JPS597315B2 - エタノ−ル製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、醗酵槽中で炭化水素を含有する基質を醗酵さ
せ、醗酵液の流れを例えば遠心分離により酵母濃縮物の
流れと酵母を含有しない流れとに分離し、酵母濃縮物の
流れを醗酵槽に循環させるとともに酵母を含有しない流
れを蒸留によりエタノールが濃縮された蒸気流れと塔底
液流れとに分離することによるエタノール製造方法に関
する。

このような製造方法は、スエーデン特許出願第７８０１
１３３−５号明細書に記載されており、酵母を含有しな
い流れを蒸留により分離する場合プラントより排出され
る塔底液の流れは６スロップ″（”Ｓｌｏｐ″）と呼ば
れる．このスロップ（Ｓｌｏｐ）は、経済的な方法、例
えば乾燥または燃焼により処理しうるためには、主とし
て非醗酵性である溶存固体物質について出来るだけ濃厚
溶液であることが望ましい。

スロツプは高濃度にすると輸送費が低下し、農業用肥料
としてさらに利用することができる。

かかるエタノール製造法でその運転作業を経済的に行な
うためには、該残留流れの大部分を醗酵槽に循環させる
ことと共に、蒸留によって分離される酵母を含有しない
流れには、蒸留によって塔底液として得られるスロツプ
が望ましき高固体含量のものであるために、主として非
醗酵性の固体物質が高濃度で溶解され、含有されていな
ければならない。

醗酵液中の溶存固体物質濃度があまり高《なると、液の
浸透圧が増加し、酵母活性及び酵母の生長を阻害するよ
うになるおそれがある。

従って上述の特許方法に於いて、醗酵槽中に溶存する定
常状態の固体物質濃度が酵母が耐え得る程度の濃度であ
ることに対応して決定される溶存固体物質濃度以上に排
出スロップを濃縮することが出来ないという制限をうけ
ている。

本発明者等はかかる技術方法の上記制限を低減乃至は回
避する改良方法を開発した。

本発明方法は醗酵槽からの醗酵液を酵母濃縮物の流れと
、酵母を含有しない流れとに分離し、酵母濃縮物の流れ
を醗酵槽に循環させるとともに、酵母を含有しナイ流れ
を蒸発ユニットに供給してエタノールが濃縮された第１
の蒸気流れと第１０塔底液流とに分離し、その塔底液の
大部分を醗酵槽に循環させると共に残りの小部分をスト
リッピングユニットに送り、この第１の塔底液の小部分
をエタノールが濃縮された第２の蒸気流れとエタノール
を十分に除去した第２０塔底液流れに分離することより
なる。

本発明方法において用いられる蒸発ユニットは醗酵液か
らのエタノールの完全分離のために必要な蒸留平衡段数
の一部分だけを提供している蒸留塔であることが可能で
あり、又そうであることが好ましく、該平衡段数の残り
の部分はストリッピングユニットが提供して、ストリツ
ピングユニットからはエタノールが十分に除去された塔
底液が排出される。

蒸発ユニットにはいってくる、酵母を含有しない流れの
主要部分がストリッピングユニットを通逼した後ではな
く、蒸発ユニットを１回通過しただけで第１の塔底液流
れとして醗酵槽に循環されるし、蒸発ユニットとストリ
ツピングユニットとを用いることにより、比較的高固体
物質濃度のスロツプが、醗酵液中の乾燥固体物質の濃度
をそれに応じて高くしなくても得られる。

醗酵液とスロツプとの乾燥固体物質の濃度差はそれ相当
にストリツピングユニットに熱エネルギーを供給したり
第２の蒸気流れを直接蒸気として蒸発ユニットに供給し
たりして変えることができる。

ここで問題にしている乾燥固体物質の大部分は浸透圧を
増大せしめ、それによって酵母菌の成長と活性に大きく
影響を及ぼす成分からなっているだめに上記の乾燥固体
物質の濃度差を最大限に大きくすることが重要である。

原理的には、エタノールが濃縮された第１および第２の
蒸気流れの両者を所望の品質のエタノールの製造のため
に精留装置に供給することができる。

この操作は各種の異なる方法で行なわれる。生成したエ
タノールの大部分は勿論該第１の蒸気流れ中に存在する
が、第２の蒸気流れも多少のエタノールを含有し、特に
第２の蒸気流れは高いエンタルピーを持っている。

