SE537606C2 - Metod och anordning för att framställa socker, protein och etanol från ensilerade baljväxter - Google Patents

Abstract

Sammandrag: En metod aft utvinna protein och etanol fran ensilerade baljvaxter kraver en ekoreaktor som separerar en grOda fbretradesvis en baljvdxt i starkelse och socker, lignin och eellulosa samt protein. Processen inleds med aft langa fibrer separeras mekaniskt fran proteiner och efter rening och mekanisk torkning fors ur processen. Efter detta separeras resterande material tillsammans med det utvunna proteinet av en transfervatska som bildas i processen. Det separerade materiaiet bestar ena sidan av starkelse som skall hydrolyseras till socker och protein som skall avforas fran processen for kommersialisering. Den hydrolyserade fraktionen jases under rorelse i ett jastorn dar den fermenterande vatskan matas in underifran av en pump och sugs upp av undertrycket i den nastkommande destillatorn. Destillatom fungerar med hjalp av vdrme och undertryck som far den jasta vatskan aft avge sin alkohol i gasform, med hjalp av ovan tva faktorer kan destillationen goras mycket exakt. Efter fcirgasningen sammanpressas sedan gasen sa aft varmen stiger i gasen av komprimeringen, bortfors och anvands pa andra stallen i ekoreaktorn. Efter komprimering mot ett munstycke har gasen kallnat och kondenserats. Vatskan bestaende av ren alkohol samlas in i en tank av lamplig storlek och material. Ecoreaktorn dr till stora delar fciretradesvis tillverkad i plast.

Description

537 606 Metod och anordning for att framstalla socker, protein och etanol Iran ensilerade baljvaxter.

Bakgrund: Behovet av fornyelsebar och koldioxidnegativ energi ar stort och vi behover aterga till vara 'guar och finna ett satt alt utvinna energi bade fir vara kroppar, vara fordon och varma vara hus. Vi behover aven kunna producera elstrom tillsammans med detta. For alt minska energiatgangen till transporter Ors denna anlaggning i ett format som lampar sig fdr storre gardsniva eller kooperativ.

Importen av proteiner är mycket stor och kommer i form av sojamjol framst fran Brasilien dar den är ett stort miljo och klimatproblem dá den tar regnskogsmark i ansprak. Odling av sojabonor i Brasilien är den enskilt storsta anledningen till avskogningen i varlden och sker med hjalp av svedjebruk. Delta är ocksa ett stort socialt problem da sma jordbrukare forlorar sin mark och utkomst.

Anvandningen av handelsgodsel har okat de senaste 50 aren och sedan djurjordbruken separerades frail spannmalsodlingen har en obalans skapats. Jordarna dar endast spannmal odlas har ftirlorat mycket av sift organiska material i form av humus (mull) och djurgardarna far ofta ett Overskott av kvave som ofta resulterar i lackage till vattendrag, sjoar och hay.

Det atgar stora mangder energi aft tillverka kvavegodning, stora delar av den energi som utvinns fran akrarna forbrukas vid tillverkning av syntetiskt kvave, men da anvands fossil olja eller gas.

Behovet av en kvavefixerande fcirfruktsgroda i vaxtftiljden i vaxelbruk med spannmal och raps är mycket stort. Detta tillsammans med minskad plojning kan restaurera bade jorden och luften.

Del finns aven en marknad for langa fibrer, bade som fast bransle (ved, briketter och pellets) och som ramaterial till byggskivor.

De vanligaste arterna av baljvaxter som odlas pa vara breddgrader forutom Findusartan och Bruna honor är vanlig foderarta och akerbona.

De innehaller stora mangder Protein och Starkelse, resten är vaxtfibrer och sma mangder mineraler och fosfor som efter aft de Onskade materialen utvunnits aterfors jorden.

Som forfruktsgroda har bagge var sift problem: Artan drabbas latt av art-rot rota och kan bara odlas vart sjunde ar, Akerbonan kan odlas oftare men har en langre odlingstid och troskas ofta i oktober-november. For aft optimera produktionen av energi, protein och fibrer har en 1 537 606 ekoreaktor utvecklats som kan forkorta akerbonans odlingstid genom aft helskorda den rá for ensilering.

