專利名稱：纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于纖維素發(fā)酵工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)泛指所有的植物，這些植物接受太陽提供的光和熱，通過光合作用將部分能量貯存下來。將每年植物以碳水化合物形式貯存下來的能量折算為電能，可達(dá)人均50萬kWh，是目前世界年人均能耗的420倍。作為開發(fā)利用研究對(duì)象的生物質(zhì)，一般指農(nóng)業(yè)和林業(yè)廢料，如秸稈、蔗渣、稻糠、木屑等。生物質(zhì)以其可再生、產(chǎn)量巨大、可儲(chǔ)存、碳循環(huán)等優(yōu)點(diǎn)而引人注目，并且在多種清潔后續(xù)能源中，唯一可轉(zhuǎn)化為液體燃料，與化石燃料具有很大的兼容性。因此，以高技術(shù)開發(fā)和利用生物質(zhì)制備液體燃料，日益引起世界各國的重視。
生物質(zhì)可大體分為糖質(zhì)原料、淀粉質(zhì)原料和纖維素原料。糖質(zhì)原料、淀粉質(zhì)原料制取燃料酒精的技術(shù)已很成熟。巴西用甘蔗直接生產(chǎn)燃料酒精，1989年產(chǎn)量達(dá)10375萬立方米。美國每年用玉米生產(chǎn)燃料酒精的產(chǎn)量也很大。但從總體看，依靠糖蜜、糧食淀粉原料解決用量很大的燃料問題顯然是不現(xiàn)實(shí)的。美國《工業(yè)酶學(xué)》認(rèn)為“如果乙醇工業(yè)要生存，就必須利用木質(zhì)纖維素生產(chǎn)”。利用葡萄糖直接發(fā)酵制備乙醇是糧食發(fā)酵工業(yè)一個(gè)比較成熟的工藝，而在纖維素發(fā)酵制備乙醇過程中，套用該工藝是纖維素發(fā)酵乙醇至今未能走出技術(shù)經(jīng)濟(jì)關(guān)的重要因素之一。纖維素發(fā)酵制備乙醇技術(shù)已有大量前人工作積累，關(guān)鍵是要研究出更經(jīng)濟(jì)的新技術(shù)。目前，比較流行的纖維素液體同步糖化發(fā)酵分離制備乙醇的方法，該方法是在10％的纖維素濃度下進(jìn)行纖維素酶解糖化發(fā)酵乙醇的過程，《纖維素同步糖化發(fā)酵乙醇的模擬研究》(Ramachandran，K.B.and Hashim，M.A.，Simulation studies onsimultaneous saccharification and fermentution of cellilose to ethanol chemicolEngineering Journd，化工工程雜志，1990 45 B27-B34)但該方法存在著產(chǎn)物中糖濃度低，乙醇濃度低，所需纖維素酶用量大，發(fā)酵剩余物含水量大，造成蒸發(fā)剩余物中的水分需要耗能多，從而存在難以綜合利用等問題。
該傳統(tǒng)的纖維素液體同步糖化發(fā)酵分離裝置，一般是在傳統(tǒng)厭氧罐中進(jìn)行，該裝置很難分別滿足纖維素酶解糖化和乙醇發(fā)酵最佳溫度的要求，并產(chǎn)生趕濃度有機(jī)廢水。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是為了克服傳統(tǒng)的纖維素液體同步糖化發(fā)酵分離制備乙醇的裝置存在產(chǎn)物糖濃度低、乙醇濃度低、原料中纖維素酶用量大、發(fā)酵剩余物含水量大等缺點(diǎn)，而提供一種纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置。