上記２種の蒸気流れをエタノール製造のための精留装置
へ供給する仕方は、精留装置の運転に必要なエネルギー
の供給について選定される方法、すなわち特に、該エネ
ルギーを供給する場所、およびその形、すなわちスチー
ムまたは高温液体のような適当な熱媒体との熱交換によ
り間接的に、またはスチームの形で直接的に供給するか
のいずれかにより変ってくる。

スチームを直接に使用する方が熱交換器表面へ沈着物が
形成される問題を回避することができる点で有利である
。

本発明の好ましい実施態様の一つによれば、第２の蒸気
流れの全部が蒸発ユニットに供給される。

この作業方法は全プラントの設計が簡単になる。

あるいは、第２の蒸気流れの少な《とも一部分を直接ま
たは間接的に蒸発ユニットに供給することもできる。

又、蒸発ユニットを運転するのに必要なエネルギーを、
少なくとも部分的に直接生蒸気として供給することもで
きる。

本発明の方法のさらにもう一つの実施態様によれば、第
２の蒸気流れの少くとも１部を第１の蒸気流れと合流さ
せ、この合流した蒸気流れを所望の品質のエタノールを
製造するための精留装置に供給する。

この供給は各種の異なる方法例えば、蒸気の形で精留塔
へ直接供給するか、あるいは、熱媒体流れと熱交換して
凝縮後供給することもできる。

第１および第２蒸気流れの利用可能なエンタルピーの少
《とも１部を精留塔の塔底加熱に用いるのが適当である
。

第２の蒸気流れの少くとも１部を精留塔の熱媒体として
用いることもできる。

更に又別の運転方法に於では、第１および／又は第２の
蒸気流れの少くとも１部が所謂熱圧縮機を経由して精留
塔に熱媒体として供給され、精留塔において第１の蒸気
流れの少くとも１部が精留される。

蒸発ユニットの加熱も少くとも部分的には熱圧縮機で行
うことができる。

本発明の方法の他の１実施態様によれば、第１の蒸気流
れが、所望の品質のエタノールを製造するための精留塔
の最下段に供給される。

この最下段よりの液体流れは、蒸発ユニットに循環され
る。

この方法はかなりのエネルギー増加をもたらす。

醗酵液とスロツプとの乾燥固体物質の含有濃度差を最大
ならしめることが要求されるときは、エネルギーは間接
的にストリツピングユニットに供給される。

ストリツピングユニット中の蒸気の流れが蒸発ユニット
中の蒸気流れと略等しい場合には、乾燥固体物質の含有
濃度差が主要な問題となる。

蒸発ユニットに供給される液流れとそれから排出される
液流れとのエタノール濃度差を大きくするには蒸発ユニ
ットの蒸留段数を若干増加して醗酵槽と蒸発ユニットと
の間の流量を少《する。

こうすると蒸発ユニットの負荷が軽《なる。

このような操作の目的はエタノールの主要部分を除去す
ることではない。

このような場合には蒸発ユニットとストリツピングユニ
ットを１本の塔にまとめることができる。

この場合、醗酵槽に戻る第１の液の流れは塔の適当な高
さから排出されなければならない。

ストリツピングユニットは、数段の蒸留段数を有する簡
単なユニットとして設計することもできるが、その塔底
よ９排出する流れ、すなわち第２０塔底液流れが低いエ
タノール含量、即ち０．５重量係以下程度の低濃度のエ
タノール含量となるために充分な蒸留段数を有するスト
リツピング塔として設計するのが好ましい。

アルいは、ストリツピングユニットを一連の蒸発器段階
により構成することもでき、蒸発器段階（ｎ＋１）より
の蒸気流れは前段階の蒸発器段階ｎに供給され、蒸発器
段階（ｎ＋１）は、蒸発器段階（ｎ）よりの塔底流れを
受け入れる。

このような実施態様は、沈着物形成問題がひどい場合に
有利である。

何故ならば、多《の場合ストリツピングユニットの全部
でなく、その１部だけをとりかえることですむからであ
る。

蒸発ユニットおよびストリツピングユニットハ大気圧で
運転するのが普通は適当であるが、場合によっては、あ
る程度減圧下にこれらのユニットを運転するのが有利で
ある．減圧の場合、ユニットにおける運転温度を低下さ
せることができ、したがって、沈着物の形成に関して有
利となる。