Beskrivning: Metoden är en rationell kontinuerlig teknik som syftar till aft ta vara pd hela vaxten bade stdrkelse, glukos, maltodextriner, cellulosa, hemicellulosa, socker, lignin och protein.

Vaxten, ravaran är foretradesvis en baljvaxt ensam eller i kombination med strasad. Baljvdxtens foretrdden är dess egenskap aft kunna fixera kvdve fran luften till jorden medan den vaxer, samt aft den dven skapar en gynnsam struktur i jorden. Detta beror delvis pa eft okat kolinnehall (humus)detta kallas forfruktseffekt.

Kvdvefixeringen är mycket anvandbar cla baljvaxten inte behover kvavegodslas och aven lamnar 30 — 50 kg kvave/Ha i jorden till ndsta groda i samband med odling.

Baljvdxten skapar ocksa en mycket positiv struktur for jorden vilket resulterar i skordeokningar for ndstkommande groda foretradesvis hostsadda grodor. Koldioxid insamlas ocksa fran luften och tillsammans med Vate fran vattnet kan vaxten bilda en mangd anvandbara anmen sasom korta kolhydrater (socker och Starkelse m.m.) T.ex. monosackarider i olika former som glukos och aminosyror som är en forening av Kvave, Vdte, Syre och Kol (endast tva av de 20 existerande Aminosyrorna innehaller ocksa ett ensamt Svavel). Aminosyrorna kan sedan bilda mycket stora mangder olika sorters proteiner. Fibrer r ocksa kolhydrater i langa kedjor i antingen 5 eller 6 Kols struktur, vilka ocksa är C, H och 0 kombinationer.

Baljvdxten innehaller stora mangder protein uppbyggt av tidigare namnda Aminosyror som ir uppbyggligt for bade manniskor och djur.

Aven kolhydrat finns tillgangligt i form av socker, maltodextrin, stdrkelse, cellulosa, hemicellulosa och lignin. Vilket gör aft detta är en vdrdefull del i processen.

Resultatet är aft allt som utvinns kommer fran luften och vattnet. Peas on Earth-konceptet anvander vaxten och jorden bara som yard i processen men bortfOr ingenting, ddremot berikas jorden med kvave som godning och kol i form av humus fran luften sa att halten CO2 minskar i atmosfdren.

Tekniken är kontinuerlig och ravaran är torr, halvtorr, ensilerad, hosilerad eller rã, Ms eller i bal.

Ravaran är foretradesvis ensilerad. 2 537 606 Produktionen sker i en ekoreaktor ddr bade energi, ravaror och halvfabrikat (transferprodukter) anvands som katalysatorer i processen som borjar med att vaxtfibrerna separeras ut och renas. Detta Ors foretradesvis ur en farsk eller ensilerat fardigvuxen groda. Pa detta sat forkortas vaxtperioden sa att nastkommande groda kan insas tidig host. Med hjalp av krossning och valsning pa ett sadant sat att fibrema inte bryts. rensas pa detta satt fibrema i stjalkarna fran jasbara kolhydrater sasom ovan namnda starkelse, socker och dextriner.

Valsningen är konstruerad sa att man forst pa en upprullare i form av ett transportband (1.a) repar och trtiskar grodan sa att fri5na frilaggs och avskiljs, detta Ors med hjalp av en roterande repa (1.b) bade repar ur frona och kastar fibrema till ett annat transportband som rotsig med hogre hastighet sit att materialet i rullen blir tunnare. FrOna hamnar i uppsamlaren (1.c). Vidare fors grodan in mellan tva gangade valsar (1.d) som sprider fibrerna jamnt mot underlaget sit att en grovseparering mellan fibrema sker fran varann och skaldelama faller ay. Nasta steg är en kombination av en hard perforerad vals under en gummioverdragen (1.e) som pressar ur vatskan. De sista valsama ar placerade pa ett hart underlag med hal. Dessa valsar (1.f) har en viss vinlcelskillnad sit att grodan rullar i sidled fram och Ater mot ett hart av overskottsvarme fran processen uppvarmt plant underlag. Delta far till foljd att fibrerna rengors fran kortare kolhydrater och proteiner vilka via halen far onskad granulatstorlek.