本發(fā)明另一目的是提供一種纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的方法，它克服了現(xiàn)有技術(shù)中的原料中的纖維素酶用量大、固相狀態(tài)不利于快速乙醇發(fā)酵、糖化發(fā)酵溫度難以調(diào)節(jié)、生成乙度含水量大、提純乙醇消耗能量多等缺點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，其特征在于，該裝置包括纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2、至少兩個(gè)并聯(lián)的乙醇吸附柱10、酶解液循環(huán)泵8和CO2氣體循環(huán)泵9；所述纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2包括一立式同心放置的內(nèi)筒4和外筒20組成的反應(yīng)器主體、上部封頭11、下部封頭7、上過濾板1、下過濾板5和氣浮閥6；反應(yīng)器主體的上、下端分別安裝上部封頭11和下部封頭7，反應(yīng)器主體與上部封頭11之間裝有上過濾板1，內(nèi)、內(nèi)筒4和外筒20之間的腔體3與下部封頭7之間裝有下過濾板5，內(nèi)筒4的下部連接氣浮閥6；上部封頭11通過管道A與乙醇吸附柱10的下端相連通，該管道A上安裝有CO2氣體循環(huán)泵9；乙醇吸附柱10的上端通過管道B與氣浮閥6相連通，該管道B上安裝閥門19；下部封頭7通過管道C與管道B相連通，該管道C上安裝有酶解液循環(huán)泵8；所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2的高徑比為12-15；所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2的外筒20和內(nèi)筒4的體積比為1∶5-8；所述的外筒20的高徑比為10-12；所述的內(nèi)筒4的高徑比為50-60；所述的上部封頭11的高徑比為0.2-0.5；所述的并聯(lián)的乙醇吸附柱10為2-6個(gè)。
本發(fā)明的裝置實(shí)現(xiàn)了乙醇制備過程的纖維素酶解糖化－發(fā)酵－液體乙醇吸附分離三重耦合，便于協(xié)調(diào)糖化發(fā)酵的最佳作用溫度，也便于調(diào)節(jié)內(nèi)筒中的乙醇濃度，避免高濃度乙醇對(duì)酵母菌的抑制，同時(shí)可以使內(nèi)外筒間的腔體3中保持較低的葡萄糖濃度，降低產(chǎn)物中的糖對(duì)纖維素酶的反饋抑制作用。
本發(fā)明提供的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的方法，其特征在于，包括以下步驟a、向一由立式同心放置的內(nèi)筒和外筒構(gòu)成的反應(yīng)器主體的內(nèi)外筒之間的腔體中加入經(jīng)滅菌的纖維素原料和纖維素酶，在40-50℃下保溫30-40hr，生成纖維素酶解物；
b、從內(nèi)外筒之間的腔體上方，用無菌水淋洗腔體中的纖維素酶解物，所得酶解液流入位于反應(yīng)器主體下端的下部封頭，并用一循環(huán)泵將酶解液泵入內(nèi)筒中；c、向內(nèi)筒中無菌接種發(fā)酵乙醇用釀酒酵母種子，升溫至35-40℃，并發(fā)酵10-14hr，制備乙醇；d、當(dāng)內(nèi)筒中乙醇的體積比濃度達(dá)到3-5％時(shí)，開啟連通反應(yīng)器主體上部與并聯(lián)的乙醇吸附柱下部管路上的CO2氣體循環(huán)泵和閥門，利用CO2夾帶乙醇，并將CO2夾帶乙醇的混合氣體吸出，通入并聯(lián)的乙醇吸附柱中的一個(gè)或一組乙醇吸附柱，進(jìn)行乙醇吸附；e、當(dāng)吸附柱乙醇吸附至飽和后，切換并聯(lián)的乙醇吸附柱中的另一個(gè)或另一組乙醇吸附柱，進(jìn)行乙醇吸附；加熱吸附飽和的乙醇吸附柱，回收乙醇；待另一個(gè)或另一組乙醇吸附柱乙醇吸附達(dá)飽和時(shí)，再進(jìn)行乙醇吸附柱的切換，輪流進(jìn)行乙醇吸附和乙醇加熱回收；上述步驟a中的經(jīng)滅菌的纖維素原料和纖維素酶用0.1Mpa的高壓蒸汽滅菌30min的纖維素原料和纖維素酶；所用的纖維素酶是10-30IU濾紙酶活/g預(yù)處理纖維素原料；所述步驟還包括，在纖維素固相酶解2-4天后補(bǔ)加原纖維素重量20-30％的滅菌纖維素原料。
上述步驟c的所用的發(fā)酵乙醇用的釀酒酵母種子為釀酒酵母AS2.399、釀酒酵母AS2.606或乙醇發(fā)酵用的耐高溫活性干酵母，其體積是內(nèi)筒中液體體積的10％。
