JP2013048583A - Method and apparatus for producing bioethanol - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and apparatus for producing bioethanol using paper as a raw material and producing ethanol inexpensively and efficiently.SOLUTION: In the bioethanol production apparatus, the ethanol is inexpensively and efficiently produced from the paper by the bioethanol production apparatus and the production method, in which a cooling part of a heat pump device includes an ethanol recovering unit for cooling/recovering the generated ethanol.

Description

本発明は、酵素法を用いたバイオエタノールの製造方法および製造装置に関し、さらに詳しくは、紙を原料とし、低コストでかつ効率的にエタノールを製造するバイオエタノールの製造方法および製造装置に関するものである。   The present invention relates to a bioethanol production method and production apparatus using an enzymatic method, and more particularly to a bioethanol production method and production apparatus for producing ethanol at low cost and efficiently using paper as a raw material. is there.

現在、世界各国にて、セルロース系バイオマスを原料とするバイオエタノールの製造技術が研究開発されている。   Currently, bioethanol production technology using cellulosic biomass as a raw material is being researched and developed around the world.

セルロース系バイオマスとは、紙や木や草、あるいは、農作物の残渣のことであり、具体的には、古紙やシュレッダー紙や建築廃材や間伐材、稲藁やバガス(サトウキビの搾りかす)、トウモロコシの茎や葉などが挙げられる。   Cellulosic biomass refers to paper, wood, grass, or crop residues. Specifically, waste paper, shredder paper, construction waste, thinned wood, rice straw, bagasse (sugar cane squeezed), corn Stalks and leaves.

バイオマスから生成した糖を発酵させて生産されるバイオエタノールの製造方法としては、濃硫酸法、希硫酸法、酵素法などの開発が行われている。近年、これらの製造方法の中でも、特に、酵素法に注目が集まっている。   As a method for producing bioethanol produced by fermenting sugar produced from biomass, a concentrated sulfuric acid method, a dilute sulfuric acid method, an enzymatic method, and the like have been developed. In recent years, among these production methods, the enzyme method has attracted attention.

酵素法は、酵素によりバイオマスに含まれるセルロースとヘミセルロースを分解して糖類を生成し、その糖類を酵母菌などの発酵菌により発酵させてエタノールを生成する方法である。   The enzymatic method is a method in which cellulose and hemicellulose contained in biomass are decomposed by an enzyme to produce a saccharide, and the saccharide is fermented by a fermenting bacterium such as a yeast to produce ethanol.

通常、紙は、特にオフィスで使用される印刷紙は、アミロースや炭酸カルシウムで表面を保護される形態で存在している。   Usually, paper, especially printing paper used in offices, exists in a form in which the surface is protected with amylose or calcium carbonate.

そのため、セルロースを酵素分解するためには、初めに表面を破壊してセルロースを露出させる必要がある。   Therefore, in order to enzymatically decompose cellulose, it is necessary to first destroy the surface to expose the cellulose.

また、セルロースはグルコースが脱水縮合した単純多糖類である。   Cellulose is a simple polysaccharide in which glucose is dehydrated and condensed.

これらセルロースは、結合力が強く、この結合を酵素により加水分解するためには、予めセルロースの構造を少し分解しておく必要がある。   These celluloses have a strong binding force, and in order to hydrolyze this bond with an enzyme, it is necessary to decompose the cellulose structure a little in advance.

このような紙表面の破壊処理、並びに、セルロースの構造分解処理のことを、前処理と呼んでいる。   Such a destruction treatment of the paper surface and a structure decomposition treatment of cellulose are called pretreatment.

来の紙の前処理技術としては、希硫酸分解、水蒸気爆砕、アンモニア爆砕、熱水・超臨界水を用いる方法、微生物分解、微粉砕、化学薬品処理などが知られている。   As conventional paper pretreatment techniques, dilute sulfuric acid decomposition, steam explosion, ammonia explosion, method using hot water / supercritical water, microbial decomposition, pulverization, chemical treatment and the like are known.

処理は、古紙を含む廃棄物の場合は酸、アルカリなどの薬品や高温、高圧によらない簡単な前処理が好ましく、例えば、裁断(シュレッディング)やミキシングをして繊維をほぐす離解処理等が好適である。   In the case of waste including waste paper, simple pretreatment that does not depend on chemicals such as acid and alkali, high temperature, and high pressure is preferable. For example, shredding or mixing to loosen fibers by shredding or mixing. Is preferred.

処理が施されたバイオマスは、酵素により分解されるが、この酵素分解反応の温度、pH、反応時間などは酵素の特性や性能に応じて調整される。   The treated biomass is decomposed by an enzyme, and the temperature, pH, reaction time, etc. of this enzymatic decomposition reaction are adjusted according to the characteristics and performance of the enzyme.

素分解反応速度は、温度が高くなるほど速くなるため、反応操作温度は酵素の耐熱温度とされ、一般には40〜60℃である。   Since the elementary decomposition reaction rate increases as the temperature increases, the reaction operation temperature is the heat resistant temperature of the enzyme, and is generally 40 to 60 ° C.

セルロースが酵素により加水分解されるとグルコースが生成し、ヘミセルロースが酵素により加水分解されるとグルコース、キシロース、マンノースなどが生成される。   When cellulose is hydrolyzed by an enzyme, glucose is produced, and when hemicellulose is hydrolyzed by an enzyme, glucose, xylose, mannose and the like are produced.

そして、セルロースとヘミセルロースの酵素分解反応により得られた糖類を含む溶液に発酵菌を添加して、糖類を発酵させてエタノールを生成する。   And fermenting bacteria are added to the solution containing the saccharide obtained by the enzymatic decomposition reaction of cellulose and hemicellulose, and the saccharide is fermented to produce ethanol.

一般に、エタノールの至適発酵温度は40℃以下であり、これ以上の温度では発酵菌が死滅し、発酵が進まなくなる。   In general, the optimum fermentation temperature for ethanol is 40 ° C. or lower, and at temperatures higher than this, the fermenting bacteria are killed and the fermentation does not proceed.

このような方法で生成されたエタノールを含む溶液の濃度は十数パーセン以下程度にしているが、これは10%程度以上になると酵素および酵母に悪影響を与え、生産効率を低下させる原因となるためである。   The concentration of the ethanol-containing solution produced by such a method is set to about a dozen percent or less, but if it exceeds about 10%, it will adversely affect the enzyme and yeast and cause a decrease in production efficiency. It is.

上記発酵によって発生したエタノール溶液を濃縮・脱水することによって、無水エタノールが得られる。   By concentrating and dehydrating the ethanol solution generated by the fermentation, absolute ethanol can be obtained.

一般に、エタノールを含む溶液の濃縮・脱水には、蒸留及びPSA(PressureSwing Adsorption)を組み合わせたもの、あるいは蒸留および膜分離組み合わせたプロセスが採用されている。   In general, for the concentration and dehydration of a solution containing ethanol, a process combining distillation and PSA (Pressure Swing Adsorption) or a process combining distillation and membrane separation is employed.

PSAとは、加圧と減圧を繰り返すことにより、ゼオライト(モレキュラーシーブ)などの吸着材に水を吸着させる方式である。   PSA is a system in which water is adsorbed on an adsorbent such as zeolite (molecular sieve) by repeating pressurization and decompression.

ところで、上記の酵素法では、セルロースとヘミセルロースを酵素分解する際、分解生成物のグルコースが酵素分解の反応阻害物質となる。   By the way, in the enzyme method described above, when enzymatically decomposing cellulose and hemicellulose, the decomposition product glucose becomes a reaction inhibitor of enzymatic degradation.

