UA117527C2 - Спосіб переробки лігноцелюлозної початкової сировини - Google Patents

Abstract

Винахід cтосується переробки біомаси (наприклад, рослинної біомаси, біомаси з тварин і біомаси з міських стічних вод) для виробництва корисних продуктів, таких як палива. Заявлено спосіб, який включає стадії, на яких: поміщають в посудину рідке середовище, що містить воду і щонайменше 20 мас. % твердих речовин неоцукрованої опроміненої пучком електронів лігноцелюлозної початкової сировини, перемішують початкову сировину і воду струминним змішувачем з утворенням суспензії, оцукровують зазначену опромінену пучком електронів лігноцелюлозну початкову сировину у посудині при перемішуванні суспензії струминним змішувачем, з одержанням цукрового розчину, і в тій же посудині перетворюють цукровий розчин в продукт, використовуючи фермент та/або мікроорганізм, продовжуючи перемішувати струминним змішувачем, при цьому зазначена опромінена лігноцелюлозна початкова сировина опромінена дозою щонайменше 10 Мрад.

Description

Целюлозні та лігноцелюлозні матеріали отримують, переробляють і застосовують у великих кількостях для багатьох цілей. Часто ці матеріали використовують один раз, а потім викидають у вигляді відходів або просто розглядають як відходи, такі як, наприклад, стічні води, вичавки, тирса та солома.

Різні целюлозні та лігноцелюлозні матеріали, їх використання і застосування були описані в патентах США МоМо 7307108, 7074918, 6448307, 6258876, 6207729, 5973035 та 5952105; і в різних заявках на патент, у тому числі в "ГІВВОО5 МАТЕВІАЇ5 АМО СОМРОБІТЕ5",

РСТ/О52006/010648, поданій 23 березня 2006 року, і "РІВКО.5З МАТЕКІАЇ5 АМО

СОМРОЗІТЕЗ5", публікації заявки на патент США Мо 2007/0045456.

У даній заявці запропоновані способи виробництва продукту за допомогою декількох біопроцесів, які проводять в одному й тому самому баку.

Деякі процеси включають оцукрювання або розрідження матеріалу, наприклад, целюлозної або лігноцелюлозної сировини, шляхом перетворення целюлозної частини матеріалу в низькомолекулярні цукри, наприклад, за допомогою ферменту, і потім перетворення отриманих цукрів у продукт, наприклад, за допомогою ферментації та перегонки. У деяких варіантах реалізації способи включають використання диспергуючих систем для диспергування волокнистої сировини і/або сировини у вигляді часток у рідкому середовищі та системах для змішування, наприклад, системах із низьким зусиллям зсуву, таких як струминні системи змішування, для перемішування матеріалу в баку. У деяких варіантах реалізації, диспергуюча система включає камеру і обертальний елемент всередині камери, який забезпечує захоплення початкової сировини та рідкого середовища всередину камери в осьовому напрямку й виштовхує з камери дисперсію початкової сировини в зазначеному середовищі в радіальному напрямку. В способах, запропонованих у даній заявці, можна використовувати матеріали з низькою об'ємною щільністю, наприклад, целюлозну або лігноцелюлозну сировину, яка попередньо оброблена фізичними методами для надання об'ємної щільності менше, ніж приблизно 0,75 г/смУ, наприклад, менше, ніж приблизно 0,7; 0,65; 0,60; 0,50; 0,35; 0,25; 0,20; 0,15; 0,10; 0,05 або менше, наприклад, менше, ніж 0,025 г/см3. Такі матеріали можуть особливо важко піддаватися диспергуванню в рідинах, наприклад, у воді або системі розчинників, з метою наступного оцукрювання, ферментації або іншої переробки. Внаслідок їхньої низької об'ємної

Зо щільності, зазначені матеріали схильні плавати на поверхні рідини замість того, щоб піддаватися змочуванню й диспергувати в рідині. У деяких випадках, такі матеріали можуть бути гідрофобними, високо кристалічними або проявляти інші властивості, які утруднюють їхнє змочування. У той же час бажано переробляти зазначену сировину з отриманням дисперсії з порівняно високим вмістом твердих речовин, щоб отримати після переробки високу кінцеву концентрацію цукру в оцукреному матеріалі або високу концентрацію необхідного продукту (наприклад, етанолу або іншого спирту (спиртів) після ферментації). У деяких випадках при застосуванні способів, описаних у даній заявці, вміст твердих речовин у дисперсії при переробці може становити, наприклад, щонайменше 10; 15; 20; 22,5; 25; 27,5; 30; 35; 40; 45 або навіть щонайменше 50 відсотків за масою розчинених твердих речовин. Наприклад, вміст твердих речовин може становити від приблизно 10 до 50 95, наприклад, приблизно від 10 до 40 95, від 10 до 30 95 або від 10 до 20 95.

В деяких випадках, способи, описані в даній заявці, дозволяють повторно використовувати застосовувані ферменти і/або мікроорганізми в періодичному процесі або використовувати їх протягом тривалого часу в безперервному процесі.

В одному аспекті, даний винахід являє собою спосіб, який включає оцукрювання сировини з біомаси в рідкому середовищі в посудині, наприклад, у баку, з утворенням цукрового розчину і перетворення цукрового розчину в продукт, наприклад, етанол, у цій же посудині, за допомогою ферменту і/або мікроорганізму.

Деякі варіанти реалізації включають одну або більше з наступних ознак. Перетворення може включати ферментацію. Запропонований спосіб може також включати перегонку, наприклад, вакуумну перегонку. Перегонку можна здійснити у вакуумі при тиску менше ніж 70 тор.

Перегонку можна провести при температурі навколишнього середовища.

У деяких випадках, початкова сировина має низьку об'ємну щільність, наприклад, об'ємну щільність менше, ніж приблизно 0,5 г/см3. Рідке середовище може включати воду, і оцукрюючий агент може включати фермент. Початкова сировина може включати целюлозний і лігноцелюлозний матеріал.

Запропонований спосіб може включати додаткові стадії. Наприклад, спосіб може додатково включати перемішування за допомогою струминного змішувача в процесі оцукрювання.

Перемішування за допомогою струминного змішувача або іншого змішувача можна також бо здійснювати під час перегонки. Спосіб може також включати регулювання в процесі оцукрювання рівня глюкози в суміші початкової сировини, рідкого середовища та оцукрюючого агента. У деяких випадках, спосіб також включає введення до посудини додаткової кількості початкової сировини та оцукрюючого агента в процесі оцукрювання і диспергування зазначеної сировини в середовищі за допомогою диспергуючої системи. Запропонований спосіб також може включати додавання емульгатора або поверхнево-активної речовини до суміші, яка знаходиться в посудині.

У ще одному аспекті, даний винахід представляє систему, яка містить бак, систему подачі, виконану з можливістю подачі до бака сировини з біомаси, оцукрюючого агента і рідкого середовища, змішувач, виконаний із можливістю перемішування завантаженої сировини з біомаси та оцукрюючого агента, і вакуумну перегінну установку, пов'язану з баком, виконану з можливістю перегонки продукту зі вмісту бака.

Деякі варіанти реалізації можуть включати одну або більше з наступних ознак.

Запропонована система також містить пристрій для подачі, виконаний із можливістю введення затравки до вмісту бака з застосуванням мікроорганізму. Запропонована система додатково може містити контрольно-вимірювальний пристрій для контролю кисню, виконаний із можливістю регулювання рівня кисню у вмісті бака. Змішувач може являти собою або включати струминний змішувач. Систему подачі можна спроектувати для подачі до бака сировини з біомаси та рідкого середовища в формі дисперсії.

При виконанні різних технологічних операцій, наприклад, оцукрювання, ферментації й перегонки, в одному баку, час та вартість обробки зменшуються, і зазначений процес стає більш простим. Крім того, капітальні витрати, в цілому, більш низькі, ніж у випадку технологічного устаткування з кількома баками.

У деяких випадках системи, описані в даній заявці, або їх компоненти можуть бути пересувними, отже, систему можна перевозити (наприклад, залізничним, вантажним або морським транспортом) з одного місця в інше. Така мобільна переробка описана в патенті США

Мо 12/374549 і міжнародній заявці Мо М/О 2008/011598, повний зміст яких включений до даної заявки за допомогою посилання.

Типові продукти, які можна отримати, застосовуючи способи, описані в даній заявці, включають вуглеводні, білки, спирти (наприклад, одноатомні спирти або двохатомні спирти), такі як етанол, н-пропанол або н-бутанол, карбонові кислоти, такі як оцтова кислота або олійна кислота, солі карбонової кислоти, суміш карбонових кислот та солей карбонових кислот і складні ефіри карбонових кислот (наприклад, метилові, етилові та н-пропілові складні ефіри), кетони, альдегіди, альфа, бета-ненасичені кислоти, такі як акрилова кислота, олефіни, такі як етилен, і суміші будь-яких із зазначених сполук. Деякі приклади включають етанол, пропанол, пропіленгліколь, бутанол, 1,4-бутандіол, 1,3-пропандіол, метилові або етилові складні ефіри будь-якого з перерахованих спиртів, метилакрилат, метилметакрилат, молочну кислоту, пропіонову кислоту, олійну кислоту, бурштинову кислоту, З-гідроксипропіонову кислоту, сіль будь-якої з зазначених кислот та суміш будь-яких із зазначених кислот і відповідні солі. Ці та інші продукти розглянуті в О5БОЗМ 12/417900, опис якого включений до даної заявки за допомогою посилання.

Об'ємну щільність визначають із застосуванням стандарту АТМ 018958. Загалом, такий спосіб включає заповнення мірного циліндра відомого об'єму пробою і вимірювання маси проби.

Об'ємну щільність розраховують шляхом ділення маси проби в грамах на відомий об'єм циліндра в кубічних сантиметрах.

Усі публікації, заявки на патент, патенти та інші посилання, згадані в даній заявці або додані до неї, включені в повному об'ємі за допомогою посилання, незалежно від того, що вони містять.

Фіг. 1 являє собою діаграму, яка ілюструє ферментативний гідроліз целюлози з отриманням глюкози.

Фіг. 2 являє собою діаграму, яка ілюструє перетворення початкової сировини в етанол шляхом виробництва та ферментації розчину глюкози.

Фіг. 3 являє собою схематичне зображення системи для виробництва продукту, наприклад, етанолу, згідно з одним варіантом реалізації винаходу.

Фіг. ЗА являє собою схематичне зображення вигляду збоку бака та перегінної установки, придатних для застосування в системі, зображеній на Фіг. 3.

Фіг. 4 являє собою схематичне зображення в перспективі диспергуючої системи згідно з одним варіантом реалізації винаходу.

Фіг. 5 і 5А являють собою, відповідно, схематичний поперечний розріз і зображення в перспективі диспергуючого пристрою, який можна застосовувати в диспергуючій системі, бо показаній на Фіг. 4.

Фіг. б являє собою схематичне зображення в перспективі диспергуючої системи згідно з іншим варіантом реалізації винаходу.

Фіг. 7 і 7А являють собою діаграми, які ілюструють альтернативні робочі режими диспергуючої системи, показаної на Фіг. 6.

Фіг. 8 являє собою схематичне зображення в перспективі диспергуючого елемента, який можна застосовувати в диспергуючій системі, показаній на Фіг. 6.

Фіг. 9 і 9А являють собою діаграми, на яких показаний струминний потік, що виходить із сопла.

Фіг. 10 являє собою схематичне зображення в перспективі струминної потокової мішалки згідно з одним варіантом реалізації винаходу.

Фіг. 1О0А являє собою збільшене зображення в перспективі лопатевого колеса та розпилювача струминної мішалки, показаної на Фіг. 10.

Фіг. 108 являє собою збільшене зображення в перспективі альтернативного варіанта лопатевого колеса.

Фіг. 11 ї Фіг. 11А являють собою вигляд збоку і вигляд у поперечному розрізі, відповідно, бака, який має два струминні змішувачі, що проходять у бак зверху.

Фіг. 12 являє собою схематичне зображення нагнітача для подачі сировини з біомаси.

Глюкан- і/або ксиланвмісні матеріали, наприклад целюлозні та лігноцелюлозні матеріали, такі як матеріали, застосовувані в способах, описаних у даній заявці, біомасу (наприклад, рослинну біомасу, біомасу з тварин, папір та біомасу з міських стічних вод) можна перетворити в перероблену сировину для виробництва корисних проміжних сполук і продуктів, таких як органічні кислоти, солі органічних кислот, ангідриди, складні ефіри органічних кислот і палива, наприклад палива для двигунів внутрішнього згоряння або для паливних комірок, як описано в даній заявці. У даній заявці описані системи та процеси, у яких як сировинні матеріали можна використовувати целюлозні і/або лігноцелюлозні матеріали, доступні у достатку, але за допомогою яких часто важко здійснити обробку зазначених целюлозних або лігноцелюлозних матеріалів, наприклад потоків міських стічних вод і потоків макулатури, наприклад потоків, які включають газетний папір, крафт-папір, гофрований папір або їх суміші. У цілому, за необхідності, матеріали можна обробити фізичними методами для подальшої переробки і/або після неї, часто шляхом подрібнювання. Якщо необхідно зменшити стійкість до розкладання матеріалу, використовують такі фізичні способи обробки як ферментація. Багато способів, описаних у даній заявці, можуть ефективно понизити рівень стійкості початкової сировини до розкладання, що полегшує її переробку, наприклад, таку як біопереробка (наприклад, за допомогою будь-якого мікроорганізму, описаного в даній заявці, такого як гомоацетогенна або гетероацетогенна бактерія і/або будь-якого ферменту, описаного в даній заявці), термічна переробка (наприклад, газифікація або піроліз) або хімічні методи (наприклад, кислотний гідроліз або окислювання). Сировину з біомаси можна обробити або переробити, застосовуючи один або більше з будь-яких способів, описаних у даній заявці, таких як механічна обробка, хімічна обробка, опромінення, обробка ультразвуком, окислювання, піроліз або паровий вибух.

