本申請(qǐng)是分案申請(qǐng)，母案的申請(qǐng)?zhí)枮?01080027348.x(國際申請(qǐng)?zhí)杙ct/us2010/035315)，申請(qǐng)日為2010年5月18日，發(fā)明名稱為“加工生物量”。

本申請(qǐng)進(jìn)一步如下進(jìn)行描述：

相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)要求于2009年5月20日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/179,995和于2009年6月19日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)序列號(hào)61/218,832的優(yōu)先權(quán)。這些臨時(shí)申請(qǐng)各自的完全公開內(nèi)容通過引用在此合并入本文。

背景

纖維素和木質(zhì)纖維素材料在許多應(yīng)用中以大量產(chǎn)生、加工且使用。通常此類材料使用一次，并且隨后作為廢物拋棄，或僅視為廢物材料，例如污水、甘蔗渣、鋸屑和秸稈。

多種纖維素和木質(zhì)纖維素材料、其用途和應(yīng)用已在美國專利號(hào)7,307,108、7,074,918、6,448,307、6,258,876、6,207,729、5,973,035和5,952,105中；以及在多個(gè)專利應(yīng)用中描述，包括于2006年3月23日提交的“fibrousmaterialsandcomposites”，pct/us2006/010648，和“fibrousmaterialsandcomposites”，美國專利申請(qǐng)?zhí)?007/0045456。

概述

一般地，本發(fā)明涉及通過例如使用酶將材料的纖維素部分轉(zhuǎn)換為低分子量糖，用于糖化或液化材料例如纖維素或木質(zhì)纖維素原料的過程。本發(fā)明還涉及例如通過發(fā)酵將原料轉(zhuǎn)換為產(chǎn)物。

本文公開的過程可以利用低堆密度材料例如纖維素或木質(zhì)纖維素原料，其已進(jìn)行物理預(yù)處理以具有小于約0.5g/cm³的堆密度，例如小于約0.35g/cm³、0.25g/cm³、0.20g/cm³、0.15g/cm³、0.10g/cm³、0.05g/cm³或更少，例如0.025g/cm³。

此類材料可以特別難以與液體例如與水或溶劑系統(tǒng)混合，用于糖化、發(fā)酵或其他加工。由于其低堆密度，材料趨于漂浮在液體表面而不是在其中分散。在某些情況下，材料可以是疏水、高度結(jié)晶或在其他方面難以潤濕的。同時(shí)，希望以相對(duì)高固體水平分散加工原料，以便獲得在糖化材料中糖的高終濃度，或在加工后所需產(chǎn)物(例如在發(fā)酵后乙醇或一種或多種其他醇)的高濃度。在某些實(shí)施方案中，利用本文描述的方法在加工過程中分散的固體水平可以是例如至少20、25、30、35、40、45或甚至至少50重量％溶解固體。

本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)通過使用某些混合技術(shù)和設(shè)備，可以增強(qiáng)原料在液體混合物中的分散，并且因此可以增加混合物的固體水平。本文公開的混合技術(shù)和設(shè)備還增強(qiáng)混合物中的質(zhì)量轉(zhuǎn)移和因此反應(yīng)速率，并且避免對(duì)混合物的敏感成分例如微生物和酶的傷害，或使對(duì)混合物的敏感成分例如微生物和酶的傷害降到最低。特別地，已發(fā)現(xiàn)噴射混合技術(shù)包括例如噴射曝氣和射流攪拌提供良好潤濕、分散和機(jī)械破碎。通過增加混合物的固體水平，加工過程可以更快速、更有效和更劃算地進(jìn)行，并且可以增加所得到的最終產(chǎn)物濃度。

本文公開的某些過程包括原料的糖化，和原料從例如在其中產(chǎn)生或貯存原料的遙遠(yuǎn)場所轉(zhuǎn)運(yùn)到制造設(shè)施。在某些情況下，糖化可以部分或完全在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)生。在此類情況下，在轉(zhuǎn)運(yùn)器皿中提供混合例如噴射混合可以是有利的。在某些情況下，糖化可以在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中完成。在某些情況下，發(fā)酵可以部分或完全在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)生。

在某些實(shí)現(xiàn)中，該加工過程進(jìn)一步包括在糖化前或過程中減少原料的不順應(yīng)。該加工過程可以包括測量原料的木質(zhì)素含量且基于測量的木質(zhì)素含量測定是否需要預(yù)處理和在何種條件下的進(jìn)一步步驟。

在一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于包括通過使用噴射混合器使原料與液體介質(zhì)和糖化劑在器皿中混合，糖化生物量原料的方法。

某些實(shí)施方案包括一個(gè)或多個(gè)下述特征。原料可以具有小于約0.5g/cm³的堆密度。原料可以是例如纖維素或木質(zhì)纖維素材料。液體可以包括水。糖化劑可以包括酶。噴射混合器可以包括例如射流攪拌器、噴射曝氣型混合器或抽吸室噴射混合器。如果使用噴射曝氣型混合器，那么它可以不通過噴射混合器注入空氣而使用。例如，如果噴射曝氣型混合器包括具有第一個(gè)進(jìn)入線路和第二個(gè)進(jìn)入線路的噴嘴，那么在某些情況下，2個(gè)進(jìn)入線路供應(yīng)液體。在某些情況下，混合包括將原料以增量加入液體介質(zhì)中并且在添加之間混合。該方法可以進(jìn)一步包括在混合過程中，監(jiān)控原料、液體介質(zhì)和糖化劑的混合物的葡萄糖水平，并且在某些情況下，在糖化過程中將另外的原料和糖化劑加入器皿中。混合器皿可以是例如槽、軌道車或油罐卡車。在某些情況下，糖化可以部分或完全在原料、液體介質(zhì)和糖化劑的混合物的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)生。該方法可以進(jìn)一步包括將乳化劑或表面活性劑加入器皿中的混合物中。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于通過使用在器皿內(nèi)一般產(chǎn)生環(huán)形流動(dòng)的混合器，使原料與液體介質(zhì)和糖化劑在器皿中混合來糖化生物量原料。

在某些實(shí)施方案中，混合器配置為經(jīng)過混合過程使液體介質(zhì)的總體溫度中的任何增加限制為小于5℃。在某些實(shí)施方案中，這個(gè)方面還可以包括上文討論的任何特征。

在再進(jìn)一步的方面，本發(fā)明的特征在于包括通過使用噴射混合器使低分子量糖與微生物在液體介質(zhì)中混合，將低分子量糖轉(zhuǎn)換為產(chǎn)物的方法。

某些實(shí)施方案包括一個(gè)或多個(gè)下述特征。液體介質(zhì)可以包括水。微生物可以包括酵母。噴射混合器可以包括射流攪拌器、噴射曝氣型混合器或抽吸室噴射混合器。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于包括槽、具有排列在槽內(nèi)的噴嘴的噴射混合器、配置為將生物量原料遞送至槽的遞送裝置，和配置為將測定量的糖化劑遞送至槽的遞送裝置。

某些實(shí)施方案包括一個(gè)或多個(gè)下述特征。噴射混合器可以進(jìn)一步包括發(fā)動(dòng)機(jī)，并且該儀器可以進(jìn)一步包括配置為監(jiān)控在混合過程中在發(fā)動(dòng)機(jī)上的轉(zhuǎn)矩的裝置。該儀器還可以包括基于來自轉(zhuǎn)矩監(jiān)控裝置的輸入，調(diào)整原料遞送裝置和/或糖化劑遞送裝置的操作的控制器。

本發(fā)明的特征還在于這樣的方法，其包括糖化器皿中的生物量原料，以形成經(jīng)糖化的混合物；用微生物接種器皿中的經(jīng)糖化的混合物；且允許接種的經(jīng)糖化的混合物在器皿中發(fā)酵。

在某些情況下，器皿的內(nèi)容物在發(fā)酵過程中轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)運(yùn)器皿，并且發(fā)酵在轉(zhuǎn)運(yùn)器皿中繼續(xù)。該方法可以進(jìn)一步包括在糖化和發(fā)酵過程中用噴射混合器攪拌器皿的內(nèi)容物。在某些實(shí)施方案中，該方法進(jìn)一步包括監(jiān)控發(fā)酵混合物的氧含量和乙醇含量和/或糖含量。

在另一個(gè)方面，本發(fā)明的特征在于發(fā)酵系統(tǒng)，其包括具有通風(fēng)孔的器皿；與器皿聯(lián)系的氧的來源；配置為監(jiān)控器皿中液體的氧含量的氧監(jiān)控器；和使用通風(fēng)孔和氧來源，響應(yīng)來自氧監(jiān)控器的輸入，配置為調(diào)整液體的氧含量的控制器。

如果需要氧合作用，那么進(jìn)入器皿內(nèi)的氧的流速可以是相對(duì)低的。例如，控制器可以配置為以小于0.2vvm的速率氧合器皿，例如小于0.1、0.05、0.025，或甚至小于0.01vvm。

發(fā)酵系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括配置為監(jiān)控器皿中液體的糖濃度和/或乙醇濃度的發(fā)酵監(jiān)控器；和基于由發(fā)酵監(jiān)控器接受的輸入，配置為停止發(fā)酵的控制器。在某些情況下，該系統(tǒng)包括響應(yīng)配置為從監(jiān)控器接受的信號(hào)而停止發(fā)酵的發(fā)酵停止模塊。

本文提及或與之附著的所有出版物、專利申請(qǐng)、專利和其他參考文獻(xiàn)通過引用整體合并用于它們包括的所有那種。

附圖簡述

圖1是舉例說明纖維素至葡萄糖的酶促水解的圖解。

圖2是舉例說明經(jīng)由葡萄糖溶液的生產(chǎn)和轉(zhuǎn)運(yùn)，原料至乙醇的轉(zhuǎn)換的流程圖。圖2a是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的糖化系統(tǒng)的圖解舉例說明。

圖3是已翻新改進(jìn)以利用本文公開的溶液和懸浮液的乙醇制造設(shè)施的示意圖。

圖4和4a是舉例說明離開噴嘴的射流的圖解。

圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的射流攪拌器的圖解透視圖。圖5a是圖5的射流攪拌器的葉輪和噴射管的放大透視圖。圖5b是備選葉輪的放大透視圖。

圖6是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的抽吸室噴射混合噴嘴的圖解。圖6a是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案的抽吸室噴射混合系統(tǒng)的透視圖。

圖7是用于根據(jù)另一個(gè)備選實(shí)施方案的抽吸室噴射混合系統(tǒng)的噴射混合噴嘴的圖解透視圖。

圖8是槽和置于槽中的噴射曝氣型混合系統(tǒng)的圖解透視圖，其中槽顯示為透明的，以允許看見噴射混合器和相關(guān)管道。圖8a是在圖8的噴射曝氣系統(tǒng)中使用的噴射混合器的透視圖。圖8b是其中提供進(jìn)氣口的相似系統(tǒng)的圖解透視圖。

圖9是根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案的噴射曝氣型混合器的橫斷面視圖。

圖10是根據(jù)一個(gè)備選實(shí)施方案的噴射曝氣型混合器的橫斷面視圖。

圖11-13是舉例說明含有噴射混合器的不同配置的槽中的備選流動(dòng)模式。

圖14是舉例說明根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案在反沖洗過程中在槽中發(fā)生的流動(dòng)模式的圖解。

圖15和15a分別顯示對(duì)于使用脈沖空氣便攜式混合系統(tǒng)的運(yùn)輸中混合建立的油罐卡車和軌道車。

圖16和16a是根據(jù)一個(gè)備選實(shí)施方案在混合器中使用的混合珠的2個(gè)實(shí)施方案的透視圖。

圖17是根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方案的噴射曝氣型系統(tǒng)的側(cè)視圖，顯示噴嘴在槽中的多水平安排。

圖18和18a分別是使在混合過程中沿著槽壁的滯留量降到最低的裝置的圖解頂視圖和透視圖。

圖19、20和21-21a是提供混合同時(shí)也使沿著槽壁的滯留量降到最低的多種噴水裝置的視圖。

圖22是具有圓底和從上方延伸到槽內(nèi)的2個(gè)噴射混合器的槽的橫斷面視圖。

詳述

使用本文描述的方法，可以加工生物量(例如植物生物量、動(dòng)物生物量、紙和城市廢物生物量)，以產(chǎn)生有用的中間產(chǎn)物和產(chǎn)物，例如本文描述的那些。本文描述了可以使用纖維素和/或木質(zhì)纖維素材料作為原料材料的系統(tǒng)和加工過程，所述纖維素和/或木質(zhì)纖維素材料是可容易獲得的，但通過加工過程例如發(fā)酵可以難以加工。本文描述的許多加工過程可以有效降低原料的不順應(yīng)水平，使得其更易于加工，例如通過生物加工(例如用本文描述的任何微生物，例如同型產(chǎn)乙酸菌(homoacetogen)或同型產(chǎn)乙酸菌(heteroacetogen)，和/或本文描述的任何酶)、熱加工(例如氣化或熱解)或化學(xué)方法(例如酸水解或氧化)。生物量原料可以使用本文描述的任何方法中的一種或多種進(jìn)行處理或加工，所述方法例如機(jī)械處理、化學(xué)處理、輻射、超聲處理、氧化、熱解或蒸汽爆炸。各種處理系統(tǒng)和方法可以以本文或其他地方所述的這些技術(shù)或其他中的2種、3種或甚至4種或更多種的組合使用。

本文公開的加工過程可以利用低堆密度材料例如纖維素或木質(zhì)纖維素原料，其已進(jìn)行物理預(yù)處理以具有小于約0.5g/cm³的堆密度，例如小于約0.35g/cm³、0.25g/cm³、0.20g/cm³、0.15g/cm³、0.10g/cm³、0.05g/cm³或更少，例如0.025g/cm³。堆密度使用astmd1895b進(jìn)行測定。簡言之，該方法涉及用樣品填充已知體積的量筒，并且獲得樣品的重量。通過用以克表示的樣品重量除以以立方厘米表示的圓筒的已知體積來計(jì)算堆密度。

為了將原料轉(zhuǎn)換為可以容易加工的形式，通過糖化劑例如酶或酸，使原料中的含葡聚糖或木聚糖纖維素水解為低分子量碳水化合物例如糖，稱為糖化的加工過程。低分子量碳水化合物隨后可以用于例如現(xiàn)有制造工廠中，例如單細(xì)胞蛋白質(zhì)工廠、酶制造工廠或燃料工廠，例如乙醇制造設(shè)施。

通過使材料和糖化劑在液體介質(zhì)例如溶劑例如水溶液中組合，可以用糖化劑處理包括纖維素的材料。使用具有本文描述的混合特征的一種或多種混合器例如一種或多種噴射混合器，充分混合糖化劑、材料和液體介質(zhì)。在某些實(shí)現(xiàn)中，材料和/或糖化劑遞增地而不是一齊加入。例如，可以將一份材料加入液體培養(yǎng)基中，并且與糖化劑混合，直至材料是至少部分糖化的，在這個(gè)點(diǎn)將第二份材料加入混合物中。這個(gè)過程可以繼續(xù)直至獲得所需糖濃度。

斷裂生物量例如生物量的纖維素和/或木質(zhì)素部分的酶和生物量破壞生物包括或制造多種纖維素分解酶(纖維素酶)、木質(zhì)酶或多種小分子生物量破壞代謝產(chǎn)物。這些酶可以是協(xié)同作用以降解生物量的結(jié)晶纖維素或木質(zhì)素部分的酶的復(fù)合物。纖維素分解酶的例子包括：內(nèi)切葡聚糖酶、纖維二糖水解酶和纖維二糖酶(β-葡糖苷酶)。參考圖1，纖維素底物最初通過內(nèi)切葡聚糖酶在隨機(jī)位置上水解，產(chǎn)生寡聚中間產(chǎn)物。這些中間產(chǎn)物隨后是關(guān)于外切型葡聚糖酶例如纖維二糖水解酶的底物，以從纖維素聚合物的末端產(chǎn)生纖維二糖。纖維二糖是水溶性1,4-連接的葡萄糖二聚體。最后，纖維二糖酶切割纖維二糖以產(chǎn)生葡萄糖。合適的纖維素酶將在本文中稍后節(jié)段中討論。

