FI66905B - FRAMEWORK FOR CONTAINING AN ETHANOL GENOM CONTAINER CONTAINER - Google Patents
FRAMEWORK FOR CONTAINING AN ETHANOL GENOM CONTAINER CONTAINER Download PDFInfo
- Publication number
- FI66905B FI66905B FI790258A FI790258A FI66905B FI 66905 B FI66905 B FI 66905B FI 790258 A FI790258 A FI 790258A FI 790258 A FI790258 A FI 790258A FI 66905 B FI66905 B FI 66905B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- stream
- ethanol
- yeast
- fermentation
- fermenter
- Prior art date
Links
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 151
- 238000000855 fermentation Methods 0.000 claims description 60
- 230000004151 fermentation Effects 0.000 claims description 59
- 240000004808 Saccharomyces cerevisiae Species 0.000 claims description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 238000004821 distillation Methods 0.000 claims description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 12
- 235000013379 molasses Nutrition 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 150000001720 carbohydrates Chemical class 0.000 claims description 6
- 235000014633 carbohydrates Nutrition 0.000 claims description 6
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 claims description 2
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims 1
- 235000014680 Saccharomyces cerevisiae Nutrition 0.000 description 35
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 11
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 10
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 7
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 7
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 6
- KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 1-Octanol Chemical group CCCCCCCCO KBPLFHHGFOOTCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 3
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 3
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 2
- WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N Glucose Natural products OC[C@H]1OC(O)[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]1O WQZGKKKJIJFFOK-GASJEMHNSA-N 0.000 description 2
- 241000209140 Triticum Species 0.000 description 2
- 235000021307 Triticum Nutrition 0.000 description 2
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 2
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 238000004508 fractional distillation Methods 0.000 description 2
- HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N furfural Chemical compound O=CC1=CC=CO1 HYBBIBNJHNGZAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008103 glucose Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 239000010909 process residue Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 238000001577 simple distillation Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000010189 synthetic method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 210000005253 yeast cell Anatomy 0.000 description 2
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 240000000885 Citrullus colocynthis Species 0.000 description 1
- 235000015844 Citrullus colocynthis Nutrition 0.000 description 1
- IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N Ethylene oxide Chemical compound C1CO1 IAYPIBMASNFSPL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001523179 Lasia <small-headed fly> Species 0.000 description 1
- 241000235347 Schizosaccharomyces pombe Species 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N Sucrose Chemical compound O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@@]1(CO)O[C@@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O1 CZMRCDWAGMRECN-UGDNZRGBSA-N 0.000 description 1
- 229930006000 Sucrose Natural products 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 235000015895 biscuits Nutrition 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000005194 fractionation Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 1
- TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N octane Chemical compound CCCCCCCC TVMXDCGIABBOFY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 229960004793 sucrose Drugs 0.000 description 1
- LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L sulfite Chemical compound [O-]S([O-])=O LSNNMFCWUKXFEE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 1
- 239000012855 volatile organic compound Substances 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
- C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
- C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
- C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel
Description
11—... .... KUULUTUSJULKAISU ^ , Λ ^ _ W (11) utlAggningsskrift 6 6 905 ^ ' (51) K*·*?/tatCL3 C 12 P 7/06 SUOMI—FINLAND (21) 790258 (22) 26.01.79 \rM* (23) AHwpaM—GNu«lMti4sg 26.01.79 (41) Tuflwt (uIUmM — Bllvtt 01.08.7911 —... .... NOTICE OF PUBLICATION ^, Λ ^ _ W (11) utlAggningsskrift 6 6 905 ^ '(51) K * · *? / TatCL3 C 12 P 7/06 FINLAND — FINLAND (21) 790258 (22) ) 26.01.79 \ rM * (23) AHwpaM — GNu «lMti4sg 26.01.79 (41) Tuflwt (uIUmM - Bllvtt 01.08.79
Patentti- ]a rakietarlhallltu· /44) NlMrtkilpmonμk»uL|<ilkalMnpvm. — o, noPatented] a rakietarlhallltu · / 44) NlMrtkilpmonμk »uL | <ilkalMnpvm. - o, no
Patent- och ragfatarityral—n AnaOkan uthfd oeh utl.mkrlftan publtcarad ; (32)(33)(31) ^yr^ntjr etuoikeus—Begird prtorttac 31 «01 .78Patent- och ragfatarityral — n AnaOkan uthfd oeh utl.mkrlftan publtcarad; (32) (33) (31) ^ yr ^ ntjr privilege — Begird prtorttac 31 «01 .78
Ruotsi-Sverige(SE) 7801133“5 (71) A1fa-Laval Aktiebolag, S-1^7 00 Tumba, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Lars K.J. Ehnström, Tullinge, Ruotsi-Sverige(SE) (7^) Berggren Oy Ab (5*0 Menetelmä etanolin valmistamiseksi jatkuvan käymisen avulla -FÖrfarande för framstälIning av etanol genom kontinuerlig förjäsningSweden-Sweden (SE) 7801133 “5 (71) A1fa-Laval Aktiebolag, S-1 ^ 7 00 Tumba, Sweden-Sweden (SE) (72) Lars K.J. Ehnström, Tullinge, Sweden-Sweden (SE) (7 ^) Berggren Oy Ab (5 * 0 Method for the production of ethanol by continuous fermentation -Förrarande för framstälIning av etanol genom kontinuerlig förjäsning
Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä etanolin valmistamiseksi hiilihydraattipitoisen substraatin jatkuvan käymisen avulla käymisastiassa. Käymisastialla tarkoitetaan tässä yhteydessä edullisesti yhtä ainoaa käymissäiliötä.The present invention relates to a process for the production of ethanol by continuous fermentation of a carbohydrate-containing substrate in a fermentation vessel. In this context, a fermentation vessel is preferably a single fermentation vessel.
Teknistä tyyppiä oleva etanoli valmistetaan pääasiassa puhtaasti synteettisin menetelmin etyleeniraaka-aineesta, jota vuorostaan saadaan kiviöljyraaka-aineesta tai luonnonkaasusta. Fossiili-raaka-aineiden rajoitetun saannin takia on ryhdytty tutkimaan mahdollisuuksia saada talteen polttoaineita ja kemikaaleja tal-teenotettavista, ts. kasvisperäisistä lähteistä. Niinpä vanha tekniikka valmistaa etanolia hiilihydraateista on laajassa merkityksessä tullut uudelleen ajankohtaiseksi. Etanoli on mielenkiintoinen sekä polttoaineena että raaka-aineena. Palautettakoon mieleen, että ruotsalainen orgaanis-kemiallinen teollisuus, joka kehittyi toisen maailmansodan jälkeen, perustuu sulfiittialkoholiin, joka muutettiin etyleeniksi ja edelleen etyleenioksidiksi jne. Muuttunut raaka-ainetilanne on siis tehnyt tällaiset synteesi-menetelmät ajankohtaisiksi. Jos korkeintaan 20 % vedetöntä etanolia 2 66905 sekoitetaan bensiiniin, oktaaniluku paranee ja polttomoottoreissa tarvitsee tehdä vain pienehköjä muutoksia, jotta nämä toimisivat tällaisella sekapolttoaineella. Useissa maissa, joilla on käytettävissään suuret määrät halpaa sokeria tai tärkkelyspohjäisiä raaka-aineita, suoritetaan voimaperäistä kehitystyötä näitä suuntaviivoja pitkin. Uudempien tutkimusten tulosten valossa on uskottavaa, että selluloosan muuttamisesta käymiskykyiseksi sokeriksi voi tulla taloudellinen realiteetti. Selluloosaa esiintyy koko maailmassa näköjään rajattomina määrinä, ja se on etanolituotannon potentiaalinen, ihanteellinen raaka-aine.Technical type ethanol is mainly produced by purely synthetic methods from ethylene feedstock, which in turn is obtained from petroleum feedstock or natural gas. Due to the limited availability of fossil raw materials, the possibility of recovering fuels and chemicals from recoverable, i.e. vegetable, sources has been explored. Thus, the old technique of making ethanol from carbohydrates has become relevant again in a broad sense. Ethanol is interesting both as a fuel and as a raw material. It should be recalled that the Swedish organic-chemical industry, which developed after the Second World War, is based on sulphite alcohol, which was converted to ethylene and further into ethylene oxide, etc. The changed raw material situation has thus made such synthetic methods topical. If up to 20% of anhydrous ethanol 2 66905 is blended with petrol, the octane number will improve and only minor modifications will be required to internal combustion engines to run on such blended fuel. In many countries with large quantities of cheap sugar or starch-based raw materials, intensive development work is being carried out along these lines. In the light of the results of more recent studies, it is plausible that the conversion of cellulose into fermentable sugar may become an economic reality. Cellulose is present in seemingly limitless quantities throughout the world and is a potential, ideal raw material for ethanol production.