そのため、酵素分解反応が進行し、溶液中のグルコース濃度が高くなるにしたがって、反応速度が低下し、最終的には、あるグルコース濃度に到達した時点で、それ以上反応が進行しなくなる。   Therefore, as the enzymatic decomposition reaction progresses and the glucose concentration in the solution increases, the reaction rate decreases, and eventually the reaction does not proceed further when a certain glucose concentration is reached.

このような問題を解決するために、一般的に、酵素分解とエタノール発酵を1つの反応槽内にて同時に進行させる同時糖化発酵法と呼ばれる方法が用いられている(例えば、特許文献1参照)。   In order to solve such a problem, generally, a method called a simultaneous saccharification and fermentation method in which enzymatic decomposition and ethanol fermentation simultaneously proceed in one reaction tank is used (for example, see Patent Document 1). .

なお、糖化とは、セルロースやヘミセルロースを酵素分解してグルコースなどの糖類を生成するプロセスのことである。   Note that saccharification is a process for producing sugars such as glucose by enzymatic degradation of cellulose and hemicellulose.

この同時糖化発酵法は、以下に示すような方法である。   This simultaneous saccharification and fermentation method is a method as described below.

先ず、古紙などを前処理し、反応槽内へ投入後、酵素を含む培地を添加することにより酵素分解反応を進行させる。   First, waste paper or the like is pretreated, put into a reaction tank, and then an enzyme-decomposing reaction is advanced by adding a medium containing the enzyme.

酵素分解反応がある程度進行した時点で、固液分離する。   Solid-liquid separation is performed when the enzymatic decomposition reaction proceeds to some extent.

分離後、反応槽内に発酵菌を投入する。   After separation, fermenting bacteria are put into the reaction tank.

すると、発酵菌が酵素分解反応により生成したグルコースをエタノールに変換するため、グルコース濃度が下がり、反応阻害要因が減少するので酵素分解反応がさらに進行するとともに、エタノールの生成も進行する。   Then, since the fermenting bacteria convert glucose produced by the enzymatic decomposition reaction into ethanol, the glucose concentration is lowered and the reaction inhibition factor is decreased, so that the enzymatic decomposition reaction further proceeds and the production of ethanol also proceeds.

あるいは、反応槽内で前処理したシュレッダー紙などに最初から酵素及び発酵菌を添加してエタノール生成を実施してもよい。   Alternatively, ethanol production may be performed by adding enzymes and fermenting bacteria from the beginning to shredder paper pretreated in a reaction tank.

前処理工程では、希硫酸分解、水蒸気爆砕、アンモニア爆砕、熱水・超臨界水を用いる方法、微生物分解、微粉砕、化学薬品処理などの公知の方法が用いられる。   In the pretreatment step, known methods such as dilute sulfuric acid decomposition, steam explosion, ammonia explosion, method using hot water / supercritical water, microbial decomposition, fine pulverization, chemical treatment and the like are used.

以上のことから、通常同時糖化発酵法のプラントは、大きく分けて3つの工程、微粉砕などの前処理工程、糖化・発酵工程、蒸留・脱水工程からなる。   From the above, the plant of the simultaneous simultaneous saccharification and fermentation method is roughly divided into three steps, a pretreatment step such as pulverization, a saccharification / fermentation step, and a distillation / dehydration step.

微粉砕前処理工程では、原料を、湿式ディスクミルや化学薬品などを用いて微粉砕する。   In the fine pulverization pretreatment step, the raw material is finely pulverized using a wet disk mill or chemicals.

この処理で原料の繊維がほぐされ、酵素による糖化が容易になる。   This treatment loosens the raw fibers and facilitates saccharification with enzymes.

この工程で化学薬品を使用する場合には通常加熱して化学反応速度を上げて工程時間の短縮化をはかる。   When chemicals are used in this process, the process time is usually shortened by heating to increase the chemical reaction rate.

糖化・発酵工程では、主糖化・発酵タンク内で、微粉砕された原料と発酵菌培養液を混合し、糸状菌が産出するセルラーゼやヘミセルラーゼによって原料を糖化する。   In the saccharification / fermentation process, the finely pulverized raw material and the fermentation bacterial culture are mixed in the main saccharification / fermentation tank, and the raw material is saccharified by cellulase or hemicellulase produced by filamentous fungi.

さらにその液に酵母培養液を加え、エタノール発酵を行わせる。この工程では酵素反応及び発酵反応を維持するために一定温度にしなければならず、加熱あるいは冷却が必要となる。   Furthermore, a yeast culture liquid is added to the liquid, and ethanol fermentation is performed. In this step, the temperature must be constant in order to maintain the enzyme reaction and fermentation reaction, and heating or cooling is required.

蒸留工程では、反応後の発酵液をそのまま一次蒸留装置に移して蒸留する。この工程では、エチルアルコールの沸点以上に加熱し、アルコールを蒸発させた後に冷却している。   In the distillation step, the fermented liquid after the reaction is directly transferred to a primary distillation apparatus and distilled. In this step, heating is performed to the boiling point of ethyl alcohol or higher, and the alcohol is evaporated and then cooled.

さらに高濃度のエタノールが必要な場合には、得られた蒸留産物をさらに二次蒸留装置、膜脱水装置を経て99.5%以上のバイオエタノールとして製造される場合もある。   When a higher concentration of ethanol is required, the obtained distillation product may be further produced as a bioethanol of 99.5% or more through a secondary distillation apparatus and a membrane dehydration apparatus.

このように通常、バイオエタノール作製は各工程それぞれがひとつの装置であり、各工程における装置ごとに加熱あるいは、および冷却が必要となる。   As described above, in general, bioethanol production is an apparatus for each process, and heating or cooling is required for each apparatus in each process.

特開2002−186938号公報JP 2002-186938 A

しかしながら、前記従来の方法では、これまでのバイオエタノール作製には上記で示したような各工程からなるそれぞれの装置に対して加熱・冷却工程があり、その結果としてエネルギー収率を低下させていた。   However, in the conventional method, there are heating / cooling steps for each device composed of the steps as described above in the production of bioethanol so far, resulting in a decrease in energy yield. .

特に前処理工程では、過剰な熱、材料を必要としそれゆえエネルギー収率を低下させていた。   In particular, the pre-treatment process requires excessive heat and materials, and therefore reduces the energy yield.

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、セルロース含有物を前処理する際にイオン液体を用いることにより効率向上および低コスト化を図ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to improve efficiency and reduce costs by using an ionic liquid when pretreating a cellulose-containing material.

本発明のバイオエタノールの製造装置は、
筐体と、
筐体内に弾性支持され、紙に含まれるセルロースを酵素分解し、その酵素分解により生成した糖類を発酵させるための酵素分解・発酵槽と、
前記酵素分解・発酵槽に紙を投入するための投入口と、
前記酵素分解・発酵槽内に少なくとも1種類の添加剤を収納できるカートリッジと、
前記カートリッジに収納した添加剤を前記酵素分解・発酵槽内に投入できる手段と前記酵素分解・発酵槽内に回転可能に設けられた回転槽と、
前記酵素分解・発酵槽内に水を供給する供水手段と、
前記酵素分解・発酵槽外に廃棄物を廃棄する廃棄手段と、
ヒートポンプ装置と、
送風手段によって前記ヒートポンプ装置から前記回転槽内に空気を供給する給気口ホースと、
前記回転槽内の空気を前記酵素分解・発酵槽外へ排出する排気口ホースと、
前記ヒートポンプ装置を固定した取り付けベースと、
前記各手段を制御するための制御手段と、
を具備し、
前記ヒートポンプ装置の冷却部が生成されたエタノールを冷却、回収するためのエタノール回収手段を具備していることを特徴する。
The bioethanol production apparatus of the present invention comprises:
A housing,
Enzymatic decomposition and fermenter for fermenting saccharides produced by enzymatic decomposition of cellulose contained in paper, elastically supported in the case, and enzymatic decomposition;
A slot for feeding paper into the enzymatic decomposition / fermentor;
A cartridge capable of storing at least one additive in the enzymatic decomposition / fermentor;
Means for allowing the additive contained in the cartridge to be put into the enzymatic decomposition / fermentor, and a rotating tank provided rotatably in the enzymatic decomposition / fermentor;
Water supply means for supplying water into the enzymatic decomposition / fermentor;
A disposal means for disposing of the waste outside the enzymatic decomposition / fermentor;
A heat pump device;
An air supply hose for supplying air from the heat pump device into the rotary tank by a blowing means;
An exhaust hose for discharging the air in the rotating tank to the outside of the enzymatic decomposition / fermentor;
A mounting base to which the heat pump device is fixed;
Control means for controlling each means;
Comprising
The cooling unit of the heat pump device includes ethanol recovery means for cooling and recovering the generated ethanol.

