JPS63254987A - アルコ−ル醗酵液の脱水濃縮方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルコール醗酵液の脱水濃縮方法、詳しくは
、気体分＃膜を用いたアルコール醗酵液の脱水濃縮方法
に関するもので、本発明の方法によれば、アルコール醗
酵液から容易に高濃度のアルコールを得ることができる
。

〔従来の技術〕

アルコール醗酵液からアルコールを分離精製する方法と
しては、醗酵槽からアルコール醗酵液の一部を抜き出し
、該アルコール醗酵液を蒸発缶に導入してフラッシュ蒸
発（減圧状態で蒸発させる）させて、アルコール−水混
合蒸気とアルコール低含量混合液とに分離し、アルコー
ル−水混合蒸気を凝縮して回収し、囚留法によりアルコ
ール−水混合液（凝縮物）から高濃度のアルコールを分
Ｍ精製する方法（アルコール低含量混合液の方はその一
部又は全部を醗酵槽に循環する）がある。

この方法において、醗酵槽からアルコール醗酵液の一部
を抜き出してアルコールを分離精製するのは、醗酵槽内
のアルコール醗酵液のアルコール濃度を常に一定以下に
保持して醗酵性酵母菌の活性を維持するためである。ま
た、アルコール醗酵液をフランシェア発させるのは、醗
酵性酵母菌が６０℃程度迄の耐熱性しか有さないためで
ある。また、蒸発缶の減圧保持には、真空ポンプ、エジ
ェクター等が使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

アルコール醗酵液からアルコールを分離精製する前記の
従来の方法は、次のような問題点を有している。

＋１１フラッシュ蒸発したアルコール−水混合蒸気を凝
縮させた後、蒸留塔で再び蒸留する必要があり、熱エネ
ルギーのロス及び消費量が大きい。

（２）水とアルコールが共存する系では、水は多くの場
合、アルコールと共沸混合物を造る。しかし、この共沸
蒸留法による場合、水と共沸混合物をつ（り且つ該共沸
混合物がアルコールよりも低い沸点を持らような第３成
分を添加する必要があるため、製品中にＷｌの第３成分
が混入する惧れがあり、また蒸留装置が大型になる等の
問題がある。

従って、本発明の目的は、アルコール醗酵液中のアルコ
ールを、熱エネルギーのロスがなく且つエネルギー消費
量も小さく、また簡単な操作で高濃度〔場合によっては
共沸組成（９５，６重量％）以上〕で分離精製できる、
アルコール醗酵液の脱水？１ｍ方法を提供することにあ
る。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明者等は、種々検討した結果、アルコール醗酵液を
フラッシュ蒸発させて得られるアルコール蒸気−水蒸気
からなる気体混合物を水茫気透過性の気体分離膜で処理
することにより、前記目的が達成されることを知見した
。

本発明は、上記知見に基づきなされたもので、アルコー
ル醗酵液を蒸発缶によりフラッシュ蒸発させ、アルコー
ル蒸気と水蒸気からなる気体混合物を生成する気体混合
物生成工程、 気体混合物生成工程で生成された気体混合物を圧縮機に
より圧縮する気体混合物圧縮工程、及び気体混合物圧縮
工程で圧縮された気体混合物を、７０℃以上の温度で気
体分離膜の一方の側に供給し、且つその際、該気体分離
膜の他方の側を減圧に保持するか、該気体分離膜の他方
の側にキャリアーガスを供給するか、又は該気体分離膜
の他方の側を減圧に保持しながら他方の側にキャリアー
ガスを供給することにより、上記気体混合物中の水７気
を選択的にｉ３過除去して、上記気体分離膜の一方の側
に水蒸気量が減少したアルコール蒸気を得る水蒸気分離
工程 を具備することを特徴とするアルコール醗酵液の脱水ｉ
！縮縮性法提供するものである。