上述步驟d還包括，當(dāng)內(nèi)筒中乙醇體積百分比濃度低于3％時(shí)，關(guān)閉CO2氣體循環(huán)泵和閥門；當(dāng)內(nèi)筒中酶解液的糖的體積百分比濃度低于6-8％時(shí)，向內(nèi)筒補(bǔ)加酶解液。
本發(fā)明的有益效果是，與傳統(tǒng)的纖維素液體同步糖化發(fā)酵分離制備乙醇的技術(shù)相比，該方法的纖維素酶用量降低了20-40％(質(zhì)量百分比)，發(fā)酵剩余物含水量為40-70％(質(zhì)量百分比)，最終制得得乙醇濃度高達(dá)40-60％(體積百分比)。


附圖1為本發(fā)明的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中上過濾板1 固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2 內(nèi)外筒之間的腔體3內(nèi)筒4 下過濾板 氣浮閥6下部封頭7 酶解液循環(huán)泵8 CO2氣體循環(huán)泵9乙醇吸附柱10 上部封頭11 外筒20閥門12、13、14、15、16、17、18、19 管道A、B、C反應(yīng)器主體21。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明由圖1、圖2、圖3可知，本發(fā)明提供的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，該裝置包括纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2、至少兩個(gè)并聯(lián)的乙醇吸附柱10、酶解液循環(huán)泵8和CO2氣體循環(huán)泵9；所述纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2包括一立式同心放置的內(nèi)筒4和外筒20組成的反應(yīng)器主體、上部封頭11、下部封頭7、上過濾板1、下過濾板5和氣浮閥6；反應(yīng)器主體的上、下端分別安裝上部封頭11和下部封頭7，反應(yīng)器主體與上部封頭11之間裝有上過濾板1，內(nèi)、內(nèi)筒4和外筒20之間的腔體3與下部封頭7之間裝有下過濾板5，內(nèi)筒4的下部連接氣浮閥6；上部封頭11通過管道A與乙醇吸附柱10的下端相連通，該管道A上安裝有CO2氣體循環(huán)泵9；乙醇吸附柱10的上端通過管道B與氣浮閥6相連通，該管道B上安裝閥門19；下部封頭7通過管道C與管道B相連通，該管道C上安裝有酶解液循環(huán)泵8；所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2的高徑比為12-15；所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2的外筒20和內(nèi)筒4的體積比為1∶5-8；所述的外筒20的高徑比為10-12；所述的內(nèi)筒4的高徑比為50-60；所述的上部封頭11的高徑比為0.2-0.5；所述的并聯(lián)的乙醇吸附柱10為2-6個(gè)。
實(shí)施例1本實(shí)施例的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2的高徑比為12，2個(gè)乙醇吸附柱10并聯(lián)使用，外筒20和內(nèi)筒4的體積比為1∶5，外筒20的高徑比為10，內(nèi)筒4的高徑比為50，上部封頭11的高徑比為0.5；其制備乙醇步驟如下1、向腔體3中加入經(jīng)滅菌的纖維素原料和纖維素酶，在40℃下保40hr，生成纖維素酶解物；2、從內(nèi)外筒之間的腔體上方，用無菌水淋洗腔體中的纖維素酶解物，所得酶解液流入位于反應(yīng)器主體下端的下部封頭7，并用一酶解液循環(huán)泵將酶解液泵8入內(nèi)筒4中；3、向內(nèi)筒4中無菌接種發(fā)酵乙醇用釀酒酵母種子AS2.606，升溫至40℃，并發(fā)酵14hr，制備乙醇；4、當(dāng)內(nèi)筒中乙醇的體積比