Verfahren und Vorrichtung zur ununterbrochenen Vergärung von zuckerarmen Gärflüssigkeiten auf Alkohol. Die Verfahren zur ununterbrochenen Ver- gärung kohlehydrathaltiger Flüssigkeiten auf Alkohol haben bisher nur bei der Her- stellung von Alkohol aus Sulfitablaugen und Holzzuckerwürzen Anwendung gefunden.
Bei der Vergärung von Rüben- und Zucker rohrmelasse hat sich die vollkontinuierliche Gärungsführung nicht einführen lassen, weil bei der stets schwankenden Beschaffen heit der Melassen der Gärverlauf so stark wechselt, dass die Voraussetzung für jeden wirklich ununterbrochenen Betrieb, nämlich das Erreichen eines Beharrungszustandes über längere Zeit, nicht eintreten kann. Ausserdem sind Melassegärungen so stark. Infektionen ausgesetzt, dass, der halbkonti nuierliche Betrieb mit nach Bedarf vorge nommener Unterbrechung und Desinfektion der Gärbottiche vorgezogen wird.
Für die Alkoholgewinnung aus Stärke (Kartoffel, Getreide usw.) kommen ununterbrochen arbeitende Gärverfahren überhaupt nicht in Frage, da das Ineinandergreifen der ver schiedenen Verfahrensabschnitte, wie Dämp= fen, Verzuckern, Vergären. usw., ein Ausge stalten zu ununterbrochenem Betrieb un möglich machen.
Bei der Vergärung von Sulfitablaugen und Holzzuckerwürzen treten Infektionen trotz der seltenen Reinigung der Gärbottiche kaum auf, weil diese Maischen infolge ihres Gehaltes an schwefligsauren und ameisen sauren Salzen geschützt sind. Derartige Maischen enthalten nur etwa 1-4% vergär- baren Zucker und fallen in so grossen Men gen an, dass zu ihrer Vergärung schon seit langem ununterbrochene Gärverfahren, unter anderem zur Ersparnis an Gärraum, mit Nutzen angewendet werden. Besondere Ver breitung hat die kontinuierliche Fessel gärung gefunden.
Es sind weiter Verfahren bekannt geworden, bei der Vergärung von Sulfitablaugen und Holzzuckerwürzen, deren Ausgangsstoff in beiden Fällen der durch Säure verzuckerte Zellstoff ist, die in der vergorenen 3laische enthaltene gesamte Hefe durch Ausschleudern abzuscheiden und die so gewonnene Hefemilch der frisch zu ver- gärenden Zuckerlösung wieder zuzumischen.
Bei diesen sogenannten "Gärverfahren mit Heferückführung" wird eine hohe Hefekon zentration in der gärenden Maische erreicht, die jedenfalls 10 kg Hefe (berechnel: auf Presshefe mit<B>75%</B> Wassergehalt.) je 1000 Liter Gärflüssigkeit übersteigt und zu nimmt bis zur Hefesättigung, das heisst bis zu der Hefekonzentration, bei welcher eine Neubildung von Hefe infolge Mangel an Wirkungsraum nicht mehr eintritt. Bei die sem Zustand ist die sogenannte "spezifische zelluläre Sättigung" an Hefezellen in der Maische erreicht.
Je nach dem Zuckergehalt und der Qualität der Gärlösung, das heisst ihrem Gehalt an gärungsfördernden und gärungshemmenden Stoffen bei der Hefe sättigung beträgt der Gehalt an Hefe je ein:' Maische 110 . 10s bis 500 . 10<B>'</B> Zellen und mehr.
Durch die vorliegende Erfindung soll die Möglichkeit geschaffen werden, das "Gärver fahren mit. Heferückführung" für die un unterbrochene Vergärung von -zuckerarmen Gärflüssigkeiten, z. B. Sulfitablaugen und Holzzuckerwürzen, so auszugestalten, dass die höchstmögliche Ausbeute an Alkohol in der kürzesten Gärzeit erreicht. wird unter Berücksichtigung der im Betriebe oft weeh- selnden Arbeitsbedingungen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Ver fahren und eine Vorrichtung zur ununter brochenen Vergärung von zuckerarmen Gär flüssiglLeiten, wie zum Beispiel Sulfitablau- gen und Holzzuckerwürzen, auf Alkohol mit Hefe unter Verwendung mehrerer Gär bottiche und unter Rückführung der aus der vergorenen Maische abgeschiedenen Hefe milch in den ersten Gärbottich.
Das Gärverfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gelz-ennzeichnet, dass die beim kurz geschilderten Verfahren anfallende Hefe milch der schon in Gärung befindlichen Maische zuesetzt, die Hefe in den Gär- L' Bottichen frei beweglich, vorzugsweise durch Rolirbogenumwälzpumpen, in Suspension ge halten und die vergorene Maische mit der darin suspendierten Hefe in einem Nachgär- bottich gespeichert wird, in welchem sich allenfalls auftretende:
Änderungen der zu- und abgeführten Flüssigkeitsmengen aus gleichen können und von dem aus sie einer Trennvorrichtung, vorzugsweise einer Hefe zentrifuge mit kurzen Unterbrechungen zu deren Reinigung zugeführt wird. Zweck mässigerweise wird die umlaufende Hefe so ).ew, dass ihre Konzentration im Gär- 1 ählt, system der spezifischen zellulären Sättigung entspricht.
