ES2645955T3

ES2645955T3 - Dispersión de materias primas y procesamiento de materiales

Info

Publication number: ES2645955T3
Application number: ES10784625.5T
Authority: ES
Inventors: Marshall Medoff; Thomas Masterman
Original assignee: Xyleco Inc
Current assignee: Xyleco Inc
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2017-12-11
Anticipated expiration: 2030-11-18
Also published as: US20110177558A1; UA106514C2; US8716009B2; US20130183748A1; KR20120117824A; EA025122B1; HUE034504T2; PL2526182T3; SG10201408689YA; WO2011090543A1; CN103981234B; AU2010343263B2; EA201290396A1; EP2526182A1; IL220809A0; UA119029C2; MY175991A; SG10201801093XA; US10053662B2; ZA201205362B

Abstract

Un procedimiento que comprende: sacarificar una materia prima de biomasa en un recipiente, habiéndose dispersado la materia prima de biomasa en un medio líquido usando un sistema dispersante que extrae la materia prima y el medio líquido del recipiente y recircula la materia prima y el medio líquido de vuelta al recipiente, donde el sistema dispersante comprende una cámara y, dentro de la cámara, un miembro giratorio que incorpora la materia prima y el medio líquido en la cámara axialmente y expulsa una dispersión de materia prima en el medio desde la cámara radialmente.

Description

DESCRIPCION

Dispersion de materias primas y procesamiento de materiales 5 ANTECEDENTES

Los materiales celulosicos y lignocelulosicos se producen, se procesan y se usan en grandes cantidades en una serie de aplicaciones. A menudo, tales materiales se usan una vez y se descartan entonces como desecho, o simplemente se considera que son materiales de desecho, p.ej. aguas residuales, bagazo, serrfn y rastrojos.

10

Se han descrito diversos materiales celulosicos y lignocelulosicos, sus usos y aplicaciones en las patentes de EE.UU. n° 7.307.108, 7.074.918, 6.448.307, 6.258.876, 6.207.729, 5.973.035 y 5.952.105; y en diversas solicitudes de patente, incluyendo "FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES," WO 2006/102543 y "FIBROUS MATERIALS AND COMPOSITES," publicacion de solicitud de patente de EE.UU. n° 2007/0045456.

15

RESUMEN

Se divulgan procesos en la presente memoria para sacarificar o licuar un material, p.ej. una materia prima celulosica o lignocelulosica, convirtiendo la porcion celulosica del material en azucares de bajo peso molecular, p.ej. usando 20 una enzima. La invencion se refiere tambien a convertir una materia prima en un producto, p.ej. por fermentacion. Los procesos incluyen utilizar sistemas dispersantes para dispersar una materia prima fibrosa y/o particulada en un medio lfquido.

Los procesos divulgados en la presente memoria pueden utilizar materiales de baja densidad aparente, por ejemplo 25 materias primas celulosicas o lignocelulosicas que se han pretratado ffsicamente para tener una densidad aparente de menos de aproximadamente 0,75 g/cm3, p.ej. menos de aproximadamente 0,7, 0,65, 0,60, 0,50, 0,35, 0,25, 0,20, 0,15, 0,10, 0,05 o menos, p.ej. menos de 0,025 g/cm3.

Tales materiales pueden ser especialmente diffciles de dispersar en lfquidos, p.ej. con agua o un sistema disolvente 30 para sacarificacion, fermentacion u otro procesamiento. Debido a su baja densidad aparente, los materiales tienden a flotar en la superficie de lfquido en lugar de humedecerse y dispersarse en el lfquido. En algunos casos, los materiales pueden ser hidrofobos, altamente cristalinos o de otro modo diffciles de humedecer. Al mismo tiempo, es deseable procesar la materia prima en una dispersion de nivel de solidos relativamente alto, para obtener una alta concentracion final de azucar en el material sacarificado, o una alta concentracion del producto deseado despues de 35 procesamiento (p.ej., de etanol u otro alcohol o alcoholes despues de fermentacion). En algunos casos, al utilizar los procedimientos descritos en la presente memoria, el nivel de solidos de la dispersion durante el procesamiento puede ser de, por ejemplo, al menos un 10, 15, 20, 22,5, 25, 27,5, 30, 35, 40, 45 o incluso al menos un 50 % en peso de solidos disueltos. Por ejemplo, el nivel de solidos puede ser de aproximadamente 10 a 50 %, p.ej. de aproximadamente 10-40 %, 10-30 % o 10-20 %.

40

Los inventores han encontrado que la dispersion inicial de una materia prima anadida a un lfquido puede mejorarse mediante el uso de cierto equipo durante la adicion de la materia prima. El equipo descrito en la presente memoria permite dispersar rapida y facilmente en el lfquido la materia prima u otros solidos o lfquidos, p.ej. nutrientes, permitiendo anadir una gran cantidad de materia prima al lfquido eficientemente. Esta dispersion eficiente de materia 45 prima contribuye a un tiempo de licuefaccion reducido y por tanto a un alto rendimiento, y facilita la produccion de una mezcla con alto nivel de solidos. De acuerdo con la invencion, se proporciona un procedimiento como se especifica en la reivindicacion 1 y un sistema como se especifica en la reivindicacion 17. En un aspecto, la invencion presenta un procedimiento que comprende sacarificar una materia prima de biomasa en un recipiente, habiendose dispersado la materia prima de biomasa en un medio lfquido usando un sistema dispersante que extrae la materia 50 prima y el medio lfquido del recipiente y recircula la materia prima y el medio lfquido de vuelta al recipiente, comprendiendo el sistema dispersante una camara y, dentro de la camara, un miembro giratorio que incorpora la materia prima y el medio lfquido en la camara axialmente y expulsa una dispersion de la materia prima en el medio desde la camara radialmente.

55 Algunas implementaciones incluyen uno o mas de los siguientes rasgos. La materia prima puede tener una densidad aparente, por ejemplo, menor de aproximadamente 0,5 g/cm3. El medio lfquido puede incluir agua. El procedimiento puede incluir ademas suministrar un agente de sacarificacion, p.ej. una enzima, al recipiente. El miembro giratorio puede funcionar como helice y la accion del miembro giratorio en la camara puede ser la de una bomba centrffuga. El procedimiento puede incluir ademas mezclar con un mezclador de chorro durante la sacarificacion. El miembro 60 giratorio puede incluir elementos de mezclado organizados coaxialmente con un rotor que se dispone en relacion de

rotor-estator con una pared lateral de la camara. El sistema dispersante puede incluir ademas un mezclador de chorro. El procedimiento puede incluir ademas suministrar la materia prima y/o un agente de sacarificacion al recipiente desde una fuente dispuesta fuera del recipiente, por ejemplo situada por encima o al lado del recipiente, o a una distancia del recipiente y en comunicacion con el mismo por un conducto. Suministrar la materia prima puede 5 incluir soplar la materia prima sobre la superficie del medio lfquido en el recipiente. El procedimiento puede incluir ademas suministrar una corriente de medio lfquido desde la camara del sistema dispersante a la materia prima sobre la superficie del medio lfquido para humedecer la materia prima. La materia prima puede estar en condicion sustancialmente seca, p.ej. de 0,1 a 15 % de contenido de humedad, antes del suministro al recipiente. La fuente de la que se suministran los materiales puede incluir una tolva, que puede estar en comunicacion con un dispositivo de 10 vibracion. El sistema dispersante puede incluir una pluralidad de dispositivos dispersantes.

En algunas realizaciones, la sacarificacion incluye anadir la materia prima al medio lfquido en incrementos discretos y dispersar cada incremento discreto de materia prima en el medio lfquido con el sistema dispersante antes de anadir otro incremento de materia prima. El procedimiento puede incluir tambien monitorizar el nivel de glucosa de 15 una mezcla de la materia prima, el medio lfquido y el agente de sacarificacion durante la sacarificacion. Puede anadirse materia prima y agente de sacarificacion adicionales al recipiente durante la sacarificacion y dispersarse en el medio usando el sistema dispersante.

En otro aspecto, la invencion presenta un aparato de sacarificacion de materia prima que incluye (a) un tanque, (b) 20 un sistema de suministro configurado para suministrar una materia prima de biomasa y un medio lfquido al tanque y (c) un sistema dispersante configurado para dispersar la materia prima de biomasa en el medio lfquido, (d) un dispositivo de suministro de agente de sacarificacion configurado para suministrar una cantidad medida de agente de sacarificacion al tanque y (e) un mezclador configurado para mezclar los contenidos del tanque.

25 Algunas implementaciones incluyen uno o mas de los siguientes rasgos. El sistema dispersante comprende una camara y, dentro de la camara, un miembro giratorio que incorpora la materia prima y el medio lfquido en la camara axialmente y expulsa una dispersion de materia prima en el medio desde la camara radialmente. El aparato incluye ademas un controlador que ajusta el funcionamiento del dispositivo de suministro de materia prima y/o del dispositivo de suministro de agente de sacarificacion basandose en la entrada del monitor del par de torsion. En algunos casos, 30 el mezclador es un mezclador de chorro. El sistema de suministro puede incluir un soplador configurado para soplar la materia prima sobre la superficie de lfquido del tanque, y el sistema dispersante puede configurarse para suministrar una corriente de lfquido a la materia prima sobre la superficie del lfquido, humedeciendo la materia prima.

En otro aspecto, la invencion presenta un procedimiento que incluye sacarificar una materia prima de biomasa en un 35 recipiente que contiene un medio lfquido, habiendose dispersado la materia prima de biomasa en el medio lfquido mediante soplado de la materia prima de biomasa sobre la superficie del medio lfquido en el recipiente, poniendo en contacto la materia prima sobre la superficie con una corriente de lfquido para humedecer la materia prima y mezclando materia prima y lfquido usando, p.ej., un mezclador de chorro.

40 En algunas implementaciones, se suministra la corriente de lfquido usando una bomba de desplazamiento positivo.

En un aspecto adicional, la invencion presenta un procedimiento que incluye sacarificar una materia prima de biomasa en un recipiente, habiendose suministrado la materia prima de biomasa al recipiente por soplado de la materia prima de biomasa sobre la superficie de un medio lfquido en el recipiente, y habiendose dispersado en el 45 medio lfquido usando un sistema dispersante que comprende una camara y, dentro de la camara, un miembro giratorio que incorpora la materia prima y el medio lfquido en la camara axialmente y expulsa una dispersion de materia prima en el medio desde la camara radialmente a la materia prima sobre la superficie del medio lfquido. El procedimiento puede incluir ademas mezclar los contenidos del tanque con un mezclador de chorro.

50 En un aspecto que no forma parte de la invencion, un aparato de sacarificacion de materia prima incluye (a) un tanque, (b) un sistema de suministro configurado para suministrar una materia prima de biomasa y un medio lfquido al tanque, que comprende un soplador para soplar la materia prima de biomasa al tanque, (c) un dispositivo de suministro de agente de sacarificacion configurado para suministrar una cantidad medida de un agente de sacarificacion al tanque y (d) un mezclador configurado para mezclar los contenidos del tanque.

55

Los procedimientos descritos en la presente memoria proporcionan un humedecimiento relativamente rapido y efectivo de materia prima de un nivel relativamente alto de solidos. Al aumentar el nivel inicial de solidos de materia prima en la mezcla, el proceso puede proceder mas rapidamente, mas eficientemente y mas economicamente, y puede conseguirse generalmente una alta concentracion resultante en el producto final.

Los procesos de sacarificacion descritos en la presente memoria permiten convertir una materia prima celulosica o lignocelulosica en una forma conveniente y concentrada que puede transportarse facilmente y utilizarse en otra instalacion de fabricacion, p.ej. una instalacion configurada para fermentar soluciones de azucar hasta alcoholes, para fabricar un producto, p.ej. un combustible tal como etanol. Tales concentrados pueden usar menos agua, lo que 5 puede dar como resultado sustanciales ahorros de costes de fabricacion y transporte.

Algunos procesos divulgados en la presente memoria incluyen la sacarificacion de la materia prima y el transporte de la materia prima desde una localizacion remota, p.ej. donde se produce o almacena la materia prima, hasta la instalacion de fabricacion. En algunos casos, puede tener lugar sacarificacion parcial o enteramente durante el 10 transporte.

En algunos casos, los sistemas descritos en la presente memoria, o componentes de los mismos, pueden ser portatiles, de modo que el sistema pueda transportarse (p.ej., por tren, camion o embarcacion marftima) desde una localizacion a otra. Se describe tal procesamiento movil en el documento de EE.UU. n° de serie 12/374.549 y la 15 solicitud internacional n° WO 2008/011598.

Los productos ejemplares que pueden producirse empleando los procedimientos descritos en la presente memoria incluyen hidrocarburos, protefnas, alcoholes (p.ej., un alcohol monohidroxflico o un alcohol dihidroxflico) tales como etanol, n-propanol o n-butanol, acidos carboxflicos tales como acido acetico o acido butfrico, sales de acido 20 carboxflico, una mezcla de acidos carboxflicos y sales de acidos carboxflicos y esteres de acidos carboxflicos (p.ej., esteres metflico, etflico y n-propflico), cetonas, aldehfdos, acidos alfa,beta-insaturados tales como acido acrflico, olefinas tales como etileno y mezclas de cualquiera de estos. Los ejemplos especfficos incluyen etanol, propanol, propilenglicol, butanol, 1,4-butanodiol, 1,3-propanodiol, esteres metflico o etflico de cualquiera de estos alcoholes, acrilato de metilo, metacrilato de metilo, acido lactico, acido propionico, acido butfrico, acido succfnico, acido 325 hidroxipropionico, una sal de cualquiera de los acidos y una mezcla de cualquiera de los acidos y sales respectivas. Se describen estos y otros productos en el documento WO 2009/134791. Se determina la densidad aparente usando la norma ASTM D1895B. Brevemente, el procedimiento implica rellenar un cilindro de medida de volumen conocido con una muestra y obtener el peso de la muestra. Se calcula la densidad aparente dividiendo el peso de la muestra en gramos entre el volumen conocido del cilindro en centfmetros cubicos.

