SE449876B - Forfarande for framstellning av etanol med ett ytterligare centrifugalsepareringssteg, placerat antingen fore eller efter det primera destillationssteget - Google Patents

Description

449 876 I vissa fall, såsom vid jäsning på spannmålsråvara, blir halten fina partiklar betydande, tßex. av storleksordningen 4-6 vikt-Z i strömmarna till och från det primära destillationssteget. Detta medför 1 sin tur, att en ytterligare väsentligt högre koncentration av dessa "fines" måste byggas - upp 1 fermentor-jästseparator-kretsen, eftersom även inertpartiklarna har en tendens att anrikas i jästfasen, som recirkuleras från periferin av jäst- separatorerna till fermentorn. Eftersom vidare jästandelen i fermenterings- I vätskan från fermentorn ej normalt uppgår till mer än ca'2 Z TS, kommer jäst- separatorernas slamkapacitet till stor del att upptagas av det inerta materialet. Detta har vidare medfört att en mycket stor del, vid°spannmåls~ jäsning storleksordningen 60-70 Z, av flödet in till jästseparatorerna måste recirkuleras som slamfas till fermentorn, vilket i sin tur medfört behov av stor separatorkapacitet, eftersom slammängden i detta fall är den-' dimensionerande faktorn.

Ett sätt att minska behovet av jästseparatorkapacitet är att ändra flödesför- hållandet mellan effluent och slamfas, dvs. öka effluentflödet och minska slamflödet. Därmed skulle den erforderliga koncentrationen av inert_fast material kunna uppnås i strömmen till och från det primära destillations- steget samtidigt som en lägre uppbyggd koncentration av fast inert material i fermentor-jästseparator-kretsen skulle erfordras och en lägre jästseparator- kapacitet möjliggöras. Nackdelen med denna modifiering är emellertid ökade jästförluster, som uppkommer i och med ökad jästavgång med effluenten till det primära destillationssteget, där den levande jästen avdödasl Ändamålet med föreliggande uppfinning är att reducera halten fast inert- material i fermentor-jästseparator-kretsen och reducera behovet av _ jästseparatorkapacitet samtidigt som jästförlusterna hålls på oförändrad låg nivå.

Enligt uppfinningen uppnås detta ändamål vid ett förfarande av det inledningsvis nämnda slaget genom att åtminstone en del av den vätskeström 449 876 som påförs eller den vätskeström som avförs det primära destillationssteget uppdelas i ytterligare ett centrifugalsepareringssteg i en på fina partiklar, utarmad ström och en på fina partiklar anrikad slamström, och att nämnda slamström avförs från kretsloppet som omfattar det primära destillations- steget och fermentornv Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen plaeeras det ytterligare centrifugalseparatorsteget efter det primära destillationssteget- Därmed vinnes åtminstone två fördelar jämfört med placering av centrifugalsepare- ringssteget före det primära destillatíonssteget. En fördel är att det avskilda slamkoncentratet är relativt utarmat på etanol och kan ledas direkt till det sekundära destillationssteget för slutavdrivning tillsammans med silrejekt och eventuellt övrig vätskeström från det primära destillations- steget. En andra fördel är att en viss andel icke-separerbart protein av löst eller kolloidal form i tillfödet till det primära destillationssteget koagulerar av värmebehandlingen vid värmeväxling med returströmmen från det primära destillationssteget och vidare genom uppvärmning i själva destilla- tionssteget och övergår i separerbar form. Dessa nytillkomna separerbara proteinaggregat kan nu avsepareras direkt utan att behöva recirkuleras till fermentorn.

