SE432441B - Forfarande for framstellning av etanol genom kontinuerlig forjesning av ett kolhydrathaltigt substrat, varvid en drank med relativt hog halt av fast substans erhalls - Google Patents

Description

“k 79Û1738~Û risk för inlcrustbildning, särskilt i de delar av denna anläggning, som befinner sig nära. inmatningsstället. En stor andel recirkulerat restflöde innebär också, att det flöde, ur vilket etanolen skall utvinnas, är i motsvarande grad stort, vilket alltså betyder, att apparaturen måste dimensioneras därefter med motsvaran- de höga investeringskostnader. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att undanröja dessa nackdelar vid ett förfarande av det inledningsvis nämnda slaget, vilket drives så, att halten fast substans i det nämnda restflödet är relativt hög. Detta åstadkommas genom att det jästfria flödet tillföras en enkel förångarenhet, motsvarande en eller ett fåtal destillationsbottnar, vari det uppdelas, gg i ett första på etanol anrikat ång- flöde, vilket tillföres en anläggning för framställning av önskad etanolkvalitet, och gåta i ett första vätskeformigt bottenflöde, av vilket en större andel återfö- res till fermentorn, medan den mindre, återstående andelen tillföres en avdrivar- enhet, i vilken denna andel av det första, vätskeformiga bottenflödet uppdelas, dels i ett andra på etanol anrikat ångflöde, och dels i ett på etanol utarmat, andra vätskeformigt bottenflöde. Det nämda. första vätskefonniga bottenflödet motsvarar sålunda det ovannämnda restflödet.

Genom förfarandet enligt uppfinningen utsättas endast en mindre, enkel fórångaren- het av destillationsanläggnixxgan för det inkrustbildande flödet. Denna förångaren- het kan utan alltför stor extra investeringskostnad dubbleras, så att driftsstopp i anläggningen blir obehövligt vid underhållsarbete på firångardelen, dvs. rengöring från inkruster. i ' Eftersom en väsentlig del av det inkommande jästfria flödet återföres till fermen- torn i form av ett första, vätskefomigt bottenflöde efter att endast ha passerat den enkla fórångarenheten, men icke avdrivarenheten, kan den senare dimensioneras för ett väsentligt mindre flöde än vad som hade varit fallet, om hela det jästfria flödet direkt hade uppdelats i ett på etanol anrilcat ångflöde och ett slutligt dmnk- flöde utarmat på etanol i en enda avdrivarenhet. Genom att använda en enkel för- ångarenhet och en avdrivarenhet kan man sålunda erhålla en drank med relativt hög koncentration utan att torrsubstanshalten behöver vara i motsvarande grad hög i förjäsningsvätskan.

I princip skall både det första och det andra på etanol anrikade ångflödena till- föras en anläggning för framställning av etanol av önskad kvalitet. Detta kan dock ske på en mångfald olika sätt. Det måste observeras, att huvudddelen av etanolkvan- titeten givetvis återfinnas i det första, nämnda ångflödet, medan det andra ångflö- det dock innehåller vissa. kvantiteter etanol, men framför allt uppvisar en relativt hög entalpi. Sätten att föra de nämnda två på etanol anrikade ångflödena. till en '1901738-9 anläggning för framställning av etanol beror särskilt på den valda metoden att tillföra för de resp. uppdelningarna behövlig energi, dvs. var denna energi tillföras, och i vilken form, dvs. indirekt genom värmeväxlixig från ett lämpligt värmemedium såsom ånga eller hetvätska, eller direkt, i form av ånga. Användning av direkt ånga har fördelen, att problemet med inkrustbildzzing på. vämeöverfórings- ytor undanröjes .

Enligt en utföringsfom av uppfinningen införes det andra, på etanol anrikade ångflödet i den enkla förångarenheten. Detta ger en enkel konstruktion. Alterna- tivt kan åtminstone en del av det andra på etanol anrikade ångflödet införas di- rekt eller indirekt i den enkla förångarenheten.

Enligt ytterligare en utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen sannnanföres åtminstone en andel av det andra., på etanol anrikade äng-flödet med det första på etanol anrikade äng-flödet, varvid det så uppkomna. kombinerade, ångflödet kan till- föras anläggningen för framställning av den önskade etanolkvaliteten. Denna till- försel kan ske på olika sätt, exempelvis genom direkt inmatning i ângform i en förstärkarkolonn, eller efter kondensering, utformad som vämeväxling mot något flöde. Det kan vara lämpligt att använda åtminstone en del av den tillgängliga entalpin i det första och andra på etanol anrikade ångflödena för bottenvärnming av en förstärkarkolonn, från vilken uttages ett koncentrerat etanolflöde. Det är även möjligt att använda åtminstone en del av det andra, på. etanol anrikade ångflö- det som värmemedium i en förstärkarkolonn. Uppvärmningen av en sådan förstärkar- kolonn kan även ske via en s.k. terznokompressor, varvid vämeinnehållet i någon eller några av ovannämnda ånger utrzyttjas.

