JP2011211981A - 攪拌装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】既存の醗酵槽等を利用し、醗酵槽内の処理物を十分に攪拌できる装置を提供する。
【解決手段】攪拌装置は、糖水溶液を醗酵菌により醗酵させて処理物を得る醗酵槽１０と、ポンプ２０により醗酵槽１０下部から処理物を抜出し、再び処理物を醗酵槽１０に戻す循環配管３０と、処理物を醗酵槽１０内に吐出すると共に、醗酵槽１０内に挿入された循環配管３０に設置されたノズル４０とを備え、ノズル４０は、醗酵槽１０の周方向よりも醗酵槽１０の内周面側に、かつ水平方向よりも上方に、醗酵槽１０下部で処理物を吐出する。
【選択図】 図１
【解決手段】攪拌装置は、糖水溶液を醗酵菌により醗酵させて処理物を得る醗酵槽１０と、ポンプ２０により醗酵槽１０下部から処理物を抜出し、再び処理物を醗酵槽１０に戻す循環配管３０と、処理物を醗酵槽１０内に吐出すると共に、醗酵槽１０内に挿入された循環配管３０に設置されたノズル４０とを備え、ノズル４０は、醗酵槽１０の周方向よりも醗酵槽１０の内周面側に、かつ水平方向よりも上方に、醗酵槽１０下部で処理物を吐出する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、攪拌装置に関するものである。
従来から、バイオマス、例えば、リグノセルロース系バイオマス等を基質として分散した基質分散液を、糖化酵素により糖化することにより糖水溶液を得て、糖水溶液を醗酵させることによりバイオエタノールを製造することが知られている。
バイオエタノールの製造で用いられる糖化酵素は高価であるため、バイオエタノールの製造工程を改良し、製造工程全体としてのコスト低減化を図ることが検討されている。バイオエタノールの製造工程におけるコスト低減化の一方策として、醗酵菌と糖水溶液とをより多く接触させて効率的な醗酵を促進するため、醗酵菌を用いて糖水溶液を醗酵させる醗酵槽における攪拌を改良することが考えられる。
醗酵槽における攪拌を行う装置として、従来、ポンプを用いた液循環と醗酵槽内で発生したガスの吹込みとを併用した装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
しかしながら、特許文献１記載の装置では、醗酵槽内で発生したガスを再び醗酵槽に吹込む装置を新たに設け、ポンプを用いた液循環とガスの吹込みとを併用するため、設備費用が高くなり、装置全体の構成も複雑で、操作方法も複雑になるという不都合がある。
本発明は、かかる不都合を解消して、バイオエタノール製造工程におけるコスト低減化を図るため、既存の醗酵槽等を利用し、醗酵菌と糖水溶液と得られた醗酵液とからなる処理物の十分な攪拌を行うことができる攪拌装置を提供することを目的とする。
かかる目的を達成するために、本発明の攪拌装置は、糖水溶液を醗酵菌により醗酵させて処理物を得る縦型円筒状の醗酵槽と、ポンプの作動により該醗酵槽の下部から該処理物を抜き出し、再び該処理物を該醗酵槽に戻す循環配管と、該処理物を該醗酵槽内に吐出すると共に、該醗酵槽内に挿入された該循環配管の端部に設置されたノズルとを備え、該ノズルは、該醗酵槽の周方向よりも該醗酵槽の内周面側に、かつ水平方向よりも上方に、該醗酵槽の下部で該処理物を吐出することを特徴とする。
本発明の攪拌装置は、醗酵槽の下部で、醗酵槽の周方向よりも醗酵槽の内周面側に、かつ水平方向よりも上方に、ノズルから処理物を吐出する。ノズルから吐出された処理物により、縦型円筒状の醗酵槽の内周面に沿って、醗酵槽の下部から上部にらせん状に上昇し、醗酵槽の中心軸を上部から底部に下降する処理物の渦巻き流が醗酵槽内に形成され、処理物を循環させる。
醗酵槽内で行われる攪拌は、糖水溶液を醗酵菌により醗酵させる反応が嫌気状態で行われるため、緩やかな攪拌で十分である。従って、形成された渦巻き流によって、糖水溶液と醗酵菌と得られた醗酵液とからなる処理物を十分に攪拌することができる。また、醗酵槽内に形成された渦巻き流による緩やかな攪拌は、攪拌による醗酵菌の損傷を回避でき、醗酵効率の低下を抑制できる。