De frilagda fibrema är torra och uppsamlas pa onskvart salt.

Resterande material bestar tillsanunans med frona och baljoma av protein, stdrkelse, maltodextriner, cellulosa, lignin och socker, foretradesvis glukos vilket samlas in med hjalp karet (1.c) och fors vidare i ekoreaktorprocessen med hj alp av en slcruv i botten av (1.c).

Dar blandas det granulerade materialet med den transferlosning som bestar av vatten och / eller filtrerad drank tillsammans med glukos vilket far en specifik vikt av Riretradesvis 1,15kg/liter. Derma glukos bildas efter hydrolys och protein-avskummning, men fore tillforande av jast senare i processen och separeras genom att den tyngre starkelsen med en specifik vikt av 1.25kg/liter sjunker till botten och det lattare proteinet 1,05kg/liter fiyter upp till ytan. Delta sker i en vertikal hog och uppifran smalt utformad tank (6.a) dar starkelseproteinfraktionen blandas (6.b) med den hydrolyserade glukoslosningen sá att den skiktar sig medan den sakta flyter genom kdrlet i rumstemperatur. Nar starkelsen sjunkit till botten 3 537 606 skruvas den ut ur karlet med en skruv (6.c). Proteinet som flutit upp skummas av fran ytan for torkning genom att den forst skruvas med en trapetsskruv upp over en silduk (6.d) och sedan mot en filtertryckpress dar silduken och skruven far formen av en kona vilken beskrivs i (6.e) Det torkade proteinet tas ur processen for lagring via (6.f). Transferlosningen fortsatter sedan till fermentering via jasttillsats (3.b).

Den utvunna starkelsen som awn kan innehalla socker och maltodextriner blandas med vatten och/eller filtrerad drank. Dessa hettas upp av en varmevaxlare som har formen av en trapetsskruv (2.a) vilken omringar (omsluter) ett rtir med god ledningsformaga foretradesvis av koppar eller aluminium (2.b). Skruven är innesluten i ett stone ror med dalig ledningsformaga foretradesvis av rostfritt stal eller plast som isoleras (2.c). Av varmen borjar cellvaggama att brista i den tillfZirda starkelsen som gelatiniseras, detta skapar en trogflytande vdtska som transporteras fram av en ovan beskriven skruv. Vatskan \Tams upp av den heta vatska som behover kylas (2.d). Skruven är av trapetsform vilken drivs av en vinkelvaxel. (2.e). Skruven har en utformning sa att den samtidigt genom mekanisk paverkan (slcrapning) hailer det inre och yttre rOret fritt fran proteinansamlingar och andra fasta partiklar. Skruvens tredje funktion är att fcira vatskan inifra'n det heta inre roret till det kalla yttre och omvant fOr att uppna maximal varmevaxling. Detta sker genom att skruven har en utformning med styrskenor som pa ovansidan av trapetsskruven är vinklade sa att vatskan fors ut fran det inre roret i mitten och pa undersidan är vinklade sá att vatskan fors till det inre roret. Altemativt är styrskenoma utformade sa att vatskan fors in mot det heta roret pa ovansidan och ut pa undersidan. \Tame tillfors ocksa pa samma satt fran den heta dranken som skall kylas och fran overskottsvarmen fran varmepumpen. Detta beskrivs senare i ansolcan.

Det yttre och inre roret tillsammans med skruven är bojbara och kan darmed passas in i en ekoreaktor sA att den tar minimalt med utrymme.