Das Verfahren gellt beispielsweise davon aus, dass die zu vergärenden, verhältnismässig zuckerarmen Gärflüssigkeiten, wie Sulfit- ablaugen oder Holzzuckerwürzen,
in prak tisch ununterbrochenem Strom in die Gär- anlage aufgenommen \-erden und dass von der Gäranlage ein ebenfalls praktisch un unterbrochener Strom von ausgegorener ent- liefter Maische in die Destillieranlage gelie fert wird.
Wenn es sich darum handelt, zuckerarme Flüssigkeiten zu vergären, die bei geringerer Hefekonzentration praktisch ausreichend auf Alkohol vergoren werden können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Hefe aus der vergorenen Maische in einem von Einbauten freien Abscheider abzutrennen.
Hierbei wird die Hefemilch zweckmässigerweise nach mög lichst wirbelfreiem Eintritt der vergorenen Flüssigkeit in den Abscheider oberhalb der tiefsten Stelle des Abscheiders abgezogen und dein ersten Gärbottich wieder zugeführt, während an der tiefsten Stelle die mecha nischem Verunreinigungen entfernt werden; hierbei. ist es vorteilhaft, den Abscheider un ter einem Flüssigkeitsüberdruck, z. B. von etwa 0,5-2 atü zu halten.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Dnrcliführung des Verfahrens ist gekenn zeichnet durch mindestens einen Hauptgär- bott,ich, vorzugsweise zwei Hauptgärbottiche, einen Nachgärbottich und eine Hefeab- sclieidevorriclitung, wobei die Gärbottiche von allen Einbauten frei und mit Vorrich tungen versehen sind, die eine zusätzliche Flüssigkeitsbewegung bewirken. Es werden zum Beispiel Gärbottiche verwendet, wie sie zum Beispiel beim Fesselgärverfahren oder bei dem Verfahren, das mit zwangsläufig geführter Hefe arbeitet, üblich sind.
Der Durchsatz der Gäranlage wird zweck mässigerweise so geregelt, dass die Gärflüssig- keit bei normal laufendem Betrieb den Vor ratsbottich gerade dann verlässt, wenn die Zuckerlösungen eben ausgegoren sind. Alle Gärbottiche sind vorzugsweise mit Vorrich tungen versehen, mit denen die Hefe in Suspension gehalten werden, kann. Zu die sem Zweck kann die Vorrichtung zum Bei spiel mit Rohrbogenumwälzpumpen ausge stattet sein. Derartige Pumpen haben einen bedeutend geringeren Kraftverbrauch als die früher benutzten Rührwerke und sind des halb wirtschaftlicher.
In der beigefügten Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der zur Durchführung des Verfahrens erfindungsgemäss bestimmten Vorrichtung dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 die Anlage in schematischer Dar stellung, Fig. 2 eine andere Ausführungsart eines Teils derselben.
Die zu vergärende Ablauge oder Würze wird in ununterbrochenem Strome dem Hefe enthaltenden Gärbottich 1 unten durch die Leitung 2 zugeführt, steigt in ihm hoch und läuft dem zweiten Gärbottich 3 durch die Leitung 4 unten zu. Die vergorene Maische tritt dann durch die Überlaufleitung 6 in den Vorratsbehälter oder Nachgärbottich 5. Eine Pumpe 7 führt die vergorene Maische mit der darin enthaltenen Hefe durch die Leitung 8 dem Refeseparator 9, zu, mit welchem mög lichst die gesamte Hefe abgeschieden und als Hefemilch durch die Leitung 10 dem in voller Gärung befindlichen Bottich 1 oben wieder zugeführt wird.
Die enthefte ver gorene Würze wird vom Separator 9, dem Hochbehälter der Alkoholdestillationsanlage durch die Leitung 11 zugeführt. Mittels der Rohrbogenumwälzpumpen 12 wird im un- tern Teil der Bottiche für eine zusätzliche Flüssigkeitsbewegung gesorgt. Für den Fall, dass es notwendig sein sollte, die Hefe milch zu reinigen, kann dieselbe zu einer besonderen Behandlung (Waschung, Säure zugabe und dergleichen) für mehrere Stun den in dem Nebenbehälter 13 gespeichert werden. Bei der hohen Hefekonzentration in dein Bottichen geht während dieser Zeit die Vergärung der Maische ungestört weiter.
Bei der Vergärung gewisser zuckerarmer Flüssigkeiten hat es sich als zweckmässig er wiesen, an Stelle des .Separators 9 einen in die Leitung 8 eingebauten: Hefeabscheider zu verwenden. Derselbe besteht, wie in Fig. 2 gezeigt, aus einem zweckmässig mit koni schem Boden versehenen, von Einbauten freien Gefäss 14, in welchem die Hefe aus der vergorenen Flüssigkeit ununterbrochen abgetrennt werden kann, um dann, wie bisher, dem Gärungsbottich 1 durch Leitung 10 zugeführt zu werden.