本発明のバイオエタノールの製造装置は、ヒートポンプ装置の加温部が前記酵素分解・発酵槽の加熱手段を兼ねていることが好ましい。   In the bioethanol production apparatus of the present invention, it is preferable that the heating unit of the heat pump device also serves as a heating means for the enzyme decomposition / fermentor.

本発明のバイオエタノールの製造装置は、添加剤が前処理剤、酵素、発酵菌、発酵菌活性化剤であり、それぞれの添加剤を収納できる4つの容器からなる投入器を具備し、それぞれ独立して前記酵素分解・発酵槽内に投入可能にすることが好ましい。   The bioethanol production apparatus of the present invention includes a pre-treatment agent, an enzyme, a fermentative bacterium, and a fermentative fungus activator. Thus, it is preferable that the enzyme can be introduced into the enzymatic decomposition / fermentor.

本発明のバイオエタノールの製造装置は、取り付けベースがヒートポンプ装置の圧縮機、放熱器、絞り手段、吸熱器、管路、放熱器風路、吸熱器風路および循環ダクトを装備したことが好ましい。   In the bioethanol production apparatus of the present invention, the mounting base is preferably equipped with a compressor of a heat pump device, a radiator, a throttle means, a heat absorber, a pipe, a radiator air passage, a heat absorber air passage, and a circulation duct.

本発明のバイオエタノールの製造装置は、酵素分解・発酵槽を前方高位に傾けて形成されていることが好ましい。   The bioethanol production apparatus of the present invention is preferably formed by tilting the enzyme decomposition / fermenter forward and high.

本発明のバイオエタノールの製造方法は、
紙に含まれるセルロース構造分解処理する前処理工程と、
前記前処理工程にて構造分解処理を施した古紙などに含まれるセルロースを酵素分解する酵素分解工程と、
前記酵素分解工程にて生成した糖類を発酵する発酵工程と、
前記発酵工程にて生成したエタノールを含む水蒸気をヒートポンプ装置の吸熱部にて冷却回収する工程と
を有することを特徴とする。
The method for producing bioethanol of the present invention comprises:
A pretreatment step for decomposing cellulose structure contained in paper;
An enzymatic decomposition step for enzymatically decomposing cellulose contained in the waste paper subjected to structural decomposition treatment in the pretreatment step;
A fermentation process for fermenting the saccharides produced in the enzymatic decomposition process;
And a step of cooling and recovering water vapor containing ethanol produced in the fermentation step in an endothermic part of a heat pump device.

本発明のバイオエタノールの製造方法は、前記酵素分解工程にて生成した糖類を含む溶液から酵素を分離する酵素分離工程を有することが好ましい。   The method for producing bioethanol of the present invention preferably has an enzyme separation step of separating the enzyme from the solution containing the saccharide produced in the enzyme decomposition step.

本発明のバイオエタノールの製造方法は、前記酵素分解工程及び発酵工程時に前記酵素分解・発酵槽をヒートポンプ装置の放熱部にて加温する工程を有することが好ましい。   The method for producing bioethanol of the present invention preferably includes a step of heating the enzyme decomposition / fermentor in a heat radiating part of a heat pump device during the enzyme decomposition step and the fermentation step.

本発明は、低コストでかつ効率的にシュレッダー紙などの原料の前処理からエタノール発酵までを一つの反応槽で実施すると共に、熱交換器を利用して効率的にそれぞれの工程に必要な加熱と冷却を実施することできるバイオエタノールの製造方法及びそれを用いた装置を提供する。   The present invention implements from a pretreatment of raw materials such as shredder paper to ethanol fermentation in a single reaction tank at a low cost and efficiently, and uses a heat exchanger to efficiently perform heating necessary for each step. And a bioethanol production method capable of performing cooling and an apparatus using the same.

本発明の実施の形態1のバイオエタノール製造装置の外観斜視図1 is an external perspective view of a bioethanol production apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 同バイオエタノール製造装置の要部断面図Cross section of the main part of the bioethanol production system 同バイオエタノール製造装置の要部断面図Cross section of the main part of the bioethanol production system 同バイオエタノール製造装置のシステム概念図System diagram of the bioethanol production system 同バイオエタノール製造装置の要部断面図Cross section of the main part of the bioethanol production system 装置の要部断面図、図6は添加試薬の投入器のシステム概念図FIG. 6 is a conceptual diagram of a system of an additive reagent feeder.

本発明のバイオエタノールの製造装置および製造方法の最良の形態について説明する。   The best mode of the bioethanol production apparatus and production method of the present invention will be described.

なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。   This embodiment is specifically described for better understanding of the gist of the invention, and does not limit the present invention unless otherwise specified.

本発明において、処理の対象とされるセルロース含有物は、セルロースを含有するものであれば特に制限されないが、特に古紙、または古紙を含む廃棄物などの古紙類は、簡単な前処理だけで酵素による糖化処理を行うのに好適であるので好ましい。   In the present invention, the cellulose-containing material to be treated is not particularly limited as long as it contains cellulose. In particular, waste paper such as waste paper or waste including waste paper can be obtained by simple pretreatment only. Since it is suitable for performing the saccharification process by this, it is preferable.

ここでの古紙を含む廃棄物とは、例えば家庭から排出される都市ゴミ、飲食産業やオフィス、印刷業者などから排出される事業系廃棄物であるシュレッダー紙などである。   The waste including waste paper here is, for example, city waste discharged from households, shredder paper that is business waste discharged from the food and beverage industry, offices, printing companies, and the like.

実施形態
図1は、本発明の第1の実施の形態におけるバイオエタノールの製造装置の外観斜視図、
図2は筐体1の背面1b方向から見た断面図、
図3は図1のA−A線に沿って切断した断面図、
図4はヒートポンプ装置の構成を含んだシステム概念図、
図5は、装置の要部断面図、
図6は添加試薬の投入器のシステム概念図
である。
Embodiment FIG. 1 is an external perspective view of a bioethanol production apparatus according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a cross-sectional view of the housing 1 as viewed from the back 1b direction.
3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 4 is a conceptual diagram of the system including the configuration of the heat pump device.
FIG. 5 is a sectional view of an essential part of the device,
FIG. 6 is a conceptual diagram of a system of an additive reagent feeder.

各図に示すように、筐体1の内部には、複数のサスペンション2によって弾性的に支持された円筒状の酵素分解・発酵槽3を設け、前処理・酵素分解・発酵時の振動をサスペンション2によって吸収する。   As shown in each figure, a cylindrical enzyme decomposition / fermentation tank 3 elastically supported by a plurality of suspensions 2 is provided inside the casing 1 to suspend vibration during pretreatment, enzyme decomposition, and fermentation. Absorb by 2.

図3、図4および図5を用いて説明する。   This will be described with reference to FIGS. 3, 4 and 5.

