SE430699B - Forfarande for framstellning av etanol genom kontinuerlig forjesning av ett kolhydrathaltigt substrat, varvid fermentorn tillfors en ravara som forutom jesbara kolhydrater even innehaller icke jesbart, fast material - Google Patents

Description

amoasn-o från den på jäst befriade jäsningsvätskan har därvid uppdelats i en förångardel och en avdrivardel, varvid den i processen recirkulerade drankströmmen uttages från botten av förångardelen, dvs. från en inter- mediär destillationsnivå i destillationssteget, medan drankavflödet uttages från bottnen av avdriveren. Bland flera processtekniska förbättringar som erhålls genom denna modifiering, är den i detta sammanhang viktigaste fördelen att ett starkt koncentrerat drankflöde kan uttagas från destilla- tionssteget samtidigt som man genom recirkulering av en drankström med lägre torrsubstanshalt än det avförda. drankflödet erhåller en lägre jäm- vzlktsnivå med avseende på. koncentrationen av icke jäsbar substans i fer- mentorn jämfört med ovanstående ursprungliga förfarande vid samma. vatten- tillsats 'till processen.

Etanol kan framställas från en rad olika typer av råvaror av vegetabiliskt ursprung, vilka antingen innehåller direkt jäsbara sockerarter eller poly- sackarider vilka genom enzymatisk eller annan nedbrytning :kan -överföras till förjäsbart socker. Förutom jäsber och löslig icke-jäsbar substans inne- håller dessa råvaror varierande mängder av icke-jäsbara fasta beståndsdelar såsom fibrer, skal, lignin etc. Vid hydrolys och jäsning på stärkelseråvara av typ spannmål förekommer dessa fasta substanser i sådan mängd, att de skulle förorsaka igensättningsproblem i den kontinuerliga jäsningslcretsen, t. ex. igensättning av mlmstycksöppningarna i de mmstyckscentrifizger som lämpligen används för jästseparationen. Dessutom påverkas viskositeten hos de koncentrerade drankflödena i negativ riktning och kan begränsa möjlig- heten att uppnå mafimal torrsubstanshalt i avförd drank.

Enligt en tidigare inlämnad svensk patentansbkan 7811826-2 löses detta problem genom att fibrerna och annan fast substans avsepareras direkt från råvaruflödet genom avsilning och uttvättning med avseende på kvarvarande jäsbart material medelst recirlmlezcad rank. m nackdel med detta för- farande är emellertid att uttvättningen av jäsbart material trots fler- stegstvättning i motström som kräver relativt kostsam apparatur ej leder till fullständig återvinning av det i det fasta materialet kvarvarande jäsbara materialet.

Erxligt föreliggande uppfinning föreslås därför ett förfarande, som känne- teclcnas av att det fasta materialet får medfölja substratet till fennentorn, och att det fasta materialet avskiljs från den ström av förjäsrfingsväteka, som uttages från fementorn- för att befrias från' jäst i jästsepareringssteget 8106611-0 och från etanol i det efterföljande etanolaepareringsstsget, varefter den fasta substansen avförs från jäsningslcretsen.

Genom detta förfarande undvikas dels att det fasta materialet när jäst- sepuatorn och destillationsanläggxaingen, samtidigt som dess innehåll av .jäsbart material är nwoket lågt eftersom koncentrationen av Jäsbart material hållas på wok-et låg nivå. i fsrmentorn, vanligtvis under-stigande 0,5 vikt-f.

Lvkylningén av det fasta materialet kan utföras medelst godtycklig sil- anordning eller liknande apparatur. Då. strömmen av förjäsningsvätska, som på grund av en alkoholhalt i området 3-7 vikt-ß nödvändigtvis är mycket stor, komer en betydande andel förjäsningsvätska att medfölja fiberfasen om en snabb och effektiv avsilning skall kunna genomföras t.ex. medelst en bågsil. Den med det fasta materialet medföljande vätskan komer således att innehålla betydande mängder jäst och etanol.

Enligt uppfinningen tvättas därför rejektfasen från nämnda silningssteg med recirktilerad drank i en sådan mängd att ett utspädningsförhållande i storleksordningen 3-4 gånger erhålls. Därefter avskiljs tvättvätskan från det fasta materialet med lämplig anordning, såsom en centrifugal- sil, och återföra till fermentorn. Därigenom uttvättas huvuddelen av kvarvarande jäst och etanol.