Useimmat olemassa olevat laitokset, joissa valmistetaan etanolia käymisen avulla, perustuvat panostuotantoon, jolloin on käytettävä sellaista raaka-ainetta, jossa käymiskykyisen aineen konsentraatio on suhteellisen alhainen, jotta vältettäisiin muodostuneen etanolin saavuttamasta sellaisen konsentraation, jossa käyminen inhiboituu, mikä vuorostaan johtaa siihen, että saadaan suuria määriä jätevettä (rankkia), joka käsittelemättömänä voi aiheuttaa suuria ympäristöongelmia. Käymisen avulla tapahtuvan suurimittakaavaisen etanolituotannon edellytyksenä on yhä enenevässä määrin, että kyetään välttämään ympäristölle haitallisia päästöjä käsittelemällä prosessijäännöstä taloudellisesti hyväksyttävällä tavalla.Most existing plants for the production of ethanol by fermentation are based on batch production, which requires the use of a raw material with a relatively low concentration of fermentable material in order to avoid that the ethanol formed reaches a concentration where fermentation is inhibited, which in turn leads to high quantities of wastewater (rocks) that, if untreated, can cause major environmental problems. Large-scale ethanol production by fermentation is increasingly required to be able to avoid environmentally harmful emissions by treating process residues in an economically acceptable way.
Tunnetaan myöskin jatkuva käymismenetelmä teollista käyttöä varten, joka perustuu joukkoon niin kutsuttuihin kaskadi-kyt-kettyihin käymissäiliöihin, joissa ylläpidetään säiliöstä toiseen asteittain nouseva etanolikonsentraatio ja pienenevä substraattikonsentraatio. Tämä menetelmä ei ole saavuttanut suurempaa suosiota oletettavasti johtuen infektio-ongelmista sekä siitä, että samat rajoitukset koskien syötetyn substraatin konsentraatiota, jotka esiintyvät tavanomaisessa panosmenetel-mässä, ovat yhä edelleen olemassa.A continuous fermentation process for industrial use is also known, based on a number of so-called cascade-coupled fermentation tanks, in which a gradually increasing ethanol concentration and a decreasing substrate concentration are maintained from one tank to another. This method has not gained much popularity, presumably due to infection problems and the fact that the same limitations on the concentration of feed substrate that occur in the conventional batch method still exist.
Tähän asti käytettyjen käymisen avulla tapahtuvien etanoli-valmistusmenetelmien vakavana epäkohtana on siis tietyn minimaalisen substraattilaimennuksen tarve, joka vuorostaan rajoittaa voimakkaasti mahdollisuutta saada riittävän konsentroitu prosessi- 66905 jäännös taloudellista käyttöä varten. Jo etanolikonsentraatiossa noin 7 % ilmenee inhibointivaikutuksia, mikä asettaa substraatti-konsentraation käytännöllisen rajan noin 16-18 %:iin käymisky-kyisiä hiilihydraatteja.A serious disadvantage of the ethanol fermentation processes used so far is therefore the need for a certain minimum substrate dilution, which in turn severely limits the possibility of obtaining a sufficiently concentrated process residue for economic use. Even at an ethanol concentration of about 7%, inhibitory effects occur, which puts the practical limit of the substrate concentration on about 16-18% fermentable carbohydrates.
Tavanomaisen panosmenetelmän rajoituksena on lisäksi alhainen etanolituotanto pääomakustannuksiin nähden. Etanolituotannon parantamiseksi on tämän vuoksi ehdotettu erilaisia menetelmiä korkean hiivasolukonsentraation ylläpitämiseksi käymisen aikana, jolloin hiivasolut on taloudellisista syistä pidettävä elävinä ja käytettävä etanolituotantoon pitkänä ajanjaksona.A further limitation of the conventional input method is the low ethanol production relative to the cost of capital. In order to improve ethanol production, various methods have therefore been proposed to maintain a high concentration of yeast cells during fermentation, in which case, for economic reasons, the yeast cells must be kept alive and used for ethanol production for a long period of time.
US-patenttijulkaisussa 2 440 925 esitetään menetelmä panoskäy-misjakson pidentämiseksi ja siten saman hiivan käyttöiän pidentämiseksi. Poistamalla panosjaksosta etanolia vältytään niistä toksisista vaikutuksista, joita etanoli aiheuttaa hiivalle korkeammissa konsentraatioissa. Etanolin poistamiseksi poistetaan käymisastiästä nestettä, joka stripataan tyhjiössä, jotta hiiva ei tuhoutuisi. Tyhjiöastiasta hiiva kierrätetään käymisastiaan yhdessä rankin kanssa, jossa hiiva on suspendoituneena. Tämä ei-toivottu rankin kasaantuminen fermentoriin johtaa nopeasti hiiva-aktiivisuuden inhiboitumiseen, niin että panosprosessi on keskeytettävä .U.S. Patent 2,440,925 discloses a method for extending the batch fermentation cycle and thus extending the life of the same yeast. By removing ethanol from the batch cycle, the toxic effects that ethanol has on yeast at higher concentrations are avoided. To remove ethanol, liquid is removed from the fermenter and stripped in vacuo to prevent yeast destruction. From the vacuum vessel, the yeast is recycled to the fermentation vessel together with the rank in which the yeast is suspended. This undesired accumulation of rank in the fermenter rapidly results in inhibition of yeast activity, so that the batch process must be interrupted.
On myöskin ehdotettu, että fermentori pidetään tyhjiössä ja että muodostunut alkoholi poistetaan keittämällä riittävän alhaisessa lämpötilassa, niin että hiivan aktiivisuus säilyy.It has also been suggested that the fermentor be kept under vacuum and that the alcohol formed be removed by boiling at a sufficiently low temperature so that the yeast activity is maintained.
Tämän menetelmän vakava epäkohta on, että käymisen aikana muodostunut hiilidioksidi on poistettava tyhjiölaitteiston avulla ja tämä vaatii suurta energian kulutusta.A serious disadvantage of this method is that the carbon dioxide formed during fermentation has to be removed by means of a vacuum equipment and this requires a high energy consumption.
Niitä negatiivisia vaikutuksia, jotka ilmenevät kun hiiva joutuu käymisjäännöksessä (rankissa) olevien aineiden tiettyjen konsent-raatioiden vaikutuksen alaiseksi, ei ole selvitetty kovinkaan hyvin, vaikkakin ne ovat olleet tiedossa monen vuoden ajan ja pelästyttäneet käyttämästä rankkikierrätystä. Hiivavalmistuksen käymisprosessissa on sovellettu jonkin verran käymisjäännöksen uudelleenkäyttöä tarkoituksena käyttää hyväksi vierteessä olevat ravintoaineet mahdollisimman täydellisesti hiivakasvun lisäämiseksi.The negative effects that occur when yeast is exposed to certain concentrations of substances in the fermentation residue (rank) have not been very well elucidated, although they have been known for many years and have discouraged the use of string recycling. In the fermentation process of yeast production, some reuse of fermentation residue has been applied in order to utilize the nutrients in the wort as fully as possible to increase yeast growth.
4 66905 US-patenttijulkaisussa 1 884 272 on esimerkiksi ehdotettu poiBtaa puhdasviljelyastiasta hiivaa sisältävää vierrettä, poistaa hiiva centrifugoimalla ja palauttaa hiivaton vierre laitteistoon tarkoituksena käyttää tietty osa siitä uudelleen lisäviljelyä varten. Koska etanolia myöskin voi muodostua sivutuotteena, on myöskin huomautettu, että on mahdollista silloin tällöin poistaa osa hiivattomasta vierteestä etanolin talteenottamiseksi tislaamalla ennen vierteen palauttamista.For example, U.S. Patent No. 4,690,285 to U.S. Patent No. 1,884,272 proposes removing yeast-containing wort from a clean culture vessel, removing the yeast by centrifugation, and returning the yeast-free wort to equipment for reuse for additional culture. Since ethanol can also be formed as a by-product, it has also been noted that it is possible from time to time to remove part of the non-yeast wort to recover ethanol by distillation before the wort is returned.
