[go: up one dir, main page]

FI66905B - Foerfarande foer framstaellning av etanol genom kontinuerlig foerjaesning - Google Patents

Foerfarande foer framstaellning av etanol genom kontinuerlig foerjaesning Download PDF

Info

Publication number
FI66905B
FI66905B FI790258A FI790258A FI66905B FI 66905 B FI66905 B FI 66905B FI 790258 A FI790258 A FI 790258A FI 790258 A FI790258 A FI 790258A FI 66905 B FI66905 B FI 66905B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
stream
ethanol
yeast
fermentation
fermenter
Prior art date
Application number
FI790258A
Other languages
English (en)
Other versions
FI66905C (fi
FI790258A (fi
Inventor
Lars K J Ehnstroem
Original Assignee
Alfa Laval Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alfa Laval Ab filed Critical Alfa Laval Ab
Publication of FI790258A publication Critical patent/FI790258A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI66905B publication Critical patent/FI66905B/fi
Publication of FI66905C publication Critical patent/FI66905C/fi

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06Ethanol, i.e. non-beverage
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10Biofuels, e.g. bio-diesel

Landscapes

  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

11—... .... KUULUTUSJULKAISU ^ , Λ ^ _ W (11) utlAggningsskrift 6 6 905 ^ ' (51) K*·*?/tatCL3 C 12 P 7/06 SUOMI—FINLAND (21) 790258 (22) 26.01.79 \rM* (23) AHwpaM—GNu«lMti4sg 26.01.79 (41) Tuflwt (uIUmM — Bllvtt 01.08.79
Patentti- ]a rakietarlhallltu· /44) NlMrtkilpmonμk»uL|<ilkalMnpvm. — o, no
Patent- och ragfatarityral—n AnaOkan uthfd oeh utl.mkrlftan publtcarad ; (32)(33)(31) ^yr^ntjr etuoikeus—Begird prtorttac 31 «01 .78
Ruotsi-Sverige(SE) 7801133“5 (71) A1fa-Laval Aktiebolag, S-1^7 00 Tumba, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Lars K.J. Ehnström, Tullinge, Ruotsi-Sverige(SE) (7^) Berggren Oy Ab (5*0 Menetelmä etanolin valmistamiseksi jatkuvan käymisen avulla -FÖrfarande för framstälIning av etanol genom kontinuerlig förjäsning
Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä etanolin valmistamiseksi hiilihydraattipitoisen substraatin jatkuvan käymisen avulla käymisastiassa. Käymisastialla tarkoitetaan tässä yhteydessä edullisesti yhtä ainoaa käymissäiliötä.
Teknistä tyyppiä oleva etanoli valmistetaan pääasiassa puhtaasti synteettisin menetelmin etyleeniraaka-aineesta, jota vuorostaan saadaan kiviöljyraaka-aineesta tai luonnonkaasusta. Fossiili-raaka-aineiden rajoitetun saannin takia on ryhdytty tutkimaan mahdollisuuksia saada talteen polttoaineita ja kemikaaleja tal-teenotettavista, ts. kasvisperäisistä lähteistä. Niinpä vanha tekniikka valmistaa etanolia hiilihydraateista on laajassa merkityksessä tullut uudelleen ajankohtaiseksi. Etanoli on mielenkiintoinen sekä polttoaineena että raaka-aineena. Palautettakoon mieleen, että ruotsalainen orgaanis-kemiallinen teollisuus, joka kehittyi toisen maailmansodan jälkeen, perustuu sulfiittialkoholiin, joka muutettiin etyleeniksi ja edelleen etyleenioksidiksi jne. Muuttunut raaka-ainetilanne on siis tehnyt tällaiset synteesi-menetelmät ajankohtaisiksi. Jos korkeintaan 20 % vedetöntä etanolia 2 66905 sekoitetaan bensiiniin, oktaaniluku paranee ja polttomoottoreissa tarvitsee tehdä vain pienehköjä muutoksia, jotta nämä toimisivat tällaisella sekapolttoaineella. Useissa maissa, joilla on käytettävissään suuret määrät halpaa sokeria tai tärkkelyspohjäisiä raaka-aineita, suoritetaan voimaperäistä kehitystyötä näitä suuntaviivoja pitkin. Uudempien tutkimusten tulosten valossa on uskottavaa, että selluloosan muuttamisesta käymiskykyiseksi sokeriksi voi tulla taloudellinen realiteetti. Selluloosaa esiintyy koko maailmassa näköjään rajattomina määrinä, ja se on etanolituotannon potentiaalinen, ihanteellinen raaka-aine.