糖化加工過程可以部分或全部(a)在制造工廠中在槽(例如具有至少4000、40,000、400,000、4,000,000或40,000,000l體積的槽)中執(zhí)行，和/或(b)在運(yùn)輸中，例如在軌道車、油罐卡車中或在超大型油輪或船的貨艙中執(zhí)行。完全糖化所需的時(shí)間將取決于加工條件以及使用的原料和酶。如果糖化在制造工廠中在控制條件下執(zhí)行，那么纖維素可以在約12-96小時(shí)內(nèi)基本上完全轉(zhuǎn)換為葡萄糖。如果糖化部分或全部在運(yùn)輸中執(zhí)行，那么糖化可能花費(fèi)更長時(shí)間。

在某些情況下，糖化在約4-7的ph下執(zhí)行，例如約4.5-6、或約5-6。

一般優(yōu)選糖溶液中葡萄糖的終濃度相對(duì)高，例如超過15％，或超過20、30、40、50、60、70、80、90，或甚至超過95重量％。這減少了待運(yùn)送的體積，并且還抑制溶液中的微生物生長。在糖化后，水的體積可以例如通過蒸發(fā)或蒸餾而減少。

通過限制與酶一起加入原料中的水量，可以獲得相對(duì)高濃度的溶液。濃度還可以通過控制發(fā)生多少糖化而得到控制。例如，可以通過將更多原料加入溶液中而增加濃度。例如通過增加溶液的溫度，和/或通過如下文將討論的加入表面活性劑，可以增加介質(zhì)中原料的溶解度。例如，溶液可以維持在40-50℃、50-60℃、60-80℃或甚至更高。

參考圖2，用于制造醇例如乙醇的加工過程可以包括例如任選在物理上預(yù)處理原料，例如以減少其尺寸(步驟110)，在這個(gè)處理前和/或后，任選處理原料，以減少其不順應(yīng)(步驟112)，且使原料糖化以形成糖溶液(步驟114)。如下文將詳細(xì)討論的，通過使原料在液體介質(zhì)例如水中的分散體與酶混合(步驟111)可以執(zhí)行糖化。在糖化過程中或之后，例如通過管道、軌道車、貨車或駁船，可以將混合物(如果糖化在途中部分或完全執(zhí)行)或溶液轉(zhuǎn)運(yùn)至制造工廠(步驟116)。在工廠，溶液可以進(jìn)行生物加工，以產(chǎn)生所需產(chǎn)物例如乙醇(步驟118)，這隨后例如通過蒸餾進(jìn)一步加工(步驟120)。這個(gè)加工過程的個(gè)別步驟將在下文詳細(xì)描述。需要時(shí)，可以在加工過程的多個(gè)階段執(zhí)行測量木質(zhì)素含量(步驟122)和設(shè)置或調(diào)整加工過程參數(shù)(步驟124)的步驟，例如僅在用于改變?cè)系慕Y(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)過程步驟前，如所示的。如果包括這些步驟，那么調(diào)整加工過程參數(shù)以補(bǔ)償原料的木質(zhì)素含量中的變化，如于2009年2月11日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/151,724中所述的，其完整公開內(nèi)容通過引用合并入本文。

混合步驟111和糖化步驟114可以使用例如圖2a中所示的系統(tǒng)執(zhí)行。這個(gè)系統(tǒng)包括傳送機(jī)130，這接受已通過原料預(yù)處理模塊132處理以減少其尺寸和任選減少其不順應(yīng)(上文步驟110和112)的原料。原料134遞送至含有液體介質(zhì)138例如水的槽136，所述液體介質(zhì)138通過有閥管道系統(tǒng)(未顯示)遞送至槽。分散系統(tǒng)可以用于促進(jìn)原料起始分散到液體介質(zhì)內(nèi)，例如如于2010年1月20日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/296,658中公開的，其完全公開內(nèi)容通過引用合并入本文。

糖化劑從漏斗140遞送到槽，所述漏斗140包括計(jì)量裝置142。槽的內(nèi)容物通過一個(gè)或多個(gè)噴射混合器進(jìn)行混合。噴射混合器144在圖2a中圖解表示；合適的噴射混合器的例子將在下文詳細(xì)描述。噴射混合器使用發(fā)動(dòng)機(jī)146產(chǎn)生噴射，所述發(fā)動(dòng)機(jī)146驅(qū)動(dòng)泵和/或轉(zhuǎn)子(未顯示)。通過發(fā)動(dòng)機(jī)146施加的轉(zhuǎn)矩與槽中混合物的固體水平關(guān)聯(lián)，這進(jìn)而反映混合物已糖化的程度。轉(zhuǎn)矩通過轉(zhuǎn)矩監(jiān)控器148測量，這對(duì)驅(qū)動(dòng)傳送機(jī)130的發(fā)動(dòng)機(jī)150以及漏斗140的計(jì)量裝置142發(fā)送信號(hào)。因此，經(jīng)處理的原料和酶的供應(yīng)可以根據(jù)槽的內(nèi)容物的糖化而中斷且重新開始。通過轉(zhuǎn)矩監(jiān)控器測量的數(shù)據(jù)還可以用于調(diào)整噴射混合器，例如對(duì)于利用轉(zhuǎn)子的混合器至更低rpm，或?qū)τ诒抿?qū)動(dòng)的混合器至更低噴射速度。代替或加上轉(zhuǎn)矩監(jiān)控器，該系統(tǒng)可以包括amp監(jiān)控器(未顯示)，其測量發(fā)動(dòng)機(jī)的滿載電流量。在某些情況下，噴射混合器可以包括變頻器(vfd)，以允許調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的速度。

該系統(tǒng)還可以包括熱監(jiān)控器(未顯示)，其監(jiān)控液體介質(zhì)的溫度，且響應(yīng)溫度中的增加而調(diào)整原料的補(bǔ)料速率和/或混合條件。此類溫度反饋環(huán)可以用于預(yù)防液體介質(zhì)達(dá)到將使酶變性的溫度。

當(dāng)一個(gè)或多個(gè)泵在本文描述的系統(tǒng)中使用時(shí)，一般優(yōu)選使用正排量(pd)泵，例如進(jìn)行性空腔或螺旋型pd泵。

在某些情況下，制造工廠可以是例如現(xiàn)有的基于谷物或基于糖的乙醇工廠或已通過去除或解除來自生物加工系統(tǒng)上游的設(shè)備(這在一般的乙醇工廠中通常包括谷物接受設(shè)備、錘磨機(jī)、漿混合器、蒸煮設(shè)備和液化設(shè)備)而翻新改進(jìn)的工廠。因此，由工廠接受的原料直接輸入發(fā)酵設(shè)備內(nèi)。翻新改進(jìn)的工廠示意性顯示于圖3中。現(xiàn)有的基于谷物或基于糖的乙醇工廠以這種方式的使用在于2010年2月11日提交的美國序列號(hào)12/704,521中描述，其完全公開內(nèi)容通過引用合并入本文。

在某些實(shí)施方案中，代替將糖化的原料(糖溶液)轉(zhuǎn)運(yùn)至獨(dú)立的制造工廠或甚至獨(dú)立的槽，在相同槽或用于糖化的其他器皿中接種且發(fā)酵糖溶液。發(fā)酵可以在相同器皿中完成，或可以以這種方式開始且隨后如上所述在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中完成。在單個(gè)槽中的糖化和發(fā)酵在于2010年1月20日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/296,673中描述，其完全公開內(nèi)容通過引用合并入本文。

一般地，發(fā)酵器皿中的氧水平應(yīng)例如通過監(jiān)控氧水平且使槽通氣或需要時(shí)使混合物曝氣加以控制。還希望監(jiān)控器皿中的乙醇水平，從而使得當(dāng)乙醇水平開始下降時(shí)，發(fā)酵加工過程可以例如通過加熱或添加亞硫酸氫鈉得到停止。停止發(fā)酵的其他方法包括加入過氧化物(例如過氧乙酸或過氧化氫)，加入硫酸或其鹽，使器皿的內(nèi)容物冷卻，或減少氧噴灑速率?？梢允褂眠@些方法中的任何2種或更多種的組合。如果發(fā)酵待在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中進(jìn)行或完成，那么轉(zhuǎn)運(yùn)器皿(例如軌道車或油罐卡車的槽)可以配備控制單元，這包括氧監(jiān)控器和乙醇監(jiān)控器，和用于將亞硫酸氫鈉(或其他發(fā)酵終止添加劑)遞送至槽的遞送系統(tǒng)和/或用于調(diào)整槽中的參數(shù)以停止發(fā)酵的系統(tǒng)。

需要時(shí)，在發(fā)酵過程中可以利用噴射混合，并且如果發(fā)酵在與糖化相同的器皿中進(jìn)行，那么可以利用相同設(shè)備。然而，在某些實(shí)施方案中，噴射混合是不必要的。例如，如果發(fā)酵在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中進(jìn)行，那么軌道車或油罐卡車的移動(dòng)可以提供足夠攪拌。

混合原料、酶和液體

混合特征

各種類型的混合裝置在下文描述，并且可以使用其他混合裝置。合適混合器具有的共同點(diǎn)在于它們產(chǎn)生高速循環(huán)流，例如以環(huán)形或橢圓形模式的流動(dòng)。一般地，優(yōu)選混合器顯示高總體流速。優(yōu)選混合器給這個(gè)混合作用提供相對(duì)低的能量消耗。一般還優(yōu)選混合器產(chǎn)生相對(duì)低的剪切且避免液體介質(zhì)的加熱，因?yàn)榧羟泻?或熱可以有害地影響糖化劑(或微生物，例如在發(fā)酵的情況下)。如下文將詳細(xì)討論，某些優(yōu)選混合器將混合物通過入口吸取到混合元件內(nèi)，所述混合元件可以包括轉(zhuǎn)子或葉輪，并且隨后通過出口噴嘴從混合元件中排出混合物。這個(gè)循環(huán)作用和噴射離開噴嘴的高速度，幫助分散在液體或材料的表面上漂浮的材料或已沉降至槽的底部的材料，取決于混合元件的定向?；旌显梢砸圆煌ㄏ蚍胖茫苑稚⑵『统两挡牧希⑶一旌显亩ㄏ蛟谀承┣闆r下可以是可調(diào)整的。

在某些優(yōu)選混合系統(tǒng)中，當(dāng)它遇到外圍流體時(shí)，噴射的速度vo是約2-300m/s，例如約5-150m/s或約10-100m/s?；旌舷到y(tǒng)的電力消耗對(duì)于100,000l槽可以是約20-1000kw，例如30-570kw或50-500kw或150-250kw。一般優(yōu)選電力使用對(duì)于成本效益很低。

噴射混合

噴射混合涉及高速液體的沉沒噴射或多個(gè)沉沒噴射排放到流體介質(zhì)內(nèi)，在這種情況下是生物量原料、液體介質(zhì)和糖化劑的混合物。液體的噴射穿透流體介質(zhì)，其能量通過紊流和某些初熱消散。這種紊流與速度梯度(流體剪切)相關(guān)。周圍流體得到加速且夾帶到射流內(nèi)，其中這個(gè)次級(jí)夾帶流隨著與噴射噴嘴的距離增加而增加。當(dāng)噴射擴(kuò)張時(shí)，二次流的動(dòng)量一般保持恒定，只要流動(dòng)不擊中壁、地板或其他障礙。在其擊中任何障礙前流動(dòng)繼續(xù)越久，夾帶到二次流內(nèi)的液體越多，增加槽或器皿中的總體流量。當(dāng)它遇到障礙時(shí)，二次流將丟失動(dòng)量，或多或少取決于槽的幾何學(xué)，例如流動(dòng)在其上碰撞到障礙上的角度。一般希望這樣定向噴射和/或設(shè)計(jì)槽，從而使得對(duì)于槽壁的水力損失降到最低。例如，可能希望槽具有弓形底部(例如圓頂頭板)，并且希望噴射混合器定向相對(duì)接近于側(cè)壁，如圖22中所示。槽底部(較低頭板)可以具有任何所需圓頂配置，或可以具有橢圓形或圓錐形幾何學(xué)。

噴射混合不同于大多數(shù)類型的液體/液體和液體/固體混合，因?yàn)轵?qū)動(dòng)力是水力而不是機(jī)械的。代替剪切流體和推進(jìn)其環(huán)繞混合器皿，如機(jī)械攪拌器做的，噴射混合器迫使流體通過槽內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)噴嘴，產(chǎn)生夾帶其他流體的高速噴射。結(jié)果是剪切(流體針對(duì)流體)和循環(huán)，這有效混合槽內(nèi)容物。

參考圖4，在來自沉沒噴射和周圍流體的核心流動(dòng)之間的高速梯度引起渦流。圖4a舉例說明沉沒噴射的一般特征。當(dāng)沉沒噴射擴(kuò)展到周圍外圍環(huán)境內(nèi)時(shí)，速度曲線隨著與噴嘴的距離(x)增加而變平。此外，速度梯度dv/dr隨著在給定距離x的r(與噴射中線的距離)改變，從而使得產(chǎn)生限定混合區(qū)帶的渦流(來自噴嘴的圓錐形擴(kuò)展)。

在空氣中的沉沒噴射的實(shí)驗(yàn)研究中(其結(jié)果可應(yīng)用于任何流體，包括水)，albertson等人("diffusionofsubmergedjets,"2409頁，amer.soc.ofcivilengineerstransactions，第115卷:639-697，1950，在第657頁)發(fā)展對(duì)于v(x)r＝0/vo(中線速度)、v(r)x/v(x)r＝0(在給定x的速度曲線)、qx/q0(流動(dòng)夾帶)和ex/e0(隨著x的能量改變)的無量綱關(guān)系：

(1)中線速度，v(x)r＝0/vo：

(2)在任何給定x的速度曲線，v(r)x/v(x)r＝0：

(3)在任何x的流動(dòng)和能量：

其中：

v(r＝0)＝沉沒噴射的中線速度(m/s)，

v0＝當(dāng)它從噴嘴出現(xiàn)時(shí)的噴射速度(m/s)，

x＝與噴嘴的距離(m)，

r＝與噴嘴中線的距離(m)，

d0＝噴嘴直徑(m)，

qx＝在與噴嘴的距離x上跨越任何給定平面的流體的流動(dòng)(me/s)，

q0＝從噴嘴出現(xiàn)的流體的流動(dòng)(m3/s)，

e＝在與噴嘴的距離x上跨越任何給定平面的流體的能流(m³/s)，

e0＝從噴嘴出現(xiàn)的流體的能流(m³/s)。

("watertreatmentunitprocesses：physicalandchemical,"davidw.hendricks，crcpress2006，第411頁.)