濃度達(dá)到5％時(shí)，開啟連通反應(yīng)器主體上部與并聯(lián)的乙醇吸附柱下部管路上的CO2氣體循環(huán)泵9和閥門12，利用CO2夾帶乙醇，并將CO2夾帶乙醇的混合氣體吸出，通入并聯(lián)的2個(gè)乙醇吸附柱中左側(cè)的乙醇吸附柱進(jìn)行乙醇吸附；5、當(dāng)吸附柱吸附至飽和后，切換并聯(lián)的乙醇吸附柱中的右側(cè)乙醇吸附柱，進(jìn)行乙醇吸附；加熱吸附飽和的左側(cè)乙醇吸附柱，回收乙醇；上述步驟1中的經(jīng)滅菌的纖維素原料和纖維素酶用0.1Mpa的高壓蒸汽滅菌30min的纖維素原料和纖維素酶；所用的纖維素酶是30IU濾紙酶活/g預(yù)處理纖維素原料；上述步驟2，在纖維素固相酶解2天后補(bǔ)加原先纖維素的20％(質(zhì)量百分比)的滅菌纖維素原料；上述步驟3的所用的發(fā)酵乙醇用的釀酒酵母種子為釀酒酵母AS2.399，其體積是內(nèi)筒中液體體積的10％。
上述步驟4，當(dāng)內(nèi)筒中乙醇體積百分比濃度低于3％時(shí)，關(guān)閉CO2氣體循環(huán)泵和閥門；當(dāng)內(nèi)筒中酶解液的糖的體積百分比濃度低于8％時(shí)，向內(nèi)筒補(bǔ)加酶解液。
實(shí)施例2采用實(shí)施例1的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，按以下步驟進(jìn)行纖維素的固相酶解、液體發(fā)酵和乙醇回收，具體步驟如下a、將無污染汽爆處理的小麥秸稈原料裝入固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2的內(nèi)外筒間的腔體3內(nèi)，通入0.1Mpa的高壓蒸汽滅菌30min，冷卻到50℃后，按無菌操作加入10IU濾紙酶活/g預(yù)處理纖維素原料，在40℃下保溫30hr；b、用無菌水淋洗內(nèi)外筒間的腔體3中的纖維素酶解物，所得酶解液儲(chǔ)存于下部封頭7中，用酶解液循環(huán)泵8將酶解液泵入內(nèi)筒4中；纖維素固相酶解3天后補(bǔ)加原先纖維素量20％(重量百分比)的滅菌纖維素原料于內(nèi)外筒間的腔體3中；c、向內(nèi)筒4中無菌接種相當(dāng)于其體積10％的發(fā)酵乙醇用的釀酒酵母AS2.399，升溫至35℃，并發(fā)酵10hr；d、當(dāng)內(nèi)筒4中乙醇達(dá)到3％(體積百分比濃度)時(shí)，開啟CO2氣體循環(huán)泵9和閥門12，利用CO2夾帶乙醇，并將CO2夾帶乙醇的混合氣體吸出，進(jìn)入乙醇吸附柱10；當(dāng)內(nèi)筒4中乙醇濃度低于3％(體積百分比濃度)時(shí)，關(guān)閉CO2氣體循環(huán)泵9和閥門12；當(dāng)內(nèi)筒4中酶解液的糖濃度低于6％(體積百分比濃度)時(shí)，開啟酶解液循環(huán)泵8，補(bǔ)加酶解液于內(nèi)筒4中；e、乙醇飽和后，切換并聯(lián)的乙醇吸附柱10，加熱回收乙醇。
整個(gè)過程的纖維素酶的用量相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的降低了40％(質(zhì)量百分比)，發(fā)酵剩余物的含水量為70％(質(zhì)量百分比)，最終得到濃度為40％(體積百分比)的乙醇。
實(shí)施例3制作一纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，本實(shí)施例的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2的高徑比為15，4個(gè)乙醇吸附柱10并聯(lián)使用，外筒20和內(nèi)筒4的體積比為1∶8，外筒20的高徑比為12，內(nèi)筒4的高徑比為55，上部封頭11的高徑比為0.2；在內(nèi)外筒間的腔體3(纖維素的固相酶解區(qū))加入纖維素原料和纖維素酶進(jìn)行纖維素固相酶解，產(chǎn)生的酶解物經(jīng)淋洗、下過慮板5過濾后進(jìn)入下部封頭7儲(chǔ)存起來