Tutkimusraportissa "Biotechnology and Bioengineering, voi.In the research report “Biotechnology and Bioengineering, Vol.
19, sivut 1125-43 (1977)" selostetaan koe, joka osoittaa, että konsentroitu substraatti, joka sisältää 33 % glukoosia, voidaan käyttää jatkuvasti ylläpitämällä tyhjiöfermentorissa korkea konsentraatio (4-7 %). Etanolia kiehuu jatkuvasti pois fermen-torista, poistovirta poistetaan jatkuvasti fermentorista, jotta haihtumattomia aineita ei akkumuloituisi fermentoriin, ja hiiva uudelleen kierrätetään sen jälkeen kun se on erotettu poistovirrasta sedimentoimalla. Teollista käyttöä varten ehdotetaan, että sedimentoimisastia korvataan sentrifugilla. Edellä esitetystä vakavasta epäkohdasta huolimatta, joka liittyy hiili-dioksidikomprimoimiseen tarvittavan energian kulutukseen, esitetään raportin yhteenvedossa tyhjiökäymismenetelmällä olevan suuret edut ja tulevaisuuden mahdollisuudet. Syyt tähän ilmenevät mainitun julkaisun seuraavista sitaateista: "Tyhjiöfermentorin etu on ennen kaikkea siinä, että eliminoidaan etanoli-inhiboituminen. Tämä mahdollistaa konsentroitujen sokeriliuosten käymisen erittäin -suurissa nopeuksissa" (sivu 1141), sekä "Atmosfäärisessä käymisessä käyttäen solukierrä-tystä, rajoittuu tuotto johtuen siitä alhaisesta glukoosikon-sentraatiosta, jota on käytettävä syöttövirrassa vakavan etanoli-inhiboit umi sen estämiseksi" (sivu 1142). Tässä suhteellisen tuoreessa tutkimusraportissa, jossa on intensiivisen työn ja kokeiden avulla pyritty kartoittamaan jatkuvan käymisen olosuhteita, pidetään näin ollen kiinni yleisesti omaksutusta kannasta koskien atmosfääristä käymistä fermentorissa, jonka mukaan fermentorissa muodostuneen alkoholin inhiboimisvaikutukset rajoittavat lisätyn käymiskykyisen aineen konsentraation tunnettuun rajaan noin 16-18 paino-%. On huomioitava, ettei raportissa ole kommentoitu niitä infektioriskejä, jotka varmaankin 5 66905 esiintyvät suoritettaessa jatkuva käyminen pitkän ajanjakson aikana samassa käymisastiassa lämpötilassa, joka on suotuisa bakteerikasvulle.19, pages 1125-43 (1977) "describes an experiment which shows that a concentrated substrate containing 33% glucose can be used continuously by maintaining a high concentration (4-7%) in a vacuum fermentor. Ethanol is constantly boiled out of the fermentor, the effluent is removed for industrial use, it is proposed that the sedimentation vessel be replaced by a centrifuge For industrial use, it is proposed that the sedimentation vessel be replaced by a centrifuge. For industrial use, it is proposed to replace the sedimentation vessel with a centrifuge. in summary, the great advantages and future prospects of the vacuum fermentation method are apparent from the following quotations from said publication: "The advantage of a vacuum fermenter is above all in that it eliminates ethanol inhibition. This allows concentrated sugar solutions to ferment at very high speeds "(page 1141), and" In atmospheric fermentation using cell recycling, yield is limited due to the low glucose concentration that must be used in the feed stream to prevent severe ethanol inhibition "(page 1142). This relatively recent research report, which has sought to map the conditions of continuous fermentation through intensive work and experiments, thus maintains the generally accepted position regarding atmospheric fermentation in a fermentor, according to which the inhibitory effects of alcohol formed in the fermenter limit the added fermentable concentration to about 16-18% by weight. It should be noted that the report does not comment on the risks of infection that are likely to occur when performing continuous fermentation over a long period of time in the same fermentation vessel at a temperature favorable to bacterial growth.
Keksinnön mukaan on aikaansaatu menetelmä etanolin valmistamiseksi hiilihydraattipitoisen substraatin jatkuvan käymisen avulla fermentorissa, joka sisältyy jatkuvaan prosessipiiriin, jolloin fermentorissa ylläpidetään jatkuva hiivakierrätys, jolle menetelmälle on tunnusomaista se, että fermentorissa ylläpidetään stabiili tila syöttämällä jatkuvasti mainittuun prosessipiiriin mainitun substraatin virtaa, jossa käymiskykyisten hiilihydraattien konsentraatio on yli 22° Bx melassikonsentraation ja joka virta mitoitetaan käymiskykyisen aineen konsentraation pitämiseksi fermenttorissa, joka ei ylitä 2,5 paino-%:a, poistamalla fermenttorista jatkuvasti käymisnestevirta, joka virta mitoitetaan niin, että sen etanolipitoisuus on sen, sinänsä tunnetun rajan alapuolella, jossa etanolikäyminen fermenttorissa inhiboituu vakavasti, jakamalla jatkuvasti mainittu käymisnestevirta keski-pakoerotuksella ainakin hiivatiivistevirraksi ja olennaisesti hiivattomaksi virraksi, palauttamalla mainittu hiivatiiviste-virta fermenttoriin, jakamalla jatkuvasti mainittu hiivaton virta virraksi, joka on väkevöity etanolilla, ja joka poistetaan, ja jäännösvirraksi, poistamalla jatkuvasti osa mainitusta jäännös-virrasta sekä uudelleen kierrättämällä mainitun jäännösvirran jäljellä oleva osa fermenttoriin jolloin fermenttoriin palautettu osa mainitusta jäännösvirrasta on pastöroitu jouduttuaan kuumennuksen alaiseksi lämpötilassa, joka on yli 60°C.According to the invention there is provided a process for the production of ethanol by continuous fermentation of a carbohydrate-containing substrate in a fermentor included in a continuous process circuit, wherein the fermenter maintains a continuous yeast circulation, characterized in that 22 ° Bx molasses concentration, which stream is dimensioned to maintain the concentration of the fermentable substance in the fermenter not exceeding 2,5% by weight, by continuously removing the fermentation broth stream, which stream is dimensioned so that its ethanol content is below the limit known per se for ethanol fermentation in the fermenter severely inhibited by continuously dividing said fermentation fluid stream by central exhaust separation into at least a yeast seal stream and a substantially yeast-free stream, restoring said yeast viste stream to the fermentor, continuously dividing said yeast-free stream into a stream enriched with ethanol and removed, and a residual stream, continuously removing a portion of said residual stream and recirculating the remainder of said residual stream to the fermenter, the portion of said residual stream returned to the fermenter at a temperature above 60 ° C.
Keskipakovoimaseparointi suoritetaan parhaiten keskipakosepa-raattorilla. Kun hiivatiiviste palautetaan käymisastiaan, hiiva suojataan etanolin erotuksen aikana tapahtuvalta vahingolta.Centrifugal force separation is best performed with a centrifugal separator. When the yeast concentrate is returned to the fermenter, the yeast is protected from damage during ethanol separation.
Hiivan palautuksen ansiosta käymisastiassa voidaan myös ylläpitää suurempaa hiivakonsentraatiota, joka lisää käymisnopeutta.Thanks to the yeast recovery, a higher yeast concentration can also be maintained in the fermentation vessel, which increases the fermentation rate.