噴射混合在大體積(超過1,000加侖)和低速(在1,000cps下)應(yīng)用中是特別劃算的。在大多數(shù)情況下噴射混合器的泵或發(fā)動(dòng)機(jī)不沉沒一般也是有利的，例如當(dāng)使用泵時(shí)，它一般定位在器皿外。

噴射混合的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是外圍流體的溫度(除直接鄰近噴嘴的出口外，在其中可能存在某些局限性加熱)僅輕微增加，如果存在的話。例如，溫度可以增加小于5℃、小于1℃或不至任何可測量的程度。

射流攪拌器

一類射流攪拌器顯示于圖4-4a中。這類混合器例如在商品名下rototron^tm從ika商購可得。參考圖4，混合器200包括發(fā)動(dòng)機(jī)202，其使傳動(dòng)軸204旋轉(zhuǎn)?；旌显?06固定在傳動(dòng)軸204的末端。如圖4a中所示，混合元件206包括覆蓋物208和在覆蓋物內(nèi)的葉輪210。如由箭頭指出的，當(dāng)葉輪以其“正向”方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪210通過覆蓋物的開放上端212吸取液體，并且通過開放下端214迫使液體向外。離開末端214的液體以高速流或噴射的形式。如果葉輪210的旋轉(zhuǎn)方向逆轉(zhuǎn)，那么液體可以通過下端214吸取且通過上端212排出。這可以例如用于進(jìn)入接近或在槽或器皿中液體的表面上漂浮的固體。(應(yīng)當(dāng)指出“上”和“下”指圖4中混合器的定向；混合器可以在槽中這樣定向，使得上端低于下端。)

覆蓋物208包括鄰近其末端的鐘形區(qū)域216和218。這些鐘形區(qū)域被認(rèn)為促成用這類混合器觀察到的一般環(huán)形流動(dòng)。使用相對(duì)低的電力消耗，覆蓋物和葉輪的幾何學(xué)也使流動(dòng)集中到高速流內(nèi)。

優(yōu)選地，在覆蓋物208和葉輪210之間的清除率是足夠的，以便避免當(dāng)它通過覆蓋物時(shí)材料的過量碾磨。例如，清除率可以是混合物中固體的平均顆粒大小的10倍，優(yōu)選至少100倍。

在某些實(shí)現(xiàn)中，配置柄204以允許通過柄的氣體遞送。例如，柄204可以包括通過其遞送氣體的孔(未顯示)，和氣體通過其離開而進(jìn)入混合物內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)孔口。孔口可以在覆蓋物208內(nèi)，以增強(qiáng)混合，和/或在沿著柄204的長度的其他定位。

葉輪210可以具有以高速吸取液體通過覆蓋物的任何所需幾何學(xué)。葉輪優(yōu)選是船舶葉輪，如圖4a中所示，但可以具有不同設(shè)計(jì)，例如rushton葉輪，或修改的rushton葉輪，例如如此傾斜以便提供某些軸向流。

為了生成通過覆蓋物的高速流動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)202優(yōu)選是例如能夠以500-20,000rpm操作的高速、高轉(zhuǎn)矩發(fā)動(dòng)機(jī)，例如3,000-10,000rpm。然而，混合器越大(例如覆蓋物越大和/或發(fā)動(dòng)機(jī)越大)，旋轉(zhuǎn)速度可以越低。因此，如果使用大混合器，例如5hp、10hp、20hp或30hp或更大，那么發(fā)動(dòng)機(jī)可以設(shè)計(jì)為以更低旋轉(zhuǎn)速度操作，例如小于2000rpm、小于1500rpm或甚至500rpm或更少。例如，尺寸為用以混合10,000-20,000升槽的混合器可以以900-1,200rpm的速度操作。當(dāng)混合條件隨著時(shí)間過去而改變時(shí)，例如由于固體的糖化，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩優(yōu)選是自我調(diào)整的，以維持相對(duì)恒定的葉輪速度。

有利地，混合器可以以在槽中所需角度或位置進(jìn)行定向，以所需方向指導(dǎo)射流。此外，如上所述，取決于葉輪的旋轉(zhuǎn)方向，混合器可以用于從覆蓋物的任一末端吸取流體。

在某些實(shí)現(xiàn)中，2個(gè)或更多個(gè)噴射混合器置于器皿中，其中一個(gè)或多個(gè)配置為向上噴射流體(“上泵”)并且一個(gè)或多個(gè)配置為向下噴射流體(“下泵”)。在某些情況下，上抽泵混合器將置于下抽泵混合器鄰近，以增強(qiáng)由混合器產(chǎn)生的湍流。需要時(shí)，一個(gè)或多個(gè)混合器可以在加工過程中在上向流和下向流之間轉(zhuǎn)變。在原料開始分散于液體介質(zhì)中的過程中將所有或大多數(shù)混合器轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛏铣楸媚Ｊ绞怯欣模貏e是當(dāng)原料傾倒或吹到液體的表面上時(shí)，因?yàn)橄蛏铣楸卯a(chǎn)生在表面上的顯著紊流。通過促使氣體起泡至它可以在其中通氣的表面，向上抽泵還可以在發(fā)酵過程中用于幫助從液體去除co2。

抽吸室噴射混合器

另一類的噴射混合器包括遞送來自泵的增壓流體的初級(jí)噴嘴，鄰近初級(jí)噴嘴的抽吸入口，和在抽吸入口和次級(jí)噴嘴之間延伸的抽吸室，通過所述初級(jí)噴嘴外圍流體被在初級(jí)噴嘴和較寬入口之間的壓力降所吸取。高速流體的噴射離開次級(jí)噴嘴。

這類混合器的例子顯示于圖6中。如所示的，在混合器600中，來自泵的增壓流體(未顯示)通過進(jìn)路602流動(dòng)且通過初級(jí)噴嘴603離開。通過由增壓流體的流動(dòng)引起的壓力降，外圍流體通過抽吸入口604吸取到抽吸室606內(nèi)。組合流體以高速通過次級(jí)噴嘴608從抽吸室離開進(jìn)入外圍液體內(nèi)。混合在抽吸室和外圍液體中發(fā)生，由于液體的離開噴射的噴射作用。

根據(jù)相似原理操作的混合系統(tǒng)顯示于圖6a中。體現(xiàn)這種設(shè)計(jì)的混合器在商品名flygt^tm噴射混合器下從ittwater和wastewater商購可得。在系統(tǒng)618中，泵620通過抽吸噴嘴系統(tǒng)622生成遞送至槽(未顯示)的主要流動(dòng)。抽吸噴嘴系統(tǒng)622包括以類似于上述初級(jí)噴嘴603的方式起作用的初級(jí)噴嘴624，引起外圍流體吸取到排出管628的鄰近開放末端626內(nèi)，這由于通過離開初級(jí)噴嘴的流體誘導(dǎo)的壓力降。當(dāng)高速噴射時(shí)，組合流動(dòng)隨后離開充當(dāng)次級(jí)噴嘴的排出管628的另一個(gè)末端630。

稱為噴射器噴嘴的圖7中所示的噴嘴在相似原理下操作。采用這種設(shè)計(jì)的噴嘴在商品名下商購可得。如所示的，在噴嘴700中，增壓液體流如通過入口702，并且離開初級(jí)噴嘴704，將外圍流體吸取到擴(kuò)散器708的開放末端706內(nèi)。組合流動(dòng)以循環(huán)流速a+b離開擴(kuò)散器的相對(duì)開放末端710，所述循環(huán)流速a+b是夾帶外圍流體的入口流速a和流速b的總和。

噴射曝氣型混合器

可以利用的另一類噴射混合系統(tǒng)在廢水工業(yè)中稱為“噴射曝氣混合”。在廢水工業(yè)中，這些混合器一般用于遞送增壓空氣和液體混合物的噴射，以提供曝氣。然而，在本申請(qǐng)中，在某些情況下，利用不含增壓氣體的噴射曝氣型混合器，如下文將討論的。噴射曝氣混合器的操作原理最初在其用增壓氣體的使用背景中描述，為了明確起見。

渦流噴射混合器例如圖8-8b中所示的混合器800包括以輻射模式固定在中心插孔804上的多個(gè)噴射802。噴射的輻射模式一致地分布混合能量遍及槽。如所示的，渦流噴射混合器可以在槽中中心放置，以提供在槽的中心軸周圍的環(huán)形流動(dòng)。渦流噴射混合器可以固定在管道806上，這將高速液體供應(yīng)給渦流噴射混合器。在圖8b中所示的實(shí)施方案中，空氣也通過管道812供應(yīng)給渦流噴射混合器。高速液體通過泵808遞送，所述泵808放置在槽的外部，并且將液體吸取通過在槽的側(cè)壁中的入口810。

圖9和10顯示了2類噴嘴配置，其設(shè)計(jì)為混合氣體和液體流且排出高速噴射。這些噴嘴配置略微不同于圖8和8a中所示的渦流噴射混合器，但以相似方式起作用。在圖9中所示的系統(tǒng)900中，主要或運(yùn)動(dòng)流體通過液體線路902導(dǎo)向內(nèi)部噴嘴904，通過其液體以高速穿越進(jìn)入混合區(qū)域906內(nèi)。第二種流體例如氣體例如壓縮空氣、氮或二氧化碳或液體通過第二個(gè)線路908進(jìn)入混合區(qū)域，且夾帶在通過內(nèi)部噴嘴進(jìn)入混合區(qū)域906的運(yùn)動(dòng)流體中。在某些情況下，第二種流體是氮或二氧化碳，以便減少酶的氧化。來自2個(gè)線路的組合流動(dòng)通過外部噴嘴910噴射到混合槽內(nèi)。如果第二種流體是氣體，那么微小氣泡夾帶在混合物中的液體中。液體通過泵供應(yīng)給液體線路902。如果使用氣體，那么氣體通過壓縮機(jī)提供。如果液體用作第二種流體，那么它可以具有與通過液體線路902進(jìn)入的液體相同的速度，或不同的速度。

圖10顯示備選噴嘴設(shè)計(jì)1000，其中外部噴嘴1010(其中僅顯示一個(gè))沿著狹長部件1011的長度放置，所述狹長部件1011包括與第二個(gè)線路1008平行放置的液體線路1002。每個(gè)噴嘴包括單個(gè)外部噴嘴1010和單個(gè)內(nèi)部噴嘴1004。運(yùn)動(dòng)液體與第二種流體的混合以與上文描述的系統(tǒng)900相同的方式進(jìn)行。

圖11和12舉例說明噴射曝氣型混合系統(tǒng)的例子，其中噴嘴沿著狹長部件的長度放置。在圖11中所示的例子中，狹長部件1102沿著槽1104的直徑放置，并且噴嘴1106以相對(duì)方向從噴嘴延伸，以產(chǎn)生所示流動(dòng)模式，這包括一般橢圓形流動(dòng)的2個(gè)區(qū)域，一個(gè)在中心狹長部件的任一側(cè)上。在圖12中所示的例子中，槽1204在橫斷面中一般是直角的，并且狹長部件1202沿著槽的一個(gè)側(cè)壁1207延伸。在這種情況下，噴嘴1206全部面對(duì)相同方向，朝向相對(duì)側(cè)壁1209。這產(chǎn)生所示流動(dòng)模式，其中在槽中的流動(dòng)在主軸周圍一般是橢圓形，所述主軸一般沿著槽的長度進(jìn)行中心延伸。在圖12中所示的實(shí)施方案中，噴嘴可以朝向槽地板傾斜，例如以距離水平線約15–30度的角度。

在圖13中所示的另一個(gè)實(shí)施方案中，安排噴嘴1302、1304和抽吸入口1306，以引起槽的內(nèi)容物在槽的中心垂直軸周圍以環(huán)形、滾動(dòng)環(huán)形物配置進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)且旋轉(zhuǎn)。在環(huán)形表面周圍的流動(dòng)吸取向下到槽中心，沿著地板，到壁上和回到中心，產(chǎn)生滾動(dòng)螺旋模式，這清掃中心且阻止固體沉降。環(huán)形模式在使漂浮固體對(duì)于槽中心移動(dòng)中也是有效的，在所述槽中心中它們被拉到底部，并且對(duì)于槽內(nèi)容物變得同質(zhì)的。結(jié)果是連續(xù)螺旋流動(dòng)模式，這使槽死點(diǎn)降到最低。

反沖洗

在某些情況下，本文描述的噴射噴嘴可以變得塞緊，這可以引起效率和成本效益減少。噴嘴的塞緊可以通過運(yùn)動(dòng)液體通過噴嘴的反向流去除。例如，在圖14中所示的系統(tǒng)中，這通過關(guān)閉在泵1404和流動(dòng)至噴嘴1408的液體線路1406之間的閥1402，并且激活次級(jí)泵1410來完成。次級(jí)泵1410吸取流體通過噴嘴。由于閥1402被關(guān)閉，流體隨后向上穿越通過垂直管1412。流體在其排出口1414離開垂直管1412用于再循環(huán)通過槽。

在運(yùn)輸/便攜式混合器中的混合

如上所述，需要時(shí)，糖化可以部分或完全在混合物的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)生，例如在用于處理原料的第一個(gè)加工工廠和用于產(chǎn)生最終產(chǎn)物例如乙醇的第二個(gè)加工工廠之間。在這種情況下，混合可以使用設(shè)計(jì)用于軌道車或其他便攜式用途的噴射混合器進(jìn)行。此類混合器的例子將在下文討論。如圖15和15a中圖解所示的，混合器1602、1604可以通過在例如卡車(圖15)或軌道車(圖15a)的槽中的孔1606插入?；旌掀骺梢允褂脤?duì)于槽外部的控制系統(tǒng)1608進(jìn)行操作，這可以包括例如發(fā)動(dòng)機(jī)和/或供應(yīng)或壓縮空氣，取決于使用的混合系統(tǒng)的類型，和配置為控制混合器的操作的控制器。還可以提供通氣(未顯示)。

其他混合系統(tǒng)/噴嘴

脈沖空氣/流體

備選類型的混合器利用以脈沖遞送給混合物的氣體。此類混合器在圖15和15a中圖解顯示，作為便攜式軌道車混合器的例子。高壓氣體的測定量在放置接近槽底部的扁平圓盤(蓄電池極板)下注入或脈沖?？諝獾耐蝗会尫艣_擊液體。當(dāng)氣體在板和槽地板之間向外移動(dòng)時(shí)，它清除已沉降的固體。氣體隨后在板上積累成大的卵形氣泡。當(dāng)每個(gè)氣泡上升到表面時(shí)，它推動(dòng)在其上的液體向上和向外朝向槽周長。液體朝向槽的側(cè)面移動(dòng)且向下穿越槽壁到底部。氣泡的這個(gè)移動(dòng)迫使固體至表面，且產(chǎn)生液體在槽中的一般圓形或環(huán)形循環(huán)。氣體可以是例如空氣、氮或二氧化碳。使槽通氣(未顯示)，以允許氣體在混合過程中從槽中逃出。

低速攪拌器

圖16和16a舉例說明配置為固定在柄(未顯示)上用于以相對(duì)低速旋轉(zhuǎn)混合的攪拌器。攪拌器可以包括例如固定在中心固定插孔1703周圍的支持臂1701上的2個(gè)混合元件1702(圖16)，或3個(gè)混合元件(圖16a)，所述中心固定插孔1703排列為接受柄。

混合元件1702以截短錐體的形式，其各自具有第一個(gè)末端1704和第二個(gè)末端1706。第一個(gè)末端具有大于第二個(gè)末端的橫斷面的橫斷面?；旌显绱朔胖茫瑥亩沟没旌显闹行妮S以相對(duì)于混合元件的旋轉(zhuǎn)平面的角度排列。

攪拌器以這樣的方向旋轉(zhuǎn)，使得液體以更高速度流入通過第一個(gè)末端1704和通過第二個(gè)末端1706出去，通過在每個(gè)混合元件的逐漸變細(xì)末端生成湍流產(chǎn)生動(dòng)態(tài)流動(dòng)條件。相對(duì)于旋轉(zhuǎn)平面的混合元件的角度形成趨于引起連續(xù)閉合的循環(huán)流，這在鄰近槽或容器壁附近向上流動(dòng)，并且在槽或容器的中心部分對(duì)于混合器柄同軸地向下流動(dòng)，在其中它經(jīng)過在支持臂1701之間的中間空間。這個(gè)循環(huán)流動(dòng)的強(qiáng)度取決于角度的幅度。

