[发明专利]用于将纤维素物料转化为糖的辊轧机

说明书

本申请公开一种将纤维素转化为糖的装置。该装置包括带有多个控制组件的反应堆腔室，以及控制总成。该控制组件操作性地连接到反应堆腔室、驱动总成和控制组件，以传输和接收互操作性信号。该装置具有带有检测器的进料斗、破碎机、出料斗、传感器总成、蒸汽入口和二氧化碳入口。该进料斗被配置为经由检测器来接收和分析原料和催化剂的混合物中的物质的比例数据。该破碎机接收并研磨来自进料斗的混合物，以诱导化学反应来生产糖。该出料斗被配置为确定经研磨的混合物中的物质的比例数据。该控制总成被配置为确定需要对组件和驱动总成进行的调整，以优化糖产量。

相关申请的交叉引用

本实用新型专利申请要求于2018年1月16日提交的名称为将纤维素物料转化为糖的装置以及使用该装置的系统和方法的序列号为62/617900的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文，以用于所有目的。

关于联邦政府赞助的研究或开发的声明

不适用

技术领域

本发明总体涉及纤维素物料的水解。且更特别地，本发明涉及装置中的某些新的和有用的改进，该装置可用于诱导水解以裂解纤维素的糖苷键，从而随着时间的推移以最大的产率制备单糖，同时减少替代产物的形成或单糖的损失；参照附图并且附图构成本发明的一部分。

背景技术

纤维素是一种通式为(C₆H₁₀O₅)_n的有机化合物，是一种通过氧(醚)键连接以形成基本上线性的长分子链、由数百至数千个由β(1→4)链接D-葡萄糖单元的直链组成的多糖。这些键使纤维素具有高结晶度，因此对酶或酸催化剂的结合度(accessibility)较低。这种现象被称为难降解性(recalcitrance)。

纤维素是绿色植物、多种形式的藻类和卵菌的初生细胞壁的重要结构成分。它接近于半纤维素和木质素，它们共同构成了植物纤维细胞的主要成分。另外，一些种类的细菌分泌它以形成生物膜。纤维素是由植物天然形成的，它是地球上最丰富的有机聚合物。

酶的作用是水解。酶是特定类型的催化剂，例如液体或固体酸。纤维素可以通过许多途径来制备成许多产品，产品包括纳米纤维素、微晶纤维素、葡萄糖、你可以由葡萄糖制备的包括乙醇的许多东西，以及你可以将乙醇制备的作为化学经济品的许多东西。

水解，意指水裂解反应，其是使用水使分子中的键断裂的反应。纤维素的水解产生简单还原糖的混合物，主要是葡萄糖的混合物。这些水解产物可以转化为用作液体燃料以替代石油的乙醇，并且导致更彻底、更清洁的燃烧，它们还可以用作燃料或通往制备其它燃料的途径的中间物。另外，水解产物也可以用于制造目前由石油产生的各种有机化学品。就可用能量而言，纤维素的或理论上可从纤维素中获得的葡萄糖产物的燃烧热量表示为：一磅纤维素近似等于0.35磅汽油或其它燃料。

据估计，在地球上，每年通过光合作用固定并沉积大约6.45×10¹¹吨的碳，其中一半以纤维素形式存在。另外，据估计，目前耕地和草地上生成的生物量近似有3/4有助于废物产生。长期以来一直期望利用这种废料来开发燃料、化学品和其它有用产品的替代源。然而，主要由于纤维素的晶体结构和其中木质素的存在，水解纤维素的尝试尚未成功地提供经济上可行的产生糖的方法。这种潜在来源的巨大规模决定了改进纤维素利用方法和系统的必要性。

此外，在已知的工艺和方法中，特别是当加工极度粘稠、高度替代的产品时，高分子上的化学应力或热应力非常强烈，以至于在转化期间，高分子可能以断链的形式分解，与起始产物相比，尤其是粘稠度上或多或少地降低是显而易见的。而且，通过初步脆化或干燥步骤处理的产品的表面变得粗糙。此外，已知工艺的共同特征是，在初步干燥、脆化或压实之后，在转化纤维素衍生物上耗费了大量的能量。

因此，需要一种改进的装置、系统和方法来将纤维素物料转化为糖，如本文中将更详细地描述的那样，这种方法具有成本效益并且随时间推移提供最大的糖产量。