JPH02186971A - 発酵液からのアルコールの回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ１発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、発酵液からアルコールを回収する方法に関す
るものである。

［従来の技術］ 一般にアルコール発酵においては、発酵槽内のアルコー
ル濃度が高まると、その発酵速度はアルコール及びその
他の代謝生産物によって太き（阻害を受ける。このため
、従来法ではアルコールの低濃度溶液で発酵を行わざる
を得す、それに付随して多量の発酵廃液の処理の問題が
生じたり、また、低アルコール濃度の溶液からアルコー
ルを回収しなければならないため比較的多大なエネルギ
ーの消費を必要とする等の欠点があった。

このような問題点ないし欠点を解消する手段として、発
酵槽から取り出した発酵液を減圧処理して液中からアル
コールを分離する方法が特開昭５６−２１５９２号や特
開昭５７−２６８５号に提案されている。

これらの方法の如（、発酵槽から発酵液の一部を抜き出
してフラッシュタンクへ導入し、減圧下でフラッシェ蒸
発させることによりアルコールを系外へ除去したのち、
その発酵液を再び発酵槽へ循環させるアルコール発酵法
においては、発酵液が多量の炭酸ガスを含んでいるため
フラッシュタンクを減圧状態に保持するのに大きな動力
を要する。従って、この動力をいかにして少なくするか
がこのプロセスの良否を決める重要な課題となっている
。

特公昭６３−３６７５３号明細書には、アルコールなど
の揮発性物質を醗酵生産するに際し、醗酵槽から抜き出
され、微生物を実質的に含有しない醗酵液から揮発性物
質を分離回収するに際して、醗酵液の加熱蒸発により醗
酵液中の揮発性物質（アルコール等）と炭酸ガスなどの
非凝縮性ガスを気相に移行させて分離回収し、次いで、
減圧蒸発して醗酵液中の残余の揮発性物質を回収すると
いう揮発性物質の蒸発過程を２段階組合わせた方法が示
されている。

この方法における第１段目の加熱蒸発条件としては、０
．８〜１．２ａｔｍ・７５〜１０５℃または１．２〜ｌ
ｏａｔｍ・９５〜１８０℃の範囲内が好ましいとされて
いる。

この方法では、７５℃以上の温度に加熱した後蒸発させ
る操作により醗酵液中の非凝縮性ガスは除去され２段目
の減圧蒸発を行うための動力の低減は可能となるが、し
かしアルコールを２段階に分けて発酵液から分離回収す
るため、また発酵液を７５〜１０５℃、或はさらに９５
〜１８０℃の温度まで上昇させるため、その熱量が大と
なる傾向にあり、必ずしも有利な方法とは言えない。

さらにアルコール発酵の主たる原料である糖蜜の発酵液
では、９０℃以上に加熱することは熱交換器のスケーリ
ングが激しいため、上記方法は連続運転には適していな
い。また加熱温度が高いため発酵液中の微生物は死滅す
る。そのため特に浮遊性酵母を用いる発酵法では加熱蒸
発に先立って遠心分離などによる微生物の分離操作を行
うことが必要となる。

［発明が解決しようどする課題］ 本発明は、炭酸ガスのような非凝縮性ガスを含む発酵液
から、熱交換器等のスケーリングの起こらない領域で、
通常の浮遊性酵母を用いる発酵法においても微生物を分
離する必要がなく、省エネルギー的にアルコールを回収
する方法を提供することにある。

口２発明の構成 ［課題を解決するための手段］ 本発明による発酵液からのアルコールの回収方法は、ア
ルコール発酵槽から発酵液の一部を抜き出し、該発酵液
の保有温度乃至６０℃の温度で、大気圧又はそれ以下の
圧力でかつ順次低い圧力に維持された複数個の槽に順次
送入し、前段の槽では実質的にアルコールの蒸発を伴う
ことなく発酵液中の非凝縮性ガスが放散する条件で操作
して非凝縮性ガスを放散させ、最終段の槽の圧力をフラ
ッシュ蒸発条件に維持することにより先行する槽で凝縮
性ガスが除去された発酵液からアルコールを回収したの
ち、残液を再び発酵槽へ循環させることを特徴とする。

