル４の姿勢を調節することによって、モータの負荷を調節することができる。
したがって、本実施形態の混練装置１によれば、モータ５の負荷を調節可能とし、モータ５の負荷が許容値を超えないようにすることが可能となる。 According to the kneading apparatus 1 of the present embodiment as described above, the paddle posture adjusting unit 6 that adjusts the posture of the paddle 4 connected to the shaft 3 is provided. When the posture of the paddle 4 is changed by the paddle posture adjusting unit 6, the projected area of the paddle 4 as viewed from the rotation direction of the shaft 3 changes. As a result, the reaction force received by the paddle 4 from the kneading object 100 when kneading the kneading object 100 changes, and the load on the shaft 3 and the motor 5 that rotationally drives the shaft 3 changes.
That is, according to the kneading apparatus 1 of the present embodiment, the load of the motor can be adjusted by adjusting the posture of the paddle 4 by the paddle posture adjusting unit 6.
Therefore, according to the kneading apparatus 1 of the present embodiment, the load on the motor 5 can be adjusted, and the load on the motor 5 can be prevented from exceeding an allowable value.

また、本実施形態の混練装置１においては、パドル姿勢調節部６が、パドル４の姿勢を変更するための動力を生成するエアシリンダ６ａと、エアシリンダ６ａの動力をパドル４に伝達して回動させるリンク機構６ｃとを備える。このため、簡易な構造にてパドル４を回動させることができる。 Further, in the kneading apparatus 1 of the present embodiment, the paddle posture adjusting unit 6 transmits the power for changing the posture of the paddle 4 and the power of the air cylinder 6a to the paddle 4 to rotate. A link mechanism 6c to be moved. For this reason, the paddle 4 can be rotated with a simple structure.

また、本実施形態の混練装置１においては、パドル姿勢調節部６が、モータ５の負荷を検出するトルクメータ６ｄと、トルクメータ６ｄの検出結果に基づいてパドル４の姿勢を設定する制御装置６ｅとを備える。このため、混練対象物１００の混練中に、モータ５の負荷に基づいてリアルタイムでパドル４の姿勢を自動調節することが可能となる。 Further, in the kneading apparatus 1 of the present embodiment, the paddle posture adjusting unit 6 detects the load of the motor 5 and the control device 6e that sets the posture of the paddle 4 based on the detection result of the torque meter 6d. With. For this reason, during the kneading of the kneaded object 100, the posture of the paddle 4 can be automatically adjusted in real time based on the load of the motor 5.

また、本実施形態の混練装置１においては、制御装置６ｅがモータ５の許容負荷を超えない範囲でモータ５の負荷が最大となるようにパドル４の姿勢を設定する。このため、混練対象物１００に対するパドル４の仕事量を常にモータ５の許容負荷を超えない範囲で最大とすることができ、混練時間の短縮を図ることが可能となる。 Further, in the kneading apparatus 1 of the present embodiment, the posture of the paddle 4 is set so that the load of the motor 5 is maximized within a range where the control device 6e does not exceed the allowable load of the motor 5. For this reason, the work amount of the paddle 4 with respect to the kneading target 100 can be maximized within a range that does not always exceed the allowable load of the motor 5, and the kneading time can be shortened.

（酵素反応装置、セルロース糖化装置、バイオマス糖化装置及びエタノール生産装置）
次に、図３を参照して、上記実施形態の混練装置１からなる酵素反応装置１４を備えるエタノール生産装置１０について説明する。 (Enzyme reaction device, cellulose saccharification device, biomass saccharification device and ethanol production device)
Next, with reference to FIG. 3, the ethanol production apparatus 10 provided with the enzyme reaction apparatus 14 which consists of the kneading apparatus 1 of the said embodiment is demonstrated.

エタノール生産装置１０は、加圧熱水反応装置１１、固液分離器１２、冷却器１３、酵素反応装置１４、第１触媒反応装置１５、第１発酵装置１６、第２触媒反応装置１７、第２発酵装置１８、蒸留装置１９及び排水処理装置２０から構成されている。このようなエタノール生産装置１０は、外部から原料として供給された木質系バイオマスを糖化処理することによりに単糖類（キシロース及びグルコース）を生産し、当該単糖類にアルコール発酵処理及び蒸留処理を施すことにより高純度のエタノールを生産するプロセス装置である。 The ethanol production apparatus 10 includes a pressurized hot water reaction apparatus 11, a solid-liquid separator 12, a cooler 13, an enzyme reaction apparatus 14, a first catalytic reaction apparatus 15, a first fermentation apparatus 16, a second catalytic reaction apparatus 17, and a first. 2 It is comprised from the fermentation apparatus 18, the distillation apparatus 19, and the waste water treatment apparatus 20. FIG. Such an ethanol production device 10 produces monosaccharides (xylose and glucose) by saccharifying woody biomass supplied as a raw material from the outside, and subjecting the monosaccharides to alcohol fermentation treatment and distillation treatment. It is a process equipment that produces high purity ethanol.

加圧熱水反応装置１１は、２００〜２３０℃の加圧熱水を上記木質系バイオマスに作用させることにより、木質系バイオマスに含まれるヘミセルロース（固体）を選択的に加水分解して可溶化させる装置である。木質系バイオマスは、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを主成分とするセルロース系バイオマスである。これら主成分のうち、ヘミセルロースは、比較的低温の２００〜２３０℃の加圧熱水を作用させると容易に加水分解されて五炭糖が重合したヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）に分解（可溶化）するが、セルロースは、２００〜２３０℃の加圧熱水では殆ど分解しない。特に、セルロースを加圧熱水で加水分解するためには、２００〜２３０℃を超える例えば２４０〜３００℃程度の加圧熱水を木質系バイオマスに作用させる必要がある。 The pressurized hot water reactor 11 selectively hydrolyzes and solubilizes hemicellulose (solid) contained in the woody biomass by applying 200 to 230 ° C. pressurized hot water to the woody biomass. Device. Woody biomass is cellulosic biomass mainly composed of cellulose, hemicellulose and lignin. Among these main components, hemicellulose is a polysaccharide mainly composed of oligosaccharides derived from hemicellulose, which is easily hydrolyzed and polymerized with pentose when subjected to 200-230 ° C. pressurized hot water at a relatively low temperature. Although it is decomposed (solubilized) into (hemicellulose decomposition product), cellulose is hardly decomposed by pressurized hot water at 200 to 230 ° C. In particular, in order to hydrolyze cellulose with pressurized hot water, it is necessary to cause the pressurized biomass to exceed 200-230 ° C., for example, about 240-300 ° C., to act on woody biomass.