Useimmat olemassa olevat laitokset, joissa valmistetaan etanolia käymisen avulla, perustuvat panostuotantoon, jolloin on käytettävä sellaista raaka-ainetta, jossa käymiskykyisen aineen konsentraatio on suhteellisen alhainen, jotta vältettäisiin muodostuneen etanolin saavuttamasta sellaisen konsentraation, jossa käyminen inhiboituu, mikä vuorostaan johtaa siihen, että saadaan suuria määriä jätevettä (rankkia), joka käsittelemättömänä voi aiheuttaa suuria ympäristöongelmia. Käymisen avulla tapahtuvan suurimittakaavaisen etanolituotannon edellytyksenä on yhä enenevässä määrin, että kyetään välttämään ympäristölle haitallisia päästöjä käsittelemällä prosessijäännöstä taloudellisesti hyväksyttävällä tavalla.
Tunnetaan myöskin jatkuva käymismenetelmä teollista käyttöä varten, joka perustuu joukkoon niin kutsuttuihin kaskadi-kyt-kettyihin käymissäiliöihin, joissa ylläpidetään säiliöstä toiseen asteittain nouseva etanolikonsentraatio ja pienenevä substraattikonsentraatio. Tämä menetelmä ei ole saavuttanut suurempaa suosiota oletettavasti johtuen infektio-ongelmista sekä siitä, että samat rajoitukset koskien syötetyn substraatin konsentraatiota, jotka esiintyvät tavanomaisessa panosmenetel-mässä, ovat yhä edelleen olemassa.
Tähän asti käytettyjen käymisen avulla tapahtuvien etanoli-valmistusmenetelmien vakavana epäkohtana on siis tietyn minimaalisen substraattilaimennuksen tarve, joka vuorostaan rajoittaa voimakkaasti mahdollisuutta saada riittävän konsentroitu prosessi- 66905 jäännös taloudellista käyttöä varten. Jo etanolikonsentraatiossa noin 7 % ilmenee inhibointivaikutuksia, mikä asettaa substraatti-konsentraation käytännöllisen rajan noin 16-18 %:iin käymisky-kyisiä hiilihydraatteja.
Tavanomaisen panosmenetelmän rajoituksena on lisäksi alhainen etanolituotanto pääomakustannuksiin nähden. Etanolituotannon parantamiseksi on tämän vuoksi ehdotettu erilaisia menetelmiä korkean hiivasolukonsentraation ylläpitämiseksi käymisen aikana, jolloin hiivasolut on taloudellisista syistä pidettävä elävinä ja käytettävä etanolituotantoon pitkänä ajanjaksona.
US-patenttijulkaisussa 2 440 925 esitetään menetelmä panoskäy-misjakson pidentämiseksi ja siten saman hiivan käyttöiän pidentämiseksi. Poistamalla panosjaksosta etanolia vältytään niistä toksisista vaikutuksista, joita etanoli aiheuttaa hiivalle korkeammissa konsentraatioissa. Etanolin poistamiseksi poistetaan käymisastiästä nestettä, joka stripataan tyhjiössä, jotta hiiva ei tuhoutuisi. Tyhjiöastiasta hiiva kierrätetään käymisastiaan yhdessä rankin kanssa, jossa hiiva on suspendoituneena. Tämä ei-toivottu rankin kasaantuminen fermentoriin johtaa nopeasti hiiva-aktiivisuuden inhiboitumiseen, niin että panosprosessi on keskeytettävä .
On myöskin ehdotettu, että fermentori pidetään tyhjiössä ja että muodostunut alkoholi poistetaan keittämällä riittävän alhaisessa lämpötilassa, niin että hiivan aktiivisuus säilyy.
Tämän menetelmän vakava epäkohta on, että käymisen aikana muodostunut hiilidioksidi on poistettava tyhjiölaitteiston avulla ja tämä vaatii suurta energian kulutusta.