För uttvättning kan även den till processen tillförda erforderliga vatten- mängden helt eller delvis användas. Om râvaran t.e1. utgörs av en spannmåls- produkt, tillförs processvattnet vanligen till det s.k. inmäslmingssteget och även 1 ram av airekfiangs m1 det psröusnag» wmmssteget. ne detta processvatten helt eller delvis ersättas av recírlculerad drank, inses att vattentillsats i' andra delar av processen, i detta fall således i nämde. tvättningssteg, ej ändrar den totalt tillförda vattenmängden.

Den efter tvättningen avsilade fastsuhstansfasen med en torrsubstanahalt 1 omradet 25-35 vikt-f kommer likväl en :means en mmm manga etanol.

Därför föreslås som ytterligare en föredrsgen utföringsform av uppfinningen att silrejektet underkastas ytterligare avvattning medelst exempelvis en press, varvid av storleksordningen hälften av kvarvarande etanol kan ut- pressas med pressvattnet ooh återförae till fsrmentorn och en pressmasaa med en torrsutstsnshalt av storleksordningen 40 f kan avföras från processen.

Genom att det fasta materialet avförs från processln-etsen före jäst- 8106611-0 separeringssteget och destillationssteget, förbättras ytterligare möj- ligheten att åstadkomma maximalt koncentrerat drankavflöde från destille- tionssteget. Om destillationssteget är utformat enligt ovannämnda svenska patentazsökan 7901758-0, dvs. med ett på. intemediär nivå. uttaget dl-ank.. flöde för recirkulering och avförsel av drank från bottnen av en avdrivar- enhet, åstadkoms enligt föreliggande uppfinning förutsättningen för produk- tion av ett ännu mer koncentrerat drankflöde från avdrivaren än tidigare.

Om det fasta materialet tillåts medfölja genom jästseparerirxgssteget eller avsilas före jästsepareringssteget och förenas med tillflödet till avdrivar- enheten, kan flytbarheten komma att reduceras i botten av avdrivarenheten så att maximal torrsubstanshalt i drankavflödet och den maximala koncentra- tionen av icke förjäsbart nraterial i fermentorn ej till fullo kan utnyttjas.

Genom avseparering av det fasta materialet mellan fermentom och jäst- separeringssteget enligt uppfinningen kan därför gränsen för drankavflödets torrsubstanshalt höjas ytterligare till storleksordningen 35-40 vikt-flš och vattentillsatsen till processen reduceras ytterligare.

För effektivt tillvaratagande av samtliga avfallsprodllkter vid förfarandet enligt uppfinningen *föreslås vidare att den koncentrerade dranken från destillationssteget sannnanförs med det avseparerade fasta materialet, var- efter blandningen torkas i en lämpligen indirekt uppvärmd torkanläggzing.

Den därvid 'borttorkade vattenângan återanvändes i processen för uppvärm- ningsändsmål såsom i avdrivarenheten eller efterföljande rektifieríngs- enhet, varvid även termokomprimering kan användas för att höja ångans energi- nivå. Ytterligare exempel på återanvändning av torkångan är som värmekälla och processvatten i substratberedningssteget. Som alternativ till termo- komprimering kan torkningen genomföras under övertryck, varvid torkånga av högre energinivå. erhålls direkt.

Uppfinningen skall nu ytterligare belysas medelst en fóredragen utföríngs- form av densamma, varvid hänvisas till bifogad ritning, som visar ett flvtschema av en kontinuerlig etanoljäsningsprocess enligt uppfinningen.

Ett råvaruflöde 1 i lämplig finfördelad form, såsom t.ex. krossad majs, inmatas i ett substratberedningssteg- 2 innefattande liquifieringssteg och försockringssteg. För liquifieringen och föreockringen erforderligt vatten inmatas dels via en ström 3 av rent vatten och dels via en ström 4 av re- oirkzflerad drank från destillationssteget 5. Från substratberedningssteget 2 införs en substratström 6 i fementorn 7, i vilken stabila koncentrations- 8106611-0 \J| betingelser upprätthålls med en etanolhalt i området 3-7 vikt-7š och en konstant låg halt av förjäsbar substans, företrädesvis understigande 0,5 vikt-ß Från fermentorn avgår kontinuerligt en koldioxidström 8.

Från fermentorn uttages en ström av förjäsningsvätska 9, från vilken fibrer och annat fast material avsilas i en silanordnizzg 10, från vilken avgår-en rejektström 11 och en ström 12 utarmad på fast-material.

