JPH0533978B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、バイオマス・アルコールのような
低濃度アルコールを濃縮して高濃度のアルコール
を連続的に得る方法に関するものである。

従来技術およびその問題点 発酵法により高濃度のアルコールを得る方法と
しては、酒類の醸造において見られるように、回
分法を採用して発酵菌である酵母を再利用しない
方法もあるが、いわゆるバイオマスから発酵アル
コールを連続生産しようとする場合には、凝集沈
降性酵母を用いたり固定化菌体を用いたりして、
発酵槽から菌体が流出するのを防止し、さらに発
酵槽内のもろみの一部を槽外に抜き出して、槽内
のアルコール濃度を調節することにより、菌体の
死滅を防止するとともに発酵速度を速める方法が
行なわれている。

従来、上記のようなバイオマスからのアルコー
ルの連続生産プロセスにおいては、第７図に示す
ように、発酵槽７１から抜き出したもろみを蒸留
塔７２に導いて蒸留し、アルコールの濃度を高め
る方法がとられていた。なお、同図において７３
はコンデンサ、７４はリボイラである。しかしこ
の方法では、アルコールの濃度を目標値まで高め
るには、多量の熱エネルギーを消費する大型の多
段蒸留塔が必要である上に、アルコール・水系混
合物には共沸点があるため、通常の蒸留ではアル
コールの濃縮濃度に限界があつた。

この発明は、上記のような点に鑑みてなされ、
熱エネルギーの多量消費や共沸点に起因する濃縮
限界といつた問題を完全に克服することのできる
アルコール濃縮法を提供することを目的とする。

問題点の解決手段 この発明によるアルコール濃縮法は、上記目的
の達成のために、アルコールの連続生産プロセス
において、発酵槽から抜き出したもろみをフラツ
シユ蒸留処理に付し、生じた蒸気を、二次側の圧
力が一次側の圧力より低くなされた膜分離処理に
付して高濃度アルコールを得ることを特徴とす
る。

上記もろみは、例えば、発酵槽内のアルコール
濃度を調節して菌体の死滅を防止するとともに発
酵速度を速めるために、発酵槽内のもろみの一部
を槽外に抜き出したものである。

実施例 つぎに、この発明を実施例によりさらに具体的
に説明する。

実施例 １ 第１図において、発酵原料バイオマスは発酵槽
１内で酵母の培養によりアルコール発酵に付され
る。そしてバイオマスの発酵により生じたもろみ
は、槽内のアルコール濃度を調節することによ
り、菌体の死滅を防止するとともに発酵速度を速
めるために、槽外に一部抜き出される。こうして
抜き出されたもろみは予熱器２で熱せられた後、
減圧状態にあるフラツシユ槽３内にフラツシユさ
れる。このフラツシユ蒸留により、アルコールと
水を主成分とするフラツシユ蒸気が生成するとと
もに、もろみ中の菌体や固形成分などが蒸留残と
して槽底に残る。

フラツシユ蒸気は、同槽３内のデミスタ４を通
過することにより蒸気中の微小液滴が除去された
後、膜分離槽５に導かれる。同槽５の内部は透過
膜６によつて一次側と二次側に２区分せられてお
り、二次側の圧力はブロア、コンプレツサ、真空
ポンプなどにより一次側の圧力より低くなされて
いる。また、透過膜６としては、アルコールを水
より選択的に透過するシリコンゴム系の膜が用い
られている。そしてフラツシユ蒸気が同槽５の一
次側に供給されると、その中のアルコール分が優
先的に透過膜６を透過し、二次側から高濃度アル
コール蒸気が得られる。

一次側に残つた低濃度アルコール蒸気は膜分離
槽５を出た後、凝縮器７で凝縮され、凝縮液はフ
ラツシユ槽３から出た蒸留残と合流し、合流液の
一部は発酵槽１の底部に戻され、残部は系外に抜
き出される。

透過膜は上記のものに限定されず、透過物質に
対する選択性、透過速度などを考慮して選定され
る。また上記シリコンゴム系の膜の代りに、水を
アルコールより選択的に透過する酢酸セルロース
系の膜が用いられると、一次側から高濃度アルコ
ール蒸気が得られる。

第１図のフローではもろみはフラツシユ蒸留に
付される前に予熱されるので、発酵時より高温に
なり、その結果もろみ中の菌体が死滅ないし損傷
するおそれがある。このような場合にはフラツシ
ユ蒸留前の予熱を省き、フラツシユ槽内をより減
圧状態にして低温でフラツシユ蒸留を行ない、蒸
留残を発酵槽へ戻す途中で加熱して発酵温度を調
節し、菌体の死滅ないし損傷を防止する方法がと
られる。