アルコール発酵に用いる微生物としては、固定化微生物
、凝集性微生物あるいは浮遊性微生物などいずれでもよ
い。

実質的にアルコールの蒸発を伴うことなく発酵液中の非
凝縮性ガスが放散する条件及びフラッシュ蒸発条件につ
いて具体的に説明する。

第１図において線Ａは５．８重量％アルコール水溶液の
バブルポイント（二成分系の沸点）、線Ｂは５．８重量
％アルコール含有水蒸気の露点を示し、横軸は温度（℃
）、縦軸は圧力（Ｔｏｒｒ）を表わす。

ある温度におけるバブルポイントに対応する圧力よりも
高い圧力下第１図で線Ａの左側の領域では５．８重量％
アルコール水溶液は沸騰しない。

アルコール発酵液のように、アルコール水溶液に炭酸ガ
スのような非凝縮性ガスが溶解しており且つ高い圧力で
平衡状態にあったものを、それより低い圧力で且つその
バブルポイントに対応する圧力よりは高い圧力条件下に
おいた場合、主として非凝縮性ガスのみが気化して放散
され、アルコール及び水はその温度におけるそれぞれの
蒸気圧に応じて、放散された非凝縮性ガスに同伴される
程度である。本発明ではかかる圧力条件を、実質的にア
ルコールの蒸発を伴うことなく発酵液中の非凝縮性ガス
が放散する条件として採用する。

アルコール発酵液のように、アルコール水溶液に炭酸ガ
スのような非凝縮性ガスが溶解しており且つ高い圧力で
平衡状態にあったものを、それより低い圧力で且つ線Ａ
と線Ｂとの間の圧力条件下においた場合、アルコール水
溶液は沸騰し、非凝縮性ガスのみならずアルコール及び
水も盛んに気化して放散されるフラッシュ蒸溜状態とな
る。

本発明においてはかかる条件を最終段のフラッシュ蒸発
条件として採用する。

なお線Ｂの右側の領域では液相成分は存在しなくなる。

アルコール水溶液のバブルポイント及びアルコール含有
水蒸気の露点はアルコール濃度により異なるので、実質
的にアルコールの蒸発を伴うことなく発酵液中の非凝縮
性ガスが放散する条件及びフラッシュ蒸発条件は、処理
すべき発酵液中のアルコール濃度に応じて適宜設定すれ
ば良い。

実質的にアルコールの蒸発を伴うことなく発酵液中の非
凝縮性ガスを放散させる操作は１段のみでも良いが、そ
の時の圧力が高いと非凝縮性ガスの放散が不十分で最終
段の減圧に負担がかかり、また圧力が低いと一時に放散
される大量の非凝縮性ガスに同伴されるアルコールが多
（なるので、好ましくは２段以上、たとえば第１段では
７６０Ｔｏｒｒ　（大気圧）、第２段では３００　Ｔｏ
ｒｒ、第３段ではｌ　５０　Ｔｏｒｒというように順次
圧力を下げて行うのが良い。

また発酵液中の非凝縮性ガスの放散を比較的低温で行う
場合には、放散操作を多段にする方が減圧の動力の低減
効果が高まり好ましい。

上記の放散を比較的高温側で行う場合には１〜２段程度
でよい。

発酵槽から抜き出す液量及び最終段の槽におけるフラッ
シュ蒸発条件は回収すべきアルコール量に応じて選定す
る。特に、発酵で使用する微生物の特性に応じて発酵槽
内のアルコール濃度が所定の濃度に維持されるように選
定することが好ましく、通常は発酵槽内のアルコール濃
度が６重量％以下になるようにすることが好ましい。

アルコール発酵においては発酵温度は通常３０〜３５℃
であるので、第１の槽に供給する発酵液の温度は該発酵
液の保有温度乃至６０℃、好ましくは約４０℃乃至６０
℃に設定する。発酵液の保有温度乃至６０℃の温度では
、前段の槽で蒸発するアルコールは殆ど無視できる量で
、またそのアルコールは濃度の希薄な水溶液として回収
されるので、原料糖液の稀釈用に用いることができ、損
失とならない。

