为原料提供定制的生物加工条件的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开的主题涉及一种为各种原材料提供定制的生物加工条件的方法和系统。特别地，令人惊讶地发现，木质素、纤维素和/或半纤维素的重量百分比与各种反应条件之间存在相关性。木质素、纤维素和半纤维素的重量百分比用于计算指数，该指数用于创建将原料分类别的加工指数。还可以计算加工调整系数并用于调整每种原材料的反应条件。

Method and System for Providing Customized Bioprocessing Conditions for Raw Materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】为原料提供定制的生物加工条件的方法和系统相关申请的交叉引用本申请要求了2016年12月9日提交的美国临时专利申请号62/432,225的优先权和权益，其通过引用全部并入本文中。
本专利技术公开的主题涉及一种为各种原材料提供定制的生物加工条件的方法和系统。
技术介绍
存在许多不同类型和种类的可以加工以生产糖、纸浆等的原材料。特别地，这些原材料可以由不同含量的多种组分组成，如木质素、纤维素和半纤维素。有结果表明，组成原材料的各种组分的组成差异与加工条件直接相关。例如，木质素重量百分比相对较高的原材料可能需要更长的停留时间和/或更高的温度，才能在加工过程中回收最大量的糖和/或纸浆。因此，提供适合多种原材料使用的定制的生物加工条件，有利于简化加工与优化产品回收率。
技术实现思路
本专利技术公开的主题涉及基于特定原材料，定制使用于亚临界水辅助水解反应器的反应条件的方法，所述方法包括：计算原材料中木质素(a)、纤维素(b)和半纤维素(c)的重量百分比；根据公式LI＝(a)/(1-a)，CI＝(b)/(1-b)，HI＝(c)/(1-c)，计算原材料的木质素指数(ligninindex，LI)、纤维素指数(celluloseindex，CI)和半纤维素指数(hemicelluloseindex，HI)；根据公式PI＝LI×100，计算原材料的加工指数(ProcessIndex，PI)；根据PI将原料分类别；和根据公式PAF＝(LI/(CI+HI))×10计算加工调整系数(processadjustmentfactor，PAF)以调整每种类别内的反应参数。利用PI和PAF计算生物加工原材料的反应条件。在一些实施例中，反应条件选自温度、压力、反应时间、NaOH重量百分比或其组合。在一些实施例中，类别阐述如下：类别A＝PI为0-30；类别B＝PI为31-39；类别C＝PI≥40。在一些实施例中，类别A原料的调整公式为：170+((类别A最高温度-类别A最低温度)/20)×原料的PAF，对于温度；150+((类别A最高psi-类别A最低psi)/20)×原料的PAF，对于压力；1+((类别A最高NaOH％-类别A最低NaOH％)/20)×原料的PAF，对于NaOH重量百分比；和8+((类别A最大反应时间-类别A最小反应时间))/20)×原料的PAF，对于反应时间。在一些实施例中，类别B原料的调整公式为：185+((类别B最高温度-类别B最低温度)/20)×原料的PAF，对于温度；250+((类别B最高psi-类别B最低psi)/20)×原料的PAF，对于压力；2+((类别B最高NaOH％-类别B最低NaOH％)/20)×原料的PAF，对于NaOH重量百分比；和18+((类别B最大反应时间-类别B最小反应时间))/20)×原料的PAF，对于反应时间。在一些实施例中，类别C原料的调整公式为：190+((类别C最高温度-类别C最低温度)/20)×原料的PAF，对于温度；350+((类别C最高psi-类别C最低psi)/20)×原料的PAF，对于压力；4+((类别C最高NaOH％-类别C最低NaOH％)/20)×原料的PAF，对于NaOH重量百分比；和28+((类别C最大反应时间-类别C最小反应时间))/20)×原料的PAF，对于反应时间。在一些实施例中，本专利技术公开的主题涉及所公开的定制的反应条件。