JP2012111725A - Apparatus for producing ethanol - Google Patents

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Naoki Ota
直樹 太田
Ken Hanayama
賢 華山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for producing ethanol, which can smoothly and efficiently operate a distillation column system even when a fermented solution of a biomass is distilled.SOLUTION: The apparatus 1 for producing the ethanol includes: a fermentor 4 for fermenting a saccharified solution of the biomass; a distillator 5 for distilling the fermented solution obtained by the fermentor 4; and a carrier 43 for carrying the fermented solution from the fermentor 4 to the distillator 5. The carrier 43 includes on its way: a separator 44 for separating an inorganic compound contained in the fermented solution; and a filtering unit 45 for filtering, from the fermented solution, a protein contained in the fermented solution and the inorganic compound separated by the separator 44.

Description

本発明は、エタノール製造装置に関する。   The present invention relates to an ethanol production apparatus.

従来、バイオマスを基質として溶媒と混合してなる基質混合物を、微生物が産生する糖化酵素により糖化し、得られた糖化溶液を発酵させることによりバイオエタノールを製造するエタノール製造装置が知られている。前記エタノール製造装置では、前記糖化溶液の発酵により得られた発酵溶液を蒸留により濃縮し、さらに脱水することにより、例えば99.9質量%程度の濃度のエタノールを得ることができる(例えば特許文献1参照)。   Conventionally, an ethanol production apparatus for producing bioethanol by saccharifying a substrate mixture obtained by mixing biomass with a solvent using a saccharification enzyme produced by a microorganism and fermenting the obtained saccharified solution is known. In the ethanol production apparatus, the fermentation solution obtained by fermentation of the saccharified solution is concentrated by distillation and further dehydrated, whereby ethanol having a concentration of, for example, about 99.9% by mass can be obtained (for example, Patent Document 1). reference).

前記基質となるバイオマスの1つとして、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを挙げることができるが、該リグノセルロース系バイオマスは、セルロース又はヘミセルロースにリグニンが強固に結合した構成を備えている。そこで、前記基質混合物を所定温度で所定時間保持することにより、前記基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させ、セルロース又はヘミセルロースを糖化可能にした糖化前処理物を得て、該糖化前処理物を酵素糖化することが行われている。   As one of the biomasses serving as the substrate, lignocellulosic biomass such as rice straw can be mentioned. The lignocellulosic biomass has a structure in which lignin is firmly bound to cellulose or hemicellulose. Therefore, by holding the substrate mixture at a predetermined temperature for a predetermined time, the lignin is dissociated from the substrate or the substrate is swollen to obtain a saccharification pretreatment product that enables saccharification of cellulose or hemicellulose. Enzymatic saccharification of processed products has been performed.

尚、本願において、解離とは、リグノセルロース系バイオマスのセルロース又はヘミセルロースに結合しているリグニンの結合部位のうち、少なくとも一部の結合を切断することをいう。また、膨潤とは、液体の浸入により結晶性セルロースを構成するセルロース又はヘミセルロースに空隙が生じ、又は、セルロース繊維の内部に空隙が生じて膨張することをいう。   In addition, in this application, dissociation means cut | disconnecting at least one part coupling | bonding among the binding sites of the lignin couple | bonded with the cellulose or hemicellulose of lignocellulosic biomass. Swelling means that voids are generated in cellulose or hemicellulose constituting crystalline cellulose by the intrusion of liquid, or voids are generated inside cellulose fibers to expand.

前記リグノセルロース系バイオマスを基質とするエタノール製造装置では、前記糖化溶液を発酵菌または酵母により発酵させて前記発酵溶液を得るが、該発酵菌または酵母の性能により、該発酵溶液の濃度は5〜10質量%程度の低濃度となる。この結果、得られた発酵溶液を蒸留して濃縮する際に、熱エネルギーが増大するという問題がある。前記エタノール製造工程全体に要するエネルギーに対し、エタノールの濃縮に要するエネルギーは、30〜50%と大きなウエイトを占めている。   In the ethanol production apparatus using the lignocellulosic biomass as a substrate, the saccharified solution is fermented with a fermentative bacterium or yeast to obtain the fermented solution. Depending on the performance of the fermented bacterium or yeast, the concentration of the fermented solution is 5 to 5. The concentration is as low as about 10% by mass. As a result, when the obtained fermentation solution is concentrated by distillation, there is a problem that heat energy increases. The energy required for ethanol concentration occupies a large weight of 30 to 50% of the energy required for the entire ethanol production process.

前記問題を解決するために、前記エタノール製造装置においてエタノールの濃縮工程を高効率化することにより、熱エネルギーを低減することが必要不可欠となる。そこで、前記エタノール製造装置における熱エネルギー低減の一方策として、前記発酵溶液の蒸留を効率よく行うことが望まれる。   In order to solve the above problem, it is indispensable to reduce thermal energy by increasing the efficiency of the ethanol concentration step in the ethanol production apparatus. Therefore, it is desired to efficiently distill the fermentation solution as one measure for reducing the thermal energy in the ethanol production apparatus.

特開2010−65001号公報JP 2010-65001 A

しかしながら、前記バイオマスから得られた発酵溶液のエタノールを濃縮する一つの方法として蒸留塔システムを用いると、蒸留塔システム内に析出物が付着堆積して配管の閉塞等を引き起こし、蒸留塔システムの円滑な運転が妨げられることがあるという不都合がある。   However, when a distillation tower system is used as one method for concentrating ethanol in the fermentation solution obtained from the biomass, deposits adhere and accumulate in the distillation tower system, causing clogging of pipes, etc. There is an inconvenience that it may be disturbed.

そこで、本発明は、かかる不都合を解消して、前記バイオマスから得られた発酵溶液の蒸留を行うときにも蒸留塔システムを円滑に効率よく運転することができるエタノール製造装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has an object to provide an ethanol production apparatus that can eliminate such inconvenience and can smoothly and efficiently operate a distillation column system even when the fermentation solution obtained from the biomass is distilled. And

かかる目的を達成するために、本発明のエタノール製造装置は、バイオマスの糖化溶液を発酵させる発酵手段と、該発酵手段で得られた発酵溶液を蒸留する蒸留手段と、該発酵溶液を該発酵手段から該蒸留手段に移送する移送手段とを備えるエタノール製造装置において、前記移送手段は、途中に、該発酵溶液に含まれる無機化合物を分離する分離手段と、該発酵溶液に含まれるタンパク質と該分離手段により分離された該無機化合物とを該発酵溶液から濾別する濾過手段とを備えることを特徴とする。   To achieve this object, the ethanol production apparatus of the present invention comprises a fermentation means for fermenting a saccharified solution of biomass, a distillation means for distilling the fermentation solution obtained by the fermentation means, and the fermentation solution as the fermentation means. In the ethanol production apparatus comprising the transfer means for transferring from to the distillation means, the transfer means includes a separation means for separating an inorganic compound contained in the fermentation solution, a protein contained in the fermentation solution, and the separation on the way And a filtering means for filtering out the inorganic compound separated by the means from the fermentation solution.