一方６０℃を越える温度では前段の槽で蒸発するアルコ
ールの量が多くなるため、そのアルコールの回収法が複
雑になる。また６０℃以上に加熱すると、糖蜜のような
原料では熱交換器や蒸発槽の内部にスケーリングが起こ
り、特に９０℃以上では激しくなる。さらに、６０℃以
上に加熱すると、浮遊性酵母を用いる発酵では酵母の生
菌率が著しく低下するので望ましくない。

非凝縮性ガスが除去された発酵液からアルコールを回収
した後の残液は、再び発酵槽へ循環することにより、発
酵槽内のアルコール濃度を所定濃度に維持する。

［作用］ 炭酸ガスは非凝縮性のため水エジェクターまたは水封式
真空ポンプを用いて減圧状態を保持する場合の負荷は一
般に大きい。真空ポンプの排気能力は減圧度が上がる程
低下し、一方、炭酸ガスの容積は減圧度が上がる程大き
くなる。これは、高真空で排気するほど真空ポンプにか
かる負荷は大きくなることを意味する。

そこで本発明では、非凝縮性ガスは低真空で排気するほ
ど真空ポンプにかかる負荷が減少する点に着目し、これ
を実用に供し得る手法として、低真空で炭酸ガスを段階
的に除去することにより、実際に減圧に要する動力の大
幅ム削減を可能にした。

以下アルコール濃度５．８重量％の発酵液（３０℃）を
発酵槽から１００トン／Ｈｒの流量で抜き出し、その液
からアルコールを回収した後の残液のアルコール濃度が
５．２重量％となるようにアルコールを回収し、次いで
アルコールを回収した後の残液を発酵槽に再び循環させ
る場合を想定して計算した結果を例として具体的に説明
する。

［比較例１］ 発酵槽から抜き出した発酵液を、後述の槽から抜き出し
た液と熱交換した後加熱器を通して４５℃に加熱し、直
接５５　Ｔｏｒｒに保持された槽へ供給する。ここで急
激にフラッシュ蒸発が起こり、槽上部からアルコール３
９重量％を含む蒸気１．８＋、　／　Ｈｒ　（ほかに炭
酸ガス１９２　Ｋｇ／　Ｈｒ）が得られる。

槽下部から抜き出した液（アルコール濃度５゜２重量％
：温度３７℃）は発酵槽がら抜き出した液と熱交換して
冷却した後再び発酵槽へ循環させる。

このプロセスのフラッシュ蒸溜槽の減圧に要する動力は
１０６ＫＷである。

各部における組成の明細及び所要動力を第１表に示す。

（以下余白） 第１表 ［実施例１］ 発酵槽から抜き出した発酵液を、後述の第２槽から抜き
出した液と熱交換した後加熱器で４５℃に加熱し、まず
大気圧に保持された第１槽に供給すると槽上部からは炭
酸ガス１１２　Ｋｇ／　Ｈｒが得られる。槽下部から抜
き出した発酵液を５５　Ｔｏｒｒに保持された第２槽へ
供給すると、ここでフラッシュ蒸発が起こり槽上部から
アルコール３９重量％を含む蒸気１．８トン／Ｈｒ（他
に炭酸ガス８０Ｋｇ／Ｈｒ）が得られる。第２槽の下部
から抜き出した液（アルコール濃度５．２重量％：温度
３７℃）は発酵槽から抜き出した液と熱交換して冷却し
た後再び発酵槽へ循環させる。

このプロセスの第２槽（フラッシュ蒸溜槽）の減圧に要
する動力は５１　ＫＷである。

各部における組成の明細及び所要動力を第２表に示す。

［実施例２］ 発酵槽から抜き出した発酵液を、後述の第４槽から抜き
出した液と熱交換した後加熱器で４５℃に加熱し、まず
大気圧に保持された第１槽に供給すると槽上部からは炭
酸ガス１１２　Ｋｇ／　Ｈｒが得られる。つぎに、３０
０　Ｔｏｒｒに保持された第２槽に供給して炭酸ガス５
３　Ｋｇ／　Ｈｒを分離し、さらに１５０　Ｔｏｒｒに
保持された第３槽に供給して炭酸ガス１８にｇ／Ｈｒを
分離した後、５５　Ｔｏｒｒに保持された第４槽へ供給
すると、ここでフラッシュ蒸発が起こり、槽上部からア
ルコール３９重量％を含む蒸気１．８トン／Ｈｒ（ほか
に炭酸ガス９　Ｋｇ／　Ｈｒ）が得られる。第４の槽の
下部から抜き出した液（アルコール濃度５．２重量％：
温度３７℃）は発酵槽から抜き出した液と熱交換するこ
とにより冷却した後再び発酵槽へ循環させる。