Die Abscheidung der Hefe erfolgt hier bei nicht so vollständig wie durch Aus schleudern. Beim Ausschleudern werden ge gen 95 % der in der vergorenen Flüssigkeit vorhandenen Hefe als Hefemilch, die etwa 8-10 % der vergorenen Flüssigkeitsmenge ausmacht, wiedergewonnen. Aus dem Ab- scheider können dagegen gegen<B>50%</B> der Hefe mit 15-20% der vergorenen Flüssig keit abgezogen werden.
Daher ist auch die- Hefekonzentration in den Gärbottichen 1, 3 und 5 geringer als hei einem Wiedergewin nen der Hefe durch Ausschleudern. Sie be-. trägt hierbei etwa 40-80 X 108 Zellen pro cm'.
Die vergorene Ablauge soll möglichst wirbelfrei in den Abscheider eintreten. Der Eintrittsstutzen 15 ist daher gegen den Ab- scheider zu konisch erweitert. Ein einfaches Prallblech 16 lenkt die eintretende Flüssig keit nach unten und verhindert, dass sie direkt der Leitung 11 zufliesst. Die im konischen Teil sich sammelnde Hefe wird oberhalb der tiefsten Stelle über ein Regel ventil 17 seitlich abgezogen.
Das Ablassventil 18 an der tiefsten Stelle dient zum Entfernen von mechanischen Verunreinigungen (Kalk teilchen, Itigninreste und -dergleichen), die zweckmässig dem Neutralisations- hezw. Klärbottich für unvergorene Gärflüssigkeit zugeführt werden.
Es ist gefunden tvorden, dass die beste Vergärung dann eintritt, wenn die Hefe zellen in der Maisehe frei beweglich bleiben, derart, dass sie an der Bewegung teilnehmen, die in der gärenden Flüssigkeit durch die sieh entwickelnde Kohlensäure hervorgeru- fen wird,- so dass sie in ständigem Ortswechsel fortlaufend mit neuen, unvergorenen Zucker enthaltenden Flüssigkeitsteilchen in terüh- rung kommen;
die Hefemilch wird also, wenn sie in den obersten 'feil des ersten Gär bottichs in die schon teilweise vergorene Flüssigkeit eintritt, wo die Kohlensäure entwicklung am stärksten ist, schnell Über den ganzen Bottichinhalt verteilt. Die ein zelnen Hefezellen durchlaufen also das Clär- system nicht in regelbaren Zeiten; einzelne Zellen werden vom Flüssigkeitsstrom aus dem Bottich 1 gleich nach dem Bottich 3 mitgenommen, andere werden lange Zeit. im Bottich 1 herumgewirbelt.
Die Hefezellen sollen in der Gärflüssig keit stets frei schwebend erhalten werden. Die Bottiche 1, 3 und 5 enthalten daher keinerlei Einbauten; an denen Hefe sich ab setzen kann öder die der Hefe einen zwangs läufigen Weg durch das Gärsystem vor schreiben. Damit sieh auch auf dem Boden der Bottiche 1, 3, 5 keine Hefe ablagert, wird im untern Teil der Bottiche für eine zu sätzliche Flüssigkeitsbewegung gesorgt, vor zugsweise durch Rohrhogenumwälzpumpen 12. Diese saugen die Gärflüssigkeit aus dein untern Teil der Bottiche ständig an und drücken sie in Bodenhöhe, vorzugstvc,ise tan- gential, -wieder in den Gärraum.
Der Kraft bedarf dieser Pumpen ist sehr viel geringer als der eines Rührwerkes; er beträgt- zum Beispiel für 100 m'/St. umgewälzte Gär flüssigkeit nur 1,6 PS. Durch diese -Mass nahmen wird erreicht, dass sich die Hefe in den Bottichen über den ganzen Flüssigkeits inhalt gleichmässig verteilt, wie an den ver- sehiedensten Stellen entnommene Proben zeigen. Die Mindesthefekonzentration von 10 kg je m" Maische bezw. der Zustand der Hefesättigung bleibt daher dauernd in dem ganzen Flüssigkeitsinhalt des Gärsystems erhalten.
Wenn die gesamte grosse Hefemenge bei der Vergärung ständig frei beweglich und in Suspension gehalten wird, findet eine vollkommene Ausgärung der Maische statt, in einer von dein Zuckergehalt und der Latigenqualität abhängigen Mindestzeit.
Der Sammelbottich 5 hat eine doppelte Aufgabe: Er dient einmal als Nachgär- bottich für den Fall, dass infolge erhöhten Maischenanfalls vorübergehend der Gär- raum vergrössert werden niuss, um eine voll ständige Ausgärung sicherzustellen, ander seits bewirkt er, dass die Belastung des Sepa- rators iniverändert bleibt.
Der Maische- aiifall ist ,ja abhängig von den meist absatz weise betriebenen Zellstoffkocherei Lind Perkolatoren der Holzverzuckerung sowie von der meist absatzweise vorgenommenen Neutralisation und Klärung der Ablaugen bezw. Würzen, z.