Käymisnestevirta voidaan myös jakaa kolmeksi virraksi, nimittäin jo edellä mainittujen lisäksi myös epäpuhtauksia sisältäväksi lietevirraksi. Tämä voidaan suorittaa keskipakoseparaattorin avulla, joka jakaa sisääntulevan käymisnestevirran toisaalta jatkuvaksi hiivatiivistevirraksi ja jatkuvaksi hiivattomaksi ja 6 66905 toisaalta jaksottaiseksi lietevirraksi. Tämän ansiosta lietettä kertyy keskipakoseparaattorin roottorin kehälle, josta se poistetaan jaksottain. Tällä tavoin estetään epäpuhtauksien kertyminen järjestelmään. Eräässä tällaisessa keskipakoseparaattorin sopivassa suoritusmuodossa hiivatiivistevirta poistetaan asteikko-putken avulla ja hiivaton virta asteikkolevyn avulla.The fermentation liquid stream can also be divided into three streams, namely, in addition to those already mentioned, also a sludge stream containing impurities. This can be done by means of a centrifugal separator which divides the incoming fermentation liquid stream into a continuous yeast concentrate stream and a continuous non-yeast stream on the one hand and a periodic sludge stream on the other hand. This allows the sludge to accumulate on the circumference of the rotor of the centrifugal separator, from where it is removed periodically. In this way, the accumulation of contaminants in the system is prevented. In such a suitable embodiment of the centrifugal separator, the yeast seal stream is removed by means of a scale tube and the yeast stream by means of a scale plate.
Tavanomaisessa etanolikäymistekniikassa käytetään sellaista substraattikonsentraatiota, että etanolipitoisuus käymisen päätyttyä on n. 7 paino-%. Jos melassia käytetään substraattina, alkuperäinen melassikonsentraatio on n. 22° Bx. Tällainen substraatti voidaan käyttää täydellisesti. Suurempia melassi-konsentraatioita ei voida käyttää täydellisesti, koska tämä johtaisi 7 paino-% suurempiin etanolikonsentraatioihin, jotka vaikuttavat estävästi käymisreaktioihin. Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan käyttää melassia, jonka konsentraa-tio vastaa sokeriteollisuudessa esiintyviä korkeimpia konsentraa-tioita 50-60° Bx, jos etanolipitoisuutta estetään kohoamasta yli n. 5 paino-%:n poistamalla jatkuvasti etanolia käymisnesteen kiertopiiristä.The conventional ethanol fermentation technique uses a substrate concentration such that the ethanol content at the end of the fermentation is about 7% by weight. If molasses is used as a substrate, the initial molasses concentration is about 22 ° Bx. Such a substrate can be used perfectly. Higher molasses concentrations cannot be used completely, as this would lead to 7% by weight higher ethanol concentrations, which have an inhibitory effect on fermentation reactions. According to the present invention, molasses having a concentration corresponding to the highest concentrations found in the sugar industry at 50-60 ° Bx can be used if the ethanol content is prevented from rising above about 5% by weight by continuously removing ethanol from the fermentation fluid circuit.
Keksinnön mukaisen menetelmän erään suoritusmuodon mukaisesti keskipakoseparoinnilla saatu hiivaton substraattivirta jaetaan tislausmenetelmällä virraksi, joka on väkevöity etanolilla, ja jäännösvirraksi, josta ainakin osa palautetaan käymisastiaan, samalla kun jäljellä oleva osavirta poistetaan kiertopiiristä rankin muodossa. Tämä rankki saa esillä olevan keksinnön mukaisesti huomattavasti suuremman konsentraation kuin on asianlaita tähän asti etanolikäymisen yhteydessä käytetyissä tislausmene-telmissä. Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän suurena etuna on se, että etanolin tislauskäyrä paranee huomattavasti käytetyissä suurissa substraattikonsentraatioissa, joka yhdessä suuren uudelleenkierrätyssuhteen ylläpitämisen kanssa aikaansaa sen, että liukoisen ei-käymiskykyisen aineen pitoisuus tislaus-vaiheen läpi menevässä virrassa on huomattava.According to one embodiment of the process according to the invention, the yeast-free substrate stream obtained by centrifugal separation is divided by a distillation process into a stream concentrated with ethanol and a residual stream, at least part of which is returned to the fermenter while the remaining partial stream is removed from the circuit. According to the present invention, this rank obtains a considerably higher concentration than is the case in the distillation processes hitherto used in connection with ethanol fermentation. A major advantage of the process of the present invention is that the distillation curve of ethanol is greatly improved at the high substrate concentrations used, which, together with maintaining a high recycle ratio, results in a significant concentration of soluble non-fermentable material in the stream passing through the distillation step.
Vaihtoehtona tislausmenetelmille, joilla etanoli erotetaan kiertävästä käymisnesteestä, voidaan käyttää uuttomenetelmiä, ts. etanoli voidaan absorboida sopivan liuottimen kiertopiiriin, 7 66905 jolloin mainitulla liuottimena on affiniteetti kyseiseen yhdisteeseen, mutta vähäisempi affiniteetti veteen. Eräs esimerkki tällaisesta liuottimesta on oktanoli. Viimeksi mainittu otetaan sen jälkeen talteen oktanoliliuoksesta jakotis-lauksella. Tällaisella uuttomenetelmällä on hyvä lämpötalous.As an alternative to distillation methods for separating ethanol from circulating fermentation broth, extraction methods can be used, i.e. ethanol can be absorbed into the circuit of a suitable solvent, said solvent having an affinity for the compound but a lower affinity for water. One example of such a solvent is octanol. The latter is then recovered from the octanol solution by fractional distillation. Such an extraction method has good thermal economy.
Etanolin tislaus- tai uuttoerotus suoritetaan sopivasti ilmakehän paineessa. Tyhjössä tapahtuvalla lämpöerotuksella on tosin se etu, että lämpötila voidaan siinä pitää alempana, mutta tyhjön ylläpitämisen vaatimat käyttökustannukset muodostavat epäkohdan.The distillation or extraction separation of ethanol is suitably carried out at atmospheric pressure. Although heat separation in a vacuum has the advantage that the temperature can be kept lower there, the operating costs required to maintain the vacuum are a disadvantage.
Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä edullisessa suoritusmuodossa tislaus- tai uuttoerotuksesta tuleva jäännösvirta pastöroidaan 60-100°C:n lämpötilassa ennen sen palauttamista käymisastiaan.In a preferred embodiment of the process according to the invention, the residual stream from the distillation or extraction separation is pasteurized at a temperature of 60-100 ° C before being returned to the fermenter.
6690566905
Menetelmän suuri etu on siinä/ että riippumatta etanolin tal-teenottotavasta saadaan poistovirta, jonka orgaanisen aineen pitoisuus on suuri ja jota voidaan käsitellä taloudellisesti kohtuullisella tavalla. Näin ollen saadaan rankkia, joka on 4-6 kertaa konsentroidumpaa kuin tavanomaisessa etanolitislauk-sessa saatava rankki, ja jolla on positiivinen palamislämpö-arvo, mikä osaltaan vaikuttaa menetelmän hyvään käyttötalouteen. Kun otetaan huomioon rankin suuri orgaanisen aineen pitoisuus, rankkia voidaan mahdollisesti käyttää raaka-aineena tuotteiden, kuten esim. furfurolin jne. valmistukseen.The great advantage of the method is that, regardless of the method of ethanol recovery, a effluent with a high organic matter content is obtained which can be treated in an economically reasonable manner. Thus, a rank is obtained which is 4-6 times more concentrated than the rank obtained in conventional ethanol distillation and which has a positive calorific value, which contributes to the good operating economy of the process. Given the high organic matter content of the rank, the rank can potentially be used as a raw material for the manufacture of products such as furfural, etc.
Keksinnön mukaista menetelmää selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän periaatteellista virtauskaaviota, kuvio 2 esittää sellaisen menetelmän virtauskaaviota, jossa etanoli erotetaan tislaamalla ja kuvio 3 esittää sellaisen menetelmän kaaviota, jossa etanoli erotetaan uuttamalla.The process according to the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a flow chart of the process according to the invention, Figure 2 shows a flow diagram of a process in which ethanol is separated by distillation and Figure 3 shows a flow chart of a process.