添附図面を参照しつつ、本発明をさらに詳しく開示する
。

第１図は、スエーデン特許出願第７８０１１３３−５号
の方法の概略フローシートを示し、第２図は本発明の方
法の実施態様の一つの主要なフローシ一トを示し、第３
図は第２図の場合に似ているが、ストリツピングユニッ
トが直列に結合された３つの蒸発器段階より構成されて
いる場合の実施態様を示し、第４図はストリツピング塔
とエタノール製造のための精留装置とよりなる本発明の
実施のだめのプラントの１実施態様を示し、第５図は、
第４図の場合に似ているが本発明方法の運転方法におけ
る部分的物質収支を開示する。

第１図において、１は１個または複数個の醗酵槽であり
、２はイーストを醗酵槽へ循環させるための遠心分離機
であり、３はイーストを含有しない流れをエタノールが
濃縮された蒸気流れとエタノールは完全に除去されてい
るが多少の醗酵性及び非醗酵性物質を含有する残留流れ
とに分離するための装置である。

蒸気流れはライン４を通してまた残留流れはライン５を
通してそれぞれ排出される。

酵母の循環は、２個のライン６および７を通して行なわ
れ、酵母を含有しない流れはライン８を通して装置３に
供給される。

原料流れはライン９を通して醗酵槽に供給される。

発生するＣＯ２はライン２２を通して排出される。

装置３より排出された残留流れは２個の部分流れに分離
され、その１つの流れはライン１０を通して醗酵槽に循
環され、第２の流れはライン１１を通じ、スロツプとし
て排出される。

このようなプラントの機能は、上記スエーデン特許出願
第７８０１１３３−５号に開示されている。

第２図に示されるプラントは第１図に於けると同様に醗
酵槽１、遠心分離機２及びライン６乃至１０より構成さ
れている。

更に簡単な蒸発ユニット１２、ストリツピングユニット
１３及び蒸留ユニット１４が付加されている。

蒸発ユニット１２よ９の第１の塔底液流れはライン１５
を通じて排出され、その大部分はライン１０を通して醗
酵槽１に循環され、その小部分はライン１６を通してス
トリツピングユニット１３に供給され、エタノールを除
去した第２０塔底液流れはライン１７を辿じてストリツ
ピングユニット１３から排出される。

蒸発ユニット１２からのエタノールが濃縮された第１蒸
気流れはライン１８を刑して蒸留ユニット１４に送られ
、ストリツピングユニット１３よりのエタノールが濃縮
された第２蒸気流れはライン１９を通して蒸留ユニット
１４に送られる。

、蒸留ユニット１４へのライン１８および１９の供給点
は、概略的に示したにすぎない。

この蒸留ユニットより、ライン２０を通してエタノール
が濃縮された流れが排出され、主として水分よりなり略
完全にエタノールを除去した塔底流れがライン２１を通
して排出される。

この塔底流れは、醗酵槽より排出されるＣＯ２一流れに
付着しているエタノールを洗浄するのに用いることがで
きる。

第２図にこれが示されており、蒸留ユニット１４からの
塔底流れがライン２３を通してスクラバー塔２４に供給
され、このスクラバー塔には醗酵槽よりのＣＯ２一流れ
がライン２２を通して供給される。

かくして得られたスクラバー流れは、第２図中にライン
２５で示されるように、供給される基質流れを稀釈する
のに用いることができる。

第２図に示したプラントにおいては、蒸発ユニット１２
は、１段もしくは数段の蒸留段数に相当する短かい塔よ
りなり、ストリツピングユニット１３は、例えば時計ト
レイ（ ｃ ｌｏｃｋ ｔｒａｙｓ ）等、かなり多数
の蒸留段数を備えたス｝ ＩＪツピング塔より構成され
ている。

第３図に示したプラントは、このストリツピングユニッ
ト１３が蒸発器段階１３Ａよりの塔底流れが蒸発器段階
１３Ｂに供給され、蒸発器段階１３Ａが蒸発器段階１３
Ｂより蒸気流れを受け入れるような方法で直列に配置さ
れた３段の蒸発器段階１３Ａ，１３Ｂおよび１３Ｃより
構成されている以外は第２図のそれと類似している。