Різні системи та способи обробки можна застосовувати в комбінаціях із двох, трьох чи навіть чотирьох або більше із зазначених технологій чи інших способів, описаних у даній заявці та в інших публікаціях.

Для перетворення початкової сировини в форму, яку можна легко переробити на існуючому промисловому підприємстві, наприклад, на заводі з виробництва одноклітинного білка, заводі з виробництва ферментів або заводі з виробництва палива, наприклад, підприємстві з виробництва етанолу з зерна, способи, описані в даній заявці, дозволяють використовувати матеріали з низькою об'ємною щільністю, наприклад целюлозну або лігноцелюлозну сировину, яка попередньо була оброблена фізичними методами для досягнення об'ємної щільності менше, ніж приблизно 0,75 г/см3, наприклад, менше ніж приблизно 0,7; 0,65; 0,60; 0,50; 0,35; 0,25; 0,20; 0,15; 0,10; 0,05, або менше, наприклад, менше ніж 0,025 г/см3. Об'ємну щільність визначають із застосуванням стандарту АЗТМ 018958. Якщо коротко, такий спосіб включає заповнення мірного циліндра відомого об'єму пробою і вимірювання маси проби. Об'ємну щільність розраховують шляхом ділення маси проби в грамах на відомий об'єм циліндра в кубічних сантиметрах.

Для перетворення початкової сировини в форму, яку можна легко переробити, глюкан- або ксиланвмісну целюлозу в початковій сировині гідролізують із утворенням низькомолекулярних вуглеводів, таких як цукри, за допомогою оцукрюючого агента, наприклад, ферменту або кислоти, при цьому зазначений процес називають оцукрюванням. Далі, низькомолекулярні вуглеводи можна застосовувати, наприклад, на існуючому промисловому підприємстві,

наприклад, на заводі з виробництва одноклітинного білка, заводі з виробництва ферментів або заводі з виробництва палива, наприклад, підприємстві з виробництва етанолу.

Матеріали, які включають целюлозу, можна обробляти за допомогою оцукрюючого агента шляхом змішування матеріалу і оцукрюючого агента в рідкому середовищі, наприклад, розчиннику, такому як водний розчин. Способи швидкого та ефективного диспергування матеріалу в рідкому середовищі докладно розглянуті нижче. Після диспергування матеріалу в зазначеному середовищі, оцукрюючий агент, матеріал і рідке середовище ретельно перемішують, у деяких випадках протягом усього процесу оцукрювання. У деяких варіантах реалізації, матеріал і/або оцукрюючий агент додають поступово, а не увесь за раз.

Наприклад, частину матеріалу можна додати в рідке середовище, диспергувати в ньому і змішувати з оцукрюючим агентом доти, поки матеріал щонайменше частково не перетвориться в цукор, у цей момент у середовищі диспергують другу частину матеріалу і додають до суміші.

Зазначений процес можна продовжувати до отримання необхідної концентрації цукру.

Ферменти і організми, які руйнують біомасу, які розкладають біомасу, таку як целюлозна іабо лігнінова частини біомаси, містять чи виробляють різні ферменти (целулази), що розкладають клітковину, лігнінази або різні метаболіти з маленькими молекулами, що руйнують біомасу. Такі ферменти можуть являти собою сукупність ферментів, які діють синергічно та розкладають кристалічну целюлозу або лігнінові частини біомаси.

Приклади ферментів, що розкладають клітковину, включають: ендоглюканази, целобіогідролази та целобіази (В-глюкозидази). На Фіг.1 целюлозний субстрат спочатку гідролізують за допомогою ендоглюканаз у випадкових положеннях, отримуючи олігомерні проміжні сполуки.

Зазначені проміжні сполуки являють собою субстрати для екзорозщеплюючих глюканаз, таких як целобіогідролаза, які використовують для отримання целобіози з кінцевих груп целюлозного полімеру.

Целобіоза являє собою водорозчинний 1,4-зв'язаний димер глюкози. У остаточному підсумку, целобіаза розщеплює целобіозу з утворенням глюкози. Придатні целулази будуть розглянуті в даній заявці в наступному розділі.

Час, необхідний для виконання оцукрювання, буде залежати від умов обробки і

Зо застосовуваних початкової сировини й ферменту. Якщо оцукрювання здійснюють у виробничій установці при контрольованих умовах, целюлозу можна по суті повністю перетворити в глюкозу протягом приблизно від 12 до 96 годин. Якщо оцукрювання частково або повністю здійснюють під час перевезення, цей процес може зайняти більше часу.

У деяких випадках, оцукрювання здійснюють при рН від приблизно 4 до 7, наприклад, від приблизно 4,5 до 6 або від приблизно 5 до 6.

У цілому переважно, щоб кінцева концентрація глюкози в цукровому розчині була порівняно висока, наприклад, більше ніж 10 95 або більше ніж 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, або навіть більше ніж 95595 за масою. Такі високі концентрації дозволяють зменшити об'єм при транспортуванні й також придушують ріст мікроорганізмів у розчині. Після оцукрювання, об'єм води можна зменшити, наприклад, за рахунок випарювання або перегонки.

Порівняно високу концентрацію розчину можна отримати шляхом обмеження кількості середовища, наприклад води, яке додається до початкової сировини з ферментом.

Концентрацію можна регулювати, наприклад, регулюючи інтенсивність процесу оцукрювання.

Наприклад, концентрацію можна збільшити шляхом додавання до розчину більшої кількості початкової сировини. Розчинність початкової сировини в середовищі можна збільшити, наприклад, шляхом підвищення температури розчину і/або додавання поверхнево-активної речовини, як буде описано нижче. Наприклад, температуру розчину можна підтримувати в діапазоні від 40 до 50 "С, від 50 до 60 "С, від 60 до 80 "С або навіть вище.

На Фіг. 2 процес виробництва спирту, наприклад етанолу, може включати, наприклад, можливо, попередню обробку початкової сировини фізичними методами, наприклад, для її подрібнювання (стадія 110), перед і/або після зазначеної обробки, обробку початкової сировини для зменшення її стійкості до розкладання (стадія 112) і оцукрювання початкової сировини для отримання цукрового розчину (стадія 114). Оцукрювання можна здійснити шляхом змішування дисперсії початкової сировини в рідкому середовищі, наприклад, воді, з ферментом (стадія 111), як буде докладно розглянуто нижче. Не видаляючи зазначений розчин із бака, в якому відбувалося оцукрювання, розчин далі піддають біообробці з отриманням необхідного продукту, наприклад етанолу (стадія 118), який потім додатково переробляють, наприклад, шляхом перегонки (стадія 120). Перегонку переважно виконують у тому ж баку, що і оцукрювання та ферментацію, наприклад, за допомогою вакуумної перегонки. Окремі стадії цього процесу 60 будуть докладно описані нижче. За необхідності, стадії вимірювання вмісту лігніну (стадія 122) і установки або регулювання технологічних параметрів (стадія 124) можна здійснити на різних етапах процесу, наприклад, безпосередньо перед технологічною стадією (стадіями), застосовуваною для зміни структури початкової сировини, як показано. Якщо зазначені стадії включені, технологічні параметри регулюють таким чином, щоб компенсувати мінливість вмісту лігніну у початковій сировині, як описано в попередній заявці на патент США Мо 61/151724, поданій 11 лютого 2009 року, повний зміст якої включений до даної заявки за допомогою посилання.

Стадію змішування 111 і стадію оцукрювання 114 можна провести з застосуванням, наприклад, системи, показаної на фіг. 3. Така система містить бак 136, який спочатку містить рідке середовище, а пізніше містить суміш 138 рідкого середовища, початкової сировини та оцукрюючого агента. Рідке середовище подають до бака через систему труб, оснащену клапанами (не показано). Зазначені системи також містять завантажувальний бункер 130, пов'язаний із диспергуючим блоком 134. До завантажувального бункера завантажують сухі інгредієнти, такі як дріжджі та поживні речовини, наприклад, з блока живлення 30. За необхідності, вібраційний пристрій 36 можна з'єднати з завантажувальним бункером для полегшення подачі матеріалу з завантажувального бункера. Запропонована система також містить диспергуючий блок 134. Рідке середовище захоплюють із бака до диспергуючого блока 134 і повертають до бака за допомогою диспергуючого блока через випускну трубу 137. Отвір випускної труби 137 може перебувати вище рівня рідини, як показано, або, у деяких випадках, може бути занурений у рідину в баку. У деяких випадках, залежно від виду використовуваного диспергуючого блока (як буде розглянуто нижче), запропонована система може містити насос 139, наприклад поршневий насос прямого витіснення, виконаний із можливістю циркулювання рідкого середовища через диспергуючу систему, і/або віскозиметр 141 для контролю в'язкості дисперсії та приведення в дію насоса, коли виміряна в'язкість досягне заздалегідь установленого значення.

Згідно з цим варіантом реалізації винаходу, показаним на Фіг. 3, початкову сировину подають до поверхні рідкого середовища в баку, наприклад, через пристрій для подачі 32, який містить завантажувальний трубопровід 34 (наприклад, шланг або трубку). Пристрій для подачі 32 можна також з'єднати з вібраційним пристроєм 36, щоб сприяти надходженню матеріалу до пристрою. Пристрій для подачі 32 може являти собою, наприклад, нагнітач, виконаний із можливістю нагнітання через шланг волокнистого і/або зернистого матеріалу з джерела в місце, віддалене від джерела, наприклад, ізоляційний нагнітач, такий як нагнітач ЕОКСЕ 3, доступний у компанії Іпіес, Фредерік, Колорадо. Приклад такого нагнітача 500 схематично показаний на

Фіг. 12, До завантажувального бункера 502 нагнітача 500 надходить матеріал із джерела матеріалу 504, наприклад, шляхом засмоктування матеріалу через впускний отвір 505 під дією вакууму 506. Будучи в бункері, матеріал піддають деагломерації за допомогою обертального пристрою 508, який включає поворотні важелі 510, кінці яких з'єднані з гнучкими лопатями 512.

Обертальний пристрій 508 також тягне матеріал униз через отвір 514 до повітряного шлюзу 516.

Подачу матеріалу до повітряного шлюзу дозують за допомогою пластинки або клапана 518.

Повітряний шлюз 516 включає безліч обертальних лопаток 520, які утворюють камери 522.

Нижня частина повітряного шлюзу 516 включає прохід 524, через який повітря нагнітається з блока подачі стисненого повітря (не показано) до випускної труби (наприклад, завантажувальний трубопровід 34, Фіг. 3). Лопатки змітають матеріал до проходу окремими порціями, які видуваються до випускної труби, як тільки вони опиняються в місці, розташованому поруч із проходом. Обертальні лопатки 520 обертаються досить повільно, щоб кожна камера перебувала в положенні, що примикає до проходу досить довго, так що до випускної труби надходять як порція матеріалу, так і деяка кількість повітря. Таким чином, до випускної труби поперемінно надходять порції повітря й матеріалу, Коли матеріал проходить униз випускною трубою, яка може бути досить довгою, матеріал та повітря перемішуються, матеріал насичується повітрям і рівномірно переміщається через випускну трубу до бака.

Швидкість обертання обертальних елементів у мішалці та повітряному шлюзі узгоджені між собою і можуть бути змінені користувачем залежно від початкової сировини, довжини випускної труби та інших змінних параметрів.

Як альтернатива, матеріал можна доставити до поверхні рідини, застосовуючи інші методи, такі як гравітаційна подача або шнековий конвеєр.

У деяких варіантах реалізації, бак обладнаний гнучкою, проникною для повітря кришкою або іншим пристроєм, виконаним із можливістю видалення повітря з бака при подачі початкової сировини, при запобіганні видуванню початкової сировини з бака і/або попаданню до бака забруднюючих речовин.

Коли сировинний матеріал подають через завантажувальний трубопровід 34 на поверхню рідини в баку, на зазначений матеріал через випускну трубу 137 диспергуючого блока 134 виливають рідину. Вилита рідина зволожує сировинний матеріал, змушуючи його поринати в рідину, де його можна диспергувати за допомогою диспергуючого блока 134, переважно, в комбінації з перемішуванням за допомогою струминного змішувача 144, описаного нижче.

У цілому, переважно, щоб диспергуючий блок 134 і струминний змішувач 144 функціонували, коли через завантажувальний трубопровід подають початкову сировину.

Згідно з альтернативним варіантом реалізації винаходу, до завантажувального бункера 130 надходить початкова сировина, яка була оброблена для її подрібнювання і, можливо, зменшення її стійкості до розкладання (стадії 110 і 112, див. вище) за допомогою модуля попередньої обробки початкової сировини 132, після чого початкову сировину подають до бака через завантажувальний бункер 130. Початкову сировину і рідке середовище захоплюють з бака до диспергуючого блока 134 та диспергують сировину у рідкому середовищі, наприклад воді, під дією диспергуючого блока.