在一些实施例中，所述方法还包括根据定制的反应条件加工原材料。在一些实施例中，将原材料加工成纸浆、糖、纤维素、木质素或其组合。在一些实施例中，原材料包含生物质。在一些实施例中，生物质选自玉米秸秆、小麦秸秆、稻杆、甘蔗渣、大麻、杏仁壳、花生壳、烟草秸秆、柳枝稷、苜蓿、冬黑麦、木本作物、木材废料、树枝、松针、锯末、造纸和纸浆工业残留物或废物流、木材纤维或其组合。在一些实施例中，本专利技术公开的计算是利用计算机自动执行的。在一些实施例中，本专利技术公开的主题物涉及用于加工原材料的系统，所述系统包括：用于加工原材料的反应器；和基于上述原材料定制的生物加工反应条件。在一些实施例中，反应器选自水平反应器或垂直反应器。具体实施方式足够详细地介绍本专利技术公开的主题，以提供对更广泛的专利技术主题的一个或多个具体实施例的理解。在不将本专利技术的主题限制为明确描述的实施例和特征的情况下，说明阐述本说明书并举例说明这些实施例的特征。鉴于这些描述的考虑可能在不偏离本专利技术主题的范围的情况下产生另外的和类似的实施例和特征。除非另有定义，否则本文所用的所有技术和科学术语的含义与本专利技术主题所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。尽管可以将与本文所述方法、设备和材料类似或等同的任何方法、装置和材料用于本专利技术主题的实践或测试，但现在描述的是代表性方法、设备和材料。根据长期的专利法条约，术语“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”在本专利技术说明书(包括权利要求书)中使用时指“一个或多个”。因此，例如，提及“一反应器”可以包括多个这样的反应器，等等。除非另有说明，否则说明书和权利要求书中使用的所有表示组分数量、条件等的所有数字在任何情况下都应理解为用术语“约”进行了修饰。因此，除非另有说明，否则在本申请说明书和随附的权利要求书中所述的数值参数是近似值，可以通过本专利技术公开的主题内容根据希望获得的性质而变化。如本文所用，当提及质量、重量、时间、体积、浓度和/或百分比的值或量时，术语“约”可包含以下变型：在特定的量上，在一些实施例中为+/-20％，在一些实施例中为+/-10％，在一些实施例中为+/-5％，在一些实施例中为+/-1％，在一些实施例中为+/-0.5％，在一些实施例中为+/-0.1％，因为这些变型化在公开的包装(packages)和方法中都是适当的。本专利技术公开的主题涉及一种通过亚临界水辅助水解系统为各种原材料提供定制的生物加工条件的方法和系统。特别地，令人惊讶发现，木质素、纤维素和/或半纤维素的重量百分比与各种反应条件之间存在相关性。可以根据已知方法计算在原料中的木质素、纤维素和半纤维素的重量百分比(干重)。术语“木质素”是指单木质醇(monolignol)单体的苯基丙烷聚合物，其作为植物和某些类型藻类的的次生细胞壁的必要组成部分而被发现。术语“纤维素”是指形成线性链的β(1-4)键连D-葡萄糖单元的均聚物。术语“半纤维素”是指包含不同糖单元的异质共聚物，例如(但不限于)木糖、甘露糖、半乳糖、鼠李糖和/或阿拉伯糖，其形成具有几百到几千个糖单元的支链聚合物。原料的木质素指数、纤维素指数和半纤维素指数可以按如下计算：原料木质素％(干重)＝a原料木质素指数(“LI”)＝a/(1-a)原料纤维素％(干重)＝b原料纤维素指数(“CI”)＝b/(1-b)原料半纤维素％(干重)＝c原料半纤维素指数(“HI”)＝c/(1-c)基于LI，可以创建一个分类策略，这里称为加工指数(PI)。PI＝(LI)×100。已确定每种原料具有不同的木质素/纤维素/半纤维素比率。因此，创建了一个加工调整系数(PAF)来调整每个加工类别中的反应参数。例如，可以使用以下公式定义PAF范围：PAF＝(LI/(CI+HI))×100。得到的亚临界水水解加工类别可以根据PI分为3种类别。特别地，PI为0-30的原料分为类别A，PI本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于原材料定制反应器中使用的反应条件的方法，所述方法包括：a.计算原材料中木质素(a)、纤维素(b)和半纤维素(c)的重量百分比；b.