加圧熱水反応装置１１は、このようなセルロース、ヘミセルロース及びリグニンの加圧熱水に対する性質を利用することにより、木質系バイオマスに含まれるヘミセルロースを五炭糖が重合したヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）に選択的に分解（可溶化）させる。なお、加圧熱水とは、亜臨界状態の熱水であって、液体状態を維持するために加圧された熱水である。 The pressurized hot water reactor 11 utilizes such properties of cellulose, hemicellulose, and lignin with respect to pressurized hot water, so that hemicellulose-derived oligosaccharides obtained by polymerizing hemicellulose contained in woody biomass with pentose are polymerized. It is selectively decomposed (solubilized) into polysaccharide (hemicellulose decomposition product) as a main component. The pressurized hot water is hot water in a subcritical state and is pressurized to maintain a liquid state.

上記加圧熱水反応装置１１は、図３に示すように、ポンプ１１ａ、加熱器１１ｂ、水量調整弁１１ｃ、反応槽１１ｄ及び制御装置１１ｅから構成されている。ポンプ１１ａは、外部から供給される水を加圧して加熱器１１ｂに送出する。加熱器１１ｂは、制御装置１１ｅから入力される温度制御信号に応じて、ポンプ１１ａから流入する加圧水を２００〜２３０℃まで加熱し、加圧熱水として水量調整弁１１ｃに送出する。水量調整弁１１ｃは、制御装置１１ｅから入力される流量制御信号に応じてその開度が調節される電子制御弁であり、流量調整した上で加熱器１１ｂから流入する加圧熱水を反応槽１１ｄに送出する。 As shown in FIG. 3, the pressurized hot water reactor 11 includes a pump 11a, a heater 11b, a water amount adjusting valve 11c, a reaction tank 11d, and a controller 11e. The pump 11a pressurizes water supplied from the outside and sends it to the heater 11b. The heater 11b heats the pressurized water flowing from the pump 11a to 200 to 230 ° C. according to the temperature control signal input from the control device 11e, and sends the pressurized water to the water amount adjustment valve 11c as pressurized hot water. The water amount adjusting valve 11c is an electronic control valve whose opening degree is adjusted in accordance with a flow rate control signal input from the control device 11e. After adjusting the flow rate, the hot water flowing from the heater 11b is supplied to the reaction tank. 11d.

反応槽１１ｄは、外部から原料として供給される一定量の木質系バイオマスを収容すると共に、水量調整弁１１ｃから流入する加圧熱水を木質系バイオマスに添加（作用）させることによって、木質系バイオマス中のヘミセルロースを、ヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類に選択的に分解する。すなわち、この反応槽１１ｄの処理液は、木質系バイオマスの主成分のうち、セルロース及びリグニンを固体として含み、またヘミセルロースが分解して得られたヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）を液体として含むものである。反応槽１１ｄはこのような処理液を固液分離器１２に排出する。 The reaction tank 11d accommodates a certain amount of woody biomass supplied as a raw material from the outside, and adds (acts) pressurized hot water flowing from the water amount adjusting valve 11c to the woody biomass, thereby causing the woody biomass. The hemicellulose inside is selectively decomposed into polysaccharides mainly composed of oligosaccharides derived from hemicellulose. That is, the treatment liquid in the reaction tank 11d includes a polysaccharide (mainly composed of oligosaccharides derived from hemicellulose obtained by decomposing hemicellulose, including cellulose and lignin as solids among the main components of woody biomass. A hemicellulose decomposition product) as a liquid. The reaction tank 11d discharges such a processing liquid to the solid-liquid separator 12.

制御装置１１ｅは、加熱器１１ｂに温度制御信号を出力すると共に水量調整弁１１ｃに流量制御信号を出力し、反応槽１１ｄに供給すべき加圧熱水の温度及び流量（供給量）を調節することにより、反応槽１１ｄにおける木質系バイオマスの加水分解条件を制御する。すなわち、制御装置１１ｅは、加圧熱水の供給量Ｑ（ｍｌ）と木質系バイオマスの供給量Ｖ（ｇ）との比率Ｋ（＝Ｑ／Ｖ）、加圧熱水の温度Ｔ（℃）を加水分解条件として設定する。制御装置１１ｅが反応槽１１ｄの加水分解条件を調整することによって、反応槽１１ｄから流出する処理液は、上述したようにセルロース及びリグニンを固体として含み、またヘミセルロースが分解して得られたヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類を液体として含むものとなる。 The control device 11e outputs a temperature control signal to the heater 11b and outputs a flow rate control signal to the water amount adjustment valve 11c to adjust the temperature and flow rate (supply amount) of pressurized hot water to be supplied to the reaction tank 11d. Thus, the hydrolysis condition of the woody biomass in the reaction tank 11d is controlled. That is, the control device 11e determines the ratio K (= Q / V) between the supply amount Q (ml) of pressurized hot water and the supply amount V (g) of woody biomass, and the temperature T (° C.) of pressurized hot water. Is set as the hydrolysis condition. When the control device 11e adjusts the hydrolysis conditions of the reaction vessel 11d, the treatment liquid flowing out of the reaction vessel 11d contains cellulose and lignin as solids as described above, and is derived from hemicellulose obtained by decomposing hemicellulose. A polysaccharide containing the oligosaccharide as a main component is contained as a liquid.

固液分離器１２は、上記反応槽１１ｄから流入する処理液を固液分離することにより、固体であるセルロース（リグニンを多く含む）を第１多糖物として冷却器１３に送出する一方、ヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類を第２多糖液として第２触媒反応装置１７に送出する。冷却器１３は、後段の酵素反応装置１４における糖化酵素（耐熱性酵素）の活性が最も高くなるように第１多糖物の温度を調節するために設けられており、固液分離器１２から流入する第１多糖物を例えば５０〜９０℃程度に冷却して酵素反応装置１４に送出する。 The solid-liquid separator 12 performs solid-liquid separation of the treatment liquid flowing from the reaction tank 11d, thereby sending cellulose (which contains a large amount of lignin) as a first polysaccharide to the cooler 13 while being derived from hemicellulose. The polysaccharide mainly composed of the oligosaccharide is sent to the second catalytic reactor 17 as the second polysaccharide liquid. The cooler 13 is provided to adjust the temperature of the first polysaccharide so that the activity of the saccharifying enzyme (heat-resistant enzyme) in the subsequent enzyme reaction device 14 is the highest, and flows from the solid-liquid separator 12. The first polysaccharide to be cooled is cooled to about 50 to 90 ° C., for example, and sent to the enzyme reaction device 14.