つぎに、気液平衡関係を示す第２図と膜の分離
性能を示す第３図とを基に、アルコール濃縮の過
程について説明する。発酵槽から抜き出した液相
もろみのアルコール濃度をXAとすると、フラツ
シユ蒸発によつて得られる気相のアルコール濃度
は、第２図の気液平衡線によりYAとなる。この
場合、フラツシユ蒸気はもちろんデミスタにより
微小液滴が完全に除去されたものであることが必
要条件である。ついで第３図に示す分離性能を有
するアルコール選択透過膜を内装した膜分離槽の
一次側に、アルコール濃度YAの上記フラツシユ
蒸気が供給されると、分離係数αEtOH／H₂Ｏ ＝二次側蒸気のアルコールwt％／二次側蒸気の水wt
％／一次側蒸気のアルコールwt％／一次側蒸気の水wt％
はα_Aとなる。したがつてYA＝45wt％， α_A＝7.5の場合、二次側で得られるアルコールの
濃度は86wt％となる。

実施例 ２ 第４図は膜分離槽が２基直列に配設された例を
示す。前流側の槽５には実施例１の場合と同じく
アルコール選択透過膜６が内装され、後流側の槽
２１には逆に水選択透過膜２２が内装されてい
る。そして前流側の槽５の二次側から出たアルコ
ール含有蒸気は後流側の槽２１の一次側に供給さ
れ、同一次側から高濃度アルコール蒸気が得ら
れ、同槽２１の二次側から低濃度アルコール蒸気
が流出し、凝縮器２３で凝縮させられる。この実
施例の他の構成は実施例１のものと全く同じであ
る。

この実施例は、もろみのアルコール濃度が低く
て、膜分離槽１基ではアルコール濃縮濃度が目標
値まで達しない場合に、特に好適である。また膜
分離槽は２基とも同種の選択透過膜を内装したも
のでもよく、さらに必要に応じて３基以上配設さ
れてもよい。

実施例 ３ 第５図は膜分離槽をフラツシユ槽内に組込んだ
例を示す。この例では、フラツシユ槽３１内のデ
ミスタ３２の上方空間が膜分離槽３３となされ、
同槽３３にアルコール選択透過膜３４が内装され
ている。そしてデミスタ３２を透過したフラツシ
ユ蒸気は膜分離槽３３の一次側に供給され、同二
次側から高濃度アルコールが得られる。このよう
にフラツシユ槽と膜分離槽を一体化することによ
り、装置のコンパクト化および設備費の節減が果
たせる。

実施例４（参考例） この実施例はフラツシユ蒸留装置の代りに第６図
に示す小型の蒸留塔４１または蒸発器を用いる例
である。この場合、底部に加熱器４２があるの
で、予熱器によるもろみの予熱は必要でない。そ
して塔頂から出たアルコール・水系蒸気が膜分離
槽の一次側に供給され、塔底から出た蒸留残が発
酵槽に戻される。

なお、この実施例の場合も、蒸留塔または蒸発
器の頂部に透過膜を内装して、これらの内部に膜
分離槽を組込んでもよい。

発明の効果 以上の次第で、この発明によれば、発酵槽から
抜き出したもろみをフラツシユ蒸留処理に付し、
生じた蒸気を、二次側の圧力が一次側の圧力より
低くなされた膜分離処理に付すので、上記蒸発処
理によつてもろみ中の菌体や固形成分などを蒸留
残として分離除去することができて、これらが後
流側の膜分離工程に行くのを完全に防止すること
ができる上に、アルコール濃度の高いフラツシユ
蒸気を膜分離工程に供給することができる。こう
してこの発明のアルコール濃縮法によれば、アル
コールの連続生産プロセスにおいて、高濃度アル
コールの生産性を大幅に向上することができる上
に、本明細書の冒頭で説明した熱エネルギーの多
量消費や共沸点に起因する濃縮限界といつた従来
法の問題点を完全に解消することができる。

【図面の簡単な説明】

第１，４，５および６図はこの発明の実施例
１，２，３および４を示すフロー・チヤート、第
２図はアルコール・水系の気液平衡関係を示すグ
ラフ、第３図はアルコール濃度と膜の分離係数の
関係を示すグラフ、第７図は従来例を示すフロ
ー・チヤートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルコールの連続生産プロセスにおいて、発
   酵槽から抜き出したもろみをフラツシユ蒸留処理
   に付し、生じた蒸気を、二次側の圧力が一次側の
   圧力より低くなされた膜分離処理に付して高濃度
   アルコールを得ることを特徴とするアルコール濃
   縮法。 ２ 上記もろみが、発酵槽内のアルコール濃度を
   調節して菌体の死滅を防止するとともに発酵速度
   を速めるために、発酵槽内のもろみの一部を槽外
   に抜き出したものである特許請求の範囲第１項記
   載の方法。