JP2013059284A - Ethanol production apparatus - Google Patents

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直樹 太田
Ken Hanayama
賢 華山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ethanol production apparatus which can smoothly and efficiently operates a distillation column system when a fermented solution obtained from biomass is concentrated.SOLUTION: The ethanol production apparatus 1 includes a fermentation means 4, a distillation means 5, and a transport means 43 for transporting the fermented solution from the fermentation means 4 to the distillation means 5. The transport means 43 is provided with a separating means 45 that catches protein and an inorganic ion contained in the fermented solution on the way to separate. The separating means 45 is provided with an ion-exchange resin which has macropores of an opening diameter more than 500 Å or more and the surface of the macropore is modified with a hydroxyl or carboxyl group.

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又は酵母により発酵させて前記発酵溶液を得る。このとき、前記発酵溶液の濃度は、前記発酵菌又は酵母の性能にもよるが、一般に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、所要の熱エネルギーが増大し、該発酵溶液の濃縮に要するエネルギーは、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、30〜50%と大きな比率を占めるという問題がある。   In the ethanol production apparatus using the lignocellulosic biomass as a substrate, the saccharification solution is fermented with fermenting bacteria or yeast to obtain the fermentation solution. At this time, although the density | concentration of the said fermentation solution is based also on the performance of the said fermenting microbe or yeast, generally it will be a low concentration of about 5-10 mass%. As a result, when distilling and concentrating the obtained fermentation solution, the required thermal energy increases, and the energy required for concentration of the fermentation solution is 30-50% of the energy required for the entire ethanol production process. There is a problem of occupying a large proportion.

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前記発酵溶液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望まれる。   In order to solve the above problem, it is desired to reduce thermal energy by increasing the efficiency of the fermentation solution concentration step 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を濃縮するために蒸留塔システムを用いると、該蒸留塔システム内に析出物が付着堆積して配管及び蒸留塔内の閉塞等を引き起こし、該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 to concentrate the fermentation solution obtained from the biomass, deposits are deposited in the distillation tower system, causing clogging of the piping and the distillation tower, and the like. There is an inconvenience that smooth operation of the vehicle may be hindered.

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濃縮を行うときに、前記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 provides an ethanol production apparatus that can solve the above inconvenience and can smoothly and efficiently operate the distillation column system when the fermentation solution obtained from the biomass is concentrated. Objective.

かかる目的を達成するために、本発明は、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タンパク質及び無機イオンを捕捉して分離する分離手段を備え、該分離手段は開口径500Å以上のマクロポアを有し該マクロポアの表面が水酸基又はカルボキシル基により修飾されているイオン交換樹脂を備えることを特徴とする。   To achieve this object, the present invention provides a fermentation means for fermenting a biomass saccharified solution, a distillation means for distilling the fermentation solution obtained by the fermentation means, and the fermentation solution from the fermentation means to the distillation means. In the ethanol production apparatus comprising the transfer means for transferring to the medium, the transfer means includes a separation means for capturing and separating the protein and inorganic ions contained in the fermentation solution in the middle, and the separation means has an opening diameter of 500 mm or more. And an ion exchange resin in which the surface of the macropore is modified with a hydroxyl group or a carboxyl group.

本発明者らは、前記蒸留塔システム等の前記蒸留手段内に付着堆積する発酵溶液からの析出物について検討した結果、該析出物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。前記無機化合物を形成する無機イオンは、前記バイオマス自体の成分や、前記発酵菌又は酵母の培養に用いられる培地に由来するリンイオン、マンガンイオン等であると考えられる。   As a result of examining the precipitate from the fermentation solution deposited and deposited in the distillation means such as the distillation tower system, the present inventors found that the precipitate is an enzyme used for the saccharification or a fermenting bacterium used for the fermentation. Or it discovered that it was a composite_body | complex of the protein derived from a yeast cell, and an inorganic compound. The inorganic ions forming the inorganic compound are considered to be components of the biomass itself, phosphorus ions derived from the medium used for culturing the fermenting bacteria or yeast, manganese ions, and the like.

そこで、本発明のエタノール製造装置は、前記知見に基づき、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前記移送手段の途中に設けられた前記分離手段により、前記タンパク質及び無機イオンを捕捉して分離する。この結果、本発明のエタノール製造装置では、前記タンパク質及び無機イオンを実質的に含まない前記発酵溶液が前記蒸留手段に供給されることとなり、該蒸留手段内に析出物が付着堆積することを防止して、該蒸留手段を円滑に効率よく運転することができ、所要の熱エネルギーを低減することができる。   Therefore, the ethanol production apparatus of the present invention captures the protein and inorganic ions 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 based on the knowledge. To separate. As a result, in the ethanol production apparatus of the present invention, the fermentation solution substantially free of the protein and inorganic ions is supplied to the distillation means, and deposits are prevented from being deposited in the distillation means. Thus, the distillation means can be operated smoothly and efficiently, and the required heat energy can be reduced.