以下、本発明のアルコール醗酵液の脱水濃縮方法を、そ
の好ましい一実施ａ様の概略を示す第１図のフローシー
トを参照し乍ら詳述する。

本発明のアルコール醗酵液の脱水濃縮方法を実施するに
は、先ず、醗酵槽（図示せず）から抜き出したアルコー
ル醗酵液を、ラインＡから蒸発缶１に供給して該蒸発缶
１でフラッシュ蒸発させ、アルコール蒸気と水蒸気から
なる気体混合物を生成させる（気体混合物生成工程）。

上記蒸発缶１は、醗酵性酵母菌の保護のために温度が約
６０℃以下、好ましくは５５℃以下に設定され、また圧
力が約２００ｍｍＨｇ以下、好ましくは１８０ｍｍＨｇ
以下に設定される。上記蒸発缶１の温度は、ラインＨに
よりスチーム等の熱源を蒸発缶１に供給することにより
調節される。

上記蒸発缶１におけるフラッシュ蒸発により、アルコー
ル醗酵液中のアルコールの大部分は蒸発し、また水も一
部蒸発する。蒸発しなかったアルコール及び水は、低濃
度のアルコール水溶液としてラインＧから醗酵槽に返送
される。

次いで、上記気体混合物生成工程で生成された気体混合
物をラインＢから圧ＷｒＲ２に移送し、該圧縮機２で気
体混合物を圧縮する（気体混合物圧縮工程）。

上記気体混合物の圧縮は、次工程の水薫気分離工程にお
ける気体分離膜のドライビングフォースを確保するため
に行われるもので、該圧縮により、気体混合物の圧力を
７６０ｍｍＨｇ以上、好ましくは７６０〜５０００ｍｍ
Ｈｇとし、気体混合物の温度を７０℃以上、好ましくは
７０〜１５０℃とする。

上記圧縮機２としては、ルーツブロアー圧縮機を好適に
用いることができる。

然る後、上記気体混合物圧縮工程で圧縮された気体混合
物を、７０℃以上、好ましくは７０〜１５０℃の温度で
、ラインＣから気体分離膜３の一方の側（−次側）３ａ
に供給し、且つその際、該気体分離膜３の他方の側（二
次側）３ｂを減圧に保持することにより、上記気体混合
物中の水茎気を選択的に透過除去して、上記気体分離膜
３の一次側３ａに水蒸気量が減少したアルコール蒸気を
得る（水蒸気分離工程）。

気体分離膜３の二次側３ｂの減圧の保持は、気体分離膜
３の二次側３ｂに透過した、主として水ア気からなる気
体（透過気体）を、ラインＥから冷却２Ｓ４に移送し該
冷却器４で凝縮させる方法により行われる。この方法は
、運転開始時に一度だけ真空ポンプ６を駆動して気体分
離■！２３の二次側３ｂを減圧しておけば、゛その後は
、透過気体が冷却器４で凝縮することにより減圧が達成
されるので、減圧度を維持するために真空ポンプ６を駆
動する必要がなく、動力費が低減されて有効である。

気体分離膜３の二次側３ｂの減圧度が高いほど水蒸気の
分離膜透過量は大きく、気体分離膜３の二次側３ｂの系
の圧力は、通常２００ｍｍＨｇ以下、好ましくはｌＯＱ
ｍｍＨｇ以下にする。

上記水蒸気分離工程で気体分離膜３の一次側３ａに得ら
れたアルコール蒸気（非遇過気体）は、茎発缶１内で熱
交換され、高濃度のアルコール水溶液としてラインＤか
ら取り出される。

また、透過気体（主として水蒸気）は、冷却器４で凝縮
され、減圧タンク５に移送され、該減圧タンク５からラ
インＦから系外へ排出される。

尚、上述の第１図のフローシートに示す実施態様におい
ては、気体分離膜３による水蒸気の除去を、気体混合物
を気体分離膜３の一次側３ａに供給した際に該気体分離
膜３の二次側３ｂを減圧に保持することにより行った場
合について説明したが、この他に、気体分離膜３の二次
側３ｂにキャリアーガスを供給するか、又は気体分離膜
３の二次側３ｂを減圧に保持しながら二次側３ｂにキャ
リアーガスを供給することによっても同様に気体混合物
中の水蒸気を除去することができる。