さらに、循環配管の端部にノズルを設置したのみで、攪拌翼等の新たな装置を設置することなく、糖水溶液と醗酵菌と得られた醗酵菌からなる処理物を醗酵槽内で攪拌できるので、簡素な装置構成で、操作が容易で、かつ、安価な攪拌装置を実現することができる。
本発明の攪拌装置において、前記醗酵槽には、前記処理物のｐＨを至適ｐＨに調整するｐＨ調整液を供給するｐＨ調整液配管が該醗酵槽内に挿入され、該ｐＨ調整液は、該醗酵槽内に挿入されたｐＨ調整液配管の端部に設けられた供給口から該醗酵槽に供給され、該供給口は、該処理物を吐出する前記ノズルの吐出口近傍に配置されることが好ましい。
本発明の攪拌装置は、ｐＨ調整液がノズルの吐出口近傍に供給されるため、ｐＨ調整液がノズルから吐出される処理物の流れに従って醗酵槽内に供給される。従って、ノズルから吐出された処理物により渦巻き流を形成し、形成された渦巻き流により糖水溶液と醗酵菌と得られた醗酵液とからなる処理物を醗酵槽内で攪拌できると共に、醗酵槽内にｐＨ調整液を効率的に拡散させることができる。
この結果、本発明の攪拌装置によれば、醗酵槽内における処理物のｐＨを均一化すると共に、処理物のｐＨを至適ｐＨに維持できるため、醗酵菌の性能を維持して、醗酵効率の低下を抑制できる。
本発明の攪拌装置において、前記供給口と前記ノズルの吐出口とは並設され、前記ｐＨ調整液は、該ノズルの吐出口から吐出する前記処理物と同じ方向に該供給口から供給されることが好ましい。
本発明の攪拌装置によれば、ｐＨ調整液がノズルから吐出される処理物と同じ方向に供給されるため、供給されたｐＨ調整液とｐＨ調整液配管の供給口に並設されたノズルの吐出口から吐出された処理物との一体化した流れにより、渦巻き流を醗酵槽内に形成する。従って、醗酵槽内にｐＨ調整液をより効率的に拡散させることができる。
本発明の攪拌装置において、前記循環配管には、前記処理物のｐＨを至適ｐＨに調整するｐＨ調整液を供給するｐＨ調整液配管が接続されることが好ましい。
ｐＨ調整液配管が醗酵槽内に挿入された位置によれば、ｐＨ調整液配管により渦巻き流に乱れが生じる。これに対して、ｐＨ調整液配管が醗酵槽外部の循環配管に接続された場合、醗酵槽内に形成される渦巻き流にｐＨ調整液配管による乱れは生じない。
従って、本発明の攪拌装置によれば、ｐＨ調整液配管が醗酵槽外部の循環配管に接続されるので、醗酵槽内に形成される渦巻き流により、糖水溶液と醗酵菌と得られた醗酵液とからなる処理物を醗酵槽内で十分に攪拌できる。
本発明の攪拌装置において、前記ポンプの吐出側の循環配管には、前記処理物の温度調整を行う温度調整装置が設置されることが好ましい。
本発明の攪拌装置によれば、温度調整装置により温度調整された処理物が醗酵槽に供給されるので、醗酵槽内に形成される渦巻き流により、醗酵槽内における処理物の温度を均一化すると共に、醗酵槽内における処理物の温度を至適温度に維持できる。従って、醗酵菌の性能を維持して、より高い醗酵効率を維持できる。
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
図１に示すように、本実施形態の攪拌装置１は、縦型円筒状の醗酵槽１０と、ポンプ２０と、醗酵槽１０の下部に接続されて再び醗酵槽１０に挿入される循環配管３０と、醗酵槽１０に挿入されたｐＨ調整液配管３２と、醗酵槽１０内に挿入された循環配管３０の端部に設置されたノズル４０と、循環配管３０に設置された温度調整装置５０とを備える。
攪拌装置１は、糖水溶液と、醗酵菌と、醗酵菌により糖水溶液を醗酵させた醗酵液とからなる処理物を攪拌する装置である。攪拌装置１に供給される糖水溶液として、例えば、リグノセルロース系バイオマスからリグニンが除去されたリグノセルロース系バイオマスを糖化処理して得られた酸性の糖水溶液等が挙げられる。
醗酵槽１０は、下部が逆円錐状である縦型円筒状に形成された槽である。醗酵槽１０では、糖水溶液と醗酵菌とを一定時間貯槽して、醗酵菌により糖水溶液を醗酵させて処理物を生成する。
醗酵槽１０には、下部から醗酵槽１０内の処理物を抜き出し、再び処理物を醗酵槽１０に戻す循環配管３０が接続されている。ポンプ２０の作動により、醗酵槽１０内の処理物は、醗酵槽１０の下部から抜き出され、循環配管３０を介して、醗酵槽１０の下部に送液される。