本発明のエタノール製造装置において、前記分離手段は、開口径500Å以上のマクロポアを有し該マクロポアの表面が水酸基又はカルボキシル基により修飾されているイオン交換樹脂を備えている。前記イオン交換樹脂によれば、開口径500Å以上のマクロポアにより前記タンパク質を捕捉して分離することができると共に、前記水酸基又はカルボキシル基(カルボン酸基)によりリンイオン、マンガンイオン等の無機イオンを捕捉して分離することができる。   In the ethanol production apparatus of the present invention, the separation means includes an ion exchange resin having a macropore having an opening diameter of 500 mm or more and the surface of the macropore being modified with a hydroxyl group or a carboxyl group. According to the ion exchange resin, the protein can be captured and separated by a macropore having an opening diameter of 500 mm or more, and inorganic ions such as phosphorus ions and manganese ions are captured by the hydroxyl group or carboxyl group (carboxylic acid group). Can be separated.

本発明のエタノール製造装置において、前記分離手段は、活性炭を備えることが好ましい。前記活性炭は、前記タンパク質を捕捉することができるので、前記分離手段は活性炭を備えることにより、前記イオン交換樹脂の負荷を低減することができる。   In the ethanol production apparatus of the present invention, the separation means preferably includes activated carbon. Since the activated carbon can capture the protein, the separation means can include activated carbon to reduce the load of the ion exchange resin.

また、本発明のエタノール製造装置において、前記移送手段は、前記分離手段の上流側に精密濾過膜からなる濾過手段を備えることが好ましい。前記精密濾過膜は、前記タンパク質のうち発酵菌又は酵母の菌体等の分子量の大きな成分を捕捉することができるので、前記イオン交換樹脂の負荷をさらに低減することができる。   Moreover, the ethanol manufacturing apparatus of this invention WHEREIN: It is preferable that the said transfer means is equipped with the filtration means which consists of a microfiltration membrane in the upstream of the said separation means. Since the microfiltration membrane can capture components having a high molecular weight such as fermenting bacteria or yeast cells in the protein, the load of the ion exchange resin can be further reduced.

また、本発明のエタノール製造装置において、前記発酵溶液は、前記分離手段で処理された後のタンパク質含有量が、タンパク質含有量が波長610nmの光線の吸光度として0.10以下であり、リンイオン含有量が該発酵溶液1g当たり140μg以下であり、マンガンイオン含有量が該発酵溶液1g当たり50μg以下であることが好ましい。   Moreover, in the ethanol production apparatus of the present invention, the fermentation solution has a protein content after being processed by the separation means, wherein the protein content is 0.10 or less as the absorbance of light having a wavelength of 610 nm, and the phosphorus ion content Is 140 μg or less per 1 g of the fermentation solution, and the manganese ion content is preferably 50 μg or less per 1 g of the fermentation solution.

前記各波長の光線の吸光度は、前記発酵溶液に含まれるタンパク質の量の指標であり、該各波長の光線の吸光度が前記範囲であることにより、該発酵溶液が前記蒸留手段に供給されたときに、該蒸留手段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。また、前記発酵溶液は、リンイオン含有量及びマンガンイオン含有量が前記範囲であることにより、該発酵溶液が前記蒸留手段に供給されたときに、該蒸留手段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。   The absorbance of light of each wavelength is an indicator of the amount of protein contained in the fermentation solution, and when the absorbance of the light of each wavelength is in the range, the fermentation solution is supplied to the distillation means. In addition, it is possible to prevent deposits from being deposited in the distillation means. Further, the fermentation solution has a phosphorus ion content and a manganese ion content within the above ranges, so that when the fermentation solution is supplied to the distillation means, deposits are deposited and deposited in the distillation means. Can be prevented.

タンパク質含有量が前記範囲外であるか、リンイオン含有量又はマンガンイオン含有量が前記範囲外であるときには、前記発酵溶液が前記蒸留手段に供給されたときに、該蒸留手段内に析出物が付着堆積することがある。   When the protein content is out of the above range, or the phosphorus ion content or the manganese ion content is out of the above range, when the fermentation solution is supplied to the distillation unit, deposits adhere to the distillation unit. May accumulate.