本発明者らは、前記発酵溶液から析出する物質について検討した結果、該物質は前記糖化に用いられる酵素や、前記発酵に用いられる発酵菌又は酵母の菌体由来のタンパク質と無機化合物との複合物であることを知見した。前記無機化合物としては、前記バイオマス自体の成分としての無機化合物や、前記発酵菌又は酵母の培養に用いられるリン酸塩等が考えられる。   As a result of studying substances precipitated from the fermentation solution, the present inventors have found that the substance is an enzyme used for the saccharification, a complex of a protein derived from a fermenting bacterium or yeast cell used for the fermentation and an inorganic compound. I found out that it was a thing. As said inorganic compound, the inorganic compound as a component of the said biomass itself, the phosphate used for culture | cultivation of the said fermenting microbe or yeast, etc. can be considered.

前記知見に基づき、本発明のエタノール製造装置では、前記発酵溶液を前記発酵手段から前記蒸留手段に移送する移送手段の途中に設けられた分離手段により、まず、前記無機化合物を分離する。前記無機化合物の分離は、例えば、前記発酵溶液に凝集剤を添加して該無機化合物を凝集させることにより、或いは該発酵溶液のpHを調整して該無機化合物を析出させることにより行うことができる。   Based on the above knowledge, in the ethanol production apparatus of the present invention, first, the inorganic compound is separated by the separation means provided in the middle of the transfer means for transferring the fermentation solution from the fermentation means to the distillation means. Separation of the inorganic compound can be performed, for example, by adding a flocculant to the fermentation solution to aggregate the inorganic compound, or by adjusting the pH of the fermentation solution to precipitate the inorganic compound. .

そこで、本発明のエタノール製造装置において、前記分離手段は、前記発酵溶液に凝集剤を添加する添加手段又は、前記発酵溶液のpH調整を行う調整手段を備えることが好ましい。   Therefore, in the ethanol production apparatus of the present invention, it is preferable that the separation means includes an addition means for adding a flocculant to the fermentation solution or an adjustment means for adjusting the pH of the fermentation solution.

本発明のエタノール製造装置では、次に、前記移送手段の途中に設けられた濾過手段により、前記発酵溶液に含まれるタンパク質と前記分離手段により分離された前記無機化合物とを該発酵溶液から濾別する。前記タンパク質と前記無機化合物とを効率よく濾別するために、前記濾過手段は、前記無機化合物を前記発酵溶液から濾別する無機化合物濾過手段と、該無機化合物濾過手段の下流側に備えられ前記タンパク質を前記発酵溶液から濾別するタンパク質濾過手段とを備えることが好ましい。   Next, in the ethanol production apparatus of the present invention, the protein contained in the fermentation solution and the inorganic compound separated by the separation means are filtered from the fermentation solution by a filtering means provided in the middle of the transfer means. To do. In order to efficiently separate the protein and the inorganic compound, the filtering means includes an inorganic compound filtering means for filtering the inorganic compound from the fermentation solution, and a downstream side of the inorganic compound filtering means. It is preferable to provide a protein filtration means for separating the protein from the fermentation solution.

前記無機化合物濾過手段としては、例えば、75〜500μmの範囲の目開きのフィルターを用いることができる。前記フィルターは、目開きが500μmより大きいと前記無機化合物を濾別することができず、蒸留手段に混入させてしまうことがある。また、前記フィルターは、目開きが75μmより小さいと閉塞を起こし前記発酵溶液の移送に支障を来すことがある。前記フィルターは、150〜250μmの範囲の目開きであることがさらに好ましい。   As the inorganic compound filtering means, for example, a filter having an opening in the range of 75 to 500 μm can be used. If the aperture of the filter is larger than 500 μm, the inorganic compound cannot be separated by filtration and may be mixed into the distillation means. In addition, if the mesh opening is smaller than 75 μm, the filter may be clogged and hinder the transfer of the fermentation solution. More preferably, the filter has an opening in the range of 150 to 250 μm.

前記タンパク質濾過手段は、分画分子量が1000〜3500の範囲の限外濾過膜又は、アクリルもしくはスチレンをジビニルベンゼンで架橋した最頻度半径50〜500Åを有するイオン交換樹脂を備えることが好ましい。   The protein filtration means preferably includes an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut-off in the range of 1000 to 3500, or an ion exchange resin having a most frequent radius of 50 to 500 mm obtained by crosslinking acrylic or styrene with divinylbenzene.

前記限外濾過膜は、前記分画分子量が3500より大きいと、前記タンパク質を濾別することができないことがある。また、前記分画分子量を1000未満とするためには、さらに精密な濾過膜を必要とし、コストの増加が避けられないことがある。   If the molecular weight cut off is greater than 3500, the ultrafiltration membrane may not be able to filter out the protein. Moreover, in order to make the said molecular weight cut off less than 1000, a more precise | minute filter membrane is required and the increase in cost may be unavoidable.

前記イオン交換樹脂は、前記最頻度半径が500Åを超えると、タンパク質を十分に濾別することができないことがある。また、前記最頻度半径が50Å未満であると、前記タンパク質が該イオン交換樹脂の表面を通過してしまう虞がある。   When the most frequent radius exceeds 500 mm, the ion exchange resin may not be able to sufficiently filter proteins. Further, if the most frequent radius is less than 50 mm, the protein may pass through the surface of the ion exchange resin.

本発明のエタノール製造装置によれば、前記濾過手段により前記タンパク質と前記無機化合物とが濾別されるので、前記蒸溜手段内に析出物が付着堆積することを防止して、該蒸溜手段を円滑に効率よく運転することができる。   According to the ethanol production apparatus of the present invention, since the protein and the inorganic compound are separated by the filtration means, it is possible to prevent deposits from adhering and accumulating in the distillation means, thereby making the distillation means smooth. Can be operated efficiently.

