JP4571055B2 - 発酵蒸留乾燥システム - Google Patents
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Description
図1は、この発明の1つの実施の形態による発酵蒸留乾燥システムの構成を示す模式図である。発酵蒸留乾燥システム1は、1つの密閉型発酵乾燥槽3と、この密閉型発酵乾燥槽3に連結されかつ上記密閉型発酵乾燥槽3内に収容された有機物に対する水分調整、糖化、固体発酵、蒸留および乾燥の各処理過程で発生する気体を凝縮して液体に変換する蒸留器(凝縮手段)5と、この蒸留器5を経由して上記密閉型発酵乾燥槽3内を減圧する吸引ポンプ(減圧手段)7とから概略構成されている。
まず、所定量の原料(生ごみ等の生活系廃棄物、食品残渣や醸造残渣等の産業系廃棄物、ジャガイモや米などの栽培作物など)を破砕機52にその投入口52aから投入し、これを破砕する(図2におけるステップST1)。破砕された発酵原料(以下、破砕物という)を破砕機52の排出口52bから排出し、これを破砕物容器53で受ける。なお、上記原料が既に細かくなっているなど、前処理を必要としない場合には、上記破砕機52で破砕することなく、直接、上記原料を破砕物容器53に収容してもよい。なお、破砕機52は、有機性廃棄物に混入する木片類や骨類(動物や魚類の骨、鶏卵や甲殻類の殻など)、硬い農作物(含水率が極めて低い穀物など)を速やかに破砕・細分化できるものであって、裁断型(カッタータイプ)、破壊型(ハンマータイプ)、圧搾型(押しつぶしタイプ)などの破砕機が好ましい。特に、回転するハンマー部材を備えたハンマータイプ破砕機を用いた場合には、破砕・細分化された原料が適度に湿潤していて流動性があり、密閉型乾燥槽3に投入しやすい。
次に、図3に示すように、破砕物容器53から破砕物を密閉型発酵乾燥槽3内に投入する(図3の矢印A1)。すなわち、吸引弁50を開放し、蒸留器5と貯留タンク61を連通するように流路切換え弁63を切り換え、貯留タンク61と吸引ポンプ7を連通するように流路切換え弁69を切り換え、排出口弁55および再投入口弁56を閉鎖する。この状態で、吸引ポンプ7を起動することで、破砕物容器53内の破砕物を、吸引ホース51および搬送路49を経由して吸引し(図3の矢印A2)、密閉型発酵乾燥槽3内に投入する。なお、破砕物は再投入口弁56を開放して、この再投入口39から密閉型発酵乾燥槽3内に投入されてもよいし、圧送装置などを用いて投入されてもよい。
まず、吸引弁50を閉鎖し、蒸留器5と貯留タンク61を連通するように流路切換え弁63を切り換え、貯留タンク61と吸引ポンプ7を連通するように流路切換え弁69を切り換え、再投入口弁56および排出口弁55を閉鎖する(減圧過程)。次に、蒸気発生装置47で発生した蒸気をジャケット33に通し、缶体31内部を加温する(蒸気加熱過程)。冷却装置46で製造した冷却水を蒸留器5に通し、この蒸留器5を冷却する(冷却過程)。次に、吸引ポンプ7を起動し、缶体31内を減圧する(吸引過程:図4の矢印A2)。この減圧状態は圧力センサ58でモニターされるが、その指示値は−70KPa(=240mmHg)以下であることが好ましい。また、缶体31の内部温度は温度センサ44でモニターされるが、その指示値は例えば−70KPaであれば65℃以上、−80KPaであれば55℃以上であることが好ましい。次に、駆動モータ43を起動し、撹拌手段40を回転させて破砕物を撹拌する(撹拌過程)。なお、上記減圧、蒸気加熱、冷却、吸引および撹拌の各過程は、全体で乾燥過程を構成するが、各過程の作業順は任意である。