酵素分解・発酵槽3の内部には、シュレッダー紙4を収容する円筒状で横軸型の回転槽5を回転可能に設け、駆動モータ6により回転駆動される。   Inside the enzymatic decomposition / fermentation tank 3, a cylindrical and horizontal axis type rotary tank 5 that accommodates the shredder paper 4 is rotatably provided and is driven to rotate by a drive motor 6.

筐体1の前面にはシュレッダー紙4を出し入れする開口部1aと、これを開閉する扉7が設けられている。   On the front surface of the housing 1, an opening 1a for inserting and removing the shredder paper 4 and a door 7 for opening and closing the shredder paper 4 are provided.

酵素分解・発酵槽3および回転槽5の前面側にも同様の開口部3a、5bを有し、この酵素分解・発酵槽3の開口部3aはベローズ8によって筐体1の開口部1aと密に連結されている。   Similar openings 3 a and 5 b are also provided on the front side of the enzymatic decomposition / fermentation tank 3 and the rotating tank 5, and the opening 3 a of the enzymatic decomposition / fermentation tank 3 is closely connected to the opening 1 a of the housing 1 by the bellows 8. It is connected to.

酵素分解・発酵槽3の底部には廃棄物を含んだ排水を排出する排水口9を有し、排水弁10に連結されている。   The bottom of the enzymatic decomposition / fermenter 3 has a drain port 9 for discharging waste water containing waste, and is connected to a drain valve 10.

送風手段を構成する送風機12は、筐体1の上面1cと側面1dが成す隅部空間に位置するように設けられている。   The blower 12 constituting the blowing means is provided so as to be positioned in a corner space formed by the upper surface 1c and the side surface 1d of the housing 1.

送風機12は酵素分解・発酵槽3の外面に設けた給気ダクト20と連通し、給気ダクト20の給気ダクト入口21から入った空気を矢印cの方向に送風して給気口14から回転槽5内に供給する。   The blower 12 communicates with an air supply duct 20 provided on the outer surface of the enzyme decomposition / fermentor 3, and blows air that has entered from the air supply duct inlet 21 of the air supply duct 20 in the direction of arrow c from the air supply port 14. It supplies in the rotation tank 5.

また、酵素分解・発酵槽3の外面には、酵素分解・発酵槽3の側面部の排気口16と連通する排気ダクト22を設け、回転槽5および酵素分解・発酵槽3を通過して排気口16から出てきた空気を矢印dのように排気ダクト出口23へ導出する。   Further, an exhaust duct 22 is provided on the outer surface of the enzyme decomposition / fermentation tank 3 so as to communicate with the exhaust port 16 on the side surface of the enzyme decomposition / fermentation tank 3. The exhaust duct 22 passes through the rotary tank 5 and the enzyme decomposition / fermentation tank 3 and is exhausted. The air coming out from the port 16 is led to the exhaust duct outlet 23 as shown by the arrow d.

酵素分解・発酵槽3の下部には、ヒートポンプ装置を構成する熱交換器からなる吸熱器30に矢印aの方向に空気を流す吸熱器風路31と、同様に熱交換器からなる放熱器32に矢印bの方向に空気を流す放熱器風路33とが水平方向に並べて配設され、この吸熱器風路31と放熱器風路33とは循環ダクト34で連通して吸熱器30および放熱器32を通過する空気が直線的に流れるようになっている。   At the lower part of the enzymatic decomposition / fermenter 3, a heat absorber air passage 31 for flowing air in the direction of arrow a to a heat absorber 30 comprising a heat exchanger constituting a heat pump device, and a heat radiator 32 similarly comprising a heat exchanger. A heat radiator air passage 33 for flowing air in the direction of the arrow b is arranged in the horizontal direction, and the heat absorber air passage 31 and the heat radiator air passage 33 communicate with each other through a circulation duct 34 and the heat absorber 30 and the heat radiation. The air passing through the vessel 32 flows linearly.

この吸熱器風路31と放熱器風路33と循環ダクト34は一体に構成され、筐体1内の取り付けベース35に固定されている。   The heat absorber air passage 31, the radiator air passage 33, and the circulation duct 34 are integrally formed and are fixed to an attachment base 35 in the housing 1.

吸熱器風路31の入口と排気ダクト出口23とは、蛇腹状の伸縮可能な可撓性材料からなる排気口ホース36を介して連通している。   The inlet of the heat absorber air passage 31 and the exhaust duct outlet 23 communicate with each other via an exhaust port hose 36 made of a bellows-like stretchable flexible material.

放熱器風路33の出口と送風機12も同様に、給気口ホース37を介して連通している。   Similarly, the outlet of the radiator air passage 33 and the blower 12 communicate with each other via an air supply hose 37.

また、吸熱器風路31の上流に設けた入口部には、空気中の異物を除去するフィルター手段として、エアフィルター38を着脱可能に設けている。   In addition, an air filter 38 is detachably provided at the inlet portion provided upstream of the heat sink air passage 31 as filter means for removing foreign substances in the air.

さらに、吸熱器風路31の下流側の下部には、凝集したアルコール水溶液を回収するための回収口39及び回収器40を設けている。   Further, a recovery port 39 and a recovery device 40 for recovering the agglomerated alcohol aqueous solution are provided in a lower portion on the downstream side of the heat absorber air passage 31.

送風機12で送風される加温空気は、図4の矢印dに示すように、給気ダクト20を通り給気口14から回転槽5内に入り、回転槽5内を加温するようになっている。   As shown by the arrow d in FIG. 4, the heated air blown by the blower 12 passes through the air supply duct 20 and enters the rotary tank 5 from the air supply port 14 to heat the rotary tank 5. ing.

一方、回転槽5内で発生したエタノールを含む水蒸気は、排気口16から出て、排気ダクト22を通って吸熱器風路31の吸熱器30を通過する際に、冷却され、回収口39を通して回収器40でエタノールを回収するようになっており、回収後の空気は、循環ダクト34を介して放熱器風路33の放熱器32を通過して送風機12へ戻り、循環するようになっている。   On the other hand, the water vapor containing ethanol generated in the rotary tank 5 is cooled when passing through the heat absorber 30 of the heat sink air passage 31 through the exhaust duct 22 through the exhaust duct 22 and through the recovery port 39. The recovery unit 40 recovers ethanol, and the recovered air passes through the radiator 32 of the radiator air passage 33 via the circulation duct 34 and returns to the blower 12 to circulate. Yes.

図4に、エタノールを蒸留するためのヒートポンプ装置を説明する。   FIG. 4 illustrates a heat pump device for distilling ethanol.

圧縮機41、
およびこの圧縮機41で圧縮された冷媒の熱を放熱する放熱器32、
および高圧の冷媒の圧力を減圧するための絞り弁や毛細管等からなる絞り手段42、
および減圧されて低圧となった冷媒が周囲から熱を奪う吸熱器30と
を冷媒が循環するように管路43
で連結されており、
冷媒は矢印44の方向に流れて循環し、ヒートポンプサイクルを実現する。
Compressor 41,
And a radiator 32 for radiating the heat of the refrigerant compressed by the compressor 41,
And a throttle means 42 comprising a throttle valve, a capillary tube or the like for reducing the pressure of the high-pressure refrigerant,
Further, the pipe line 43 is circulated so that the refrigerant circulates through the heat absorber 30 from which the refrigerant that has been depressurized to a low pressure takes heat from the surroundings.
Connected with
The refrigerant flows and circulates in the direction of arrow 44 to realize a heat pump cycle.

図6に、試薬の投入器60の構成を説明する。   FIG. 6 illustrates the configuration of the reagent feeder 60.