；在內(nèi)筒4中將從下部封頭7由酶解液循環(huán)泵8打進(jìn)來的酶解液進(jìn)行發(fā)酵，從而實(shí)現(xiàn)固相酶解和液體發(fā)酵的分離；產(chǎn)生的乙醇由CO2夾帶進(jìn)入上部封頭11(混合氣體緩沖區(qū))，調(diào)節(jié)CO2氣體循環(huán)泵，將混合氣體帶到乙醇吸附柱10，從而實(shí)現(xiàn)液體乙醇發(fā)酵和吸收的分離；CO2在整個(gè)系統(tǒng)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)綜合利用。
該裝置實(shí)現(xiàn)了酶解糖化－液體發(fā)酵乙醇－吸附分離三重耦合，便于協(xié)調(diào)糖化發(fā)酵的最佳作用溫度，也便于調(diào)節(jié)內(nèi)筒4中的乙醇濃度，避免高濃度乙醇對(duì)酵母菌的抑制，同時(shí)可以使內(nèi)外筒間的腔體3中保持較低的葡萄糖濃度，降低產(chǎn)物中的糖對(duì)纖維素酶的反饋抑制作用。
實(shí)施例4采用實(shí)施例3制作的纖維素固相酶解-液體制備發(fā)酵耦合裝置，按以下步驟進(jìn)行纖維素的固相酶解、液體發(fā)酵和乙醇回收，具體步驟如下a、將稀酸預(yù)處理的林業(yè)廢棄物(闊葉樹鋸末等木材碎料)裝入固相酶解裝入固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器的內(nèi)外筒間的腔體3內(nèi)，通入0.1Mpa的高壓蒸汽滅菌30min，冷卻到50℃后，按無菌操作加入30IU濾紙酶活/g預(yù)處理纖維素原料，在50℃下保溫30hr；b、用無菌水淋洗內(nèi)外筒間的腔體3中的纖維素酶解物，所得酶解液儲(chǔ)存于下部封頭7中，用酶解液循環(huán)泵8將酶解液經(jīng)氣浮閥6泵入內(nèi)筒4中；纖維素固相酶解3天后補(bǔ)加原先纖維素25％(質(zhì)量百分比)的滅菌纖維素原料于內(nèi)外筒間的腔體3中；c、向內(nèi)筒4中無菌接種相當(dāng)于其體積10％的發(fā)酵乙醇用的釀酒酵母AS2.606，升溫至40℃，并發(fā)酵14hr；d、當(dāng)內(nèi)筒4中乙醇達(dá)濃度達(dá)到5％(體積百分比濃度)時(shí)，開啟CO2氣體循環(huán)泵9和閥門12，利用CO2夾帶乙醇，并將CO2和乙醇的混合氣體吸出，進(jìn)入乙醇吸附柱10；當(dāng)內(nèi)筒4中乙醇體積百分比濃度低于3％(體積百分比濃度)時(shí)，關(guān)閉CO2氣體循環(huán)泵9和閥門12；當(dāng)內(nèi)筒4中酶解液的糖低于8％(體積百分比濃度)時(shí)，開啟酶解液循環(huán)泵8，補(bǔ)加酶解液于內(nèi)筒4中；e、乙醇飽和后，切換并聯(lián)的乙醇吸附柱10，加熱回收乙醇。
整個(gè)過程纖維素的用量相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)降低了50％(質(zhì)量百分比)，發(fā)酵剩余物的含水量為30％(質(zhì)量百分比)，最終得到濃度為55％(體積百分比)的乙醇。
實(shí)施例5制作的纖維素固相酶解-液體制備發(fā)酵耦合裝置，本實(shí)施例的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器2的高徑比為13，2個(gè)乙醇吸附柱6并聯(lián)使用，外筒20和內(nèi)筒4的體積比為1∶7，外筒20的高徑比為11，內(nèi)筒4的高徑比為60，上部封頭11的高徑比為0.3；按以下步驟進(jìn)行纖維素的固相酶解、液體發(fā)酵和乙醇回收，具體步驟如下a、將無污染汽爆處理的玉米秸稈原料裝入固相酶解裝入固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器的內(nèi)外筒間的腔體3內(nèi)，通入0.1Mpa的高壓蒸汽滅菌30min，冷卻到45℃后，按無菌操作加入30IU濾紙酶活/g預(yù)處理纖維素原料，在45℃下