30

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La FIG. 1 es un diagrama que ilustra la hidrolisis enzimatica de celulosa hasta glucosa.

35 La FIG. 2 es un diagrama de flujo que ilustra la conversion de una materia prima en etanol mediante la produccion y transporte de una solucion de glucosa. La FIG. 2A es una ilustracion esquematica de un sistema de sacarificacion de acuerdo con una realizacion. La FIG. 2B es una ilustracion esquematica de un sistema de sacarificacion de acuerdo con otra realizacion.

La FIG. 3 es un diagrama esquematico de una instalacion de fabricacion de etanol que se ha acondicionado para 40 utilizar la soluciones y suspensiones divulgadas en la presente memoria.

La FIG. 4 es una vista esquematica en perspectiva de un sistema dispersante de acuerdo con una realizacion.

Las FIG. 5 y 5A son vistas esquematicas en seccion transversal y en perspectiva, respectivamente, de un dispositivo dispersante que puede usarse en el sistema dispersante mostrado en la fIg. 4.

La FIG. 6 es una vista esquematica en perspectiva de un sistema dispersante de acuerdo con otra realizacion.

45 Las FIG. 7 y 7A son diagramas que ilustran modos de funcionamiento alternativos para el sistema dispersante mostrado en la FIG. 6.

La FIG. 8 es una vista esquematica en perspectiva de un elemento dispersante que puede usarse en el sistema dispersante mostrado en la FIG. 6.

Las FIG. 9 y 9A son diagramas que ilustran el flujo de chorro que sale de una boquilla.

50 La FIG. 10 es una vista esquematica en perspectiva de un agitador de flujo de chorro de acuerdo con una realizacion. La FIG. 10A es una vista en perspectiva ampliada de la helice y el tubo de chorro del agitador de flujo de chorro de la FIG. 10. La FIG. 10B es una vista en perspectiva ampliada de una helice alternativa.

La FIG. 11 es una vista esquematica de un soplador para suministrar una materia prima de biomasa.

La FIG. 12 es una vista en seccion transversal de un tanque que tiene un fondo abombado y dos mezcladores de 55 chorro que se extienden por el tanque desde arriba.

DESCRIPCION DETALLADA

Los materiales que contienen glucano y/o xilano, por ejemplo materiales celulosicos y lignocelulosicos tales como los 60 que usan los procedimientos descritos en la presente memoria y biomasa (p.ej., biomasa vegetal, biomasa animal,

papel y biomasa de desechos municipales) pueden convertirse en procesados produciendo intermedios y productos utiles tales como acidos organicos, sales de acidos organicos, anhfdridos, esteres de acidos organicos y combustibles, p.ej. combustibles para motores de combustion interna o materias primas para celulas de combustible como los descritos en la presente memoria. Se describen en la presente memoria sistemas y procesos que pueden 5 usar como materiales de materia prima materiales celulosicos y/o lignocelulosicos que son facilmente disponibles y abundantes, pero a menudo puede ser diffcil procesar los materiales celulosicos o lignocelulosicos, p.ej. corrientes de desecho municipales y corrientes de desecho de papel, tales como corrientes que incluyen periodicos, papel Kraft, papel corrugado o mezclas de estos. Generalmente, si se requiere, los materiales pueden tratarse ffsicamente para procesamiento y/o despues del procesamiento, a menudo por reduccion de tamano. Si es necesario reducir la 10 recalcitrancia del material, procesos procesados ffsicamente tales como fermentacion. Muchos de los procesos descritos en la presente memoria pueden rebajar efectivamente el nivel de recalcitrancia de la materia prima, haciendo mas facil el procesamiento, tal como por bioprocesamiento (p.ej., con cualquier microorganismo descrito en la presente memoria, tal como un homoacetogenico o un heteroacetogenico y/o cualquier enzima descrita en la presente memoria), procesamiento termico (p.ej., gasificacion o pirolisis) o procedimientos qufmicos (p.ej., hidrolisis 15 acida u oxidacion). La materia prima de biomasa puede tratarse o procesarse usando uno o mas de cualquiera de los procedimientos descritos en la presente memoria, tales como tratamiento mecanico, tratamiento qufmico, radiacion, sonicacion, oxidacion, pirolisis o explosion por vapor. Los diversos sistemas y procedimientos de tratamiento pueden usarse en combinaciones de dos, tres o incluso cuatro o mas de estas tecnologfas u otras descritas en la presente memoria y en otro lugar.

20

Para convertir la materia prima en una forma que pueda procesarse facilmente en una planta de fabricacion existente, por ejemplo una planta de protefna monocelular, una planta de fabricacion de enzimas o una planta de combustible, p.ej. una instalacion de fabricacion de etanol de grano, los procesos divulgados en la presente memoria pueden utilizar materiales de baja densidad aparente, por ejemplo materias primas celulosicas o lignocelulosicas que 25 se han pretratado ffsicamente para tener una densidad aparente de menos de aproximadamente 0,75 g/cm3, p.ej. menos de aproximadamente 0,7, 0,65, 0,60, 0,50, 0,35, 0,25, 0,20, 0,15, 0,10, 0,05 o menos, p.ej. menos de 0,025 g/cm3. Se determina la densidad aparente usando la norma ASTM D1895B. Brevemente, el procedimiento implica rellenar un cilindro de medida de volumen conocido con una muestra y obtener el peso de la muestra. Se calcula la densidad aparente dividiendo el peso de la muestra en gramos entre el volumen conocido del cilindro en centfmetros 30 cubicos.

Para convertir la materia prima en una forma que pueda procesarse facilmente, se hidroliza la celulosa que contiene glucano o xilano en la materia prima hasta carbohidratos de bajo peso molecular, tales como azucares, mediante un agente de sacarificacion, p.ej. una enzima o acido, un proceso al que se hace referencia como sacarificacion. Los 35 carbohidratos de bajo peso molecular pueden usarse entonces, por ejemplo, en una planta de fabricacion existente tal como una planta de protefna monocelular, una planta de fabricacion de enzimas o una planta de combustible, p.ej. una instalacion de fabricacion de etanol.

Los materiales que incluyen celulosa pueden tratarse con el agente de sacarificacion combinando el material y el 40 agente de sacarificacion en un medio lfquido, p.ej. un disolvente tal como una solucion acuosa. Los procedimientos para dispersar el material en el medio lfquido rapida y eficientemente se discuten con detalle a continuacion. Una vez se ha dispersado el material en el medio, se mezclan a fondo medio, agente de sacarificacion, material y medio lfquido, en algunos casos a lo largo de la sacarificacion. En algunas implementaciones, se anaden incrementalmente el material y/o el agente de sacarificacion en lugar de todo a la vez. Por ejemplo, puede anadirse una porcion del 45 material al medio lfquido, dispersarse en el mismo y mezclarse con el agente de sacarificacion hasta que el material se sacarifica al menos parcialmente, en cuyo punto se dispersa una segunda porcion del material en el medio y se anade a la mezcla. Este proceso puede continuar hasta obtener la concentracion de azucar deseada.

Las enzimas y organismos destructores de biomasa que descomponen la biomasa, tal como las porciones de 50 celulosa y/o lignina de la biomasa, contienen o fabrican diversas enzimas celulolfticas (celulasas), ligninasas o diversos metabolitos destructores de biomasa de molecula pequena. Estas enzimas pueden ser un complejo de enzimas que actuan sinergicamente para degradar la celulosa cristalina o las porciones de lignina de la biomasa. Los ejemplos de enzimas celulolfticas incluyen: endoglucanasas, celobiohidrolasas y celobiasas (p-glucosidasas). Haciendo referencia a la FIG. 1, se hidroliza inicialmente un sustrato celulosico mediante endoglucanasas en 55 localizaciones aleatorias, produciendo intermedios oligomericos. Estos intermedios son entonces sustratos para glucanasas de exoescision tales como celobiohidrolasa, produciendo celobiosa de los extremos del polfmero de celulosa. La celobiosa es un dfmero 1,4-ligado hidrosoluble de la glucosa. Finalmente, la celobiasa escinde la celobiosa procurando glucosa. Las celulasas adecuadas se discutiran en la presente memoria en una seccion posterior.

El tiempo requerido para la sacarificacion completa dependera de las condiciones de proceso y de la materia prima y enzima usadas. Si se efectua la sacarificacion en una planta de fabricacion en condiciones controladas, la celulosa puede convertirse de forma sustancialmente completa en glucosa en aproximadamente 12-96 horas. Si se efectua la sacarificacion parcial o completamente en transito, la sacarificacion puede llevar mas tiempo.

5

En algunos casos, se efectua la sacarificacion a un pH de aproximadamente 4 a 7, p.ej. de aproximadamente 4,5 a 6, o de aproximadamente 5 a 6.

Se prefiere generalmente que la concentracion final de glucosa en la solucion de azucar sea relativamente alta, p.ej. 10 mayor del 10 %, o mayor del 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 o incluso mayor del 95 % en peso. Esto reduce el volumen para expedir, e inhibe tambien el crecimiento microbiano en la solucion. Despues de la sacarificacion, puede reducirse el volumen de agua, p.ej. mediante evaporacion o destilacion.

Puede obtenerse una solucion de concentracion relativamente alta limitando la cantidad de medio, p.ej. agua, 15 anadido a la materia prima con la enzima. La concentracion puede controlarse, p.ej., controlando cuanta sacarificacion tiene lugar. Por ejemplo, la concentracion puede aumentarse anadiendo mas materia prima a la solucion. La solubilidad de la materia prima en el medio puede aumentarse, por ejemplo, aumentando la temperatura de la solucion y/o anadiendo un tensioactivo como se discutira a continuacion. Por ejemplo, la solucion puede mantenerse a una temperatura de 40-50 °C, 50-60 °C, 60-80 °C o incluso mayor.

20

Haciendo referencia a la FIG. 2, un proceso para fabricar un alcohol, p.ej. etanol, puede incluir, por ejemplo, opcionalmente pretratar ffsicamente la materia prima, p.ej. reducir su tamano (etapa 110), antes y/o despues de este tratamiento, tratar opcionalmente la materia prima para reducir su recalcitrancia (etapa 112) y sacarificar la materia prima, formando una solucion de azucar (etapa 114). La sacarificacion puede efectuarse mezclando una dispersion 25 de la materia prima en un medio lfquido, p.ej. agua, con una enzima (etapa 111), como se discutira con detalle a continuacion. Durante o despues de la sacarificacion, puede transportarse la mezcla (si la sacarificacion se va a efectuar parcial o completamente en ruta), p.ej., por tuberfa, tren, camion o barcaza a una planta de fabricacion (etapa 116). En la planta, la solucion puede bioprocesarse para producir un producto deseado, p.ej. etanol (etapa 118), que se procesa entonces adicionalmente, p.ej. por destilacion (etapa 120). Las etapas individuales de este 30 proceso se describiran con detalle a continuacion. Si se desea, las etapas de medir el contenido de lignina (etapa 122) y establecer o ajustar los parametros de proceso (etapa 124) pueden efectuarse en diversos pasos del proceso, por ejemplo justo antes de la etapa o etapas de proceso usadas para cambiar la estructura de la materia prima, como se muestra. Si se incluyen estas etapas, se ajustan los parametros de proceso para compensar la variabilidad del contenido de lignina de la materia prima, como se describe en el documento WO 2010/093829.

35

La etapa de mezclado 111 y la etapa de sacarificacion 114 pueden efectuarse usando, por ejemplo, cualquiera de los sistemas mostrados en la FIG. 2A y 2B. Estos sistemas incluyen un tanque 136, que contiene inicialmente un medio lfquido y mas tarde contiene una mezcla 138 de medio lfquido, materia prima y agente de sacarificacion. El medio lfquido se suministra al tanque a traves de un sistema de tuberfas por valvulas (no mostrado). Los sistemas 40 incluyen tambien una tolva 130 en comunicacion con una unidad dispersante 134. En la realizacion mostrada en la FIG. 2B, la tolva 130 recibe materia prima que se ha tratado para reducir su tamano y opcionalmente para reducir su recalcitrancia (etapas 110 y 112 anteriores) mediante un modulo de pretratamiento de materia prima 132. En ambas realizaciones, la tolva puede recibir otros ingredientes secos, tales como levaduras y nutrientes, p.ej. desde un suministro 30. Opcionalmente, puede asociarse un dispositivo de vibracion 36 con la tolva, para facilitar el suministro 45 de material desde la tolva. El sistema incluye tambien una unidad dispersante 134. El medio lfquido se incorpora en la unidad dispersante 134 desde el tanque y se devuelve al tanque por la unidad dispersante a traves de la tuberfa de salida 137. La abertura de la tuberfa de salida 137 puede estar por encima del nivel lfquido, como se muestra, o puede en algunos aspectos estar sumergida en el lfquido del tanque. En algunos casos, dependiendo del tipo de unidad dispersante usada (como se discutira a continuacion), el sistema puede incluir una bomba 139, p.ej. una 50 bomba de desplazamiento positivo, configurada para hacer circular el medio lfquido a traves del sistema dispersante y/o un viscosfmetro 141 para monitorizar la viscosidad de la dispersion y activar la bomba cuando la viscosidad medida alcance un valor predeterminado.