Kuviossa 1 merkitään käymisastiaa viitteellä F, keskipakosepa-raattoria viitteellä C, yksikköä etanolin poistamiseksi viitteellä RU ja sekoitinta viitteellä M. Nämä yksiköt on yhdistetty johdoilla 1, 2, 3 ja 4 kiertopiiriin. Sen lisäksi keski-pakoseparaattori C on yhdistetty suoraan sekoittimeen M johdolla 5. Kiertopiirin johtava tulojohto 6 on liitetty sekoittimeen M. Käymisastia F on lisäksi varustettu kaasunpoistojohdolla 7, keskipakoseparaattori C lietteenpoistojchdolla 8 ja yksikkö RLJ etanolilla väkevöidyn virran poistojohdolla 9, kun taas johto 3 on varustettu haarajohdolla 10 kiertopiirin tyhjennystä varten. Keksipakoseparaattori C on tyyppiä, joka jakaa tulevan virran kahdeksi jatkuvaksi nestevirraksi ja jaksottaiseksi lietevirraksi.In Fig. 1, the fermentation vessel is denoted by F, the centrifugal separator by reference C, the unit for removing ethanol by reference RU and the stirrer by reference M. These units are connected by circuits 1, 2, 3 and 4 to the circuit. In addition, the central exhaust separator C is connected directly to the mixer M by a line 5. The inlet line 6 of the circuit is connected to the mixer M. The fermenter F is further provided with a degassing line 7, a centrifugal separator C with a sludge discharge line 8 and a unit RLJ with an ethanol concentrator with a branch line for draining 10 circuits. The biscuit exhaust separator C is of the type which divides the incoming stream into two continuous liquid streams and a periodic sludge stream.
66905 966905 9
Kuviossa 2 esitetään keksinnön suoritusmuoto, jossa etanoli erotetaan kiertopiiristä tislaamalla joko yksinkertaisena tislauksena tai jakotislauksen avulla. Tässä kuviossa on käytetty samoja merkintöjä kuin kuviossa 1 vastaavista laiteyksiköistä ja johdoista. Kuvion 1 yksikkö RU on tässä korvattu tislaus-yksiköllä D. Tislausyksikköön johtava johto 2 ja siitä pois johtava johto 3 ovat lämmönvaihtosuhteessa lämmönvaihtimen HE I välityksellä. Johto 3 kulkee jäähdyttimen HE II läpi ennen sen liitäntää sekoittimeen M.Figure 2 shows an embodiment of the invention in which ethanol is separated from the circuit by distillation either by simple distillation or by fractional distillation. In this figure, the same notations are used as in Figure 1 for the corresponding device units and wires. The unit RU in Fig. 1 is here replaced by the distillation unit D. The line 2 leading to the distillation unit and the line 3 leading out of it are in the heat exchange ratio via the heat exchanger HE I. Line 3 passes through the radiator HE II before it is connected to the mixer M.
Kun etanolia valmistetaan kuviossa 2 esitetyssä laitoksessa, konsentroitua, kirkastettua substraattia syötetään tulojohdon 6 ja sekoittimen M kautta käymisastiaan F. Syötetty virta sekoitetaan tällöin toisaalta keskipakoseparaattorista tulevaan hiivasuspensioon ja toisaalta tislausyksiköstä tulevaan hiivat-tomaan virtaan, ts. rankkiin. Keskipakoseparaattorissa C erotetaan jaksottain epäpuhtauslietettä, joka muuten kertyisi laitokseen. Etanoli poistetaan hiivattomasta virrasta tislaus-yksikössä D, jolloin tarvittava lämpö johdetaan epäsuoran lämmityksen tai suoran höyryn syötön avulla. Viimeksi mainitussa tapauksessa laimennus kompensoidaan suurentamalla syötetyn substraatin konsentraatiota. Suoran höyryn etuna on karstojen välttäminen lämmönsiirtopinnoilla. Etanolia poistetaan poisto-kohdassa 9, ja rankki luovuttaa jokseenkin koko käytettävissä olevan lämpösisältönsä tislausyksikköön saapuvaan virtaan lämmönvaihtimen HE I välityksellä.When ethanol is produced in the plant shown in Fig. 2, the concentrated, clarified substrate is fed through the inlet line 6 and the mixer M to the fermenter F. The feed stream is then mixed with the yeast suspension from the centrifugal separator and the yeast-free stream from the distillation unit. In the centrifugal separator C, the impurity sludge that would otherwise accumulate in the plant is periodically separated. The ethanol is removed from the yeast-free stream in the distillation unit D, whereby the required heat is conducted by means of indirect heating or direct steam supply. In the latter case, the dilution is compensated by increasing the concentration of the fed substrate. The advantage of direct steam is the avoidance of scales on heat transfer surfaces. The ethanol is removed at removal point 9, and the pulp transfers approximately all of its available heat content to the stream entering the distillation unit via the heat exchanger HE I.
Rankkivirran pienempi osa poistetaan kiertopiiristä poistojoh-don 10 kautta, ja sen konsentraatio on sellainen, että sitä voidaan käyttää taloudellisella tavalla. Rankkivirran loppuosa jäähdytetään lämmönvaihtimen HE II avulla ja johdetaan sen jälkeen sekoittimen M kautta käymisastiaan F. Käymisen aikana muodostunut kaasu, ts. pääasiassa hiilidioksidi, poistetaan poistojohdon 7 kautta. Menetelmä toteutetaan siten, että käy-misastian etanolipitoisuus pidetään alhaisella tasolla, jolloin se on suuruusluokaltaan 4 paino-% käymisastiassa, jonka ansiosta substraatti käy lähes 100 %:sesti valituissa prosessi-olosuhteissa. Tislausyksiköstä tulevan rankin etanolipitoisuus on hyvin pieni.A smaller portion of the rank stream is removed from the circuit through the exhaust line 10, and its concentration is such that it can be used economically. The remainder of the rank stream is cooled by means of a heat exchanger HE II and is then passed through a mixer M to a fermenter F. The gas formed during fermentation, i.e. mainly carbon dioxide, is removed via an outlet line 7. The process is carried out in such a way that the ethanol content of the fermentation vessel is kept low, on the order of 4% by weight in the fermentation vessel, which allows the substrate to ferment almost 100% under the selected process conditions. The ethanol content of the rank from the distillation unit is very low.
66905 1066905 10
Vaihtoehtona kiertopiiristä tulevan etanolin tislauserotukselle voidaan käyttää uuttotekniikkaa. Kuviossa 3 on esitettty tällaista menetelmää varten varustettu laitos. Laitokseen kuuluu kuviosta 2 tunnettujen yksikköjen lisäksi uuttoyksikkö, joka on esim. vastavirtauuttokolonni, ja tislausyksikkö FR, esim. jakotislauskolonni. Keskipakoseparaattorista johtava johto 2 on tällöin yhdistetty uuttoyksikköön E, johon myös johdetaan liuotinvirta tulojohdon 15 kautta. Tämä liuotinvirta virtaa uuttoyksikön E kautta, absorboi tällöin haihtuvaa orgaanista yhdistettä kuten etanolia ja virtaa edelleen johdon 16 kautta tislausyksikköön FR, josta etanoli poistuu poistojohdon 17 kautta. Liuottimen pohjavirta tislausyksiköstä FR virtaa johdon 18 kautta tulojohtoon 15, johon myös johdetaan liuotinta tulojohdon 19 kautta. Osa uuttoyksiköstä E poistuvasta virrasta, josta etanolia on poistettu, johdetaan pois laitoksesta, kun taas loppuosa johdetaan käymisastiaan F sekoittimen M kautta. Tislausyksikköä käytetään sopivasti epäsuoralla lämmityksellä 21 .As an alternative to the distillation separation of ethanol from the circuit, an extraction technique can be used. Figure 3 shows a plant equipped for such a method. In addition to the units known from Figure 2, the plant comprises an extraction unit, which is e.g. a countercurrent extraction column, and a distillation unit FR, e.g. a fractionation column. The line 2 leading from the centrifugal separator is then connected to the extraction unit E, to which the solvent stream is also conducted via the inlet line 15. This stream of solvent flows through the extraction unit E, then absorbs a volatile organic compound such as ethanol and further flows through line 16 to the distillation unit FR, from which the ethanol exits via line 17. The bottom stream of solvent from the distillation unit FR flows through line 18 to inlet line 15, to which solvent is also fed through inlet line 19. Part of the ethanol removed from the extraction unit E is discharged from the plant, while the remainder is led to the fermenter F via a mixer M. The distillation unit is suitably operated by indirect heating 21.