Eïnligt en utföringsform av förfarandet enligt uppfinningen införes det första på etanol anrikade' ångflödet på. den understa. bottnen i en fórstärkarkolonn för fram- ställning av den önskade etanolkvaliteten. Det vätskeforzniga flödet från denna bot- ten återföres till förångarenheten, varigenom en påtaglig energibesparing kan upp- nås.

Avdrivarenheten kan vara utformad såsom en enkel enhet, endast försedd med ett få- tal destillationsbottnar, men företrädesvis utgöres den av en avdrivarkolonn med tillräckligt många destillationsbottnar för att det från dess botten uttagna flö- det, dvs. det andra vätskefonniga bottenflödet skall innehålla en låg halt etanol, i storleksordningen under 0,5 vikt-flš.

Alternativt kan avdrivarenheten bestå. av ett antal seriekopplade förångarsteg, varvid ångflödet från ett sådant förångarsteg (n+l) tillföras det föregående för- ångarsteget (n), vilkets från botten avgående flöde den emottagit. Eïn sådan utform- 7901738-0 4 ning kan vara. fördelaktig vid svåra inkrustbildningsproblem, eftersom man då vid behov kan byta ut en mindre del av avdrivarexxlxeten istället för hela.

Vanligen är det lämpligt att driva den enkla. förångarenhetsn resp. avdrivarenhe- ten vid ett tryck nära. atmosfärstryck, men det kan i vissa fall vara. fördelaktigt att istället låta dessa enheter arbeta vid ett något reducerat tryck, ty därigenom sänkes temperaturen i dem, vilket kan vara. fördelaktigt med tanke på inkmstbild- ningen.

Uppfinningen skall i det följande förklaras närmare med hänvisning till de- bifoga- de figurerna, av vilka figur 1 visar ett schematiskt flödesdiagram av en anläggning för förfarandet enligt svenska patentansökningen nr 7801155-5; figur 2 återger ett principschema av en anläggning för genomförande av förfarandet enligt uppfin- ningen; figur 3 visar ett liknande schema, i vilket avdrivarenheten utgöres av tre seriekopplade förångarsteg; figur 4 visar en utföringsfom av en azfläggzing för ge- nomförande av förfarandet enligt uppfinningen, innefattande en avdrivarkolonn och en för framställning av etanol; figur 5 återger delvis en materialbalans vid ett sätt att genomföra förfarandet enligt uppfinningen.

I figur l betecknar 1 en (eller flera) fermentor, 2 en centrifugalseparator för återföring av jäst till densamma och 5 en anläggning för uppdelning av ett jäst- fritt flöde i ett flöde, anrikat på etanol, och ett restflöde, vilket är utarmat på. etanol, men som innehåller viss andel fórjäsbart resp. icke förjäsbart mate- rial. Etanolflödet avgår genom en ledning 4 och restflödet genom en ledning 5. Jäst- recirkulationen utföres genom två ledningar 6, 'I och det 'jästfria flödet tillföres anläggningen 3 genom en ledning 8. Råvaruflödet tillföres fermentom genom en led- ning 9: Utvecklad C02 avgår genom en ledning 22.

Det från anläggningen komm.ande restflödet delas i två. delflöden, av vilka det ena. recirlnaleras till fermentom genom en ledning 10 och det andra avgår från anlägg- ningen som drank genom en ledning ll. En sådan anläggiings funktion har beskrivits i den ovazmämxda svenska patentansökningen nr. 78 011354.