Strömmen 12 av förjäsningsvätska påföres en centrifugalseparator 13, från vilken avgår en jästsuspensionfas 14 som recirklzleras till fermentom 7 och en lättare väsentligen jästfri fas 15 som sändes till destillations- enheten 5. Dessförinnan sker värmeväacling i värmeväaclaren 16 med en recirkulerad dranlcström 17 från destillationsenheten 5.

Destillationsexzheten 5 är uppdelad i en förångarenhet 18 och en avdrivar- enhet 19. Den jästfria strömmen av förjäsningsvätska 15 tillförs förångar- enheten 18, från vars topp en på. etanol anrikad ånga avförs och sändes till eventuellt efterföljande rektifieringssteg. Från botten av förångar- enheten 18, som representerar en intemediär destillationsnivå. i destille- tionsenheten 5, uttages ett drankflöde 20; av vilket en större del re- cirkuleras i form av nämnda drankflöde 17 till jäsningskretsen och en mindre del 21 tillförs avdrivarenheten 19. Från den via 22 indirekt uppvärmda avdrivarenheten 19 avgår från dess topp en ângström 25, som även innehåller den i dranldlödet 21 resterande etanolen. Ãnean 23 påförs förångarenheten 18 som direkt värmemedium. Från botten av avdrivarenheten 19 uttages ett koncentrerat drarflcflöde 24, vars koncentration på grund av elimineringen av fast material före destillationssteget enligt uppfinningen, kan uppnå en 'torrsubstanshalt överstigande 30 vikt-fiå, i vissa fall t.o.m. överstigande vikt-sä. nejektflöaet 11 från silanoraningen 10 sändes till ytterligare ett silningssteg 25, som exempelvis :innefattar en centrifugalsilaziordning, där den samtidigt utspädes och tvättas med en ström 26, som utgör en del l av den recirkuzlerade drankströmnen 17 efter värmeväzrling' i värmev-áxlaren 16 och eventuellt ytterligare avkylning i värmeväxlaren 27. I ailanord- ningen 25 avskiljs större delen av tvättvätskan; som via 29 återföra till fennentorn 7. Det avsilade fasta materialet, som har en torrsubstanshalt av exempelvis storleksordningen 25-35 vikt-it, sändes via 30 till en press- anordning 51, i vilken en stor del av kvarvarande vätska avpressas och återföres via 32 till fsmentom. Den återstående pressmassan, som nu har en torrsubstanshalt av ca 40 vikt-ß eller högre, avgår via 55» blandas med dranlravflödet 24 och tillförs en torkanläggníng 34. Från torkanlägpingen 54 s1oee11-0 s 6 uttages en som fodermedel användbar produkt 55» vars proteinhalt kan uppgå till storleksordningen 30 vikt-ß.

Som alternativ tvättvätska vid silningssteget 25 kan även till processen tillfört rent 'vatten användas, vilket i figuren har visats genom ledning 57. Av figuren framgår vidare att den recirklzlerade drankströmmen 17 kan återföras på olika ställen och i varierande del-portioner i processlmetsen.

Förutom nämnda strömmar 26, dvs. som tvättvätska vid silningssteget 25, och strömmen 4 för substratberedning, kan drank självfallet även recirkule- ras direkt till fementorn 7, vilket visas genom ledningen 38.

I beskrivning och patentkrav har beteckningen "fast substans". använts för att 'beteckna-fast material av sådan storlek att det tillåter avsilning medelst konventionella silanordningar. Det bör i sammanhanget nämnas, att det knappast föreligger skarpa gränser mellan partikel- eller fiberlilcnande substans, suspenderat finare material, kolloidalt material etc. Den recirku- lerade jästfraktionen innehåller exempelvis suspendérade jästceller, och . övriga "jästfria" och på. "fast material" befriade strömmar innehåller varierande mängder av bl.a. finsuspenderade och kolloidala proteiner. Dessa proteinaggregat undergår för övrigt en viss förändring vid passage av destillationssteget. Genom den vämebehandling som de därvid underkastas, sker koagulering och bildning av större aggregat. Då. dessa större aggregat via det recirmeraae arankflöaet ånyo när silningssfiegen 1o och 251m därvid deras tendens att medfölja. rejektfasen ökat, varför förfarandet enligt uppfinningen även innebär att avdrivarenheten avlastas från en del av dessa viskositetsförhöjande aggregat, medan dessa ur fodersynpunkt önskvärda proteiner ändock tillvaratages genom att silrejektet åter- blandas med drankkoncentratet från avdrivarenheten.