Efter uppvarmning kan hydrolysen inledas genom att ett enzym sprayas Over den trogflytande vdtskan som nu är med hjdlp av en "brevldde-teknik" utbredd Over en rorlig uppvdrmd yta foretradesvis i form av en trumma eller tva mot varandra rullande trummor enligt (3.1). sa att en stor yta skapas (3.1.a). Genom att det uppvarmda underlaget ror sig och passerar igenom en "brevlada" distribueras ravaran jamt fordelad vilket är att foredra da mangden enzym (3.1.b) altemativt som sprayas pa den andra trumman cla kan optimeras. Denna hydrolys varar i ca.2 timmar medan vatskan efter sprayning eller parullning (3.1.c) sakta fors framat under omroming med hjalp av en skruv liknande den i (2) i karlet (3.1.d). Denna skruvvarmevaxlare 4 537 606 kan leverera varme och halla vatskan i jamn temperatur. Tillskottsvarmen kommer fran varmepumpen (5) fran pannan (2.0 fran dranken och bryter upp stdrkelsen till maltodextriner, samtidigt bryts gelatiniseringen och vatskan blir ater ldttflytande.

Efter hydrolysen fors vatskan vidare under det aft temperaturen hojs ytterligare av energi fran varmepumpen (5) och / eller pannan (2.1) som nu i nasta "brev-lada" breds ut pa ett rorligt uppvannt underlag foretradesvis i form av en trumma.

Det resterande protein som granulatet innehaller frigors da och bildar ett skum som flyter upp ur valskan ddr det mekaniskt skummas ay. Skumningen sker med hjalp av ett lutande stal med hal dar (2.g) är placerat mellan vatskan och det uppflytande proteinetskummet och separerar pa sa sätt dessa frail varann.

Dena protein firs ut fran processen med hjalp av ett transportband (2.h) med medbringare och en skruv som via ett ror (2) i for proteinet ut fran processen till fortdtning och fOrddling.

Sedan sanks temperaturen till foretradesvis mellan 50 och 70°C genom aft destillatom (2.j) forvarms och efter avkylning sker ytterligare en hydrolys genom aft ravaran, nu renad frail protein och i formen av maltodextrin och socker utbreds via" brev-lade" teknik enligt (3.1.a) pa ett rorligt underlag foretradesvis i form av en trumma eller tva mot varandra rullande trununor for aft astadkomma en stor yta. Denna yta sprayas (2.k) med ett ytterligare enzym eller pafores med hjdlp av en trumma (3.1.c) och under omrorning via vridna plastskenor (2.1) som vdtskan passerar och omvandlar vaskan till glukosvattenlosning.

Glukos-vattenblandningen avkyls genom varmevaxling till jasbar temperatur med hjalp av skruven 2.a. som varmer upp den ursprungliga ohydrolycerade ravaran.

Den jasbara transfervatskan anvand sedan som den katalysator for separering av stdrkelse och protein som finns beskrivet tidigare. Jast tillfiirs sedan vid (3.b) med hjdlp av en eller tva trummor enligt (3.1) for fermentering. Den jasbara vatskan fors in i ett *tom dar den pumpas in underifran och tillbringar en tid av foretradesvis 48 timmar i en spiral som forhindrar spontana vandringar i vatskan och samtidigt sugs upp av undertrycket i destillatom. Altemativ fors vatskan framat av en trapetsskruv (3.c) och den blandas samtidigt kontinuerligt enligt samma metod som i (2). Det inre roret (3.d) är i detta fall vattenfyllt och utrustat med backventiler for avgang av koldioxid via *rot. (3.e). 537 606 Vatskan borjar i samband med jasningen bilda alkohol som är latare an vatten och stravar dad& att ldgga sig overst. Jastornet beskrivs i (3).

Ndr vatskan nar toppen av tornet har den en alkoholhalt av fOretradesvis 11-13% vid (3.0 och skall nu destilleras fOr aft ná drivmedelstyrka (4).

Detta sker genom aft vatskan hettas upp till en temperatur av strax under etanolens kokpunkt 78° C. Forvarmning sker via varmevaxlare genom den avkylning som behovs i hydrolysprocessen (4.a) och fran dranken (4.b). Darefter sprids vdtskan ut igen over lutande element i en trappa. (4.c) som dr fyllda med 77°C varm vatska och utsatts for ett undertryck sa aft aven kokpunkten sanks. Detta resulterar ocksa i att angtrycket Over ytan minskar vilket minskar energiatgangen for att vatskan skall overga i gasform av undertrycket som skapas i en pump Fig.4.e som suger in den gas som nu bildas och som bestar av ren alkohol, undertrycket Or ocksa att vatskan i jastomet sugs upp (4.d) och (3.e).