また、本発明のエタノール製造装置において、前記蒸留手段は、前記蒸留手段は、第1の蒸留塔と、第1の蒸留塔の内部に配設されその内部と外部とが隔離された第2の蒸留塔と、第1の蒸留塔に前記発酵溶液を供給する発酵溶液供給手段と、第1の蒸留塔の塔頂に得られた第1の気体を取り出して第2の蒸留塔に供給する気体供給導管と、気体供給導管の途中に設けられ第2の蒸留塔内を第1の蒸留塔内よりも高圧にする圧力差生成手段と、第1の蒸留塔の塔底液を取り出す第1の取出導管と、第1の蒸留塔を加熱する加熱手段と、第2の蒸留塔の塔頂に得られた第2の気体を取り出す第2の取出導管と、第2の取出導管の途中に設けられ第2の気体を冷却して液化させるコンデンサーとを備え、第2の蒸留塔の側壁を伝熱面として第2の蒸留塔の熱を第1の蒸留塔に移動させる内部熱交換型蒸留塔を備えることが好ましい。   Further, in the ethanol production apparatus of the present invention, the distillation means includes a first distillation column and a second distillation unit disposed inside the first distillation column and separated from the inside thereof. A distillation column, fermentation solution supply means for supplying the fermentation solution to the first distillation column, and gas supplied to the second distillation column by taking out the first gas obtained at the top of the first distillation column. A supply conduit, a pressure difference generating means provided in the middle of the gas supply conduit to make the pressure in the second distillation column higher than that in the first distillation column, and a first liquid for taking out the bottom liquid of the first distillation column An extraction conduit, a heating means for heating the first distillation column, a second extraction conduit for taking out the second gas obtained at the top of the second distillation column, and an intermediate portion of the second extraction conduit And a condenser for cooling and liquefying the second gas, and a second side wall of the second distillation column as the heat transfer surface. Preferably comprises a heat integrated distillation column to move the column of the heat to the first distillation column.

前記内部熱交換型蒸留塔では、まず、第1の蒸留塔に供給された前記発酵溶液が前記加熱手段により加熱されて蒸留されることにより、第1の蒸留塔の塔頂に、該発酵溶液より高濃度のエタノールを含む第1の気体が得られる。前記第1の気体は、前記気体供給導管を介して第2の蒸留塔に供給されるが、このとき前記圧力差生成手段により、第2の蒸留塔内が第1の蒸留塔内よりも高圧にされることにより第2の蒸留塔内の温度が上昇する。   In the internal heat exchange distillation column, first, the fermentation solution supplied to the first distillation column is heated and distilled by the heating means, so that the fermentation solution is added to the top of the first distillation column. A first gas containing a higher concentration of ethanol is obtained. The first gas is supplied to the second distillation column via the gas supply conduit. At this time, the pressure difference generating means causes the second distillation column to have a higher pressure than the first distillation column. As a result, the temperature in the second distillation column rises.

前記内部熱交換型蒸留塔では、前記圧力差生成手段は、第1の蒸留塔内を大気圧とし、前記第1の気体を加圧して、第2の蒸留塔内を大気圧以上の加圧状態としてもよい。また、前記圧力差生成手段は、第1の蒸留塔内を減圧して、第1の蒸留塔内を大気圧以下の減圧状態とし、第2の蒸留塔内を大気圧としてもよい。   In the internal heat exchange type distillation column, the pressure difference generating means is configured to set the first distillation column to atmospheric pressure, pressurize the first gas, and pressurize the second distillation column to atmospheric pressure or higher. It is good also as a state. Further, the pressure difference generating means may depressurize the inside of the first distillation column so that the inside of the first distillation column is in a reduced pressure state equal to or lower than atmospheric pressure, and the inside of the second distillation column may be set to atmospheric pressure.

この結果、前記第1の気体は第2の蒸留塔でさらに蒸留され、第2の蒸留塔の塔頂に、第1の気体より高濃度のエタノールを含む第2の気体が得られる。前記第2の気体は第2の取出導管から取出され、前記コンデンサーで冷却されて液化されることにより、前記発酵溶液より高濃度のエタノールを含むエタノール溶液を得ることができる。   As a result, the first gas is further distilled in the second distillation column, and a second gas containing ethanol having a higher concentration than the first gas is obtained at the top of the second distillation column. The second gas is taken out from the second take-out conduit, cooled by the condenser, and liquefied, whereby an ethanol solution containing a higher concentration of ethanol than the fermentation solution can be obtained.

ここで、前記内部熱交換型蒸留塔では、前記圧力差生成手段により、第2の蒸留塔内が第1の蒸留塔内よりも高圧にされることにより、第2の蒸留塔内の温度が上昇し、第1の蒸留塔内の温度より高温となる。この結果、第2の蒸留塔の熱が、第2の蒸留塔の側壁を伝熱面として第1の蒸留塔に移動する。従って、第1の蒸留塔はさらに加熱され、第2の蒸留塔の温度は低下するので、加熱及び冷却の仕事量を低減することができ、蒸留に要する熱エネルギーを低減することができる。   Here, in the internal heat exchange type distillation column, the pressure in the second distillation column is set higher than that in the first distillation column by the pressure difference generating means, so that the temperature in the second distillation column is increased. The temperature rises and becomes higher than the temperature in the first distillation column. As a result, the heat of the second distillation column moves to the first distillation column using the side wall of the second distillation column as the heat transfer surface. Accordingly, the first distillation column is further heated, and the temperature of the second distillation column is lowered. Therefore, the heating and cooling work can be reduced, and the heat energy required for distillation can be reduced.

ところが、前記内部熱交換型蒸留塔では、熱伝達面である第2の蒸留塔の側壁に前記析出物が付着堆積すると、該析出物が断熱材として作用するために熱伝達抵抗が増大し、第2の蒸留塔から第1の蒸留塔への熱移動が阻害されることが懸念される。   However, in the internal heat exchange distillation column, when the deposit adheres and accumulates on the side wall of the second distillation column, which is a heat transfer surface, the precipitate acts as a heat insulating material, and thus heat transfer resistance increases. There is a concern that heat transfer from the second distillation column to the first distillation column is hindered.

しかし、本発明のエタノール製造装置によれば、前記濾過手段により前記発酵溶液から前記タンパク質と前記無機化合物とが濾別されるので、前記第2の蒸留塔の側壁に析出物が付着堆積することを防止して、前記内部熱交換型蒸留塔を円滑に運転することができる。従って、前記蒸留手段が前記内部熱交換型蒸留塔を備えることにより、蒸留に要する熱エネルギーをさらに低減することができる。   However, according to the ethanol production apparatus of the present invention, since the protein and the inorganic compound are separated from the fermentation solution by the filtration means, deposits are deposited on the side walls of the second distillation column. And the internal heat exchange distillation column can be operated smoothly. Therefore, when the distillation means includes the internal heat exchange distillation column, the thermal energy required for distillation can be further reduced.

本発明のエタノール製造装置では、前記バイオマスとして、例えばリグノセルロース系バイオマスを用いることができる。   In the ethanol production apparatus of the present invention, for example, lignocellulosic biomass can be used as the biomass.

本発明のエタノール製造装置の構成を示すシステム構成図。The system block diagram which shows the structure of the ethanol manufacturing apparatus of this invention. 付着堆積物の成分分析例を示すフーリエ変換赤外分光スペクトルのチャート。The chart of the Fourier-transform infrared spectroscopy spectrum which shows the example of a component analysis of a deposit. 本発明のエタノール製造装置に用いる内部熱交換型蒸留塔の一構成例を示すフロー図。The flowchart which shows one structural example of the internal heat exchange type | mold distillation column used for the ethanol manufacturing apparatus of this invention.