I det fall det ytterligare centrifugalsepareringssteget placeras före det primära destillationssteget erhålls en etanolhalt i den frånseparerade slamfasen av samma storleksordning som den i tillflödet till det primära destillationssteget, dvs. normalt i området 4-6 vikt-Z. Om separerings- betingelserna väljes så att halten fast material i slamfasen från separationssteget är hög och den totala slamströmmen därför kan hållas relativt liten, kan slamfasen ledas direkt till avdrivarsteget, trots sin höga etanolhalt, utan nämnvärd försämring av etanolutbytet. Är den totala slamfasen större, dvs- om den utgör en betydande del av den vätska som skall slutavdrivas till slutlig drank, kan det för undvikande av försämrat etanolutbyte vara lämpligt att först avdriva större delen av etanolen 449 8-76' i slamfasen 1 en separat mindre holonn. Bottenflödet från denna kolonn kan sedan lämpligen påföras ett.för silrejekt och eventuellt erforderlig övrig del av bottenströmmen från det primära destillationssteget gemensamt avdrivarsteg. _ Genom införandet av det ytterligare centrifugalseparatlonssteget enligt uppfinningen kan jämviktshalten av fast TS sänkas avsevärt 1 kretsloppet, som omfattar fermentor, jästseparator och det primära destillaf tionssteget. Den mest iögonenfallande effekten därav är att mängdförhållandet mellan effluent och slamfas från jästseparationssteget kan ökas högst avsevärt utan ökade jästförluster, vilket innebär att, vid oförändrad etanolproduktion, såväl det till fermentorn recirkulerade slamflödet sam tillflödet till jästseparatorerna kan reduceras avsevärt. Om exempelvis mängden-inert TS till jästseparatorerna reduceras från t.ex. 8 vikt-% till' _Å vikt-Z genom insättning av en centrifugalseparator enligt uppfinningen, kan erforderlig jästseparatdrkapacitet reduceras till ungefär hälften, vilket avsevärt.reducerar kapital- och energ1kostnader¿ Den erforderliga extra ' separatorkapaciteten är nämligen långt mindre än inbesparad jästseparator- _' kapacitet.

Den genom uppfinningen möjliggjorda lägre halten av fast inert TS i cirkula- tionskretsen ger en rad ytterligare förbättrade processbetingelser. Jäsnings- miljön förbättras i fermentorn bl.a. på grund av mindre skumning och under- lättad omrörning. Reducerad nedsmutsning erhålls i den primära mäskholonnen liksom i övrig processapparatur såsom värmeväxlare för värmeväxling av den kalla jästfria strömen från jästseparatorerna med returström från den primära mäskkolonnen. En lägre viskositet hos strömmen i cirkulationskretsen förbättrar fluiditeten i kretsen, vilket underlättar silningsoperationerna och_pumpning.

Uppfinningen stall nu ytterligare belysas med några som.exempel visade utföringsformer av densamma, varvid hänvisas till bifogad ritning,_där fig? l visar ett_f1ytschema med en extra separator installerad efter det primära destillattonssteget och fig. 2 ett Elytschema med en extra separator installerad före det primära destillationssteget. 449 876 Det i fig- 1 visade flytschemat tillförs via en ström 1 jäsningsråvara, t.ex. spannmålsmjöl och till processen erforderligt vatten till ett substrat- behandlingssteg 2, i vilket enzymatisk hydrolys till jäsbara sockerarter sker. Från suhstratbehandlingssteget 2 leds en ström 3 av hydrolysat till en fermentor 4, i vilken kontinuerlig förjäsning av hydrolysatet sker vid stationärt tillstånd medelst i jäsningsvätskan suspenderad jäst under bildning av etanol och koldioxid, som avförs från toppen av fermentorn via 5.

För konstanthållning av jästkoncentrationen i fermentorn tillförs luft eller syre antingen till tillflödet 3 till fermentorn eller till själva fermentorn för att åstadkomma en mot smärre jästförluster svarande jästtillväxt. Från fermentorn 4 üttages kontinuerligt en ström av fermenteringsvätska 6 innehållande producerad etanol i en halt av storleksordningen 4-6 vikt-Z, vilken ström påförs ett silningssteg 7 för avskiljning av en silrejektström' 8, som avförs från ett kretslopp, som omfattar fermentorn 4 och ett primärt destillationssteg 9, och leds till ett sekundärt destillationssteg 10.