また、気体分離膜３の二次側３ｂを減圧に保持する方法
としては、上述の第１図のフローシートに示す実施態様
の如く、冷却器４を用いて気体分離膜３の二次側３ｂに
透過した気体を凝縮させることにより、減圧度を維持す
る方法が好ましいが、通常の真空ポンプを用いる方法で
も良い。

また、本発明で用いられる気体分離膜としては、水蒸気
を選択的に透過させる気体分離膜であればよく、例えば
、セラミック多孔質膜等の無機質膜、ポリアミド、セル
ロース、酢酸セルロース、ポリイミド等からなる存機質
膜が挙げられる。特に気体分離膜を高温・高圧で操作す
るときには、水蒸気選択透過性能に優れ且つ耐熱性、耐
薬品性にも優れた芳香族ポリイミド製気体分離膜が好ま
しい。

上記気体分離膜としては、有効膜面積の大きい中空系の
集合体が好ましいが、平膜でも良い。

気体分離膜として用いられる中空糸は、その外径が、通
常５０〜２０００μ、好ましくは２００〜１０００μで
ある。中空糸の外径が小さ過ぎると圧力損失が大きくな
り、大き過ぎると有効膜面積が減少する。また、上記中
空糸としては、（厚み／外径）＝０．１〜０．３の条件
を満たずものを用いるのが好ましい。尚、上記厚み−（
外径−内径）／２である。中空糸の厚みが小さいと耐圧
性が不充分となり、また厚みが大きいと水蒸気選択透過
性が不良となる。

本発明に用いる気体分離膜として特に有利に用いること
のできる芳香族ポリイミド製気体分離膜は、芳香族テト
ラカルボン酸骨格と芳香族ジアミン骨格とを含むもので
公知の方法により製造することができる。

上記芳香族テトラカルボン酸骨格としては、３゜３’　
、４．４°−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、２，３
，３°、４′　−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ピ
ロメリット酸、３，３°、４゜４°−″ビフェニルテト
ラカルボン酸、及び２，３゜３°、４゛　−ビフェニル
テトラカルボン酸、そしてこれらの芳香族テトラカルボ
ン酸の酸二無水物、エステル、塩等から誘導されるカル
ボン酸骨格を挙げることができる。これらのうち３，３
“、４゜４°　−ビフェニルテトラカルボン酸の酸二無
水物と２．３，３°、４゛　−ビフェニルテトラカルボ
ン酸の酸二無水物等により代表されるビフェニルテトラ
カルボン酸二無水物から誘導された酸骨格を土酸骨格と
する芳香族ポリイミド製気体分離膜を使用した場合に本
発明は特に有用である。

また、上記芳香族ジアミン骨格としては、ｐ−フェニレ
ンジアミン、ｍ−フェニレンジアミン、２．４−ジアミ
ノトルエン、４．４゛　−ジアミノジフェニルエーテル
、４，４゛　−ジアミノジフェニルメタン、ｏ−トリジ
ン、１．４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、
０−）リジンスルホン、ビス（アミノフェノキシ−フェ
ニル）メタン、及びビス（アミノフェノキシ−フェニル
）スルホン等を挙げることができる。

芳香族ポリイミド製気体分離膜の製造方法としては、例
えば、上記芳香族ジアミン（他の芳香族ジアミンを含有
していてもよい）からなる芳香族ジアミン成分と上記ビ
フェニルテトラカルボン酸成分とを略等モル、フェノー
ル系化合物の有機溶媒中約１４０°Ｃ以上の温度で一段
階で重合及びイミド化して芳香族ポリイミドを生成し、
その芳香族ポリイミド溶液（濃度；約３〜３０重量％）
をドープ液として使用して約３０−１５０℃の温度の基
材上に塗布又は流延あるいは中空糸膜状に押出してドー
プ液の薄膜（平膜又は中空糸）を形成し、次いでその薄
膜を凝固液に浸漬して凝固膜を形成し、その凝固膜から
溶媒、凝固液等を洗浄除去し、最後に熱処理して芳香族
ポリイミド製の非対称性気体分離膜を形成する製膜方法
を挙げることができる。