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.

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た後、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 after ammonia is separated by a solid-liquid separation device 26 provided in the middle of the transfer conduit 25, ammonia separation saccharification pretreatment is performed. The product is sent to the saccharification treatment apparatus 3 as a product. 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、精密濾過膜からなる濾過装置44と、前記発酵溶液に含まれるタンパク質及び無機化合物を捕捉して分離する分離装置45が設けられている。   In the middle of the transfer conduit 43, a filtration device 44 made of a microfiltration membrane and a separation device 45 for capturing and separating proteins and inorganic compounds contained in the fermentation solution are provided.

前記精密濾過膜としては、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリフッ化ビニリデン等の樹脂からなり、0.1〜0.25μmの範囲の孔径を備えるものを挙げることができる。前記精密濾過膜によれば、前記タンパク質のうち、発酵菌又は酵母の菌体等の分子量の大きな成分を捕捉し、分離することができる。   Examples of the microfiltration membrane include those made of a resin such as polyethylene, polystyrene, and polyvinylidene fluoride, and having a pore diameter in the range of 0.1 to 0.25 μm. According to the microfiltration membrane, components having a large molecular weight such as fermenting bacteria or yeast cells can be captured and separated from the protein.

前記分離装置45は、イオン交換樹脂と活性炭とを備えるものを用いることができる。前記イオン交換樹脂としては、例えば、アクリルとジビニルベンゼンとの共重合体からなる弱酸性陽イオン交換樹脂を挙げることができる。前記弱酸性陽イオン交換樹脂は、開口径500〜1000Åのマクロポアを備え、該マクロポアの表面が水酸基又はカルボキシル基(カルボン酸基)により修飾されている。   As the separation device 45, one having an ion exchange resin and activated carbon can be used. Examples of the ion exchange resin include weakly acidic cation exchange resins made of a copolymer of acrylic and divinylbenzene. The weakly acidic cation exchange resin has a macropore having an opening diameter of 500 to 1000 mm, and the surface of the macropore is modified with a hydroxyl group or a carboxyl group (carboxylic acid group).

前記弱酸性陽イオン交換樹脂によれば、陽イオン交換樹脂本来の機能として、前記発酵溶液中のリンイオン及びマンガンイオン等の陽イオン(無機イオン)を捕捉して分離することができると共に、前記マクロポアによりタンパク質を捕捉して分離することができる。   According to the weakly acidic cation exchange resin, as an original function of the cation exchange resin, cations (inorganic ions) such as phosphorus ions and manganese ions in the fermentation solution can be captured and separated, and the macropores can be separated. Can capture and separate proteins.

また、前記活性炭によれば、タンパク質を捕捉して分離することができる。分離装置45において、前記活性炭は、前記イオン交換樹脂と一体に備えられていてもよく、別体に備えられていてもよい。   Moreover, according to the activated carbon, proteins can be captured and separated. In the separation device 45, the activated carbon may be provided integrally with the ion exchange resin, or may be provided separately.

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、アンモニアが分離された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 from which ammonia has been separated 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 device 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。ここで、前記発酵溶液は、前記糖化酵素、前記発酵菌又は酵母の菌体に由来するタンパク質及び、前記稲藁自体の成分や、前記発酵菌又は酵母の培養に用いられる培地に由来するリンイオン、マンガンイオン等の陽イオン(無機イオン)を含んでいる。従って、前記発酵溶液は、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 a transfer conduit 43 connected to the bottom of the fermentation treatment tank 41 and transferred to the mash tower 51. Here, the fermentation solution is a protein derived from the saccharifying enzyme, the fermenting bacterium or yeast, and components of the rice straw itself, or a phosphorus ion derived from a medium used for culturing the fermenting bacterium or yeast, Contains cations (inorganic ions) such as manganese ions. Therefore, when the fermentation solution is transferred without any treatment, there is a concern that deposits may be deposited on the mash column 51, the rectifying column 52, the transfer conduits 54 and 55, the reflux conduit 56, and the like.