給水源に接続する給水電磁弁61と、
この給水電磁弁の吐出口68に接続する流入口66と、
複数個の流出口67と
前記流出口67を有するシリンダ62と、
前記シリンダ62に嵌入したロータ63と、
前記ロー63を駆動するモータ64と、
前記ロータ63の回転位置を検出して、予め設定したロータ63の回転角度で前記シリンダ62の流入口66と個々の流出口67とが連通するように、前記モータ64を制御する位置決め装置とで構成したロータリーバルブ65と、
少なくとも、
前処理剤を収容する前処理剤容器と、
酵素分解工程時に投入する酵素を収容する酵素容器と、
発酵工程時に投入する発酵菌を収容する発酵菌容器と
必要時には発酵菌を活性化するための活性化剤を収容する活性化剤容器と、
から成る容器69と、
前記容器69を通過した水を前記酵素分解・発酵槽3へ投入するための投入口70
を有し、
それらの容器に各1の給水口を配設して構成した投入器60と
を備え、
前記ロータリーバルブ65の個々の流出口67と前記容器69の個々の給水口とをそれぞれ接続して、
前処理工程では、前記前処理剤容器に給水して前処理剤を、
酵素分解工程では前記酵素分解容器に給水して酵素を、
発酵工程時では前記発酵菌容器に給水して発酵菌を、
必要時には発酵菌を活性化するために活性化剤容器に給水して活性化剤を、
水とともに酵素分解・発酵槽に流し入れるように構成したものである。
A water supply solenoid valve 61 connected to a water supply source;
An inlet 66 connected to the discharge port 68 of the water supply electromagnetic valve;
A plurality of outlets 67 and a cylinder 62 having the outlets 67;
A rotor 63 fitted into the cylinder 62;
A motor 64 for driving the row 63;
A positioning device that detects the rotational position of the rotor 63 and controls the motor 64 so that the inlet 66 of the cylinder 62 and the individual outlets 67 communicate with each other at a rotation angle of the rotor 63 set in advance. A configured rotary valve 65;
at least,
A pretreatment agent container for containing the pretreatment agent;
An enzyme container for containing an enzyme to be introduced during the enzymatic decomposition process;
A fermenting bacteria container that contains the fermenting bacteria to be introduced during the fermentation process, and an activator container that contains an activator for activating the fermenting bacteria when necessary;
A container 69 comprising:
An inlet 70 for introducing water that has passed through the container 69 into the enzymatic decomposition / fermentor 3
Have
A charging device 60 configured by arranging one water supply port in each of these containers;
The individual outlet 67 of the rotary valve 65 and the individual water supply port of the container 69 are respectively connected,
In the pretreatment step, the pretreatment agent is supplied by supplying water to the pretreatment agent container.
In the enzymatic decomposition process, the enzyme is supplied by supplying water to the enzymatic decomposition container,
At the time of the fermentation process, water is supplied to the fermenting bacteria container,
When necessary, the activator is supplied with water to activate the fermenting bacteria,
It is configured to be poured into an enzymatic decomposition / fermentor with water.

上記のような動作はすべて制御手段51により一括制御されている。   All the operations as described above are collectively controlled by the control means 51.

以上のように構成されたバイオエタノール製造装置について、以下その動作、作用について説明する。   About the bioethanol manufacturing apparatus comprised as mentioned above, the operation | movement and an effect | action are demonstrated below.

まず、筐体1の前面にある開口部1aからシュレッダー紙4を酵素分解・発酵槽3内に投入し、次の前処理工程に進む。   First, the shredder paper 4 is put into the enzymatic decomposition / fermenter 3 from the opening 1a in the front surface of the housing 1, and the process proceeds to the next pretreatment step.

前処理工程では、排水弁10を閉じた状態で酵素分解・発酵槽3内に所定の水位に達するまで給水を行い、その後、投入器中の前処理剤容器に給水口がくるようにロータリーバルブを設定し、前処理剤容器に給水して前処理剤を水とともに酵素分解・発酵槽に流し入れる。   In the pretreatment process, water is supplied until the predetermined water level is reached in the enzymatic decomposition / fermenter 3 with the drain valve 10 closed, and then the rotary valve is set so that the water supply port comes to the pretreatment agent container in the charging device. Set water, feed water into the pretreatment agent container, and pour the pretreatment agent into the enzymatic decomposition / fermentor along with water.

その後、駆動モータ6によりシュレッダー紙4と水の入った回転槽5を回転させて前処理を行う。   Thereafter, pretreatment is performed by rotating the shredder paper 4 and the rotating tank 5 containing water by the drive motor 6.

このとき、排気ダクト22内には一部の水が入るが、排気ダクト22は途中経路を上方に持ち上げた形状にして吸熱器30に水が浸入しないようになっている。   At this time, a part of water enters the exhaust duct 22, but the exhaust duct 22 has a shape in which the path is lifted upward so that water does not enter the heat absorber 30.

前処理は、古紙を含む廃棄物の場合は酸、アルカリなどの薬品や高温、高圧によらない簡単な前処理が好ましく、例えば、裁断(シュレッディング)後にイオン液体または、などを加えてミキシングして繊維をほぐす離解処理等が好適であるため、前処理剤としてイオン液体または、を投入することが好ましい。   In the case of waste containing waste paper, simple pretreatment that does not depend on chemicals such as acid and alkali, high temperature, and high pressure is preferable. For example, ionic liquid or etc. is added after shredding and mixed. Therefore, it is preferable to add an ionic liquid or a pretreatment agent as a disaggregation treatment for loosening the fibers.

利用するイオン液体または、として、以下に例示する。
1,3−ジメチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
1−エチル−3−メチルイミダゾリウム トリフレート
1−エチル−3−メチルイミダゾリウム ビスペンタフルオロエタンスルフォニルイミド
1,3−ジエチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
1,3−ジエチルイミダゾリウム トリフレート
1−ブチル−3−エチルイミダゾリウムトリフレート
1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム トリフレート
1−イロプロピル−3−メチルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
プロピルメチルピロリジニウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
プロピルトリメチルアンモニウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
メチルプロピルピペリジニウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
ブチルピリジニウム ビストリフルオロメタンスルフォニルイミド
この前処理工程ではヒートポンプを作動させて加熱することにより前処理速度を上げることも可能である。
Examples of the ionic liquid to be used are as follows.
1,3-dimethylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide 1-ethyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide 1-ethyl-3-methylimidazolium triflate 1-ethyl-3-methylimidazolium bispentafluoroethane Sulfonylimide 1,3-diethylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide 1,3-diethylimidazolium triflate 1-butyl-3-ethylimidazolium triflate 1,2-dimethyl-3-ethylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide 1-butyl-3-methylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide 1-butyl-3-methylimidazolium triflate 1-isopropyl-3-methyl Imidazolium bistrifluoromethanesulfonylimide 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium bistrifluoromethanesulfonylimidepropylmethylpyrrolidinium bistrifluoromethanesulfonylimidepropyltrimethylammonium bistrifluoromethanesulfonylimidemethylpropylpiperidinium bistrifluoromethanesulfonyl Imidobutylpyridinium bistrifluoromethanesulfonylimide In this pretreatment step, it is also possible to increase the pretreatment rate by heating by operating a heat pump.

前処理工程一定時間後、次の酵素分解工程に進む。   After a predetermined time in the pretreatment process, the process proceeds to the next enzymatic decomposition process.

酵素分解工程では、排水弁10を閉じた状態で酵素分解・発酵槽3内に所定の水位に達するまで給水を行い、その後、投入器中の酵素剤容器に給水口がくるようにロータリーバルブを設定し、酵素剤容器に給水して酵素剤を水とともに酵素分解・発酵槽に流し入れる。   In the enzymatic decomposition process, water is supplied until the predetermined water level is reached in the enzymatic decomposition / fermenter 3 with the drain valve 10 closed, and then the rotary valve is set so that the water supply port comes to the enzyme agent container in the charging device. Set, feed water into the enzyme container, and pour the enzyme into the fermenter with the enzyme.