En la realizacion mostrada en la FIG. 2A, se suministra la materia prima a la superficie del medio lfquido en el 55 tanque, p.ej. mediante un dispositivo de suministro 32 que tiene un conducto de suministro 34 (p.ej., manguera o tuberfa). El dispositivo de suministro 32 puede estar tambien asociado con un dispositivo de vibracion 36, para facilitar el flujo de material en el dispositivo. El dispositivo de suministro 32 puede ser, por ejemplo, un soplador configurado para soplar material fibroso y/o particulado desde una fuente a una localizacion remota de la fuente a traves de una manguera, p.ej. un soplador de aislamiento tal como el soplador FORCE 3 disponible en Intec, 60 Frederick, Colorado. Se muestra esquematicamente en la FIG. 11 un ejemplo de soplador 500. La tolva 502 del

soplador 500 recibe material de una fuente de material 504, p.ej. incorporando el material a traves de la entrada 505 mediante el vacfo 506. Una vez en la tolva, se desaglomera el material usando un dispositivo giratorio 508 que incluye brazos giratorios 510 que terminan en palas flexibles 512. El dispositivo giratorio 508 barre tambien el material a traves de una abertura 514 hasta una esclusa 516. El suministro de material a la esclusa se mide por una 5 placa o una valvula 518. La esclusa 516 incluye una pluralidad de paletas giratorias 520 que definen las camaras 522. La porcion inferior de la esclusa 516 incluye una conduccion 524 a traves de la cual se sopla aire desde un suministro de aire comprimido (no mostrado) a un tubo de salida (p.ej., conducto de suministro 34, FIG. 2A). Las paletas barren el material hasta la conduccion en porciones individuales, que se soplan al tubo de salida tan pronto como estan en el lugar adyacente a la conduccion. Las paletas giratorias 520 giran suficientemente lentas para que 10 cada camara este en posicion adyacente a la conduccion suficiente tiempo para suministrar tanto la porcion de material como una cierta cantidad de aire al tubo de salida. Por tanto, se suministran porciones alternadas de aire y material al tubo de salida. A medida que el material pasa por el tubo de salida, que puede ser bastante largo, se mezclan el material y el aire aireando el material y manteniendolo en movimiento suave a traves del tubo de salida al tanque. La tasa de rotacion de los miembros giratorios en el agitador y la esclusa se adapta conjuntamente y puede 15 variarse por el usuario basandose en la materia prima, la longitud del tubo de salida y otras variables.

Como alternativa, el material puede suministrarse a la superficie del lfquido usando otras tecnicas, tales como alimentacion por gravedad o tornillo transportador.

20 En algunas implementaciones, el tanque se proporciona con una cubierta flexible permeable al aire u otro dispositivo configurado para permitir la ventilacion de aire desde el tanque durante el suministro de la materia prima mientras se previene que la materia prima se sople fuera del tanque y/o que entren contaminantes en el tanque.

A medida que se suministra el material de materia prima a traves del conducto de suministro 34 sobre la superficie 25 del lfquido en el tanque, se descarga lfquido a traves de la tuberfa de salida 137 de la unidad dispersante 134 sobre el material. El lfquido descargado humedece el material de materia prima, causando que se hunda en el lfquido, donde puede dispersarse por la unidad dispersante 134, opcionalmente en combinacion con la accion mezcladora de un mezclador de chorro 144, discutido a continuacion.

30 Se prefiere generalmente que la unidad dispersante 134 y el mezclador de chorro 144 funcionen cuando se suministra la materia prima a traves del conducto de suministro.

En la realizacion mostrada en la FIG. 2B, se suministra la materia prima al tanque a traves de la tolva 130, que puede recibir la materia prima, por ejemplo, desde un modulo de tratamiento de materia prima 132, y entra en la 35 unidad dispersante 134, donde se dispersa en el medio lfquido, p.ej. agua.

En ambas realizaciones, se suministra un agente de sacarificacion al tanque desde la tolva 140, que incluye un dispositivo medidor 142. Se mezclan los contenidos del tanque, p.ej. mediante uno o mas mezcladores de chorro. Se representa esquematicamente un mezclador de chorro 144 en las FIG. 2A y 2B; se describiran ejemplos de 40 mezcladores de chorro adecuados con detalle a continuacion y se describen tambien en el documento WO 2010/135365. El mezclador de chorro produce un chorro usando un motor 146 que impulsa una bomba y/o un rotor (no mostrados). El par de torsion ejercido por el motor 146 se correlaciona con el nivel de solidos de la mezcla en el tanque, que a su vez refleja el grado al que se ha sacarificado la mezcla. Se mide el par de torsion por un monitor del par de torsion 148, que envfa una senal a un motor 150 que impulsa la cinta 130 y tambien al dispositivo medidor 45 142 de la tolva 140. Por tanto, el suministro de materia prima tratada y enzima puede interrumpirse y reanudarse en funcion de la sacarificacion de los contenidos del tanque. Los datos medidos por el monitor del par de torsion pueden usarse tambien para ajustar el mezclador de chorro, p.ej., a menores rpm para un mezclador que utiliza un rotor, o a una menor velocidad de chorro para un mezclador impulsado por una bomba. En lugar, o ademas, del monitor del par de torsion, el sistema puede incluir un monitor de Amp (no mostrado) que mide el amperaje de carga total del 50 motor. En algunos casos, el mezclador de chorro puede incluir un variador de frecuencia (VFD) para permitir ajustar la velocidad del motor.

El sistema puede incluir tambien un monitor termico (no mostrado) que monitoriza la temperatura del medio lfquido y ajusta la tasa de alimentacion de la materia prima y/o las condiciones de mezclado en respuesta a aumentos de 55 temperatura. Puede usarse tal bucle de realimentacion de temperatura para prevenir que el medio lfquido alcance una temperatura que desnaturalice la enzima.

Cuando se usan una o mas bombas en los sistemas descritos en la presente memoria, se prefiere generalmente usar bombas de desplazamiento positivo (DP), p.ej., bombas de DP de cavidad progresiva o de tipo tornillo.

En algunos casos, la planta de fabricacion puede ser, por ejemplo, una planta de etanol basada en grano o basada en azucar existente o una que se ha acondicionado retirando o desmantelando el equipo aguas arriba del sistema de bioprocesamiento (que en una planta de etanol tfpica incluye generalmente equipo de recepcion de grano, molino de martillos, mezclador de suspension, equipo de coccion y equipo de licuefaccion). Por tanto, la materia prima recibida 5 por la planta se introduce directamente en el equipo de fermentacion. Se muestra esquematicamente en la FIG. 3 una planta acondicionada.

En algunas realizaciones, en lugar de transportar la materia prima sacarificada (solucion de azucar) a una planta de fabricacion separada, o incluso un tanque separado, se inocula la solucion de azucar y se fermenta en el mismo 10 tanque u otro recipiente usado para sacarificacion. La fermentacion puede completarse en el mismo recipiente, o puede iniciarse de esta manera y completarse entonces durante el transporte como se discute anteriormente.

Generalmente, el nivel de oxfgeno en el recipiente de fermentacion debena controlarse, p.ej., monitorizando el nivel de oxfgeno y ventilando el tanque o aireando la mezcla segun fuera necesario. Es tambien deseable monitorizar el 15 nivel de etanol en el recipiente, de modo que cuando el nivel de etanol empiece a caer, pueda detenerse el proceso de fermentacion, p.ej. calentando o por la adicion de bisulfito de sodio. Otros procedimientos de detencion de la fermentacion incluyen anadir un peroxido (p.ej., acido peroxiacetico o peroxido de hidrogeno), anadir acido succmico o una sal del mismo, enfriar los contenidos del recipiente o reducir la tasa de burbujeo de oxfgeno. Pueden usarse combinaciones de cualesquiera dos o mas de estos procedimientos. Si la fermentacion se va a realizar o completar 20 durante el transporte, el recipiente de transporte (p.ej., el tanque de un vagon o camion cisterna) puede equiparse con una unidad de control que incluye un monitor de oxfgeno y un monitor de etanol, y un sistema de suministro para suministrar bisulfito de sodio (u otro aditivo terminador de la fermentacion) al tanque y/o un sistema para ajustar los parametros en el tanque para detener la fermentacion.

25 Si se desea, puede utilizarse mezclado por chorro durante la fermentacion, y si se realiza la fermentacion en el mismo recipiente que la sacarificacion, puede utilizarse el mismo equipo. Sin embargo, en algunas realizaciones no es necesario el mezclado por chorro. Por ejemplo, si se realiza la fermentacion durante el transporte, el movimiento del vagon o el camion cisterna puede proporcionar una agitacion adecuada.

30 DISPERSION Y MEZCLADODispersion

La unidad dispersante 134 puede incluir cualquier tipo de equipo dispersante que humedezca la materia prima con el medio lfquido. Muchas unidades dispersantes incluyen una camara y un rotor en la camara situado de tal modo que materia prima y medio lfquido se lleven hacia el rotor axialmente, y se desalojen radialmente a la periferia del rotor y 35 por tanto a traves de la salida de la unidad, a la manera de una bomba centnfuga. Dependiendo de la construccion de la unidad dispersante, puede requerirse una bomba de apoyo (bomba 139, discutida anteriormente) para llevar el fluido a traves de la unidad dispersante a altas viscosidades. Algunas unidades dispersantes se construyen para generar una muy alta presion de fluido estatico en la unidad; cuando se usan tales unidades, generalmente no se requiere una bomba de apoyo.

40

Se muestra un ejemplo de un sistema dispersante 300 adecuado en las FIG. 4-5A. Este sistema genera una succion relativamente baja, y por tanto se usa tipicamente una bomba de apoyo. El sistema dispersante 300 incluye una cuba receptora 302 que puede recibir materia prima de una tolva o bolsa mayor (no mostrada) u otra fuente y suministrarla a la unidad dispersante 301. La unidad dispersante 301 incluye una carcasa 304 que define una 45 camara dispersante 306 (FIG. 5A), una entrada de lfquido 308, una entrada de solidos 310 (FIG. 5A) en comunicacion con la cuba 302 y una salida 312. El sistema dispersante 300 incluye tambien un motor 314 que impulsa la unidad dispersante 301, una interfaz de control de usuario 316 y una unidad a presion 318 que ayuda a mantener la integridad de los sellos en la unidad dispersante 301. Se dispone una valvula (no mostrada) entre la cuba receptora 302 y la entrada de solidos 310 para medir el suministro de solidos a la unidad dispersante 301.

50

Se muestra la estructura interna de la unidad dispersante 301 en las FIG. 5-5A. Despues de pasar a traves de la entrada de solidos 310, se mueven los solidos descendentemente por un tornillo sinfm 320 medida que los solidos entran en contacto con el lfquido que entra a traves de la entrada de lfquido 308. Se mezclan entonces lfquido y solidos mediante una serie de palas de mezclado 322, y finalmente por un rotor 324 (mostrado con detalle en la FIG. 55 5A) que se dispone en configuracion de rotor/estator respecto a la pared lateral de la camara 306. Esta serie de elementos de mezclado humedece los solidos con el lfquido, a niveles crecientes de cizallamiento, dando como resultado una dispersion sustancialmente homogenea que sale a traves de la salida 312. La helice, por el principio de Venturi, crea un gran diferencial de presion entre la camara 306 y la cuba 302, que hace vacfo y por tanto ayuda a incorporar el material del contenedor a la camara.

Se muestra otro sistema dispersante 400 adecuado en las FIG. 6-8. Este sistema esta comercialmente disponible en IKA® Works, Wilmington, Carolina del Norte, con el nombre comercial CMS 2000. El sistema dispersante 400, segun se suministra, incluye un tanque de lfquidos 402. Sin embargo, si se desea puede omitirse el tanque 402 relativamente pequeno y canalizarse el resto del sistema a un tanque mayor, p.ej. un tanque de volumen industrial 5 (no mostrado). El sistema 400 incluye tambien un embudo receptor de solidos 403, una unidad dispersante 401 que incluye una carcasa 404 que tiene una estructura similar a la de la carcasa 304 discutida anteriormente, un motor 414, una interfaz de control de usuario 416 y una unidad a presion 418.

La diferencia principal entre el sistema dispersante 400 y el sistema dispersante 300 se encuentra en la estructura 10 interna de las unidades dispersantes 401 y 301. La unidad dispersante 401, mostrada con detalle en la FIG. 8, incluye un rotor 420 que funciona como helice y genera una presion de fluido estatico muy alta en la unidad. Como resultado, la unidad dispersante funciona a la manera de una bomba centrffuga, y generalmente no es necesaria una bomba de apoyo, incluso a viscosidades relativamente altas.

15 El rotor 420 incorpora el lfquido del tanque en la camara 406 a traves de la entrada 408 a alta succion. Se incorporan axialmente el lfquido y los solidos (que entran a traves de la entrada 410) en el rotor 420 a alta presion y salen del rotor 420 radialmente con flujo turbulento de alta velocidad que dispersa la materia prima en el lfquido. Una dispersion sustancialmente homogenea sale de la camara a traves de la salida 412 y se suministra al tanque para sacarificacion.

20

El sistema dispersante 400 puede funcionar en diversos modos, cuyos ejemplos se muestran en las FIG. 7 y 7A. En la FIG. 7, se alimenta la unidad dispersante 401 cargando la materia prima en una tolva 422 que esta montada sobre la entrada de solidos de la carcasa 404. Una valvula 424 controla el suministro de la materia prima a la unidad dispersante 401. La materia prima puede cargarse usando cualquier tecnica de suministro deseada, p.ej. 25 manualmente, por cinta, cargador neumatico o similar. En la FIG. 7A, se succiona la materia prima de una bolsa o cuba 424 usando una varilla de succion 426. En este caso, puede controlarse el suministro de la materia prima controlando la tasa de succion. Pueden usarse otras organizaciones.