B. dtircli Absitzenlassen. Bei steigendem Maischeanfall steigt der Flüssigkeitsspiegel im Bottich < i, der normal nur zur Hälfte gefüllt ist, an und vergrössert. damit den Gärraum; bei sinkendem Maische anfall sinkt der Fliissigkeitsspiegel und ver kleinert damit den Gärraum.
Bei diesen Men- gensclicvankungen. die sich auf die Dauer im Bottich 5 ausgleichen, kann die Belastung des Separators unverändert bleiben, was für dessen gutes Arbeiten wichtig ist.
Sulfitablaugert und Holzzuckerwü rzen enthalten stets feste Teilehen (I@T(-,utralisa- tionskalk, Zellstoffasern, Ligninreste und dergleichen). Ein(,
Abscheidung der Hefe durch Filtration kommt bei dieser Maische nicht in Frage" da der sich auf dem Filter- niaterial sofort bildende Hefefilm auch alle diese zurückhält und da- init; die wiedergewonnene Hefe so stark ver unreinigt, dass sie für weitere Vergärungen unbrauelihar wird.
In der Schleuder dagegen, die eine Trennung der 14'Laischebestandteile nach dem spezifischen Gewicht vornimmt, tritt eine Reinigung insofern ein, als alle Bakterien mit der entheften Maische abgehen und im Destillierapparat vernichtet werden, die festen Teilchen in der Schleuder zurück bleiben und die Hefe als gereinigte Hefe milch abläuft. Die Schleuder muss in be stimmten Betriebsabschnitten für 1 bis 2 Stunden stillgelegt und von der darin fest gesetzten Paste, bestehend aus Kalk, Fasern und dergleichen, gesäubert werden. Damit wird auch die Abscheidung der Hefe und die Zufuhr von Hefemilch zum Bottich 1 von Zeit zu Zeit unterbrochen.
Bei dem grossen Vorrat an Hefe in der gärenden Maische wird die Vergärung dadurch nicht gestört. Während des Stillstandes des Separators staut sich die dem Vorratsbottich 5 ununter brochen zulaufende vergorene Maische an, die Hefe bleibt vorübergehend etwas länger als nötig mit ihren Stoffwechselprodukten, in der Hauptsache Alkohol und Kohlensäure, in Berührung.
Da aber der Alkoholgehalt der vergorenen Sulfitaublaugen und Holz zuckerwürzen gering ist und die Umwälz- pumpen für eine starke Flüssigkeitsbewe gung in den Bottichen sorgen, durch welche die Kohlensäure ausgetrieben wird, tritt eine Schädigung der Hefezellen dadurch nicht ein.
Um die Betriebszeiten des Separators zu verlängern, wird gegebenenfalls zu stark ver unreinigte Maische durch mechanische Hilfs mittel, z. B. durch Filter beliebiger Bauart oder Klärseparateren, vor Eintritt in die Gäranlage von Schwebeteilchen befreit, wenn das sonst übliche Absitzenlassen der neutra lisierten. Maische nicht zum Ziele führt.
In der Sulfitspiritusindustrie wird allge mein in offenen. Bottichen vergoren, so dass die Oberfläche der gärenden Maische mit der Luft in Berührung steht. Damit ist die Möglichkeit für die Entwicklung von Kam liefen gegeben, die keinen Alkohol bilden, sondern diesen sogar aufzehren und damit die Alkoholausbeute verringern. Bei dem vorstehend beschriebenen ununterbrochenen Gärverfahren mit.
Heferückführung ist es vorteilhaft, die Kamhefebildung nach Mög lichkeit zu unterdrücken, denn die Zellen der Kamhefe haben etwa das gleiche spezifische Gewicht wie die Kulturhefen; sie würden also im Separator mit der letzteren zusam men abgeschieden werden und sich zum Schaden der Alkoholausbeute in den Gär bottichen anreichern. Die Bottiche 1, 3 und 5 werden daher vorzugsweise abgedeckt, so dass die Oberfläche der Flüssigkeit stets un ter einer Kohlensäureatmosphäre gehalten wird.
Es ist selbstverständlich, dass bei dem beschriebenen Gärverfahren: alle in der Gärungsindustrie bekannten Massnahmen, z. B. zur Erhöhung oder Unterstützung der Gärtätigkeit der Hefe, angewendet werden können, so Zugabe von Nährsalzen, Nähr substanzen, Wirkstoffen und dergleichen.
Es ist bereits ein Gärverfahren mit Hefe rückführung bekannt, das kontinuierlich arbeitet. Nach diesem Verfahren durchläuft jede Hefezelle in der zwangsläufig vorge schriebenen Richtung innerhalb einer be stimmten, regelbaren. Verweilzeit mit beson deren Führungseinrichtungen ausgestattete Gärbottiche. Die im Separator abgeschiedene Hefemilch wird streng kontinuierlich neuer zuckerhaltiger Maische in einer mit Rühr werk ausgestatteten Misehvorrichtung zuge setzt.