Згідно з обома варіантами реалізації винаходу, оцукрюючий агент подають до бака з завантажувального бункера 140, який містить дозуючий пристрій 142. Вміст бака перемішують, наприклад, із застосуванням одного або більше струминних змішувачів. Струминний змішувач 144 схематично зображений на фіг. З; приклади придатних струминних змішувачів будуть докладно розглянуті нижче і також описані в попередній заявці на патент США Мо 61/218832, поданій 19 червня 2009 року, повний зміст якої включений до даної заявки за допомогою посилання. Струминний змішувач створює струмінь за допомогою двигуна 146, який приводить у дію насос і/або ротор (не показаний). Крутний момент, викликаний двигуном 146, корелює з вмістом твердих речовин у суміші, яка міститься в баку, який, у свою чергу, відображає ступінь, до якого відбулося оцукрювання суміші. Крутний момент вимірюють за допомогою пристрою для контролю крутного моменту 148, який посилає сигнал двигуну 150, що приводить у дію конвеєр 130, і також до дозуючого пристрою 142 завантажувального бункера 140. Таким чином, подачу обробленої початкової сировини та ферменту можна переривати і відновлювати як функцію оцукрювання вмісту бака. Дані, виміряні за допомогою пристрою для контролю крутного моменту, можна також застосовувати для регулювання параметрів струминного змішувача,

Зо наприклад, встановлення більш низьких об./хв у випадку змішувача, в якому використовують ротор, або встановлення більш низької швидкості струменя у випадку змішувача, який працює від насоса. Замість пристрою для контролю крутного моменту або поряд із ним система може містити амперний контрольно-вимірювальний пристрій (не показано), який вимірює силу струму в амперах при повному навантаженні двигуна. У деяких випадках, струминний змішувач може включати частотно-регульований електропривід (МЕО), який дозволяє регулювати швидкість двигуна.

Система може також включати тепловізійний контрольно-вимірювальний пристрій (не показано), який контролює температуру рідкого середовища та регулює швидкість подачі початкової сировини і/або умови змішування у відповідь на підвищення температури. Такий контур температурного зворотного зв'язку можна застосовувати для запобігання підвищенню температури рідкого середовища до рівня, при якому відбудеться денатурування ферменту.

При застосуванні в системах, описаних у даній заявці, одного або більше насосів, у цілому переважно застосовувати поршневі насоси прямого витіснення (ПВ), наприклад гвинтові насоси кавітаційного типу або шнекові насоси ПВ.

У цукровмісний розчин вносять затравку і ферментують у тому ж баку, який використовували для оцукрювання. У цілому, рівень кисню в процесі ферментації слід контролювати, наприклад, шляхом моніторингу рівня кисню й вентилювання бака або аерування суміші, за необхідності. Також бажано контролювати рівень етанолу в посудині, щоб при падінні рівня етанолу можна було зупинити процес ферментації, наприклад, шляхом нагрівання або введення бісульфіту натрію. У цілому, струминне перемішування продовжують під час ферментації, застосовуючи те ж устаткування, яке описано вище.

Після того, як ферментація завершена або проведена в необхідній мірі, продукт ферментації, наприклад, спирт, такий як етанол, збирають шляхом перегонки.

Перегонку переважно здійснюють із застосуванням вакуумної перегінної установки 151, схематично показаної на Фіг. З Вакуумна перегонка є переважною, оскільки її можна виконати по суті при температурі навколишнього середовища і, таким чином, поживні речовини, ферменти і/або мікроорганізми, присутні в баку, не будуть ушкоджені при перегонці й можуть бути повторно використані. Вакуумну перегонку переважно проводять при тиску менше ніж 150 тор, наприклад, менше ніж 125, 100, 80, 70, 60, 50, 40 або 30 тор, або навіть менше ніж 25 тор. У 60 цілому, тиск повинен бути досить низьким, щоб запобігти утворенню азеотропу води та спирту,

усуваючи, таким чином, необхідність наступного видалення зі спирту, наприклад, за допомогою молекулярних сит ЗА.

Придатний бак 160 і перегінна установка 162 показані на Фіг. ЗА. Танк 160 включає укладену в сорочку посудину 164, яку можна піддати рідинному охолодженню, наприклад, за допомогою води, для підтримання необхідної температури всередині посудини, і кришку 166, яка містить вакуумний отвір 168 та інші отвори, через які можна завантажувати матеріали. Кришка 166 також включає вихідний отвір 170, який сполучається текучим середовищем із трубопроводом 172 перегінної установки 162. Продукт ферментації, наприклад, етанол, засмоктують за допомогою вакууму через трубопровід 172 до конденсатора 174 і збирають до закритої зверху приймальної посудини 176. Зазначену систему можна виконати таким чином, щоб підтримувати температуру всередині посудини щонайменше менше ніж 55, 50, 45, або навіть менше ніж 40 "г (менше ніж 13, 10, 7 або 4,5 С).

Диспергування та змішування

Диспергування

Диспергуючий блок 134 може включати будь-який вид диспергуючого устаткування, яке зволожує початкову сировину за допомогою рідкого середовища. Багато диспергуючих блоків включають камеру та ротор, установлений у камері таким чином, щоб початкова сировина і рідке середовище всмоктувалися в напрямку до ротора в осьовому напрямку й вимушено переміщалися назовні в радіальному напрямку до периферії ротора й, тим самим, через випускний отвір блока, подібно до відцентрового насоса. Залежно від конструкції диспергуючого блока, може бути необхідним резервний насос (насос 139, розглянутий вище) для засмоктування текучого середовища через диспергуючий блок при високих в'язкостях. Деякі диспергуючі блоки сконструйовані таким чином, щоб створювати дуже високий статичний тиск текучого середовища всередині блока; при застосуванні таких блоків, резервний насос, у цілому, не потрібен.

Один приклад придатної диспергуючої системи 300 показаний на Фіг. 4-5 А. Така система характеризується порівняно низьким засмоктуванням і тому зазвичай застосовують резервний насос. Диспергуюча система 300 містить приймальний бункер 302, який може приймати початкову сировину з великого бункера чи мішка (не показано) або іншого джерела і направляти її до диспергуючого блока 301. Диспергуючий блок 301 включає корпус 304, що обмежує диспергуючу камеру 306 (Фіг. 5А), впускний отвір для рідини 308, впускний отвір для твердих речовин 310 (фіг. БА), пов'язаний із бункером 302, і випускний отвір 312. Диспергуюча система 300 також включає двигун 314, який приводить у дію диспергуючий блок 301, інтерфейс пристрою керування 316 для користувача і блок під тиском 318, який допомагає підтримати цілісність ущільнювальних прокладок усередині диспергуючого блока 301. Клапан (не показано) розташований між приймальним бункером 302 та впускним отвором для твердих речовин 310 і дозволяє дозувати подачу твердих речовин до диспергуючого блока 301.

Внутрішня структура диспергуючого блока 301 показана на Фіг. 5-5А. Після проходження через впускний отвір для твердих речовин 310, тверді речовини переміщаються вниз за рахунок шнека 320, коли вони вступають у контакт із рідиною, яка надходить через впускний отвір для рідини 308. Потім рідина та тверді речовини змішуються під дією ряду змішувальних лопатей 322 і остаточно за допомогою ротора 324 (детально показаного на Фіг. 5А), який розташований у компонуванні ротор/статор відносно бічної стінки камери 306. Такий ряд перемішуючих елементів зволожує тверді речовини за допомогою рідини, при зростаючих рівнях зсуву, що призводить до утворення по суті гомогенної дисперсії, яка виходить через випускний отвір 312.

Лопатеве колесо, згідно з принципом Вентурі, створює великий перепад тиску між камерою 306 і бункером 302, внаслідок чого утворюється вакуум і, таким чином, сприяє засмоктуванню матеріалу з бункера в камеру.

Інша придатна диспергуюча система 400 показана на Фіг. 6-8. Ця система комерційно доступна в компанії ІКАФ Умогк5, Уілмінгтон, Північна Кароліна, під торгівельною маркою СМ5 2000. Диспергуюча система 400, при поставці, містить бак для рідини 402. Однак, за необхідності, можна не використовувати порівняно маленький бак 402, і частину системи, що залишилася, перекачати по трубах до більш великого бака, наприклад, промислового резервуара для рідкого середовища (не показано). Система 400 також включає приймальну лійку для твердих речовин 403, диспергуючий блок 401, який містить корпус 404, що має структуру, аналогічну структурі корпуса 304, розглянутого вище, двигун 414, інтерфейс пристрою керування 416 для користувача і блок під тиском 418.

Основна відмінність між диспергуючими системами 400 і 300 полягає у внутрішній структурі диспергуючих блоків 401 і 301. Диспергуючий блок 401, детально показаний на Фіг. 8, включає бо ротор 420, який функціонує як лопатеве колесо і генерує дуже високий статичний тиск текучого середовища всередині блока. У результаті, диспергуючий блок функціонує подібно до відцентрового насоса, при цьому резервний насос, загалом, не потрібний, навіть при порівняно високих в'язкостях.

Ротор 420 захоплює рідину з бака до камери 406 через впускний отвір 408 при високій швидкості всмоктування. Рідина та тверді речовини (які надходять через впускний отвір 410) захоплюються в осьовому напрямку до ротора 420 при високому тиску і залишають ротор 420 у радіальному напрямку при високій швидкості турбулентного потоку, який диспергує початкову сировину в рідину. По суті, через випускний отвір 412 з камери виходить гомогенна дисперсія і направляється до бака для оцукрювання.

Диспергуюча система 400 може працювати в різних режимах, приклади яких показані на

Фіг. 7 і 7А. На Фіг. 7 диспергуючий блок 401 завантажують шляхом подачі початкової сировини до завантажувального бункера 422, який встановлений на впускному отворі для твердих речовин корпуса 404. Клапан 424 регулює подачу початкової сировини до диспергуючого блока 401. Початкову сировину можна завантажити, застосовуючи будь-яку необхідну технологію подачі, наприклад, вручну, за допомогою конвеєра, пневматичного завантажувача тощо. На

Фіг. 7А початкова сировина захоплюється з мішка або завантажувального бункера 424 за допомогою всмоктувального зонда 426. У цьому випадку подачу початкової сировини можна контролювати шляхом регулювання швидкості всмоктування. Можна використовувати інші схеми розташування. Початкову сировину можна завантажувати до диспергуючого блока безперервно або періодично, при цьому диспергуюча система може опрацювати в рециркулюючому або "одноразовому" режимі. За необхідності, диспергуючий блок можна застосовувати для змішування в процесі оцукрювання, після завершення первинного диспергування.

Струминне перемішування

Після того, як початкову сировину було по суті дисперговано в рідині, може бути бажаним вимкнути диспергуючу систему і використовувати для подальшого перемішування змішувач, який споживає менше енергії. Зокрема, корисні змішувачі для цієї мети відомі як "струминні змішувачі" У цілому, придатні змішувачі відрізняються отим, що вони створюють високошвидкісний циркуляційний потік, наприклад, потік у тороїдальній або еліптичній формі. У

Зо цілому, переважні змішувачі демонструють високу швидкість об'ємного потоку. Переважні змішувачі забезпечують ефективне перемішування при порівняно низькому споживанні енергії.

Також, загалом, переважно, коли змішувач характеризується порівняно низьким зсувом і не призводить до нагрівання рідкого середовища, оскільки зсув і/або тепло можуть згубно впливати на оцукрюючий агент (або мікроорганізм, наприклад, у випадку ферментації). Як буде докладно розглянуто нижче, деякі переважні змішувачі засмоктують суміш через впускний отвір до перемішуючого елемента, який може містити ротор або лопатеве колесо, а потім виштовхують суміш із перемішуючого елемента через вихідне сопло. Такий циркулюючий вплив і висока швидкість струменя, який виходить із сопла, сприяють диспергуванню матеріалу, який плаває на поверхні рідини, або матеріалу, який осів на дно бака, залежно від орієнтації перемішуючого елемента. Перемішуючі елементи можна встановити в різних орієнтаціях для диспергування як плаваючого на поверхні, так і осідаючого матеріалу, при цьому орієнтацію перемішуючих елементів у деяких випадках можна регулювати,

Наприклад, у деяких переважних системах для змішування швидкість Мо струменя, який вступає в контакт із зовнішнім текучим середовищем, становить від приблизно 2 до 300 м/с, наприклад, приблизно від 5 до 150 м/с або приблизно від 10 до 100 м/с. Споживана потужність системи для перемішування може становити від приблизно 20 до 1000 кВт, наприклад, від 30 до 570 кВт, від 50 до 500 кВт для 100000 л бака.