根据公式LI＝(a)/(1‑a)；CI＝(b)/(1‑b)；HI＝(c)/(1‑c)计算原材料的木质素指数(LI)、纤维素指数(CI)和半纤维素指数(HI)；c.根据公式PI＝LI×100计算原材料的加工指数(PI)；d.根据PI将原材料分类别；e.根据公式PAF＝(LI/(CI+HI))×10计算加工调整系数(PAF)，以调整每种类别内的反应参数；其中，利用PI和PAF计算生物加工原材料的反应条件；以及其中反应条件为温度、压力、反应时间、NaOH重量百分比。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.09 US 62/432,2251.一种基于原材料定制反应器中使用的反应条件的方法，所述方法包括：a.计算原材料中木质素(a)、纤维素(b)和半纤维素(c)的重量百分比；b.根据公式LI＝(a)/(1-a)；CI＝(b)/(1-b)；HI＝(c)/(1-c)计算原材料的木质素指数(LI)、纤维素指数(CI)和半纤维素指数(HI)；c.根据公式PI＝LI×100计算原材料的加工指数(PI)；d.根据PI将原材料分类别；e.根据公式PAF＝(LI/(CI+HI))×10计算加工调整系数(PAF)，以调整每种类别内的反应参数；其中，利用PI和PAF计算生物加工原材料的反应条件；以及其中反应条件为温度、压力、反应时间、NaOH重量百分比。2.根据权利要求1所述的方法，其中各类别阐述如下：a.类别A＝PI为0-30；b.类别B＝PI为31-39；以及c.类别C＝PI≥40。3.根据权利要求2所述的方法，还包括从以下选择用于类别A原料的调整公式：a.170+((类别A最高温度-类别A最低温度)/20)×原料的PAF，对于温度；b.150+((类别A最高psi-类别A最低psi)/20)×原料的PAF，对于压力；c.1+((类别A最高NaOH％-类别A最低NaOH％)/20)×原料的PAF，对于NaOH重量百分比；d.8+((类别A最大反应时间-类别A最小反应时间))/20)×原料的PAF，对于反应时间；以及e.其组合。4.根据权利要求2所述的方法，还包括从以下选择用于类别B原料的调整公式：a.185+((类别B最高温度-类别B最低温度)/20)×原料的PAF，对于温度；b.250+((类别B最高psi-类别B最低psi)/20)×原料的PAF，对压力；c.2+((类别B最高NaOH％-类别B最低NaOH％)/20)×原料的PAF，对于NaOH重量百分比；d.8+((类别B最大反应时间-类别B最小反应时间))/20)×原料的PAF，对于反应时间；以及e.其组合。5.根据权利要求2所述的方法，还包括从以下选择用于类别C原料的调整公式：a.190+((类别C最高温度-类别C最低温度)/20)×原料的PAF，对于温度；b.350+((类别C最高psi-类别C最低psi)/20)×原料的PAF，对于压力；c.4+((类别C最高NaOH％-类别C最低NaOH％)/20)×原料的PAF，对于NaOH重量百分比；d.18+((类别C最大反应时间-类别C最小反应时间))/20)×原料的PAF，对于反应时间；以及e.其组合。6.根据权利要求1所述的定制反应条件。7.根据权利要求1所述的方法，还包括加工所述原材料。8.根据权利要求7所述的方法，其中将所述原材料加工成纸浆、糖、纤维素、木质素或其组合。9.根据权利要求1所述的方法，其中原材料包含生物质。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述生物质包括玉米秸秆、小麦秸秆、稻草、甘蔗渣、大麻、杏仁壳、花生壳、烟草秸秆、柳枝稷、苜蓿、冬黑麦、木本作物、木材废料、树枝、松针、锯末、造纸和纸浆工业残留物或废液、木材纤维或其组合。11.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·鲍勃，F·G·巴拉，HC·苏，C·哈特曼，
申请(专利权)人：泰顿生物科学有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US