Niitä negatiivisia vaikutuksia, jotka ilmenevät kun hiiva joutuu käymisjäännöksessä (rankissa) olevien aineiden tiettyjen konsent-raatioiden vaikutuksen alaiseksi, ei ole selvitetty kovinkaan hyvin, vaikkakin ne ovat olleet tiedossa monen vuoden ajan ja pelästyttäneet käyttämästä rankkikierrätystä. Hiivavalmistuksen käymisprosessissa on sovellettu jonkin verran käymisjäännöksen uudelleenkäyttöä tarkoituksena käyttää hyväksi vierteessä olevat ravintoaineet mahdollisimman täydellisesti hiivakasvun lisäämiseksi.
4 66905 US-patenttijulkaisussa 1 884 272 on esimerkiksi ehdotettu poiBtaa puhdasviljelyastiasta hiivaa sisältävää vierrettä, poistaa hiiva centrifugoimalla ja palauttaa hiivaton vierre laitteistoon tarkoituksena käyttää tietty osa siitä uudelleen lisäviljelyä varten. Koska etanolia myöskin voi muodostua sivutuotteena, on myöskin huomautettu, että on mahdollista silloin tällöin poistaa osa hiivattomasta vierteestä etanolin talteenottamiseksi tislaamalla ennen vierteen palauttamista.
Tutkimusraportissa "Biotechnology and Bioengineering, voi.
19, sivut 1125-43 (1977)" selostetaan koe, joka osoittaa, että konsentroitu substraatti, joka sisältää 33 % glukoosia, voidaan käyttää jatkuvasti ylläpitämällä tyhjiöfermentorissa korkea konsentraatio (4-7 %). Etanolia kiehuu jatkuvasti pois fermen-torista, poistovirta poistetaan jatkuvasti fermentorista, jotta haihtumattomia aineita ei akkumuloituisi fermentoriin, ja hiiva uudelleen kierrätetään sen jälkeen kun se on erotettu poistovirrasta sedimentoimalla. Teollista käyttöä varten ehdotetaan, että sedimentoimisastia korvataan sentrifugilla. Edellä esitetystä vakavasta epäkohdasta huolimatta, joka liittyy hiili-dioksidikomprimoimiseen tarvittavan energian kulutukseen, esitetään raportin yhteenvedossa tyhjiökäymismenetelmällä olevan suuret edut ja tulevaisuuden mahdollisuudet. Syyt tähän ilmenevät mainitun julkaisun seuraavista sitaateista: "Tyhjiöfermentorin etu on ennen kaikkea siinä, että eliminoidaan etanoli-inhiboituminen. Tämä mahdollistaa konsentroitujen sokeriliuosten käymisen erittäin -suurissa nopeuksissa" (sivu 1141), sekä "Atmosfäärisessä käymisessä käyttäen solukierrä-tystä, rajoittuu tuotto johtuen siitä alhaisesta glukoosikon-sentraatiosta, jota on käytettävä syöttövirrassa vakavan etanoli-inhiboit umi sen estämiseksi" (sivu 1142). Tässä suhteellisen tuoreessa tutkimusraportissa, jossa on intensiivisen työn ja kokeiden avulla pyritty kartoittamaan jatkuvan käymisen olosuhteita, pidetään näin ollen kiinni yleisesti omaksutusta kannasta koskien atmosfääristä käymistä fermentorissa, jonka mukaan fermentorissa muodostuneen alkoholin inhiboimisvaikutukset rajoittavat lisätyn käymiskykyisen aineen konsentraation tunnettuun rajaan noin 16-18 paino-%. On huomioitava, ettei raportissa ole kommentoitu niitä infektioriskejä, jotka varmaankin 5 66905 esiintyvät suoritettaessa jatkuva käyminen pitkän ajanjakson aikana samassa käymisastiassa lämpötilassa, joka on suotuisa bakteerikasvulle.