這個(gè)類型的混合器在商品名visco-jet^tm下從inotec商購可得?？梢苑湃胲壍儡嚮蚱渌D(zhuǎn)運(yùn)容器中的折疊混合器是可獲得的。相似類型的混合器在美國專利號(hào)6,921,194中描述，其完全公開內(nèi)容通過引用合并入本文。

使在槽壁上的滯留量降到最低

在某些情況下，特別在接近理論或?qū)嶋H限度的固體水平，材料可以在混合過程中沿著槽的側(cè)壁和/或底壁積累。稱為“滯留”的這個(gè)現(xiàn)象是不希望有的，因?yàn)樗梢詫?dǎo)致不充足的混合?？梢圆扇追N方法，以使滯留量降到最低且確保遍及槽的良好混合。

例如，除一個(gè)或多個(gè)噴射混合裝置外，可以給槽提供刮取裝置，例如具有以“橡皮刮板”方式刮取槽側(cè)面的刀片的裝置。此類裝置是例如乳品工業(yè)中眾所周知的。合適的攪拌器包括由walkerengineeredproducts，newlisbon，wi制造的側(cè)面和底部清掃攪拌器和刮刀刀片攪拌器。如圖18中所示，側(cè)面和底部清掃攪拌器1800可以包括固定為圍繞槽的軸旋轉(zhuǎn)的中心狹長部件1802。側(cè)壁刮刀刀片1804固定在狹長部件1802的每個(gè)末端，并且以就狹長部件而言的角度排列。在所示實(shí)施方案中，一對(duì)底壁刮刀刀片1806固定在狹長部件1802上的中間點(diǎn)，以湊集在槽底部上積累的任何材料。如果材料不在槽底部上積累，那么這些刮刀可以省略。如圖18a中所示，刮刀刀片1804可以是沿著側(cè)壁放置的多個(gè)刮刀元件的形式。在其他實(shí)施方案中，刮刀刀片是連續(xù)的，或可以具有任何其他所需幾何學(xué)。

在其他實(shí)施方案中，噴射混合器其自身這樣配置，以便使滯留量降到最低。例如，噴射混合器可以包括在混合過程中移動(dòng)的一個(gè)或多個(gè)可移動(dòng)頭和/或彈性部分。例如，噴射混合器可以包括具有沿著其長度的多個(gè)噴射噴嘴的狹長可旋轉(zhuǎn)部件。狹長部件可以是平面的，如圖19中所示，或具有非平面形狀，例如它可以符合如圖20中所示的槽壁的形狀。

參考圖19，噴射混合器噴嘴可以放置在旋轉(zhuǎn)狹長部件1900上，這通過發(fā)動(dòng)機(jī)1902和柄1904驅(qū)動(dòng)。水或其他流體通過旋轉(zhuǎn)部件中的通道例如通過泵葉輪1906抽泵，并且在部件1900旋轉(zhuǎn)時(shí)，作為通過噴射孔口1908的多個(gè)噴射離開。為了減少在槽側(cè)壁上的滯留量，孔口1910可以在部件1900的末端提供。

在圖20中所示的實(shí)施方案中，為了符合槽2000的特定形狀，狹長部件包括水平延伸的臂2002，向下傾斜的部分2004，向外和向上傾斜的部分2006，和垂直延伸的部分2008。流體通過狹長部件內(nèi)的通道抽泵至多個(gè)噴射孔口38，在狹長部件旋轉(zhuǎn)時(shí)通過其發(fā)出噴射。

在圖19和20中所示的2個(gè)實(shí)施方案中，噴射提供混合同時(shí)還洗清槽的側(cè)壁。

在其他實(shí)施方案中，噴射混合器可以包括通過其遞送噴射的彈性部件和或可調(diào)節(jié)部件(例如可彎曲或伸縮套管)。例如，如圖21和21a中圖解顯示的，噴射混合裝置可以由以漂浮類型的池清潔器方式的彈性線路組成，例如如美國專利號(hào)3,883,368中公開的。在所示系統(tǒng)2100中，彈性供應(yīng)軟管2102將來自入口2104的流體遞送到槽2106的側(cè)壁中。經(jīng)由一系列浮標(biāo)2108和轉(zhuǎn)體2110，供應(yīng)軟管2102沿著在槽中液體的表面延伸。多個(gè)彈性軟管2112在其上端固定至在供應(yīng)軟管2102的漂浮部分中隔開的t型連接2114。流體從彈性軟管2112的開放遠(yuǎn)末端噴射，導(dǎo)致槽的內(nèi)容物混合和在槽側(cè)壁上的滯留量去除。

在某些實(shí)現(xiàn)中，可以使用上述實(shí)施方案的組合。例如，可以使用平面和非平面旋轉(zhuǎn)或振蕩狹長部件的組合。上述移動(dòng)噴嘴安排可以與彼此組合和/或與刮刀組合使用。多個(gè)移動(dòng)噴嘴安排可以一起使用，例如圖19中所示的2個(gè)或更多個(gè)旋轉(zhuǎn)部件可以在槽中垂直疊加。當(dāng)使用多個(gè)旋轉(zhuǎn)部件時(shí)，它們可以配置為以相同方向或相對(duì)方向，并且以相同速度或不同速度旋轉(zhuǎn)。

材料

生物量材料

生物量可以是例如纖維素或木質(zhì)纖維素材料。此類材料包括紙和紙制品(例如，聚涂層紙和牛皮紙)、木材、木材相關(guān)材料例如刨花板、草、稻殼、甘蔗渣、黃麻、大麻、亞麻、竹、劍麻、馬尼拉麻、稻草、柳枝稷、苜蓿、干草、玉米軸、玉米秸稈、椰子毛；和α-纖維素含量很高的材料，例如棉花。原料可以得自未用過的廢棄紡織品材料例如碎布、消費(fèi)后的廢物例如破布。當(dāng)使用紙制品時(shí)，它們可以是未用過的材料，例如廢棄的未用過的材料，或它們可以是消費(fèi)后的廢物。除未用過的原始材料外，消費(fèi)后、工業(yè)(例如，廢料)和加工廢物(例如，來自紙加工的流出物)也可以用作纖維來源。生物量原料還可以得自或衍生自人(例如，污水)、動(dòng)物或植物廢物。另外的纖維素和木質(zhì)纖維素材料已在美國專利號(hào)6,448,307、6,258,876、6,207,729、5,973,035和5,952,105中得到描述。

在某些實(shí)施方案中，生物量材包括碳水化合物，碳水化合物是或包括具有一個(gè)或多個(gè)β-1,4-鍵合且具有約3,000-50,000的數(shù)量平均分子量的材料。此類碳水化合物是或包括纖維素(i)，其通過β(1,4)-糖苷鍵的縮合而衍生自(β-葡萄糖1)。這個(gè)鍵合使其自身與關(guān)于淀粉和其他碳水化合物中存在的α(1,4)-糖苷鍵的那種形成對(duì)比。

淀粉質(zhì)材料包括淀粉其自身例如玉米淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉或米淀粉，淀粉衍生物，或包括淀粉的材料例如可食用食物產(chǎn)物或農(nóng)作物。例如，淀粉質(zhì)材料可以是秘魯胡蘿卜、蕎麥、香蕉、大麥、木薯、野葛、酢漿草、西米、高粱、常規(guī)普通馬鈴薯、甘薯、芋頭、山藥或一種或多種豆例如蠶豆、小扁豆或豌豆。任何2種或更多種淀粉質(zhì)材料的摻和物也是淀粉質(zhì)材料。

在某些情況下，生物量是微生物材料。微生物來源包括但不限于，任何天然存在或遺傳修飾的微生物或包括或能夠提供碳水化合物(例如纖維素)來源的生物，例如原生生物，例如動(dòng)物原生動(dòng)物(例如原生動(dòng)物，例如鞭毛蟲、變形蟲、纖毛蟲和孢子蟲)和植物原生動(dòng)物(例如藻類，例如alveolates、chlorarachniophytes、隱藻、裸藻、灰綠藻、定鞭藻、紅藻、stramenopiles和viridaeplantae)。其他例子包括海藻、浮游生物(例如大型浮游生物、中型浮游生物、小型浮游生物、微型浮游生物、超微型浮游生物和超微微型浮游生物)、浮游植物、細(xì)菌(例如革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌和極端微生物)、酵母和/或這些的混合物。在某些情況下，微生物生物量可以得自天然來源，例如海洋、湖泊、水體例如鹽水或淡水、或在陸地上。備選地或另外地，微生物生物量可以得自培養(yǎng)系統(tǒng)，例如大規(guī)模干和濕培養(yǎng)系統(tǒng)。

糖化劑

合適的酶包括能夠降解生物量的纖維二糖酶和纖維素酶。

合適是纖維二糖酶包括在商品名novozyme188^tm下銷售的來自黑曲霉(aspergillusniger)的纖維二糖酶。

纖維素酶能夠降解生物量且可以具有真菌或細(xì)菌起源。合適的酶包括來自芽孢桿菌屬(bacillus)、假單胞菌屬(pseudomonas)、腐質(zhì)霉屬(humicola)、鐮刀菌屬(fusarium)、梭孢殼屬(thielavia)、枝頂孢屬(acremonium)、金孢屬(chrysosporium)和木霉屬(trichoderma)，并且包括腐質(zhì)霉屬、鬼傘屬(coprinus)、梭孢殼屬、鐮刀菌屬、毀絲霉屬(myceliophthora)、枝頂孢屬、頭孢霉屬(cephalosporium)、柱霉屬(scytalidium)、青霉屬(penicillium)或曲霉菌屬(aspergillus)(參見例如ep458162)的物種，特別是由選自下述物種的菌株產(chǎn)生的那些：特異腐質(zhì)霉(humicolainsolens)(再分類為嗜熱革節(jié)孢(scytalidiumthermophilum)，參見例如美國專利號(hào)4,435,307)、灰蓋鬼傘(coprinuscinereus)、尖孢鐮刀菌(fusariumoxysporum)、嗜熱毀絲菌(myceliophthorathermophila)、大型亞灰樹花菌(meripilusgiganteus)、太瑞斯梭殼孢霉(thielaviaterrestris)、枝頂孢屬物種、桃色頂孢霉(acremoniumpersicinum)、acremoniumacremonium、acremoniumbrachypenium、acremoniumdichromosporum、acremoniumobclavatum、acremoniumpinkertoniae、灰粉頂孢霉(acremoniumroseogriseum)、acremoniumincoloratum和棕色枝頂孢(acremoniumfuratum)；優(yōu)選來自物種特異腐質(zhì)霉dsm1800、尖孢鐮刀菌dsm2672、嗜熱毀絲菌cbs117.65、頭孢霉屬物種rym-202、枝頂孢屬物種cbs478.94、枝頂孢屬物種cbs265.95、桃色頂孢cbs169.65、acremoniumacremoniumahu9519、頭孢霉屬物種cbs535.71、acremoniumbrachypeniumcbs866.73，acremoniumdichromosporumcbs683.73、acremoniumobclavatumcbs311.74、acremoniumpinkertoniaecbs157.70，灰粉頂孢霉(acremoniumroseogriseum)cbs134.56，acremoniumincoloratumcbs146.62和棕色枝頂孢cbs299.70h。纖維素分解酶還可以得自金孢屬，優(yōu)選chrysosporiumlucknowense的菌株。此外，可以使用木霉特別是綠色木霉(trichodermaviride)、里氏木霉(trichodermareesei)和康氏木霉(trichodermakoningii))、嗜堿芽孢桿菌(參見例如，美國專利號(hào)3,844,890和ep458162)和鏈霉菌屬(streptomyces)(參見例如，ep458162)。

可以利用酶復(fù)合物，例如在商品名下可從genencore獲得的那些，例如1500酶復(fù)合物。1500酶復(fù)合物包括多重酶活性，主要是外切葡聚糖酶、內(nèi)切葡聚糖酶(2200-2800cmcu/g)、半纖維素酶和β-葡糖苷酶(525-775pnpgu/g)，并且具有4.6-5.0的ph。酶復(fù)合物的內(nèi)切葡聚糖酶活性以羧甲基纖維素活性單位(cmcu)表達(dá)，而β-葡糖苷酶活性以pnp-葡糖苷活性單位(pnpgu)報(bào)道。在一個(gè)實(shí)施方案中，使用1500酶復(fù)合物和novozyme^tm188纖維二糖酶的摻和物。

在某些實(shí)現(xiàn)中，糖化劑包括酸例如礦物酸。當(dāng)使用酸時(shí)，可以生成對(duì)微生物有毒的共同產(chǎn)物，在這種情況下該過程可以進(jìn)一步包括去除此類共同產(chǎn)物。去除可以使用活性碳例如活性炭或其他合適技術(shù)執(zhí)行。

發(fā)酵試劑

在發(fā)酵中使用的一種或多種微生物可以是天然微生物和/或經(jīng)改造的微生物。例如，微生物可以是細(xì)菌例如分解纖維素的細(xì)菌，真菌例如酵母，植物或原生生物例如藻類，原生動(dòng)物或真菌樣原生生物例如粘菌。當(dāng)生物相容時(shí)，可以利用生物的混合物。

合適的發(fā)酵微生物具有將碳水化合物(例如葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖、半乳糖、寡糖或多糖)轉(zhuǎn)變成發(fā)酵產(chǎn)物的能力。發(fā)酵微生物包括酵母屬物種(sacchromycesspp.)，例如釀酒酵母(sacchromycescerevisiae)(面包酵母)、糖化酵母(saccharomycesdistaticus)、葡萄汁酵母(saccharomycesuvarum)；克魯維酵母屬(kluyveromyces)，例如物種馬克思克魯維酵母(kluyveromycesmarxianus)、脆壁克魯維酵母(kluyveromycesfragilis)；假絲酵母屬(candida)，例如假熱帶假絲酵母(candidapseudotropicalis)和蕓苔假絲酵母(candidabrassicae)，樹干畢赤酵母(休哈塔假絲酵母(candidashehatae)的親屬)，棒孢酵母屬(clavispora)，例如物種葡萄牙棒孢(clavisporalusitaniae)和clavisporaopuntiae，管囊酵母屬(pachysolen)，例如物種嗜鞣管囊酵母(pachysolentannophilus)，酒香酵母屬(bretannomyces)，例如物種克勞森酒香酵母(bretannomycesclausenii)(philippidis，g.p.，1996，cellulosebioconversiontechnology，inhandbookonbioethanol：productionandutilization，wyman，c.e.，編輯，taylor&francis，washington，dc，179-212)。

商購可得的酵母包括例如red/lesaffreethanolred(可從redstar/lesaffre，美國獲得)，(可從fleischmann’syeast，burnsphilipfoodinc.的分部，美國獲得)，(可從alltech，現(xiàn)在的lalemand獲得)，(可從gertstrandab，瑞典獲得)，和(可從dsmspecialties獲得)。

細(xì)菌也可以用于發(fā)酵中，例如運(yùn)動(dòng)發(fā)酵單胞菌(zymomonasmobilis)和熱纖梭菌(clostridiumthermocellum)(philippidis，1996，同上)。

添加劑

抗生素

雖然一般優(yōu)選在糖化溶液中具有高糖濃度，但可以使用較低濃度，在所述情況下可能希望加入以低濃度例如50-150ppm的抗微生物添加劑，例如廣譜抗生素。其他合適的抗生素包括兩性霉素b、氨芐青霉素、氯霉素、環(huán)丙沙星、慶大霉素、潮霉素b、卡那霉素、新霉素、青霉素、嘌呤霉素、鏈霉素。抗生素將抑制在轉(zhuǎn)運(yùn)和貯存過程中的微生物生長，并且可以以合適濃度例如按重量計(jì)的15-1000ppm，例如25-500ppm或50-150ppm使用。需要時(shí)，即使糖濃度相對(duì)很高，也可以包括抗生素。