図１及び図２に示すように、醗酵槽１０内に挿入された循環配管３０の端部には、ノズル４０が設置されている。ノズル４０は、醗酵槽１０の下部に位置付けられ、ポンプ２０の作動により、醗酵槽１０の周方向よりも醗酵槽１０の内周面側に、かつ、水平方向よりも上方に、処理物を吐出口４０ａから吐出するように設置されている。
また、醗酵槽１０には、処理物のｐＨを至適ｐＨに調整するため、ｐＨ調整液を供給するｐH調整液配管３２が醗酵槽１０内に挿入されている。本実施形態のｐＨ調整液としては、糖水溶液が酸性の場合、例えば、ＮａＯＨ水溶液等が挙げられる。
図１及び図３に示すように、ｐＨ調整液配管３２には、醗酵槽１０に挿入された端部に供給口３２ａが設けられている。また、供給口３２ａは、ノズル４０の吐出口４０ａ近傍に配置されている。
温度調整装置５０は、循環配管３０に配置された冷却用熱交換器５２と加熱用熱交換器５４とから構成される。温度調整装置５０は、醗酵槽１０の外部で、ポンプ２０の吐出側の循環配管３０に配置され、温度調整された処理物を醗酵槽１０に戻すように設置されている。
次に、本実施形態の攪拌装置１の作動について説明する。
攪拌装置１は、ポンプ２０を作動させて、醗酵槽１０の下部から処理物を抜き出し、循環配管３０のノズル４０から処理物を吐出して、再び醗酵槽１０内に処理物を戻す。
ノズル４０から吐出した処理物の流れは、縦型円筒状の醗酵槽１０の内周面に沿って、醗酵槽１０の下部から上部にらせん状に上昇し、醗酵槽１０の中心軸を上部から底部に下降する処理物の渦巻き流を形成する。醗酵槽１０内に形成された渦巻き流は、糖水溶液と、醗酵菌と、醗酵菌により糖水溶液を醗酵させた醗酵液とからなる処理物を攪拌する。
また、攪拌装置１は、醗酵槽１０内の処理物のｐＨが醗酵菌の至適ｐＨになるように、ｐＨ調整液配管３２を介して、ｐＨ調整液を醗酵槽１０内に供給する。ｐＨ調整液配管３２の供給口３２ａはノズル４０の吐出口４０ａ近傍に配置されているので、供給されるｐＨ調整液はノズル４０の吐出口４０ａからの処理物の吐出により形成される渦巻き流に従い、ｐＨ調整液は醗酵槽１０内に効率的に拡散する。
醗酵が進行すると、醗酵菌がエタノール以外に酸性の有機酸を生成するため、処理物のｐＨは下がる傾向がある。そのため、処理物のｐＨが至適ｐＨを下回ったときに、ｐＨ調整液としてＮａＯＨ水溶液を醗酵槽１０内の処理物に供給し、処理物のｐＨが至適ｐＨを上回ったときに、ｐＨ調整液の供給を停止し、処理物のｐＨを至適ｐＨに維持する。
さらに、攪拌装置１の温度調整装置５０は、醗酵槽１０内の処理物の温度が醗酵菌の至適温度になるように、温度調整装置５０の冷却用熱交換器５２と加熱用熱交換器５４とを調整し、循環配管３０中を送液される処理物の温度を調整する。
本実施形態の攪拌装置１によれば、ポンプ２０を作動し、ノズル４０から処理物を吐出することにより、縦型円筒状の醗酵槽１０の内周面に沿って、醗酵槽１０の下部から上部にらせん状に上昇し、醗酵槽１０の中心軸を上部から底部に下降する処理物の渦巻き流が醗酵槽１０内に形成され、処理物を循環させる。
糖水溶液を醗酵菌により醗酵させる反応は嫌気状態で行われるため、形成された渦巻き流による緩やかな攪拌によって、糖水溶液と醗酵菌と得られた醗酵液とからなる処理物を十分に攪拌することができる。また、醗酵槽１０内に形成された渦巻き流による緩やかな攪拌は、攪拌による醗酵菌の損傷を回避でき、醗酵効率の低下を抑制できる。
本実施形態の攪拌装置１は、循環配管３０にノズル４０を設置したのみで、攪拌翼等の新たな装置を設置することなく、糖水溶液と醗酵菌と得られた醗酵液とからなる処理物を攪拌できるので、簡素な構成で、安価な攪拌装置を実現できる。さらに、攪拌装置１は攪拌翼等を設置しないため、攪拌装置１内の気密性をも保持することができ、装置１内に進入する雑菌による影響を抑制できる。
また、本実施形態の攪拌装置１によれば、供給口３２ａをノズル４０の吐出口４０ａ近傍に配置した構成により、供給されるｐＨ調整液は、ノズル４０の吐出口４０ａから処理物を吐出して形成される渦巻き流に従い、醗酵槽１０内に効率的に拡散する。従って、醗酵槽１０内の処理物のｐＨを均一化すると共に、醗酵槽１０内の処理物のｐＨを至適ｐＨに維持できるため、醗酵菌の性能を維持して、醗酵効率の低下を抑制できる。