酵素反応装置１４は、冷却器１３から供給される第１多糖物に糖化酵素であるセルラーゼ及び水を添加し、第１多糖物中のセルロースにセルラーゼを作用させることによってセロビオース（グルコースが２量体重合したもの）を主成分とする分解物つまり水溶性オリゴ糖や懸濁体多糖に加水分解する装置である。セルラーゼは、複数種類の糖化酵素の集合体として一般的に知られているが、主成分としてβ−グルカナーゼを含んでいる。このβ−グルカナーゼは、セルロースを上記水溶性オリゴ糖に加水分解するための糖化酵素として知られている。また、水溶性オリゴ糖は、グルコースが２〜６量体重合した水溶性を示す分解物（多糖類）であり、懸濁体多糖は、グルコースが７量体以上重合したものやグルコースが６量体重合したセロヘキサオースの結晶であり、酵素反応装置１４内において懸濁状態で存在する分解物（多糖類）である。酵素反応装置１４は、上記β−グルカナーゼがセルロースに作用することによって上記水溶性オリゴ糖を生成し、当該水溶性オリゴ糖を主成分とする第１多糖液を第１触媒反応装置１５に送出する。 The enzyme reaction apparatus 14 adds cellulase, which is a saccharification enzyme, and water to the first polysaccharide supplied from the cooler 13, and causes cellulase to act on cellulose in the first polysaccharide. It is a device that hydrolyzes it into hydrolyzed products, ie water-soluble oligosaccharides and suspension polysaccharides. Cellulase is generally known as an assembly of a plurality of types of saccharifying enzymes, but contains β-glucanase as a main component. This β-glucanase is known as a saccharifying enzyme for hydrolyzing cellulose into the water-soluble oligosaccharide. Water-soluble oligosaccharides are water-soluble degradation products (polysaccharides) in which glucose is polymerized in 2-6 mer, and suspension polysaccharides are those in which glucose is polymerized in 7-mer or more, and glucose is 6 quanta. This is a polymerized cellohexaose crystal, which is a degradation product (polysaccharide) present in suspension in the enzyme reaction apparatus 14. The enzyme reaction device 14 generates the water-soluble oligosaccharide by the β-glucanase acting on cellulose, and sends the first polysaccharide liquid mainly composed of the water-soluble oligosaccharide to the first catalytic reaction device 15. .

ここで、酵素反応装置１４で用いる糖化酵素は、「耐熱性酵素」として市販されているものも可能である。通常の糖化酵素は、４０〜５０℃程度において酵素活性が最大になるが、耐熱性酵素は、７０〜９０℃程度の温度において酵素活性が最大になる。このような耐熱性酵素を酵素反応装置１４で用いることにより、冷却器１３で冷却すべき温度幅が小さくなるので、第１多糖物の冷却によるエネルギーロスを縮小することが可能となる。 Here, the saccharifying enzyme used in the enzyme reaction apparatus 14 may be a commercially available “heat-resistant enzyme”. A normal saccharifying enzyme has a maximum enzyme activity at about 40 to 50 ° C., whereas a thermostable enzyme has a maximum enzyme activity at a temperature of about 70 to 90 ° C. By using such a thermostable enzyme in the enzyme reaction apparatus 14, the temperature range to be cooled by the cooler 13 is reduced, so that it is possible to reduce the energy loss due to the cooling of the first polysaccharide.

本実施形態において酵素反応装置１４として、上記実施形態の混練装置１が用いられている。つまり、本実施形態においては、混練装置１からなる酵素反応装置１４に対して、冷却器１３から排出された第１多糖物と、糖化酵素であるセルラーゼと、水とが供給され、これらの混合物を混練対象物１００として混練が行われる。 In this embodiment, the kneading apparatus 1 of the above embodiment is used as the enzyme reaction apparatus 14. In other words, in the present embodiment, the first polysaccharide discharged from the cooler 13, the cellulase that is a saccharifying enzyme, and water are supplied to the enzyme reaction apparatus 14 that includes the kneading apparatus 1, and the mixture thereof. Kneading is performed using the kneading object 100 as a kneading target.

冷却器１３から排出された第１多糖物と、糖化酵素であるセルラーゼと、水との混合物は、混練の初期にはセルロースを多く含むことから流動性が低い。これに対して、酵素反応装置１４では、冷却器１３から排出された第１多糖物と、糖化酵素であるセルラーゼと、水との混合物を混練するときに、酵素反応装置１４が備えるモータの負荷を調節可能とし、モータの負荷が許容値を超えないようにすることが可能となる。したがって、モータの過負荷が原因による酵素反応装置１４の停止を防止することができ、安定して水溶性オリゴ糖を生成することができる。 A mixture of the first polysaccharide discharged from the cooler 13, cellulase which is a saccharifying enzyme, and water contains a large amount of cellulose at the initial stage of kneading and thus has low fluidity. On the other hand, in the enzyme reaction device 14, when the mixture of the first polysaccharide discharged from the cooler 13, the cellulase that is a saccharification enzyme, and water is kneaded, the load of the motor provided in the enzyme reaction device 14 Can be adjusted so that the motor load does not exceed the allowable value. Therefore, it is possible to prevent the enzyme reaction apparatus 14 from being stopped due to overload of the motor, and to stably produce water-soluble oligosaccharides.

また、酵素反応装置１４では、モータの許容負荷を超えない範囲でモータの負荷が最大となるようにパドルの姿勢が設定される。このため、第１多糖物と、糖化酵素であるセルラーゼと、水との混合物（混練対象物）に対するパドルの仕事量を常にモータの許容負荷を超えない範囲で最大とすることができ、混練時間の短縮を図ることが可能となる。したがって、効率的に第１多糖物と、糖化酵素であるセルラーゼと、水との混合物の混練を行うことができ、水溶性オリゴ糖の収率を高めることができる。 In the enzyme reaction apparatus 14, the posture of the paddle is set so that the motor load is maximized within a range not exceeding the allowable load of the motor. For this reason, the work amount of the paddle for the mixture (cell kneading target) of the first polysaccharide, cellulase which is a saccharifying enzyme, and water can be maximized within a range not always exceeding the allowable load of the motor, and the kneading time Can be shortened. Therefore, a mixture of the first polysaccharide, cellulase which is a saccharifying enzyme, and water can be efficiently kneaded, and the yield of water-soluble oligosaccharide can be increased.