表面活性劑

表面活性劑的添加可以增強(qiáng)糖化率。表面活性劑的例子包括非離子型表面活性劑例如20或80聚乙二醇表面活性劑、離子型表面活性劑或兩親型表面活性劑。其他合適的表面活性劑包括辛基酚乙氧基化物，例如從dowchemical商購可得的triton^tmx系列非離子型表面活性劑。還可以加入表面活性劑，以維持在溶液中特別是在高濃度溶液中產(chǎn)生的糖。

糖化介質(zhì)

在一個(gè)實(shí)施方案中，介質(zhì)具有組分的下述濃度：

原料的物理處理

在某些實(shí)現(xiàn)中，原料在糖化和/或發(fā)酵前在物理上進(jìn)行處理。物理處理過程可以包括本文描述的那些中的任何一種或多種，例如機(jī)械處理、化學(xué)處理、照射、超聲處理、氧化、熱解或蒸汽爆炸。處理方法可以以這些技術(shù)中的2、3、4種或甚至所有的組合使用(以任何次序)。當(dāng)使用超過一種處理方法時(shí)，方法可以同時(shí)或不同時(shí)應(yīng)用。還可以使用改變生物量原料的分子結(jié)構(gòu)的其他過程，單獨(dú)或與本文公開的過程組合。

機(jī)械處理

在某些情況下，方法可以包括機(jī)械處理生物量原料。機(jī)械處理包括例如切割、研磨、壓制、磨碎、剪切和剁碎。研磨可以包括例如球磨、錘磨、轉(zhuǎn)子/定子干或濕磨法、或其他類型的研磨。其他機(jī)械處理包括例如石研磨、裂化、機(jī)械撕開或撕裂、針研磨或空氣碾磨。

機(jī)械處理對(duì)于“打開”、“壓緊”、破壞和破碎纖維素或木質(zhì)纖維素材料可以是有利的，使得材料的纖維素對(duì)斷鏈和/或結(jié)晶度減少更敏感。當(dāng)被照射時(shí)，開放材料也可以對(duì)氧化更敏感。

在某些情況下，機(jī)械處理可以包括如接受的原料的最初制備，例如材料的粉碎，例如通過切割、磨碎、剪切、磨粉或剁碎。例如，在某些情況下，松散原料(例如再循環(huán)紙、淀粉質(zhì)材料或柳枝稷)通過剪切或切碎進(jìn)行制備。

可替代地或另外地，原料材料可以首先通過一種或多種其他物理處理方法進(jìn)行物理處理，所述物理處理方法例如化學(xué)處理、輻射、超聲處理、氧化、熱解或蒸汽爆炸，并且隨后進(jìn)行機(jī)械處理。這個(gè)順序可以是有利的，因?yàn)橥ㄟ^一種或多種其他處理例如照射或熱解處理的材料趨于更易碎，并且因此更易于通過機(jī)械處理進(jìn)一步改變材料的分子結(jié)構(gòu)。

在某些實(shí)施方案中，原料材料以纖維材料的形式，并且機(jī)械處理包括剪切以暴露纖維材料的纖維。剪切可以例如使用旋轉(zhuǎn)切割機(jī)執(zhí)行。機(jī)械處理原料的其他方法包括例如研磨或磨碎。研磨可以使用例如下述來執(zhí)行：錘磨機(jī)、球磨機(jī)、膠體磨、圓錐形或錐形磨、盤磨機(jī)、碾碎機(jī)、維利磨粉機(jī)(wileymill)或磨粉機(jī)。磨碎可以使用例如石研磨機(jī)、針研磨機(jī)、咖啡磨或磨盤式磨機(jī)(burrgrinder)執(zhí)行。磨碎可以例如通過往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的針或其他元件來提供，如在針磨機(jī)的情況下。其他機(jī)械處理方法包括機(jī)械撕開或撕裂、對(duì)材料施加壓力的其他方法、和空氣研磨。合適的機(jī)械處理進(jìn)一步包括改變?cè)系姆肿咏Y(jié)構(gòu)的其他技術(shù)。

需要時(shí)，機(jī)械處理的材料可以經(jīng)過例如具有1.59mm或更少(1/16英寸，0.0625英寸)的平均開口尺寸的篩子。在某些實(shí)施方案中，同時(shí)執(zhí)行剪切或其他機(jī)械處理和篩選。例如，旋轉(zhuǎn)切割機(jī)可以用于同時(shí)剪切和篩選原料。原料在固定葉片和旋轉(zhuǎn)葉片之間進(jìn)行剪切，以提供經(jīng)過篩子且捕獲在箱中的剪切材料。

纖維素或木質(zhì)纖維素材料可以以干燥狀態(tài)(例如在其表面上具有很少的游離水或無游離水)、水合狀態(tài)(例如，具有高達(dá)10重量％的吸收水)、或濕潤狀態(tài)例如具有約10重量％-約75重量％的水進(jìn)行機(jī)械處理。纖維來源甚至可以在部分或全部沒入液體下時(shí)進(jìn)行機(jī)械處理，所述液體例如水、乙醇、異丙醇。

纖維素或木質(zhì)纖維素材料還可以在氣體(例如除空氣外的氣流或氣氛)例如氧或氮，或蒸汽中進(jìn)行機(jī)械處理。

需要時(shí)，木質(zhì)素可以從包括木質(zhì)素的纖維材料中的任何中去除。此外，為了幫助斷裂包括纖維素的材料，所述材料可以在機(jī)械處理或照射前或在機(jī)械處理或照射過程中用熱、化學(xué)藥品(例如礦物酸、堿或強(qiáng)氧化試劑例如次氯酸鈉)和/或酶進(jìn)行處理。例如磨碎可以在酸的存在下進(jìn)行。

機(jī)械處理系統(tǒng)可以配置為產(chǎn)生具有特定形態(tài)特征的流，例如表面積、多孔性、堆密度，和在纖維原料的情況下，纖維特征例如長度寬度比。

在某些實(shí)施方案中，經(jīng)機(jī)械處理材料的bet表面積大于0.1m²/g，例如大于0.25m²/g、大于0.5m²/g、大于1.0m²/g、大于1.5m²/g、大于1.75m²/g、大于5.0m²/g、大于10m²/g、大于25m²/g、大于35m²/g、大于50m²/g、大于60m²/g、大于75m²/g、大于100m²/g、大于150m²/g、大于200m²/g、或甚至大于250m²/g。

經(jīng)機(jī)械處理材料的多孔性可以是例如大于20％、大于25％、大于35％、大于50％、大于60％、大于70％、大于80％、大于85％、大于90％、大于92％、大于94％、大于95％、大于97.5％、大于99％、或甚至大于99.5％。

在某些實(shí)施方案中，在機(jī)械處理后，材料具有小于0.25g/cm³的堆密度，例如0.20g/cm³、0.15g/cm³、0.10g/cm³、0.05g/cm³或更少，例如0.025g/cm³。堆密度使用astmd1895b進(jìn)行測定。簡言之，該方法涉及用樣品填充已知體積的量筒，并且獲得樣品的重量。通過用以克表示的樣品重量除以以立方公分表示的圓筒的已知體積來計(jì)算堆密度。

如果原料是纖維材料，那么經(jīng)機(jī)械處理材料的纖維可以具有相對(duì)大的平均長度直徑比(例如大于20比1)，即使它們已剪切超過一次。此外，本文描述的纖維材料的纖維可以具有相對(duì)窄的長度和/或直徑長度比分布。

如本文使用的，平均纖維寬度(例如直徑)是通過隨機(jī)選擇約5,000根纖維在光學(xué)上測定的那些。平均纖維長度是校正長度-加權(quán)長度。bet(brunauer，emmet和teller)表面積是多點(diǎn)表面積，并且多孔性是通過水銀孔率法測定的那些。

如果原料是纖維材料，那么經(jīng)機(jī)械處理材料的纖維的平均直徑長度比可以例如大于8/1、例如大于10/1、大于15/1、大于20/1、大于25/1或大于50/1。經(jīng)機(jī)械處理材料的平均纖維長度可以是例如約0.5mm-2.5mm、例如約0.75mm-1.0mm，并且第二種纖維材料14的平均寬度(例如直徑)可以是例如約5μm-50μm，例如約10μm-30μm。

在某些實(shí)施方案中，如果原料是纖維材料，那么經(jīng)機(jī)械處理材料的纖維長度的標(biāo)準(zhǔn)差可以小于經(jīng)機(jī)械處理材料的平均纖維長度的60％，例如小于平均長度的50％、小于平均長度的40％、小于平均長度的25％、小于平均長度的10％、小于平均長度的5％、或甚至小于平均長度的1％。

在某些情況下，可能希望制備低堆密度材料，使材料致密(例如使得轉(zhuǎn)運(yùn)至另一個(gè)地點(diǎn)更容易和成本更少)，并且隨后使材料恢復(fù)較低堆密度狀態(tài)。致密化材料可以通過本文描述的任何方法進(jìn)行加工，或通過本文描述的任何方法加工的任何材料可以隨后致密化，例如如美國序列號(hào)12/429,045和wo2008/073186中公開的，其完全公開內(nèi)容通過引用合并入本文。

輻射處理

一個(gè)或多個(gè)輻射加工順序可以用于加工原料，并且提供結(jié)構(gòu)上修飾的材料，其充當(dāng)關(guān)于進(jìn)一步加工步驟和/或順序的輸入。照射可以例如減少原料的分子量和/或結(jié)晶度。輻射還可以滅菌材料或生物加工材料所需的任何介質(zhì)。

在某些實(shí)施方案中，從其原子軌道中釋放電子的材料中沉積的能量用于照射材料。輻射可以通過下述提供：(1)重帶電粒子，例如α粒子或質(zhì)子，(2)例如在β衰變或電子束加速器中產(chǎn)生的電子，或(3)電磁輻射，例如γ射線、x射線或紫外射線。在一種方法中，通過放射性物質(zhì)材料的輻射可以用于照射原料。在另一種方法中，電磁輻射(例如，使用電子束發(fā)射器產(chǎn)生的)可以用于照射原料。在某些實(shí)施方案中，可以利用以(1)到(3)的任何次序或同時(shí)的任何組合。所應(yīng)用的劑量依賴于所需效應(yīng)和具體原料。

在某些情況下，當(dāng)希望斷鏈和/或希望聚合鏈官能化時(shí)，可以利用比電子重的粒子，例如質(zhì)子、氦核、氬離子、硅離子、氖離子、碳離子、磷離子、氧離子或氮離子。當(dāng)需要開環(huán)斷鏈時(shí)，由于其路易斯(lewis)酸性質(zhì)，帶正電的粒子可以用于增強(qiáng)的開環(huán)斷鏈。例如，當(dāng)需要最大限度氧化時(shí)，可以利用氧離子，并且當(dāng)需要最大限度硝化時(shí)，可以利用氮離子。重粒子和帶正電的粒子的使用在美國序列號(hào)12/417,699中描述，其完全公開內(nèi)容通過引用合并入本文。

在一種方法中，例如通過用電離輻射(例如，以γ輻射、x射線輻射、100nm-280nm紫外(uv)線、電子束或其他帶電粒子的形式)處理，照射第一種材料，其是或包括具有第一個(gè)數(shù)量平均分子量(mn1)的纖維素，以提供第二種材料，其包括具有比第一個(gè)數(shù)量平均分子量低的第二個(gè)數(shù)量平均分子量(mn2)的纖維素。第二種材料(或第一種和第二種材料)可以與微生物(含或不含酶處理)相組合，所述微生物可以利用第二種和/或第一種材料或其組成成分糖或木質(zhì)素，以產(chǎn)生中間產(chǎn)物或產(chǎn)物，例如本文描述的那些。

因?yàn)榈诙N材料包括相對(duì)于第一種材料具有減少的分子量、和在某些情況下以及減少的結(jié)晶度的纖維素，所以第二種材料例如在包括微生物和/或酶的溶液中一般更分散、膨脹和/或可溶。這些性質(zhì)使得相對(duì)于第一種材料，第二種材料更易于加工且對(duì)化學(xué)、酶促和/或生物攻擊更敏感，這可以極大改善所需產(chǎn)物例如乙醇的生產(chǎn)率和/或生產(chǎn)水平。

在某些實(shí)施方案中，第二個(gè)數(shù)量平均分子量(mn2)比第一個(gè)數(shù)量平均分子量(mn1)低超過約10％，例如超過約15、20、25、30、35、40、50％、60％或甚至超過約75％。

在某些情況下，第二種材料包括這樣的纖維素，其具有比第一種材料的纖維素的結(jié)晶度(c1)低的結(jié)晶度(c2)。例如，(c2)可以比(c1)低超過約10％，例如超過約15、20、25、30、35、40或甚至超過約50％。

在某些實(shí)施方案中，起始結(jié)晶度指數(shù)(在照射前)是約40-約87.5％，例如約50-約75％或約60-約70％，并且在照射后的結(jié)晶度指數(shù)是約10-約50％，例如約15-約45％或約20-約40％。然而，在某些實(shí)施方案中，例如在廣泛照射后，它可以具有低于5％的結(jié)晶度指數(shù)。在某些實(shí)施方案中，在照射后的材料是基本上無定形的。

在某些實(shí)施方案中，起始數(shù)量平均分子量(在照射前)是約200,000-約3,200,000，例如約250,000-約1,000,000或約250,000-約700,000，并且在照射后的數(shù)量平均分子量是約50,000-約200,000，例如約60,000-約150,000或約70,000-約125,000。然而，在某些實(shí)施方案中，例如在廣泛照射后，它可以具有小于約10,000或甚至小于約5,000的數(shù)量平均分子量。

在某些實(shí)施方案中，第二種材料可以具有比第一種材料的氧化水平(o1)高的氧化水平(o2)。材料的更高氧化水平可以幫助其分散性、膨脹性和/或可溶性，進(jìn)一步增強(qiáng)材料對(duì)化學(xué)、酶促或微生物攻擊的敏感性。在某些實(shí)施方案中，為了增加第二種材料相對(duì)于第一種材料的氧化水平，照射在氧化環(huán)境下例如在空氣或氧覆蓋層下執(zhí)行，產(chǎn)生比第一種材料更氧化的第二種材料。例如，第二種材料可以具有更多羥基、醛基、酮基、酯基、或羧酸基團(tuán)，這可以增加其親水性。

電離輻射

每種形式的輻射經(jīng)由特定相互作用使含碳材料電離，如通過輻射的能量測定的。重帶電粒子主要經(jīng)由庫侖(coulomb)散射使物質(zhì)電離；此外，這些相互作用產(chǎn)生可以進(jìn)一步使物質(zhì)電離的高能電子。α粒子與氦原子的核等同，并且通過多種放射性核的α衰變產(chǎn)生，例如鉍、釙、砹、氡、鈁、鐳、幾種錒系元素例如錒、釷、鈾、镎、鋦、锎、镅和钚的同位素。

當(dāng)利用粒子時(shí)，它們可以是中性(不帶電)、帶正電或帶負(fù)電的。當(dāng)帶電時(shí)，帶電粒子可以具有單個(gè)正或負(fù)電荷，或多個(gè)電荷，例如1、2、3或甚至4個(gè)或更多個(gè)電荷。在其中需要斷鏈的情況下，部分由于其酸性性質(zhì)，帶正電的粒子可以是所希望的。當(dāng)利用粒子時(shí)，粒子可以具有靜止電子的質(zhì)量或更大，例如是靜止電子質(zhì)量的500、1000、1500、2000、10,000或甚至100,000倍。例如，粒子可以具有約1個(gè)原子單位-約150個(gè)原子單位的質(zhì)量，例如約1個(gè)原子單位-約50個(gè)原子單位，或約1-約25，例如1、2、3、4、5、10、12或15amu。用于加速粒子的加速器可以是靜電dc、電動(dòng)力學(xué)dc、rf線性、磁感應(yīng)線性或連續(xù)波。例如，回旋加速器型加速器可從iba，比利時(shí)獲得，例如系統(tǒng)，而dc型加速器可從rdi現(xiàn)在的ibaindustrial獲得，例如離子和離子加速器在下述中討論：introductorynuclearphysics，kenneths.krane，johnwiley&sons，inc.(1988)，krstoprelec，fizikab6(1997)4，177-206，chu，williamt.，“overviewoflight-ionbeamtherapy”，columbus-ohio，icru-iaeameeting，18-20march2006，iwata，y.等人，“alternating-phase-focusedih-dtlforheavy-ionmedicalaccelerators”，proceedingsofepac2006，edinburgh，scotland，和leuner，c.m.等人，“statusofthesuperconductingecrionsourcevenus”，proceedingsofepac2000，vienna，奧地利。