さらに、本実施形態の攪拌装置１によれば、温度調整装置５０で温度調整された処理物をノズル４０から吐出し、醗酵槽１０内に形成された渦巻き流により、醗酵槽１０内の処理物の温度が均一化され、至適温度に維持できるので、醗酵菌の醗酵性能を維持し、より高い醗酵効率を維持できる。
次に、攪拌装置１の変形例を図４に従って説明する。変形例の攪拌装置では、醗酵槽１０内に挿入される循環配管３０と並設して一体化したｐＨ調整液配管３２’を設置する。また、醗酵槽１０内のｐＨ調整液配管３２’の端部に、ｐＨ調整液が供給される供給口３２ａ’を有すると共に、ノズル４０に並設されるノズル４２を設置する。
ノズル４２の供給口３２ａ’はノズル４０の吐出口４０ａに並設され、ｐＨ調整液は、ノズル４０の吐出口４０ａから吐出する処理物と同じ方向に、供給口３２ａ’から供給される。供給されたｐＨ調整液とノズル４０から吐出された処理物との一体化した流れにより、醗酵槽１０内に渦巻き流を形成する。
従って、ｐＨ調整液を醗酵槽１０内により効率的に拡散させることができ、醗酵槽１０内における処理物のｐＨを均一化し、至適ｐＨに維持できるため、醗酵菌の性能を維持して、醗酵効率の低下を抑制できる。
尚、ｐＨ調整液配管３２’が循環配管３０と並設し一体化しているため、ｐＨ調整液配管が循環配管と醗酵槽１０内で離間して挿入された場合と比較して、ｐＨ調整液配管と循環配管とによる渦巻き流の乱れを小さくし、渦巻き流により処理物を十分に攪拌する。
さらに、攪拌装置１の他の変形例について説明する。他の変形例の攪拌装置では、ｐＨ調整液を供給するため、ｐＨ調整液配管が醗酵槽１０外部の循環配管３０に接続される。
ｐＨ調整液配管３２が醗酵槽１０内に挿入された場合、ｐＨ調整液配管２１により渦巻き流に乱れが生じる。これに対して、ｐＨ調整液配管３２が醗酵槽１０外部の循環配管３０に接続された場合、醗酵槽１０内に形成される渦巻き流にｐＨ調整液配管による乱れは生じない。従って、醗酵槽１０内に形成される渦巻き流により、糖水溶液と醗酵菌と得られた醗酵液とからなる処理物を醗酵槽内で十分に攪拌できる。
１…攪拌装置、 １０…醗酵槽、 ２０…ポンプ、 ３０…循環配管、 ３２，３２’…ｐＨ調整液配管、 ４０，４２…ノズル、 ５０…温度調整装置。
Claims (5)
- 糖水溶液を醗酵菌により醗酵させて処理物を得る縦型円筒状の醗酵槽と、
ポンプの作動により該醗酵槽の下部から該処理物を抜き出し、再び該処理物を該醗酵槽に戻す循環配管と、
該処理物を該醗酵槽内に吐出すると共に、該醗酵槽内に挿入された該循環配管の端部に設置されたノズルとを備え、
該ノズルは、該醗酵槽の周方向よりも該醗酵槽の内周面側に、かつ水平方向よりも上方に、該醗酵槽の下部で該処理物を吐出することを特徴とする攪拌装置。 - 請求項１記載の攪拌装置において、
前記醗酵槽には、前記処理物のｐＨを至適ｐＨに調整するｐＨ調整液を供給するｐＨ調整液配管が該醗酵槽内に挿入され、
該ｐＨ調整液は、該醗酵槽内に挿入されたｐＨ調整液配管の端部に設けられた供給口から該醗酵槽に供給され、
該供給口は、該処理物を吐出する前記ノズルの吐出口近傍に配置されることを特徴とする攪拌装置。 - 請求項２記載の攪拌装置において、
前記供給口と前記ノズルの吐出口とは並設され、
前記ｐＨ調整液は、該ノズルの吐出口から吐出する前記処理物と同じ方向に該供給口から供給されることを特徴とする攪拌装置。 - 請求項１記載の攪拌装置において、
前記循環配管には、前記処理物のｐＨを至適ｐＨに調整するｐＨ調整液を供給するｐＨ調整液配管が接続されることを特徴とする攪拌装置。 - 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の攪拌装置において、
前記ポンプの吐出側の循環配管には、前記処理物の温度調整を行う温度調整装置が設置されることを特徴する攪拌装置。
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