-I figur 2 betecknar 12 en enkel förångarermet och 13 en avdrivarenhet, medan 14 betecknar någon form av destillationsenhet. Som synes förekommer i den visade an- läggxingen en fermentor 1 och en ccntriiugalseparator 2, saxmnankopplade med led- ningar på samma sätt som i figur l. Dessa. enheter återkommer även i de följande figurerna 5-5. Ett första., vätskeformigt bottenflöde från förångarenheten 12 av- ledes genom en ledning 15 och recirlnzleras till största. delen till fermentorn l genom en ledning 10, medan en mindre del införas i avdrivarenheten 13 vie. en led- ning 16, medan ett andra vätskefomigt bottenflöde, utarmat på etanol, avledes ge- 79üi73öf-i: nom en ledning 17. Ett första, på etanol anrikat ångflöde från förångarenheten 12 ledes via. en ledning 18 och ett andra, på. etanol anrikat årzgflöde från avdrivar- enheten 15 ledes via en ledning 19 till destillationsenheten 14. Ledningamas 18 och 19 anslutningtill destillationsermeten 14 är endast schematiskt antydd. Från denna destillationsenhet avgår ett koncentrerat etanolflöde genom en ledning 20, och ett bottenflöde, i princip bestående av vatten, mer eller mindre fullständigt befriat från etanol, genom en ledning 21. Detta bottenflöde kan användas till att uttvätta medföljande etanol i det från Jäsningen avgående OCZ-flödet. Detta visas i figur 2, där bottenflödet via en ledning 25 tillföres en tvättkolonn 24 till vil- ken det från jäsningen komnande COZ-flödet ledes via en ledning 22. Det erhållna tvättflödet kan så. användas till att späda det ingående substratflödet, vilket vi- sas i figur 2, ledning 25. I den visade anläggningen utgöres förångningsenheten av en kort kolonndel, motsvarande en eller ett par destillationsbottnar och avdrivar- enheten 15 av en avdrivarkolonn, försedd med ett något större antal destillations- bottnar, exempelvis klockbottnar.

Anläggningen i figur 5 är lik den i figur 2 bortsett från, att avdrivarenheten 15 här består av tre förångarsteg 15A, 1513 och 150, anordnade i serie på så sätt, att bottenflödet från förångarsteget 15A tillföras steget 1513, från vilket steget 15A emottar ett ångflöde. Steget 150 emottar på samma sätt ett bottenflöde från steget 1513, till vilket föres ett ångflöde från steget 150, varifrån uttages ett drankflö- de, vilket lämnar anläggningen genom en ledning 17. Förångarsteget 150 förutses vara försett med en vämeväxlare i form av en bottenvärmare 26 för indirekt tillförsel av den för avdrivningen erforderliga energin. I en anläggiing av det visade slaget, som kan vara lämplig att använda, om :rycket svåra problem med inkmster förekommer, uppkommer dessa inkruster i första hand i förångarenheten 12, och i andra hand, i förångarsteget 150.

I den anläggning, som visas i figur 4 utgöres förångarenheten 12 liksom i de i fig. 2 och 5 visade anläggningarna av en kort kolonndel motsvarande en eller ett par destillationsbottnar, medan avdrivarenheten 15 utgöres av en avdrivarkolonn med ett något större antal destillationsbottnar. Det andra, på etanol anrikade ångflödet in- föres i förångarenheten 12, från vilken avgår ett första, på etanol anrikat ângflöde ledes genom en ledning 18 till en partialkondensor, bestående av ett eller flera kondensationssteg, från vilkens topp avtages ett mindre flöde lättflyktiga förore- ningar genom en ledning 28, och från vilkons botten avgår ett flöde genom en led- ning 29 till en kombinerad förstärkar- och avdrivningskolonn 50, försedd med en bottenvärmare 51 och en topplqlare 52. Från denna. kolonn 50 avtages ett etanolflö- de med hög etanolhalt genom en ledning _55, medan ett bottenflöde med låg halt eta- nol avgår genom en ledning 54. Energin för uppdelningen i avdrivarenheten 15 resp. i förångarenheten 12 kan i och för sig tillföras enbart genom en bottenvärmare 55

Claims (12)

7901738-0 6 i avdrivarenheten 13, men extra energi kan även tillföras i en bottenvärmare 56 i förångarenheten 12. Det är även möjligt att exempelvis tillföra extra energi, exempelvis i form av direkt ånga till förångarenheten 12. Partialkondensorn 27 kan även ersättas av en totalkondensor, varifrån det totala flödet införas på kolonn 50. I figur 5 har en materialbalans för förfarandet âtergivits såsom exempel. I figuren betyder T totalt flöde i kg, F förjäsbart material och NF fast, upplöst icke förjäs- bart material, i första hand salter etc. G-lycerin och övriga organiska föroreningar har icke redovisats separat. DS betyder summan F + NF, dvs. "torrsubstans". Som synes är DS-halten 42,7 % i det ingående råvaruflödet inklusive tillsatt vatten 25,6 *íå i fermentom (varvid jästen icke medlälmats) och i det till den enkla förångarenheten förda, jästfria flödet, 27,0 7» i det första, vätskefonniga bottenflödet från förångar- enheten och 55,1 72 i den från anläggningen avförda drarlken. 92 7É av det första bottenflödet återföres till fermentorn, innehållande 2,8 70 etanol. Detta innebär, att man arbetar med en relativt hög etanolhalt i det returnerade flödet. Energin för upp- delningen i förångarenheten och avdrivarenheten tillföres dels som indirekt ånga i avdrivardelen och dels som indirekt eller direkt extern ånga i förångardelen. I och för sig kan man arbeta med ännu högre IBS-halt i fermentorn. Härvid torde jästens förmåga att uthärda osmotiskt tryck sätta en gräns. DS-halter om 25-30 % är möjliga. Pat entkrav