次に、図5に示すように、駆動モータ43を起動して撹拌手段40により缶体31内の破砕物を撹拌しながら、再投入口弁56を開放し、再投入ホッパ56aから缶体31内に種菌などの発酵材(糖化や発酵を行う微生物、酵素、その混合物、または乾燥前発酵物)を投入する(図2におけるステップST3、図5の矢印A4)。なお、缶体31内を減圧状態にして、再投入ホッパ56a内に配した発酵材を再投入口弁56から投入してもよい。また、再投入口39を設けない場合には、投入口35などから発酵材を投入してもかまわない。なお、微生物菌体にこだわらず、アルコール発酵に関与する複数の酵素(液体状、粉末状)を用いてもよい。
次に、図6に示すように、吸引弁50を開放し、蒸留器5とアルコール貯留タンク60を連通するように流路切換え弁63を切り換え、アルコール貯留タンク60と吸引ポンプ7を連通するように流路切換え弁69を切り換え、再投入口弁56および排出口弁55を閉鎖する。予め設定した糖化発酵時間中に、駆動モータ43および吸引ポンプ7を所定間隔で起動し、缶体31内の破砕物に対して周期的に撹拌および吸気を行うことで、糖化過程および発酵過程を行う(図2におけるステップST4)。なお、発酵過程で発生する熱により、内部温度が上昇するから、ジャケットに適温の熱媒を通して発酵に最適な温度に調節する必要がある。また、発酵過程で発生する気体としては、水蒸気の他に、発酵生成物である炭酸ガスあるいはアルコール蒸気が含まれる。
次に、図7に示すように、発酵過程終了後に、吸引ポンプ7により減圧状態を維持している場合には、吸引ポンプ7を停止し、吸引弁50あるいは再投入口弁56のいずれか、あるいは両方を開放し、缶体31内を常圧に戻す。撹拌手段40により缶体31内の破砕物を撹拌している場合には、撹拌手段40を停止する。次に、排出口弁55を開放して、缶体31内の発酵物(乾燥前発酵物)を、排出口(発酵物取出口)37を介して分取する。分取した(アルコール)発酵微生物等を多く含み発酵活性に富む発酵物は、発酵物返送路54を経由して、再投入口39から再度、缶体31内に添加して、次の処理サイクルにおける植種過程に使用することができる(図2におけるステップST5からステップST3へ)。所定量の発酵物を分取するために、撹拌手段40を所定時間、起動してもよい。次に、所定量の発酵物を分取したら、排出口弁55を閉鎖する。
次に、図8に示すように、吸引弁50を閉鎖し、蒸留器5とアルコール貯留タンク60を連通するように流路切換え弁63を切り換え、アルコール貯留タンク60と吸引ポンプ7を連通するように流路切換え弁69を切り換え、再投入口弁56および排出口弁55を閉鎖する。次に、蒸気発生装置47からの蒸気をジャケット33に通して缶体31を加温し、冷却装置46からの冷却水を蒸留器5に通して蒸留器5を冷却し、吸引ポンプ7を起動し、缶体31内を減圧にし、駆動モータ43を起動し、撹拌手段40を回転させて発酵物を撹拌し、発酵物から発生したアルコール60aを蒸留する(図2におけるステップST6)。
次に、図9に示すように、蒸留器5と貯留タンク61を連通するように流路切換え弁63を切り換え、貯留タンク61と吸引ポンプ7を連通するように流路切換え弁69を切り換える。次に、温度センサ44でモニターされる缶体31内の温度が例えば65℃以上となるようにジャケット33に蒸気を通し、缶体31内を加温すると共に、圧力センサ58でモニターされる密閉型発酵乾燥槽3内の圧力が−70KPa以下となるように吸引ポンプ7を運転する(図2におけるステップST7、図9の矢印A2)。