その後、駆動モータ6によりシュレッダー紙4と水の入った回転槽5を回転させて酵素分解処理を行う。   Thereafter, the shredder paper 4 and the rotating tank 5 containing water are rotated by the drive motor 6 to perform the enzyme decomposition treatment.

このとき、排気ダクト22内には一部の水が入るが、排気ダクト22は途中経路を上方に持ち上げた形状にして吸熱器30に水が浸入しないようになっている。   At this time, a part of water enters the exhaust duct 22, but the exhaust duct 22 has a shape in which the path is lifted upward so that water does not enter the heat absorber 30.

この酵素分解工程ではヒートポンプを作動させて加熱することにより酵素分解速度を上げることも可能である。   In this enzymatic decomposition step, it is also possible to increase the enzymatic decomposition rate by heating by operating a heat pump.

酵素分解工程一定時間後、次の発酵工程に進む。   Proceed to the next fermentation step after a certain time of the enzymatic decomposition step.

発酵工程では、まず排水弁10を閉じた状態で酵素分解・発酵槽3内に所定の水位に達するまでさらに給水を行い、投入器中の発酵菌容器に給水口がくるようにロータリーバルブを設定し、酵素容器に給水して酵素を水とともに酵素分解・発酵槽に流し入れる。   In the fermentation process, first, with the drain valve 10 closed, further water is supplied into the enzymatic decomposition / fermentor 3 until a predetermined water level is reached, and a rotary valve is set so that the water supply port comes to the fermenting bacteria container in the charging device. Then, water is supplied to the enzyme container, and the enzyme is poured into the enzyme decomposition / fermentor together with water.

その後、駆動モータ6によりシュレッダー紙4と洗浄水の入った回転槽5を回転させて酵素分解反応を行う。   Thereafter, the drive motor 6 rotates the rotating tank 5 containing the shredder paper 4 and the washing water to perform the enzyme decomposition reaction.

用いられるセルラーゼは、少なくともエンドグルカナーゼ、エクソグルカナーゼ、およびβ−グルコシダーゼを含むものであればよく、特に限定されない。   The cellulase used is not particularly limited as long as it contains at least endoglucanase, exoglucanase, and β-glucosidase.

酵素分解工程において、セルラーゼの使用量は、基質であるセルロース含有物1gに対して、後述するFPUの活性測定法により測定したときの値が3FPU〜100FPU程度となるように設定することが好ましく、10FPU〜30FPUがより好ましい。   In the enzymatic decomposition step, the amount of cellulase used is preferably set so that the value when measured by the FPU activity measurement method described below is about 3 FPU to 100 FPU with respect to 1 g of the cellulose-containing substance as a substrate. 10 FPU to 30 FPU are more preferable.

セルラーゼの使用量が少なすぎるとセルロースの加水分解反応が効率的に進まず、多すぎるとセルラーゼのコストが大きくなり経済性が損なわれる。   If the amount of cellulase used is too small, the hydrolysis reaction of cellulose does not proceed efficiently, and if it is too large, the cost of cellulase increases and the economic efficiency is impaired.

水量は、セルロース含有物および酵素を含むスラリーが撹拌可能な粘度となるように適宜設定し得る。   The amount of water can be appropriately set so that the slurry containing the cellulose-containing material and the enzyme has a stirrable viscosity.

酵素分解工程の反応条件は、通常のセルラーゼによる糖化条件を適用することができる。   The saccharification conditions by usual cellulase can be applied as the reaction conditions for the enzymatic decomposition step.

例えば、酵素としては市販のセルラーゼ(商品名:セルロシンT2、阪急バイオインダストリー社製、300FPU/gタンパク質)をシュレッダー紙1gに対して30FPU、すなわちシュレッダー紙1gに対してタンパク質として0.1g添加することできる。   For example, commercially available cellulase (trade name: Cellulosin T2, Hankyu Bio Industry, 300 FPU / g protein) is added as 30 FPU to 1 g of shredder paper, that is, 0.1 g of protein as 1 g of shredder paper. it can.

また、pH4〜6、温度40〜60℃程度が好ましく、また緩衝剤として例えば酒石酸カリウムと酒石酸との混合溶液を0.05mol/L程度加えてもよい。   Moreover, pH 4-6 and the temperature of about 40-60 degreeC are preferable, and about 0.05 mol / L of the mixed solution of potassium tartrate and tartaric acid may be added as a buffering agent, for example.

酵素分解工程においては、セルロース含有物に含まれるセルロースがセルラーゼの作用によって糖化され、セロビオース、セロトリオースなどのオリゴ糖やグルコース等の溶解性の糖が生成される。   In the enzymatic decomposition step, cellulose contained in the cellulose-containing material is saccharified by the action of cellulase, and oligosaccharides such as cellobiose and cellotriose, and soluble sugars such as glucose are generated.

これにより、スラリーの粘度が低下し撹拌効率が向上する。   Thereby, the viscosity of a slurry falls and stirring efficiency improves.

酵素分解工程における反応時間(滞留時間)は、短すぎるとセルロースの糖化が十分に行われず、その結果、最終的に得ようとしている発酵生産物の収率が低くなる。   If the reaction time (residence time) in the enzymatic decomposition step is too short, saccharification of cellulose is not sufficiently performed, and as a result, the yield of the fermentation product to be finally obtained becomes low.

一方、長すぎると反応槽の容積が大きくなり、設備コスト及び撹拌エネルギーが増大して経済性が悪くなる。   On the other hand, if the length is too long, the volume of the reaction vessel increases, and the equipment cost and stirring energy increase, resulting in poor economic efficiency.

したがって、酵素分解工程における反応時間は、セルロースの大部分が溶解性の糖に加水分解される程度に設定するのが好ましい。   Therefore, the reaction time in the enzymatic decomposition step is preferably set to such an extent that most of the cellulose is hydrolyzed into soluble sugar.

例えば10時間程度が好ましい。   For example, about 10 hours is preferable.

酵素分解工程終了後に得られる糖含有液の組成は、原料として用いたセルロース含有物の種類や糖化での反応条件によっても異なるが、セロビオース、セロトリオースなどのオリゴ糖、グルコース、その他の溶解性の糖の他に、セルロース含有物に由来する無機イオン(Ca2+、Mg2+、Na+など)や、リグニンやヘミセルロースなどの不溶性物質、およびセルラーゼ等が含まれ得る。   The composition of the sugar-containing liquid obtained after completion of the enzymatic decomposition step varies depending on the type of cellulose-containing material used as a raw material and the reaction conditions for saccharification, but oligosaccharides such as cellobiose and cellotriose, glucose, and other soluble sugars In addition, inorganic ions (Ca2 +, Mg2 +, Na +, etc.) derived from cellulose-containing materials, insoluble substances such as lignin and hemicellulose, cellulase, and the like can be included.

酵素分解一定時間後、例えば10時間程度後、次の発酵工程にすすむ。   After a certain period of enzymatic decomposition, for example, after about 10 hours, the next fermentation process is started.

発酵工程では、投入器中の発酵菌容器に給水口がくるようにロータリーバルブを設定し、発酵菌容器に給水して発酵菌を水とともに酵素分解・発酵槽に流し入れる。   In the fermentation process, a rotary valve is set so that the water supply port comes to the fermenting bacterium container in the charging device, and the fermenting bacterium is supplied to the fermenting bacterium container and the fermented bacterium is poured into the enzyme decomposition / fermentor together with water.

このように発酵菌を加え、糖化液中に含まれているグルコースを炭素源として前記微生物による発酵を行って発酵生産物であるバイオエタノールを得る。また必要に応じて、発酵に用いられる培地などの活性化剤を添加することもできる。   In this way, fermenting bacteria are added, and fermentation using the microorganism is performed using glucose contained in the saccharified solution as a carbon source to obtain bioethanol as a fermentation product. Moreover, activators, such as a culture medium used for fermentation, can also be added as needed.