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。   Next, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

図1に示すように、本実施形態のエタノール製造装置1は、前処理装置2、糖化処理装置3、発酵処理装置4、蒸留塔システム5を備えている。   As shown in FIG. 1, the ethanol production apparatus 1 of this embodiment includes a pretreatment device 2, a saccharification treatment device 3, a fermentation treatment device 4, and a distillation tower system 5.

前処理装置2は、原料供給装置21、アンモニア水供給装置22、攪拌槽23、貯留槽24、移送導管25を備えている。原料供給装置21は原料となる基質を攪拌槽23に供給し、アンモニア水供給装置22はアンモニア水を攪拌槽23に供給する。前記基質としては、リグノセルロース系バイオマス、例えば稲藁を用いることができる。   The pretreatment device 2 includes a raw material supply device 21, an ammonia water supply device 22, a stirring tank 23, a storage tank 24, and a transfer conduit 25. The raw material supply device 21 supplies the raw material substrate to the stirring tank 23, and the ammonia water supply device 22 supplies ammonia water to the stirring tank 23. As the substrate, lignocellulosic biomass such as rice straw can be used.

攪拌槽23は、前記基質と前記アンモニア水とを攪拌、混合し、得られた基質混合物を貯留槽24に供給する。貯留槽24は、基質混合物を所定時間貯留する間に、加熱することなく前記基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させることにより、糖化前処理物を得る。   The agitation tank 23 agitates and mixes the substrate and the aqueous ammonia, and supplies the obtained substrate mixture to the storage tank 24. While the substrate mixture is stored for a predetermined time, the storage tank 24 dissociates lignin from the substrate without heating or swells the substrate to obtain a pre-saccharification product.

前記糖化前処理物は、貯留槽24の底部に接続された移送導管25により取出され、移送導管25の途中に設けられた固液分離装置26によりアンモニアが分離されて、アンモニア分離糖化前処理物として、糖化処理装置3に送られる。固液分離装置26は、分離したアンモニアをアンモニア水として回収する回収導管27を備えている。回収導管27は、アンモニア水供給装置22に接続されている。   The saccharification pretreatment product is taken out by a transfer conduit 25 connected to the bottom of the storage tank 24, and ammonia is separated by a solid-liquid separation device 26 provided in the middle of the transfer conduit 25. Is sent to the saccharification treatment apparatus 3. The solid-liquid separator 26 includes a recovery conduit 27 that recovers the separated ammonia as aqueous ammonia. The recovery conduit 27 is connected to the ammonia water supply device 22.

糖化処理装置3は、糖化処理槽31を備え、糖化処理槽31の上部には移送導管25が接続されると共に、糖化酵素供給装置32が設けられている。糖化処理槽31の底部には、糖化処理槽31で得られた糖化溶液を発酵処理装置4に移送する移送導管33が接続されている。移送導管33の途中には、固液分離装置34が設けられており、前記糖化溶液に含まれる前記稲藁の残渣等が分離、除去される。   The saccharification treatment apparatus 3 includes a saccharification treatment tank 31. A transfer conduit 25 is connected to the upper part of the saccharification treatment tank 31, and a saccharification enzyme supply device 32 is provided. A transfer conduit 33 for transferring the saccharified solution obtained in the saccharification treatment tank 31 to the fermentation treatment apparatus 4 is connected to the bottom of the saccharification treatment tank 31. In the middle of the transfer conduit 33, a solid-liquid separator 34 is provided to separate and remove the rice straw residue and the like contained in the saccharified solution.

発酵処理装置4は、発酵処理槽41を備え、発酵処理槽41の上部には移送導管33が接続されると共に、菌体供給装置42が設けられている。発酵処理槽41の底部には、発酵処理槽41で得られた発酵溶液を蒸留塔システム5に移送する移送導管43が接続されている。   The fermentation treatment apparatus 4 includes a fermentation treatment tank 41, and a transfer conduit 33 is connected to the upper part of the fermentation treatment tank 41 and a fungus body supply apparatus 42 is provided. A transfer conduit 43 for transferring the fermentation solution obtained in the fermentation treatment tank 41 to the distillation tower system 5 is connected to the bottom of the fermentation treatment tank 41.

移送導管43の途中には、前記発酵溶液に含まれる無機化合物を分離する分離装置44と、該発酵溶液に含まれるタンパク質と分離装置44により分離された該無機化合物とを該発酵溶液から濾別する濾過装置45が設けられている。また、分離装置44は、前記発酵溶液に含まれる無機化合物を分離するために、該発酵溶液のpHを調整するpH調整液を添加するpH調整液添加装置46と、該無機化合物を凝集させる凝集剤を添加する凝集剤添加装置47とを備えている。前記凝集剤としては、例えば、鉄塩、アルミニウム塩、カルシウム塩等を用いることができる。   In the middle of the transfer conduit 43, a separation device 44 for separating the inorganic compound contained in the fermentation solution, and a protein contained in the fermentation solution and the inorganic compound separated by the separation device 44 are separated from the fermentation solution. A filtering device 45 is provided. The separation device 44 includes a pH adjusting solution adding device 46 for adding a pH adjusting solution for adjusting the pH of the fermentation solution and an aggregation for aggregating the inorganic compound in order to separate the inorganic compound contained in the fermentation solution. And a flocculant addition device 47 for adding the agent. Examples of the flocculant include iron salts, aluminum salts, calcium salts, and the like.

濾過装置45は、前記発酵溶液に含まれるタンパク質と分離装置44により分離された前記無機化合物とを各別に前記発酵溶液から濾別することが好ましい。このため、濾過装置45は、前記無機化合物を前記発酵溶液から濾別する無機化合物濾過装置(図示せず)と、該無機化合物濾過装置の下流側に備えられ前記タンパク質を前記発酵溶液から濾別するタンパク質濾過装置(図示せず)とを備えている。   The filtration device 45 preferably separates the protein contained in the fermentation solution and the inorganic compound separated by the separation device 44 from the fermentation solution separately. For this reason, the filtration device 45 is provided with an inorganic compound filtration device (not shown) for separating the inorganic compound from the fermentation solution and a downstream side of the inorganic compound filtration device, and the protein is separated from the fermentation solution. And a protein filtration device (not shown).

前記無機化合物濾過装置としては、75〜500μm、好ましくは150〜250μmの範囲の目開きのフィルターを用いることができる。また、前記タンパク質濾過装置としては、分画分子量が1000〜3500の範囲の限外濾過膜又は、アクリルもしくはスチレンをジビニルベンゼンで架橋した最頻度半径50〜500Åを有するイオン交換樹脂を備えるものを用いることができる。   As the inorganic compound filtering device, a filter having an opening in the range of 75 to 500 μm, preferably 150 to 250 μm can be used. Further, as the protein filtration device, an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut-off in the range of 1000 to 3500 or an ion exchange resin having a most frequent radius of 50 to 500 Å obtained by crosslinking acrylic or styrene with divinylbenzene is used. be able to.