第１触媒反応装置１５は、酵素反応装置１４から流出する第１多糖液を、粉末状の固体酸触媒Ｘを用いて加水分解することによりグルコースを生成し、当該グルコースを主成分とする第１単糖液を第１発酵装置１６に送出するものであり、図示するように第１混合装置１５ａと第１固液分離装置１５ｂとから構成されている。 The first catalytic reaction device 15 generates glucose by hydrolyzing the first polysaccharide liquid flowing out from the enzyme reaction device 14 using the powdered solid acid catalyst X, and the first catalytic reaction device 15 has a first glucose as a main component. The monosaccharide liquid is sent to the first fermentation apparatus 16, and is composed of a first mixing apparatus 15a and a first solid-liquid separation apparatus 15b as shown in the figure.

第１混合装置１５ａは、酵素反応装置１４から流入する第１多糖液と予め充填されている固体酸触媒Ｘとを９０℃以上１２０℃未満の温度下において撹拌及び混合することで両者を接触させて加水分解反応（つまり糖化反応）を促進させる。このような糖化反応により、第１多糖液に含まれる水溶性オリゴ糖が分解されて単糖（六炭糖）であるグルコースが生成される。このように生成されたグルコースを含む第１単糖液と固体酸触媒Ｘとを含む第１混合液は、第１混合装置１５ａから第１固液分離装置１５ｂに流出する。 The first mixing device 15a brings the first polysaccharide solution flowing from the enzyme reaction device 14 and the solid acid catalyst X charged in advance into contact with each other by stirring and mixing at a temperature of 90 ° C or higher and lower than 120 ° C. To promote hydrolysis (ie, saccharification). By such a saccharification reaction, the water-soluble oligosaccharide contained in the first polysaccharide liquid is decomposed to produce glucose which is a monosaccharide (hexose sugar). The first mixed liquid containing the first monosaccharide liquid containing glucose and the solid acid catalyst X thus produced flows out from the first mixing apparatus 15a to the first solid-liquid separation apparatus 15b.

第１固液分離装置１５ｂは、上記第１混合装置１５ａから流入する第１混合液を固液分離することで第１単糖液と固体酸触媒Ｘとを分離し、固体酸触媒Ｘを回収して上記第１混合装置１５ａに供給する（再利用する）一方、グルコースを含む第１単糖液を第１発酵装置１６に送出する。このような第１固液分離装置１５ｂとしては、例えば沈殿槽を用いることができる。つまり、沈殿槽に供給される第１混合液のうち、粉末状の固体酸触媒Ｘは槽底部に沈殿し、上澄み液がグルコースを含む第１単糖液として得られる。 The first solid-liquid separator 15b separates the first monosaccharide liquid and the solid acid catalyst X by solid-liquid separation of the first mixed liquid flowing in from the first mixing apparatus 15a, and recovers the solid acid catalyst X. Then, the first monosaccharide liquid containing glucose is delivered to the first fermentation apparatus 16 while being supplied (reused) to the first mixing apparatus 15a. As such a first solid-liquid separation device 15b, for example, a precipitation tank can be used. That is, among the 1st liquid mixture supplied to a precipitation tank, the powdery solid acid catalyst X precipitates in a tank bottom part, and a supernatant liquid is obtained as a 1st monosaccharide liquid containing glucose.

第１発酵装置１６は、上記第１触媒反応装置１５から流入するグルコースを含む第１単糖液に、酵母等のエタノール発酵微生物と、窒素、リン等の栄養源とを添加し、適切な温度、ｐＨ等の条件下で微生物を培養してグルコースをアルコール発酵させることでエタノールを生成するものである。第１発酵装置１６は、このように生成されたエタノールを蒸留装置１９に送出する。 The first fermentation apparatus 16 adds an ethanol-fermenting microorganism such as yeast and a nutrient source such as nitrogen and phosphorus to the first monosaccharide liquid containing glucose flowing in from the first catalytic reaction apparatus 15, and an appropriate temperature. Ethanol is produced by culturing microorganisms under conditions such as pH and subjecting glucose to alcohol fermentation. The first fermentation apparatus 16 sends the ethanol thus generated to the distillation apparatus 19.

第２触媒反応装置１７は、上記の加圧熱水反応装置１１から流入する第２多糖液を、粉末状の固体酸触媒Ｘを用いて加水分解することによりヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液を生成するものであり、図示するように第２混合装置１７ａ及び第２固液分離装置１７ｂから構成されている。第２混合装置１７ａは、加圧熱水反応装置１１から流入する第２多糖液と予め充填されている固体酸触媒Ｘとを９０℃以上１２０℃未満の温度下において撹拌及び混合することにより両者を接触させて加水分解反応（つまり糖化反応）を促進させる。このような糖化反応により、第２多糖液に含まれるヘミセルロース由来のオリゴ糖が加水分解されて単糖（五炭糖）が生成される。第２混合装置１７ａは、このように生成されたヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液と固体酸触媒Ｘとを含む第２混合液とを第２固液分離装置１７ｂに送出する。 The second catalytic reaction device 17 is a second solution containing a monosaccharide derived from hemicellulose by hydrolyzing the second polysaccharide liquid flowing from the pressurized hot water reaction device 11 using the powdered solid acid catalyst X. A monosaccharide solution is produced, and is composed of a second mixing device 17a and a second solid-liquid separation device 17b as shown in the figure. The second mixing device 17a is prepared by stirring and mixing the second polysaccharide liquid flowing in from the pressurized hot water reactor 11 and the solid acid catalyst X charged in advance at a temperature of 90 ° C. or higher and lower than 120 ° C. To promote the hydrolysis reaction (ie, saccharification reaction). Through such a saccharification reaction, the oligosaccharide derived from hemicellulose contained in the second polysaccharide solution is hydrolyzed to produce a monosaccharide (pentose sugar). The second mixing device 17a sends the second monosaccharide solution containing the hemicellulose-derived monosaccharide thus produced and the second mixed solution containing the solid acid catalyst X to the second solid-liquid separation device 17b.

