JPH08252434A - 高濃度アルコール製造方法 - Google Patents

高濃度アルコール製造方法

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JPH08252434A
JPH08252434A JP6052995A JP6052995A JPH08252434A JP H08252434 A JPH08252434 A JP H08252434A JP 6052995 A JP6052995 A JP 6052995A JP 6052995 A JP6052995 A JP 6052995A JP H08252434 A JPH08252434 A JP H08252434A
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JP
Japan
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alcohol
membrane
concentration
liquid
producing
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JP6052995A
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English (en)
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Takao Kokugan
孝雄 国眼
Se No Ka
セ ノ カ
Takashi Harada
隆 原田
Hirotsugu Matsuda
洋次 松田
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Ube Corp
Original Assignee
Ube Industries Ltd
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】低濃度アルコール水溶液を浸透気化法により高
濃度アルコールを連続的に得ると同時に廃棄物量を軽減
させる。 【構成】アルコール発酵液をアルコール選択透過型浸透
気化装置で分離し、不透過液を発酵槽に戻すことによ
り、発酵槽のアルコール濃度を低くする。一方、発酵槽
の低部から未反応物を抜き出し廃液を膜により濃縮する
ことにより固形分(廃棄物)を軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルコール発酵液のよ
うな比較的低濃度のアルコール水溶液を濃縮して、高濃
度のアルコールを連続的に得、かつ廃液を極力出さない
ようにした方法に関する。
【0002】
【従来の技術】液体混合物の分離方法として最も広く用
いられている技術の一つに蒸留法がある。また、近年、
逆浸透法および浸透気化法(Pervaporatio
n法)等の分離膜を用いた方法が研究されている。アル
コール発酵法によるアルコール生産において、発酵槽で
は時間と共にアルコール濃度が高くなるが、アルコール
生産菌が、アルコール濃度阻害を受け活性が低下し、そ
の結果低濃度アルコールを得ることになる。これを濃縮
するための蒸留法では多量の熱エネルギーが必要である
うえ、アルコール−水系混合物には共沸点があるため、
アルコールの濃縮濃度に限界があった。このため、目的
の少量成分であるアルコールを選択的に透過させる膜分
離技術のほうがエネルギー的に有利である。また、蒸留
塔から出る未反応物質等の廃棄物は液分が多く、その処
理にも多大な経費、労力を要する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な事情を考え、アルコール発酵法によるアルコール生産
性の向上を図ったものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルコール生
産菌を用いた連続アルコール生産において、原料を供給
してアルコール発酵をする発酵槽と、該発酵槽からアル
コール含有液を導入して分離するアルコール選択透過膜
を有する浸透気化装置と、該発酵槽の底部より未反応物
を抜き出すブリーダーとからなり、アルコール選択透過
膜不透過液を該発酵槽に戻すことにより、該発酵槽内の
アルコール濃度を低くし、また、精密濾過膜、限外濾過
膜、逆浸透膜及び浸透気化膜のいずれかを用いて分離
し、濾液を該発酵槽に戻すと同時に固形分を除去するこ
とを特徴とする高濃度アルコール製造方法に関する。さ
らに、前記アルコール選択透過膜がポリオレフィンであ
る高濃度アルコール製造方法に関する。また、前記ポリ
オレフィンがポリプロピレンである高濃度アルコール製