γ輻射具有進(jìn)入多種材料內(nèi)的顯著穿透深度的優(yōu)點(diǎn)。γ射線的來源包括放射性核，例如鈷、鈣、锝、鉻、鎵、銦、碘、鐵、氪、釤、硒、鈉、鉈和氙的同位素。

x射線的來源包括與金屬靶(例如鎢或鉬或合金)或致密光源(例如由lyncean商業(yè)生產(chǎn)的那些)的電子束碰撞。

用于紫外線輻射的來源包括氘或鎘光燈。

用于紅外線輻射的來源包括藍(lán)寶石、鋅或硒化物窗陶瓷燈。

用于微波的來源包括速調(diào)管，slevin型rf來源，或采用氫、氧或氮?dú)獾脑邮鴣碓础?/p>

在某些實(shí)施方案中，電子束用作輻射源。電子束具有高劑量率(例如，1、5或甚至10mrad/秒)、高流通量、較少防范(containment)和較少限制(confinement)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)。電子還可以在引起斷鏈方面更有效。此外，具有4-10mev能量的電子可以具有5-30mm或更多例如40mm的穿透深度。

例如通過靜電發(fā)生器、級(jí)聯(lián)發(fā)生器、感應(yīng)變頻機(jī)、具有掃描系統(tǒng)的低能加速器、具有線性陰極的低能加速器、線性加速器和脈沖加速器，可以產(chǎn)生電子束。電子作為電離輻射源是有用的，例如用于相對(duì)薄切片的材料，例如小于0.5英寸，例如小于0.4英寸、0.3英寸、0.2英寸、或小于0.1英寸。在某些實(shí)施方案中，電子束的每個(gè)電子的能量是約0.3mev-約2.0mev(百萬電子伏特)，例如約0.5mev-約1.5mev，或約0.7mev-約1.25mev。

電子束照射裝置可以由ionbeamapplications、louvain-la-neuve、比利時(shí)或titancorporation、sandiego、ca商購獲得。一般的電子能可以是1mev、2mev、4.5mev、7.5mev或10mev。一般的電子束照射裝置功率可以是1kw、5kw、10kw、20kw、50kw、100kw、250kw或500kw。原料解聚的水平依賴于所使用的電子能和所應(yīng)用的劑量，而暴露時(shí)間依賴于功率和劑量。一般的劑量可以采取1kgy、5kgy、10kgy、20kgy、50kgy、100kgy或200kgy的值。

離子粒子束

比電子重的粒子可以用于照射材料例如碳水化合物或包括碳水化合物的材料，例如纖維素材料、木質(zhì)纖維素材料、淀粉質(zhì)材料、或本文描述的這些和其他中的任何的混合物。例如，可以利用質(zhì)子、氦核、氬離子、硅離子、氖離子、碳離子、磷離子、氧離子或氮離子。在某些實(shí)施方案中，比電子重的粒子可以誘導(dǎo)更高量的斷鏈(相對(duì)于更輕的粒子)。在某些情況下，由于其酸性，與帶負(fù)電的粒子相比較，帶正電的粒子可以誘導(dǎo)更高量的斷鏈。

例如使用線性加速器或回旋加速器，可以產(chǎn)生更重的粒子束。在某些實(shí)施方案中，束的每個(gè)粒子的能量是約1.0mev/原子單位-約6,000mev/原子單位，例如約3mev/原子單位-約4,800mev/原子單位，或約10mev/原子單位-約1,000mev/原子單位。

在特定實(shí)施方案中，用于照射含碳材料例如生物量材料的離子束可以包括超過一種類型的離子。例如，離子束可以包括2種或更多種(例如3、4種或更多種)不同類型離子的混合物。示例性混合物可以包括碳離子和質(zhì)子、碳離子和氧離子、氮離子和質(zhì)子、以及鐵離子和質(zhì)子。更一般地，上文討論的任何離子(或任何其他離子)的混合物可以用于形成照射離子束。特別地，相對(duì)高和相對(duì)更重的離子的混合物可以在單一離子束中使用。

在某些實(shí)施方案中，用于照射材料的離子束包括帶正電的離子。帶正電的離子可以包括例如帶正電的氫離子(例如質(zhì)子)、稀有氣體離子(例如氦、氖、氬)、碳離子、氮離子、氧離子、硅離子、磷離子，以及金屬離子例如鈉離子、鈣離子和/或鐵離子。不希望受任何理論束縛，認(rèn)為當(dāng)暴露于材料時(shí)，此類帶正電的離子在化學(xué)上表現(xiàn)與路易斯酸部分一樣，在氧化環(huán)境中起始且支持陽離子開環(huán)斷裂反應(yīng)。

在特定實(shí)施方案中，用于照射金屬的離子束包括帶負(fù)電的離子。帶負(fù)電的離子可以包括例如帶負(fù)電的氫離子(例如氫陰離子)和多種相對(duì)負(fù)電性核的帶負(fù)電的離子(例如氧離子、氮離子、碳離子、硅離子和磷離子)。不希望受任何理論束縛，認(rèn)為當(dāng)暴露于材料時(shí)，此類帶負(fù)電的離子在化學(xué)上表現(xiàn)與路易斯堿部分一樣，在還原環(huán)境中引起陰離子開環(huán)斷裂反應(yīng)。

在某些實(shí)施方案中，用于照射材料的束可以包括中性原子。例如，氫原子、氦原子、碳原子、氮原子、氧原子、氖原子、硅原子、磷原子、氬原子和鐵原子中的任何一種或多種可以包括在用于照射生物量材料的束中。一般而言，上述類型原子中的任何2種或更多種(例如3種或更多種、4種或更多種或甚至更多種)的混合物可以存在于束中。

在特定實(shí)施方案中，用于照射材料的離子束包括單一荷電離子，例如h⁺、h^-、he⁺、ne⁺、ar⁺、c⁺、c^-、o⁺、o^-、n⁺、n^-、si⁺、si^-、p⁺、p^-、na⁺、ca⁺和fe⁺中的一種或多種。在某些實(shí)施方案中，離子束可以包括多重荷電離子，例如c²⁺、c³⁺、c⁴⁺、n³⁺、n⁵⁺、n^3-、o²⁺、o^2-、o2^2-、si²⁺、si⁴⁺、si^2-和si^4-中的一種或多種。一般而言，離子束還可以包括更復(fù)雜的多核離子，其具有多重正或負(fù)電荷。在特定實(shí)施方案中，由于多核離子的結(jié)構(gòu)，正或負(fù)電荷可以有效分布在離子的基本上完整結(jié)構(gòu)上。在某些實(shí)施方案中，正或負(fù)電荷可以略微定位在離子結(jié)構(gòu)的部分上。

電磁輻射

在其中照射用電磁輻射執(zhí)行的實(shí)施方案中，電磁輻射可以具有例如大于10²ev的能量/光子(以電子伏特)，例如大于10³、10⁴、10⁵、10⁶、或甚至大于10⁷ev。在某些實(shí)施方案中，電磁輻射具有10⁴-10⁷的能量/光子、例如10⁵-10⁶ev。電磁輻射可以具有例如大于10¹⁶hz的頻率，大于10¹⁷hz、10¹⁸、10¹⁹、10²⁰或甚至大于10²¹hz。在某些實(shí)施方案中，電磁輻射具有10¹⁸-10²²hz的頻率，例如10¹⁹-10²¹hz。

猝滅和受控官能化

在用電離輻射處理后，本文描述的材料或混合物中的任何可以變得電離；即，經(jīng)處理的材料可以包括在用電子自旋共振光譜儀可檢測的水平上的原子團(tuán)。如果經(jīng)電離的生物量保留在大氣中，那么它將氧化例如至通過與大氣氧反應(yīng)產(chǎn)生羧酸基團(tuán)的程度。在對(duì)于某些材料的某些情況下，此類氧化是需要的，因?yàn)樗梢詭椭妓衔锏纳锪康姆肿恿恐械倪M(jìn)一步下降，并且在某些情況下，氧化基團(tuán)例如羧酸基團(tuán)對(duì)于可溶性和微生物利用可以是有幫助的。然而，因?yàn)樵訄F(tuán)可以在照射后“存活”一定時(shí)間，例如長于1天、5天、30天、3個(gè)月、6個(gè)月或甚至長于1年，所以材料性質(zhì)可以繼續(xù)隨著時(shí)間過去改變，這在某些情況下，可以是不希望有的。因此，可以希望猝滅經(jīng)電離的材料。

在電離后，可以猝滅已電離的任何生物量材料，以減少經(jīng)電離的生物量中的原子團(tuán)水平，例如從而使得原子團(tuán)不再用電子自旋共振光譜儀可檢測。例如，通過給生物量應(yīng)用足夠壓力和/或通過利用與經(jīng)電離的生物量接觸的流體，所述流體例如氣體或液體，與原子團(tuán)反應(yīng)(猝滅)，可以使原子團(tuán)猝滅。使用至少幫助原子團(tuán)猝滅的氣體或液體可以用于以所需量和種類的官能團(tuán)來官能化經(jīng)電離的生物量，所述官能團(tuán)例如羧酸基團(tuán)、烯醇基團(tuán)、醛基、硝基、腈基、氨基、烷基氨基、烷基、環(huán)烷基或氯氟烷基。

在某些情況下，此類淬滅可以改善某些經(jīng)電離的生物量材料的穩(wěn)定性。例如，淬滅可以改善生物量對(duì)氧化的抗性。通過淬滅的官能化也可以改善本文描述的任何生物量的可溶性，可以改善其熱穩(wěn)定性，并且可以改善通過多種微生物的材料利用。例如，通過淬滅對(duì)生物量材料賦予的官能團(tuán)可以充當(dāng)用于通過微生物附著的受體位點(diǎn)，例如以增強(qiáng)通過各種微生物的纖維素水解。

在某些實(shí)施方案中，淬滅包括給生物量應(yīng)用壓力，例如通過使生物量機(jī)械變形，例如以1、2或3個(gè)維度直接機(jī)械壓縮生物量，或?qū)ζ渲猩锪拷氲牧黧w應(yīng)用壓力，例如等靜壓制。在此類情況下，材料其自身的變形使通常在結(jié)晶結(jié)構(gòu)域中捕獲的原子團(tuán)處于足夠緊密的接近中，從而使得原子團(tuán)可以重組或與另一個(gè)基團(tuán)反應(yīng)。在某些情況下，壓力連同熱的應(yīng)用例如足夠量的熱一起應(yīng)用，以使生物量的溫度升高超過生物量組分的熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)，所述生物量組分例如木質(zhì)素、纖維素或半纖維素。熱可以改善材料中的分子流動(dòng)性，這可以幫助原子團(tuán)的淬滅。當(dāng)壓力用于淬滅時(shí)，壓力可以大于約1000psi，例如大于約1250psi、1450psi、3625psi、5075psi、7250psi、10000psi或甚至大于15000psi。

在某些實(shí)施方案中，淬滅包括使生物量與流體例如液體或氣體相接觸，所述流體例如能夠與原子團(tuán)反應(yīng)的氣體，例如乙炔或乙炔在氮、乙烯、氯化乙烯或氯氟乙烯中的混合物，丙烯或這些氣體的混合物。在其他具體實(shí)施方案中，淬滅包括使生物量與液體相接觸，所述液體例如在生物量中可溶或至少能夠穿透到生物量內(nèi)且與原子團(tuán)反應(yīng)的液體，例如二烯，例如1,5-環(huán)辛二烯。在某些具體實(shí)施方案中，淬滅包括使生物量與抗氧化試劑例如維生素e相接觸。需要時(shí)，生物量原料可以包括在其中分散的抗氧化試劑，并且淬滅可以來自使生物量原料中分散的抗氧化試劑與原子團(tuán)相接觸。

通過利用重帶電離子例如本文描述的較重離子中的任何，可以增強(qiáng)官能化。例如，如果需要增強(qiáng)氧化，那么帶電的氧離子可以用于照射。如果需要氮官能團(tuán)，那么可以利用氮離子或包括氮的陰離子。同樣地，如果需要硫或磷基團(tuán)，那么在照射中可以使用硫或磷離子。

劑量

在某些情況下，以大于約0.25mrad/秒的劑量率執(zhí)行照射，例如大于約0.5、0.75、1.0、1.5、2.0，或甚至大于約2.5mrad/秒。在某些實(shí)施方案中，以5.0-1500.0千拉德/小時(shí)的劑量率執(zhí)行照射，例如10.0-750.0千拉德/小時(shí)，或50.0-350.0千拉德/小時(shí)。

在某些實(shí)施方案中，執(zhí)行照射(用任何輻射源或源的組合)直至材料接受至少0.1mrad、至少0.25mrad的劑量，例如至少1.0mrad、至少2.5mrad、至少5.0mrad、至少10.0mrad、至少60mrad或至少100mrad。在某些實(shí)施方案中，執(zhí)行照射直至材料接受約0.1mrad-約500mrad，約0.5mrad-約200mrad、約1mrad-約100mrad、或約5mrad-約60mrad的劑量。在某些實(shí)施方案中，應(yīng)用相對(duì)低劑量的照射，例如小于60mrad。

超聲處理

超聲處理可以減少材料的分子量和/或結(jié)晶度，所述材料例如本文描述的材料中的任何中的一種或多種，例如一種或多種碳水化合物來源，例如纖維素或木質(zhì)纖維素材料、或淀粉質(zhì)材料。超聲處理還可以用于對(duì)材料進(jìn)行滅菌。如上文就輻射而言討論的，用于超聲處理的過程參數(shù)可以取決于多種因素而改變，例如取決于原料的木質(zhì)素含量。例如，具有更高木質(zhì)素水平的原料一般需要更高的停留時(shí)間和/或能量水平，導(dǎo)致遞送至原料的更高總能量。

在一種方法中，使包括具有第一個(gè)數(shù)量平均分子量(mn1)的纖維素的第一種材料分散在介質(zhì)例如水中，并且進(jìn)行超聲處理和/或以其他方式形成空穴，以提供第二種材料，其包括具有比第一個(gè)數(shù)量平均分子量低的第二個(gè)數(shù)量平均分子量(mn2)的纖維素。第二種材料(或在特定實(shí)施方案中，第一種和第二種材料)可以與微生物(含或不含酶處理)相組合，所述微生物可以利用第二種和/或第一種材料以產(chǎn)生中間產(chǎn)物或產(chǎn)物。

因?yàn)榈诙N材料包括相對(duì)于第一種材料具有減少的分子量、和在某些情況下，同樣減少的結(jié)晶度的纖維素，所以第二種材料例如在包括微生物的溶液中一般更分散、膨脹和/或可溶。

在某些實(shí)施方案中，第二個(gè)數(shù)量平均分子量(mn2)比第一個(gè)數(shù)量平均分子量(mn1)低超過約10％，例如超過約15、20、25、30、35、40、50％、60％或甚至超過約75％。