次に、図10に示すように、駆動モータ43を起動し、撹拌手段40により内容物を排出口弁55に集めるように運転する。排出口弁55を開放することで、乾燥した発酵物(発酵乾燥残渣)を排出する(図2におけるステップST8、図10の矢印A8)。また、アルコール貯留タンク60内に貯留されたアルコール60aは回収され(図10の矢印A9)、貯留タンク61内に貯留された蒸留液61aは排出される(図10の矢印A10)。なお、蒸留液は、単に排出されるばかりでなく、熱媒や破砕物の水分調整等に再利用してもよい。なお、アルコール60aや蒸留液61aは排出工程時に限らず、必要に応じて適宜回収(排出)してもよい。
3 密閉型発酵乾燥槽
5 蒸留器(凝縮手段)
7 吸引ポンプ(減圧手段)
31 缶体(密閉型発酵乾燥槽)
33 ジャケット(外套手段:温度調節手段)
35 投入口
37 排出口(発酵物取出口)
38 発酵物取出口
39 再投入口
40 撹拌手段
41 回転軸(撹拌手段)
42 撹拌羽根(撹拌手段)
43 駆動モータ(撹拌手段)
44 温度センサ
45 熱媒供給手段(温度調節手段)
46 冷却装置(温度調節手段)
47 蒸気発生装置(温度調節手段)
48 供給路(温度調節手段)
48a 冷却媒体供給路
48b 蒸気供給路
48c 合流供給路
49 搬送路
50 吸引弁
51 吸引ホース
52 破砕機
52a 投入口
52b 排出口
53 破砕物容器
54 発酵物返送路(発酵物返送手段)
55 排出口弁
56 再投入口弁
56a 再投入ホッパ
57 気体誘導路
58 圧力センサ
59 温度センサ
60 アルコール貯留タンク
60a アルコール
61 貯留タンク(蒸留液貯留部)
61a 蒸留液
62 液体誘導路
62a アルコール分岐部
62b 蒸留液分岐部
63 流路切換え弁
64 冷却媒体供給路
65 排出弁
66 排出弁
67 水位計
68 吸引路
68a アルコール側吸引路
68b 蒸留液側吸引路
68c 合流部
69 流路切換え弁
70 排気流路
71 脱臭塔
80 培養装置
81 培養槽
82 撹拌機
83 発酵材添加経路手段
Claims (4)
- 原料投入口および撹拌機を有する発酵槽と、
該発酵槽の気体を吸引する吸引器と、
該吸引器で吸引された気体を蒸留してアルコールを回収する蒸留器と、
該蒸留器で得られた液体のアルコールを貯留するアルコール貯留タンクと
からなる発酵蒸留乾燥システムにおいて、
前記発酵槽は、
原料の水分調整、固体発酵、および発酵物の減圧乾燥を行う
一つの密閉型発酵乾燥槽であり、
前記密閉型発酵乾燥槽は、
発酵物および乾燥発酵物を取り出す発酵物取出口と、
該発酵物取出口から取り出した発酵物を該槽内に返送する発酵物返送路と、
蒸気または冷却水を供給して該槽内の温度を調整する温度調整ジャケットと
を備えたことを特徴とする発酵蒸留乾燥システム。 - 前記密閉型発酵乾燥槽の上流側に、前記原料を破砕する破砕機を備えた
ことを特徴とする請求項1に記載の発酵蒸留乾燥システム。 - 発酵材を製造する培養装置を備え、
該培養装置で培養した発酵材を前記密閉型発酵乾燥槽に添加する手段を備えた
ことを特徴とする請求項1または2に記載の発酵蒸留乾燥システム。 - 前記密閉型発酵乾燥槽は、
略円筒状でその軸線が水平となるように配置された缶体であって、
該缶体内部には、
軸線方向に延在するように回転可能に配された回転軸と、
該回転軸外周部に外方に延在するように設けられた複数の撹拌羽根と
を備えた
ことを特徴とする請求項1から3いずれかに記載の発酵蒸留乾燥システム。
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