1. Förfarande för framställning av etanol genom kontinuerlig förjäsning av ett kol- hydrathaltigt substrat i en eller flera fermentorer (1), varvid ett flöde av förjäs- Ifingsvätska medelst centrifugalseparering (2) uppdelas i åtminstone ett jästkoncen- tretflöae (7) een ett jeetfrltt flöae (a), ev vilka jäetkeneentretflöaet (7) åter- föree till fementem (1), meaen aet jaetfrle flöaet (s) uppaelee meaelet aeetilletlv metod (14) l ett flöde (20), enriket på etanol, een ett reetflöae (21, 25), ev vilket en andel (23) återföres tillfementorn (1), k ä n n e t e c k n a t a. v att det jästfria flödet (8) tillföres en enkel förångarenhet (12), motsvarande en eller ett fåtal destillationsbottnar, vari det uppdelas, _d_el_s_ i ett första på etanol anrikat êngflöde (18), vilket tillföres en (14) för framställning av önskad etanolkvalitet, och itä i ett första vätskeformigt bottenflöde (15), av vilket en större andel (10) återföres till fermentorn (1), medan den mindre, återstående an- delen (16) tillföres en avdrivarenhet (15), i vilken denna andel av det första vätskeformiga bottenflödet uppdelas, <_1_e_IL_§_ i ett andra på etanol anrikat ångflöde (19) een- g_e¿e_ i ett på eteml utetmet andra vatekefemtlgt bottenflöde (17). 7 7901738-o

2. Förfarende enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en andel av det andra, på etanol anrikade ângflödet direkt eller indirekt till- föras den enkla fórångarezmeten.

3. 5. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en andel av det andra., på etanol anrikade ångflödet samanföres med det första, på etanol anrikede ångflödet.

4.- Fárfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a, t a. v att åtminstone en I andel av det andra, på etanol anrikade ångflödet tillför-es såsom värmemedium till en förstärkarkolozm, ingående i anläggiingen för framställning av önskad etanol- kvalitet.

5. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c kn a. t a. v att åtminstone en andel av det första och/eller andra ångflödet via. en termokompressor bring-as att tillföra en förstärkarkolonn, ingående i en anläggning för framställning- av önskad etanol- kvalitet, energi.

6. Förfarande enligt krav l, 2 eller 5, k ä n n e t e c k n a t a v ' ett åtminstone en andel av det första på etanol anrikade ångflödet tillför-es en understa. botten i en förstärkarkolonn, ingående i en anläggning för framställning av önskad etanolkvali- tet, varvid det vätskeformiga. flödet från denna. botten återfóres till fórångaing- ningsenheten.

7. Eñrfarande enligt något av krav 1-6, k. ä n n e t e c k n a. t a v att energi for uppdelningen i den enkla förångxuingsenheten åtminstone delvis tillföras i form av extern direkt ånga.

8. Förfarande enligt krav 1-7, k ä. n n e t e o k n a. t a v att energi för uppdelningen i den enkla fdrångarenheten åtminstone delvis tillföres i indirekt form, företrädesvis genom värmeväxling av extern ånga.

9. Förfarande enligt något av krav 1-8, k ä n n e t e c k n a. t a. v att den återstående andelen av det första vätskefomiga bottenflödet tillföres en avdrivar- enhet, bestående av en avdrivarkolonn.

10. Förfarande enligt något av krav 1-8, k ä. n n e t e c k n a t a v att den återstående andelen av det första vätskeformiga bottenflödet tillföras en avdrivar- enhet, bestående av ett antal seriekopplade Iörångarsteg, varvid ångflödet från ett sådant förångarsteg (nu) tillföres det röregåenae förängarszeget (n). vinets från botten avgående flöde det emottagit. "\ 7901738-u 8

11. förfarande enligt något av krav 1-10, kännetecknat av att uppdelningen i den enkla. förångarenheten resp. avârívarenheten genomföras väsent- ligen vid atmoefárstzyek.

12. Ißrfarande enligt något avkrav l-lfihkännetecknat av att uppdelningen i den enkla förångarenheten resp. avdrivarenheten genomföras vid lägre tryck än atmosfárstryck.