在某些情況下，第二種材料包括這樣的纖維素，其具有比第一種材料的纖維素的結(jié)晶度(c1)低的結(jié)晶度(c2)。例如，(c2)可以比(c1)低超過約10％，例如超過約15、20、25、30、35、40或甚至超過約50％。

在某些實(shí)施方案中，起始結(jié)晶度指數(shù)(在超聲處理之前)是約40-約87.5％，例如約50-約75％或約60-約70％，并且在超聲處理后的結(jié)晶度指數(shù)是約10-約50％，例如約15-約45％或約20-約40％。然而，在特定實(shí)施方案中，例如在廣泛超聲處理后，它可以具有低于5％的結(jié)晶度指數(shù)。在某些實(shí)施方案中，在超聲處理后的材料是基本上無定形的。

在某些實(shí)施方案中，起始數(shù)量平均分子量(在超聲處理之前)是約200,000-約3,200,000，例如約250,000-約1,000,000或約250,000-約700,000，并且在超聲處理后的數(shù)量平均分子量是約50,000-約200,000，例如約60,000-約150,000或約70,000-約125,000。然而，在某些實(shí)施方案中，例如在廣泛超聲處理后，它可以具有小于約10,000或甚至小于約5,000的數(shù)量平均分子量。

在某些實(shí)施方案中，第二種材料可以具有比第一種材料的氧化水平(o1)高的氧化水平(o2)。材料的更高氧化水平可以有助于其分散性、膨脹性和/或可溶性，進(jìn)一步增強(qiáng)材料對(duì)化學(xué)、酶促或微生物攻擊的敏感性。在某些實(shí)施方案中，為了增加第二種材料相對(duì)于第一種材料的氧化水平，超聲處理在氧化介質(zhì)中執(zhí)行，產(chǎn)生比第一種材料更氧化的第二種材料。例如，第二種材料可以具有更多羥基、醛基、酮基、酯基、或羧酸基團(tuán)，這可以增加其親水性。

在某些實(shí)施方案中，超聲處理介質(zhì)是水介質(zhì)。需要時(shí)，介質(zhì)可以包括氧化試劑例如過氧化物(例如過氧化氫)、分散劑和/或緩沖劑。分散劑的例子包括離子型分散劑例如十二烷基硫酸鈉和非離子型分散劑例如聚(乙二醇)。

在其他實(shí)施方案中，超聲處理介質(zhì)是非水性的。例如，超聲處理可以在烴例如甲苯或庚烷、醚例如二乙醚或四氫呋喃中，或甚至在液化氣體例如氬、氙或氮中執(zhí)行。

熱解

一個(gè)或多個(gè)熱解加工順序可以用于加工來自廣泛多樣不同來源的含碳材料，以從材料中提取有用物質(zhì)，并且提供部分降解的材料，其充當(dāng)關(guān)于進(jìn)一步加工步驟和/或順序的輸入。熱解還可以用于滅菌材料。熱解條件可以取決于原料的特征和/或其他因素而改變。例如，具有更高木質(zhì)素水平的原料可能需要更高的溫度、更長的停留時(shí)間和/或在熱解過程中引入更高水平的氧。

在一個(gè)例子中，通過使第一種材料在管式爐(在氧的存在或不存在下)中加熱，使包括具有第一個(gè)數(shù)量平均分子量(mn1)的纖維素的第一種材料熱解，以提供第二種生物量材料，其包括具有比第一個(gè)數(shù)量平均分子量低的第二個(gè)數(shù)量平均分子量(mn2)的纖維素。

因?yàn)榈诙N材料包括相對(duì)于第一種材料具有減少的分子量、和在某些情況下，同樣減少的結(jié)晶度的纖維素，所以第二種材料例如在包括微生物的溶液中一般更分散、膨脹和/或可溶。

在某些實(shí)施方案中，第二個(gè)數(shù)量平均分子量(mn2)比第一個(gè)數(shù)量平均分子量(mn1)低超過約10％，例如超過約15、20、25、30、35、40、50％、60％或甚至超過約75％。

在某些情況下，第二種材料包括這樣的纖維素，其具有比第一種材料的纖維素的結(jié)晶度(c1)低的結(jié)晶度(c2)。例如，(c2)可以比(c1)低超過約10％，例如超過約15、20、25、30、35、40或甚至超過約50％。

在某些實(shí)施方案中，起始結(jié)晶度指數(shù)(在熱解之前)是約40-約87.5％，例如約50-約75％或約60-約70％，并且在熱解后的結(jié)晶度指數(shù)是約10-約50％，例如約15-約45％或約20-約40％。然而，在特定實(shí)施方案中，例如在廣泛熱解后，它可以具有低于5％的結(jié)晶度指數(shù)。在某些實(shí)施方案中，在熱解后的材料是基本上無定形的。

在某些實(shí)施方案中，起始數(shù)量平均分子量(在熱解之前)是約200,000-約3,200,000，例如約250,000-約1,000,000或約250,000-約700,000，并且在熱解后的數(shù)量平均分子量是約50,000-約200,000，例如約60,000-約150,000或約70,000-約125,000。然而，在某些實(shí)施方案中，例如在廣泛熱解后，它可以具有小于約10,000或甚至小于約5,000的數(shù)量平均分子量。

在某些實(shí)施方案中，第二種材料可以具有比第一種材料的氧化水平(o1)高的氧化水平(o2)。材料的更高氧化水平可以有助于其分散性、膨脹性和/或可溶性，進(jìn)一步增強(qiáng)材料對(duì)化學(xué)、酶促或微生物攻擊的敏感性。在某些實(shí)施方案中，為了增加第二種材料相對(duì)于第一種材料的氧化水平，熱解在氧化環(huán)境中執(zhí)行，產(chǎn)生比第一種材料更氧化的第二種材料。例如，第二種材料可以具有比第一種材料更多的羥基、醛基、酮基、酯基、或羧酸基團(tuán)，從而增加材料的親水性。

在某些實(shí)施方案中，材料的熱解是連續(xù)的。在其他實(shí)施方案中，使材料熱解預(yù)定時(shí)間，并且隨后在再次熱解前允許冷卻第二個(gè)預(yù)定時(shí)間。

氧化

一個(gè)或多個(gè)氧化處理順序可以用于加工來自廣泛多樣不同來源的含碳材料，以從材料中提取有用物質(zhì)，并且提供部分降解和/或改變的有機(jī)材料，其充當(dāng)關(guān)于進(jìn)一步加工步驟和/或順序的輸入。氧化條件可以取決于原料的木質(zhì)素含量而改變，其中更高程度的氧化一般是更高木質(zhì)素含量原料所需的。

在一種方法中，例如通過在空氣或富氧空氣的流中在管形爐中加熱第一種材料，使包括具有第一個(gè)數(shù)量平均分子量(mn1)和具有第一個(gè)氧含量(o1)的纖維素的第一種材料氧化，以提供第二種生物量材料，其包括具有比第一個(gè)數(shù)量平均分子量低的第二個(gè)數(shù)量平均分子量(mn2)和具有比第一個(gè)氧含量(o1)高的第二個(gè)氧含量(o2)的纖維素。

第二種材料的第二個(gè)數(shù)量平均分子量一般低于第一種材料的第一個(gè)數(shù)量平均分子量。例如，分子量可以減少至與上文就其他物理處理而言討論的相同的程度。第二種材料的結(jié)晶度也可以減少至與上文就其他物理處理而言討論的相同的程度。

在某些實(shí)施方案中，第二個(gè)氧含量比第一個(gè)氧含量高至少約5％，例如高7.5％、高10.0％、高12.5％、高15.0％或高17.5％。在某些優(yōu)選實(shí)施方案中，第二個(gè)氧含量比第一種材料的第一個(gè)氧含量高至少約20.0％。通過元素分析通過在1300℃或以上操作的爐中熱解樣品來測量氧含量。合適的元素分析儀是具有vtf-900高溫?zé)峤鉅t的lecochns-932分析儀。

一般地，材料的氧化在氧化環(huán)境中發(fā)生。例如，通過在氧化環(huán)境中熱解可以實(shí)現(xiàn)或幫助氧化，例如在空氣或富氬空氣中。為了幫助氧化，在氧化之前或在氧化過程中，多種化學(xué)試劑例如氧化試劑、酸或堿可以加入材料中。例如，在氧化之前可以加入過氧化物(例如，過氧苯甲酰)。

減少生物量原料中的不順應(yīng)的某些氧化方法采用芬頓型化學(xué)。此類方法公開于美國序列號(hào)12/639,289中，其完整公開內(nèi)容通過引用合并入本文。

示例性氧化劑包括過氧化物例如過氧化氫和過氧化苯甲酰、過硫酸鹽例如過硫酸銨、激活型氧例如臭氧、高錳酸鹽例如高錳酸鉀、高氯酸鹽例如高氯酸鈉、和次氯酸鹽例如次氯酸鈉(家用漂白劑)。

在某些情況下，ph在接觸過程中維持在或低于約5.5，例如1-5、2-5、2.5-5或約3-5。氧化條件還可以包括例如2-12小時(shí)、例如4-10小時(shí)或5-8小時(shí)的接觸時(shí)期。在某些情況下，溫度維持在或低于300℃，例如在或低于250、200、150、100或50℃。在某些情況下，溫度保持基本上環(huán)境的，例如在或約20-25℃。

在某些實(shí)施方案中，一種或多種氧化劑作為氣體應(yīng)用，例如通過經(jīng)由用粒子束例如電子通過空氣照射材料原位生成臭氧。

在某些實(shí)施方案中，混合物進(jìn)一步包括一種或多種氫醌例如2,5-二甲氧基氫醌(dmhq)，和/或一種或多種苯醌例如2,5-二甲氧基-1,4-苯醌(dmbq)，其可以幫助電子傳遞反應(yīng)。

在某些實(shí)施方案中，一種或多種氧化劑電化學(xué)地原位生成。例如，過氧化氫和/或臭氧可以在接觸或反應(yīng)器內(nèi)電化學(xué)地產(chǎn)生。

溶解、減少不順應(yīng)或官能化的其他加工過程

這個(gè)段落的任何加工過程可以無需本文描述的任何加工過程單獨(dú)使用，或與本文描述的任何加工過程組合使用(以任何次序)：蒸汽爆炸、化學(xué)處理(例如酸處理(包括用礦物酸例如硫酸、鹽酸和有機(jī)酸例如三氟乙酸的濃和稀酸處理)和/或堿處理(例如用石灰或氫氧化鈉處理))、uv處理、螺旋擠出處理(參見例如于2008年11月17日提交的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)61/115,398、溶劑處理(例如用離子液體處理)和冷凍研磨(參見例如美國序列號(hào)12/502,629)。

燃料、酸、酯和/或其他產(chǎn)物的產(chǎn)生

在已對(duì)生物量執(zhí)行上文討論的一個(gè)或多個(gè)加工步驟后，在纖維素和半纖維素部分中包括的復(fù)雜碳水化合物可以使用糖化加工過程加工成可發(fā)酵糖，如上所述。

在所得到的糖溶液已轉(zhuǎn)運(yùn)至制造設(shè)施后，糖可以轉(zhuǎn)換成各種產(chǎn)物，例如醇例如乙醇或有機(jī)酸。所獲得的產(chǎn)物取決于利用的微生物和生物加工在其下發(fā)生的條件。這些步驟可以例如利用基于玉米的乙醇制造設(shè)施的現(xiàn)有設(shè)備執(zhí)行。

需要時(shí)，本文討論的混合加工過程和設(shè)備也可以在生物加工過程中使用。有利地，本文描述的混合系統(tǒng)不對(duì)液體賦予高剪切，并且不顯著升高液體的總體溫度。因此，在生物加工中使用的微生物在加工過程自始至終維持在有活力的條件中?；旌峡梢栽鰪?qiáng)反應(yīng)速率且改善加工過程的效率。

一般地，發(fā)酵利用多種微生物，通過木質(zhì)纖維素材料的糖化產(chǎn)生的糖溶液一般將包括木糖以及葡萄糖。可能希望例如通過色譜法去除木糖，因?yàn)槟承┏Ｓ梦⑸?例如酵母)不作用于木糖。木糖可以收集且用于制造其他產(chǎn)物，例如動(dòng)物飼料和甜味劑木糖醇。木糖可以在糖溶液遞送至發(fā)酵將在其中執(zhí)行的制造設(shè)施前或后去除。

微生物可以是天然微生物或經(jīng)改造的微生物。例如，在本文材料節(jié)段中討論的任何微生物。

關(guān)于酵母的最佳ph是約ph4-5，而關(guān)于發(fā)酵單胞菌屬的最佳ph是約ph5-6。一般發(fā)酵時(shí)間是在26℃-40℃下約24-96小時(shí)，然而，嗜熱微生物更喜歡較高的溫度。

羧酸基團(tuán)一般降低發(fā)酵溶液的ph，趨于抑制由某些微生物例如樹干畢赤酵母(pichiastipitis)的發(fā)酵。因此，在某些情況下，在發(fā)酵前或發(fā)酵過程中希望加入堿和/或緩沖液，以培養(yǎng)(bringup)溶液的ph。例如，氫氧化鈉或石灰可以加入發(fā)酵培養(yǎng)基中，以使培養(yǎng)基的ph升高至對(duì)于利用的微生物最佳的范圍。

發(fā)酵一般在水性生長培養(yǎng)基中進(jìn)行，這可以包括氮源或其他營養(yǎng)素來源，例如尿素，連同維生素和痕量礦物質(zhì)和金屬。一般優(yōu)選生長培養(yǎng)基可以是無菌的，或至少具有低微生物載量，例如細(xì)菌計(jì)數(shù)。生長培養(yǎng)基的滅菌可以以任何所需方式完成。然而，在優(yōu)選實(shí)現(xiàn)中，滅菌通過照射生長培養(yǎng)基或在混合前照射生長培養(yǎng)基的個(gè)別組分來完成。輻射劑量一般盡可能低，同時(shí)仍獲得足夠結(jié)果，以便使能量消耗和所產(chǎn)生的成本降到最低。例如，在許多情況下，生長培養(yǎng)基其自身或生長培養(yǎng)基的組分可以用小于5mrad，例如小于4、3、2或1mrad的輻射劑量進(jìn)行處理。在特定情況下，生長培養(yǎng)基用約1-3mrad的劑量進(jìn)行處理。

在某些實(shí)施方案中，所有或部分發(fā)酵加工過程可以在低分子量糖完全轉(zhuǎn)變成乙醇前中斷。中間發(fā)酵產(chǎn)物包括高濃度的糖和碳水化合物。這些中間發(fā)酵產(chǎn)物可以用于制備用于人或動(dòng)物消費(fèi)的食物。另外地或備選地，中間發(fā)酵產(chǎn)物可以在不銹鋼研磨機(jī)中磨成細(xì)粒大小以產(chǎn)生粉樣物質(zhì)。

可以利用移動(dòng)發(fā)酵罐，如美國臨時(shí)專利申請(qǐng)序列60/832,735，現(xiàn)在的公開國際申請(qǐng)?zhí)杦o2008/011598中所述。類似地，糖化設(shè)備可以是移動(dòng)的。進(jìn)一步地，糖化和/或發(fā)酵可以部分或完全在運(yùn)輸過程中執(zhí)行。

后加工

在發(fā)酵后，所得到的流體可以使用例如“啤酒柱(beercolumn)”進(jìn)行蒸餾，以使乙醇和其他醇類與大多數(shù)水和殘留固體分離。離開啤酒柱的蒸氣可以是例如35重量％的乙醇，并且可以供應(yīng)給精餾柱。使用蒸氣相分子篩，來自精餾柱的近共沸(92.5％)乙醇和水的混合物可以純化至純(99.5％)乙醇。啤酒柱底部殘留物可以送至三效蒸發(fā)器的第一個(gè)效應(yīng)。精餾柱回流冷凝器可以提供用于這個(gè)第一個(gè)效應(yīng)的熱。在第一個(gè)效應(yīng)后，固體可以使用離心機(jī)進(jìn)行分離且在旋轉(zhuǎn)干燥器中進(jìn)行干燥。部分(25％)離心機(jī)流出物可以再循環(huán)至發(fā)酵，并且其余送至第二個(gè)和第三個(gè)蒸發(fā)器效應(yīng)。大部分蒸發(fā)器冷凝物可以作為相當(dāng)清潔的冷凝物返回過程，其中小部分分裂出來至廢水處理以預(yù)防低沸化合物的積累。