Струминне перемішування включає нагнітання з високою швидкістю затопленого струменя або декількох затоплених струменів рідини до текучого середовища, у даному випадку, до суміші сировини з біомаси, рідкого середовища та оцукрюючого агента. Струмінь рідини пронизує текуче середовище, при цьому його енергія розсіюється за рахунок турбулентності й невеликого попереднього нагрівання. Зазначена турбулентність пов'язана з градієнтами швидкості (зсувом текучого середовища). Рух навколишнього текучого середовища прискорюється і воно втягується в струминний потік, при цьому зазначений вторинний захоплений потік розширюється в міру збільшення відстані від струминного сопла. Кінетична енергія вторинного потоку, загалом, залишається постійною при розширенні струменя, якщо тільки потік не вдаряється об стінку, підлогу або іншу перешкоду. Чим довше триває рух потоку перед його зіткненням із якою-небудь перешкодою, тим більше рідини втягується у вторинний потік, що збільшує об'ємний потік у баку або посудині. Коли вторинний потік натрапить на бо перешкоду, він втратить кінетичну енергію, більше або менше залежно від геометрії бака,

наприклад, кута, під яким потік ударяється об перешкоду. Загалом, бажано орієнтувати струмені і/або проектувати бак таким чином, щоб гідравлічні втрати при зіткненні зі стінками бака були мінімальними. Наприклад, може бути бажаним, щоб бак мав дугоподібне дно (наприклад, куполоподібний донний лист), а струминні змішувачі були орієнтовані порівняно близько до бічних стінок, як показано на Фіг. 11 А. Дно бака (нижній донний лист) може мати будь-яку необхідну куполоподібну конфігурацію або може мати еліптичну чи конічну геометрію.

Струминне перемішування відрізняється від більшості видів перемішування рідина/рідина і рідина/тверда речовина тим, що рушійна сила є гідравлічною, а не механічною. Замість зсуву текучого середовища і змушеного його руху по всьому змішувачу, як діє механічна мішалка, струминний змішувач змушує текуче середовище рухатися через одне або більше сопел усередині бака, створюючи високошвидкісні струмені, які утягують інше текуче середовище.

Результатом є зсув (текучого середовища відносно текучого середовища) і циркуляція, які дозволяють ефективно перемішувати вміст бака.

На Фіг. 9У високий градієнт швидкості між потоком центральної частини з затопленого струменя і навколишнім текучим середовищем викликає завихрення. На Фіг. 9А показані загальні характеристики затопленого струменя. Коли затоплений струмінь поширюється в навколишнє зовнішнє середовище, профіль швидкостей вирівнюється в міру збільшення відстані (Х) від сопла. Крім того, градієнт швидкості ду/аг змінюється з ! (відстанню від осьової лінії струменя) при даній відстані Х, так що утворюються завихрення, які створюють зону змішування (конічне розширення, яке проходить від сопла).

При експериментальному вивченні затопленого струменя в повітрі (результати якого застосовні до будь-якого текучого середовища, у тому числі води), АїЇрегіхоп зі співавторами ("рійивіоп Зибтегодеай еїв", Рарег 2409, Атег. 5ос. ої Сімії Епоіпя Тгапзасіопв, Мої. 115: 639- 697, 1950, аг р. 657) вивів безрозмірні залежності для -0170 (швидкість по осі),

Ух / У) -о (профіль швидкостей при заданому Х), Ох 7 (втягування потоку) і Ех /Ео (зміна енергії з Х): ( ) . . міх /У (1у Швидкість по осі, 0 о. ма пвумет ва

Уо бо . (2) рефіль швидкостей дари будь-якому Х, Мк мік -о зо то х, (ЗхПод кі енергія при будь-якому Х:

Со бо (10.21)

Е р в 44- о Х (10.22),

Ме-0).- . . ж швидкість по осі затопленого струменя (м/с),

Уо - швидкості струменя на виході з сопла (м/с), хХ відстань від сопла (м), р відстань від осьової лінії струменя (м), о - діаметр сопла (м),

Ох потік текучого середовища через будь-яку задану площину на відстані Х від сопла (м'/Ф), о - потік текучого середовища, який виходить із сопла (м3/с),

Е : потік енергії текучого середовища через будь-яку задану площину на відстані Х від сопла (м3/с), о - потік енергії текучого середовища, який виходить із сопла (м3/с). ("УМаїег Тгеаїйтепі Опії Ргосеззев: РпузісаІ апа Спетіса!", Оамід МУ. Непагіскх, САС Ргев5 2006, р. 411.)

Струминне перемішування є особливо рентабельним при застосуванні великого об'єму (понад 1000 галон) і низькій в'язкості (до 1000 сП). Крім того, в цілому, переважно, в більшості випадків насос або двигун струминного змішувача не занурені під воду, наприклад, при застосуванні насоса, він, як правило, розташований поза посудиною.

Одна перевага струминного перемішування полягає в тому, що температура зовнішнього текучого середовища (крім середовища, що безпосередньо прилягає до виходу з сопла, де може мати місце деяке локалізоване нагрівання) зростає тільки незначно, якщо зростає взагалі.

Наприклад, температура може зрости не більше, ніж на 5 "С, не більше, ніж на 1 "С, або на величину, яка не піддається вимірюванню.

Струминні мішалки

Один тип струминної мішалки показаний на Фіг. 10-10А. Цей тип змішувача є комерційно доступним, наприклад, у компанії ІКА під торгівельною маркою КОТОТКОМ "М, На Фіг. 10 змішувач 200 містить двигун 202, який обертає привідний вал 204. Перемішуючий елемент 206 установлений на кінці привідного вала 204. Як показано на Фіг. 10А, перемішуючий елемент 206 включає кожух 208 і лопатеве колесо 210 усередині кожуха.

Як указано стрілками, при обертанні лопатевого колеса в його "передньому" напрямку, лопатеве колесо 210 захоплює рідину через відкритий верхній кінець 212 кожуха і змушує рідину переміщатися через відкритий нижній кінець 214. Рідина, що виходить із кінця 214, перебуває у вигляді високошвидкісного потоку або струменя. Якщо напрямок обертання лопатевого колеса 210 змінюють на протилежний, рідину можна засмоктати через нижній кінець 214 ії виштовхнути через верхній кінець 212. Таку процедуру можна застосовувати, наприклад, для захоплювання твердих речовин, які плавають біля або на поверхні рідини в баку чи посудині. (Відзначимо, що "верхній" і "нижній" відносяться до орієнтації змішувача, зображеного на Фіг. 10; змішувач можна орієнтувати в баку таким чином, що верхній кінець буде нижче нижнього кінця.)

Кожух 208 містить розширені ділянки 216 і 218, що прилягають до його кінців. Як вважають, такі розширені ділянки, в цілому, сприяють утворенню тороїдального потоку, який спостерігають при застосуванні зазначеного типу змішувача. Геометрія кожуха і лопатеве колесо також дозволяють концентрувати потік з утворенням високошвидкісного потоку при порівняно низькій споживаній потужності.

Переважно, коли зазор між кожухом 208 і лопатевим колесом 210 достатній, щоб уникнути

Зо надмірного дроблення матеріалу при проходженні його через кожух.

Наприклад, зазор може щонайменше в 10 разів перевищувати середній розмір часток твердих речовин у суміші, переважно, щонайменше в 100 разів.

У деяких варіантах реалізації, вал 204 виконаний таким чином, щоб мати можливість подавати газ через вал. Наприклад, вал 204 може містити канал (не показано), через який подають газ, і один або більше отворів, через які газ надходить до суміші. Зазначені отвори можуть розташовуватися всередині кожуха 208 для посилення перемішування і/або в інших місцях по всій довжині вала 204.

Лопатеве колесо 210 може мати будь-яку необхідну геометрію, яка дозволить засмоктати рідину через кожух на високій швидкості. Лопатеве колесо переважно являє собою морське лопатеве колесо, показане на Фіг. 10А, але може мати іншу конструкцію, наприклад, являти собою лопатеве колесо Рустона, показане на Фіг. 108, або модифіковане лопатеве колесо

Рустона, наприклад, нахилене таким чином, щоб забезпечити невеликий потік у осьовому напрямку.

Щоб створити високошвидкісний потік через кожух, двигун 202 переважно являє собою високошвидкісний двигун із високим крутним моментом, наприклад, здатний працювати при швидкостях від 500 до 20000 об./хв. наприклад, від 3000 до 10000 об./хв. Однак чим більший змішувач (наприклад, чим більший кожух і/або чим більший двигун), тим нижчою може бути швидкість обертання. Відповідно, при застосуванні великого змішувача, наприклад, із потужністю 5 к.с., 10 к.с., 20 к.с. або 30 к.с. чи більше, двигун можна виконати таким чином, щоб він працював при більш низьких швидкостях обертання, наприклад, менше, ніж 2000 об./хв., менше, ніж 1500 об./хв. або навіть 500 об./хв. або ще менше. Наприклад, змішувач із розміром, який дозволяє перемішати вміст 10000-20000 літрового бака, може працювати при швидкостях від 900 до 1200 об./хв. Крутний момент двигуна переважно є саморегулюючим, що дозволяє підтримувати порівняно постійну швидкість лопатевих коліс при зміні умов перемішування з часом, наприклад, внаслідок оцукрювання твердих речовин.

Переважно змішувач можна орієнтувати під будь-яким необхідним кутом або встановлювати в будь-якому положенні в баку для направлення струминного потоку в необхідному напрямку.

На Фіг. 11 ї 11А показаний один варіант реалізації винаходу, в якому два струминні змішувачі напрямлені вниз до бака 252 через отвори 254.

Крім того, як описано вище, залежно від напрямку обертання лопатевого колеса, змішувач можна застосовувати для захоплення текучого середовища з одного або іншого кінця кожуха.

У деяких варіантах реалізації, в посудині встановлюють два або більше струминні змішувачі, при цьому один або більше змішувач, виконаний із можливістю викидання струменя текучого середовища в напрямку вгору ("насос для нагнітання вгору"), і один або більше змішувач, виконаний із можливістю викидання струменя текучого середовища в напрямку вниз ("насос для нагнітання вниз"). У деяких випадках, змішувач із насосом для нагнітання вгору встановлять таким чином, щоб він примикав до змішувача з насосом для нагнітання вниз, для посилення турбулентного потоку, створюваного змішувачами. За необхідності, під час переробки один або більше змішувачів можна перемикати, нагнітаючи то зростаючий, то спадний потоки. Може бути вигідним, під час початкового диспергування початкової сировини в рідкому середовищі, перемикати всі або більшість змішувачів у режим нагнітання вгору, зокрема, якщо початкову сировину вивантажують або видувають на поверхню рідини, оскільки нагнітання вгору створює значну турбулентність біля поверхні. Нагнітання вгору також можна використовувати в процесі ферментації, щоб сприяти видаленню СО»: з рідини, викликаючи барботування цього газу до поверхні, звідки він може бути видалений шляхом вентилювання.

Інші придатні струминні змішувачі описані в попередніх заявках на патент США Моб1/218832, поданій 19 червня 2009 року, і Мо 12/782694, поданій 24 травня 2010 року, повний зміст яких включений до даної заявки за допомогою посилання.

Матеріали

Матеріали з біомаси

Біомаса може являти собою, наприклад, целюлозний або лігноцелюлозний матеріал. Такі матеріали включають папір і паперову продукцію (наприклад, папір із полімерним покриттям і крафт-папір), деревину, матеріали, споріднені з деревиною, наприклад, деревностружкову дошку, трави, рисові лушпайки, вичавки, джут, прядиво, льоноволокно, бамбук, сизаль, манільське прядиво, солому, прутовидне просо, люцерну, сіно, стержні кукурудзяного качана, солому з кукурудзи, кокосові нитки; і матеріали з високим змістом а-целюлози, наприклад бавовну. Початкову сировину можна отримати з бракованих текстильних матеріалів, які не були у вживанні, наприклад, обрізків, відходів після використання споживчих товарів, наприклад,

Зо ганчірок. При застосуванні паперової продукції, такого роду продукти можуть являти собою матеріали, що не були у вживанні, наприклад, браковані матеріали, або вони можуть являти собою відходи після використання споживчих товарів. Крім сировинних матеріалів, що не були у вживанні, як джерела волокна також можна застосовувати відходи після використання споживчих товарів, промислові відходи (наприклад, побічні продукти переробки) і виробничі відходи (наприклад, стоки від процесу облагороджування паперу). Сировину з біомаси також можна отримати або вилучити з побутових (наприклад, стічні води), тваринних або рослинних відходів. Додаткові целюлозні та лігноцелюлозні матеріали були описані в патентах США МоМо 6448307, 6258876, 6207729, 5973035 і 5952105.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, матеріал біомаси містить вуглевод, який являє собою або містить матеріал, що має один або більше -1,4-містків, і середня молекулярна маса якого становить від приблизно 3000 до 50000. Такий вуглрвод являє собою або містить целюлозу (І), отриману з (" -глюкози 1) шляхом конденсації "М -(1,4)-глікозидних зв'язків. Зазначений місток відрізняється від містка для «є -(1,4)-глікозидних зв'язків, присутніх у крохмалі та інших вуглеводах. но де но он но он он он й о но |. ще ура ди о но ОН он

Крохмалисті матеріали включають сам крохмаль, наприклад, кукурудзяний крохмаль, пшеничний крохмаль, картопляний крохмаль або рисовий крохмаль, похідну крохмалю або матеріал, який включає крохмаль, такий як їстівний продукт харчування або сільськогосподарська культура. Наприклад, крохмалистий матеріал може являти собою аракачу їстівну, гречку, банан, ячмінь, маніоку, кудзу, кислицю бульбову, саго, сорго, звичайну добре знайому картоплю, солодку картоплю, таро, ямс чи один або більше видів бобів, таких як кінські боби, сочевиця або горох. Суміші будь-яких двох або більше крохмалистих матеріалів також являють собою крохмалисті матеріали.