保溫35hr；b、用無菌水淋洗內(nèi)外筒間的腔體3中的纖維素酶解物，所得酶解液儲(chǔ)存于下部封頭7中，用酶解液循環(huán)泵8將酶解液經(jīng)氣浮閥6泵入內(nèi)筒4中；纖維素固相酶解4天后補(bǔ)加原先纖維素30％(質(zhì)量百分比)的滅菌纖維素原料于內(nèi)外筒間的腔體3中；c、向內(nèi)筒4中無菌接種相當(dāng)于其體積10％宜昌活性酵母廠生產(chǎn)的耐高溫活性干酵母，升溫至40℃，并發(fā)酵14hr；d、當(dāng)內(nèi)筒4中乙醇達(dá)濃度達(dá)到5％(體積百分比濃度)時(shí)，開啟CO2氣體循環(huán)泵9和閥門12，利用CO2夾帶乙醇，并將CO2和乙醇的混合氣體吸出，進(jìn)入乙醇吸附柱10；當(dāng)內(nèi)筒4中乙醇體積百分比濃度低于3％(體積百分比濃度)時(shí)，關(guān)閉CO2氣體循環(huán)泵9和閥門12；當(dāng)內(nèi)筒4中酶解液的糖低于8％(體積百分比濃度)時(shí)，開啟酶解液循環(huán)泵8，補(bǔ)加酶解液于內(nèi)筒4中；e、乙醇飽和后，切換并聯(lián)的乙醇吸附柱10，加熱回收乙醇。
整個(gè)過程纖維素的用量相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)降低了60％(質(zhì)量百分比)，發(fā)酵剩余物的含水量為40％(質(zhì)量百分比)，最終得到濃度為60％(體積百分比)的乙醇。
權(quán)利要求
1.一種纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，其特征在于，包括纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器(2)、至少2個(gè)并聯(lián)的乙醇吸附柱(10)、酶解液循環(huán)泵(8)和CO2氣體循環(huán)泵(9)；所述纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器(2)包括一立式同心放置的內(nèi)筒(4)和外筒(20)組成的反應(yīng)器主體、上部封頭(11)、下部封頭(7)、上過濾板(1)、下過濾板(5)和氣浮閥(6)；所述反應(yīng)器主體的上、下端分別安裝上部封頭(11)和下部封頭(7)，內(nèi)筒(4)和外筒(20)之間形成的腔體(3)與上部封頭(11)之間裝有上過濾板(1)，內(nèi)筒(4)和外筒(20)之間形成的腔體(3)與下部封頭(7)之間裝有下過濾板(5)，內(nèi)筒(4)的下部連接氣浮閥(6)；上部封頭(11)通過管道(A)與并聯(lián)的乙醇吸附柱(10)下端相連通，該管道上安裝有CO2氣體循環(huán)泵(9)和閥門(12)；并聯(lián)的乙醇吸附柱(10)上端通過管道(B)與氣浮閥(6)相連通，該管道上安裝閥門(19)；下部封頭(7)通過管道(C)與管道(B)相連通，該管道上安裝酶解液循環(huán)泵(8)。
2.如權(quán)利要求1所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，其特征在于，纖維素固相酶解-液體發(fā)酵反應(yīng)器(2)的高徑比為12-15。
3.如權(quán)利要求1所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，其特征在于，外筒(20)和內(nèi)筒(4)的體積比為1∶5-8。
4.如權(quán)利要求1所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，其特征在于，外筒(20)的高徑比為10-12。
5.如權(quán)利要求1所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，其特征在于，內(nèi)筒(4)的高徑比為50-60。
6.如權(quán)利要求1所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，其特征在于，上部封頭(11)的高徑比為0.2-0.5。