第２固液分離装置１７ｂは、上記の第２混合装置１７ａから流入する第２混合液を固液分離することで第２単糖液と固体酸触媒Ｘとに分離し、固体酸触媒Ｘを回収して上記第２混合装置１７ａに供給する（再利用する）一方、ヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液を第２発酵装置１８に送出する。このような第２固液分離装置１７ｂとしては、上述した第１固液分離装置１５ｂと同様に沈殿槽を用いることができる。つまり、沈殿槽に供給された第２混合液のうち、粉末状の固体酸触媒Ｘは槽底部に沈殿し、上澄み液がヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液として得られる。 The second solid-liquid separation device 17b separates the second mixed liquid flowing from the second mixing device 17a into a second monosaccharide liquid and a solid acid catalyst X by solid-liquid separation, and the solid acid catalyst X is separated. The second monosaccharide liquid containing the monosaccharide derived from hemicellulose is sent to the second fermentation apparatus 18 while being collected and supplied (reused) to the second mixing apparatus 17a. As such a second solid-liquid separation device 17b, a precipitation tank can be used similarly to the first solid-liquid separation device 15b described above. That is, among the 2nd liquid mixture supplied to the precipitation tank, the powdered solid acid catalyst X precipitates in the tank bottom part, and a supernatant liquid is obtained as a 2nd monosaccharide liquid containing the hemicellulose origin monosaccharide.

第２発酵装置１８は、上記第２触媒反応装置１７から流入するヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液に、酵母等のエタノール発酵微生物と、窒素、リン等の栄養源とを添加し、適切な温度、ｐＨ等の条件下で微生物を培養してヘミセルロース由来の単糖をアルコール発酵させることでエタノールを生成するものである。エタノール発酵微生物としては、サッカロミセス属酵母などの公知の各種微生物を用いることができる。第２発酵装置１８は、このように生成したエタノールを蒸留装置１９に送出する。 The second fermentation apparatus 18 adds an ethanol-fermenting microorganism such as yeast and a nutrient source such as nitrogen and phosphorus to the second monosaccharide liquid containing the hemicellulose-derived monosaccharide flowing from the second catalytic reaction apparatus 17. Further, ethanol is produced by culturing a microorganism under conditions such as an appropriate temperature and pH and subjecting a hemicellulose-derived monosaccharide to alcohol fermentation. As the ethanol fermentation microorganism, various known microorganisms such as Saccharomyces yeast can be used. The second fermentation apparatus 18 sends the ethanol thus generated to the distillation apparatus 19.

蒸留装置１９は、上記の第１発酵装置１６及び第２発酵装置１８から流入するエタノールの蒸留及び濃縮を行うことにより、純度の高いエタノールを生成して外部に送出するものである。排水処理装置２０は、加圧熱水反応装置１１の反応槽１１ｄから排出されるブロー水と、第１発酵装置１６及び第２発酵装置１８から排出される水（アルコール発酵の過程で生成される水）とを受け入れ、所定の清浄化処理を施して外部に排水するものである。 The distillation apparatus 19 produces ethanol having high purity by sending out the ethanol flowing from the first fermentation apparatus 16 and the second fermentation apparatus 18 and concentrating them to the outside. The waste water treatment device 20 is blown water discharged from the reaction tank 11d of the pressurized hot water reaction device 11 and water discharged from the first fermentation device 16 and the second fermentation device 18 (generated in the course of alcoholic fermentation). Water), and is subjected to a predetermined cleaning process and drained to the outside.

次に、このように構成されたエタノール生産装置１０の動作について説明する。
加圧熱水反応装置１１では、制御装置１１ｅによって加熱器１１ｂ及び水量調整弁１１ｃが制御されることによって、反応槽１１ｄ内に収容された一定量の木質系バイオマスに２００〜２３０℃の加圧熱水が所定量添加される。この状態で一定の反応時間が経過することにより、反応槽１１ｄ内の木質系バイオマスに含まれるヘミセルロースは、ヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）に選択的に分解される。 Next, operation | movement of the ethanol production apparatus 10 comprised in this way is demonstrated.
In the pressurized hot water reactor 11, the heater 11b and the water amount adjusting valve 11c are controlled by the controller 11e, so that a certain amount of woody biomass contained in the reactor 11d is pressurized at 200 to 230 ° C. A predetermined amount of hot water is added. When a certain reaction time elapses in this state, hemicellulose contained in the woody biomass in the reaction tank 11d is selectively decomposed into a polysaccharide (hemicellulose decomposition product) mainly composed of oligosaccharides derived from hemicellulose. The

したがって、上記反応時間が経過した後における反応槽１１ｄの処理液は、セルロース及びリグニンを固体として含み、またヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）を液体として含む固液混合液となる。そして、このような処理液は、反応槽１１ｄから固液分離器１２に排出され、当該固液分離器１２において固液分離される。すなわち、固体であるセルロース及びリグニンは、固液分離器１２から冷却器１３に第１多糖物として送出され、一方、ヘミセルロース由来のオリゴ糖を主成分とする多糖類（ヘミセルロース分解物）は、第２多糖液として第２触媒反応装置１７に送出される。 Therefore, the treatment liquid in the reaction tank 11d after the reaction time has elapsed is a solid liquid containing cellulose and lignin as solids, and a polysaccharide (hemicellulose degradation product) mainly composed of oligosaccharides derived from hemicellulose as a liquid. It becomes a mixed solution. Then, such a treatment liquid is discharged from the reaction tank 11 d to the solid-liquid separator 12, and solid-liquid separation is performed in the solid-liquid separator 12. That is, cellulose and lignin that are solids are sent from the solid-liquid separator 12 to the cooler 13 as the first polysaccharide, while the polysaccharide (hemicellulose degradation product) mainly composed of oligosaccharides derived from hemicellulose is the first polysaccharide. 2 is sent to the second catalytic reactor 17 as a polysaccharide solution.

そして、上記第１多糖物は、冷却器１３において９０〜１００℃程度に冷却されて酵素反応装置１４に送出され、当該酵素反応装置１４においてセルラーゼ及び水が添加される。この結果、セルラーゼが第１多糖物に含まれるセルロースに作用することにより、当該セルロースが水溶性オリゴ糖に分解される。つまり、酵素反応装置１４では、セルラーゼに含まれるβ−グルカナーゼがセルロースに作用することによってセロビオースが生成される。なお、この際に、酵素反応装置１４において生成された水溶性オリゴ糖の一部は、セルラーゼに含まれるβ−グルコシダーゼによりグルコースに分解される。 The first polysaccharide is cooled to about 90 to 100 ° C. in the cooler 13 and sent to the enzyme reaction device 14, and cellulase and water are added in the enzyme reaction device 14. As a result, cellulase acts on cellulose contained in the first polysaccharide, whereby the cellulose is decomposed into water-soluble oligosaccharides. That is, in the enzyme reaction apparatus 14, cellobiose is generated by the action of β-glucanase contained in cellulase on cellulose. At this time, a part of the water-soluble oligosaccharide produced in the enzyme reaction apparatus 14 is decomposed into glucose by β-glucosidase contained in cellulase.