У деяких випадках біомаса являє собою мікробний матеріал. Мікробні джерела включають, але не обмежуються ними, будь-який природний чи генетично модифікований мікроорганізм або організм, який містить чи здатний забезпечити джерело вуглеводів (наприклад, целюлози), наприклад, протисти, наприклад, тваринні протисти (наприклад, найпростіші організми, такі як флагелати, амебоїдні організми, інфузорії та споровики) і рослинні протисти (наприклад, водорості, такі як альвеолярні, хлорарахніофітові, криптомонадові, евгленідові, глаукофітові, гаптофітові, червоні водорості, страмінопіли та Мігідаеріапіає). Інші приклади включають морську водорість, планктон (наприклад, макропланктон, мезопланктон, мікропланктон, нанопланктон, пікопланктон і фемптопланктон), фітопланктон, бактерії (наприклад, грампозитивні бактерії, грамнегативні бактерії та екстремофіли), дріжджі і/або їх суміші. У деяких випадках, мікробну біомасу можна отримати з природних джерел, наприклад, океану, озер, водойм, наприклад, із солоною водою чи прісною водою, або на суші. Як альтернатива або додатково, мікробну біомасу можна отримати з клітинних культур, наприклад, промислових сухих і вологих клітинних культур.

Оцукрюючі агенти

Придатні ферменти включають целобіази та целулази, здатні розкладати біомасу. Придатні целобіази включають целобіазу з АзрегодіШ5 підег, яка надходить у продаж під торгівельним найменуванням МОМО2УМЕ 188 "М,

Целулази здатні розкладати біомасу і можуть бути грибкового або бактеріального походження. Придатні ферменти включають целулази з родів Васійш5, Роеендотопавх, Нитісоїа,

Еизагішт, ТНієїаміа, Астетопішт, СНгузозрогішт та Тіісподенпта і включають види Нитісоїа, Соргіпив, ТПієїаміа, Ризагпцйт, Мусеїїорпійога, Асгтетопішт, СерНаіозрогт, зЗсуїаїїаїішт,

Репісійит або Авзрегодіїйш5 (див., наприклад, ЕР 458162), зокрема, целулази, отримані за допомогою штаму, вибраного з видів Нитісоїа іпвоїеєп5 (рекласифікованого як 5суїаїїаійт

Тепторнйшт, див., наприклад, патент США Мо 4,435,307), Соргіпи5 сіпегеи5, Ризагйт охузрогит, Мусеїїорпїтога Іпепторнпіїа, Мегірішв5 дідапієи5, ГНівіаміа іегтевігв, Астетопішт 5р.,

Асгтетопішт регвзісіпит, Астетопішт астетопішт, Астетопішт Бгаспурепішт, Астетопійт діспготоврогит, Астетопішт обсіамайт, Астетопішт ріпКепопіає, Астетопішт гозеодгізеит,

Асгетопійт іпсоіогайт їі Астетопішт гигайшт; переважно, з видів Нитісоїа іпзоЇїеп5 5 ОМ 1800,

Еизагішт охузрогит ОМ 2672, Мусеїорпіпога Іепторпіїа СВ5 117.65, Серпаіозрогит 5р.АУМ- 202, Астетопішт в5р. СВ5 478.94, Астетопішт в5р. СВБ 265.95, Астетопішт регвісіпит СВ5 169.65, Асгетопішт астетопішт АНИ 9519, СерпаІовзрогішт в5р. СВ5 535.71, Астетопійт

Бгаспурепішт СВ5 866.73, Астетопішт аіспготоврогит СВ5 683.73, Астетопішт обсіамайт

СВБ 311.74, Асгетопішт ріпКепопіае СВ 157.70, Астетопішт гозеодіізєит СВ 134.56,

Асгетопішт іпсоіїогайшт СВ5 146.62 і Асгетопішт їгашт СВ5 299.70Н. Ферменти, що розкладають клітковину, можна також отримати з СНгузовзрогішт, переважно, штаму

СНпгузоврогішт ІнсКпоууепвзе. Крім того, можна використовувати Тгісподепта (зокрема,

Тісподепта »мігде, Тісподепта геебзеї і ТПісподеппа Копіпадії), аїКаїорнійс Васіїи5 (див., наприклад, патент США 15 Мо 3844890 і ЕР 458162) і Зптерютусез (див., наприклад, ЕР458162..

Можна використовувати комплекси ферментів, наприклад, комплекси, доступні від компанії

Сепепсоге під торговельним найменуванням АССЕЇ ГГ ЕКАБЕФ), наприклад, АссеПегазет 1500.

Ферментний комплекс АссеїПегазефФ 1500 містить кілька видів ферментної активності, головним чином, екзоглгоканазу, ендоглюканазу (2200-2800 од. СМС/г), геміцелулазу і бета-глюкозидазу (525-775 од. рМРО/) і має рН від 4,6 до 5,0. Ендоглюканазну активність ферментного комплексу виражають у одиницях активності карбоксиметилцелюлози (од. СМС), тоді як бета- глюкозидазну активність наводять у одиницях активності рРМР-глюкозиду (од. рМРО). Згідно з одним варіантом реалізації винаходу, застосовують суміш ферментного комплексу АссеїІегазет 1500 і целобіази МОМО2УМЕ "М 188.

У деяких варіантах реалізації, оцукрюючий агент містить кислоту, наприклад, мінеральну кислоту. При застосуванні кислоти можуть утворитися побічні продукти, які токсичні для мікроорганізмів, у цьому випадку описаний процес може також включати видалення таких побічних продуктів. Видалення можна здійснити з застосуванням активованого вугілля, наприклад, активованого деревного вугілля, або іншими придатними методами.

Агенти для Ферментації

Мікроорганізм (мікроорганізми), застосовуваний при ферментації, може являти собою природні мікроорганізми і/або генно-інженерні мікроорганізми. Наприклад, мікроорганізм може являти собою бактерію, наприклад, бактерію, що розкладає клітковину, гриб, наприклад, дріжджі, рослину або протист, наприклад, водорість, найпростіші або грибоподібний протист, наприклад, міксоміцет. При сумісності організмів можна використовувати їх суміші.

Придатні ферментуючі мікроорганізми проявляють здатність до перетворення вуглеводів, таких як глюкоза, ксилоза, арабіноза, маноза, галактоза, олігосахариди або полісахариди, у продукти ферментації. Ферганські мікроорганізми включають штами роду Засспготусевз 5рр. наприклад, басспготусев сегемівіає (пекарські дріжджі), Засспаготусев аївіаїййсив,

Засспаготусеб5 имагит; роду Кіпумеготусе5, наприклад, вид Кінууеготусеб5 тагхіапив,

Кінулеготусевз адіїїв; роду Сапаїда, наприклад, Сапаїда рзейдоїгорісаїїв і Сапаїда Бгаззісає,

Рісніа зііріїїз (родич Сапаїда 5НеГаїає), роду Сіамігрога, наприклад, вид Сіамізрога Ішзйапіає і

СіІаміврога орипіає, роду Распузоїеп, наприклад, вид Роспузоїєп іаппорнійй5, роду

Вгеїаппотусе5, наприклад, вид Вгєїаппотусев5 сіайзепії (РНіїрріді5, с. Р., 1996, СеїЇшове ріосопмегвіоп ТесппоіЇоду, в Напароок оп Віоеїпапо!: Ргодисіоп апа й2акноп, М/уутап, С.Е., ей.,

Тауог 8. Егапсіз, Мазпіпдіюп, ОС, 179-212).

Комерційно доступні дріжджі включають, наприклад, Кей е(агкв/ езайте ЕШапо!ї Кеа (доступні в компанії Кеа егаг//езайте, США), ЕАГІФ (доступні в компанії Ріеїссптапп'5 Уеабві, відділення компанії Вит5 РпПіїр Роса Іпс., США), БОРЕКЗТАКТО) (доступні в компанії Аїйеси, тепер компанія І аїетапа), СЕКТ ЗТКАМОФ (доступні в компанії Се 5ігапа АВ, Швеція) і

ЕЕКМОЇ Ф (доступні в компанії ОБМ ЗресіаШев).

При ферментації можна також застосовувати бактерії, наприклад, 7утотопав торбіїв і

Сіозінайт Іептосеїїшт (РпПїїїрріаїв5, 1996, зирга).

ДОБАВКИ

Антибіотики

Хоча, в цілому, переважно мати високу концентрацію цукру в оцукреному розчині, можна

Зо використовувати більш низькі концентрації, у цьому випадку може бути бажаним додати протимікробну добавку, наприклад, антибіотик широкого спектра дії, при низької концентрації, наприклад, від 50 до 150 ррт. Інші придатні антибіотики включають амфотерицин В, ампіцилін, хлорамфенікол, ципрофлоксацин, гентаміцин, гігромицин В, канаміцин, неоміцин, пеніцилін, пуроміцин, стрептоміцин. Антибіотики будуть інгібувати ріст мікроорганізмів при транспортуванні та зберіганні, при цьому їх придатні концентрації можуть становити, наприклад, від 15 до 1000 ррт за масою, наприклад, у діапазоні від 25 до 500 ррт, або в діапазоні від 50 до 150 ррт. За необхідності, можна додати антибіотик, якщо навіть концентрація цукру порівняно висока.

Поверхнево-активні речовини

Додавання поверхнево-активних речовин може збільшити швидкість оцукрювання.

Приклади поверхнево-активних речовин включають неіонногенні поверхнево-активні речовини, такі як поліетиленгліколеві поверхнево-активні речовини ТуеепФ 20 або Ту'еепФф 80, іонногенні поверхнево-активні речовини або амфотерні поверхнево-активні речовини. Інші придатні поверхнево-активні речовини включають октилфенолетоксилати, такі як неіонногенні поверхнево-активні речовини серії ТКІТОМ М Х, комерційно доступні в компанії Оом/ СпетісаїЇ.

Поверхнево-активну речовину можна також додавати, щоб утримати цукор, який утворюється, в розчині, зокрема, у висококонцентрованих розчинах.

Середовище для оцукрювання

Згідно з одним варіантом реалізації винаходу, середовище містить компоненти з наступними концентраціями: основа азотного агару для дріжджів 1,7 г/л сечовина 2,21 г/п пептон 6,56 г/л поверхнево-активна речовина ТуеєпФе 80 10 г/л.

Фізична обробка початкової сировини

Фізична підготовка

У деяких випадках способи можуть включати фізичну підготовку, наприклад, подрібнювання матеріалів, наприклад, шляхом різання, перемелювання, відрізання, розтирання в порошок або рубання. Наприклад, у деяких випадках початкову пухку сировину (наприклад, папір вторинної переробки, крохмалисті матеріали, вугілля або просо прутоподібне) підготовляють шляхом розрізання або подрібнювання. Наприклад, у інших випадках матеріал спочатку попередньо обробляють або переробляють, застосовуючи один чи більше з будь-яких способів, описаних у даній заявці, таких як випромінювання, обробка ультразвуком, окислювання, піроліз або паровий вибух, а потім подрібнюють або додатково подрібнюють. Спочатку обробка, а потім подрібнювання можуть бути переважними, оскільки оброблені матеріали проявляють схильність до більшої крихкості і, отже, більш легко піддаються подрібнюванню. Для видалення з сировинного потоку занадто великих або небажаних об'єктів, таких як, наприклад, камені або цвяхи, можна застосовувати сита і/або магніти.

Системи підготовки завантажуваного матеріалу можна виконати таким чином, щоб отримати потоки з конкретними характеристиками, такими як, наприклад, певні максимальні розміри, певні відношення довжини до ширини або відношення питомих поверхонь. Фізична підготовка дозволяє збільшити швидкість реакцій або зменшити необхідний час переробки за рахунок розкриття матеріалів, роблячи їх білош доступними для процесів і/або реагентів, таких як реагенти в розчині. Можна контролювати об'ємну щільність початкової сировини (наприклад, у сторону збільшення). У деяких випадках, може бути бажаним отримання матеріалу з низькою об'ємною щільністю, загущення матеріалу (наприклад, щоб зробити його транспортування в інше місце більш зручним і менш дорогим) і потім повернення матеріалу до стану з більш низькою об'ємною щільністю.

Подрібнювання

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, матеріал, що піддають переробці, перебуває у вигляді волокнистого матеріалу, який містить волокна, отримані шляхом розрізання джерела волокон. Наприклад, розрізання можна здійснити за допомогою різального інструменту

З дисковим ножем.

Наприклад, джерело волокон, наприклад, яке не піддається обробці або зі зниженим рівнем стійкості до розкладання, можна розрізати, наприклад, у різальному інструменті з дисковим ножем, з отриманням першого волокнистого матеріалу. Перший волокнистий матеріал проходить через перше сито, наприклад, із середнім розміром отвору, який становить 1,59 мм

Зо або менше (1/16 дюйма, 0,0625 дюйма), з отриманням другого волокнистого матеріалу. За необхідності, джерело волокна можна розрізати на частини перед подрібнюванням, наприклад, за допомогою шредера. Наприклад, при застосуванні паперу як джерела волокна, папір можна спочатку розрізати на смужки шириною, наприклад, від 1/4- до 1/2-дюйма, застосовуючи шредер, наприклад, шредер із гвинтом протилежного обертання, такий як машини, вироблені компанією Мипзоп (Ютика, Нью-Йорк). Як альтернатива розрізанню на смужки, папір можна подрібнити шляхом розрізання до необхідного розміру в гільотинній різальній машині.