Das Verfahren arbeitet infolge hoher An lage- und Betriebskosten teurer als das vor liegende Verfahren. Letzteres ist apparativ einfacher, weil die Gärbottiche keine beson deren Führungseinrichtungen enthalten; die Betriebskosten sind wesentlich billiger, weil ein besonderes Rührwerk für das Vermischen der Hefemilch mit der unvergorenen: Maische wegfällt. Ausserdem kann sich das bekannte Verfahren nicht so leicht und einfach, wie es oben mehrfach dargestellt ist, den prak tischen Betriebsbedingungen - Reinigung des Hefeseparators, Stockungen und Ver änderungen im Anfall der Gärflüssigkeit usw. - anpassen.
Es ist ferner ein ununterbrochenes Gär verfahren für zuckerarme Gärflüssigkeiten bekannt geworden, bei welchem die Hefe aus einem geringen abgez-#veigten Anteil der noch gärenden Würze durch Ausschleudern wie dergewonnen und der frischen Gä rflüssig- keit wieder zugeführt wird.
Ein beträcht licher Teil der Hefe wird hierbei ständig mit der vergorenen Würze aus dem Gär- system entfernt und im Alkoholdestillier apparat vernichtet, während nur die geringe, in dem abgezweigten Würzeanteil befind liche Hefemenge wieder verwendet wird. Die verlorene Hefe muss ständig unter Zucker verbrauch neu gebildet werden, wodurch die Alkoholausbeute verringert wird.
Die hohe Hefekonzentration und Alkoholausbeute des Gärverfahrens nach der Erfindung kann bei einer solchen Arbeitsweise nicht erreicht tverden. Die vorstehend erwähnten Gärver fahren bedienen sich im übrigen keiner der beanspruchten Verfahrensmassnahmen, durch deren Anwendung die Gesamtwirkung erzielt wird.
<I>Beispiel:</I> In einer Zellstoffabrik fallen täglich 360 m' Fichtenablauge an. Nach der übli chen Neutralisation und Kühlung wird die Ablauge ununterbrochen durch eine Kreisel pumpe über ein Filter, welches Fasern, Kalkteilchen und andere Schwebestoffe zu rückhält, dem von allen. Einbauten freien ersten Gärbottich unten zugeführt, während die Hefemilch dem Bottich oben zuläuft. Die durch die Gärungskohlensäure hervorge rufene lebhafte Flüssigkeitsbewegung wird unterstützt durch das Umwälzen des Bot tichinhalts mit Hilfe einer Rohrbogen- pumpe, so dass die Hefe in der gärenden Flüssigkeit schwebend gehalten wird.
Die noch nicht vollständig ausgegorene Ablauge tritt dann mit der darin enthaltenen Hefe durch Überlauf in den zweiten Gärbottich ein, in welchem die Gärung praktisch zu Ende geführt wird. Von hier aus läuft sie in den Vorratsbottich. Auch im zweiten Crärbotticli und im Vorratsbottich, die frei von Einbau ten sind, wird ein Absetzen der Hefe durch Umpumpen: verhindert. Alle drei Bottiche sind abgedeckt, so dass die Gä.ruiigskolilen- säure über der Flüssigkeitsoberfläche zu rückgehalten wird.
Der Gesamtflüssigkeits- inhalt der drei Bottiche beträgt 300 m', so dass die Gärzeit oder Aufenthaltsdauer der Ablauge in dem ganzen Gärsystem durch schnittlich 20 Stunden beträgt.
Ans dem Vorratsbottich wird die ver gorene Ablauge mit der ganzen Hefe einer auf dem ersten Gärbottich stehenden Schleu der zugeführt, in welcher etwa 8-10 % der Ablauge mit praktisch der ganzen Hefe menge als Hefemilch abgeschieden wird. Die Hefemilch läuft dem bereits in lebhafter Gärung befindlichen ersten Bottich zu. Die entliefte Ablauge wird dem Destillierappa rat zugeführt. Wird die Schleuder zwecks Reinigung für zirka zwei Stunden stillgelegt, so steigt der Inhalt des Vorratsbottichs um zirka. 30 m' an, das heisst die gesamte Flüs sigkeitsmenge und die Gärzeit steigen um 11) %.
Nach Wiederinbetriebnahme der Schleuder wird die Übermenge durch etwas höhere Belastung der Schleuder bald wieder aufgearbeitet. Eine Schädigung der Hefe oder Minderung der Alkoholausbeute tritt dabei nicht ein.
Nach einer gewissen Anlaufzeit stellt sich im Gärsystem eine von der Beschaffen heit der Ablauge abhängige gleichmässige Hefekonzentration ein. Sie beträgt bei dem vorliegenden Beispiel 2-50 X<B>10'</B> Zellen/cm'.
Method and device for the continuous fermentation of low-sugar fermentation liquids on alcohol. The processes for the uninterrupted fermentation of liquids containing carbohydrates have so far only been used in the production of alcohol from sulphite waste liquors and wood sugar spices.