第１混合装置１５ａは、酵素反応装置１４から流入した第１多糖液と固体酸触媒Ｘとを９０〜１００℃の温度下において攪拌及び混合することで第１多糖液中の水溶性オリゴ糖をグルコースに分解する。この第１混合装置１５ａにおけるグルコースの生成速度は、酵素反応装置１４における生成速度よりも早い。具体的には、第１混合装置１５ａにおいて約１０時間の間に生成されるグルコースの量は、酵素反応装置１４において生成される量の約３．５倍である。第１混合装置１５ａでは、殆ど全ての水溶性オリゴ糖がグルコースに分解されるまでの時間をかけて触媒反応を行う。そして、この結果生成されたグルコースを含む第１単糖液は、固体酸触媒Ｘとともに第１混合液として第１混合装置１５ａから第１固液分離装置１５ｂに流出する。 The first mixing device 15a stirs and mixes the first polysaccharide solution flowing from the enzyme reaction device 14 and the solid acid catalyst X at a temperature of 90 to 100 ° C., so that the water-soluble oligosaccharide in the first polysaccharide solution is mixed. Decomposes into glucose. The production rate of glucose in the first mixing device 15a is faster than the production rate in the enzyme reaction device 14. Specifically, the amount of glucose produced in the first mixing device 15a during about 10 hours is about 3.5 times the amount produced in the enzyme reaction device 14. In the first mixing device 15a, the catalytic reaction is performed over a period of time until almost all the water-soluble oligosaccharide is decomposed into glucose. And the 1st monosaccharide liquid containing glucose produced | generated as a result flows out from the 1st mixing apparatus 15a to the 1st solid-liquid separation apparatus 15b as a 1st liquid mixture with the solid acid catalyst X. FIG.

そして、上記第１混合液は、第１固液分離装置１５ｂにおいて第１単糖液と固体酸触媒Ｘとに固液分離され、固体である固体酸触媒Ｘは第１混合装置１５ａに返送され、一方、第１単糖液は、第１発酵装置１６に送出される。この第１発酵装置１６では、アルコール発酵により第１単糖液に含まれるグルコースからエタノールが生成され、蒸留装置１９に供給される。そして、蒸留装置１９では、エタノールの蒸留及び濃縮が行われる。 The first mixed liquid is solid-liquid separated into the first monosaccharide liquid and the solid acid catalyst X in the first solid-liquid separation apparatus 15b, and the solid acid catalyst X which is solid is returned to the first mixing apparatus 15a. On the other hand, the first monosaccharide liquid is sent to the first fermentation apparatus 16. In the first fermentation apparatus 16, ethanol is generated from glucose contained in the first monosaccharide liquid by alcohol fermentation and supplied to the distillation apparatus 19. And in the distillation apparatus 19, distillation and concentration of ethanol are performed.

一方、第２触媒反応装置１７に供給された第２多糖液は、第２触媒反応装置１７の第２混合装置１７ａにおいて第２多糖液と固体酸触媒Ｘとを９０℃以上１２０℃未満の温度下において攪拌及び混合されることで第２多糖液中のヘミセルロース由来のオリゴ糖が単糖に分解される。そして、このヘミセルロース由来の単糖を含む第２単糖液は、固体酸触媒Ｘとともに第２混合液として第２混合装置１７ａから第２固液分離装置１７ｂに排出され、当該第２固液分離装置１７ｂにおいて第２単糖液と固体酸触媒Ｘとに固液分離される。そして、固体である固体酸触媒Ｘは第２混合装置１７ａに返送され、一方、第２単糖液は、第２発酵装置１８に送出される。この第２発酵装置１８では、アルコール発酵により第２単糖液に含まれるヘミセルロース由来の単糖からエタノールが生成され、蒸留装置１９に供給されて蒸留及び濃縮が行われる。 On the other hand, the second polysaccharide liquid supplied to the second catalytic reaction device 17 is a temperature of 90 ° C. or higher and lower than 120 ° C. in the second mixing device 17a of the second catalytic reaction device 17. The oligosaccharide derived from hemicellulose in the 2nd polysaccharide liquid is decomposed | disassembled into a monosaccharide by stirring and mixing below. And the 2nd monosaccharide liquid containing this monosaccharide derived from hemicellulose is discharged | emitted from the 2nd mixing apparatus 17a to the 2nd solid-liquid separation apparatus 17b as a 2nd liquid mixture with the solid acid catalyst X, The said 2nd solid-liquid separation In the apparatus 17b, the liquid is separated into the second monosaccharide liquid and the solid acid catalyst X. The solid acid catalyst X, which is a solid, is then returned to the second mixing device 17a, while the second monosaccharide liquid is sent to the second fermentation device 18. In the second fermentation apparatus 18, ethanol is generated from hemicellulose-derived monosaccharides contained in the second monosaccharide liquid by alcohol fermentation, and supplied to the distillation apparatus 19 for distillation and concentration.

さらに、加圧熱水反応装置１１の反応槽１１ｄから排出されるブロー水及び第１発酵装置１６及び第２発酵装置１８から排出される水（アルコール発酵の過程で生成される水）は、排水処理装置２０において所定の清浄度まで浄化処理された後に外部に排水される。 Further, blow water discharged from the reaction tank 11d of the pressurized hot water reactor 11 and water discharged from the first fermentation device 16 and the second fermentation device 18 (water generated in the process of alcohol fermentation) are drained. After being purified to a predetermined cleanliness level in the processing device 20, it is drained to the outside.

このようなエタノール生産装置１０では、セルラーゼによりセルロースが水溶性オリゴ糖に分解され、さらに固体酸触媒Ｘによって上記水溶性オリゴ糖がグルコースに分解され、さらに当該グルコースからエタノールが生産される。このとき、酵素反応装置１４において、安定して水溶性オリゴ糖を生成することができるため、エタノール生産装置１０では、安定してエタノールが生産される。 In such an ethanol production apparatus 10, cellulose is decomposed into water-soluble oligosaccharides by cellulase, the water-soluble oligosaccharide is further decomposed into glucose by the solid acid catalyst X, and ethanol is further produced from the glucose. At this time, since the water-soluble oligosaccharide can be stably produced in the enzyme reaction apparatus 14, the ethanol production apparatus 10 can produce ethanol stably.