また、pH調整液添加装置46と、凝集剤添加装置47とは、いずれか一方のみを備えるようにしてもよい。   Moreover, you may make it provide only one of the pH adjustment liquid addition apparatus 46 and the flocculant addition apparatus 47. FIG.

蒸留塔システム5は、もろみ塔51、精留塔52、脱水装置53を備え、もろみ塔51の上部に移送導管43が接続されている。もろみ塔51は塔頂液を精留塔52に移送する移送導管54を備えており、精留塔52は塔頂液を脱水装置53に移送する移送導管55と、塔底液をもろみ塔51の上部に還流する還流導管56とを備えている。また、もろみ塔51と精留塔52とは、それぞれ図示しない加熱装置とコンデンサーとを備えている。前記加熱装置としては、例えば、もろみ塔51と精留塔52とのそれぞれの塔底に蒸気を吹き込む装置を用いることができる。   The distillation column system 5 includes a mash column 51, a rectifying column 52, and a dehydrator 53, and a transfer conduit 43 is connected to the upper portion of the mash column 51. The mash column 51 includes a transfer conduit 54 for transferring the column top liquid to the rectification column 52, and the rectification column 52 includes a transfer conduit 55 for transferring the column top liquid to the dehydrator 53, and the column bottom liquid mashing column 51. And a reflux conduit 56 for refluxing. The moromi tower 51 and the rectifying tower 52 are each provided with a heating device and a condenser (not shown). As the heating device, for example, devices for blowing steam into the bottoms of the mash column 51 and the rectifying column 52 can be used.

次に、エタノール製造装置1の作動について説明する。   Next, the operation of the ethanol production apparatus 1 will be described.

エタノール製造装置1では、まず、原料供給装置21から供給される基質としての稲藁と、アンモニア水供給装置22から供給されるアンモニア水とを攪拌槽23で攪拌し、基質混合物を得る。得られた基質混合物は、攪拌槽23の直下に接続されている貯留槽24に供給され、貯留槽24内で所定時間貯留されることにより、加熱することなく前記稲藁からリグニンを解離し、又は該稲藁を膨潤させることにより、糖化前処理物を得る。   In the ethanol production apparatus 1, first, rice straw as a substrate supplied from the raw material supply apparatus 21 and ammonia water supplied from the ammonia water supply apparatus 22 are stirred in the stirring tank 23 to obtain a substrate mixture. The obtained substrate mixture is supplied to a storage tank 24 connected directly below the stirring tank 23, and stored in the storage tank 24 for a predetermined time, thereby dissociating lignin from the rice straw without heating, Alternatively, a pre-saccharification product is obtained by swelling the rice straw.

前記糖化前処理物はアンモニア水を含有しているので、移送導管25により糖化処理槽31に移送される間に、移送導管25の途中に設けられた固液分離装置26でアンモニアが分離される。この結果、糖化処理槽31には、アンモニア分離糖化前処理物が移送される。一方、固液分離装置26で分離されたアンモニアは、回収導管27によりアンモニア水として回収され、アンモニア水供給装置22に還流される。   Since the pre-saccharification product contains aqueous ammonia, ammonia is separated by the solid-liquid separation device 26 provided in the middle of the transfer conduit 25 while being transferred to the saccharification treatment tank 31 by the transfer conduit 25. . As a result, the ammonia separation saccharification pretreatment product is transferred to the saccharification treatment tank 31. On the other hand, the ammonia separated by the solid-liquid separator 26 is recovered as ammonia water by the recovery conduit 27 and is returned to the ammonia water supply device 22.

糖化処理槽31では、移送導管25を介して供給される前記アンモニア分離糖化前処理物に、糖化酵素供給装置32から供給される糖化酵素を混合し、所定時間保持する。この結果、前記基質としての稲藁に含まれるセルロース、ヘミセルロース等が糖化された糖化溶液が得られる。   In the saccharification treatment tank 31, the saccharification enzyme supplied from the saccharification enzyme supply device 32 is mixed with the ammonia separation saccharification pre-treatment product supplied via the transfer conduit 25, and held for a predetermined time. As a result, a saccharified solution obtained by saccharifying cellulose, hemicellulose and the like contained in rice straw as the substrate is obtained.

前記糖化溶液は、糖化処理槽31の底部に接続された移送導管33により取出され、移送導管33の途中に設けられた固液分離装置34により前記稲藁の残渣等が分離、除去された後、発酵処理槽41に移送される。   The saccharification solution is taken out by a transfer conduit 33 connected to the bottom of the saccharification treatment tank 31, and the rice straw residue and the like are separated and removed by a solid-liquid separation device 34 provided in the middle of the transfer conduit 33. Then, it is transferred to the fermentation treatment tank 41.

発酵処理槽41では、移送導管33を介して供給される前記糖化溶液に、菌体菌体供給装置42から供給される発酵菌又は酵母を混合し、所定時間保持する。この結果、前記糖化溶液に含まれる糖分が前記発酵菌又は酵母によりエタノール発酵し、エタノールを含む発酵溶液が得られる。   In the fermentation treatment tank 41, the fermented bacteria or yeast supplied from the microbial cell supply apparatus 42 is mixed with the saccharified solution supplied via the transfer conduit 33 and held for a predetermined time. As a result, the sugar contained in the saccharified solution is ethanol-fermented with the fermenting bacteria or yeast, and a fermentation solution containing ethanol is obtained.

前記発酵溶液は、発酵処理槽41の底部に接続された移送導管43により取出され、もろみ塔51に移送されるが、何ら処理を施さずに移送すると、もろみ塔51、精留塔52、移送導管54,55、還流導管56等に析出物が付着堆積することが懸念される。   The fermentation solution is taken out by the transfer conduit 43 connected to the bottom of the fermentation treatment tank 41 and transferred to the mash tower 51. If the fermentation solution is transferred without any treatment, the mash tower 51, the rectifying tower 52, the transfer. There is a concern that deposits may deposit on the conduits 54 and 55, the reflux conduit 56, and the like.

図2に、付着堆積する析出物(付着堆積物)のフーリエ変換赤外分光スペクトルを示す。図2から、前記発酵溶液は、リン酸塩、ケイ酸塩(1200〜900cm−1、700〜500cm−1)、タンパク質(1625、1537cm−1、アミド結合)を含むことが認められる。従って、前記析出物は、リン酸塩、ケイ酸塩とタンパク質との複合物であると考えられる。 FIG. 2 shows a Fourier transform infrared spectroscopic spectrum of a deposit (attached deposit) that adheres and accumulates. From FIG. 2, it is recognized that the fermentation solution contains phosphate, silicate (1200 to 900 cm −1 , 700 to 500 cm −1 ), and protein (1625, 1537 cm −1 , amide bond). Therefore, the precipitate is considered to be a complex of phosphate, silicate and protein.