In the fermentation of beet and sugar cane molasses, it was not possible to introduce fully continuous fermentation, because with the constantly fluctuating nature of the molasses, the fermentation process changes so strongly that the prerequisite for any truly uninterrupted operation, namely the achievement of a steady state over a long period of time , cannot occur. Also, molasses fermentations are so strong. Infections, so that semi-continuous operation with interruption and disinfection of the fermentation tanks as required is preferred.
For the production of alcohol from starch (potatoes, cereals, etc.), continuous fermentation processes are out of the question, as the various process stages such as steaming, saccharification and fermentation intermesh. etc., making it impossible to configure for uninterrupted operation.
In the fermentation of sulphite waste liquors and wood sugar seasonings, infections hardly occur despite the seldom cleaning of the fermentation vats, because these mashes are protected due to their content of sulphurous and ant-acidic salts. Such mashes contain only about 1-4% fermentable sugar and are produced in such large quantities that uninterrupted fermentation processes have been used for a long time for their fermentation, among other things to save fermentation space. Continuous fetlock fermentation is particularly widespread.
Processes have also become known in the fermentation of sulphite waste liquors and wood sugar spices, the starting material of which is in both cases the acid-saccharified cellulose, to separate the entire yeast contained in the fermented 3laische by centrifuging and the yeast milk obtained in this way from the freshly fermented sugar solution to mix in again.
With this so-called "fermentation process with yeast return", a high yeast concentration is achieved in the fermenting mash, which exceeds and increases at least 10 kg yeast (calculated: on compressed yeast with <B> 75% </B> water content.) Per 1000 liters of fermentation liquid up to yeast saturation, i.e. up to the yeast concentration at which a new formation of yeast no longer occurs due to a lack of effective space. In this state, the so-called "specific cellular saturation" of yeast cells in the mash is reached.
Depending on the sugar content and the quality of the fermentation solution, i.e. its content of fermentation-promoting and fermentation-inhibiting substances at yeast saturation, the yeast content is one: 'Mash 110. 10s to 500. 10 <B> '</B> cells and more.
The present invention is intended to create the possibility of using the "Gärver drive. Yeast return" for the uninterrupted fermentation of low-sugar fermentation liquids, e.g. B. sulphite waste liquors and wood sugar seasonings to be designed so that the highest possible yield of alcohol is achieved in the shortest fermentation time. taking into account the often changing working conditions in the company.
The subject of the invention is a process and a device for the uninterrupted fermentation of low-sugar fermentation liquid guides, such as sulphite deposits and wood sugar spices, on alcohol with yeast using several fermentation vats and with the return of the yeast separated from the fermented mash to the milk first fermentation vat.
The fermentation process according to the invention is characterized in that the yeast obtained in the briefly described process adds milk to the mash that is already fermenting, the yeast in the fermentation vats is freely movable, preferably by means of Rolir arch circulation pumps, and keeps the fermented mash with the yeast suspended in it is stored in a post-fermentation vat in which any:
Changes in the amount of liquid supplied and removed can equalize and from which it is fed to a separating device, preferably a yeast centrifuge, with short interruptions for cleaning it. The circulating yeast is expediently prepared in such a way that its concentration in the fermentation system corresponds to the specific cellular saturation.
The procedure assumes, for example, that the fermentation liquids to be fermented, which are relatively low in sugar, such as sulphite liquors or wood sugar spices,
is absorbed into the fermentation plant in a practically uninterrupted stream and that the fermentation plant also delivers a practically uninterrupted stream of fully fermented, deflated mash to the distillation plant.
If it is a question of fermenting low-sugar liquids which can be fermented practically sufficiently on alcohol with a lower yeast concentration, it has proven to be advantageous to separate the yeast from the fermented mash in a separator free of built-in components.
Here, the yeast milk is expediently withdrawn after the fermented liquid enters the separator with as little swirling as possible and above the lowest point of the separator and your first fermentation vat is returned, while the mechanical impurities are removed at the lowest point; here. it is advantageous to use the separator under a liquid overpressure, e.g. B. to hold from about 0.5-2 atü.
The device according to the invention for carrying out the process is characterized by at least one main fermentation tank, preferably two main fermentation tanks, a secondary fermentation tank and a yeast closure device, the fermentation tanks being free of all internals and provided with devices that cause an additional movement of the liquid . For example, fermentation vats are used, such as are customary in the fetter fermentation process or in the process that works with forced yeast.
The throughput of the fermentation plant is expediently regulated in such a way that the fermentation liquid leaves the storage tank during normal operation when the sugar solutions have just fermented. All fermentation tanks are preferably provided with devices with which the yeast can be kept in suspension. For this purpose, the device can for example be equipped with elbow pumps. Such pumps have a significantly lower power consumption than the agitators used previously and are therefore more economical.
In the accompanying drawing, an embodiment of the device intended for carrying out the method according to the invention is shown, namely: FIG. 1 shows the system in a schematic representation, FIG.
The waste liquor or wort to be fermented is fed in a continuous stream to the fermentation vat 1 containing yeast at the bottom through the line 2, rises up in it and runs to the second fermentation vat 3 through the line 4 at the bottom. The fermented mash then passes through the overflow line 6 into the storage container or secondary fermentation vat 5. A pump 7 leads the fermented mash with the yeast contained therein through the line 8 to the Refeseparator 9, with which as possible the entire yeast is separated and as yeast milk the line 10 is fed back to the vat 1 in full fermentation at the top.