Наприклад, гільотинну різальну машину можна застосовувати для розрізання паперу на листи, наприклад, шириною 10 дюймів і довжиною 12 дюймів.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, розрізання джерела волокна і проходження першого волокнистого матеріалу, що утворився, через перше сито здійснюють одночасно. Розрізання та проходження можна також здійснити в періодичному процесі.

Наприклад, різальний інструмент із дисковим ножем можна застосовувати для одночасного розрізання джерела волокна і просіювання першого волокнистого матеріалу. Різальний інструмент із дисковим ножем включає бункер, який можна завантажити подрібненим джерелом волокна, отриманим у результаті його подрібнювання. У деяких варіантах реалізації, початкову сировину перед оцукрюванням і/або ферментацією обробляють фізичними методами. Способи фізичної обробки можуть включати один або більше з будь-яких способів, описаних у даній заявці, таких як механічна обробка, хімічна обробка, опромінення, обробка ультразвуком, окислювання, піроліз або паровий вибух. Способи обробки можна застосовувати в комбінаціях із двох, трьох, чотирьох або навіть всіх із зазначених технологій (у будь-якому порядку). При застосуванні більше, ніж одного способу обробки, зазначені способи можна використовувати одночасно або в різний час. Можна також застосовувати інші способи, які змінюють молекулярну структуру сировини з біомаси, окремо або в комбінації зі способами, описаними в даній заявці.

Механічна обробка

У деяких випадках способи обробки можуть включати механічну обробку сировини з біомаси. Механічна обробка включає, наприклад, різання, дроблення, пресування, перемелювання, розрізання і рубання. Дроблення може включати, наприклад, розмел у кульовому млині, розмел у молотковій дробарці, сухий або вологий розмел на 60 роторному/статорному верстаті або інші види дроблення. Інші способи механічної обробки включають, наприклад, жорновий помел, розламування, механічне поздовжнє різання або механічне розривання, помел у круглошліфувальному верстаті або помел у пневматичному фрикційному млині.

Механічна обробка може бути переважною, якщо необхідно зробити целюлозні або лігноцелюлозні матеріали "розкритими", піддати їх "напруженню", руйнуванню і розпушенню, зробити целюлозні матеріали більш піддатливими для розриву ланцюгів і/або зниження кристалічності. Відкриті матеріали також можуть більш легко піддаватися окислюванню при опроміненні.

У деяких випадках механічна обробка може включати початкову підготовку початкової сировини при отриманні, наприклад, подрібнювання матеріалів, наприклад, шляхом різання, дроблення, розрізання, розтирання в порошок або рубання. Наприклад, у деяких випадках, пухку початкову сировину (наприклад, папір вторинної переробки, крохмалисті матеріали або прутовидне просо) підготовляють шляхом різання або подрібнювання.

Як альтернатива або додатково, початковий сировинний матеріал можна спочатку обробити фізичними методами за допомогою одного або більше з інших способів фізичної обробки, наприклад, за допомогою хімічної обробки, випромінювання, обробки ультразвуком, окислювання, піролізу або парового вибуху, а потім обробити механічно. Такий цикл обробки може бути вигідним, оскільки матеріали, оброблені з застосуванням одного або більше з інших способів обробки, наприклад, опромінення або піролізу, проявляють схильність до більшої крихкості і, отже, процес подальшої зміни молекулярної структури матеріалу за допомогою механічної обробки можна здійснити з більшою легкістю.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, сировинний матеріал перебуває в формі волокнистого матеріалу, і його механічна обробка включає розрізання для розкриття волокон волокнистого матеріалу. Розрізання можна здійснити, наприклад, за допомогою різального інструменту з дисковим ножем. Інші способи механічної обробки початкової сировини включають, наприклад, дроблення або перемелювання. Дроблення можна здійснити, наприклад, у молотковому млині, кульовому млині, колоїдному млині, конічному або конусному млині, дисковому млині, бігунковому млині, млині Уайлі або борошномельному млині.

Перемелювання можна здійснити, наприклад, за допомогою жорнової дробарки,

Зо круглошліфувального верстата, кавового млина або гратознімача. Перемелювання можна забезпечити, наприклад, за допомогою штифта, який робить зворотно-поступальні рухи, або іншого елемента, як це має місце в штифтовому млині. Інші механічні способи обробки включають механічне поздовжнє різання або механічне розривання, інші способи, у яких до матеріалу прикладають тиск, і помел у пневмонічному фрикційному млині. Придатні методи механічної обробки також включають будь-які інші способи, які змінюють молекулярну структуру початкової сировини.

За необхідності, механічно оброблений матеріал можна пропускати через сито, наприклад, із середнім розміром отвору 1,59 мм або менше (1/16 дюйма, 0,0625 дюйма). Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, розрізання або іншу механічну обробку і просівання виконують одночасно. Наприклад, різальний інструмент із дисковим ножем можна застосовувати для одночасного розрізання і просівання початкової сировини. Початкову сировину розрізають між нерухомими лезами та обертальними лезами з отриманням розрізаного матеріалу, який проходить через сито й надходить до резервуара.

Целюлозний або лігнпоцелюлозньій матеріал можна механічно обробляти в сухому стані (наприклад, коли на його поверхні міститься небагато незв'язаної води або незв'язана вода відсутня), в гідратованому стані (наприклад, при вмісті абсорбованої води до десяти відсотків за масою) або у вологому стані, наприклад, при вмісті від приблизно 10 відсотків до приблизно 75 відсотків за масою води. Джерело волокна можна навіть механічно обробляти, коли воно частково або повністю занурене в рідину, таку як вода, етанол або ізопропанол.

Джерело волокнистого целюлозного або лігноцелюлозного матеріалу можна також механічно обробляти в газовому середовищі (наприклад, у потоці або атмосфері газу, відмінного від повітря), наприклад, кисню або азоту, або пари.

За необхідності, лігнін можна видаляти з будь-яких волокнистих матеріалів, які включають лігнін. Крім того, щоб сприяти руйнуванню матеріалів, які містять целюлозу, матеріал можна обробляти до або під час механічної обробки чи опромінення за допомогою тепла, хімічної сполуки (наприклад, мінеральної кислоти, основи або сильного окислювача, такого як гіпохлорит натрію) і/або ферменту. Наприклад, перемелювання можна здійснити в присутності кислоти.

Системи механічної обробки можна виконати таким чином, щоб отримувати потоки з 60 певними морфологічними властивостями, такими як, наприклад, площа поверхні, пористість,

об'ємна щільність, і, у випадку волокнистої сировини, з такими характеристиками волокна, як відношення довжини до ширини.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, площа поверхні за методом Брунауера-

Еммета-Теллера механічно обробленого матеріалу становить більше, ніж 0,1 ме/г, наприклад, більше ніж 0,25 м2/г, більше ніж 0,5 м-/г, більше ніж 1,0 ме/г, більше ніж 1,5 м-/г, більше ніж 1,75 мг/г, більше ніж 5,0 мг/г, більше ніж 10 ме/г, більше ніж 25 ме-/г, більше ніж 35 мг/г, більше ніж 50 мг/г, більше ніж 60 ме/г, більше ніж 75 м2/г, більше ніж 100 мг/г, більше ніж 150 мг/г, більше ніж 200 м/г, або навіть більше ніж 250 мг/м.

Пористість механічно обробленого матеріалу може становити, наприклад, більше ніж 20 відсотків, більше ніж 25 відсотків, більше ніж 35 відсотків, більше ніж 50 відсотків, більше ніж 60 відсотків, більше ніж 70 відсотків, більше ніж 80 відсотків, більше ніж 85 відсотків, більше ніж 90 відсотків, більше ніж 92 відсотки, більше ніж 94 відсотки, більше ніж 95 відсотків, більше ніж 97,5 відсотків, більше ніж 99 відсотків, або навіть більше ніж 99,5 відсотків.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, після механічної обробки об'ємна щільність матеріалу становить менше, ніж 0,25 г/см3, наприклад, 0,20 г/см3, 0,15 г/см3, 0,10 г/сму, 0,05 г/см" або менше, наприклад, 0,025 г/см. Об'ємну щільність визначають із застосуванням стандарту АБТМ 018958. Якщо коротко, такий спосіб включає заповнення мірного циліндра відомого об'єму пробою і вимірювання маси проби. Об'ємну щільність розраховують шляхом ділення маси проби в грамах на відомий об'єм циліндра в кубічних сантиметрах.

Якщо початкова сировина являє собою волокнистий матеріал, волокна механічно оброблених волокнистих матеріалів можуть мати порівняно велике середнє відношення довжини до діаметра (наприклад, більше ніж 20 до 1), навіть якщо вони неодноразово піддавалися розрізанню. Крім того, волокна волокнистих матеріалів, описаних у даній заявці, можуть мати порівняно невелику довжину і/або вузький діапазон відношень довжини до діаметра.

У даній заявці середні величини ширини волокон (наприклад, діаметр) являють собою величини, визначені оптичними методами шляхом випадкового вибору приблизно 5000 волокон. Середні величини довжини волокон являють собою скоректовані значення довжина - зважена довжина. Площі поверхні за методом ВБТ (Брунауера, Еммета і Теллера) являють

Зо собою площі багатоточкової поверхні, і пористість являє собою пористість, визначену способом ртутної порометрії.

Якщо друга початкова сировина являє собою волокнистий матеріал 14, середнє відношення довжини до діаметра волокон механічно обробленого матеріалу може становити, наприклад більше ніж 8/1, наприклад більше ніж 10/1, більше ніж 15/1, більше ніж 20/1, більше ніж 25/1 або більше ніж 50/1. Середня довжина волокна механічно обробленого матеріалу може становити, наприклад, від приблизно 0,5 мм до 2,5 мм, наприклад, від приблизно 0,75 мм до 1,0 мм, і середня ширина (наприклад, діаметр) другого волокнистого матеріалу 14 може становити, наприклад, від приблизно 5 мкм до 50 мкм, наприклад, від приблизно 10 мкм до 30 мкм.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, якщо початкова сировина являє собою волокнистий матеріал, стандартне відхилення довжини волокна механічно обробленого матеріалу може становити менше, ніж 60 відсотків відносно середньої довжини волокна механічно обробленого матеріалу, наприклад, менше, ніж 50 відсотків, менше, ніж 40 відсотків, менше, ніж 25 відсотків, менше, ніж 10 відсотків, менше, ніж 5 відсотків або навіть менше, ніж 1 відсоток відносно середньої довжини.

У деяких випадках може бути бажаним отримати матеріал з низькою об'ємною щільністю, підвищити щільність матеріалу (наприклад, щоб зробити його транспортування в інше місце більш зручним і менш дорогим), а потім повернути матеріал до стану з більш низькою об'ємною щільністю. Матеріали з підвищеною щільністю можна переробляти будь-яким зі способів, описаних у даній заявці, або будь-який матеріал, перероблений будь-яким зі способів, описаних у даній заявці, можна внаслідок піддати загущенню, наприклад, як описано в патенті США Мо 12/429045 і МО 2008/073186, повний зміст яких включений до даної заявки за допомогою посилання.

Обробка для підвищення розчинності, зниження стійкості до розкладання або функціоналізування

Матеріали, які були або не були підготовлені фізичними способами, можна обробити з метою застосування в будь-якому виробничому процесі, описаному в даній заявці. Один або більше з виробничих процесів, описаних нижче, може бути включений до функціонального блока зі зниження стійкості до розкладання матеріалу, описаного вище. Як альтернатива або на додаток, для зменшення стійкості до розкладання матеріалу можна використовувати й інші (516) процеси.

Способи обробки, використовувані в функціональному блоці зі зниження стійкості до розкладання матеріалу, можуть включати один або більше способів, вибраних із опромінення, обробки ультразвуком, окислювання, піролізу або парового вибуху.

Способи обробки можна застосовувати в комбінаціях із двох, трьох, чотирьох або навіть усіх із зазначених технологій (у будь-якому порядку).

Обробка випромінюванням

Один або більше циклів радіаційної обробки можна застосовувати для обробки матеріалів із початкової сировини і забезпечення широкого вибору різних джерел з метою вилучення корисних речовин із сировини й отримання частково зруйнованого органічного структурно модифікованого матеріалу, який служить як завантаження для подальших технологічних операцій і/або циклів обробки. Опромінення дозволяє, наприклад, зменшити молекулярну масу іабо кристалічність початкової сировини. Випромінювання дозволяє також стерилізувати матеріали або будь-які середовища, необхідні для біообробки матеріалу.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, для опромінення описаних матеріалів застосовують енергію, яка знаходиться в матеріалі, який випускає електрон із його атомної орбіталі. Таке випромінювання можна забезпечити за допомогою 1) важких заряджених часток, таких як альфа-частки або протони, 2) електронів, отриманих, наприклад, при бета-розпаді або за допомогою електронно- променевих прискорювачів, або 3) електромагнітного випромінювання, наприклад, гамма-променів, рентгенівських променів або ультрафіолетових променів. У одному підході, для опромінення початкової сировини можна застосовувати випромінювання, викликане радіоактивними речовинами. Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, можна використовувати в будь-якому порядку або одночасно будь-яку комбінацію від (1) до (3) способу. У ще одному підході, для опромінення початкової сировини можна застосовувати електромагнітне випромінювання (наприклад, викликане застосуванням електронно-променевих емітерів). Застосовувані дози залежать від необхідного результату і конкретної початкової сировини.