前記タンパク質は、前記糖化に用いられる酵素や、前記発酵に用いられる発酵菌又は酵素の菌体由来の成分であり、前記ケイ酸塩は稲藁自体の成分、リン酸塩は前記発酵菌又は酵素の培養に用いられる成分と考えられる。   The protein is an enzyme used for the saccharification, a fermenting bacterium used for the fermentation, or a component derived from a cell of the enzyme, the silicate is a component of rice straw itself, and the phosphate is the fermentation bacterium or enzyme. It is thought that it is a component used for culturing.

そこで、前記発酵溶液は、まず、移送導管43の途中に設けられた分離装置44に供給されることにより、前記リン酸塩、ケイ酸塩等の無機物が除去される。分離装置44における前記無機物の除去は、pH調整液添加装置46から前記発酵溶液にpH調整液を添加して該発酵溶液のpHを調整することにより前記リン酸塩、ケイ酸塩等の無機化合物を沈殿させることにより行うことができる。また、分離装置44における前記無機物の除去は、凝集剤添加装置47から前記発酵溶液に前記鉄塩、アルミニウム塩、カルシウム塩等の凝集剤を添加して前記無機化合物を凝集させることにより行ってもよい。   Then, the said fermented solution is first supplied to the separation apparatus 44 provided in the middle of the transfer conduit | pipe 43, and inorganic substances, such as the said phosphate and a silicate, are removed. The removal of the inorganic substance in the separation device 44 is performed by adding a pH adjusting solution to the fermentation solution from the pH adjusting solution adding device 46 to adjust the pH of the fermentation solution, and thereby inorganic compounds such as phosphate and silicate. Can be carried out by precipitation. Further, the removal of the inorganic substance in the separation device 44 may be performed by adding a flocculant such as iron salt, aluminum salt, calcium salt or the like to the fermentation solution from the flocculant adding device 47 to agglomerate the inorganic compound. Good.

分離装置44により分離された前記無機化合物は、この段階ではまだ沈殿又は凝集物を形成しているに過ぎず、前記発酵溶液から除去されてはいない。そこで、前記発酵溶液は、次に濾過装置45に供給されることにより、前記無機化合物の沈殿又は凝集物と前記タンパク質とが濾別される。濾過装置45は、例えば、150〜250μmの範囲の目開きのフィルターからなる無機化合物濾過装置と、その下流に備えられ、分画分子量が1000〜3500の範囲の限外濾過膜又は、アクリルもしくはスチレンをジビニルベンゼンで架橋した最頻度半径50〜500Åを有するイオン交換樹脂を備えるタンパク質濾過装置とを備えることにより、前記無機化合物の沈殿又は凝集物と前記タンパク質とを効率よく濾別することができる。   At this stage, the inorganic compound separated by the separation device 44 still forms a precipitate or agglomerate and has not been removed from the fermentation solution. Therefore, the fermentation solution is then supplied to the filtration device 45, whereby the precipitate or aggregate of the inorganic compound and the protein are separated by filtration. The filtration device 45 is, for example, an inorganic compound filtration device composed of a filter having an opening in the range of 150 to 250 μm, and an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut-off in the range of 1000 to 3500, or acrylic or styrene. It is possible to efficiently separate the precipitate or aggregate of the inorganic compound and the protein by providing a protein filtration device provided with an ion exchange resin having a maximum frequency radius of 50 to 500 mm cross-linked with divinylbenzene.

前記発酵溶液は、濾過装置45により前記無機化合物の沈殿又は凝集物と前記タンパク質とが濾別されて除去された後、もろみ塔51に供給される。もろみ塔51では、前記発酵溶液が蒸留されることにより、塔頂液として該発酵溶液より高濃度のエタノールを含む第1のエタノール溶液が得られる。前記第1のエタノール溶液は、もろみ塔51の塔頂部から取出され、移送導管54により精留塔52に移送される。   The fermentation solution is supplied to the mash tower 51 after the precipitate or aggregate of the inorganic compound and the protein are separated and removed by the filtration device 45. In the moromi tower 51, the fermentation solution is distilled to obtain a first ethanol solution containing a higher concentration of ethanol than the fermentation solution as a tower top liquid. The first ethanol solution is taken out from the top of the mash column 51 and transferred to the rectification column 52 through the transfer conduit 54.

精留塔52では、前記第1のエタノール溶液が精留されることにより、塔頂液として第1のエタノール溶液よりさらに高濃度のエタノールを含む第2のエタノール溶液が得られる。第2のエタノール溶液は、精留塔52の塔頂部から取出され、移送導管55により脱水装置53に移送され、脱水される。この結果、製品として99.9重量%程度の濃度のエタノールが得られる。   In the rectifying column 52, the first ethanol solution is subjected to rectification, whereby a second ethanol solution containing ethanol having a higher concentration than the first ethanol solution is obtained as a column top liquid. The second ethanol solution is taken out from the top of the rectifying column 52, transferred to the dehydrating device 53 through the transfer conduit 55, and dehydrated. As a result, ethanol having a concentration of about 99.9% by weight is obtained as a product.

即ち、蒸留塔システム5では、もろみ塔51が回収部として作用し、精留塔52が濃縮部として作用する。尚、精留塔52の塔底液は、還流導管56によりもろみ塔51に還流され、再び蒸留に供される。   That is, in the distillation column system 5, the mash column 51 functions as a recovery unit, and the rectification column 52 functions as a concentration unit. Note that the bottom liquid of the rectifying column 52 is refluxed to the mashing column 51 through the reflux conduit 56 and again used for distillation.

本実施形態のエタノール製造装置1では、蒸留塔システム5の上流側で前記発酵溶液に含有される前記無機化合物及び前記タンパク質が除去されるので、蒸留塔システム5内に析出物が付着堆積することを防止することができる。従って、本実施形態のエタノール製造装置1によれば、蒸留塔システム5を円滑に効率よく運転することができる。   In the ethanol production apparatus 1 of the present embodiment, the inorganic compound and the protein contained in the fermentation solution are removed on the upstream side of the distillation column system 5, so that deposits are deposited in the distillation column system 5. Can be prevented. Therefore, according to the ethanol production apparatus 1 of the present embodiment, the distillation tower system 5 can be smoothly and efficiently operated.

本実施形態のエタノール製造装置1は、もろみ塔51、精留塔52、脱水装置53を備える蒸留塔システム5を備えているが、蒸留塔システム5はもろみ塔51及び精留塔52に代えて、図3に示す内部熱交換型蒸留塔6を備えていてもよい。   The ethanol production apparatus 1 of the present embodiment includes a distillation tower system 5 including a mash tower 51, a rectification tower 52, and a dehydration apparatus 53, but the distillation tower system 5 is replaced with the mash tower 51 and the rectification tower 52. The internal heat exchange distillation column 6 shown in FIG. 3 may be provided.