The detached ver fermented wort is fed from the separator 9 to the elevated tank of the alcohol distillation system through line 11. By means of the pipe bend circulating pumps 12, an additional movement of the liquid is provided in the lower part of the tub. In the event that it should be necessary to clean the yeast milk, the same can be stored in the secondary container 13 for several hours for a special treatment (washing, addition of acid and the like). With the high yeast concentration in your vats, the fermentation of the mash continues undisturbed during this time.
In the fermentation of certain low-sugar liquids, it has proven to be useful to use a yeast separator built into the line 8 instead of the separator 9. The same consists, as shown in Fig. 2, of an expediently provided with a conical bottom, free of internals 14, in which the yeast can be separated from the fermented liquid continuously, to then, as before, the fermentation tub 1 through line 10 to be fed.
The separation of the yeast takes place here with not as completely as by centrifuging. During centrifugation, 95% of the yeast present in the fermented liquid is recovered as yeast milk, which makes up about 8-10% of the fermented liquid. In contrast, <B> 50% </B> of the yeast with 15-20% of the fermented liquid can be withdrawn from the separator.
Therefore, the yeast concentration in fermentation vats 1, 3 and 5 is lower than when the yeast is recovered by centrifuging. You loading. carries about 40-80 X 108 cells per cm '.
The fermented waste liquor should enter the separator with as little turbulence as possible. The inlet connection 15 is therefore widened too conically towards the separator. A simple baffle plate 16 directs the incoming liquid downward and prevents it from flowing directly to the line 11. The yeast that collects in the conical part is withdrawn from the side via a control valve 17 above the lowest point.
The drain valve 18 at the lowest point serves to remove mechanical impurities (lime particles, itignin residues and the like), which are expediently the neutralization hezw. Clarification vat for unfermented fermentation liquid are fed.
It has been found that the best fermentation occurs when the yeast cells in the corn marrow remain free to move in such a way that they take part in the movement that is caused in the fermenting liquid by the carbonic acid that develops in it - so that In constant change of location, they continuously come into contact with new liquid particles containing unfermented sugar;
When the yeast milk enters the top part of the first fermentation vat in the partially fermented liquid, where the development of carbon dioxide is strongest, it is quickly distributed over the entire vat. The individual yeast cells do not pass through the clarification system in controllable times; individual cells are carried away by the liquid flow from the tub 1 immediately after the tub 3, others become long. whirled around in vat 1.
The yeast cells should always be kept floating freely in the fermentation liquid. The vats 1, 3 and 5 therefore do not contain any internals; on which yeast can settle or which dictate the yeast to have an inevitable path through the fermentation system. So that no yeast is deposited on the bottom of the vats 1, 3, 5, additional fluid movement is provided in the lower part of the vats, preferably by tubular circulating pumps 12. These suck the fermentation liquid from your lower part of the vats and constantly press they are at ground level, preferably vc, ise tangential, - back into the fermentation room.
The power required by these pumps is much less than that of an agitator; it is for example for 100 m '/ h. circulated fermentation liquid only 1.6 HP. These measures ensure that the yeast in the vats is evenly distributed over the entire liquid content, as samples taken at various points show. The minimum yeast concentration of 10 kg per square meter of mash or the state of yeast saturation is therefore permanently retained in the entire liquid content of the fermentation system.
If the entire large amount of yeast is kept freely mobile and in suspension during fermentation, the mash will completely ferment in a minimum time that depends on your sugar content and the quality of the latigen.
The collecting tub 5 has a double function: on the one hand, it serves as a secondary fermentation vessel in the event that the fermentation chamber needs to be temporarily enlarged as a result of an increased amount of mash in order to ensure complete fermentation; on the other hand, it ensures that the load on the sepa- rators ini remains changed.
The mash aiifall is, yes, dependent on the mostly batch-wise operated pulp and percolators of the wood saccharification as well as on the mostly batch-wise neutralization and clarification of the waste liquors respectively. Seasonings, e.g.
B. dtircli sitting down. As the amount of mash rises, the liquid level in the vat, which is normally only half full, rises and increases. thus the fermentation room; When the amount of mash decreases, the liquid level drops and thus reduces the fermentation chamber.
With these volume fluctuations. which balance out in the long run in the tub 5, the load on the separator can remain unchanged, which is important for its good work.
Leached sulphite and wood sugar spices always contain solid parts (I @ T (-, utralization lime, cellulose fibers, lignin residues and the like).
Separation of the yeast by filtration is out of the question with this mash "because the yeast film that forms immediately on the filter material also retains all of these and contaminates the recovered yeast so heavily that it becomes unworthy for further fermentation.
In the centrifuge, on the other hand, which separates the 14'laish constituents according to the specific weight, cleaning takes place insofar as all bacteria go off with the detached mash and are destroyed in the still, the solid particles remain in the centrifuge and the yeast as Purified yeast milk runs off. The centrifuge must be shut down for 1 to 2 hours in certain operating phases and the paste, consisting of lime, fibers and the like, must be cleaned. This also interrupts the separation of the yeast and the supply of yeast milk to the vat 1 from time to time.