En på fibrer och grövre partiklar befriad ström av fermenteringsvätska ll påförs ett jästsepareringssteg 12 innefattande en eller flera jästsepara- torer. En tungfasström 13 innehållande väsentligen all jäst från strömen 11 och även i silningssteget 7 ej avskilt finare inert material recirkuleras till fermentorn 4. En på jäst väsentligen befriad lättfasström 14 uttages kontinuerligt från jästseparatorerna l2 och påförs det primära destillations- steget 9, som i allmänhet utgörs av en flerstegskolonn- Från toppen av kolonnen 9 avlägsnas större delen av den i den jästfria strömen 14 befintliga etanolen via en ångström 15, som normalt innehåller storleks- ordningen 35-40 vikt-Z etanol. Från botten av kolonnen 9 uttages en bottenström 16 med en etanolhalt av storleksordningen 0,1-0,2 vikt-Z. I den visade utföringsformen sänds en delström 17 av bottenströmmen 16 direkt till en avdrivarkolonn, som utgör det sekundära destillationssteget 10. En annan delström 18 av bottenströmmen 16 recirkuleras till fermentorn via 19 och/eller även till substratbehandlingssteget 2 via 20. Ytterligare en del- ström 21 av bottenströmmen 16 leds till ytterligare ett centrifugalsepare- ringssteg 22 för uppdelning i en på fina partiklar anrikad slamström 23, som påförs avdrivarkolonnen 10, och en effluentström 24, som tillsammans med strömmen 18 recirkuleras i kretsloppet, som omfattar fermentorn 4 och det primära destillationssteget 9. 449 876 För värmeväxling av den jästfria strömmen 14 som skall tillföras det primära destillationssteget 9 med den del av bottenströmmen 16, som recirkuleras till fermentorn 4 och/eller substratbehandlingssteget 2, kan en värmeväxlare installeras för värmeväxling av recirkulationsströmmarna 18 och 2& med den jästfria strömmen 14, dvs. så att tillflödet till slamseparatorn 22 kommer att vara varmt. Alternativt kan värmeväxlingen ske i en värmeväxlare 26 installerad före slamseparatorn 22 så att tillflödet till densamma blir kylt till i närheten av fermentorns temperatur. Ett varmt tillflöde 21 till separatorn 22 kan underlätta separationen, men ställer större krav på separatorfunktionen ur driftssäkerhetshänseende. Valet av värmeväxling före eller efter separatorn 22 är beroende av använd separatortyp, och ofta kan en uppdelning av värmeväxlingen via en enhet 25 och en enhet 26 vara att föredraga.

Om separationsbetingelserna i centrifugalsepareringssteget 22 väljes så att slamströmmen 23 får en relativt låg slamkoncentration, kan eventuellt strömmen l7 till avdrivaren 10 elimineras. Om slamströmmen 23 har hög halt av inert fast material, blir däremot slamströmmen 17 nödvändig för upprätt- hållande av steady state med avseende på uttaget av inertmaterial ur krets- loppet.

Likaledes beroende på separationsbetingelserna i centrifugalseparerings- steget 22 kan hela eller en del av den till fermentorn eller substrat- behandlingssteget recirkulerade strömmen passera genom separatorn 22. I extremfallet kan således strömmen 18 elimineras. Vidare kan, vilket ej är visat i figur 1, godtycklig del av recirkulaticnsströmmarna 18 och 24 användas för tvättning av siltejektströmmen 8 i silningssteget 7 för att reducera jästförlusterna och etanolhalten i silrejektströmen 8.

Till avdrivarkolonnen 10 leds såväl silrejektströmmen 8 som slamströmmen 23 från centrifugalsepareringssteget 22 och strömmen 17 för avdrivning av resterande etanol och utvinning av en koncentrerad drankström 27 från botten av avdrivarkolonnen 10. De etanol innehållande ångorna 28 från avdrivar- kolonnen 10 påförs den primära destillationskolonnen 9 som direkt värmemedium. Avdrivarkolonnen 10 och den primära destillationskolonnen 9 ß; 449 876 kan därvid lämpligen utgöras av en gemensam kolonn, i vilken det nedåt strömmande vätskeflödet är avspärrat på intermediär nivå för uttag av bottenströmeh 16 från den övre_kolonndelen 9, som utgör det primära destillationssteget.