このプロセスの第２．第３及び第４槽の減圧に要する動
力は合計２４．５ＫＷである。

各部における組成の明細及び所要動力を第３表に示す。

（以下余白） 第３表 発酵槽から抜き出した発酵液を４５℃に加熱した場合、
直接フラッシュ蒸発する比較例１ではフラッシュ蒸溜槽
の減圧に要する動力は１０６ＫＷであるのに対し、予め
発酵液中の非凝縮性ガスを放散させる操作を１段行った
後フラッシュ蒸発させる実施例１の所要動力は５１　Ｋ
Ｗと半減し、予め発酵液中の非凝縮性ガスを放散させる
操作を３段行った後フラッシュ蒸発させる実施例２の所
要動力は２４．５ＫＷと、さらに半減する。

［比較例２］ 発酵槽からアルコール５．８重量％を含む発酵液を１０
０ｔ／Ｈｒの流量で抜き出し、後述の槽から抜き出した
液と熱交換したのち加熱器を通して６０℃に加熱し、直
接１２０　Ｔｏｒｒに保持された槽へ供給する。ここで
急激にフラッシュ蒸発が起こり、槽上部からアルコール
３９重量％を含む蒸気１．８ｔ／Ｈｒ（ほかに炭酸ガス
１８９　Ｋｇ／Ｈｒ）が得られる。

槽下部から抜き出した液（アルコール濃度５゜２重量％
：温度５２℃）は発酵槽から抜き出した液と熱交換して
冷却した後再び発酵槽へ循環させる。

このプロセスのフラッシュ蒸溜槽の減圧に要する動力は
３２ＫＷである。

各部における組成の明細及び所要動力を第４表に示す。

第４表 ６　Ｋｇ／　Ｈｒ）が得られる。第２槽の下部から抜き
出した液（アルコール濃度５．２重量％：温度５２℃）
は発酵槽から抜き出した液と熱交換して冷却した後再び
発酵槽へ循環させる。

このプロセスの第２槽（フラッシュ蒸溜槽）の減圧に要
する動力はｌ０ＫＷである。

各部における組成の明細及び所要動力を第５表に示す。

第５表 ［実施例３］ 発酵槽から抜き出した発酵液を後述の第２槽から抜き出
した液と熱交換した後、加熱器で６０”Ｃに加熱し、ま
ず大気圧に保持された第１槽に供給すると槽上部からは
炭酸ガス１４３　Ｋｇ／　Ｈｒが得られる。槽下部から
抜き出した発酵液を１２０　Ｔｏｒｒに保持された第２
槽へ供給すると、ここでフラッシュ蒸発が起こり、槽上
部からアルコ−°ル３９重量％を含む蒸気１．８トン／
Ｈｒ（他に炭酸ガス４発酵槽から抜き出した発酵液を６
０℃に加熱した場合、直接フラッシュ蒸発する比較例２
ではフラッシュ蒸溜槽の減圧に要する動力は３２ＫＷで
あるのに対し、予め発酵液中の非凝縮性ガスを放散させ
る操作を１段行った後フラッシュ蒸発させる実施例３の
所要動力はｌ０ＫＷに減少する。