La materia prima puede suministrarse a la unidad dispersante continua o intermitentemente, y el sistema dispersante 30 puede ejecutarse en modo de recirculacion o de "una pasada". Si se desea, la unidad dispersante puede usarse para mezclado durante la sacarificacion, despues de completarse la dispersion inicial.

Mezclado por chorro

35 Una vez se ha dispersado sustancialmente la materia prima en el lfquido, puede ser deseable desconectar el sistema dispersante y usar un mezclador que requiera menos energfa para mezclado adicional. Los mezcladores particularmente ventajosos con este fin se conocen como "mezcladores de chorro". En general, los mezcladores adecuados tienen en comun que producen un flujo circulante de alta velocidad, por ejemplo flujo de patron toroidal o elfptico. Generalmente, los mezcladores preferidos exhiben una alta tasa de flujo de masa. Los mezcladores 40 preferidos proporcionan esta accion de mezclado con un consumo relativamente bajo de energfa. Se prefiere generalmente tambien que el mezclador produzca un cizallamiento relativamente bajo y evite el calentamiento del medio lfquido, ya que el cizallamiento y/o el calentamiento pueden afectar perjudicialmente al agente de sacarificacion (o microorganismo, p.ej. en el caso de fermentacion). Como se discutira con detalle a continuacion, algunos mezcladores preferidos incorporan la mezcla a traves de una entrada en un elemento de mezclado, que 45 puede incluir un rotor o helice, y expulsan entonces la mezcla del elemento de mezclado a traves de una boquilla de salida. Esta accion circulante, y la alta velocidad del chorro que sale de la boquilla, ayudan a dispersar el material que flota sobre la superficie del lfquido o el material que ha sedimentado en el fondo del tanque, dependiendo de la orientacion del elemento de mezclado. Los elementos de mezclado pueden situarse en diferentes orientaciones para dispersar tanto material flotante como sedimentado, y la orientacion de los elementos de mezclado puede ser 50 ajustable en algunos casos.

En algunos sistemas de mezclado preferidos, la velocidad vo del chorro cuando alcanza el fluido ambiental es de aproximadamente 2 a 300 m/s, p.ej. de aproximadamente 5 a 150 m/s o de aproximadamente 10 a 100 m/s. El consumo de energfa del sistema de mezclado puede ser de aproximadamente 20 a 1000 kW, p.ej. de 30 a 570 kW, 55 de 50 a 500 kW o de 150 a 250 kW para un tanque de 100.000 l.

El mezclado de chorro implica la descarga de un chorro sumergido, o una serie de chorros sumergidos, de lfquido a alta velocidad en un medio fluido, en este caso la mezcla de materia prima de biomasa, medio lfquido y agente de sacarificacion. El chorro de lfquido penetra en el medio fluido, disipandose su energfa por turbulencias y algo de 60 calor inicial. Esta turbulencia esta asociada a gradientes de velocidad (cizallamiento de fluido). El fluido circundante

se acelera y es arrastrado al flujo de chorro, aumentando este flujo de arrastre secundario a medida que aumenta la distancia desde la boquilla de chorro. El momento del flujo secundario permanece generalmente constante a medida que se expande el chorro, siempre que el flujo no choque con una pared, suelo u otro obstaculo. Cuanto mas tiempo continue el flujo antes de chocar con cualquier obstaculo, mas lfquido es arrastrado al flujo secundario, aumentando 5 el flujo de masa en el tanque o recipiente. Cuando encuentra un obstaculo, el flujo secundario perdera momento, mas o menos dependiendo de la geometrfa del tanque, p.ej. el angulo al que el flujo impacte con el obstaculo. Es generalmente deseable orientar los chorros y/o disenar el tanque de modo que se minimicen las perdidas hidraulicas con las paredes del tanque. Por ejemplo, puede ser deseable que el tanque tenga un fondo arqueado (p.ej., una placa de cabeza abombada) y que los mezcladores de chorro esten orientados relativamente cerca de las paredes 10 laterales, como se muestra en la FIG. 12. El fondo del tanque (placa de cabeza inferior) puede tener cualquier configuracion abombada deseada, o puede tener una geometrfa elfptica o conica.

El mezclado de chorro difiere de la mayorfa de tipos de mezclado de lfquido/lfquido y lfquido/solido en que la fuerza impulsora es hidraulica en lugar de mecanica. En lugar de cizallar fluido e impulsarlo alrededor del recipiente de 15 mezclado, como hace un agitador mecanico, un mezclador de chorro empuja al fluido a traves de una o mas boquillas en el tanque, creando chorros de alta velocidad que arrastran otros fluidos. El resultado es cizallamiento (fluido contra fluido) y circulacion, lo que mezcla los contenidos del tanque eficientemente.

Haciendo referencia a la FIG. 9, el alto gradiente de velocidad entre el flujo central de un chorro sumergido y el fluido 20 circundante causa remolinos. La FIG. 9A ilustra las caracterfsticas generales de un chorro sumergido. A medida que el chorro sumergido se expande en el entorno ambiental circundante, el perfil de velocidad se aplana a medida que aumenta la distancia (x) desde la boquilla. Tambien, el gradiente de velocidad dv/dr cambia con r (la distancia desde la lfnea central del chorro) a una distancia dada x, de tal modo que se crean remolinos que definen la zona de mezclado (la expansion conica desde la boquilla).

25

En un estudio experimental de un chorro sumergido en aire (cuyos resultados son aplicables a cualquier fluido, incluyendo agua), Albertson y col. ("Diffusion of Submerged Jets," artfculo 2409, Amer. Soc. of Civil Engineers Transactions, vol. 115: 639-697, 1950, pag. 657) desarrollaron relaciones adimensionales para v(x)r=o/vo (velocidad de la lfnea central), v(r)x/v(x)r=0(perfil de velocidad a una x dada), Qx/Qo (arrastre de flujo) y Ex/Eo (cambio de energfa 30 con x):

(1) velocidad de la lfnea central, v(x)r=0/vo:

35

imagen1

(2) perfil de velocidad a cualquier x, v(r)x/v(x)r=0:

imagen2

40 (3)

Flujo y energfa a cualquier x:

imagen3

donde:

v(r= 0) = velocidad de la linea central del chorro sumergido (m/s),

Vo= velocidad de chorro a medida que surge de la boquilla (m/s),

5 x= distancia desde la boquilla (m),

r= distancia desde la linea central del chorro (m),

Do= diametro de boquilla (m),

Qx= flujo de fluido a traves de cualquier plano dado a una distancia x de la boquilla (me/s),

Qo= flujo de fluido que surge de la boquilla (m3/s),

10 E= flujo de energia de fluido a traves de cualquier plano dado a la distancia x desde la boquilla (m3/s),

Eo= flujo de energia del fluido que surge de la boquilla (m3/s).

("Water Treatment Unit Processes: Physical and Chemical," David W. Hendricks, CRC Press 2006, pag. 411.)

15 El mezclado a chorro es particularmente economico en aplicaciones de gran volumen (mas de 1.000 gal) y baja viscosidad (menos de 1.000 cP). Es tambien generalmente ventajoso en la mayorfa de casos que la bomba o motor del mezclador de chorro no este sumergido, p.ej. cuando se usa una bomba esta generalmente localizada fuera del recipiente.

20 Es una ventaja del mezclado de chorro que la temperatura del fluido ambiental (distinto del directamente adyacente a la salida de la boquilla, donde puede haber cierto calentamiento localizado) aumenta solo ligeramente si acaso. Por ejemplo, la temperatura puede aumentar en menos de 5 °C, menos de 1 °C o en una extension no mensurable.

25

Agitadores de flujo de chorro

Se muestra un tipo de agitador de flujo de chorro en las FIG. 10-10A. Este tipo de mezclador esta disponible comercialmente, p.ej. en IKA con el nombre comercial ROTOTRON™. Haciendo referencia a la FIG. 10, el mezclador 200 incluye un motor 202 que hace girar un eje motor 204. Se monta un elemento de mezclado 206 al final del eje motor 204. Como se muestra en la FIG. 10A, el elemento de mezclado 206 incluye una proteccion 208 y dentro de la proteccion una helice 210. Como se indica por las flechas, cuando la helice gira en su direccion "adelante", la helice 210 incorpora lfquido a traves del extremo superior abierto 212 de la proteccion y desaloja el lfquido a traves del extremo inferior abierto 214. El extremo de salida de lfquido 214 esta en forma de una corriente o chorro de alta velocidad. Si se invierte la direccion de rotacion de la helice 210, puede incorporarse lfquido a traves del extremo inferior 214 y eyectarse a traves del extremo superior 212. Esto puede usarse, por ejemplo, para aspirar solidos que esten flotando cerca o sobre la superficie del lfquido en un tanque o recipiente. (Se observa que "superior" e "inferior" hacen referencia a la orientacion del mezclador en la FIG. 10; el mezclador puede estar orientado en un tanque de modo que el extremo superior este por debajo del extremo inferior).

La proteccion 208 incluye las areas acampanadas 216 y 218 adyacentes a sus extremos. Estas areas acampanadas se cree que contribuyen al flujo generalmente toroidal que se observa con este tipo de mezclador. La geometrfa de la proteccion y la helice concentran tambien el flujo en una corriente de alta velocidad usando un consumo de energia relativamente bajo.

Preferiblemente, la distancia entre la proteccion 208 y la helice 210 es suficiente como para evitar una molienda excesiva del material a medida que pasa a traves de la proteccion. Por ejemplo, la distancia puede ser al menos 10 veces el tamano medio de partfcula de los solidos en la mezcla, preferiblemente al menos 100 veces.

50 En algunas implementaciones, se configura el eje 204 para permitir el suministro de gas a traves del eje. Por ejemplo, el eje 204 puede incluir una perforacion (no mostrada) a traves de la cual se suministra gas, y uno o mas orificios a traves de los cuales sale gas a la mezcla. Los orificios pueden estar en la proteccion 208, para mejorar el mezclado, y/o en otras localizaciones a lo largo de la longitud del eje 204.

55 La helice 210 puede tener cualquier geometrfa deseada que lleve lfquido a traves de la proteccion a alta velocidad. La helice es preferiblemente una helice marina, como se muestra en la FIG. 10A, pero puede tener un diseno diferente, por ejemplo una helice Rushton como se muestra en la FIG. 10B, o una helice Rushton modificada, p.ej. inclinada para proporcionar cierto flujo axial. Para generar el flujo de alta velocidad a traves de la proteccion, el motor 202 es preferiblemente un motor de alto par de torsion y alta velocidad, p.ej. capaz de funcionar a 500 a 20.000 rpm,

60 p.ej. de 3.000 a 10.000 rpm. Sin embargo, cuanto mayor es el mezclador (p.ej., mayor es la proteccion y/o mayor es

30

35

40

45

el motor) menor puede ser la velocidad rotacional. Por tanto, si se usa un mezclador grande, tal como de 5 CV, 10 CV, 20 CV o 30 CV o mayor, el motor puede disenarse para funcionar a velocidades rotacionales menores, p.ej. de menos de 2.000 rpm, menos de 1.500 rpm o incluso de 500 rpm o menos. Por ejemplo, un mezclador dimensionado para mezclar un tanque de 10.000-20.000 litros puede funcionar a velocidades de 900 a 1.200 rpm. El par de torsion 5 del motor es preferiblemente autoajustable, para mantener una velocidad de helice relativamente constante a medida que cambian las condiciones de mezclado con el tiempo, p.ej. debido a la sacarificacion de los solidos.

Ventajosamente, el mezclador puede orientarse a cualquier angulo o localizacion deseado en el tanque, para dirigir el flujo de chorro en la direccion deseada. Ademas, como se discute anteriormente, dependiendo de la direccion de 10 rotacion de la helice, puede usarse el mezclador para llevar fluido de cualquier extremo de la proteccion.

En algunas implementaciones, se situan dos o mas mezcladores de chorro en el recipiente, estando uno o mas configurados para chorro de fluido ascendente ("bomba ascendente") y estando uno o mas configurados para chorro de fluido descendente ("bomba descendente"). En algunos casos, estara situado un mezclador de bombeo 15 ascendente adyacente a un mezclador de bombeo descendente, para mejorar el flujo turbulento creado por los mezcladores. Si se desea, pueden conmutarse uno o mas mezcladores entre flujo ascendente y flujo descendente durante el procesamiento. Puede ser ventajoso conmutar todos o la mayorfa de los mezcladores a modo de bombeo ascendente durante la dispersion inicial de la materia prima en el medio lfquido, particularmente si la materia prima se vierte o sopla sobre la superficie del lfquido, ya que el bombeo ascendente crea una turbulencia significativa en la 20 superficie. El bombeo ascendente puede usarse tambien durante la fermentacion para ayudar a retirar el CO2 del lfquido, causando que el gas burbujee hasta la superficie, donde puede ventilarse.

Se describen otros mezcladores de chorro adecuados en el documento WO 2010/135365.