7.如權(quán)利要求1所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置，其特征在于，并聯(lián)的乙醇吸附柱(10)為2-6個(gè)。
8.一種纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的方法，其特征在于，包括以下步驟a、向一由立式同心放置的內(nèi)筒和外筒構(gòu)成的反應(yīng)器主體的內(nèi)外筒之間的腔體中加入經(jīng)滅菌的纖維素原料和纖維素酶，在40-50℃下保溫30-40hr，生成纖維素酶解物；b、從內(nèi)外筒之間的腔體上方，用無菌水淋洗腔體中的纖維素酶解物，所得酶解液流入位于反應(yīng)器主體下端的下部封頭，并用一循環(huán)泵將酶解液泵入內(nèi)筒中；c、向內(nèi)筒中無菌接種發(fā)酵乙醇用釀酒酵母種子，升溫至35-40℃，并發(fā)酵10-14hr，制備乙醇；d、當(dāng)內(nèi)筒中乙醇的體積比濃度達(dá)到3-5％時(shí)，開啟連通反應(yīng)器主體上部與并聯(lián)的乙醇吸附柱下部管路上的CO2氣體循環(huán)泵和閥門，利用CO2夾帶乙醇，并將CO2夾帶乙醇的混合氣體吸出，通入并聯(lián)的乙醇吸附柱中的一個(gè)或一組乙醇吸附柱，進(jìn)行乙醇吸附；e、當(dāng)吸附柱乙醇吸附至飽和后，切換并聯(lián)的乙醇吸附柱中的另一個(gè)或另一組乙醇吸附柱，進(jìn)行乙醇吸附；加熱吸附飽和的乙醇吸附柱，回收乙醇；待另一個(gè)或另一組乙醇吸附柱乙醇吸附達(dá)飽和時(shí)，再進(jìn)行乙醇吸附柱的切換，輪流進(jìn)行乙醇吸附和乙醇加熱回收。
9.如權(quán)利要求8所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的方法，其特征在于，上述步驟a中的經(jīng)滅菌的纖維素原料和纖維素酶用0.1Mpa的高壓蒸汽滅菌30min的纖維素原料和纖維素酶；所用的纖維素酶是10-30IU濾紙酶活/g預(yù)處理纖維素原料。
10.如權(quán)利要求8所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的方法，其特征在于，所述步驟還包括，在纖維素固相酶解2-4天后補(bǔ)加原纖維素原料重量20-30％的滅菌纖維素原料。
11.如權(quán)利要求8所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的方法，其特征在于，上述步驟c的所用的發(fā)酵乙醇用的釀酒酵母種子為釀酒酵母AS2.399、釀酒酵母AS2.606或乙醇發(fā)酵用的耐高溫活性干酵母，其體積是內(nèi)筒中液體體積的10％。
12.如權(quán)利要求8所述的纖維素固相酶解-液體發(fā)酵耦合制備乙醇的方法，其特征在于，上述步驟d還包括，當(dāng)內(nèi)筒中乙醇體積百分比濃度低于3％時(shí)，關(guān)閉CO2氣體循環(huán)泵和閥門；當(dāng)內(nèi)筒中酶解液的糖的體積百分比濃度低于6-8％時(shí)，向內(nèi)筒補(bǔ)加酶解液。
全文摘要
本發(fā)明纖維素固相酶解－液體發(fā)酵耦合制備乙醇的裝置及方法，其裝置的反應(yīng)器為立式同心放置的內(nèi)、筒組成的反應(yīng)器其上、下端分別安裝上、下部封頭，反應(yīng)器與上部封頭間裝上過濾板，內(nèi)、外筒間的腔體與下部封頭間裝下過濾板，內(nèi)筒下部連接氣浮閥；上部封頭與吸附柱下端相通的管道上裝CO
文檔編號(hào)C12M1/00GK1493694SQ0214948
公開日2004年5月5日 申請(qǐng)日期2002年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月30日
發(fā)明者陳洪章, 李佐虎 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院過程工程研究所