У деяких випадках, коли бажаним є розрив ланцюга і/або потрібна функціоналізація полімерного ланцюга, можна використовувати частки, більш важкі, ніж електрони, такі як протони, ядра гелію, іони аргону, іони кремнію, іони неону, іони вуглецю, іони фосфору, іони

Зо кисню або іони азоту. При необхідності розриву ланцюга з розкриттям циклу, для стимулювання цього процесу можна використовувати позитивно заряджені частки завдяки їхнім властивостям кислот Льюїса. Наприклад, коли потрібне максимальне окислювання, можна використовувати іони кисню, коли потрібне максимальне нітрування, можна використовувати іони азоту.

Застосування важких часток і позитивно заряджених часток описано в патенті США Мо 12/417699, повний зміст якого включений до даної заявки за допомогою посилання.

У одному способі, перший матеріал, що являє собою целюлозу або містить її та має першу середньочислову молекулярну масу (Ммі), опромінюють, наприклад, за допомогою іонізуючого випромінювання (наприклад, у формі гамма-випромінювання, рентгенівського випромінювання, ультрафіолетового (УФ) світла в діапазоні від 100 нм до 280 нм, електронного променя або інших заряджених часток) з отриманням другого матеріалу, що містить целюлозу і має другу середньочисельну молекулярну масу (Ммг), більш низьку, ніж перша середньочисельна молекулярна маса. Другий матеріал (або перший і другий матеріалу можна комбінувати з мікроорганізмом (з ферментною обробкою або без неї), який може утилізувати другий і/або перший матеріал або цукри чи лігнін, які входять до його складу, з отриманням проміжної сполуки або продукту, такого як сполуки або продукти, описані в даній заявці.

Оскільки другий матеріал включає целюлозу зі зниженою молекулярною масою в порівнянні з першим матеріалом і, в деяких випадках, також зі зниженою кристалічністю, другий матеріал, у цілому, є більш піддатливим до диспергування, розбухання і/або розчинний, наприклад, у розчині, що містить мікроорганізм і/або фермент. Такі властивості роблять обробку другого матеріалу більш легкою, а сам матеріал більш піддатливим до хімічного, ферментативного і/або біологічного впливу в порівнянні з першим матеріалом, що може значно покращити продуктивність і/або об'єм випуску необхідного продукту, наприклад, етанолу. За допомогою випромінювання можна також стерилізувати матеріали або будь-які середовища, необхідні для біообробки матеріалу.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, рівень окислювання (Ог) другого матеріалу вищий, ніж рівень окислювання (01) першого матеріалу. Більш високий рівень окислювання матеріалу може сприяти його здатності до диспергування, набрякання і/або розчинності, а також посиленню піддатливості матеріалу хімічному, ферментативному або біологічному впливу.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, для збільшення рівня окислювання другого бо матеріалу відносно першого матеріалу, опромінення здійснюють у киснево-окисному середовищі, наприклад, у захисному середовищі з повітря або кисню, з отриманням другого матеріалу, більш окисленого, ніж перший матеріал. Наприклад, другий матеріал може мати більше гідроксильних груп, альдегідних груп, кетонових груп, ефірних груп або карбоксильних груп, які можуть підвищити його гідрофільність.

Іонізуюче випромінювання

Кожна форма випромінювання іонізує вуглецевмісний матеріал за рахунок конкретних взаємодій, які визначаються енергією випромінювання. Важкі заряджені частки в основному іонізують матерію за рахунок кулонівського розсіювання; крім того, ці взаємодії створюють швидкі електрони, які можуть додатково іонізувати матерію. Альфа-частинки ідентичні до ядра атома гелію і утворюються при альфа-розпаді різних радіоактивних ядер, таких як ізотопи вісмуту, полонію, астату, радону, францію, радію, деяких актинідів, таких як актиній, торій, уран, нептуній, кюрій, каліфорній, америцій і плутоній.

При використанні часток, вони можуть бути нейтральними (незарядженими), позитивно зарядженими або негативно зарядженими. Будучи зарядженими, заряджені частки можуть містити один позитивний або негативний заряд або кілька зарядів, наприклад, один, два, три або навіть чотири або більше зарядів.

У прикладах, у яких потрібен розрив ланцюга, позитивно заряджені частки можуть бути переважними, частково завдяки їх кислотній природі. При використанні часток, їхня маса може дорівнювати масі електрона в стані спокою або перевищувати її, наприклад, у 500, 1000, 1500, 2000, 10000 або навіть 100000 разів. Наприклад, маса часток може становити від приблизно 1 атомної одиниці до приблизно 150 атомних одиниць, наприклад, від приблизно 1 атомної одиниці до приблизно 50 атомних одиниць або від приблизно 1 до приблизно 25, наприклад, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 або 15 атомних одиниць. Прискорювачі, застосовувані для прискорення часток, можуть бути електростатичними постійного струму, електродинамічними постійного струму, радіочастотними лінійними, магнітоіндукційними лінійними або безперервного випромінювання.

Наприклад, у компанії ІВ А, Бельгія можна придбати циклотронний тип прискорювачів, такий як система КПпПодоїгопФ, при цьому в компанії КОЇ, тепер ІВА Іпадивігіа можна придбати прискорювачі постійного струму, такі як ОупатійгопФ). Іони та іонні прискорювачі розглянуті публікаціях Іпігодисіогу Мисієаг Рпузісв, Кеппеїп 5. Ктапе, допп У/йеу б Бопв, Іпс. (1988), Ківі

РгеІес, РІКА В 6 (1997) 4, 177-206, Спи, УМіШат Т., "Омегміеж ої Гідне-Іоп Веат ТНегару"

СоіІштрив-ОНіо, ІСВО-ІАЕА Меєвіїпа, 18-20 березня 2006 року, мага, У. еї аї., " АКетаїйіпд-РНазе-

Еосизей ІН-ОТІ ог Неаму-Іоп Медіса! Ассеїегафогє" Ргосеєдіпд5 ої ЕРАС 2006, Единбург,

Шотландії) і Геапег, СМ. еї аї., "Зашв5 ої Ше Зирегсопдисііпуд ЕСЕ Іоп Неаму Мепив" Ргосеєдіпд5о

ОГЕРАС 2000, Відень, Австрія.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, як джерело випромінювання застосовують електронний промінь. Електронний промінь має переваги, пов'язані з високими потужностями дози випромінювання (наприклад, 1, 5 або навіть 10 Мрад на секунду), високою продуктивністю, більш слабким утриманням і меншими обмеженнями стосовно устаткування. Електрони також можуть бути більш ефективними при стимулюванні розриву ланцюга. Крім того, глибина проникнення електронів із енергіями від 4 до 10 МеВ може становити від 5 до 30 мм або більше, наприклад, 40 мм. У деяких випадках багатопроменеві електронні пристрої (наприклад, багатопроменеві головки, часто називані "рогами") застосовують для введення в матеріал багаторазових доз електронно-променевого випромінювання. Така висока сумарна потужність променя зазвичай досягається шляхом застосування багатопроменевих прискорювальних головок. Наприклад, електронно-променевий пристрій може включати дві, чотири або більше прискорювальні головки. Як один приклад, електронно-променевий пристрій може включати чотири прискорювальні головки, потужність променя кожної з яких становить 300 кВт, при сумарній потужності променя 1200 кВт. Застосування багатопроменевих головок, потужність променя кожної з яких порівняно низька, перешкоджає надмірному підвищенню температури матеріалу, запобігаючи, тим самим, горінню матеріалу, і також збільшує однорідність дози, яка проходить через товщу шару матеріалу. Опромінення з застосуванням багатопроменевої головки описано в попередній заявці на патент США Мо 61/394851, поданій 20 жовтня 2010 року, повний зміст якої включений до даної заявки за допомогою посилання.

Електронні промені можна створити, наприклад, за допомогою електростатичних генераторів, каскадних генераторів, трансформаторних генераторів, низькоенергетичних прискорювачів зі сканувальною системою, низькоенергетичних прискорювачів із лінійним катодом, лінійних прискорювачів та імпульсних прискорювачів. Як джерело іонізуючого випромінювання можна використовувати електрони, наприклад, для порівняно тонких штабелів матеріалів, наприклад, більше ніж 0,5 дюйма, наприклад, більше ніж 0,4 дюйма, 0,3 дюйма, 0,2 60 дюйма, або більше ніж 0,1 дюйма. Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, енергія кожного електрона в електронному промені становить від приблизно 0,3 МеВ до приблизно 2,0

МеВ (мільйон електрон-вольтів), наприклад, від приблизно 0,5 МеВ до приблизно 1,5 МеВ або від приблизно 0,7 МеВ до приблизно 1,25 МеВ.

Пристрої для електропроменевого опромінення можна придбати в компанії п Веат

Арріїсайопв, І оимаїп-Іа-Меиме, Бельгія або в компанії Ткап Согрогайоп, Сан-Дієго, Каліфорнія.

Типові енергії електронів можуть становити 1 МеВ, 2 МеВ, 4,5 МеВ, 7,5 МеВ або 10 МеВ.

Потужність типового пристрою для електропроменевого опромінення може становити 1 кВт, 5 кВт, 10 кВт, 20 кВт, 50 кВт, 100 кВт, 250 кВт або 500 кВт. Рівень деполяризації початкової сировини залежить від застосовуваної енергії електронів і застосовуваної дози, тоді як тривалість впливу залежить від потужності та дози. Типові дози можуть приймати значення 1 кГр, 5 кГр, 10 кГр, 20 кГр, 50 кГр, 100 кГр або 200 кГр.

Електромагнітне випромінювання

Згідно з варіантами реалізації винаходу, в яких опромінення здійснюють за допомогою електромагнітного випромінювання, енергія на фотон (у електрон-вольтах) електромагнітного випромінювання може становити, наприклад, більше, ніж 1027 еВ, наприклад, більше, ніж 103, 107, 105, 105, або навіть більше, ніж 107 еВ. Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, енергія на фотон електромагнітного випромінювання становить від 107 до 107, наприклад, від 105 до 105 еВ. Частота електромагнітного випромінювання може становити, наприклад, більше, ніж 1015 Гц, більше, ніж 1077 Гц, 1018, 10719, 1020, або навіть більше, ніж 107! Гц. Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, частота електромагнітного випромінювання становить від 1078 до 1022 Гц, наприклад, від 10"? до 102! Гц.

Дози

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, опромінення (за допомогою будь-якого джерела випромінювання або комбінації джерел) здійснюють доти, поки матеріал приймає дозу, яка складає щонайменше 0,25 Мрад, наприклад, щонайменше 1,0, 2,5, 5,0, 8,0, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 або навіть щонайменше 100 Мрад. Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, опромінення здійснюють доти, поки матеріал приймає дозу від 1,0 Мрад до 6,0 Мрад, наприклад, від 1,5 Мрад до 4,0 Мрад, від 2 Мрад до 10 Мрад, від 5 Мрад до 20 Мрад, від 10

Мрад до 30 Мрад, від 10 Мрад до 40 Мрад або від 20 Мрад до 50 Мрад.

Зо Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, опромінення здійснюють при потужності дози опромінення від 5,0 до 1500,0 кілорад/год., наприклад, від 10,0 до 750,0 кілорад/год. або від 50,0 до 350,0 кілорад/год.,

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, застосовують два або більше джерел випромінювання, наприклад, два або більше іонізуючих випромінювань. Наприклад, зразки можна обробити, в будь-якому порядку, за допомогою електронного променя, а потім гамма- випромінюванням і У Ф світлом з довжинами хвиль від приблизно 100 нм до приблизно 280 нм.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, зразки обробляють із застосуванням трьох джерел іонізуючого випромінювання, наприклад, за допомогою електронного променя, гамма- випромінювання та УФ світла високої енергії.

Обробка ультразвуком, піроліз і окислювання

Поряд із опроміненням, початкову сировину можна обробити за допомогою будь-якого одного або більше способів, вибраних із обробки ультразвуком, піролізу та окислювання. Такі способи обробки розглянуті в ОЗОМ 12/417840, опис якого включений до даної заявки за допомогою посилання.

Інші способи підвищення розчинності, зменшення стійкості до розкладання або функціоналізування

Будь-які способи, описані в цьому параграфі, можна застосовувати окремо без використання яких-небудь способів, розглянутих у даній заявці, або в комбінації з будь-якими способами, описаними в даній заявці (у будь-якому порядку): паровим вибухом, хімічною обробкою (наприклад, обробкою кислотами (у тому числі обробкою концентрованими й розведеними кислотами з застосуванням мінеральних кислот, таких як сірчана кислота, соляна кислота, і органічних кислот, таких як трифтороцтова кислота)) і/або обробкою основами (наприклад, обробкою вапном або гідроксидом натрію)), обробкою УФ, обробкою з застосуванням черв'ячного екструдера (див., наприклад, заявку на патент США Мо 61/073530115398, подану 1817 листопада 2008 року), обробкою розчинниками (наприклад, обробкою за допомогою іонних рідин) і подрібнюванням у замороженому стані (див., наприклад, заявки на патент США Ме 61/081709 і 12/502629).