25 MATERIALES

Materiales de biomasa

La biomasa puede ser, p.ej., un material celulosico o lignocelulosico. Tales materiales incluyen papel y productos del 30 papel (p.ej., papel polirrevestido y papel Kraft), madera, materiales relacionados con la madera, p.ej., tablero de partfculas, hierbas, cascaras de arroz, bagazo, yute, canamo, lino, bambu, sisal, abaca, paja, hierba aguja, alfalfa, heno, mazorcas de mafz, rastrojo de mafz, pelo de coco; y materiales ricos en contenido de a-celulosa, p.ej. algodon. Las materias primas pueden obtenerse a partir de materiales textiles de recortes vfrgenes, p.ej. retales, desechos postconsumidor, p.ej. trapos. Cuando se usan productos de papel, pueden ser materiales vfrgenes, p.ej. 35 materiales vfrgenes de recortes, o pueden ser desechos postconsumidor. Aparte de materias primas vfrgenes, pueden usarse tambien desechos postconsumidor, industriales (por ejemplo, desperdicios) y de procesamiento (por ejemplo, efluente de procesamiento de papel) como fuentes de fibra. Las materias primas de biomasa pueden obtenerse o derivarse tambien de desechos humanos (p.ej., aguas residuales), animales o vegetales. Se han descrito materiales celulosicos y lignocelulosicos adicionales en las patentes de EE.UU. n° 6.448.307, 6.258.876, 40 6.207.729, 5.973.035 y 5.952.105. En algunas realizaciones, el material de biomasa incluye un carbohidrato que es o incluye un material que tiene uno o mas ligamientos p-1,4 y que tiene un peso molecular medio numerico de entre aproximadamente 3.000 y 50.000. Tal carbohidrato es o incluye celulosa (I), que deriva de (p-glucosa-1) mediante condensacion de enlaces p(1,4)-glicosfdicos. Este ligamiento contrasta con el de los enlaces a(1,4)-glicosfdicos presentes en almidon y otros carbohidratos.

45

imagen4

imagen5

Los materiales de almidon incluyen almidon mismo, p.ej. almidon de mafz, almidon de trigo, almidon de patata o almidon de arroz, un derivado de almidon o un material que incluye almidon, tal como un producto alimentario 5 comestible o una cosecha. Por ejemplo, el material de almidon puede ser arracacha, trigo sarraceno, platano, cebada, tapioca, kudzu, oca, sagu, sorgo, patatas domesticas ordinarias, batata, taro, names o una o mas judfas tales como habas, lentejas o guisantes. Son tambien materiales de almidon combinaciones de dos cualesquiera o mas materiales de almidon.

10 En algunos casos, la biomasa es un material microbiano. Las fuentes microbianas incluyen, pero sin limitacion, cualquier microorganismo u organismo de origen natural o modificado geneticamente que contenga o sea capaz de proporcionar una fuente de carbohidratos (p.ej. celulosa), por ejemplo protistas, p.ej. protistas animales (p.ej., protozoos tales como flagelados, ameboides, ciliados y esporozoos) y protistas vegetales (p.ej., algas tales como alveolados, cloraracniofitos, criptomonadas, euglenidos, glaucofitos, haptofitos, algas rojas, estramenopilos y 15 viridiplantas). Otros ejemplos incluyen algas marinas, plancton (p.ej., macroplancton, mesoplancton, microplancton, nanoplancton, picoplancton y femtoplancton), fitoplancton, bacterias (p.ej., bacterias grampositivas, bacterias gramnegativas y extremofilas), levadura y/o mezclas de estas. En algunos aspectos, puede obtenerse biomasa microbiana a partir de fuentes naturales, p.ej., el oceano, lagos, masas de agua, p.ej.,agua salada o agua dulce o en tierra. Como alternativa o ademas, la biomasa microbiana puede obtenerse a partir de sistemas de cultivo, p.ej. 20 sistemas de cultivo humedos y secos a gran escala.

Agentes de sacarificacion

Las enzimas adecuadas incluyen celobiasas y celulasas capaces de degradar biomasa.

25

Las celobiasas adecuadas incluyen una celobiasa de Aspergillus niger vendida con el nombre comercial NOVOZYME 188™.

Las celulasas son capaces de degradar biomasa, y pueden ser de origen fungico o bacteriano. Las enzimas 30 adecuadas incluyen celulasas de los generos Bacillus, Pseudomonas, Humicola, Fusarium, Thielavia, Acremonium, Chrysosporium y Trichoderma, e incluyen especies de Humicola, Coprinus, Thielavia, Fusarium, Myceliophthora, Acremonium, Cephalosporium, Scytalidium, Penicillium o Aspergillus (vease, p.ej., el documento EP 458162), especialmente aquellas producidas por una cepa seleccionada de entre las especies Humicola insolens (reclasificada como Scytalidium thermophilum, vease, p.ej. la patente de EE.UU., n° 4.435.307)), Coprinus cinereus, 35 Fusarium oxysporum, Myceliophthora thermophila, Meripilus giganteus, Thielavia terrestris, Acremonium sp., Acremonium persicinum, Acremonium acremonium, Acremonium brachypenium, Acremonium dichromosporum, Acremonium obclavatum, Acremonium pinkertoniae, Acremonium roseogriseum, Acremonium incoloratum, y Acremonium furatum; preferiblemente de las especies Humicola insolens DSM 1800, Fusarium oxysporum DSM 2672, Myceliophthora thermophila CBS 117.65, Cephalosporium sp. RYM-202, Acremonium sp. CBS 478.94, 40 Acremonium sp. CBS 265.95, Acremonium persicinum CBS 169.65, Acremonium acremonium AHU 9519, Cephalosporium sp. CBS 535.71, Acremonium brachypenium CBS 866.73, Acremonium dichromosporum CBS 683.73, Acremonium obclavatum CBS 311.74, Acremonium pinkertoniae CBS 157.70, Acremonium roseogriseum CBS 134.56, Acremonium incoloratum CBS 146.62 y Acremoniumfuratum CBS 299.70H. Las enzimas celulolfticas pueden obtenerse tambien de Chrysosporium, preferiblemente una cepa de Chrysosporium lucknowense. 45 Adicionalmente, pueden usarse Trichoderma (particularmente Trichoderma viride, Trichoderma reesei, y Trichoderma koningii), Bacillus alcalofilos (veanse, por ejemplo, la patente de EE.UU. n° 3.844.890 y el documento

EP 458162), y Streptomyces (vease, p.ej., el documento EP 458162).

Pueden utilizarse complejos enzimaticos, tales como aquellos disponibles en Genencore bajo el nombre comercial ACCELLERASE®, por ejemplo el complejo enzimatico Accellerase® 1500. El complejo enzimatico Accellerase® 5 1500 contiene multiples actividades enzimaticas, principalmente exoglucanasa, endoglucanasa (2200-2800 U de CMC/g), hemicelulasa y beta-glucosidasa (525-775 U de pNPG/g) y tiene un pH de 4,6 a 5,0. La actividad endoglucanasa del complejo enzimatico se expresa en unidades de actividad de carboximetilcelulosa (U de CMC), mientras que la actividad beta-glucosidasa se resena en unidades de actividad de pNP-glucosido (U de pNPG). En una realizacion, se usa una combinacion de complejo enzimatico Accellerase® 1500 y celobiasa NOVOZYME™ 10 188.

En algunas implementaciones, el agente de sacarificacion comprende un acido, p.ej. un acido mineral. Cuando se usa un acido, pueden generarse coproductos que son toxicos para microorganismos, en cuyo caso el proceso puede incluir ademas retirar tales coproductos. La retirada puede efectuarse usando carbono activado, p.ej. carbon 15 activado, u otras tecnicas adecuadas.

Aaentes de fermentacion

El microorganismo o microorganismos usados en fermentacion pueden ser microorganismos naturales y/o 20 microorganismos genomanipulados. Por ejemplo, el microorganismo puede ser una bacteria, p.ej., una bacteria celulolftica, un hongo, p.ej., una levadura, una planta o un protista, por ejemplo, un alga, un protozoo o un protista similar a hongo, por ejemplo, un moho mucilaginoso. Cuando los organismos son compatibles, pueden utilizarse mezclas de organismos.

25 Los microorganismos fermentativos adecuados tienen la capacidad de convertir carbohidratos, tales como glucosa, xilosa, arabinosa, manosa, galactosa, oligosacaridos o polisacaridos en productos de fermentacion. Los microorganismos fermentativos incluyen cepas del genero Sacchromyces spp. p.ej., Sacchromyces cerevisiae (levadura de panaderfa), Saccharomyces distaticus, Saccharomyces uvarum; el genero Kluyveromyces, p.ej., las especies Kluyveromyces marxianus, Kluyveromyces fragilis; el genero Candida, p.ej., Candida pseudotropicalis, y 30 Candida brassicae, Pichia stipitis (un pariente de Candida shehatae), el genero Clavispora, p.ej. las especies Clavispora lusitaniae y Clavispora opuntiae, el genero Pachysolen, p.ej. las especies Pachysolen tannophilus, el genero Bretannomyces, p.ej. las especies Bretannomyces clausenii (Philippidis, G. P., 1996, Cellulose bioconversion technology, en Handbook on Bioethanol: Production and Utilization, Wyman, C.E., ed., Taylor & Francis, Washington, DC, 179-212).

35

Las levaduras comercialmente disponibles incluyen, por ejemplo, Red Star®/Lesaffre Ethanol Red (disponible en Red Star/Lesaffre, EE.UU.), FALI® (disponible en Fleischmann's Yeast, una division de Burns Philip Food Inc., EE.UU.), SUPER- START® (disponible en Alltech, ahora Lalemand), GERT STRAND® (disponible en Gert Strand AB, Suecia) y FERMOL® (disponible en DSM Specialties).

40 Las bacterias pueden usarse tambien en fermentacion, p.ej. Zymomonas mobilis y Clostridium thermocellum (Philippidis, 1996, supra).

Aditivos

45 Antibioticos

Aunque se prefiere generalmente tener una alta concentracion de azucar en la solucion sacarificada, pueden usarse concentraciones menores, en cuyo caso puede ser deseable anadir un aditivo antimicrobiano, p.ej. un antibiotico de amplio espectro, a baja concentracion, p.ej. de 50 a 150 ppm. Otros antibioticos adecuados incluyen anfotericina B, 50 ampicilina, cloranfenicol, ciprofloxacina, gentamicina, higromicina B, kanamicina, neomicina, penicilina, puromicina y estreptomicina. Los antibioticos inhibiran el crecimiento de microorganismos durante el transporte y almacenamiento, y pueden usarse a concentraciones apropiadas, p.ej. entre 15 y 1000 ppm en peso, p.ej. entre 25 y 500 ppm, o entre 50 y 150 ppm. Si se desea, puede incluirse un antibiotico incluso si la concentracion de azucar es relativamente alta.

55 Tensioactivos

La adicion de tensioactivos puede mejorar la tasa de sacarificacion. Los ejemplos de tensioactivos incluyen tensioactivos no ionicos tales como los tensioactivos de polietilenglicol Tween® 20 o Tween® 80, tensioactivos ionicos o tensioactivos anfotericos. Otros tensioactivos adecuados incluyen etoxilatos de octilfenol tales como los 60 tensioactivos no ionicos de la serie TRITON™ X comercialmente disponibles en Dow Chemical. Puede anadirse

tambien un tensioactivo para mantener el azucar que se esta produciendo en solucion, particularmente en soluciones de alta concentracion.

Medio de sacarificacion

5

En una realizacion, el medio tiene las siguientes concentraciones de componentes:

Base nitrogenada de levadura: 1,7 g/l

Urea: 2,27 g/l

Peptona: 6,56 g/l

Tensioactivo Tween® 80: 10 g/l

TRATAMIENTO FISICO DE LA PREPARACION FISICA DE MATERIA PRIMA

10

En algunos casos, los procedimientos pueden incluir una preparacion ffsica, p.ej. reduccion de tamano de los materiales, tal como por cortado, molturacion, cizallamiento, pulverizacion o troceado. Por ejemplo, en algunos casos, se prepara materia prima suelta (p.ej., papel reciclado, materiales de almidon, carbon o hierba aguja) por cizallamiento o trituracion. Por ejemplo, en otros casos, se pretrata o procesa en primer lugar el material usando uno 15 o mas de cualquiera de los procedimientos descritos en la presente memoria, tales como radiacion, sonicacion, oxidacion, pirolisis o explosion por vapor, y se reduce entonces el tamano o se reduce adicionalmente el tamano. T ratar en primer lugar y reducir entonces el tamano puede ser ventajoso, puesto que los materiales tratados tienden a ser mas quebradizos y, por lo tanto, mas faciles de reducir de tamano. Pueden usarse tamices y/o imanes para retirar objetos de gran tamano o indeseables tales como, por ejemplo, rocas o clavos de la corriente de alimentacion.

20

Los sistemas de preparacion de alimentacion pueden configurarse para producir corrientes con caracterfsticas especfficas tales como, por ejemplo, tamanos maximos especfficos, longitud a anchura especffica o relaciones de area superficial especfficas. La preparacion ffsica puede aumentar la tasa de reacciones o reducir el tiempo de procesamiento requerido para abrir los materiales y hacerlos mas accesibles a procesos y/o reactivos, tales como 25 reactivos en una solucion. Puede controlarse la densidad aparente de las materias primas (p.ej. aumentarse). En algunas situaciones, puede ser deseable preparar un material de baja densidad aparente, densificar el material (p.ej., para hacerlo mas facil y menos costoso de transportar a otro sitio) y revertir entonces el material a un estado de menor densidad aparente.

30 Reduccion de tamano

En algunas realizaciones, el material para procesar esta en forma de un material fibroso que incluye fibras proporcionadas cizallando una fuente de fibra. Por ejemplo, el cizallamiento puede efectuarse con un cortador de cuchilla giratoria.