Esimerkki 1Example 1
Esimerkkinä keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamisesta selitetään melassin jatkuvaa käymistä kuviossa 2 esitettyä tyyppiä olevassa laitoksessa.As an example of the implementation of the method according to the invention, the continuous fermentation of molasses in a plant of the type shown in Figure 2 is explained.
Prosessin käynnistämiseksi 10 kg painehiivaa sekoitettiin 100 litraan kirkastettua 20° Brix melassia käymisastiassa, joka oli varustettu sekoittimella. Jäähdytin oli sovitettu kierto-piiriin. Käymislämpötila säädettiin 32°C:en, ja käymiskykyinen sokeri muutettiin 90 %:sesti etanoliksi n. 3 tunnin kuluessa. Käymisvaiheen jälkiosan aikana etanolia oli poistettava jatkuvasti substraatista, jotta sen alkoholipitoisuus pysyisi n.To start the process, 10 kg of compressed yeast was mixed with 100 liters of clarified 20 ° Brix molasses in a fermenter equipped with a stirrer. The radiator was fitted to the circuit. The fermentation temperature was adjusted to 32 ° C, and the fermentable sugar was converted to 90% ethanol in about 3 hours. During the post-fermentation stage, ethanol had to be continuously removed from the substrate in order to maintain its alcohol content of n.
4 paino-%:na. Sen tähden käymisneste sai kiertää keskipako-separaattorin C läpi, jolloin hiivatiivistevirta johdettiin takaisin käymisastiaan, kun taas hiivaton virta johdettiin yksinkertaiseen tislausyksikköön D, jossa etanoli poistettiin ilmakehän paineessa. Kun alkuperäisen erän käyminen oli täydellinen, käymisastiaan syötettiin jatkuvasti 7-13 kg/h kirkas- 1 1 66905 tettua 40° Brix melassia. Käymisastiassa ylläpidettiin 100 litran nestetilavuutta. Käyminen jatkui viikon ajan. Tänä aikana johdettiin pois etanolivirta, jonka etanolipitoisuus oli 25-35 paino-%, jolloin käymisastian etanolipitoisuus pidettiin n. 4 paino-%:na. Kiertopiiristä poistettiin pieni rankkivirta, jonka kuivapitoisuus oli 25-30 paino-%.4% by weight. Therefore, the fermentation broth was allowed to circulate through the centrifugal separator C, whereby the yeast concentrate stream was returned to the fermentation vessel, while the yeast-free stream was passed to a simple distillation unit D, where the ethanol was removed at atmospheric pressure. When the fermentation of the initial batch was complete, 7-13 kg / h of clarified 40 ° Brix molasses was continuously fed to the fermentation vessel. A 100 liter liquid volume was maintained in the fermentation vessel. The fermentation continued for a week. During this time, an ethanol stream with an ethanol content of 25-35% by weight was drained, keeping the ethanol content of the fermenter at about 4% by weight. A small rock stream with a dry content of 25-30% by weight was removed from the circuit.
Molemmille syöttönopeuksille todettiin käyttötiedot alla olevan taulukon mukaisesti.For both feed rates, operating data were found according to the table below.
Syöttönopeus Tasapaino käymiskel- Etanolin tuotto 40° Brix me- F3/F6 poinen sokeri käy- (100 %) lassia kg/h misastiassa paino-% kg/100 1/h 7,0 10,0 1,0 1,0 13,0 5,5 2,5 1,7 F3/F6 ilmoittaa kuvion 2 johtojen 3 ja 6 tilavuusvirtojen välisen suhteen. Taulukosta käy ilmi, että etanolin tuotto kasvoi syötön kasvaessa, mutta syötetyn sokerin hyväksikäytön kustannuksella, koska tästä jäi enemmän käyttämättä jälkimmäisessä tapauksessa. On ilmeistä, että syöttönopeuden optimoinnin määrää raaka-ainekustannusten ja pääoma- ja vastaavasti käyttökustannusten välinen suhde.Feed rate Equilibrium fermentation- Ethanol yield 40 ° Brix me- F3 / F6 free sugar fermentation- (100%) lasia kg / h in mismatch weight% kg / 100 1 / h 7.0 10.0 1.0 1.0 13, 0 5.5 2.5 1.7 F3 / F6 indicates the ratio between the volume flows of lines 3 and 6 in Figure 2. The table shows that the yield of ethanol increased as the feed increased, but at the expense of the utilization of the sugar fed, as more of this remained unused in the latter case. It is obvious that the optimization of the feed rate is determined by the relationship between the cost of raw material and the cost of capital and operating costs, respectively.
Huomattakoon, ettei raaka-ainetta steriloitu kuvatussa käymisessä. Tästä huolimatta ei järjestelmässä esiintynyt bakteerien kertymistä, ilmeisesti sen ansiosta, että virta steriloitiin tislausyksikössä.It should be noted that the raw material was not sterilized in the described fermentation. Nevertheless, there was no accumulation of bacteria in the system, apparently due to the stream being sterilized in the distillation unit.
66905 1266905 12
Esimerkki 2Example 2
Ruokosokerimelassin jatkuva käyminen suoritettiin fermentto-rissa, jossa ylläpidettiin stabiilit olosuhteet kuviossa 2 esitetyn prosessipiirin avulla. Fermenttori pidettiin ilmakehän paineessa, käymisnesteen pH säädettiin arvoon 4,5 ja lämpötila säädettiin 32°C:een. Hiivan kasvua säädettiin puhaltamalla sisään ilmaa. Hiivana käytettiin Schizosaccharomyces pombe.Continuous fermentation of cane sugar molasses was performed in a fermentor where stable conditions were maintained by the process circuit shown in Figure 2. The fermentor was maintained at atmospheric pressure, the pH of the fermentation broth was adjusted to 4.5 and the temperature was adjusted to 32 ° C. Yeast growth was controlled by blowing in air. Schizosaccharomyces pombe was used as yeast.
Prosessipiiriin syötettiin johdon 6 kautta: kg/h paino-% Käymiskykyinen aine 56 23The process circuit was fed via line 6: kg / h% by weight Fermentable medium 56 23
Ei-käymiskykyinen liukeneva aine 22 9 kiinteä aine 2 1Non-fermentable soluble 22 9 solid 2 1
Vesi (kokonaismäärä) 163 67 243 100Water (total) 163 67 243 100
Separaattorista C syötettiin tislauskolonniin D 580 kg/h olennaisesti hiivatonta virtaa 2 ja fermenttoriin F kierrätettiin 363 kg/h rankkivirtaa (virta 3 - virta 10), jonka etanolikon-sentraatio oli n. 0 %. Tislauskolonnista D poistettiin 65 kg/h höyryä, joka sisälsi 38 % etanolia, ja fermenttorista poistui 26 kg/h hiilidioksidia.From separator C, 580 kg / h of substantially yeast-free stream 2 was fed to distillation column D, and 363 kg / h of feed stream (stream 3 to stream 10) with an ethanol concentration of about 0% was recycled to fermenter F. 65 kg / h of steam containing 38% ethanol was removed from distillation column D and 26 kg / h of carbon dioxide was removed from the fermenter.
Fermenttorissa F ylläpidettiin seuraavat stabiilit olosuhteet:The following stable conditions were maintained in fermentor F:
Hiiva 5 x 10® solua/mlYeast 5 x 10® cells / ml
Ilma 0,1 ppmWithout 0.1 ppm
Etanoli 4,3 %Ethanol 4.3%
Kuiva-ainepitoisuus (hiivaa lukuunotta- 15 % matta) Käymiskykyinen sokeri 0,2 %Dry matter content (excluding yeast - 15% matt) Fermentable sugar 0.2%
Poistettiin jatkuvasti 152 kg/h rankkivirtaa 10, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 17 paino-%.152 kg / h of feedstock 10 with a dry matter content of 17% by weight were continuously removed.