同様に、このエタノール生産装置１０に含まれるセルロース糖化装置１０Ａ、すなわち上記酵素反応装置１４と第１触媒反応装置１５とを備えるセルロース糖化装置１０Ａも、酵素反応装置１４を備えることにより、安定してセルロースを糖化することができる。
さらに、加圧熱水反応装置１１と、固液分離器１２と、セルロース糖化装置１０Ａとを備えたバイオマス糖化装置１０Ｂも、酵素反応装置１４を備えることにより、安定してバイオマスを糖化することができる。 Similarly, the cellulose saccharification apparatus 10A included in the ethanol production apparatus 10, that is, the cellulose saccharification apparatus 10A including the enzyme reaction apparatus 14 and the first catalytic reaction apparatus 15 is also stably provided with the enzyme reaction apparatus 14. Cellulose can be saccharified.
Furthermore, the biomass saccharification apparatus 10B including the pressurized hot water reaction apparatus 11, the solid-liquid separator 12, and the cellulose saccharification apparatus 10A can also stably saccharify biomass by including the enzyme reaction apparatus 14. it can.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to the said embodiment. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiments are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.

（１）上記実施形態の混練装置１は、パドル４が回動軸Ｌ方向に長い矩形状の長板形状とされた構成を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、パドルの形状を、シャフト側の幅が広く、チャンバの壁面側の幅が狭い形状とすることもできる。これによって、パドルの先端に作用する混練対象物１００からの反力が小さくなり、パドルへの負荷を低減することが可能となる。また、パドルの形状を、湾曲された３次元形状とすることも可能である。 (1) The kneading apparatus 1 according to the above embodiment employs a configuration in which the paddle 4 has a rectangular long plate shape that is long in the rotation axis L direction. However, the present invention is not limited to this, and, for example, the paddle can be shaped so that the shaft side is wide and the chamber wall surface side is narrow. As a result, the reaction force from the kneading object 100 acting on the tip of the paddle is reduced, and the load on the paddle can be reduced. Further, the shape of the paddle can be a curved three-dimensional shape.

（２）上記実施形態の混練装置１は、シャフト３の長手方向の１箇所に対して２枚のパドル４が取り付けられた構成を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、同様の箇所に１枚のパドルが取り付けられる構成や、同様の箇所に３枚以上のパドル４が取り付けられる構成を採用しても良い。 (2) The kneading apparatus 1 of the above embodiment employs a configuration in which two paddles 4 are attached to one place in the longitudinal direction of the shaft 3. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which one paddle is attached to a similar location or a configuration in which three or more paddles 4 are attached to a similar location may be adopted.

（３）上記実施形態の混練装置１は、シャフト３の長手方向において、シャフト３の先端３ａ側と、シャフト３の後端３ｂ側と、これらの中間との３箇所にパドル４が取り付けられた構成を採用している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、シャフト３の長手方向において１箇所、２箇所あるいは４箇所以上にパドル４を取り付ける構成を採用しても良い。 (3) In the kneading apparatus 1 of the above-described embodiment, the paddles 4 are attached to the three positions of the front end 3a side of the shaft 3, the rear end 3b side of the shaft 3, and the middle thereof in the longitudinal direction of the shaft 3. The configuration is adopted. However, the present invention is not limited to this, and a configuration in which the paddle 4 is attached at one, two, or four or more locations in the longitudinal direction of the shaft 3 may be adopted.

（４）上記実施形態の混練装置１では、リンク機構６ｃを介してエアシリンダ６ａの動力をパドル４に伝達する構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばラックアンドピニオン機構を用いてエアシリンダ６ａの動力をパドル４に伝達する構成を採用することもできる。 (4) In the kneading apparatus 1 of the above embodiment, a configuration is adopted in which the power of the air cylinder 6a is transmitted to the paddle 4 via the link mechanism 6c. However, the present invention is not limited to this. For example, a configuration in which the power of the air cylinder 6a is transmitted to the paddle 4 using a rack and pinion mechanism may be employed.

（５）上記実施形態の混練装置１では、パドル４を移動させるアクチュエータとしてエアシリンダ６ａを用いる構成を作用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、電動シリンダ等を上記アクチュエータとして用いる構成を採用することも可能である。 (5) In the kneading apparatus 1 of the above-described embodiment, the configuration using the air cylinder 6a as an actuator for moving the paddle 4 is applied. However, the present invention is not limited to this, and it is possible to adopt a configuration in which an electric cylinder or the like is used as the actuator.

（６）上記実施形態においては、混練装置１を酵素反応装置１４に用いる例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、混練が進むに連れて流動性が変化する混練対象物を混練する混練装置の全てに適用することが可能である。 (6) In the above embodiment, the example in which the kneading apparatus 1 is used for the enzyme reaction apparatus 14 has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to all kneading apparatuses that knead a kneading object whose fluidity changes as kneading proceeds.

（７）上記実施形態では、第１触媒反応装置１５において生成されたグルコースや第２触媒反応装置１７において生成されたヘミセルロース由来の単糖からエタノールを生成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第１発酵装置１６や、第２発酵装置１８や、蒸留装置１９を他の反応装置に換えることで、エタノール以外の化学製品（例えばヒドロキシメチルフルフラールやフルフラール）を生成するようにしてもよい。 (7) In the above embodiment, ethanol is generated from glucose generated in the first catalytic reactor 15 and hemicellulose-derived monosaccharides generated in the second catalytic reactor 17, but the present invention is not limited to this. For example, chemical products other than ethanol (for example, hydroxymethylfurfural or furfural) may be generated by replacing the first fermentation apparatus 16, the second fermentation apparatus 18, and the distillation apparatus 19 with other reaction apparatuses. .

（８）上記実施形態では、木質系バイオマスに含まれるセルロースからグルコースを生成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、同様にセルロースとヘミセルロースとリグニンとを含んでいる草本系バイオマスであれば、これに含まれるセルロースから水溶性の糖分（グルコース）を生成するようにしてもよい。 (8) Although glucose was produced | generated from the cellulose contained in wood type biomass in the said embodiment, this invention is not limited to this. For example, if it is a herbaceous biomass that similarly contains cellulose, hemicellulose, and lignin, water-soluble sugar (glucose) may be generated from the cellulose contained therein.