微生物はグルコースを炭素源としてアルコール発酵を行うものであればいずれの菌でもよい。   The microorganism may be any microorganism as long as alcohol fermentation is performed using glucose as a carbon source.

反応時間(滞留時間)は、短すぎると単糖化と発酵が十分に進行せず、生産物の収率が低くなり、長すぎると発酵槽の容積が大きくなり、設備コスト及び通気撹拌エネルギーが増大して経済性が悪くなる。   If the reaction time (residence time) is too short, saccharification and fermentation will not proceed sufficiently, resulting in a low product yield. Then the economy becomes worse.

投入する発酵菌としては、酵母やザイモモナスなどがある。   Examples of fermenting bacteria to be added include yeast and zymomonas.

一方、発酵時間は発酵菌の投入量、種類、発酵条件によっても異なるため、随時回収したアルコール量をモニタリングすることが好ましい。   On the other hand, since the fermentation time varies depending on the input amount, type, and fermentation conditions of the fermenting bacteria, it is preferable to monitor the amount of alcohol recovered as needed.

酵素分解・発酵工程では、ヒートポンプ装置の圧縮機41を作動させると、冷媒が圧縮され、この圧力により放熱器31、絞り手段42、吸熱器30を循環する。   In the enzyme decomposition / fermentation process, when the compressor 41 of the heat pump device is operated, the refrigerant is compressed, and the pressure circulates through the radiator 31, the throttle means 42, and the heat absorber 30 by this pressure.

放熱器32では冷媒の圧縮で熱が放出され、吸熱器30では絞り手段42で減圧されて低圧となった冷媒により熱が吸収される。   In the radiator 32, heat is released by the compression of the refrigerant, and in the heat absorber 30, the heat is absorbed by the refrigerant that has been depressurized by the throttle means 42 to become a low pressure.

このとき送風機12が作動し、放熱器32の放熱により加熱された温風が給気ダクト20を通って給気口14から回転槽5内に送風される。   At this time, the blower 12 is activated, and the warm air heated by the heat radiation of the radiator 32 is blown into the rotary tank 5 through the supply duct 20 from the supply port 14.

回転槽5は駆動モータ6により回転駆動され、シュレッダー紙4は回転槽5の回転により持ち上げられて落下することで、上下に撹拌される。   The rotating tub 5 is rotationally driven by the drive motor 6, and the shredder paper 4 is lifted and dropped by the rotation of the rotating tub 5 and is stirred up and down.

回転槽5内に送風された温風は、酵素分解・発酵槽3を通るときにエタノールを含む水蒸気を奪い、エタノールを含んだ状態で酵素分解・発酵槽3の排気口16を経て排気ダクト22、排気口ホース36を通り、エアフィルター38を通過してリント等の異物が除去され、吸熱器風路31に至る。   The warm air blown into the rotary tank 5 takes water vapor containing ethanol when passing through the enzymatic decomposition / fermentation tank 3, and in the state containing ethanol, the exhaust duct 22 passes through the exhaust port 16 of the enzymatic decomposition / fermentation tank 3. The foreign matter such as lint passes through the exhaust hose 36 and passes through the air filter 38 to reach the heat absorber air passage 31.

このエタノールを含んだ水蒸気は、吸熱器30を通過する際に顕熱と潜熱が奪われて凝集され、エタノール水溶液を回収することができる。   When the water vapor containing ethanol passes through the heat absorber 30, sensible heat and latent heat are deprived and aggregated, and an aqueous ethanol solution can be recovered.

吸熱器30で凝集したエタノール水溶液は、底部の回収口39から機外へ排出され、回収器40にて容易に回収することができる。   The aqueous ethanol solution agglomerated by the heat absorber 30 is discharged from the recovery port 39 at the bottom to the outside of the apparatus and can be easily recovered by the recovery device 40.

一方、この部分を通過した空気は、循環ダクト34を通って放熱器風路33に入り、放熱器32で再び加熱され温風となって給気口ホース37、給気ダクト20を通り、送風機12へと循環することにより、酵素分解・発酵槽3を加温することができる。   On the other hand, the air that has passed through this portion enters the radiator air passage 33 through the circulation duct 34, is heated again by the radiator 32 and becomes hot air, passes through the air inlet hose 37 and the air inlet duct 20, and blowers By circulating to 12, the enzymatic decomposition / fermenter 3 can be heated.

一方、このようにしてエタノール水溶液を回収しているため、酵素分解・発酵槽3の粘度は向上するため、随時給水する必要がある。   On the other hand, since the aqueous ethanol solution is recovered in this way, the viscosity of the enzymatic decomposition / fermenter 3 is improved, so it is necessary to supply water as needed.

このようにヒートポンプ装置を用いることにより、吸熱器30で吸熱した熱を冷媒で回収して再び放熱器32で放熱して、圧縮機41に入力したエネルギー以上の熱量を酵素分解・発酵槽3に与えることができるので、乾燥時間の短縮と省エネを実現することが可能になる。   In this way, by using the heat pump device, the heat absorbed by the heat absorber 30 is recovered by the refrigerant and radiated again by the heat radiator 32, and the amount of heat greater than the energy input to the compressor 41 is input to the enzyme decomposition / fermentor 3. Therefore, the drying time can be shortened and energy saving can be realized.

以上のように、ヒートポンプ装置を酵素分解・発酵槽3の下方に配置し、酵素分解・発酵槽3の下面側に配設した可撓性を有した筒状部材からなる給気口ホース37および排気口ホース36と連結することにより、シュレッダー紙4の投入がし易いように本体前面の開口部1aの位置を高くでき、給気口ホースおよび排気口ホースの長さも短くできるので、本体全体をコンパクトに構成できる。   As described above, the heat pump device is disposed below the enzyme decomposition / fermenter 3 and is provided on the lower surface side of the enzyme decomposition / fermentor 3. By connecting with the exhaust hose 36, the position of the opening 1a on the front surface of the main body can be increased so that the shredder paper 4 can be easily inserted, and the length of the air supply hose and the exhaust hose can be shortened. Can be configured compactly.

なお、本実施の形態では、給気口ホース37および排気口ホース36を酵素分解・発酵槽3の下面側の左右に並べて配設しているが、ヒートポンプ装置のレイアウトによっては前後に並べて配設してもよい。   In the present embodiment, the air inlet hose 37 and the air outlet hose 36 are arranged side by side on the left and right sides of the lower surface of the enzyme decomposition / fermentation tank 3, but are arranged side by side depending on the layout of the heat pump device. May be.

本発明は、効率的に紙を同時に糖化、発酵処理することでき、製造時の組立てが容易になるとともに、装置の修理メンテンスを容易にすることができるので、耐久性、信頼性にすぐれたバイオエタノールの製造方法及びそれを用いた装置を提供する。   The present invention enables efficient saccharification and fermentation of paper simultaneously, facilitates assembly during production, and facilitates repair maintenance of the apparatus. Therefore, the biotechnology has excellent durability and reliability. An ethanol production method and an apparatus using the same are provided.