Keksinnön mukaan on aikaansaatu menetelmä etanolin valmistamiseksi hiilihydraattipitoisen substraatin jatkuvan käymisen avulla fermentorissa, joka sisältyy jatkuvaan prosessipiiriin, jolloin fermentorissa ylläpidetään jatkuva hiivakierrätys, jolle menetelmälle on tunnusomaista se, että fermentorissa ylläpidetään stabiili tila syöttämällä jatkuvasti mainittuun prosessipiiriin mainitun substraatin virtaa, jossa käymiskykyisten hiilihydraattien konsentraatio on yli 22° Bx melassikonsentraation ja joka virta mitoitetaan käymiskykyisen aineen konsentraation pitämiseksi fermenttorissa, joka ei ylitä 2,5 paino-%:a, poistamalla fermenttorista jatkuvasti käymisnestevirta, joka virta mitoitetaan niin, että sen etanolipitoisuus on sen, sinänsä tunnetun rajan alapuolella, jossa etanolikäyminen fermenttorissa inhiboituu vakavasti, jakamalla jatkuvasti mainittu käymisnestevirta keski-pakoerotuksella ainakin hiivatiivistevirraksi ja olennaisesti hiivattomaksi virraksi, palauttamalla mainittu hiivatiiviste-virta fermenttoriin, jakamalla jatkuvasti mainittu hiivaton virta virraksi, joka on väkevöity etanolilla, ja joka poistetaan, ja jäännösvirraksi, poistamalla jatkuvasti osa mainitusta jäännös-virrasta sekä uudelleen kierrättämällä mainitun jäännösvirran jäljellä oleva osa fermenttoriin jolloin fermenttoriin palautettu osa mainitusta jäännösvirrasta on pastöroitu jouduttuaan kuumennuksen alaiseksi lämpötilassa, joka on yli 60°C.
Keskipakovoimaseparointi suoritetaan parhaiten keskipakosepa-raattorilla. Kun hiivatiiviste palautetaan käymisastiaan, hiiva suojataan etanolin erotuksen aikana tapahtuvalta vahingolta.
Hiivan palautuksen ansiosta käymisastiassa voidaan myös ylläpitää suurempaa hiivakonsentraatiota, joka lisää käymisnopeutta.
Käymisnestevirta voidaan myös jakaa kolmeksi virraksi, nimittäin jo edellä mainittujen lisäksi myös epäpuhtauksia sisältäväksi lietevirraksi. Tämä voidaan suorittaa keskipakoseparaattorin avulla, joka jakaa sisääntulevan käymisnestevirran toisaalta jatkuvaksi hiivatiivistevirraksi ja jatkuvaksi hiivattomaksi ja 6 66905 toisaalta jaksottaiseksi lietevirraksi. Tämän ansiosta lietettä kertyy keskipakoseparaattorin roottorin kehälle, josta se poistetaan jaksottain. Tällä tavoin estetään epäpuhtauksien kertyminen järjestelmään. Eräässä tällaisessa keskipakoseparaattorin sopivassa suoritusmuodossa hiivatiivistevirta poistetaan asteikko-putken avulla ja hiivaton virta asteikkolevyn avulla.
Tavanomaisessa etanolikäymistekniikassa käytetään sellaista substraattikonsentraatiota, että etanolipitoisuus käymisen päätyttyä on n. 7 paino-%. Jos melassia käytetään substraattina, alkuperäinen melassikonsentraatio on n. 22° Bx. Tällainen substraatti voidaan käyttää täydellisesti. Suurempia melassi-konsentraatioita ei voida käyttää täydellisesti, koska tämä johtaisi 7 paino-% suurempiin etanolikonsentraatioihin, jotka vaikuttavat estävästi käymisreaktioihin. Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan käyttää melassia, jonka konsentraa-tio vastaa sokeriteollisuudessa esiintyviä korkeimpia konsentraa-tioita 50-60° Bx, jos etanolipitoisuutta estetään kohoamasta yli n. 5 paino-%:n poistamalla jatkuvasti etanolia käymisnesteen kiertopiiristä.
Keksinnön mukaisen menetelmän erään suoritusmuodon mukaisesti keskipakoseparoinnilla saatu hiivaton substraattivirta jaetaan tislausmenetelmällä virraksi, joka on väkevöity etanolilla, ja jäännösvirraksi, josta ainakin osa palautetaan käymisastiaan, samalla kun jäljellä oleva osavirta poistetaan kiertopiiristä rankin muodossa. Tämä rankki saa esillä olevan keksinnön mukaisesti huomattavasti suuremman konsentraation kuin on asianlaita tähän asti etanolikäymisen yhteydessä käytetyissä tislausmene-telmissä. Esillä olevan keksinnön mukaisen menetelmän suurena etuna on se, että etanolin tislauskäyrä paranee huomattavasti käytetyissä suurissa substraattikonsentraatioissa, joka yhdessä suuren uudelleenkierrätyssuhteen ylläpitämisen kanssa aikaansaa sen, että liukoisen ei-käymiskykyisen aineen pitoisuus tislaus-vaiheen läpi menevässä virrassa on huomattava.