蒸発器段階１３Ｃは、同様に蒸発器段階１ ３Ｂ，１″
９の塔底流れを受け入れ、蒸発器段階１３Ｂには蒸発器
段階１３Ｂよりの蒸気流れが供給され、蒸発器段階１３
Ｃよりスロツプ流れが排出され、このスロツプ流れはラ
イン１７を通してプラントの外に出る。

蒸発器段階１３Ｃはストリツピングに必要なエネルギー
を間接的供給するために熱交換器の形で塔底ヒーター２
６を備えている。

第３図に示したプラントは、沈着物の問題がひどい場合
に用いることができる。

これらの沈着物は、主として蒸発ユニット１２に発生し
、副次的には蒸発器段階１３Ｃに発生する。

第４図に示したプラントにおいて、蒸発ユニット１２は
、第２図および第３図に示したプラントにおけると同じ
く１段もし《は数段の蒸留段数に相当する短かい塔で構
成されており、ストリツピングユニット１３はある程度
多数の蒸留段数を有するストリツピング塔よりなってい
る。

エタノールが濃縮された第２蒸気流れは蒸発ユニット１
２に送られ、この蒸発ユニット１２からは、エタノール
が濃縮された第１蒸気流れが出ており、ライン１８を通
して１個捷だはそれ以上の凝縮段に相当するパーシャル
コンテンザーにｊ芳られ、このパーシャルコンデンサー
の頂部よりライン２８を通して少量の揮発性不純物が排
出され、パーシャルコンデンサーの底部からはライン２
９を通じて液流れが排出されて、底部ヒーター３１およ
び頂部クーラー３２を有する精留とストリツピングとの
結合塔３０に送られる。

この結合塔３０よりエタノール流れがライン３３を通し
て高濃度で得られ、低濃度のエタノールを有する塔底部
流れはライン３４を通じて排出される。

ストリツピングユニット１３及び蒸発ユニット１２にお
ける分離のだめのエネルギーは、ストリツピングユニッ
ト１３中の塔底部ヒーター３５によりもっぱら供給され
るが、蒸発ユニット１２中に設けた塔底部ヒーター３６
によって附加的なエネルギーを供給することもできる。

蒸発ユニット１２に例えば生蒸気の形で附加的エネルギ
ーを供給することもできる。

パーシャルコンデンサー２７をトータルコンデンサーで
置換し、トータルコンデンサーよりの全流量を結合塔３
０に供給することもできる。

第５図に、１例として第４図に示したプラント運転時の
物質収支を開示する。

すべての量はｋｇで又％は重量煮で表わしてある。

Ｔは全流量を意味し、Ｆは醗酵性物質を意味し、ＮＦは
、王として塩よりなる溶存非醗酵性固体物質を意味する
。

グリセリンおよび他の有機不純物については別個に記載
していない。

ＤＳはＦとＮＦとの合計すなわち゛乾燥固形分”を意味
する。

供給される原料のＤＳは添加した水を含めて４２．７重
量係であり、醗酵槽中のＤＳ（イーストは考慮していな
い。

）及び蒸発ユニットに供給されるイーストを含有しない
流れのＤＳは２５．８重量受である。

蒸発ユニットよりの第１０塔底液流れ中のＤＳは２７．
０重量％であり、プラントより排出されるスロツプ中の
ＤＳは３５．１重量係である。

２．８重量係のエタノールを含有する第１の塔底流れの
９２％が醗酵槽へ循環される。

このことは、循環流れ中のエタノールの濃度が比較的高
いことを意味する。

蒸発ユニットおよびストリツピングユニットにおける分
離のだめのエネルギーは、１部はストリツピングユニッ
トにおける間接的スチームとして、また１部は蒸発ユニ
ットにおける間接的まだは外部よりの生蒸気としてそれ
ぞれ供給される。