（９）上記実施形態における第１触媒反応装置１５及び第２触媒反応装置１７では、粉末状の固体酸触媒Ｘを用いた関係で第１固液分離装置１５ｂ及び第２固液分離装置１７ｂを設けた。しかしながら、固体酸触媒には粉末状のものの他にペレット状のものがある。このペレット状固体酸触媒を用いる場合、第１触媒反応装置及び第２触媒反応装置として、例えば流通性容器内に固定状態に収納されたペレット状固体酸触媒に第１多糖液あるいは第２多糖液を通過させて加水分解するタイプの触媒反応装置（固定床固体酸触媒反応装置）を採用することが考えられる。このような固定床固体酸触媒反応装置を採用することにより、第１触媒反応装置及び第２触媒反応装置の装置構成を簡略化することができる。 (9) In the first catalytic reaction device 15 and the second catalytic reaction device 17 in the above embodiment, the first solid-liquid separation device 15b and the second solid-liquid separation device 17b are connected by using the powdered solid acid catalyst X. Provided. However, solid acid catalysts include pellets in addition to powders. When this pellet-shaped solid acid catalyst is used, as the first catalyst reaction device and the second catalyst reaction device, for example, the first polysaccharide solution or the second polysaccharide solution is added to the pellet-shaped solid acid catalyst housed in a fixed state in the flowable container. It is conceivable to employ a catalyst reaction apparatus (fixed bed solid acid catalyst reaction apparatus) of a type that allows hydrolysis by passing through the catalyst. By adopting such a fixed bed solid acid catalyst reactor, the device configurations of the first catalyst reactor and the second catalyst reactor can be simplified.

１……混練装置、２……チャンバ、３……シャフト、３ａ……先端、３ｂ……後端、４……パドル、４ａ……表裏面、５……モータ、６……パドル姿勢調節部（パドル姿勢調節手段）、６ａ……エアシリンダ（アクチュエータ）、６ｂ……ソレノイドバルブ、６ｃ……リンク機構、６ｄ……トルクメータ（負荷検出センサ）、６ｅ……制御装置（制御手段）、７……空気配管、８……ロータリジョイント、１０……エタノール生産装置、１０Ａ……セルロース糖化装置、１０Ｂ……バイオマス糖化装置、１１……加圧熱水反応装置、１１ａ……ポンプ、１１ｂ……加熱器、１１ｃ……水量調整弁、１１ｄ……反応槽、１１ｅ……制御装置、１２……固液分離器、１３……冷却器、１４……酵素反応装置、１５……第１触媒反応装置、１５ａ……第１混合装置、１５ｂ……第１固液分離装置、１６……第１発酵装置、１７……第２触媒反応装置、１７ａ……第２混合装置、１７ｂ……第２固液分離装置、１８……第２発酵装置、１９……蒸留装置、２０……排水処理装置、１００……混練対象物、Ｌ……回動軸、Ｘ……固体酸触媒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Kneading apparatus, 2 ... Chamber, 3 ... Shaft, 3a ... Front end, 3b ... Rear end, 4 ... Paddle, 4a ... Front and back, 5 ... Motor, 6 ... Paddle attitude adjustment part (Paddle posture adjusting means), 6a... Air cylinder (actuator), 6b... Solenoid valve, 6c... Link mechanism, 6d ... Torque meter (load detection sensor), 6e ... Control device (control means), 7 ...... Air piping, 8 ... Rotary joint, 10 ... Ethanol production device, 10A ... Cellulose saccharification device, 10B ... Biomass saccharification device, 11 ... Pressure hot water reactor, 11a ... Pump, 11b ... Heater, 11c: Water amount adjustment valve, 11d: Reaction tank, 11e: Control device, 12 ... Solid-liquid separator, 13 ... Cooler, 14 ... Enzyme reaction device, 15 ... First catalytic reaction Device, 15a ... 1st mixing device, 15b ... 1st solid-liquid separation device, 16 ... 1st fermentation device, 17 ... 2nd catalytic reaction device, 17a ... 2nd mixing device, 17b ... 2nd solid-liquid separation device, 18 …… Second fermentation device, 19… Distillation device, 20… Wastewater treatment device, 100 …… Kneading target, L… Rotating shaft, X… Solid acid catalyst

Claims

A kneading apparatus comprising a chamber for storing an object to be kneaded, a shaft that is rotationally driven in the chamber, a paddle connected to the shaft, and a motor that rotationally drives the shaft,
A kneading apparatus comprising: a paddle attitude adjusting means that adjusts the attitude of the paddle with respect to the shaft to change a projected area viewed from the rotation direction of the shaft.

The paddle posture adjusting means includes
An actuator for generating power for changing the posture of the paddle;
The kneading apparatus according to claim 1, further comprising: a transmission mechanism configured to transmit the power of the actuator to the paddle to rotate.

The paddle posture adjusting means includes
A load detection sensor for detecting the load of the motor;
The kneading apparatus according to claim 1, further comprising: a control unit that sets an attitude of the paddle based on a detection result of the load detection sensor.

The kneading apparatus according to claim 3, wherein the control means sets the posture of the paddle so that the load of the motor is maximized within a range not exceeding an allowable load of the motor.

An enzyme reaction apparatus having a mixture of a polysaccharide containing cellulose and a saccharifying enzyme as a kneading target,
An enzyme reaction apparatus comprising the kneading apparatus according to claim 1.

An enzyme reaction apparatus according to claim 5;
A cellulose saccharification apparatus comprising: a first catalytic reaction apparatus that decomposes a decomposition product generated by the enzyme reaction apparatus into glucose using a solid acid catalyst.

A pressurized hot water reactor for selectively decomposing hemicellulose contained in biomass by applying pressurized hot water to the biomass;
A solid-liquid separator for separating cellulose as a solid from the treatment liquid of the pressurized hot water reactor;
A cellulose saccharification device according to claim 6, which decomposes cellulose separated by the solid-liquid separator into glucose.

The biomass according to claim 7, further comprising a second catalytic reactor that decomposes the hemicellulose decomposition product as a liquid separated by the solid-liquid separator into a hemicellulose-derived monosaccharide using a solid acid catalyst. Saccharification equipment.

The biomass saccharification device according to claim 8,
A first fermentation apparatus for producing ethanol from glucose produced by the biomass saccharification apparatus;
An ethanol production apparatus comprising: a second fermentation apparatus that produces ethanol from a hemicellulose-derived monosaccharide produced by the biomass saccharification apparatus.