35

Por ejemplo, puede cizallarse una fuente de fibra, p.ej. que es recalcitrante o que se ha reducido su nivel de recalcitrancia, p.ej., en un cortador de cuchilla giratoria, proporcionando un primer material fibroso. Se pasa el primer material fibroso a traves de un primer tamiz, p.ej. que tiene un tamano medio de abertura de 1,59 mm o menos (1/16 de pulgada, 0,0625 pulgadas), proporcionando un segundo material fibroso. Si se desea, puede cortarse la fuente de 40 fibra antes del cizallamiento, p.ej. con una trituradora. Por ejemplo, cuando se usa un papel como fuente de fibra, el papel puede cortarse en primer lugar en tiras que son, p.ej. de 1/4 a 1/2 de pulgada de ancho, usando una trituradora, p.ej. una trituradora de tornillo contrarrotatorio, tal como las fabricadas por Munson (Atica, N.Y.). Como alternativa a la trituracion, el papel puede reducirse en tamano cortando hasta un tamano deseado usando un cortador de guillotina. Por ejemplo, el cortador de guillotina puede usarse para cortar el papel en laminas que son, 45 p.ej., de 10 pulgadas de ancho por 12 pulgadas de largo.

En algunas realizaciones, el cizallamiento de la fuente de fibra y el paso del primer material fibroso resultante a traves de un primer tamiz se efectuan simultaneamente. El cizallamiento y el paso pueden efectuarse tambien en un proceso de tipo lote.

Por ejemplo, puede usarse un cortador de cuchilla giratoria para cizallar la fuente de fibra y cribar simultaneamente el primer material fibroso. Un cortador de cuchilla giratoria incluye una tolva que puede cargarse con una fuente de fibra triturada preparada triturando una fuente de fibra. La fuente de fibra triturada de algunas implementaciones, la

materia prima, se trata ffsicamente antes de la sacarificacion y/o fermentacion. Los procesos de tratamiento ffsico pueden incluir uno o mas de cualquiera de los descritos en la presente memoria, tales como tratamiento mecanico, tratamiento qufmico, irradiacion, sonicacion, oxidacion, pirolisis o explosion por vapor. Los procedimientos de tratamiento pueden usarse en combinaciones de dos, tres, cuatro o incluso todas estas tecnologfas (en cualquier 5 orden). Cuando se usa mas de un procedimiento de tratamiento, los procedimientos pueden aplicarse al mismo tiempo o en momentos diferentes. Pueden usarse tambien otros procesos que cambian la estructura molecular de una materia prima de biomasa, solos o en combinacion con los procesos divulgados en la presente memoria.

Tratamientos mecanicos

10

En algunos casos, los procedimientos pueden incluir tratar mecanicamente la materia prima de biomasa. Los tratamientos mecanicos incluyen, por ejemplo, cortado, molienda, compresion, molturacion, cizallamiento y troceado. La molienda puede incluir, por ejemplo, molienda de bolas, molienda de martillos, molienda en seco o humedo con rotor/estator u otros tipos de molienda. Otros tratamientos mecanicos incluyen, p.ej., molturacion con piedra, 15 agrietamiento, arranque o desgarro mecanicos, molturacion por puas o molienda por friccion.

El tratamiento mecanico puede ser ventajoso para "abrir", "estresar", romper y despedazar los materiales celulosicos o lignocelulosicos, haciendo a la celulosa de los materiales mas susceptible de escision de cadena y/o reduccion de la cristalinidad. Los materiales abiertos pueden ser tambien mas susceptibles de oxidacion cuando se irradian.

20

En algunos casos, el tratamiento mecanico puede incluir una preparacion inicial de la materia prima como se recibe, p.ej. reduccion de tamano de los materiales, tal como por cortado, molturacion, cizallamiento, pulverizacion o troceado. Por ejemplo, en algunos casos, se prepara materia prima suelta (p.ej., papel reciclado, materiales de almidon o hierba aguja) por cizallamiento o trituracion.

25

Como alternativa, o ademas, puede tratarse ffsicamente en primer lugar el material de materia prima mediante uno o mas de los otros procedimientos de tratamiento ffsico, p.ej., tratamiento qufmico, radiacion, sonicacion, oxidacion, pirolisis o explosion por vapor, y tratarse entonces mecanicamente. Esta secuencia puede ser ventajosa, puesto que los materiales tratados mediante uno o mas de los otros tratamiento, p.ej. irradiacion o pirolisis, tienden a ser mas 30 quebradizos y, por lo tanto, puede ser mas facil cambiar adicionalmente la estructura molecular del material por tratamiento mecanico.

En algunas realizaciones, el material de materia prima esta en forma de un material fibroso, y el tratamiento mecanico incluye cizallamiento para exponer las fibras del material fibroso. El cizallamiento puede efectuarse, por 35 ejemplo, usando un cortador de cuchilla giratoria. Otros procedimientos de tratamiento mecanico de materia prima incluyen, por ejemplo, molienda o molturacion. La molienda puede efectuarse usando, por ejemplo, un molino de martillos, molino de bolas, molino coloidal, molino conico o de cono, molino de disco, molino de muelas verticales, molino Wiley o molino de grano. La molturacion puede efectuarse usando, por ejemplo, un molino de piedra, molino de puas, molino de cafe o molino de rodillos. La molturacion puede proporcionarse, por ejemplo, por una pua 40 alternante u otro elemento, como es el caso en un molino de puas. Otros procedimientos de tratamiento mecanico incluyen arranque o desgarro mecanicos, otros procedimientos que aplican presion al material y molienda por friccion. Los tratamientos mecanicos adecuados incluyen ademas cualquier otra tecnica que cambie la estructura molecular de la materia prima.

45 Si se desea, el material tratado mecanicamente puede pasarse a traves de un tamiz, p.ej., que tiene un tamano medio de abertura de 1,59 mm o menos (1/16 pulgadas, 0,0625 pulgadas). En algunas realizaciones, el cizallamiento u otro tratamiento mecanico y el tamizado se efectuan simultaneamente. Por ejemplo, puede usarse un cortador de cuchilla giratoria para cizallar y tamizar simultaneamente la materia prima. La materia prima se cizalla entre hojas estacionarias y hojas giratorias para proporcionar un material cizallado que pasa a traves de un tamiz y 50 se captura en una cuba.

El material celulosico o lignocelulosico puede tratarse mecanicamente en estado seco (p.ej., que tiene poca o ninguna agua sobre su superficie), estado hidratado (p.ej., que tiene hasta un 10 % en peso de agua absorbida) o en estado humedo, p.ej. que tiene entre aproximadamente un 10 % y aproximadamente un 75 % en peso de agua. La 55 fuente de fibra puede incluso tratarse mecanicamente mientras se sumerge parcial o completamente bajo un lfquido, tal como agua, etanol o isopropanol.

El material celulosico o lignocelulosico de la fuente de fibra puede tratarse mecanicamente tambien bajo un gas (tal como una corriente o atmosfera de gas distinto del aire), p.ej. oxfgeno o nitrogeno, o vapor.

Si se desea, la lignina puede retirarse de cualquiera de los materiales fibrosos que incluyen lignina. Tambien, para ayudar a la descomposicion de los materiales que incluyen celulosa, puede tratarse el material antes o durante el tratamiento mecanico o irradiacion con calor, un producto qufmico (p.ej., acido mineral, base o un oxidante fuerte tal como hipoclorito de sodio) y/o una enzima. Por ejemplo, la molturacion puede efectuarse en presencia de un acido.

5

Los sistemas de tratamiento mecanico pueden configurarse para producir corrientes con caracterfsticas de morfologfa especfficas tales como, por ejemplo, area superficial, porosidad, densidad aparente y, en el caso de materias primas fibrosas, caracterfsticas de fibra tales como la relacion de longitud a anchura.

10 En algunas realizaciones, el area superficial de BET del material tratado mecanicamente es mayor de 0,1 m2/g, p.ej. mayor de 0,25 m2/g, mayor de 0,5 m2/g, mayor de 1,0 m2/g, mayor de 1,5 m2/g, mayor de 1,75 m2/g, mayor de 5,0

m2/g, mayor de 10 m2/g, mayor de 25 m2/g, mayor de 35 m2/g, mayor de 50 m2/g, mayor de 60 m2/g, mayor de 75 m2/g, mayor de 100 m2/g, mayor de 150 m2/g, mayor de 200 m2/g o incluso mayor de 250 m2/g.

15 La porosidad del material tratado mecanicamente puede ser, p.ej., mayor de un 20 %, mayor de un 25 % mayor de

un 35 %, mayor de un 50 %, mayor de un 60 %, mayor de un 70 %, mayor de un 80 %, mayor de un 85 %, mayor de

un 90 %, mayor de un 92 %, mayor de un 94 %, mayor de un 95 %, mayor de un 97,5 %, mayor de un 99 % o incluso mayor de un 99,5 %.

20 En algunas realizaciones, despues del tratamiento mecanico el material tiene una densidad aparente de menos de

0,25 g/cm3, p.ej. 0,20 g/cm3, 0,15 g/cm3, 0,10 g/cm3, 0,05 g/cm3 o menos, p.ej., 0,025 g/cm3. Se determina la

densidad aparente usando la norma ASTM D1895B. Brevemente, el procedimiento implica rellenar un cilindro de medida de volumen conocido con una muestra y obtener el peso de la muestra. Se calcula la densidad aparente dividiendo el peso de la muestra en gramos entre el volumen conocido del cilindro en centfmetros cubicos.

25

Si la materia prima es un material fibroso, las fibras del material tratado mecanicamente de materiales fibrosos puede tener una relacion media de longitud a diametro relativamente grande (p.ej., mayor de 20 a 1), incluso si se han cizallado mas de una vez. Ademas, las fibras de los materiales fibrosos descritos en la presente memoria pueden tener una distribucion de longitud y/o relacion de longitud a diametro relativamente estrecha.

30

Como se usa en la presente memoria, las anchuras medias de fibra (p.ej., diametros) son aquellas determinadas opticamente por seleccion aleatoria de aproximadamente 5.000 fibras. Las longitudes medias de fibra son longitudes ponderadas por longitud corregidas. Las areas superficiales de BET (Brunauer, Emmet y Teller) son areas de superfine multipuntual, y las porosidades son aquellas determinadas por porosimetrfa de mercurio.

35

Si la segunda materia prima es un material fibroso 14, la relacion media de longitud a diametro de las fibras del material tratado mecanicamente puede ser, p.ej., mayor de 8/1, p.ej. mayor de 10/1, mayor de 15/1, mayor de 20/1, mayor de 25/1 o mayor de 50/1. La longitud media de fibra del material tratado mecanicamente 14 puede ser, p.ej., de entre aproximadamente 0,5 mm y 2,5 mm, p.ej. de entre aproximadamente 0,75 mm y 1,0 mm y la anchura media 40 (p.ej., diametro) del segundo material fibroso 14 puede ser, p.ej., de entre aproximadamente 5 pm y 50 pm, p.ej., de entre aproximadamente 10 pm y 30 pm.

En algunas realizaciones, si la materia prima es un material fibroso, la desviacion estandar de la longitud de la fibra del material tratado mecanicamente puede ser menor del 60 % de la longitud media de fibra del material tratado 45 mecanicamente, p.ej. menor del 50 % de la longitud media, menor del 40 % de la longitud media, menor del 25 % de la longitud media, menor del 10 % de la longitud media, menor del 5 % de la longitud media o incluso menor del 1 % de la longitud media.

En algunas situaciones, puede ser deseable preparar un material de baja densidad aparente, densificar el material 50 (p.ej., para hacerlo mas facil y menos costoso de transportar a otro sitio) y revertir entonces el material a un estado de menor densidad aparente. Los materiales densificados pueden procesarse mediante cualquiera de los procedimientos descritos en la presente memoria, o cualquier material procesado mediante cualquiera de los procedimientos descritos en la presente memoria puede densificarse posteriormente, p.ej. como se divulga en el documento de EE.UU. n° de serie 12/429.045 y el documento WO 2008/073186.

55

Tratamiento para solubilizar. reducir la recalcitrancia o funcionalizar

Los materiales que se han preparado ffsicamente o no pueden tratarse para uso en cualquier proceso de produccion descrito en la presente memoria. Uno o mas de los procesos de produccion descritos a continuacion pueden 60 incluirse en la unidad operativa reductora de la recalcitrancia discutida anteriormente. Como alternativa, o ademas,

pueden incluirse otros procesos para reducir la recalcitrancia.

Los procesos de tratamiento utilizados por la unidad operativa reductora de la recalcitrancia pueden incluir uno o mas de irradiacion, sonicacion, oxidacion, pirolisis o explosion por vapor. Los procedimientos de tratamiento pueden 5 usarse en combinaciones de dos, tres, cuatro o incluso todas estas tecnologfas (en cualquier orden).

Tratamiento de radiacion

Pueden usarse una o mas secuencias de procesamiento por radiacion para procesar materiales de la materia prima 10 y proporcionar una amplia variedad de diferentes fuentes para extraer sustancias utiles de la materia prima, y para proporcionar material modificado estructuralmente degradado parcialmente que funciona como entrada para etapas y/o secuencias de procesamiento adicionales. La irradiacion, por ejemplo, puede reducir el peso molecular y/o la cristalinidad de la materia prima. La radiacion puede esterilizar tambien los materiales, o cualquier medio necesario para bioprocesar el material.

15

En algunas realizaciones, se usa la energfa depositada en un material que libera un electron de su orbital atomico para irradiar los materiales. La radiacion puede proporcionarse por (1) partfculas pesadas cargadas, tales como partfculas alfa o protones, (2) electrones producidos, por ejemplo, en desintegracion beta o aceleradores de rayos de electrones o (3) radiacion electromagnetica, por ejemplo rayos gamma, rayos X o rayos ultravioleta. En un enfoque, 20 puede usarse la radiacion producida por sustancias radiactivas para irradiar la materia prima. En algunas realizaciones, puede utilizarse cualquier combinacion en cualquier orden o simultaneamente de (1) a (3). En otro enfoque, puede usarse radiacion electromagnetica (p.ej., producida usando emisores de rayo de electrones) para irradiar la materia prima. Las dosis aplicadas dependen del efecto deseado y de la materia prima particular.