なお前記特公昭６３−３６７５３号明細書に示された、
醗酵液の加熱蒸発により醗酵液中のアルコールと炭酸ガ
スなどの非凝縮性ガスを同時に気相に移行させて分離回
収し、次いで減圧蒸発して醗酵液中の残余の揮発性物質
を回収するという揮発性物質の蒸発過程を２段階組合わ
せた方法（比較例３゜４）では、９５℃まで加熱した場
合所要動力は２８ＫＷかかり、発酵液を加熱するに要す
る熱量が１、１３１．０ＯＯＫｃａｌ／Ｈｒとなる。ま
た、７５℃まで加熱した場合所要動力は２６．３ＫＷで
あり、所要熱量は１．１１９．０００Ｋｃａｌ／Ｈｒと
なる。これに対し、前記実施例３の場合の所要動力はｌ
０ＫＷ、所要熱量は１．０７１．０ＯＯＫｃａｌ／Ｈｒ
と、本発明方法の方が明かに有利である。

［比較例３］ 前述の特公昭６３−３６７５３号記載の方法に準じて、
発酵槽からアルコール５．８重量％を含む発酵液をＬｏ
ｏｔ／Ｈｒの流量で抜き出し、後述の槽から抜き出した
液と熱交換した後、まず大気圧に保持された第１槽に供
給し９５℃に加熱すると槽上部からはアルコール４０重
量％を含む蒸気０．７５トン／Ｈｒ（ぽかに炭酸ガス１
５１　Ｋｇ／　Ｈｒ）が得られる。槽下部から抜き出し
た発酵液を５５　Ｔｏｒｒに保持された第２槽へ供給し
て減圧蒸発させると、槽上部からアルコール３８重量％
を含む蒸気１゜０５トン／Ｈｒ（他に炭酸ガス４１　Ｋ
ｇ／　Ｈｒ）が得られる。

横下部から抜き出した液（アルコール濃度５゜２重量％
：温度３７℃）は発酵槽から抜き出した液と熱交換して
冷却した後再び発酵槽へ循環させる。

このプロセスのフラッシュ蒸溜槽の減圧に要する動力は
２８ＫＷである。

各部における組成の明細及び所要動力を第６表に示す。

第６表 ［比較例４］ 前述の特公昭６３−３６７５３号記載の方法に準じて、
発酵槽からアルコール５．８重量％を含む発酵液をＬｏ
ｏｔ／Ｈｒの流量で抜き出し、後述の槽から抜き出した
液と熱交換したのち、まず３２０　Ｔｏｒｒに保持され
た第１慣に供給し、７５℃に加熱すると槽上部からはア
ルコール４０重量％を含む蒸気蒸気０．７５トン／＋（
ｒ（ほかに炭酸ガス１７５にｇ／Ｈｒ）が得られる。槽
下部から抜き出した発酵液を５５　Ｔｏｒｒに保持され
た第２槽へ供給して減圧蒸発させると、槽上部からアル
コール３８重量％を含む蒸気１．０５トン／Ｈｒ（他に
炭酸ガス１７Ｋｇ／Ｈｒ）が得られる。

槽下部から抜き出した液（アルコール濃度５゜２重量％
：温度３７℃）は発酵槽から抜き出した液と熱交換して
冷却した後再び発酵槽へ循環させる。

このプロセスのフラッシュ蒸溜槽の減圧に要する動力は
２６．３ＫＷである。

各部における組成の明細及び所要動力を第７表に示す。

（以下余白） 第 表 換器や配管内でのスケーリングが生じに（（、省エネル
ギー的にアルコールを蒸発回収することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は綿Ａは５．８重量％アルコール水溶液のバブル
ポイント（ＩＩＡ）及び５．８重量％アルコール含有水
蒸気の露点（線Ｂ）を示す図で、横軸は温度（℃）、縦
軸は圧力（Ｔｏｒｒ）を表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）アルコール発酵槽から発酵液の一部を抜き出し、該
   発酵液の保有温度乃至６０℃の温度で、大気圧又はそれ
   以下の圧力でかつ順次低い圧力に維持された複数個の槽
   に順次送入し、前段の槽では実質的にアルコールの蒸発
   を伴うことなく発酵液中の非凝縮性ガスが放散する条件
   で操作して非凝縮性ガスを放散させ、最終段の槽の圧力
   をフラッシュ蒸発条件に維持することにより先行する槽
   で凝縮性ガスが除去された発酵液からアルコールを回収
   したのち、残液を再び発酵槽へ循環させることを特徴と
   する発酵液からのアルコールの回収方法。