Fig. 2 visar en utföringsform, som med undantag av slamseparatorns 22 placering 1 processkretsen är identisk med den i fig. l visade utförings- formen, och ešakt motsvarande processenheter och strömmar har givits samma slfferbeteckning som i fig. 1.

Beroende på val av slamseparator och separeringsbetingelser ledes hela eller en del av den jästfria strömmen 14 från jästseparationssteget 12 som tillflöde Zla till ytterligare en slamseparator 22a. Från separatorn 22a uttages en på fast inert material anrikad slamström 23a, som påförs avdrivarkolonnen l0. Då slamströmmen 23a nu, i motsats till föregående ut- föringsform, innehåller en betydande etanolkoncentration av samma storleks- ordníng som tillflödet 14 till den primära kolonnen 9, kan det vara lämpligt att utöka avdrivarkolonnen 10 med ytterligare någon destillationsbotten jämfört med avdrivarkolonnen i fig. l och att tillföra slamströmmen 23a på något högre nivå till avdrivarkolonnen 10 än övriga strömmar 8 och 17 som likaledes påförs avdrivarkolonnen 10. En på fina partiklar utarmad ström 24a leds tillsammans med återstående del 18a av den jästfria strömmen 14 till primärkolonnen 9.

Av samma skäl som nämndes i samband med föregående ntföringsform kan, beroende på valet av separationsbetingelser och centrifugalseparator, den ena eller båda by-pass strömarna 17 och 18a eventuellt elimineras.

Claims (4)

449 876 8 Patentkrav

1. Förfarande för framställning av etanol genom kontinuerlig jäsning i _ närvaro av jäst av ett kolhydrathaltigt substrat i en fermentor (4), varvid en ström av fermenteringsvätska (6) kontinuerligt uttages från fermentorn, nämnda ström av fermenteringsvätska, efter eventuell avskiljning av grövre- fasta partiklar i ett silningssteg (7), nppdelas i ett första centrifugal- separeringssteg (12) i en på jäst anrikad ström (13) som recirkuleras till fermentorn, samt i en på jäst väsentligen befriad ström (14) som i ett primärt destillationssteg (9) uppdelas 1 en på etanol anrikad toppström (15) och en återstående vätskeformig bottenström (16), av vilken åtminstone en del (19, 20) recirkuleras till fermentorn och/eller till ett fermentorn föregående substratbehandlingssteg (2) och den eventuellt resterande delen (17) av bottenströmmen (16) uppdelas i ett sekundärt destillationssteg (10) i en resterande etanol innehållande ångström (28) och en på etanol utarmad drankström (27), k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en del av den vätskeström (14) som påförs eller den vätskeström (16) som avförs det primära destillationssteget (9) uppdelas i ytterligare ett centrifugalsepareringssteg (22, 22a)i en på fina partiklar utarmad ström (24, 24a) och en på fina partikar anrikad slamström (23, 23a), och att nämnda slamström avförs från kretsloppet, som omfattar det primära destillationssteget (9) och fermentorn (4).

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att åtminstone en del av bottenströmmen (16) från det primära destillationssteget (9) underkastas separering i ett centrifugalsepareringssteg (22), och att den därvid producerade slamströmmen (23) avförs från nämnda kretslopp.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda slamström (23) påförs nämnda sekundära destillationssteg (10).

4. Förfarande enligt krav 1, vid vilket en silrejektström (8) innehållande grövre fasta partiklar avskiljes från nämnda ström av fermenteringsvätska (6) i ett silningssteg (7), k ä n n e t e c k n a t a v att nämnda silrejektström (8) och nämnda, på fina partiklar anrikade ström (23, Zäa), påförs ett sekundärt destillationssteg (10), från vilket den avgående ångströmmen (28) påförs nämnda primära destillationssteg (9) i form av direktånga. IK?-