Claims (6)

8106611-0 tentkzuv

1.. För-farande fo; av etanol genom kontinuerlig Iórjäsning ev ett xelnyaretheitigt tuben-et ev en rem-e (6) eem innehåller satan ¿1setee substans som icke jäsbar löslig och fast substans, varvid substratet efter ett eventuellt substratbehandlingssteg (2), som innefattar har. lwdrolys av râvarsn, fórjäses i en fermentor (7), som ingår i en kontinuerlig process- krets innefattande fementom (7), ett jästsepareringssteg (13) och ett aeetiiletieneeteg (5), en ström (9) firjaemgevateke uttegee kontinuerligt från fermentorn (7) och uppdelas i nämnda jästsepareringssteg (13) i ett jäst- koncentratflöde (14) som kontinuerligt recirkuleras till fementorn för att i fementorn upprätthålls en mot en bestämd etanolproduktivitet svarande koncentration av aktiva jästceller, samt ett väsentligen jästfritt flöde (15), nämnda jästfria flöde (15) uppdelas kontinuerligt i nämnda. destillationssteg i ett på etanol snrikat flöde (19a), som avfóres från processkretsen, och åtmin- etene ett armmöae (24, 17), en sei ev nämde arean-lade (17) :een-mens kontinuerligt till fennentorn ooh/eller nämnda substrstberedningssteg och resterande del av nämnda drankflöde (24) avfdres från processlcretsen, k ä n n e t e c k n s. t a v att substratet som tillförs fementorn innehåller 1151111155 fil-BW- BubBtB-YJB, I att nämnda. ström av fórjäsningsvätska (9) upydelas i ett flöae (11) eneiket på feet enhetens een i ett flöde (12) utemet på fast substms, som tillfíñrs nämnda, jästsepareringssteg (13), att nämnda fleae (11) antalet pa feet enhetens tvättee mea nämse ipreeeeemeteen recirlsizlerade drink (26), som efter värmeväxling med t..ez. nämnda jästfria fiöae (15) titt-mete en för 1 nämae nöae ev feet enbet-ene eeetemae jset- oc-ller ofarlig temperatur, och/eller med en del av den till processkretsen erforderliga vattentillsatsen (37), varefter den tvättade fasta substansen uppdelas i t.er.. ett eilningssteg i ett väsentligen jästfritt fast- suhstansflöde (30), som avfórs, och en stršim av tvättvätska (29) som återföra till fennentorn.

2. förfarande enligt krav 1, kännet ecknat av attnämnda flöde mmt på feet eutetene (11) tvätt-e sea ltmmetene en ael ev ett femte 8196611-0 g dnnkflöde (17), som uttagee från en internediär destilletionsnivå i 3 deatillntionneteget (S) och recirhzlerns i nämnda proceenkretn, och ett ett mm mnknsae (24) ma högre zonsubßæmemu :m namn man amm- __flöde (17) uttngee som bottenprodukt inämnda. destillationesteg (5) och nvfóre från nämnda prooeaekrets.

3.' Förferande enligt något av föregående krav, känne t e ckn et s v att jâetfria feetsuïbatansflöde (30) underkaatas ytterligare kcncentrering, t.ex. i ett preaateg (31), och uppdelee i ett koncentrat- flöde (33): ooh en vätskeatröm (32) som återföra till nämnda processhete, lämpligen un fementgm (7).

4. Förfarande enligt náget av föregående krav, k ä. n n e t e c kn a t e v “att ett första. drankfïlöde (17) uttagen på intemediär destillationenivå i destilletionasteget (5) och reeirkulerne i nämnda process, och ett ett andra. dranlcflöde (24) med en torrsubstanshelt överstigande 35 vikt-fi uttages som bottenprodukt i nämnde. destillationestag (5) och avförs från nämnda process- krets.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, kä n n e t e c k n a. t a. v att nämnda jäetfria. feetsubetansflöde (30) eller nämnda koneentretflöde (33) torkas i ett torketeg (34) tilleamane med ett som 'bottenprodukt i destille- fløneefeget (5) uttaget armmäae (241-:111 en som føaemeael mvenabar PI-'Oflflkt (35)-

6. Iörfarande enligt krav 6, k ä n n e t e c kn e. t av att i tork- steget (34) producerad ånga efter eventuell temokomprimez-:ïng använd som vämemedium i nämnde proceeelnets, såsom i deetillationssteget (S) och /eller i eubetratberedningesteget (2).