Vaihtoehtona tislausmenetelmille, joilla etanoli erotetaan kiertävästä käymisnesteestä, voidaan käyttää uuttomenetelmiä, ts. etanoli voidaan absorboida sopivan liuottimen kiertopiiriin, 7 66905 jolloin mainitulla liuottimena on affiniteetti kyseiseen yhdisteeseen, mutta vähäisempi affiniteetti veteen. Eräs esimerkki tällaisesta liuottimesta on oktanoli. Viimeksi mainittu otetaan sen jälkeen talteen oktanoliliuoksesta jakotis-lauksella. Tällaisella uuttomenetelmällä on hyvä lämpötalous.
Etanolin tislaus- tai uuttoerotus suoritetaan sopivasti ilmakehän paineessa. Tyhjössä tapahtuvalla lämpöerotuksella on tosin se etu, että lämpötila voidaan siinä pitää alempana, mutta tyhjön ylläpitämisen vaatimat käyttökustannukset muodostavat epäkohdan.
Keksinnön mukaisen menetelmän eräässä edullisessa suoritusmuodossa tislaus- tai uuttoerotuksesta tuleva jäännösvirta pastöroidaan 60-100°C:n lämpötilassa ennen sen palauttamista käymisastiaan.
66905
Menetelmän suuri etu on siinä/ että riippumatta etanolin tal-teenottotavasta saadaan poistovirta, jonka orgaanisen aineen pitoisuus on suuri ja jota voidaan käsitellä taloudellisesti kohtuullisella tavalla. Näin ollen saadaan rankkia, joka on 4-6 kertaa konsentroidumpaa kuin tavanomaisessa etanolitislauk-sessa saatava rankki, ja jolla on positiivinen palamislämpö-arvo, mikä osaltaan vaikuttaa menetelmän hyvään käyttötalouteen. Kun otetaan huomioon rankin suuri orgaanisen aineen pitoisuus, rankkia voidaan mahdollisesti käyttää raaka-aineena tuotteiden, kuten esim. furfurolin jne. valmistukseen.
Keksinnön mukaista menetelmää selitetään seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen menetelmän periaatteellista virtauskaaviota, kuvio 2 esittää sellaisen menetelmän virtauskaaviota, jossa etanoli erotetaan tislaamalla ja kuvio 3 esittää sellaisen menetelmän kaaviota, jossa etanoli erotetaan uuttamalla.
Kuviossa 1 merkitään käymisastiaa viitteellä F, keskipakosepa-raattoria viitteellä C, yksikköä etanolin poistamiseksi viitteellä RU ja sekoitinta viitteellä M. Nämä yksiköt on yhdistetty johdoilla 1, 2, 3 ja 4 kiertopiiriin. Sen lisäksi keski-pakoseparaattori C on yhdistetty suoraan sekoittimeen M johdolla 5. Kiertopiirin johtava tulojohto 6 on liitetty sekoittimeen M. Käymisastia F on lisäksi varustettu kaasunpoistojohdolla 7, keskipakoseparaattori C lietteenpoistojchdolla 8 ja yksikkö RLJ etanolilla väkevöidyn virran poistojohdolla 9, kun taas johto 3 on varustettu haarajohdolla 10 kiertopiirin tyhjennystä varten. Keksipakoseparaattori C on tyyppiä, joka jakaa tulevan virran kahdeksi jatkuvaksi nestevirraksi ja jaksottaiseksi lietevirraksi.