内部熱交換型蒸留塔6は、第1の蒸留塔61の内部に第2の蒸留塔62が配設され、第2の蒸留塔62の内部と外部とが互いに隔離された構造の単一の蒸留塔63を備える。第1の蒸留塔61は、第2の蒸留塔62の外側となっている部分の上部に、発酵溶液供給手段として、発酵処理槽41から前記発酵溶液を移送する移送導管43が接続されていると共に、塔頂に得られた第1の気体を取り出し、第2の蒸留塔62に供給する気体供給導管64を備えている。   The internal heat exchange type distillation column 6 is a single distillation column having a structure in which a second distillation column 62 is disposed inside a first distillation column 61 and the inside and the outside of the second distillation column 62 are separated from each other. A distillation column 63 is provided. In the first distillation column 61, a transfer conduit 43 for transferring the fermentation solution from the fermentation treatment tank 41 is connected to the upper portion of the portion that is outside the second distillation column 62 as a fermentation solution supply means. At the same time, a gas supply conduit 64 for taking out the first gas obtained at the top of the column and supplying it to the second distillation column 62 is provided.

気体供給導管64は、途中に第1の蒸留塔61内を減圧するドライ真空ポンプ65が設けられており、ドライ真空ポンプ65の下流側で第2の蒸留塔62の底部に接続されている。また、第1の蒸留塔61は、第2の蒸留塔62の外側となっている部分の底部から塔底液を取り出す第1の取出導管66を備えている。第1の取出導管66の途中には、移送導管43から供給される前記発酵溶液と前記塔底液との間で熱交換し、該発酵溶液を予熱する熱交換器67が備えられている。   The gas supply conduit 64 is provided with a dry vacuum pump 65 that depressurizes the inside of the first distillation column 61 in the middle, and is connected to the bottom of the second distillation column 62 on the downstream side of the dry vacuum pump 65. The first distillation column 61 includes a first extraction conduit 66 for extracting the column bottom liquid from the bottom of the portion that is outside the second distillation column 62. A heat exchanger 67 is provided in the middle of the first extraction conduit 66 to exchange heat between the fermentation solution supplied from the transfer conduit 43 and the bottom liquid and to preheat the fermentation solution.

また、第1の蒸留塔61の底部には、第1の蒸留塔61内に直接蒸気を供給して第1の蒸留塔61を加熱する蒸気管68が備えられている。内部熱交換型蒸留塔6では、熱交換器67及び蒸気管68により、第1の蒸留塔61を加熱する加熱手段が構成されている。   In addition, a steam pipe 68 that heats the first distillation column 61 by supplying steam directly into the first distillation column 61 is provided at the bottom of the first distillation column 61. In the internal heat exchange distillation column 6, the heat exchanger 67 and the steam pipe 68 constitute a heating means for heating the first distillation column 61.

一方、第2の蒸留塔62の塔頂部には、第2の蒸留塔62内部の塔頂液を取り出す第2の取出導管69が備えられており、コンデンサー70を介して製品としてのエタノールが取出される。また、コンデンサー70は、残液を第2の蒸留塔62内部に還流する還流導管71を備えている。   On the other hand, the top of the second distillation column 62 is provided with a second extraction conduit 69 for extracting the liquid at the top of the second distillation column 62, and ethanol as a product is extracted via the condenser 70. Is done. Further, the condenser 70 includes a reflux conduit 71 for refluxing the residual liquid into the second distillation column 62.

内部熱交換型蒸留塔6によれば、まず、移送導管43から第1の蒸留塔61に供給された前記発酵溶液が熱交換器67で、第1の蒸留塔61の塔底液と熱交換することより予熱され、さらに蒸気管68から第1の蒸留塔61に供給される蒸気により加熱される。この結果、前記発酵溶液が蒸留され、第1の蒸留塔61の塔頂に、該発酵溶液より高濃度のエタノールを含む第1の気体が得られる。前記第1の気体は、気体供給導管64を介して第2の蒸留塔62に供給されるが、このときドライ真空ポンプ65により第1の蒸留塔61内が減圧される。従って、第1の蒸留塔61内が大気圧以下の減圧状態となる一方、第2の蒸留塔62内は大気圧となり、第1の蒸留塔61内よりも第2の蒸留塔62内の温度の方が高温になる。   According to the internal heat exchange distillation column 6, first, the fermentation solution supplied from the transfer conduit 43 to the first distillation column 61 is exchanged with the column bottom liquid of the first distillation column 61 by the heat exchanger 67. Then, it is preheated and further heated by the steam supplied from the steam pipe 68 to the first distillation column 61. As a result, the fermentation solution is distilled, and a first gas containing ethanol having a higher concentration than the fermentation solution is obtained at the top of the first distillation column 61. The first gas is supplied to the second distillation column 62 via the gas supply conduit 64. At this time, the inside of the first distillation column 61 is depressurized by the dry vacuum pump 65. Therefore, while the inside of the first distillation column 61 is in a reduced pressure state below atmospheric pressure, the inside of the second distillation column 62 is at atmospheric pressure, and the temperature in the second distillation column 62 is higher than that in the first distillation column 61. Becomes hotter.

この結果、前記第1の気体は、第2の蒸留塔62でさらに蒸留され、第2の蒸留塔62の塔頂に、さらに高濃度のエタノールを含む第2の気体が得られる。前記第2の気体は第2の取出導管69により取出され、コンデンサー70で冷却されて液化されることにより、前記発酵溶液より高濃度のエタノールを含むエタノール溶液を得ることができる。コンデンサー70の残液は、還流導管71により第2の蒸留塔62内部に還流される。   As a result, the first gas is further distilled in the second distillation column 62, and a second gas containing a higher concentration of ethanol is obtained at the top of the second distillation column 62. The second gas is taken out by the second take-out conduit 69, cooled by the condenser 70 and liquefied, so that an ethanol solution containing a higher concentration of ethanol than the fermentation solution can be obtained. The residual liquid in the condenser 70 is refluxed into the second distillation column 62 through the reflux conduit 71.

ここで、内部熱交換型蒸留塔6では、第2の蒸留塔62内の温度の方が第1の蒸留塔61内の温度より高温となるので、第2の蒸留塔62の側壁を伝熱面として第2の蒸留塔62の熱が第1の蒸留塔61に移動する。前記熱移動の結果、第1の蒸留塔61はさらに加熱され、第2の蒸留塔62の温度は低下するので、加熱及び冷却の仕事量を低減することができ、蒸留に要する熱エネルギーを低減することができる。   Here, in the internal heat exchange type distillation column 6, the temperature in the second distillation column 62 is higher than the temperature in the first distillation column 61, so that heat is transferred through the side wall of the second distillation column 62. As a surface, the heat of the second distillation column 62 moves to the first distillation column 61. As a result of the heat transfer, the first distillation column 61 is further heated and the temperature of the second distillation column 62 is lowered, so that the work of heating and cooling can be reduced and the thermal energy required for distillation is reduced. can do.