1筐体
2サスペンション
3酵素分解・発酵槽
4シュレッダー紙
5回転槽
6駆動モータ
7扉
8ベローズ
9排水口
10排水弁
12 送風機
14給気口
16排気口
20給気ダクト
21給気ダクト入り口
22排気ダクト
23排気ダクト入り口
30吸熱器
31吸熱器風路
32放熱器
33放熱器風路
34循環ダクト
35取り付けベース
36排気口ホース
37給気口ホース
38エアフィルター
39排出口
41圧縮機
42絞り手段
43管路
50回収器
51制御手段
60投入器
61給水電磁弁
62シリンダ
63ロータ
64モータ
65ロータリーバルブ
66流入口
67流出口
68突出口
69容器
70投入口
1 Housing 2 Suspension 3 Enzymatic Decomposition / Fermentation Tank 4 Shredder Paper 5 Rotating Tank 6 Drive Motor 7 Door 8 Bellows 9 Drainage Port 10 Drainage Valve 12 Blower 14 Air Inlet 16 Exhaust Port 20 Air Supply Duct 21 Air Supply Duct Entrance 22 Exhaust Duct 23 Exhaust duct inlet 30 Heat absorber 31 Heat absorber air passage 32 Radiator 33 Radiator air passage 34 Circulation duct 35 Mounting base 36 Exhaust port hose 37 Air supply hose 38 Air filter 39 Discharge port 41 Compressor 42 Throttle means 43 Pipe Path 50 recovery device 51 control means 60 input device 61 water supply electromagnetic valve 62 cylinder 63 rotor 64 motor 65 rotary valve 66 inlet 67 outlet 68 protrusion 69 container 70 inlet

Claims (7)

筐体と、
筐体内に弾性支持され、紙に含まれるセルロースを酵素分解し、その酵素分解により生成した糖類を発酵させるための酵素分解・発酵槽と、
前記酵素分解・発酵槽に紙を投入するための投入口と、
前記酵素分解・発酵槽内に少なくとも1種類の添加剤を収納できるカートリッジと、
前記カートリッジに収納した添加剤を前記酵素分解・発酵槽内に投入できる手段と
前記酵素分解・発酵槽内に回転可能に設けられた回転槽と、
前記酵素分解・発酵槽内に水を供給する供水手段と、
前記酵素分解・発酵槽外に廃棄物を廃棄する廃棄手段と、
ヒートポンプ装置と、
送風手段によって前記ヒートポンプ装置から前記回転槽内に空気を供給する給気口ホースと、
前記回転槽内の空気を前記酵素分解・発酵槽外へ排出する排気口ホースと、
前記ヒートポンプ装置を固定した取り付けベースと、
前記各手段を制御するための制御手段とを具備し、
前記ヒートポンプ装置の吸熱部が生成されたエタノールを冷却、回収するためのエタノール回収手段を具備していることを特徴するバイオエタノール製造装置。
A housing,
Enzymatic decomposition and fermenter for fermenting saccharides produced by enzymatic decomposition of cellulose contained in paper, elastically supported in the case, and enzymatic decomposition;
A slot for feeding paper into the enzymatic decomposition / fermentor;
A cartridge capable of storing at least one additive in the enzymatic decomposition / fermentor;
Means for allowing the additive contained in the cartridge to be put into the enzymatic decomposition / fermentor; and a rotating tank provided rotatably in the enzymatic decomposition / fermentor;
Water supply means for supplying water into the enzymatic decomposition / fermentor;
A disposal means for disposing of the waste outside the enzymatic decomposition / fermentor;
A heat pump device;
An air supply hose for supplying air from the heat pump device into the rotary tank by a blowing means;
An exhaust hose for discharging the air in the rotating tank to the outside of the enzymatic decomposition / fermentor;
A mounting base to which the heat pump device is fixed;
Control means for controlling each means,
A bioethanol production apparatus comprising an ethanol recovery means for cooling and recovering ethanol from which the heat absorption part of the heat pump device is generated.
前記ヒートポンプ装置の加温部が前記酵素分解・発酵槽の加熱手段であることを特徴する請求項1記載のバイオエタノール製造装置。   The bioethanol production apparatus according to claim 1, wherein the heating unit of the heat pump device is a heating means of the enzymatic decomposition / fermentor. 添加剤が、前処理剤、酵素、発酵菌、発酵菌活性化剤であり、
それぞれの添加剤を収納できる4つの容器からなる投入器を具備し、
それぞれ独立して前記酵素分解・発酵槽内に投入可能にした請求項1記載のバイオエタノール製造装置。
The additive is a pretreatment agent, an enzyme, a fermentative bacterium, a fermentative fungus activator,
It has a feeder consisting of four containers that can store each additive,
The bioethanol production apparatus according to claim 1, wherein the biodegradation / fermenter can be independently introduced into the fermentation tank.
取り付けベースは、
ヒートポンプ装置の圧縮機、
放熱器、
絞り手段、
吸熱器、
管路、
放熱器風路、
吸熱器風路
および循環ダクトと、
を装備した請求項1記載のバイオエタノール製造装置。
The mounting base is
Heat pump equipment compressor,
Radiator,
Aperture means,
Heat sink,
Pipeline,
Radiator air path,
A heat sink air duct and a circulation duct;
The bioethanol production apparatus according to claim 1, comprising:
酵素分解・発酵槽を前方高位に傾けて形成した請求項1記載のバイオエタノール製造装置。   The bioethanol production apparatus according to claim 1, wherein the enzymatic decomposition / fermenter is tilted forward and high. 紙に含まれるセルロースを酵素分解し、次いで、前記セルロースおよびヘミセルロースの酵素分解により生成した糖類を発酵させることによりエタノールを生成するバイオエタノールの製造方法であって、
紙に含まれるセルロース構造分解処理する前処理工程と、
前記前処理工程にて構造分解処理を施したセルロース構造分解処理する前処理工程と、
前記紙に含まれるセルロースを酵素分解する酵素分解工程と、
前記前処理工程にて構造分解処理を施した前記酵素分解工程にて生成した糖類を発酵する発酵工程と、
前記発酵工程にて生成したエタノールを含む水蒸気をヒートポンプ装置の冷却部にて冷却回収する工程と、を有することを特徴とするバイオエタノール製造方法。
A method for producing bioethanol, wherein the cellulose contained in paper is enzymatically decomposed, and then ethanol is produced by fermenting sugars produced by enzymatic decomposition of the cellulose and hemicellulose,
A pretreatment step for decomposing cellulose structure contained in paper;
A pretreatment step of subjecting the cellulose to a structure decomposition treatment that has undergone a structure decomposition treatment in the pretreatment step;
An enzymatic degradation step for enzymatic degradation of cellulose contained in the paper;
A fermentation process for fermenting the saccharides produced in the enzymatic decomposition process that has undergone a structural decomposition process in the pretreatment process;
And a step of cooling and recovering water vapor containing ethanol produced in the fermentation step in a cooling part of a heat pump device.
紙に含まれるセルロースを酵素分解し、次いで、前記セルロースおよびヘミセルロースの酵素分解により生成した糖類を発酵させることによりエタノールを生成するバイオエタノールの製造方法であって、
紙に含まれるセルロース構造分解処理する前処理工程と、
前記前処理工程にて構造分解処理を施したセルロースを酵素分解する酵素分解工程と、
前記酵素分解工程にて生成した糖類を発酵する発酵工程と、
前記発酵工程にて生成したエタノールを含む水蒸気をヒートポンプ装置の吸熱部にて冷却回収する工程と、
前記酵素分解工程及び発酵工程時に前記酵素分解・発酵槽をヒートポンプ装置の放熱部にて加温する工程と、
を有することを特徴とするバイオエタノール製造方法。
A method for producing bioethanol, wherein the cellulose contained in paper is enzymatically decomposed, and then ethanol is produced by fermenting sugars produced by enzymatic decomposition of the cellulose and hemicellulose,
A pretreatment step for decomposing cellulose structure contained in paper;
An enzymatic decomposition step of enzymatically decomposing cellulose that has undergone structural decomposition treatment in the pretreatment step;
A fermentation process for fermenting the saccharides produced in the enzymatic decomposition process;
A step of cooling and recovering water vapor containing ethanol produced in the fermentation step in an endothermic part of a heat pump device;
A step of heating the enzyme decomposition / fermentor at the heat dissipating part of the heat pump device during the enzyme decomposition step and the fermentation step;
A bioethanol production method characterized by comprising:
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