Pumpen är av kolvform och utformad sá att en ventil (4.0 star Oppen vid insugning ndr kolven rOr sig sa att volymen i cylindern Okar och den alkoholhaltiga delen av vatskan over& i gasform. Den ventilen stangs sedan nar kolven vander och volymen i cylindem minskar och gasen sammanpressas da mot en annan ventil (4.g) som Oppnas och utanfiir vilken finns ett munstycke (4.h) var igenom gasen pressas. Vid sammanpressningen okar temperaturen pa den sammanpressade gasen av den minskande cylindervolymen (4.i). Den varmen firs bort fran pumpen sá att avkylning av cylindem kan ske via en varmevaxlare av (4.j) pa bilden och den bortforda vdrmen tillfors processen. Efter munstycket faller temperaturen och gasen kondenseras Ater till vdtska. Samtidigt arbetar en annan kolv i motsatt riktning sa att undertrycket och overtrycket halls konstant.

Denna vatska som pressats genom munstycket bestar av ren alkohol och insamlas for detta andamal i ldmpligt kdrl. (7).

Den tillskottsenergi som processen behover tillsatts vid protein avskiljningen ddr processens hOgsta temperatur uppnas. Detta Or vid behov genom pyrolys av de insamlade och pelleterade fibrerna, men i forsta hand fran den bortforda overskottsvarmen fran destillationspumpen. 6 537 606 Pyroiysgasen tillfiirs en konventionell forbranningsmotor som via en generator producerar den elektricitet som processen behover. Kylvattnet fran motorn tillfors ekoreaktor-processen som pa detta satt blir sjalvforsorjande. overskottsvarmen frail destillationsvarmepumpen ateranvands tillsammans med dranken som skall avkylas.

Ekoreaktom drivs fOretradesvis av tva el-motorer som drivs av ovan namnda generator. 7

Claims (1)

537 606 Patentkrav 1. Forfarande, fozir framstallning av socker, etanol och protein ur ravara i form av ensilerade baljvaxter, rika pa bestandsdelarna jasbara kolhydrater, proteiner och dartill fibrer och vatten, innefattande separation av desamma samt hydrolys av kolhydrater till socker samt eventuellt forjasning av sockret till etanol och destillation till lag vattenhalt av denna kannetecknat av kombinationen av stegen: 1. 1 ravaran i form av en bal rullas upp pa ett transportband och repas, d.v.s. troskas och fron avskiljs, 1. 2 avskilda fibrer och skaldelar sprids jamnt over ett underlag och skaldelar avskiljs, 1. 3 fibrer pressas hart, sa aft skaldelar och aterstaende vatska avskiljs, 1. 4 ravaran, fran vilken fibrer avskiljts enligt stegen 1.1-1.3 bestaende av fron och baljor av protein, starkelse, maltodextriner, cellulosa, lignin, och socker, fors vidare for separering av protein och hydrolyserbar substans, 1. 5 den hydrolyserbara substansen hyrolyseras 1. 6 den hydrolyserbara substansen forjases i en forjasningsprocess och

1. 7 den forjasta substansen destilleras i en destillationsprocess till etanol med lag vattenhalt 2 Anordning for genomforande av forfarande enligt krav 1, stegen 1.1-1.3 kannetecknas av ett forsta transportband (1.a) fir rullning av en bal av ravara, vidare en parallellt med balen inrattad roterande vals (1.b) forsedd med ett antal utstaende piggar for utskiljande av frOn och vidare transport av fibrer och aterstaende ravara till ett andra transportband, med hogre hastighet An det forsta transportbandet, och tva tvarstallda gangade valsar (1.d) for spridning av fibrerna Over underlaget och avskiljning av free, vidare tvarstallda valsar (1.e) och (1.0 for utpressning av aterstaende vatska 8 537 606