造方法に関する。また、前記アルコールがエタノールで
ある高濃度アルコール製造方法に関する。また、水選択
透過型浸透気化膜からなる浸透気化装置を前記アルコー
ル選択透過膜からなる浸透気化装置と併用し、脱水濃縮
する高濃度アルコール製造方法に関する。また、精密濾
過膜、限外濾過膜などの膜分離法を用い、ブリーダーを
コントロールすることによる高効率でアルコールを発酵
する高濃度アルコール製造方法に関する。
【0005】図1は本発明の低廃棄物量高濃度アルコー
ル製造方法の概略図である。連続発酵槽1で得られたア
ルコール溶液は、熱交換機4を経て、アルコール選択透
過膜からなるアルコール選択透過型浸透気化装置5の1
次側に供給される。膜の2次側は凝縮器6を介して真空
ポンプ7で所定の減圧度に保持してあり、アルコールに
富む透過蒸気を凝縮器6で冷却・液化して捕集する。ア
ルコール選択透過型浸透気化装置5の1次側からの回収
液は発酵槽等の原料供給液の補給液として再利用する。
さらに高濃度のアルコール溶液を得る場合は、上記で得
られた凝縮液を水選択透過膜からなる浸透気化装置に供
給し処理する。または通常使用される蒸留塔によって蒸
留濃縮することもできる。また、発酵槽1底部より抜き
出した未反応物質を廃液槽8に溜め、膜分離器10で濾
過処理し、透過液を発酵槽1へ、不透過物を廃液槽8に
送り返す。このサイクルを繰り返すことにより、反応残
物等の廃棄物はほぼ固体として除かれ、その量を軽減す
ることができる。膜分離器10で用いる膜は、固液分離
が行えればよく、適当な孔径を有する精密濾過膜、限外
濾過膜、逆浸透膜及び浸透気化膜のいずれかを適宜用い
てよい。
【0006】本発明に使用されるアルコール生産菌は、
例えば、サッカロマイセス(Sacchromyces) 属のサッカ
ロマイセス セレビシエ(S.cerevisiae)、サッカロマイ
セスウバラム(S.ubarum)などを代表とする酵母、チモモ
ナス モビリス(Zymomonasmobilis) 、クロストリディ
ウム サーモハイドロサルフリカム (Clostridiumtherm
ohydrosulfuricum)などの細菌、トリコデルマ(Trichode
rma) などのカビ類が挙げられる。
【0007】原料は、通常、澱粉、糖質及びセルロース
が用いられる。発酵槽1内のアルコール濃度は時間とと
もに高くなり、約15重量%に達するとアルコール生産
菌は顕著なアルコール濃度阻害を受け、発酵速度の低下
が起こるので、浸透気化装置5の2次側(透過側)から
アルコールを取り除き、1次側(供給側)から回収液を
発酵槽1に戻すことにより、発酵槽内のアルコール濃度
を5〜15重量%に保ち、アルコール発酵を行う。
【0008】アルコールとしては、メタノール、エタノ
ールおよびブタノールが好適であり、その水溶液を用い
る。特にエタノール水溶液が好ましい。
【0009】本発明に使用するアルコール選択透過膜の
材質は疎水性多孔質膜のポリオレフィンであり、例えば
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンおよびそれ
らの共重合体が挙げられるが、特にポリプロピレンが好
適に使用される。膜モジュールの形式は、平膜、スパイ
ラル膜、中空糸膜のいずれの形式でも使用することがで
きる。
【0010】前記のアルコール選択透過膜は、一般に孔
径0.01μm〜1.0μm、膜厚40μm〜70μm
で、好ましくは孔径0.1μm〜0.5μm、膜厚50
μm〜60μmが好ましい。孔径が0.01μmより小
さいと十分な透過量が得られず、1.0μmより大きい
と分離性能が低下するので好ましくない。また、膜厚が
40μmより小さいと耐圧性が劣り、さらに分離性能が
低下するので好ましくない。膜厚が70μmより大きい
と十分な透過量が得られないので好ましくない。また、
その膜はアルコールの水に対する分離係数αは5〜10
0であり、特に10〜50が好ましい。αが5より小さ
いと分離性能が低すぎ、100より大きいと十分な透過
量が得られない。ここでいう分離係数αは、次式で表さ
れる。
【0011】
【数1】
【0012】 C1 :供給液中のアルコール濃度(重量%) C’1 :供給液中の水濃度(重量%) C2 :透過液中のアルコール濃度(重量%) C’2 :透過液中の水濃度(重量%)
【0013】さらに、その膜のアルコール透過速度は
0.1kg/m2 ・hr以上である。
【0014】前記の水選択透過型浸透気化膜としては、
従来公知の膜を使用することができる。例えば、芳香族
ポリイミド膜、ポリビニルアルコール系膜、キトサン
膜、アルギン酸系膜、ポリアクリロニトリル系膜、酢酸
セルロース膜、セロファン膜、ポリアミド膜、N−ビニ
ルピロリドングラフト膜、ポリビニルピリジン膜、及び