13 6690513 66905
Esimerkki 3Example 3
Jatkuvan etanolikäymisen raaka-aineena käytettiin vehnää (kuiva-ainepitoisuus 87 %). Esimerkki liittyy kuviossa 2 esitettyyn prosessipiiriin sillä lisäyksellä, että syöttövirta 6 kulkee sokerointivaiheen läpi ennen kuin se saapuu sekoittimeen M. Fermenttori pidettiin ilmakehän paineessa, pH fermenttorissa säädettiin arvoon n. 4,5 ja lämpötila fermenttorissa pidettiin 32°C:ssa. Jotta vältettäisiin, että fermenttorista poistuvan käymisnestevirran 1 sisältämät suuret hiukkaset kulkisivat separaattorin C läpi, sovitettiin johtoon 1 ennen separaattoria keskipakoseula, jossa oli 200^,um suuruiset seula-aukot, jolloin rejekti yhdistettiin hiivattoman virran 2 kanssa ennen sen syöttämistä tislauskolonniin D. Samankaltainen seula sijoitettiin tislauskolonnista poistuvaan rankkivirtaan 3 suurempien hiukkasten siivilöimiseksi ja niiden poistamiseksi rankkivir-ran 10 kanssa. Käytetty hiiva oli Saccharomyces cerevisiae.Wheat (dry matter content 87%) was used as a raw material for continuous ethanol fermentation. The example relates to the process circuit shown in Figure 2 with the addition that the feed stream 6 passes through the saccharification step before it enters the mixer M. The fermentor was kept at atmospheric pressure, the pH in the fermentor was adjusted to about 4.5 and the temperature in the fermenter was kept at 32 ° C. In order to prevent the large particles contained in the fermentation liquid stream 1 leaving the fermentor from passing through the separator C, a centrifugal screen with 200 μm screen openings was fitted in the line 1 before the separator, the reject being connected to a yeast-free stream 2 before being fed to a distillation column D. to the rank stream 3 leaving the distillation column to filter the larger particles and remove them with the rank stream 10. The yeast used was Saccharomyces cerevisiae.
Syötettiin jatkuvasti seuraavia määriä vehnäraaka-ainetta ja vettä sokerointivaiheen ja syöttövirran 6 kautta: kg/h paino-% Käymiskykyinen aine 62 30,6The following amounts of wheat raw material and water were continuously fed through the saccharification step and feed stream 6: kg / h% by weight Fermentable material 62 30.6
Ei-käymiskykyinen liukeneva aine 10 4,9 -"- kiinteä aine 15 7,4Non-fermentable solute 10 4.9 - "- solid 15 7.4
Vesi (kokonaismäärä) 116 57,1 203 100,0Water (total) 116 57.1 203 100.0
Tislauskolonniin D syötettiin 530 kg/h virtaa 2, joka sisälsi sekä separaattorissa C erotettua hiivatonta virtaa että virrasta 1 siivilöityä rejektiä ja fermenttoriin kierrätettiin 360 kg/h rankkivirtaa (virta 3 - virta 10) (etanolikondentraa-tio n. 0 %). Tislauskolonnista D poistettiin 69 kg/h höyryä, joka sisälsi 42 paino-% etanolia, ja fermenttorista poistui 33 kg/h hiilidioksidia.The distillation column D was fed with 530 kg / h stream 2, which contained both the yeast-free stream separated in separator C and the screen filtered from stream 1, and 360 kg / h rank stream (stream 3 to stream 10) was recycled to the fermenter (ethanol concentration about 0%). 69 kg / h of steam containing 42% by weight of ethanol was removed from distillation column D and 33 kg / h of carbon dioxide was removed from the fermentor.
Fermenttorissa F ylläpidettiin seuraavat stabiilit olosuhteet:The following stable conditions were maintained in fermentor F:
OO
Hiiva 5 x 10 solua/mlYeast 5 x 10 cells / ml
Ilma 0,015 ppm 66905 14Without 0.015 ppm 66905 14
Etanoli 5,5 %Ethanol 5.5%
Kokonaiskuiva-ainepitoisuus (hiivaa lukuun- 16 % ottamatta) Käymiskykyinen sokeri 0,05%Total dry matter content (excluding yeast - 16%) Fermentable sugar 0.05%
Johdon 10 kautta poistettiin jatkuvasti 101 kg/h rankkivirtaa, joka myös sisälsi virran 3 seularejektiä ja sen kokonaiskuiva-ainepitoisuus oli 26 paino-%.A line stream of 101 kg / h was continuously removed via line 10, which also contained the screen 3 of stream 3 and had a total dry matter content of 26% by weight.
Claims (2)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE7801133A SE430171B (en) | 1978-01-31 | 1978-01-31 | CONTINUOUS PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF ETHANOL IN A FERMENTOR ADDED TO A SUBSTRATE WITH HIGH CARBOHYDRATE CONCENTRATION, WHICH DISPOSES FERMENTATION LIQUID AFTER COMPOUNDING A FRENCH PREPARED FLUID ... |
| SE7801133 | 1978-01-31 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI790258A FI790258A (en) | 1979-08-01 |
| FI66905B true FI66905B (en) | 1984-08-31 |
| FI66905C FI66905C (en) | 1987-04-22 |
Family
ID=20333821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI790258A FI66905C (en) | 1978-01-31 | 1979-01-26 | Process for producing ethanol by continuous fermentation |
Country Status (17)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6043117B2 (en) |
| AR (1) | AR222649A1 (en) |
| AU (1) | AU511754B2 (en) |
| BR (1) | BR7900321A (en) |
| CA (2) | CA1110985A (en) |
| DE (1) | DE2903273A1 (en) |
| DK (1) | DK149782C (en) |
| FI (1) | FI66905C (en) |
| FR (1) | FR2416263A1 (en) |
| GB (1) | GB2013716B (en) |
| IN (1) | IN150767B (en) |
| NL (1) | NL7900803A (en) |
| NZ (1) | NZ189485A (en) |
| PH (1) | PH17707A (en) |
| SE (1) | SE430171B (en) |
| SU (1) | SU1303034A3 (en) |
| ZA (1) | ZA787390B (en) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE416315B (en) * | 1978-11-16 | 1980-12-15 | Alfa Laval Ab | METHOD FOR MANUFACTURE OF ETHANOL, WHEREAS THE CURRENT FLOW IS DIVIDED INTO A FLOW RICH OF SOLID SUBSTANCE AND A SUBSTRATE FLOW FREE OF SOLID SUBSTANCE, WHEN THE LAST FLOW AFTER PROCESSING IS PARTICULARLY BRINGED ... |
| SE432441B (en) * | 1979-02-27 | 1984-04-02 | Alfa Laval Ab | PROCEDURE FOR PREPARING ETHANOL BY CONTINUOUS SPRAYING OF A CARBOHYDRATE-SUBSTRATE, WHICH A DRINK WITH RELATIVE HIGH RATE OF SOLID SUBSTANCE RECOVERY |
| PH15644A (en) * | 1979-07-16 | 1983-03-11 | Ag Patents Ltd | Fermentation process and apparatus |
| DE2938339B2 (en) * | 1979-09-21 | 1981-06-19 | Uhde Gmbh, 4600 Dortmund | Process for the continuous fermentation of aqueous mashes for the production of alcohol and yeast biomass |
| US4287303A (en) * | 1979-11-13 | 1981-09-01 | Alfa-Laval Ab | Production of ethanol |
| NZ196049A (en) * | 1980-01-30 | 1984-05-31 | Commw Scient Ind Res Org | Production of ethano l by yeast fermentation of carbohydrate-containing material; petrolethanol mixture |
| CA1174191A (en) * | 1980-03-05 | 1984-09-11 | Peter L. Rogers | Ethanol production |
| US4310629A (en) * | 1980-04-03 | 1982-01-12 | National Distillers & Chemical Corp. | Continuous fermentation process for producing ethanol |
| US4385118A (en) * | 1980-04-03 | 1983-05-24 | National Distillers & Chemical Corp. | Fermentation process |
| CU35492A (en) * | 1980-06-27 | 1982-08-24 | Ag Patents Ltd | Procedure and apparatus to fermentation |
| US4517298A (en) * | 1981-05-08 | 1985-05-14 | Georgia Tech Research Corporation | Process for producing fuel grade ethanol by continuous fermentation, solvent extraction and alcohol separation |
| JPS5911160A (en) * | 1982-07-08 | 1984-01-20 | Kikkoman Corp | Preparation of seasoning liquid |