Отримання палив, кислот, складних ефірів і/або інших продуктів

Після обробки біомаси за допомогою однієї або більше технологічних операцій, описаних бо вище, складні вуглеводи, які містяться в целюлозній і геміцелюлозній фракціях, можна переробити з отриманням цукрів, що ферментуються, за допомогою процесу оцукрювання, як описано вище.

Після транспортування отриманого цукровмісного розчину до виробничого устаткування, цукри можна перетворити в різноманітні продукти, такі як спирти, наприклад, етанол, або органічні кислоти. Вид отриманого продукту залежить від використовуваного мікроорганізму та умов, при яких відбувається біопереробка. Зазначені операції можна здійснити, наприклад, застосовуючи існуюче устаткування на підприємстві з виробництва етанолу з кукурудзи.

За необхідності, способи перемішування і устаткування, розглянуті в даній заявці, можна також застосовувати при біопереробці. Вигідно, що системи для перемішування, описані в даній заявці, не надають рідині високе зусилля зсуву і не підвищують значно температуру всієї рідини.

У результаті, мікроорганізми, застосовувані при біопереробці, підтримують у життєздатному стані протягом усього процесу. Перемішування дозволяє збільшити швидкість реакції й підвищити ефективність процесу.

Загалом, при ферментації використовують різні мікроорганізми. Цукровмісний розчин, отриманий шляхом оцукрювання лігноцелюлозних матеріалів, буде містити ксилозу, а також глюкозу. Може бути бажаним видалити ксилозу, наприклад, за допомогою хроматографії, оскільки деякі широко застосовувані мікроорганізми (наприклад, дріжджі) на неї не діють.

Ксилозу можна зібрати й використовувати при виробництві інших продуктів, наприклад, кормів для тварин і замінника цукру ксиліту. Ксилозу можна видалити до або після подачі цукровмісного розчину у виробниче устаткування, в якому будуть здійснювати ферментацію.

Мікроорганізм може являти собою природний мікроорганізм або генно-інженерний мікроорганізм, наприклад, будь-який із мікроорганізмів, описаний у даній заявці в розділі

Матеріали.

Оптимальний рН для дріжджів становить від приблизно 4 до 5, при цьому оптимальний рн для 7утотопав5 становить від приблизно 5 до 6. Звичайний час ферментації становить від приблизно 24 до 96 годин при температурах у діапазоні від 26 "С до 40 "С, однак термофільні мікроорганізми надають перевагу більш високим температурам.

Карбоксильні групи, загалом, знижують РН ферментованого розчину, виявляючи тенденцію до придушення ферментації під дією деяких мікроорганізмів, наприклад, Ріснпіа бвіїріїів.

Відповідно, у деяких випадках перед ферментацією або під час неї бажано додавати основу іМабо буфер для підвищення рН розчину. Наприклад, у ферментоване середовище можна додати гідроксид натрію або вапно для підвищення рН середовища до діапазону, який оптимальний для застосовуваного мікроорганізму.

Ферментацію, в цілому, проводять у водному поживному середовищі, яке може містити джерело азоту або джерело інших поживних речовин, наприклад, сечовини, разом із вітамінами й мікроелементами та металами. Загалом, переважно, коли поживне середовище стерильне або щонайменше має низьку концентрацію мікроорганізмів, наприклад, низьку кількість бактерій. Стерилізацію поживного середовища можна здійснювати будь-яким необхідним способом. Однак, у переважних варіантах реалізації, стерилізацію здійснюють шляхом опромінення поживного середовища або його окремих компонентів перед змішуванням.

Загалом, застосовують якомога більш низьку дозу випромінювання, яка все ще дозволяє досягти потрібних результатів, щоб мінімізувати споживання енергії й кінцеві витрати.

Наприклад, у багатьох випадках, саме поживне середовище або його компоненти можна обробити за допомогою дози випромінювання, яка становить менше, ніж 5 Мрад, наприклад, менше, ніж 4, 3, 2 або 1 Мрад. У певних випадках, поживне середовище обробляють за допомогою дози від приблизно 1 до З Мрад.

Згідно з деякими варіантами реалізації винаходу, весь процес ферментації або його частину можна перервати до того, як низькомолекулярний цукор повністю перетвориться в етанол.

Проміжні продукти ферментації включають високі концентрації цукру й вуглеводів. Такі проміжні продукти ферментації можна застосовувати при приготуванні їжі для споживання людьми або тваринами. На додаток або як альтернатива, проміжні продукти ферментації можна розмолоти до розміру дрібнодисперсних часток у лабораторному млині з нержавіючої сталі з отриманням борошноподібної речовини.

У деяких випадках бак може бути пересувним, як описано в попередній заявці на патент

США Мо 60/832735, тепер опублікованій міжнародній заявці Мо УМО 2008/011598, повний зміст якої включений до даної заявки.

Наступна переробка

Після ферментації, отримані текучі середовища можна піддавати дистиляції, застосовуючи, наприклад, "бражну колону", для відділення етанолу та інших спиртів від основної маси води і 60 залишків твердих речовин. Пара, що виходить із бражної колони, може являти собою,

наприклад, 35 95 за масою етанол і може бути завантажений до ректифікаційної колони. Суміші майже азеотропних (92,5 95) етанолу та води з ректифікаційної колони можна очистити з отриманням чистого (99,5 96) етанолу шляхом застосування парофазних молекулярних сит.

Кубові залишки бражної колони можна направити на першу ступінь триступінчастого випарника.

Дефлегматор ректифікаційної колони може забезпечити нагрівання цієї першої ступені. Після першої ступені, тверді речовини можна відокремити, застосовуючи центрифугу, і висушити в барабанній сушарці. Частину (2595) рідини, яка витікає з центрифуги, можна повторно використовувати для ферментації, а іншу частину направити на другу і третю ступінь випарника.

Більшу частину конденсату з випарника можна повернути в процес у вигляді досить чистого конденсату, а невелику частину відокремити й направити на установку для очищення стічних вод для запобігання нагромадження низькокиплячих сполук.

Проміжні сполуки та продукти

Застосовуючи способи, описані в даній заявці, можна перетворити оброблену біомасу в один або більше продуктів, таких як енергія, палива, харчові продукти й матеріали. Деякі приклади продуктів включають, але не обмежуються ними, водень, спирти (наприклад, одноатомні спирти або двохатомні спирти, такі як етанол, н-пропанол або н-бутанол), гідратовані або водні спирти, наприклад, які містять більше, ніж 10 95, 20 95, 30 95 або навіть більше, ніж 40 95 води, ксиліт, цукри, біодизельне паливо, органічні кислоти (наприклад, оцтову кислоту і/або молочну кислоту), вуглеводні, супутні продукти (наприклад, білки, такі як білки (ферменти), що розкладають клітковину, або білки одноклітинних) і суміші будь-яких із перерахованих продуктів у будь-якій комбінації або відносній концентрації й, за необхідності, у комбінації з будь-якими добавками, наприклад, паливними добавками. Інші приклади включають карбонові кислоти, такі як оцтова кислота або олійна кислота, солі карбонової кислоти, суміш карбонових кислот і солей карбонових кислот та складні ефіри карбонових кислот (наприклад, метилові, етилові й н-пропілові складні ефіри), кетони (наприклад, ацетон), альдегіди (наприклад, ацетальдегід), альфа, бета ненасичені кислоти, такі як акрилова кислота, й олефіни, такі як етилен. Інші спирти й похідні спиртів включають пропанол, пропіленгліколь, 1,4- бутандіол, 1,3-пропандіол, метилові або етилові складні ефіри будь-яких із зазначених спиртів.

Інші продукти включають метилакрилат, метилметакрилат, молочну кислоту, пропіонову

Зо кислоту, олійну кислоту, бурштинову кислоту, З-гідроксипропіонову кислоту, сіль будь-якої з зазначених кислот і суміш будь-якої з зазначених кислот і відповідні солі.

Інші проміжні сполуки й продукти, у тому числі, харчові й фармацевтичні продукти, розглянуті в патенті США Мо 12/417900, повний зміст якого тим самим включений до даної заявки за допомогою посилання.

Інші варіанти реалізації винаходу

Було описано кілька варіантів реалізації винаходу. Проте, буде зрозуміло, що можуть бути зроблені різні модифікації без відхилення від сутності й об'єму винаходу.

У деяких варіантах реалізації, системи, розглянуті в даній заявці, або компоненти зазначених систем, можуть бути розбірними, наприклад, на подобу пересувного технологічного устаткування, описаного в патенті США Ме 12/374549 і міжнародній заявці Ме УМО 2008/011598, повний зміст яких включений до даної заявки за допомогою посилання,

У будь-яких диспергуючих системах, описаних у даній заявці, потік текучого середовища (рідини і/або газу) через диспергуючу систему може бути безперервним або пульсуючим, або являти собою комбінацію періодів безперервного потоку з інтервалами пульсуючого потоку.

Якщо потік є пульсуючим, генерування імпульсів може бути регулярним або нерегулярним.

Хоча в даній заявці були посилання на баки, описаний процес може протікати в будь-якому типі посудини або резервуара, у тому числі, у відстійниках, басейнах, ставках і т.п. Якщо резервуар, у якому відбувається перемішування, являє собою підземну структуру, таку як відстійник, його можна футерувати, Резервуар можна покрити, наприклад, якщо він перебуває на відкритому повітрі або не має покриття.

Хоча в даній заявці була описана сировина з біомаси, можна використовувати інші види початкової сировини й суміші сировини з біомаси з іншими видами сировини. Наприклад, у деяких варіантах реалізації можна використовувати суміші сировини з біомаси з вуглеводневмісною сировиною, такою як сировина, описана в попередній заявці на патент США

Мо 61/226877, поданій 20 липня 2009 року, повний зміст якої включений до даної заявки за допомогою посилання.

Відповідно, інші варіанти реалізації винаходу перебувають у рамках об'єму наступної формули винаходу.

Claims (16)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб одержання продукту ферментації, який включає стадії, на яких: поміщають в посудину рідке середовище, що містить воду і щонайменше 20 мас. 95 твердих речовин неоцукрованої опроміненої пучком електронів лігноцелюлозної початкової сировини, перемішують лігноцелюлозну початкову сировину і воду струминним змішувачем з утворенням суспензії, оцукровують зазначену опромінену пучком електронів лігноцелюлозну початкову сировину у посудині при перемішуванні суспензії струминним змішувачем, з одержанням цукрового розчину, і в тій же посудині перетворюють цукровий розчин в продукт, використовуючи фермент та/або мікроорганізм, продовжуючи перемішувати струминним змішувачем, та виділяють з реакційної суміші утворений продукт ферментації, при цьому зазначена опромінена лігноцелюлозна початкова сировина опромінена дозою щонайменше 10 Мрад.

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що стадія виділення додатково включає перегонку продукту.

3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що перегонка включає вакуумну перегонку.

4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що перегонку здійснюють при тиску менш ніж 70 тор.

5. Спосіб за п. З, який відрізняється тим, що перегонку здійснюють при температурі навколишнього середовища.

6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що продукт містить спирт.

7. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що об'ємна густина початкової сировини становить менш ніж приблизно 0,75 г/см3.

8. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що рідке середовище містить оцукрюючий агент, який містить фермент.

9. Спосіб за п. 8, який відрізняється тим, що додатково включає моніторинг рівня глюкози в суміші початкової сировини, рідкого середовища і оцукрюючого агента в процесі оцукрювання.

10. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додатково включає введення додаткової Зо кількості початкової сировини і оцукрюючого агента в процесі оцукрювання.

11. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що посудина являє собою бак.

12. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що перетворення включає ферментацію цукрового розчину.

13. Спосіб за п. 12, який відрізняється тим, що додатково включає моніторинг рівня кисню в посудині в процесі ферментації.

14. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що цукровий розчин додатково містить ксилозу.

15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що додатково включає перетворення ксилози в ксиліт.

16. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що тверді речовини лігноцелюлозного матеріалу поміщають в посудину в кількості щонайменше 30 мас. 95.

у з у: іму Ж г ям: 5 Е х А /м у гі ЯМУ Ж ни, Тен но Не 0 яви ИКААЙ Гн она п Бввелюнюя | і и ни ЩО ет гу ло "З шо Ма ЄМ оз оби ом ; І | | Вепдняткь

ЕЕ. НО -Я і Цент їй інрисвюанй сЯу се вд до повна Мо То кун уч ІВнекюкюВи Кая де щи с ноу Срровнння но и се й с «хі роки Вівунявини

Янг. 1 тв - чо а- ма, пн нано Май рнактюнннн Р Гкснед свиня бдчнюоєтня Розеення 0 овнешняров Мч реечалкний у качекюннея Ко. З ккаяднох КО. МАО еерктвкєняя «Ва яв» рр еттрреханктям дея Й сікнзекуне ЦЗ зонкісстююю зварка НКтККа і Бе Твоя к твввасння і З ррекккревєввикя диепханнхми КЕ У рекурачащия і Дб сурійанкнханче 100 НЕЖВКВКИЕЕь Є тоди укр З феленеаням І оляскарряня Кродокня й фатину 5 0 фібенровкло знє че я лайн ре паркан т ВБІК лих сирок х . вкадкаюватий» ! терки я Я ння ха. Ваміркечняхх яму і явну няно»

«нг.