With the large amount of yeast in the fermenting mash, this does not disrupt fermentation. While the separator is at a standstill, the fermented mash continuously flowing into the storage tub 5 builds up, and the yeast temporarily remains in contact with its metabolic products, mainly alcohol and carbon dioxide, for a little longer than necessary.
However, since the alcohol content of the fermented sulphite liquors and wood sugar spices is low and the circulating pumps ensure a strong movement of liquid in the vats, which expel the carbonic acid, this does not damage the yeast cells.
In order to extend the operating times of the separator, if necessary, too strongly ver impure mash by means of mechanical aids, eg. B. by filter of any type or clarifier, freed from suspended particles before entering the fermentation plant if the otherwise usual settling of the neutralized. Mash does not lead to the goal.
In the sulphite alcohol industry, it is generally used in open. Vats fermented so that the surface of the fermenting mash is in contact with the air. This makes it possible to develop Kam ranes that do not form alcohol, but actually consume it and thus reduce the alcohol yield. In the continuous fermentation process described above with.
Yeast recycling, it is advantageous to suppress the cam yeast formation as far as possible, because the cells of the cam yeast have about the same specific weight as the culture yeast; they would be separated out together with the latter in the separator and accumulate in the fermentation vats to the detriment of the alcohol yield. The vats 1, 3 and 5 are therefore preferably covered so that the surface of the liquid is always kept under a carbonic acid atmosphere.
It goes without saying that in the fermentation process described: all measures known in the fermentation industry, e.g. B. to increase or support the fermentation activity of the yeast, can be used, such as adding nutrients, nutrients, substances and the like.
A fermentation process with yeast recycling is already known that works continuously. According to this process, each yeast cell runs through in the mandatory prescribed direction within a certain, controllable direction. Dwell time fermenting vats equipped with special guide devices. The yeast milk separated in the separator is continuously added to new, sugar-containing mash in a mixing device equipped with a stirrer.
The process works more expensive than the present process due to high plant and operating costs. The latter is simpler in terms of equipment because the fermentation vats do not contain any special guide devices; the operating costs are significantly cheaper because there is no special agitator for mixing the yeast milk with the unfermented mash. In addition, the known method can not be so easy and simple, as it is shown several times above, the practical tables operating conditions - cleaning of the yeast separator, stoppages and changes in the occurrence of fermentation liquid, etc. - adapt.
Furthermore, an uninterrupted fermentation process for low-sugar fermentation liquids has become known, in which the yeast is recovered from a small portion of the still fermenting wort by centrifuging and is returned to the fresh fermentation liquid.
A considerable part of the yeast is constantly removed with the fermented wort from the fermentation system and destroyed in the alcohol distiller, while only the small amount of yeast in the branched-off wort is reused. The lost yeast has to be constantly regenerated with the consumption of sugar, which reduces the alcohol yield.
The high yeast concentration and alcohol yield of the fermentation process according to the invention cannot be achieved with such a procedure. The above-mentioned Gärver drive do not use any of the claimed procedural measures, the application of which the overall effect is achieved.
<I> Example: </I> In a pulp mill, 360 m 'spruce waste liquor is produced every day. After the usual neutralization and cooling, the waste liquor is continuously pumped by a centrifugal pump over a filter that retains fibers, lime particles and other suspended matter from everyone. Built-in free first fermentation vat is supplied below, while the yeast milk flows into the vat above. The lively liquid movement caused by the fermentation carbonic acid is supported by the circulation of the bot tich contents with the help of an elbow pump, so that the yeast is kept suspended in the fermenting liquid.
The not yet completely fermented waste liquor and the yeast it contains then overflows into the second fermentation vat, in which the fermentation is practically completed. From here it runs into the storage tub. Also in the second crarbotticli and in the storage tub, which are free of built-in, the yeast is prevented from settling by pumping over. All three vats are covered so that the gastric colilenic acid is retained above the surface of the liquid.
The total liquid content of the three vats is 300 m ', so that the fermentation time or residence time of the waste liquor in the entire fermentation system is an average of 20 hours.
On the storage tub, the fermented waste liquor with all of the yeast is fed to a Schleu standing on the first fermentation tub, in which about 8-10% of the waste liquor with practically the entire amount of yeast is deposited as yeast milk. The yeast milk runs into the first vat, which is already fermenting vigorously. The discharged waste liquor is fed to the distillation apparatus. If the centrifuge is shut down for about two hours for cleaning, the contents of the storage tub will increase by about. 30 m ', i.e. the total amount of liquid and the fermentation time increase by 11)%.
After restarting the centrifuge, the excess quantity will soon be worked up again due to the somewhat higher load on the centrifuge. There is no damage to the yeast or a reduction in the alcohol yield.
After a certain start-up time, a uniform yeast concentration is established in the fermentation system, depending on the nature of the waste liquor. In the present example, it is 2-50 × 10 'cells / cm'.