醗酵槽におけるＤＳ一含有率をもつと高くして連転する
こともできる。

酵母の浸透圧に抵抗する能力が恐ら《限界値を決めるこ
とになる。

たとえば２５〜３０重量贋のＤＳ一含有率が可能である
。

不発明の方法は各種の手段で制御できる。

第１の蒸気流れのエタノール濃度は蒸発ユニットまたは
ストリツピングユニットに対するエネルギーの供給童を
変えることによって制御でき、醗酵槽の水位は該槽へ戻
る第１の塔底液流れの割合いを変えることによって制御
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はスエーテン特許出願第７８０１１３３−５号に
よる方法の概略のフローシ一トであり、第２図は本発明
による方法の１実施態様によるプラントのフローシート
でアリ、第３図はストリツピングユニットが直列に結合
された３段階の蒸発器段階からなる実施態様のフローシ
ートでアリ、第４図は本発明におけるストリツピンク゛
塔とエタノール製造のための精留装置を含む実施態様を
示すフローシートであり、第５図は本発明の方法による
運転の際の物質収支を示すフローシートである。 符号の説明 １・・・醗酵槽、２・・・遠心分離器、３
・・・分離装置、４， ５， ６， ７， ８， ９，
１０， １５， ２２・・・ライン、１２・・・蒸発
ユニット、１３・・・ストリツピングユニット、１４・
・・蒸留ユニット、３０・・・結合塔、３１，３５．３
６・・・底部ヒーター、３２・・・頂部クーラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 醗酵槽からの醗酵液の流れを酵母濃縮物の流れと酵
   母を含有しない流れとに分離し、酵母濃縮物の流れを醗
   酵槽に循環させるとともに酵母を含有シない流れを蒸発
   ユニットに供給して、エタノールが濃縮された第１の蒸
   気流れと第１０塔底液流れとに分離し、その塔底液の大
   部分を醗酵槽に循環させると共に残りの小部分をストリ
   ツピングユニットに送り、この第１０塔底液の小部分を
   エタノールが濃縮された第２の蒸気流れとエタノールを
   実質的に除去した第２０塔底液流れとに分離することを
   特徴とする醗酵槽中で炭水化物を含有する基質を醗酵さ
   せてエタノールを製造する方法。 ２ 第２の蒸気流れの少くとも１部が直接蒸発ユニット
   へ供給されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のエタノール製造方法。 ３ 蒸発ユニットとストリツピングユニットとが１本の
   塔にまとめられており、第１の塔底液流れが該塔の適当
   の高さ位置から排出されることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項又は第２項記載のエタノール製造方法。 ４ 第２の蒸気流れの少くとも１部が第１の蒸気流れと
   合流されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のエタノール製造方法。 ５ 第２の蒸気流れの少《とも１部が所望の品質のエタ
   ノールを得るだめに第１の蒸気流れが精留を受けている
   精留塔へ加熱媒体として供給されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のエタノール製造方法。 ６ 第１および／または第２の蒸気流れの少くとも１部
   が、所望の品質のエタノールを得るために第１の蒸気流
   れの少なくとも１部が精留を受けている精留塔に加熱媒
   体として熱圧縮機を経て供給されることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のエタノール製造方法。 ７ 第１の蒸気流れが所望の品質のエタノールを製造す
   るために該蒸気流れが精留を受けている精留塔の最下段
   の蒸留段に供給され、この蒸留段よりの液体流れが蒸発
   ユニットに循環されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第４項の何れかの項に記載のエタノール製造
   方法。 ８ 蒸発ユニットにインプットされるエネルギーが少く
   とも部分的に生蒸気の形で直接供給されることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項乃至第７項の何れかに記載の
   エタノール製造方法。 ９ 蒸発ユニットにインプットされるエネルギーの少く
   とも１部が第２の蒸気流れとの間接的な熱交換により供
   給されることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第
   ７項の何れかの項に記載のエタノール製造方法。 １０ 第１０塔底液流れの残りの小部分が供給される
   ストリツピングユニットが直列に結合された多数の蒸発
   器段階よりなり、蒸発器段階（ｎ＋１）上りの蒸気流れ
   が前段階の蒸発器段階（ｎ）に供給され、蒸発器段階（
   ｎ）よりの塔底流れが蒸発器段階（ｎ＋１）に受入れら
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第９項
   の何れかの項に記載のエタノール製造方法。 １１蒸発ユニットおよびストリッピングユニットにおけ
   る分離が大気圧において行なわれることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項乃至第１０項の何れかの項に記載の
   エタノール製造方法。 １２ 蒸発ユニットおよびストリッピングユニットに
   おける分離が減圧下に行なわれることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項乃至第１０項の何れかの項に記載のエ
   タノール製造方法。