| US4508929A (en) * | 1983-01-03 | 1985-04-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Recovery of alcohol from a fermentation source by separation rather than distillation |
| AT391876B (en) * | 1983-01-13 | 1990-12-10 | Voest Alpine Ag | Process for obtaining ethanol from fermentable sugar solutions |
| AT388386B (en) * | 1983-01-13 | 1989-06-12 | Voest Alpine Ag | METHOD FOR OBTAINING AETHANOL FROM TRANSFERABLE SUGAR SOLUTIONS |
| FI118301B (en) * | 2005-05-25 | 2007-09-28 | St1 Biofuels Oy | A process for preparing an ethanol-water mixture |
| FI20075288A0 (en) * | 2007-04-25 | 2007-04-25 | St1 Biofuels Oy | Method and apparatus for preparing a mixture of ethanol and water |
| RO129937B1 (en) * | 2013-11-25 | 2017-12-29 | Transproiect Organic Srl | Process for obtaining fertilizers from vinasse |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR673283A (en) * | 1927-10-04 | 1930-01-13 | Mode of production of compressed yeast, particularly aerolyeast, with or without alcohol production | |
| DE596107C (en) * | 1931-11-19 | 1934-04-27 | Dansk Gaerings Ind As | Process for the production of alcohol by fermenting liquids containing carbohydrates |
| US2053770A (en) * | 1933-08-15 | 1936-09-08 | Dreyfus Henry | Removal from a fermenting medium of organic compounds produced by the fermentation |
| AT160210B (en) * | 1938-05-14 | 1941-03-10 | Heinrich Dr Ing Scholler | Fermentation processes for the cultivation of microorganisms or for the production of fermentation products. |
| US2430170A (en) * | 1942-12-22 | 1947-11-04 | Distillers Co Yeast Ltd | Production of alcohol and glycerol by fermentation |
| FR896756A (en) * | 1943-07-26 | 1945-03-02 | Bergin Ag Fu R Holzhydrolyse D | Process for treating sugar solutions |
| US2440925A (en) * | 1944-04-27 | 1948-05-04 | Chemprotin Producs | Fermenting method |
| CH264588A (en) * | 1948-03-24 | 1949-10-31 | Keussler Helene Von | Process for fermenting sugar-rich liquids on alcohol. |
| SE387657B (en) * | 1973-07-09 | 1976-09-13 | Alfa Laval Ab | CONTINUES WITH CONTINUOUS JESNING, WHICH AFTER THE JESNING SEPARATION TAKES PLACE BY CENTRIFUGATION IN THREE COMPONENTS, Namely CULTIVATION LIQUID, LIVING CELL MASS AND POLLUTIONS |
| AT334857B (en) * | 1975-05-16 | 1977-02-10 | Vogelbusch Gmbh | PROCESS FOR THE ALCOHOLIC FERMENTATION OF SUGAR-CONTAINING SUBSTRATES |
-
1978
- 1978-01-31 SE SE7801133A patent/SE430171B/en unknown
- 1978-12-28 ZA ZA00787390A patent/ZA787390B/en unknown
- 1978-12-29 IN IN1394/CAL/78A patent/IN150767B/en unknown
-
1979
- 1979-01-05 PH PH22033A patent/PH17707A/en unknown
- 1979-01-08 GB GB7900623A patent/GB2013716B/en not_active Expired
- 1979-01-18 BR BR7900321A patent/BR7900321A/en unknown
- 1979-01-26 NZ NZ189485A patent/NZ189485A/en unknown
- 1979-01-26 FI FI790258A patent/FI66905C/en not_active IP Right Cessation
- 1979-01-29 DE DE19792903273 patent/DE2903273A1/en active Granted
- 1979-01-29 CA CA320,434A patent/CA1110985A/en not_active Expired
- 1979-01-30 SU SU792719149A patent/SU1303034A3/en active
- 1979-01-30 JP JP54008803A patent/JPS6043117B2/en not_active Expired
- 1979-01-30 AU AU43764/79A patent/AU511754B2/en not_active Expired
- 1979-01-30 DK DK37779A patent/DK149782C/en active
- 1979-01-31 AR AR275358A patent/AR222649A1/en active
- 1979-01-31 FR FR7902498A patent/FR2416263A1/en active Granted
- 1979-01-31 NL NL7900803A patent/NL7900803A/en not_active Application Discontinuation
-
1982
- 1982-01-14 CA CA000394207A patent/CA1140873B/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DK37779A (en) | 1979-08-01 |
| AU511754B2 (en) | 1980-09-04 |
| JPS54110387A (en) | 1979-08-29 |
| GB2013716B (en) | 1982-03-03 |
| FI790258A (en) | 1979-08-01 |
| NZ189485A (en) | 1982-03-30 |
| FI66905C (en) | 1987-04-22 |
| DE2903273A1 (en) | 1979-08-16 |
| SE430171B (en) | 1983-10-24 |
| FR2416263B1 (en) | 1982-07-02 |
| JPS6043117B2 (en) | 1985-09-26 |
| SU1303034A3 (en) | 1987-04-07 |
| CA1140873B (en) | 1983-02-08 |
| NL7900803A (en) | 1979-08-02 |
| CA1110985A (en) | 1981-10-20 |
| AR222649A1 (en) | 1981-06-15 |
| FR2416263A1 (en) | 1979-08-31 |
| GB2013716A (en) | 1979-08-15 |
| DK149782B (en) | 1986-09-29 |
| SE7801133L (en) | 1979-08-01 |
| DE2903273C2 (en) | 1993-03-25 |
| ZA787390B (en) | 1979-12-27 |
| PH17707A (en) | 1984-11-19 |
| AU4376479A (en) | 1979-08-09 |
| BR7900321A (en) | 1979-08-14 |
| IN150767B (en) | 1982-12-11 |
| DK149782C (en) | 1987-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI66905B (en) | FRAMEWORK FOR CONTAINING AN ETHANOL GENOM CONTAINER CONTAINER | |
| US4460687A (en) | Fermentation method | |
| US9732362B2 (en) | Processes and systems for alcohol production and recovery | |
| de Souza Dias et al. | Sugarcane processing for ethanol and sugar in Brazil | |
| EP1737550B1 (en) | Recovery of inorganic salt during processing of lignocellulosic feedstocks | |
| Maiorella et al. | Alcohol production and recovery | |
| Kang et al. | Energy-efficient production of cassava-based bio-ethanol | |
| US4287303A (en) | Production of ethanol | |
| Eumine Suk et al. | Membrane‐based hybrid processes: a review | |
| Saini et al. | Past practices and current trends in the recovery and purification of first generation ethanol: A learning curve for lignocellulosic ethanol | |
| CA2766170A1 (en) | Recovery of higher alcohols from dilute aqueous solutions | |
| US20140065685A1 (en) | System and Method for Producing Ethanol and Biogas | |
| US20130197279A1 (en) | Water and Contaminants Removal from Butanol Fermentation Solutions and/or Broths Using a Brine Solution | |
| CN113214857B (en) | Biomass two-stage hydrothermal energy production circulating system and method | |
| Kongjan et al. | Characterization of the integrated gas stripping-condensation process for organic solvent removal from model acetone-butanol-ethanol aqueous solution | |
| Hou-Rui | Key drivers influencing the large scale production of xylitol | |
| Lisičar et al. | Turning industrial baker's yeast manufacture into a powerful zero discharge multipurpose bioprocess | |
| Atkinson et al. | Development of downstream processing | |
| KR102122433B1 (en) | C2-6 Fatty acids separation equipment using extraction/distillation method with the equipment | |
| CN210974476U (en) | Device for purifying acetic acid from acetic acid-containing wastewater | |
| Krishnamoorthy et al. | Bioprocessing of cane molasses to produce ethanol and its derived products from South Indian Distillery | |
| CN213231929U (en) | Low-energy-consumption environment-friendly alcohol tank liquid recycling system | |
| Yu et al. | Utilization of cellulosic feedstock in the production of fuel grade ethanol | |
| CN216073760U (en) | Waste heat recovery utilizes equipment for alcohol production | |
| US4508929A (en) | Recovery of alcohol from a fermentation source by separation rather than distillation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM | Patent lapsed | ||
| MM | Patent lapsed |
Owner name: ALFA-LAVAL AKTIEBOLAG |