25 En algunos aspectos, cuando es deseable la escision de cadena y/o es deseable la funcionalizacion de la cadena polimerica, pueden utilizarse partfculas mas pesadas que electrones, tales como protones, nucleos de helio, iones de argon, iones de silicio, iones de neon, iones de carbono, iones de fosforo, iones de oxfgeno o iones de nitrogeno. Cuando se desea la escision de cadena con apertura de anillo, pueden utilizarse partfculas cargadas positivamente por sus propiedades de acido de Lewis para una escision de cadena con apertura de anillo mejorada. Por ejemplo, 30 cuando se desea una oxidacion maxima, pueden utilizarse iones de oxfgeno, y cuando se desea una nitracion

maxima pueden utilizarse iones de nitrogeno. Se describe el uso de partfculas pesadas y partfculas cargadas

positivamente en el documento US 2010-0108567 A1.

En un procedimiento, se irradia un primer material que es o incluye celulosa que tiene un primer peso molecular

35 medio numerico (Mn1), p.ej., mediante tratamiento con radiacion ionizante (p.ej., en forma de radiacion gamma,

radiacion de rayos X, luz ultravioleta (UV) de 100 nm a 280 nm, un rayo de electrones u otras partfculas cargadas), proporcionando un segundo material que incluye celulosa que tiene un segundo peso molecular medio numerico (Mn2) menor que el primer peso molecular medio numerico. El segundo material (o el primer y el segundo material) pueden combinarse con un microorganismo (con o sin tratamiento enzimatico) que puede utilizar el segundo y/o 40 primer material o sus azucares o lignina constituyentes para producir un intermedio o un producto tales como los descritos en la presente memoria.

Puesto que el segundo material incluye celulosa que tiene un peso molecular reducido respecto al primer material, y en algunos casos una cristalinidad reducida tambien, el segundo material es generalmente mas dispersable, 45 hinchable y/o soluble, p.ej. en una solucion que contiene un microorganismo y/o una enzima. Estas propiedades hacen al segundo material mas facil de procesar y mas susceptible al ataque qmmico, enzimatico y/o biologico respecto al primer material, lo que puede mejorar en gran medida la tasa de produccion y/o el nivel de produccion de un producto deseado, p.ej. etanol. La radiacion puede esterilizar tambien los materiales, o cualquier medio necesario para bioprocesar el material.

50

En algunas realizaciones, el segundo material puede tener un nivel de oxidacion (O2) que es mayor que el nivel de oxidacion (O1) del primer material. Un mayor nivel de oxidacion del material puede ayudar a su dispersabilidad, hinchabilidad y/o solubilidad, mejorando ademas la susceptibilidad del material al ataque qmmico, enzimatico o biologico. En algunas realizaciones, para aumentar el nivel de oxidacion del segundo material respecto al primer 55 material, se efectua la irradiacion bajo un entorno oxidante, p.ej. bajo una lamina de aire u oxfgeno, produciendo un segundo material que esta mas oxidado que el primer material. Por ejemplo, el segundo material puede tener mas grupos hidroxilo, grupos aldehfdo, grupos cetona, grupos ester o grupos acido carboxflico, lo que puede aumentar su hidrofilia.

60 Radiacion ionizante

Cada forma de radiacion ioniza el material que contiene carbono mediante interacciones particulares, como se determina por la energfa de la radiacion. Las partfculas cargadas pesadas ionizan principalmente a traves de dispersion de Coulomb; ademas, estas interacciones producen electrones energeticos que pueden ionizar 5 adicionalmente la materia. Las partfculas alfa son identicas al nucleo de un atomo de helio y se producen por la desintegracion alfa de diversos nucleos radiactivos, tales como isotopos de bismuto, polonio, astato, radon, francio, radio, varios actfnidos tales como actinio, torio, uranio, neptunio, curio, californio, americio y plutonio.

Cuando se utilizan partfculas, pueden ser neutras (no cargadas), cargadas positivamente o cargadas negativamente. 10 Cuando son cargadas, las partfculas cargadas pueden portar una carga positiva o negativa simple o multiples cargas, p.ej. una, dos, tres o incluso cuatro o mas cargas. En aspectos en que se desea la escision de cadena, pueden ser deseable partfculas cargadas positivamente, en parte debido a su naturaleza acida. Cuando se utilizan partfculas, las partfculas pueden tener la masa de un electron en reposo o mayor, p.ej. 500, 1000, 1500, 2000, 10.000 o incluso 100.000 veces la masa de un electron en reposo. Por ejemplo, las partfculas pueden tener una 15 masa de aproximadamente 1 unidad atomica a aproximadamente 150 unidades atomicas, p.ej. de aproximadamente 1 unidad atomica a aproximadamente 50 unidades atomicas, o de aproximadamente 1 a aproximadamente 25, p.ej. 1, 2, 3, 4, 5, 10, 12 o 15 uma. Los aceleradores usados para acelerar las partfculas pueden ser de CC electrostatica, CC electrodinamica, lineal de RF, lineal de induccion magnetica o de onda continua. Por ejemplo, los aceleradores de tipo ciclotron estan disponibles en IBA, Belgica, tales como el sistema Rhodotron®, mientras que los aceleradores 20 de tipo CC estan disponibles en RDI, ahora IBA Industrial, tales como Dynamitron®. Se discuten iones y aceleradores de iones en Introductory Nuclear Physics, Kenneth S. Krane, John Wiley & Sons, Inc. (1988), Krsto Prelec, FIZIKA B 6 (1997) 4, 177-206, Chu, William T., "Overview of Light-Ion Beam Therapy" Columbus-Ohio, ICRU- IAEA Meeting, 18-20 de marzo de 2006, Iwata, Y. y col., "Alternating-Phase-Focused IH-DTL for Heavy-Ion Medical Accelerators" Proceedings of EPAC 2006, Edimburgo, Escocia y Leaner, C.M. y col., "Status of the Superconducting 25 ECR Ion Source Venus" Proceedings of EPAC 2000, Viena, Austria.

En algunas realizaciones, se usa un rayo de electrones como fuente de radiacion. Un rayo de electrones tiene la ventaja de tasas de dosis altas (p.ej., 1, 5 o incluso 10 Mrad por segundo), alto rendimiento, menos contencion y menos equipo de confinamiento. Los electrones pueden ser tambien mas eficientes para causar la escision de 30 cadena. Ademas, los electrones que tienen energfas de 4-10 MeV pueden tener una profundidad de penetracion de 5 a 30 mm o mas, tal como 40 mm. En algunos casos, se usan dispositivos de rayos de electrones multiples (p.ej., multiples cabezas, a menudo se hacen referencia como "horquillas") para suministrar multiples dosis de radiacion de rayo de electrones al material. Esta alta potencia de rayo total se consigue habitualmente utilizando multiples cabezas acelerantes. Por ejemplo, el dispositivo de rayo de electrones puede incluir dos, cuatro o mas cabezas 35 acelerantes. Como ejemplo, el dispositivo de rayo de electrones puede incluir cuatro cabezas acelerantes, cada una de las cuales tiene una potencia de rayo de 300 kW, para una potencia de rayo total de 1200 kW. El uso de multiples cabezas, cada una de las cuales tiene una potencia de rayo de electrones relativamente baja, previene una subida excesiva de la temperatura en el material, previniendo asf la combustion del material, y aumenta tambien la uniformidad de la dosis a traves del grosor de la capa de material.

40

Los rayos de electrones pueden generarse, p.ej., mediante generadores electrostaticos, generadores de cascada, generadores transformadores, aceleradores de baja energfa con un sistema de cribado, aceleradores de baja energfa con un catodo lineal, aceleradores lineales y aceleradores por pulsos. Los electrones como fuente de radiacion ionizante pueden ser utiles, p.ej., para pilas relativamente finas de materiales, p.ej. de menos de 0,5 45 pulgadas, menos de 0,4 pulgadas, 0,3 pulgadas, 0,2 pulgadas o menos de 0,1 pulgadas. En algunas realizaciones, la energfa de cada electron en el rayo de electrones es de aproximadamente 0,3 MeV a aproximadamente 2,0 MeV (millones de electronvoltios), p.ej. de aproximadamente 0,5 MeV a aproximadamente 1,5 MeV, o de aproximadamente 0,7 MeV a aproximadamente 1,25 MeV.

50 Los dispositivos de irradiacion por rayo de electrones pueden procurarse comercialmente en Ion Beam Applications, Louvain-la-Neuve, Belgica o the Titan Corporation, San Diego, CA. Las energfas de electron tfpicas pueden ser de 1 MeV, 2 MeV, 4,5 MeV, 7,5 MeV o 10 MeV. La potencia del dispositivo de irradiacion de rayo de electrones tfpica puede ser de 1 kW, 5 kW, 10 kW, 20 kW, 50 kW, 100 kW, 250 kW o 500 kW. El nivel de despolimerizacion de la materia prima depende de la energfa electronica usada y de la dosis aplicada, mientras que el tiempo de exposicion 55 depende de la potencia y la dosis. Las dosis tfpicas pueden tomar valores de 1 kGy, 5 kGy, 10 kGy, 20 kGy, 50 kGy, 100 kGy o 200 kGy.

Radiacion electromagnetica

60 En realizaciones en que se efectua la irradiacion con radiacion electromagnetica, la radiacion electromagnetica

puede tener, p.ej., una energfa por foton (en electronvoltios) de mas de 102 eV, p.ej. mayor de 103, 104, 105, 106 o incluso mayor de 107 eV. En algunas realizaciones la radiacion electromagnetica tiene una energfa por foton de entre 104 y 107, p.ej. entre 105 y 106 eV. La radiacion electromagnetica puede tener una frecuencia, p.ej., mayor de 1016 Hz, mayor de 1017 Hz, 1018, 1019, 1020 o incluso mayor de 1021 Hz. En algunas realizaciones, la radiacion

J 18 22 J 19 21

5 electromagnetica tiene una frecuencia de entre 10 y 10 Hz, p.ej. entre 10 y 10 Hz.

Dosis

En algunas realizaciones, se efectua la irradiacion (con cualquier fuente de radiacion o una combinacion de fuentes) 10 hasta que el material recibe una dosis de al menos 0,25 Mrad, p.ej. al menos 1,0, 2,5, 5,0, 8,0, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 o incluso al menos 100 Mrad. En algunas realizaciones, se efectua la irradiacion hasta que el material recibe una dosis de entre 1,0 Mrad y 6,0 Mrad, p.ej. entre 1,5 Mrad y 4,0 Mrad, 2 Mrad y 10 Mrad, 5 Mrad y 20 Mrad, 10 Mrad y 30 Mrad, 10 Mrad y 40 Mrad o 20 Mrad y 50 Mrad.

15 En algunas realizaciones, se efectua la irradiacion a una tasa de dosis de entre 5,0 y 1500,0 kilorad/hora, p.ej. entre 10,0 y 750,0 kilorad/hora o entre 50,0 y 350,0 kilorad/hora.

En algunas realizaciones, se usan dos o mas fuentes de radiacion, tales como dos o mas radiaciones ionizantes. Por ejemplo, las muestras pueden tratarse, en cualquier orden, con un rayo de electrones, seguido de radiacion gamma 20 y luz UV que tiene longitudes de onda de aproximadamente 100 nm a aproximadamente 280 nm En algunas realizaciones, se tratan las muestras con tres fuentes de radiacion ionizante, tales como un rayo de electrones, radiacion gamma y luz UV energetica.

Sonicacion. pirolisis y oxidacion

25

Ademas del tratamiento de radiacion, la materia prima puede tratarse con una cualquiera o mas de sonicacion, pirolisis y oxidacion. Estos procesos de tratamiento se describen en el documento US 2009-0286295 A1.

Otros procesos para solubilizar, reducir la recalcitrancia o funcionalizar

30

Puede usarse cualquiera de los procesos de este parrafo solo sin ninguno de los procesos descritos en la presente memoria, o en combinacion con cualquiera de los procesos descritos en la presente memoria (en cualquier orden): explosion por vapor, tratamiento qufmico (p.ej., tratamiento acido (incluyendo tratamiento con acido concentrado y diluido con acidos minerales tales como acido sulfurico, acido clorhfdrico y acidos organicos tales como acido 35 trifluoroacetico)), y/o tratamiento basico (p.ej., tratamiento con cal o hidroxido de sodio)), tratamiento UV, tratamiento de extrusion de tornillo, tratamiento de disolvente (p.ej., tratamiento con lfquidos ionicos) y molienda tras congelacion.

PRODUCCION DE COMBUSTIBLES ACIDOS. ESTERES Y/U OTROS PRODUCTOS

40

Despues de efectuar una o mas de las etapas de procesamiento discutidas anteriormente en la biomasa, pueden procesarse los carbohidratos complejos contenidos en las fracciones de celulosa y hemicelulosa hasta azucares fermentables usando un proceso de sacarificacion, como se discute anteriormente.

45 Despues de transportar la solucion de azucar resultante a una instalacion de fabricacion, pueden convertirse los azucares en una variedad de productos, tales como alcoholes, p.ej. etanol, u acidos organicos. El producto obtenido depende del microorganismo utilizado y de las condiciones en que ocurra el bioprocesamento. Estas etapas pueden efectuarse, por ejemplo, utilizando el equipo existente de la instalacion de fabricacion de etanol basada en mafz.