これらの複合膜等が好ましく使用できる。
【0015】
【実施例】以下に実施例によって、本発明の浸透気化法
による高濃度アルコール製造法を、その好ましい一実施
例の概略を示す図2のフローシートを参照しながら詳述
する。発酵槽1に酵母を充填し、側部より基質(原料)
を供給する。上部より発酵液をアルコール選択透過型浸
透気化装置5に移送し、アルコールを取り除いた1次側
の回収液を原料供給液の補給液として循環し、連続発酵
を行った。基質がエンリッチな溶液を発酵槽の側部から
供給することにより、発酵槽内に循環流を生じせしめ、
槽内の攪拌と老廃物の下流方向への沈降を促進させた。
基質として糖蜜を用い、その糖濃度を20重量%、滞留
時間を約6時間として30℃にて発酵を行うと、発酵液
のエタノール濃度は約10重量%を示した。この発酵液
を30℃に保ち、アルコール選択透過膜である多孔質ポ
リプロピレン中空糸膜モジュール(孔径0.4μm、膜
厚55μm、膜面積0.50m2 )を組み込んだアルコ
ール選択透過型浸透気化装置5に流速0.8kg/hr
で送液し、2次側を真空ポンプ7で30Torrにて吸
引した。2次側より得られた蒸気は凝縮器6にて液化し
た。そのアルコール濃度は65重量%であり、分離係数
αは19.7であった。このとき、1次側回収液のアル
コール濃度は8.6重量%であった。次いで、得られた
凝縮液を水選択透過膜である非多孔質ポリイミド中空糸
膜モジュールを組み込んだ水選択透過型浸透気化装置1
1に送り、2次側を真空ポンプ13で1Torrにて吸
引し、脱水処理を行い、その1次側から0.011kg
/hrで95重量%のエタノールを得た。このとき、浸
透気化装置11の2次側からは0.009kg/hrで
31重量%のエタノールを得た。
【0016】
【発明の効果】本発明により、連続アルコール発酵を行
えば、連続して高濃度のアルコール水溶液を得ることが
できる。また、それは菌体等の固体成分のない純度の高
いアルコール水溶液なので、後工程での精製も容易に行
うことができる。さらに、従来の蒸留法よりも熱エネル
ギーの低減が大きい。また、廃棄物は固体として得られ
るので、量が軽減でき、その処理も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の高濃度アルコール製造方法の
好ましい一実施態様の概略を示すフローシートである。
【図2】図2は、本発明の高濃度アルコール製造方法の
好ましい一実施例の概略を示したフローシートである。
【符号の説明】 1 発酵槽 2、9 送液ポンプ 3、10 膜分離器 4 熱交換器器 5 アルコール選択透過型浸透気化装置 6、12 凝縮器 7、13 真空ポンプ 8 廃液槽 11 水選択透過型浸透気化装置 14 タンク
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 31/08 C07C 31/08 31/12 31/12

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルコール生産菌を用いた連続アルコー
    ル生産において、原料を供給してアルコール発酵をする
    発酵槽と、該発酵槽からアルコール含有液を導入して分
    離するアルコール選択透過膜を有する浸透気化装置と、
    該発酵槽の低部より未反応物を抜き出すブリーダーとか
    らなり、アルコール選択透過膜不透過液を該発酵槽に戻
    すことにより、該発酵槽内のアルコール濃度を低くし、
    また、精密濾過膜、限外濾過膜、逆浸透膜及び浸透気化
    膜のいずれかを用いて分離し、濾液を該発酵槽に戻すと
    同時に固形分を除去することを特徴とする高濃度アルコ
    ール製造方法。
  2. 【請求項2】 アルコール選択透過膜がポリオレフィン
    ある請求項1記載の高濃度アルコール製造方法。
  3. 【請求項3】 ポリオレフィンがポリプロピレンである
    請求項2記載の高濃度アルコール製造方法。
  4. 【請求項4】 アルコールがエタノールである請求項1
    〜3いずれか記載の高濃度アルコール製造方法。
  5. 【請求項5】 水選択透過型浸透気化膜からなる浸透気
    化装置を併用し、脱水濃縮することを特徴とする請求項
    1〜4いずれか記載の高濃度アルコール製造方法。
  6. 【請求項6】 精密濾過膜、限外濾過膜などの膜分離法
    を用いブリーダーをコントロールすることによる高効率
    でアルコールを発酵することを特徴とする請求項1〜5
    いずれか記載の高濃度アルコール製造方法。
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