66905 9
Kuviossa 2 esitetään keksinnön suoritusmuoto, jossa etanoli erotetaan kiertopiiristä tislaamalla joko yksinkertaisena tislauksena tai jakotislauksen avulla. Tässä kuviossa on käytetty samoja merkintöjä kuin kuviossa 1 vastaavista laiteyksiköistä ja johdoista. Kuvion 1 yksikkö RU on tässä korvattu tislaus-yksiköllä D. Tislausyksikköön johtava johto 2 ja siitä pois johtava johto 3 ovat lämmönvaihtosuhteessa lämmönvaihtimen HE I välityksellä. Johto 3 kulkee jäähdyttimen HE II läpi ennen sen liitäntää sekoittimeen M.
Kun etanolia valmistetaan kuviossa 2 esitetyssä laitoksessa, konsentroitua, kirkastettua substraattia syötetään tulojohdon 6 ja sekoittimen M kautta käymisastiaan F. Syötetty virta sekoitetaan tällöin toisaalta keskipakoseparaattorista tulevaan hiivasuspensioon ja toisaalta tislausyksiköstä tulevaan hiivat-tomaan virtaan, ts. rankkiin. Keskipakoseparaattorissa C erotetaan jaksottain epäpuhtauslietettä, joka muuten kertyisi laitokseen. Etanoli poistetaan hiivattomasta virrasta tislaus-yksikössä D, jolloin tarvittava lämpö johdetaan epäsuoran lämmityksen tai suoran höyryn syötön avulla. Viimeksi mainitussa tapauksessa laimennus kompensoidaan suurentamalla syötetyn substraatin konsentraatiota. Suoran höyryn etuna on karstojen välttäminen lämmönsiirtopinnoilla. Etanolia poistetaan poisto-kohdassa 9, ja rankki luovuttaa jokseenkin koko käytettävissä olevan lämpösisältönsä tislausyksikköön saapuvaan virtaan lämmönvaihtimen HE I välityksellä.
Rankkivirran pienempi osa poistetaan kiertopiiristä poistojoh-don 10 kautta, ja sen konsentraatio on sellainen, että sitä voidaan käyttää taloudellisella tavalla. Rankkivirran loppuosa jäähdytetään lämmönvaihtimen HE II avulla ja johdetaan sen jälkeen sekoittimen M kautta käymisastiaan F. Käymisen aikana muodostunut kaasu, ts. pääasiassa hiilidioksidi, poistetaan poistojohdon 7 kautta. Menetelmä toteutetaan siten, että käy-misastian etanolipitoisuus pidetään alhaisella tasolla, jolloin se on suuruusluokaltaan 4 paino-% käymisastiassa, jonka ansiosta substraatti käy lähes 100 %:sesti valituissa prosessi-olosuhteissa. Tislausyksiköstä tulevan rankin etanolipitoisuus on hyvin pieni.
66905 10
Vaihtoehtona kiertopiiristä tulevan etanolin tislauserotukselle voidaan käyttää uuttotekniikkaa. Kuviossa 3 on esitettty tällaista menetelmää varten varustettu laitos. Laitokseen kuuluu kuviosta 2 tunnettujen yksikköjen lisäksi uuttoyksikkö, joka on esim. vastavirtauuttokolonni, ja tislausyksikkö FR, esim. jakotislauskolonni. Keskipakoseparaattorista johtava johto 2 on tällöin yhdistetty uuttoyksikköön E, johon myös johdetaan liuotinvirta tulojohdon 15 kautta. Tämä liuotinvirta virtaa uuttoyksikön E kautta, absorboi tällöin haihtuvaa orgaanista yhdistettä kuten etanolia ja virtaa edelleen johdon 16 kautta tislausyksikköön FR, josta etanoli poistuu poistojohdon 17 kautta. Liuottimen pohjavirta tislausyksiköstä FR virtaa johdon 18 kautta tulojohtoon 15, johon myös johdetaan liuotinta tulojohdon 19 kautta. Osa uuttoyksiköstä E poistuvasta virrasta, josta etanolia on poistettu, johdetaan pois laitoksesta, kun taas loppuosa johdetaan käymisastiaan F sekoittimen M kautta. Tislausyksikköä käytetään sopivasti epäsuoralla lämmityksellä 21 .
Esimerkki 1
Esimerkkinä keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamisesta selitetään melassin jatkuvaa käymistä kuviossa 2 esitettyä tyyppiä olevassa laitoksessa.