50 Los procesos y equipos de mezclado discutidos en la presente memoria pueden usarse tambien durante el bioprocesamiento, si se desea. Ventajosamente, los sistemas de mezclado descritos en la presente memoria no confieren un alto cizallamiento al lfquido, y no elevan significativamente la temperatura global del lfquido. Como resultado, los microorganismos usados en el bioprocesamiento se mantienen en condicion viable a lo largo del proceso. El mezclado puede mejorar la tasa de reaccion y mejorar la eficiencia del proceso. Generalmente, la 55 fermentacion utiliza diversos microorganismos. La solucion de azucar producida por sacarificacion de materiales lignocelulosicos contendra generalmente xilosa asf como glucosa. Puede ser deseable retirar la xilosa, p.ej. por cromatograffa, ya que algunos microorganismos usados comunmente (p.ej. levaduras) no actuan sobre la xilosa. La xilosa puede recogerse y utilizarse en la fabricacion de otros productos, p.ej. piensos animales y el edulcorante xilitol. La xilosa puede retirarse antes o despues del suministro de la solucion de azucar a la instalacion de 60 fabricacion donde se efectuara la fermentacion.

El microorganismo puede ser un microorganismo natural o un microorganismo genomanipulado, p.ej,. cualquiera de los microorganismos discutidos en la seccion de Materiales de la presente memoria.

5 El pH optimo para la levadura es de aproximadamente pH 4 a 5, mientras que el pH optimo para Zymomonas es de aproximadamente pH 5 a 6. Los tiempos de fermentacion tfpicos son de aproximadamente 24 a 96 horas, con temperaturas en el intervalo de 26 a 40 °C, sin embargo los microorganismos termofilos prefieren temperaturas mayores.

10 Los grupos acido carboxflico generalmente rebajan el pH de la solucion de fermentacion, tendiendo a inhibir la fermentacion con algunos microorganismos, tal como Pichia stipitis. Por consiguiente, en algunos casos es deseable anadir una base y/o un tampon, antes o durante la fermentacion, para elevar el pH de la solucion. Por ejemplo, pueden anadirse hidroxido sodico o cal al medio de fermentacion para elevar el pH del medio al intervalo que es optimo para el microorganismo utilizado.

15

La fermentacion se realiza generalmente en un medio acuoso de crecimiento, que puede contener una fuente de nitrogeno u otra fuente de nutrientes, p.ej., urea, junto con vitaminas y trazas de minerales y metales. Generalmente es preferible que el medio de crecimiento sea esteril, o al menos tenga una carga microbiana baja, por ejemplo, recuento bacteriano. La esterilizacion del medio de crecimiento puede lograrse de cualquier manera deseada. Sin

20 embargo, en implementaciones preferidas, la esterilizacion se realiza irradiando el medio de crecimiento o los componentes individuales del medio de crecimiento antes del mezclado. La dosificacion de radiacion es generalmente tan baja como sea posible mientras se sigan obteniendo resultados adecuados, con el fin de minimizar el consumo de energfa y el coste resultante. Por ejemplo, en muchos casos, el propio medio de crecimiento o los componentes del medio de crecimiento pueden tratarse con una dosis de radiacion de menos de 5 Mrad, tal como

25 menos de 4, 3, 2 o 1 Mrad. En casos especfficos, el medio de crecimiento es tratado con una dosis de entre aproximadamente 1 y 3 Mrad.

En algunas realizaciones, puede interrumpirse todo o una porcion del proceso de fermentacion antes de que el azucar de bajo peso molecular se convierta completamente en etanol. Los productos de fermentacion intermedios

30 incluyen altas concentraciones de azucar y carbohidratos. Estos productos de fermentacion intermedios pueden usarse en la preparacion de alimentos para consumo humano o animal. Adicionalmente, o como alternativa, los productos de fermentacion intermedios pueden molturarse a un tamano de partfcula fino en un molino de laboratorio de acero inoxidable, produciendo una sustancia similar a harina.

35 Pueden utilizarse fermentadores moviles, como se describen en la solicitud de patente provisional de EE.UU. n° de serie 60/832.735, ahora solicitud internacional publicada n° WO 2008/011598. De forma similar, el equipo de sacarificacion puede ser movil. Ademas, la sacarificacion y/o fermentacion pueden efectuarse en parte o enteramente durante el transito.

40 POSTPROCESAMIENTO

Despues de la fermentacion, pueden destilarse los fluidos resultantes usando, por ejemplo, una "columna de cerveza" para separar etanol y otros alcoholes de la mayorfa de agua y solidos residuales. El vapor que sale de la columna de cerveza puede ser, p.ej., etanol al 35 % en peso y puede alimentarse a una columna de rectificacion.

45 Puede purificarse una mezcla casi azeotropica de etanol (92,5 %) y agua de la columna de rectificacion hasta etanol puro (99,5 %) usando tamices moleculares en fase de vapor. Los fondos de la columna de cerveza pueden enviarse al primer efecto de un evaporador de tres efectos. El condensador del reflujo de la columna de rectificacion puede proporcionar calor para este primer efecto. Despues del primer efecto, pueden separarse los solidos usando una centrffuga y secarse en un secador giratorio. Puede reciclarse una porcion (25 %) del efluente de la centrffuga a la

50 fermentacion y enviarse el resto al segundo y tercer efectos del evaporador. La mayorfa del condensado de evaporador puede devolverse al proceso en forma de condensado bastante limpio, con una pequena porcion separada para tratamiento de agua residual para prevenir la acumulacion de compuestos de bajo punto de ebullicion.

55 INTERMEDIOS Y PRODUCTOS

Usando los procesos descritos en la presente memoria, la biomasa tratada puede convertirse en uno o mas productos tales como energfa, combustibles, alimentos y materiales. Los ejemplos especfficos de productos incluyen, pero sin limitacion, hidrogeno, alcoholes (p.ej., alcoholes monohidroxflicos o alcoholes dihidroxflicos tales 60 como etanol, n-propanol o n-butanol), alcoholes hidratados o acuosos, p.ej. que contienen mas de un 10 %, 20 %, 30

% o incluso mas de un 40 % de agua, xilitol, azucares, biocombustible, acidos organicos (p.ej., acido acetico y/o acido lactico), hidrocarburos, coproductos (p.ej., protemas tales como protemas celulolfticas (enzimas) o protemas monocelulares)) y mezclas de cualquiera de estos en cualquier combinacion o concentracion relativa, y opcionalmente en combinacion con cualquier aditivo, p.ej. aditivos de combustible. Otros ejemplos incluyen acidos 5 carboxflicos, tales como acido acetico o acido butmco, sales de acido carboxflico, una mezcla de acidos carboxflicos y sales de acidos carboxflicos y esteres de acidos carboxflicos (p.ej., esteres metilico, etilico y n-propflico), cetonas (p.ej., acetona), aldetndos (p.ej., acetaldetndo), acidos alfa,beta-insaturados tales como acido acnlico y olefinas tales como etileno. Otros alcoholes y derivados de alcohol incluyen propanol, propilenglicol, 1,4-butanodiol, 1,3- propanodiol, esteres metilico o etilico de cualquiera de estos alcoholes. Otros productos incluyen acrilato de metilo, 10 metacrilato de metilo, acido lactico, acido propionico, acido butmco, acido succmico, acido 3-hidroxipropionico, una sal de cualquiera de los acidos y una mezcla de cualquiera de los acidos y sales respectivas.

Se describen otros intermedios y productos, incluyendo productos alimentarios y farmaceuticos, en el documento US 2010-0124583 A1.

15

OTRAS REALIZACIONES

Se han descrito una serie de realizaciones.

20 En algunas implementaciones, los sistemas discutidos en la presente memoria, o componentes de estos sistemas, pueden ser portatiles, p.ej. a la manera del equipo de procesamiento movil descrito en la solicitud internacional n° WO 2008/011598.

En cualquiera de los sistemas dispersantes descritos en la presente memoria, el flujo de fluido (lfquido y/o gas) a 25 traves del sistema de dispersion puede ser continuo o por pulsos, o una combinacion de periodos de flujo continuo con intervalos de flujo por pulsos. Cuando el flujo es por pulsos, los pulsos pueden ser regulares o irregulares.

Aunque se ha hecho referencia a tanques en la presente memoria, el proceso puede tener lugar en cualquier tipo de recipiente o contenedor, incluyendo lagunas, piscinas, estanques y similares. Si el contenedor en que tiene lugar el 30 mezclado es una estructura en el suelo, tal como una laguna, puede estar revestido. El contenedor puede estar cubierto, p.ej. si esta en el exterior, o descubierto.

En una realizacion alternativa, el sistema dispersante 134 puede omitirse en los sistemas mostrados en las FIG. 2A y 2B, y puede usarse una bomba para extraer lfquido del tanque y suministrarlo a traves de la tubena de salida 137 35 para humedecer el material de materia prima, que se dispersa entonces por la accion mezcladora del mezclador de chorro 144. En tales implementaciones, la bomba sena preferiblemente una bomba de bajo cizallamiento, p.ej. una bomba de desplazamiento positivo tal como las bombas de cavidad progresiva disponibles en SEEPEx y las bombas de lobulos de Waukesha. Se prefiere tambien que la bomba sea capaz de bombear fluidos de alta viscosidad, puesto que la viscosidad del lfquido aumentara a medida que se anada mas materia prima.

40

Aunque se han descrito materias primas de biomasa en la presente memoria, pueden usarse otras materias primas y mezclas de materias primas de biomasa con otras materias primas. Por ejemplo, algunas implementaciones pueden utilizar mezclas de materias primas de biomasa con materias primas que contienen hidrocarburo.

45 Por consiguiente, estan dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones otras realizaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un procedimiento que comprende:

5 sacarificar una materia prima de biomasa en un recipiente, habiendose dispersado la materia prima de biomasa en un medio lfquido usando un sistema dispersante que extrae la materia prima y el medio lfquido del recipiente y recircula la materia prima y el medio lfquido de vuelta al recipiente, donde el sistema dispersante comprende una camara y, dentro de la camara, un miembro giratorio que incorpora la materia prima y el medio lfquido en la camara axialmente y expulsa una dispersion de materia prima en el medio desde la camara radialmente.

10
2. El procedimiento de la reivindicacion 1, donde el sistema dispersante comprende una bomba de desplazamiento positivo y donde, preferiblemente, la bomba de desplazamiento positivo es una bomba de cavidad progresiva.

15 3. El procedimiento de la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, donde la materia prima tiene una densidad

aparente de menos de aproximadamente 0,75 g/cm3 y donde, opcionalmente, la materia prima comprende un material celulosico o lignocelulosico.
4. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde el medio lfquido comprende 20 agua.
5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas suministrar un agente de sacarificacion al recipiente y donde, preferiblemente, el agente de sacarificacion comprende una enzima.

25
6. El procedimiento de la reivindicacion 1, donde el miembro giratorio funciona como helice y la accion del miembro giratorio en la camara es la de una bomba centnfuga y donde, opcionalmente, el miembro giratorio comprende elementos de mezclado organizados coaxialmente con un rotor que se dispone en relacion de rotor- estator con una pared lateral de la camara.

30
7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas mezclar con un mezclador de chorro durante la sacarificacion.
8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema dispersante 35 comprende ademas un mezclador de chorro.
9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas suministrar la materia prima y/o un agente de sacarificacion al recipiente desde una fuente dispuesta fuera del recipiente y donde, preferiblemente, la fuente esta situada por encima del recipiente y donde, opcionalmente, la fuente

40 comprende una tolva y la tolva esta en comunicacion con un dispositivo de vibracion.
10. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas suministrar una corriente de medio lfquido a la materia prima sobre la superficie del medio lfquido para humedecer la materia prima y donde, opcionalmente, la materia prima esta en una condicion sustancialmente seca antes de

45 suministro al recipiente.
11. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el sistema dispersante comprende una pluralidad de dispositivos dispersantes.

50 12. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la sacarificacion comprende anadir la materia prima al medio lfquido en incrementos discretos; y dispersar cada incremento discreto de materia prima en el medio lfquido con el sistema de dispersion antes de anadir otro incremento de materia prima.
13. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas 55 monitorizar el nivel de glucosa de una mezcla de materia prima, medio lfquido y agente de sacarificacion durante la

sacarificacion.
14. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas anadir materia prima y agente de sacarificacion adicional al recipiente durante la sacarificacion y dispersar la materia prima

60 en el medio usando el sistema de dispersion.
15. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el recipiente comprende

un tanque.

5 16. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas anadir

un emulsionante o tensioactivo a la mezcla en el recipiente.
17. Un sistema de sacarificacion de materia prima que comprende:

10 un tanque,

un sistema de suministro configurado para suministrar una materia prima de biomasa y un medio lfquido al tanque, un sistema de dispersion configurado para dispersar la materia prima de biomasa en el medio lfquido, un dispositivo de suministro de agente de sacarificacion configurado para suministrar una cantidad medida de agente de sacarificacion al tanque, y

15 un mezclador configurado para mezclar los contenidos del tanque,

donde el sistema dispersante esta configurado para extraer la materia prima y el medio lfquido del tanque y recircularlos de vuelta al tanque, y donde el sistema dispersante comprende una camara y, dentro de la camara, un miembro giratorio que incorpora la materia prima y el medio lfquido en la camara axialmente y expulsa una dispersion de materia prima en el medio desde la camara radialmente.

20
18. El sistema de la reivindicacion 17, donde el sistema dispersante comprende una bomba de desplazamiento positivo y donde, opcionalmente, el sistema dispersante esta configurado para suministrar una corriente de lfquido a la materia prima sobre la superficie del lfquido, humedeciendo la materia prima.

25 19. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 17 o 18, que comprende ademas un controlador

que ajusta el funcionamiento del dispositivo de suministro de materia prima y/o el dispositivo de suministro de agente de sacarificacion basandose en la entrada del monitor de par de torsion.
20. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, donde el mezclador comprende un

30 mezclador de chorro.