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濾過装置44に供給され、前記精密濾過膜により前記タンパク質のうち発酵菌又は酵母の菌体等の分子量の大きな成分が除去される。   Therefore, the fermentation solution is first supplied to a filtration device 44 provided in the middle of the transfer conduit 43, and components having a high molecular weight such as fermentation bacteria or yeast cells are removed from the protein by the microfiltration membrane. The

次に、前記発酵溶液は、移送導管43を介して分離手段45に供給される。前記発酵溶液は、分離手段45に備えられた活性炭及びイオン交換樹脂により、濾過装置44の前記精密濾過膜により除去されなかったタンパク質が捕捉されて分離される一方、リンイオン及びマンガンイオンが該イオン交換樹脂により捕捉されて分離される。   Next, the fermentation solution is supplied to the separation means 45 via the transfer conduit 43. The fermentation solution is separated by capturing and separating proteins that have not been removed by the microfiltration membrane of the filtration device 44 by activated carbon and ion exchange resin provided in the separation means 45, while phosphorus ions and manganese ions are exchanged by the ion exchange. It is captured and separated by the resin.

この結果、前記発酵溶液は、タンパク質含有量が波長610nmの光線の吸光度として0.10以下となる。また、前記発酵溶液は、リンイオン含有量が該発酵溶液1g当たり140μg以下となり、マンガンイオン含有量が該発酵溶液1g当たり50μg以下となる。   As a result, the fermentation solution has a protein content of 0.10 or less as the absorbance of light having a wavelength of 610 nm. The fermentation solution has a phosphorus ion content of 140 μg or less per gram of the fermentation solution and a manganese ion content of 50 μg or less per gram of the fermentation solution.

前記発酵溶液は、濾過装置45により前記無機化合物が吸着され、前記タンパク質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 inorganic compound is adsorbed by the filtration device 45 and the protein is filtered and removed. 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を得ることができる。   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 can be obtained as a product.

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タンパク質及び前記無機化合物が除去されるので、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、所要の熱エネルギーを低減することができる。   In the ethanol production apparatus 1 of the present embodiment, the protein and the inorganic compound 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 operated smoothly and efficiently, and the required heat energy can be reduced.

本実施形態のエタノール製造装置1では、前記精密濾過膜を備える濾過装置44を設けるようにしているが、濾過装置44を設けずに分離装置45のみを設けるようにしてもよい。また、本実施形態のエタノール製造装置1では、分離装置45に活性炭とイオン交換樹脂とを備えるようにしているが、活性炭を備えず、イオン交換樹脂のみを備えるようにしてもよい。但し、前記精密濾過膜又は活性炭を用いないときには、前記イオン交換樹脂の負荷が増大することがある。   In the ethanol production apparatus 1 of this embodiment, the filtration device 44 including the microfiltration membrane is provided, but only the separation device 45 may be provided without providing the filtration device 44. Moreover, in the ethanol production apparatus 1 of the present embodiment, the separation device 45 is provided with activated carbon and an ion exchange resin, but may be provided with only the ion exchange resin without providing activated carbon. However, when the microfiltration membrane or activated carbon is not used, the load of the ion exchange resin may increase.

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…濾過装置、 45…分離装置。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ethanol manufacturing apparatus, 2 ... Pre-processing apparatus, 3 ... Saccharification processing apparatus, 4 ... Fermentation processing apparatus, 5 ... Distillation tower system, 44 ... Filtration apparatus, 45 ... Separation apparatus.

Claims (5)

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タンパク質及び無機イオンを捕捉して分離する分離手段を備え、該分離手段は開口径500Å以上のマクロポアを有し該マクロポアの表面が水酸基又はカルボキシル基により修飾されてい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。
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 a separation means for capturing and separating proteins and inorganic ions contained in the fermentation solution in the middle, and the separation means has a macropore having an opening diameter of 500 mm or more, and the surface of the macropore is a hydroxyl group or carboxyl. An ethanol production apparatus comprising an ion exchange resin modified with a group.
請求項1記載のエタノール製造装置において、前記分離手段は活性炭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 1, wherein the separation unit includes activated carbon. 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、前記移送手段は、前記分離手段の上流側に精密濾過膜からなる濾過手段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 transfer unit includes a filtration unit including a microfiltration membrane on an upstream side of the separation unit. 請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載のエタノール製造装置において、前記発酵溶液は、前記分離手段で処理された後のタンパク質含有量が波長610nmの光線の吸光度として0.10以下であり、リンイオン含有量が該発酵溶液1g当たり140μg以下であり、マンガンイオン含有量が該発酵溶液1g当たり50μg以下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 3, wherein the fermentation solution has a protein content of 0.10 or less as the absorbance of light having a wavelength of 610 nm after being processed by the separation means. An ethanol production apparatus, wherein the phosphorus ion content is 140 μg or less per gram of the fermentation solution, and the manganese ion content is 50 μg or less per gram of the fermentation solution. 請求項1乃至請求項4のいずれか1項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 4, wherein the biomass is lignocellulosic biomass.
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