ところが、伝熱面となる第2の蒸留塔62の側壁に前記析出物が付着堆積すると、該析出物が断熱材として作用するために熱伝達抵抗が増大し、第2の蒸留塔62から第1の蒸留塔61への前記熱移動が阻害されることが懸念される。   However, when the deposit adheres to and deposits on the side wall of the second distillation column 62 serving as a heat transfer surface, the precipitate acts as a heat insulating material, so that the heat transfer resistance increases. There is a concern that the heat transfer to the first distillation column 61 is hindered.

しかし、本実施形態のエタノール製造装置1によれば、濾過装置45により前記タンパク質と前記無機化合物とが濾別されるので、第2の蒸留塔62の側壁に析出物が付着堆積することを防止して、内部熱交換型蒸留塔6を円滑に運転することができる。従って、もろみ塔51と精留塔52とを用いる場合よりも、蒸留に要する熱エネルギーをさらに低減することができる。   However, according to the ethanol production apparatus 1 of the present embodiment, the protein and the inorganic compound are separated by the filtration device 45, so that deposits are prevented from being deposited on the side walls of the second distillation column 62. Thus, the internal heat exchange distillation column 6 can be smoothly operated. Therefore, the heat energy required for distillation can be further reduced as compared with the case where the mash column 51 and the rectifying column 52 are used.

1…エタノール製造装置、 2…前処理装置、 3…糖化処理装置、 4…発酵処理装置、 5…蒸留塔システム、 44…除去装置、 45…濾過装置、 46…pH調整液添加装置、 47…凝集剤添加装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ethanol production apparatus, 2 ... Pre-processing apparatus, 3 ... Saccharification processing apparatus, 4 ... Fermentation processing apparatus, 5 ... Distillation tower system, 44 ... Removal apparatus, 45 ... Filtration apparatus, 46 ... pH adjustment liquid addition apparatus, 47 ... Flocculant addition device.

Claims (7)

バイオマスの糖化溶液を発酵させる発酵手段と、該発酵手段で得られた発酵溶液を蒸留する蒸留手段と、該発酵溶液を該発酵手段から該蒸留手段に移送する移送手段とを備えるエタノール製造装置において、
前記移送手段は、途中に、該発酵溶液に含まれる無機化合物を分離する分離手段と、該発酵溶液に含まれるタンパク質及び該分離手段により分離された該無機化合物を該発酵溶液から濾別する濾過手段とを備えることを特徴とするエタノール製造装置。
In an ethanol production apparatus comprising fermentation means for fermenting a saccharified solution of biomass, distillation means for distilling the fermentation solution obtained by the fermentation means, and transfer means for transferring the fermentation solution from the fermentation means to the distillation means ,
The transfer means includes separation means for separating the inorganic compound contained in the fermentation solution, and filtration for separating the protein contained in the fermentation solution and the inorganic compound separated by the separation means from the fermentation solution. And an ethanol production apparatus.
請求項1記載のエタノール製造装置において、前記分離手段は前記発酵溶液に凝集剤を添加する添加手段又は、前記発酵溶液のpH調整を行う調整手段を備えることを特徴とするエタノール製造装置。   2. The ethanol production apparatus according to claim 1, wherein the separation unit includes an addition unit that adds a flocculant to the fermentation solution or an adjustment unit that adjusts the pH of the fermentation solution. 請求項1又は請求項2記載のエタノール製造装置において、前記濾過手段は前記無機化合物を前記発酵溶液から濾別する無機化合物濾過手段と、該無機化合物濾過手段の下流側に備えられ前記タンパク質を前記発酵溶液から濾別するタンパク質濾過手段とを備えることを特徴とするエタノール製造装置。   3. The ethanol production apparatus according to claim 1, wherein the filtering unit includes an inorganic compound filtering unit that separates the inorganic compound from the fermentation solution, and a downstream side of the inorganic compound filtering unit. An ethanol production apparatus comprising protein filtration means for filtering from a fermentation solution. 請求項3記載のエタノール製造装置において、前記無機化合物濾過手段は、75〜500μmの範囲の目開きのフィルターであることを特徴とするエタノール製造装置。   The ethanol production apparatus according to claim 3, wherein the inorganic compound filtering means is a filter having an opening in the range of 75 to 500 μm. 請求項3記載のエタノール製造装置において、前記タンパク質濾過手段は、分画分子量が1000〜3500の範囲の限外濾過膜又は、アクリルもしくはスチレンをジビニルベンゼンで架橋した最頻度半径50〜500Åを有するイオン交換樹脂を備えることを特徴とするエタノール製造装置。   The ethanol production apparatus according to claim 3, wherein the protein filtering means is an ultrafiltration membrane having a molecular weight cut-off in the range of 1000 to 3500, or an ion having a maximum frequency radius of 50 to 500Å obtained by crosslinking acrylic or styrene with divinylbenzene. An ethanol production apparatus comprising an exchange resin. 請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載のエタノール製造装置において、前記蒸留手段は、第1の蒸留塔と、第1の蒸留塔の内部に配設されその内部と外部とが隔離された第2の蒸留塔と、第1の蒸留塔に前記発酵溶液を供給する発酵溶液供給手段と、第1の蒸留塔の塔頂に得られた第1の気体を取り出して第2の蒸留塔に供給する気体供給導管と、気体供給導管の途中に設けられ第2の蒸留塔内を第1の蒸留塔内よりも高圧にする圧力差生成手段と、第1の蒸留塔の塔底液を取り出す第1の取出導管と、第1の蒸留塔を加熱する加熱手段と、第2の蒸留塔の塔頂に得られた第2の気体を取り出す第2の取出導管と、第2の取出導管の途中に設けられ第2の気体を冷却して液化させるコンデンサーとを備え、第2の蒸留塔の側壁を伝熱面として第2の蒸留塔の熱を第1の蒸留塔に移動させる内部熱交換型蒸留塔を備えることを特徴とするエタノール製造装置。   The ethanol production apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the distillation means is disposed in the first distillation column and the first distillation column so that the inside and the outside are isolated from each other. The second distillation column, the fermentation solution supply means for supplying the fermentation solution to the first distillation column, and the second distillation column by taking out the first gas obtained at the top of the first distillation column. A gas supply conduit for supplying to the gas, a pressure difference generating means provided in the middle of the gas supply conduit to make the pressure in the second distillation column higher than that in the first distillation column, and a bottom liquid of the first distillation column A first extraction conduit to be extracted; heating means for heating the first distillation column; a second extraction conduit for extracting a second gas obtained at the top of the second distillation column; and a second extraction conduit And a condenser for cooling and liquefying the second gas, and the side wall of the second distillation column is a heat transfer surface. Further comprising an internal heat exchanging type distillation column heat of the second distillation column is moved to the first distillation column Te ethanol production apparatus according to claim. 請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載のエタノール製造装置において、前記バイオマスはリグノセルロース系バイオマスであることを特徴とするエタノール製造装置。   The ethanol production apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the biomass is lignocellulosic biomass.
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