中間產(chǎn)物和產(chǎn)物

使用本文描述的加工過程，可以將經(jīng)處理的生物量轉(zhuǎn)換為一種或多種產(chǎn)物，例如能量、燃料、食物和材料。產(chǎn)物的具體例子包括但不限于氫，醇(一元醇或二元醇，例如乙醇、正丙醇或正丁醇)，例如包括大于10％、20％、30％或甚至大于40％水的水合或含水醇，木糖醇，糖，生物柴油，有機(jī)酸(例如乙酸和/或乳酸)，烴，共同產(chǎn)物(例如蛋白質(zhì)，例如分解纖維素的蛋白質(zhì)(酶)或單細(xì)胞蛋白質(zhì))，和以任何組合或相對(duì)濃度的這些中的任何的混合物，和任選與任何添加劑例如燃料添加劑組合。其他例子包括羧酸例如乙酸或丁酸，羧酸的鹽，羧酸和羧酸的鹽和羧酸的酯(例如甲、乙和正丙酯)的混合物，酮(例如乙酮)，醛(例如乙醛)，α,β不飽和酸，例如丙烯酸和烯烴例如乙烯。其他醇和醇衍生物包括丙醇、丙二醇、1,4-丁二醇、1,3-丙二醇、這些醇中的任何的甲或乙酯。其他產(chǎn)物包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、乳酸、丙酸、丁酸、琥珀酸、3-羥基丙酸、酸中的任何的鹽以及酸和分別鹽中的任何的混合物。

其他中間產(chǎn)物和產(chǎn)物包括食物和藥劑在美國序列號(hào)12/417,900中描述，其完整公開內(nèi)容通過引用在此合并入本文。

本申請(qǐng)還包含以下的實(shí)施方案：

1.方法，其包括：

通過使用噴射混合器將生物質(zhì)原料與流體介質(zhì)和糖化劑混合，糖化在器皿中的生物量原料。

2.實(shí)施方案1的方法，其中所述原料具有小于約0.5g/cm³的堆密度。

3.實(shí)施方案1或?qū)嵤┓桨?的方法，其中所述流體介質(zhì)包括水。

4.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中所述糖化劑包括酶。

5.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中所述噴射混合器包括噴射流動(dòng)攪拌器，且糖化所述原料包括用所述噴射流動(dòng)攪拌器攪拌所述原料。

6.實(shí)施方案5的方法，其中所述射流攪拌器包括固定在柄的遠(yuǎn)末端的葉輪和在所述葉輪周圍的覆蓋物。

7.實(shí)施方案5或6的方法，其中所述噴射混合器包括多個(gè)射流攪拌器，每個(gè)射流攪拌器配置為可逆地操作，在第一種模式中向器皿的頂部，并且在第二種模式中向器皿的底部抽泵流體。

8.實(shí)施方案7的方法，其中在至少部分混合的過程中，所有所述射流攪拌器以第一種模式操作。

9.實(shí)施方案7或8的方法，其中在至少部分混合的過程中，某些所述射流攪拌器以第一種模式操作，并且同時(shí)，其他的以第二種模式操作。

10.實(shí)施方案7的方法，其進(jìn)一步包括將微生物加入器皿中，并且使所述糖化的原料發(fā)酵，其中在至少部分發(fā)酵的過程中，所有所述射流攪拌器以第一種模式操作。

11.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中所述器皿具有弓形底部表面。

12.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中所述噴射混合器包括具有遞送噴嘴的噴射曝氣型混合器，并且其中糖化所述原料包括通過所述遞送噴嘴遞送噴射。

13.實(shí)施方案12的方法，其中所述噴射混合器不通過所述遞送噴嘴注入空氣而操作。

14.實(shí)施方案12的方法，其中糖化包括將液體供應(yīng)給所述噴射曝氣型混合器的2個(gè)進(jìn)入線路。

15.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中所述噴射混合器包括抽吸室噴射混合器。

16.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中所述噴射混合器還包括與排出管的第一個(gè)末端流體聯(lián)系的噴嘴，所述排出管的第一個(gè)末端與所述噴嘴隔開，并且所述排出管具有配置為發(fā)出流體噴射的第二個(gè)末端。

17.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中糖化包括

將所述原料以不連續(xù)增量加入所述流體介質(zhì)中；并且

在加入另一個(gè)增量的原料前，用所述噴射混合器使原料的每個(gè)不連續(xù)增量的原料混合到所述流體介質(zhì)內(nèi)。

18.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括在所述噴射混合器的操作過程中，監(jiān)控所述原料、所述流體介質(zhì)和所述糖化劑的混合物的葡萄糖水平。

19.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括在糖化過程中將另外的原料和糖化劑加入所述器皿中。

20.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中所述器皿包括槽。

21.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中所述器皿包括軌道車或油罐卡車的槽。

22.實(shí)施方案21的方法，其中糖化在原料、流體介質(zhì)和糖化劑的混合物的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中部分或完全發(fā)生。

23.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其中所述原料包括纖維素或木質(zhì)纖維素材料。

24.實(shí)施方案23的方法，其中所述原料包括紙。

25.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括將乳化劑或表面活性劑加入所述器皿中的混合物中。

26.上述實(shí)施方案中任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括將微生物加入所述器皿中且使所述糖化的原料發(fā)酵。

27.方法，其包括：

通過在器皿內(nèi)一般產(chǎn)生環(huán)形流動(dòng)的混合器的操作來糖化生物量原料，在所述器皿中已放置所述生物量原料連同流體介質(zhì)和糖化劑。

28.實(shí)施方案27的方法，其中所述混合器配置為經(jīng)過混合過程使所述流體介質(zhì)的總體溫度中的任何增加限制為小于5℃。

29.方法，其包括：

通過使用噴射混合器使所述低分子量糖與微生物在流體介質(zhì)中混合，將低分子量糖轉(zhuǎn)換為產(chǎn)物。

30.實(shí)施方案29的方法，其中所述流體介質(zhì)包括水。

31.實(shí)施方案29或?qū)嵤┓桨?0的方法，其中所述微生物包括酵母。

32.實(shí)施方案29-31中任一項(xiàng)的方法，其中所述噴射混合器包括射流攪拌器，并且其中轉(zhuǎn)換包括用射流攪拌器攪拌所述原料。

33.實(shí)施方案29-32中任一項(xiàng)的方法，其中所述噴射混合器包括具有遞送噴嘴的噴射曝氣型混合器，并且其中糖化所述原料包括通過所述遞送噴嘴遞送噴射。

34.實(shí)施方案29-33中任一項(xiàng)的方法，其中所述噴射混合器包括抽吸室噴射混合器。

35.原料糖化儀器，其包括：

槽，

配置為將生物量原料遞送至所述槽的生物量原料遞送裝置，和

配置為將測定量的糖化劑遞送至所述槽的糖化劑遞送裝置，和

具有排列在所述槽內(nèi)的噴嘴且配置為混合所述遞送的生物量原料和糖化劑的噴射混合器。

36.實(shí)施方案35的儀器，其中所述噴射混合器進(jìn)一步包括發(fā)動(dòng)機(jī)，并且所述儀器進(jìn)一步包括監(jiān)控在混合過程中所述發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩監(jiān)控器，和/或監(jiān)控所述發(fā)動(dòng)機(jī)的滿載電流量的安培監(jiān)控器。

37.實(shí)施方案35或?qū)嵤┓桨?6的儀器，其進(jìn)一步包括基于來自所述轉(zhuǎn)矩監(jiān)控器的輸入，調(diào)整所述原料遞送裝置和/或所述糖化劑遞送裝置的操作的控制器。

38.實(shí)施方案35-37中任一項(xiàng)的儀器，其中所述噴射混合器包括發(fā)動(dòng)機(jī)，并且所述儀器進(jìn)一步包括配置為調(diào)整所述發(fā)動(dòng)機(jī)的速度的變頻器。

39.實(shí)施方案35-38中任一項(xiàng)的儀器，其中所述槽具有弓形底部表面。

40.方法，其包括：

糖化器皿中的生物量原料，以形成經(jīng)糖化的混合物；

用微生物接種所述器皿中的所述經(jīng)糖化的混合物；和

允許所述接種的經(jīng)糖化的混合物在所述器皿中發(fā)酵。

41.實(shí)施方案40的方法，其進(jìn)一步包括在發(fā)酵過程中，將所述器皿的內(nèi)容物轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)運(yùn)器皿，并且允許發(fā)酵在所述轉(zhuǎn)運(yùn)器皿中繼續(xù)。

42.實(shí)施方案40或?qū)嵤┓桨?1的方法，其進(jìn)一步包括在糖化和發(fā)酵過程中用噴射混合器攪拌所述器皿的內(nèi)容物。

43.實(shí)施方案40-42中任一項(xiàng)的方法，其進(jìn)一步包括監(jiān)控所述發(fā)酵混合物的氧含量和乙醇含量和/或糖含量。

44.發(fā)酵系統(tǒng)，其包括：

具有通風(fēng)孔的器皿；

與所述器皿聯(lián)系的氧的來源；

配置為監(jiān)控所述器皿中液體的氧含量的氧監(jiān)控器；和

使用所述通風(fēng)孔和氧來源，響應(yīng)來自所述氧監(jiān)控器的輸入，配置為調(diào)整所述液體的氧含量的控制器。

45.實(shí)施方案44的發(fā)酵系統(tǒng)，其中所述控制器配置為以小于0.2vvm的速率氧合所述器皿。

46.實(shí)施方案44或?qū)嵤┓桨?5的發(fā)酵系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括配置為監(jiān)控所述器皿中所述液體的糖濃度和/或乙醇濃度的發(fā)酵監(jiān)控器；和基于從所述發(fā)酵監(jiān)控器接受的輸入，配置為停止發(fā)酵的控制器。

47.實(shí)施方案46的發(fā)酵系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括配置為響應(yīng)從所述監(jiān)控器接受的信號(hào)而停止發(fā)酵的發(fā)酵停止模塊。

實(shí)施例

剪切的紙?jiān)先缦轮苽洌?/p>

1500磅未用過的滑材(skid)、具有20lb/ft³的堆密度由未印刷的聚涂層白色牛皮紙板制成的半加侖果汁紙板盒得自internationalpaper。將每個(gè)紙板盒平坦折疊，并且隨后以約15-20磅/小時(shí)的速率注入3hpflinchbaugh切碎機(jī)內(nèi)。切碎機(jī)裝備2個(gè)12英寸旋轉(zhuǎn)刀片、2個(gè)固定刀片和0.30英寸排放篩。將旋轉(zhuǎn)和固定刀片之間的缺口調(diào)節(jié)至0.10英寸。來自切碎機(jī)的輸出類似五彩紙屑，其具有0.1英寸-0.5英寸的寬度、0.25英寸-1英寸的長度和與原材料那種等價(jià)的厚度(約0.075英寸)。

將五彩紙屑樣材料供應(yīng)給munson旋轉(zhuǎn)切割機(jī)，型號(hào)sc30。型號(hào)sc30裝備4個(gè)旋轉(zhuǎn)刀片、4個(gè)固定刀片和具有1/8英寸開口的排放篩。將旋轉(zhuǎn)和固定刀片之間的缺口設(shè)為約0.020英寸。旋轉(zhuǎn)切割機(jī)剪切越過刀刃的五彩紙屑樣小片，將小片撕開并且以約1磅/小時(shí)的速率釋放纖維材料。纖維材料具有0.9748m²/g+/-0.0167m²/g的bet表面積、89.0437％的多孔性和0.1260g/ml的堆密度(＠0.53psia)。纖維的平均長度是1.141mm，并且纖維的平均寬度是0.027mm，產(chǎn)生42:1的平均l/d。

為了糖化紙?jiān)希紫葘?升水加入器皿中。水的溫度在糖化過程自始至終維持在50℃，并且ph維持在5。將原料以增量加入水中，如下表中所示。在每次添加后，執(zhí)行混合直至原料分散，在這之后加入2種酶的混合物，再次如下表中所示。(酶1是1500酶復(fù)合物，酶2是novozyme^tm188纖維二糖酶)。在每次添加后，混合最初以10,000rpm執(zhí)行，只要原料已分散將混合調(diào)低到4,000rpm。使用ikawerkst-50噴射攪拌器混合器，伴隨50k-g-45噴射混合工具。

原料以增量加入，因?yàn)樵诳梢约尤敫嗲氨仨毷乖现辽俨糠痔腔?；否則混合物變得太難以混合。觀察到需要比先前搖瓶實(shí)驗(yàn)中所需的更少的酶，以獲得給定葡萄糖水平。對(duì)于前300小時(shí)未觀察到通過不希望有的微生物例如霉菌的污染。在約300小時(shí)，在其中糖濃度最低的槽壁上，但未在槽自身中觀察到霉菌樣生物。

*經(jīng)過數(shù)小時(shí)的過程進(jìn)行1600克添加。

其他實(shí)施方案

許多實(shí)施方案已得到描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解可以進(jìn)行各種修飾而不背離本公開內(nèi)容的精神和范圍。

例如，本文描述的噴射混合器可以以任何所需組合和/或與其他類型的混合器組合使用。

一個(gè)或多個(gè)噴射混合器可以固定在槽內(nèi)的任何所需位置中。就柄固定的噴射混合器而言，柄可以與槽的中心軸共線或可以與其偏離。例如，需要時(shí)，可以提供具有不同類型的中心固定混合器例如船舶葉輪或rushton葉輪的槽，并且噴射混合器可以偏離中心軸或在中心軸上固定在槽的另一個(gè)區(qū)域中。在后面一種情況下，一個(gè)混合器可以從槽的頂部延伸，而另一個(gè)從槽的地板向上延伸。

在本文描述的任何噴射混合系統(tǒng)中，通過噴射混合器的流體(液體和/或氣體)的流動(dòng)可以是連續(xù)或脈沖的，或連續(xù)流動(dòng)時(shí)期與脈沖流動(dòng)的間隔的組合。當(dāng)流動(dòng)是脈沖的時(shí)，脈沖可以是規(guī)則或不規(guī)則的。在后面一種情況下，驅(qū)動(dòng)流體流動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)可以按程序工作，例如以提供間隔的脈沖流動(dòng)，以阻止混合變得“粘滯”。脈沖流動(dòng)的頻率可以是例如約0.5hz至約10hz，例如約0.5hz、0.75hz、1.0hz、2.0hz、5hz或10hz。通過使發(fā)動(dòng)機(jī)打開和關(guān)閉，和/或通過提供中斷流體流動(dòng)的流動(dòng)分流器，可以提供脈沖流動(dòng)。

雖然在本文中提及的是槽，但噴射混合可以在任何類型的器皿或容器中使用，包括廢水池、池、池塘等。如果混合在其中發(fā)生的容器是地內(nèi)結(jié)構(gòu)(in-groundstructure)例如廢水池，那么它可以是加襯的。容器可以是覆蓋的，例如如果它是室外的，或未覆蓋的。

雖然本文已描述了生物量原料，但可以使用其他原料和生物量原料與其他原料的混合物。例如，某些實(shí)現(xiàn)可以利用生物量原料與含烴原料的混合物，例如于2009年7月20日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/226,877中公開的那些，其完全公開內(nèi)容通過引用合并入本文。

因此，其他實(shí)施方案在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)。