（実施例〕 以下、本発明の実施例を挙げ、本発明を更に詳細に説明
する。

実施例１ 第１図に示すフローシートに従って下記のようにして実
施した。

醗酵槽から抜き出した１０重１％エタノール水溶液（３
０℃、常圧）を、ラインＡから温度５６℃、圧力１５０
ｍｍＨＨに保持した蒸発缶ｌに毎時１１．４Ｋｇで供給
した。蒸発缶ｌから流出するエタノール蒸気及び水蒸気
からなる気体混合物をラインＢから圧縮ｎ２に移送し、
該気体混合物を該圧縮機２で圧縮し、圧カフ　６０ｍｍ
Ｈｇ、Ｑ度１４０℃に昇圧・昇温させた。圧縮機２に移
送される上記気体混合物のエタノール濃度は３０重重聾
であり、その移送量は毎時２．８Ｋｇであった。また、
圧縮機２としては、ルーツブロアー圧縮ａＥＴＷ−３０
（アンレット社製）を使用した。

圧縮８２で昇圧・昇温させた気体混合物をラインＣより
気体分離膜３の一次側３ａに供給し、気体分離膜３の一
次側３ａに非通過気体を得た。この際、気体分離膜３の
二次側３ｂを１００ｍ５＋Ｉｇに減圧し、気体分離膜３
としては、中空糸外径５００μで有効膜面積３ｄの芳香
族ポリイミド製中空糸気体分離膜を用いた。

上記の如くして得られた非透過気体は、エタノール濃度
９４．０重量％であり、蒸発缶１内で熱交換されて凝縮
され、ラインＤより毎時０．８　Ｋｇで取り出された。

マタ、エタノール濃度３．６重量％のエタノール水溶液
は、ラインＧより毎時８．６Ｋｇで醗酵槽に返送され、
また気体分離膜３の二次側３ｂに透過した混合気体は、
エタノール濃度２．１重量％であり、冷却器４により凝
縮され、排出ラインＦより毎時２、０　Ｋｇで系外に排
出された。

〔発明の効果〕

本発明のアルコール醗酵液の脱水濃縮方法によれば、ア
ルコール醗酵液中のアルコールを、熱エネルギーのロス
がなく且つエネルギー消費量も小さく、また簡単な操作
で高濃度〔場合によっては共沸組成（９５，６重量％）
以上〕で分離精製できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のアルコール醗酵液の脱水？Ｑ縮方法
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
。 ｌ・・澤発缶、２・・圧縮機、３・・気体分離膜、４・
・冷却器、５・・減圧タンク、６・・真空ポンプ 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルコール醗酵液を蒸発缶によりフラッシュ蒸発
   させ、アルコール蒸気と水蒸気からなる気体混合物を生
   成する気体混合物生成工程、 気体混合物生成工程で生成された気体混合物を圧縮機に
   より圧縮する気体混合物圧縮工程、及び気体混合物圧縮
   工程で圧縮された気体混合物を、７０℃以上の温度で気
   体分離膜の一方の側に供給し、且つその際、該気体分離
   膜の他方の側を減圧に保持するか、該気体分離膜の他方
   の側にキャリアーガスを供給するか、又は該気体分離膜
   の他方の側を減圧に保持しながら他方の側にキャリアー
   ガスを供給することにより、上記気体混合物中の水蒸気
   を選択的に透過除去して、上記気体分離膜の一方の側に
   水蒸気量が減少したアルコール蒸気を得る水蒸気分離工
   程 を具備することを特徴とするアルコール醗酵液の脱水濃
   縮方法。
2. （２）気体分離膜が、芳香族ポリイミド製気体分離膜で
   ある特許請求の範囲第（１）項記載のアルコール醗酵液
   の脱水濃縮方法。