Prosessin käynnistämiseksi 10 kg painehiivaa sekoitettiin 100 litraan kirkastettua 20° Brix melassia käymisastiassa, joka oli varustettu sekoittimella. Jäähdytin oli sovitettu kierto-piiriin. Käymislämpötila säädettiin 32°C:en, ja käymiskykyinen sokeri muutettiin 90 %:sesti etanoliksi n. 3 tunnin kuluessa. Käymisvaiheen jälkiosan aikana etanolia oli poistettava jatkuvasti substraatista, jotta sen alkoholipitoisuus pysyisi n.
4 paino-%:na. Sen tähden käymisneste sai kiertää keskipako-separaattorin C läpi, jolloin hiivatiivistevirta johdettiin takaisin käymisastiaan, kun taas hiivaton virta johdettiin yksinkertaiseen tislausyksikköön D, jossa etanoli poistettiin ilmakehän paineessa. Kun alkuperäisen erän käyminen oli täydellinen, käymisastiaan syötettiin jatkuvasti 7-13 kg/h kirkas- 1 1 66905 tettua 40° Brix melassia. Käymisastiassa ylläpidettiin 100 litran nestetilavuutta. Käyminen jatkui viikon ajan. Tänä aikana johdettiin pois etanolivirta, jonka etanolipitoisuus oli 25-35 paino-%, jolloin käymisastian etanolipitoisuus pidettiin n. 4 paino-%:na. Kiertopiiristä poistettiin pieni rankkivirta, jonka kuivapitoisuus oli 25-30 paino-%.
Molemmille syöttönopeuksille todettiin käyttötiedot alla olevan taulukon mukaisesti.
Syöttönopeus Tasapaino käymiskel- Etanolin tuotto 40° Brix me- F3/F6 poinen sokeri käy- (100 %) lassia kg/h misastiassa paino-% kg/100 1/h 7,0 10,0 1,0 1,0 13,0 5,5 2,5 1,7 F3/F6 ilmoittaa kuvion 2 johtojen 3 ja 6 tilavuusvirtojen välisen suhteen. Taulukosta käy ilmi, että etanolin tuotto kasvoi syötön kasvaessa, mutta syötetyn sokerin hyväksikäytön kustannuksella, koska tästä jäi enemmän käyttämättä jälkimmäisessä tapauksessa. On ilmeistä, että syöttönopeuden optimoinnin määrää raaka-ainekustannusten ja pääoma- ja vastaavasti käyttökustannusten välinen suhde.
Huomattakoon, ettei raaka-ainetta steriloitu kuvatussa käymisessä. Tästä huolimatta ei järjestelmässä esiintynyt bakteerien kertymistä, ilmeisesti sen ansiosta, että virta steriloitiin tislausyksikössä.
66905 12
Esimerkki 2
Ruokosokerimelassin jatkuva käyminen suoritettiin fermentto-rissa, jossa ylläpidettiin stabiilit olosuhteet kuviossa 2 esitetyn prosessipiirin avulla. Fermenttori pidettiin ilmakehän paineessa, käymisnesteen pH säädettiin arvoon 4,5 ja lämpötila säädettiin 32°C:een. Hiivan kasvua säädettiin puhaltamalla sisään ilmaa. Hiivana käytettiin Schizosaccharomyces pombe.
Prosessipiiriin syötettiin johdon 6 kautta: kg/h paino-% Käymiskykyinen aine 56 23
Ei-käymiskykyinen liukeneva aine 22 9 kiinteä aine 2 1
Vesi (kokonaismäärä) 163 67 243 100
Separaattorista C syötettiin tislauskolonniin D 580 kg/h olennaisesti hiivatonta virtaa 2 ja fermenttoriin F kierrätettiin 363 kg/h rankkivirtaa (virta 3 - virta 10), jonka etanolikon-sentraatio oli n. 0 %. Tislauskolonnista D poistettiin 65 kg/h höyryä, joka sisälsi 38 % etanolia, ja fermenttorista poistui 26 kg/h hiilidioksidia.
Fermenttorissa F ylläpidettiin seuraavat stabiilit olosuhteet:
Hiiva 5 x 10® solua/ml
Ilma 0,1 ppm
Etanoli 4,3 %
Kuiva-ainepitoisuus (hiivaa lukuunotta- 15 % matta) Käymiskykyinen sokeri 0,2 %
Poistettiin jatkuvasti 152 kg/h rankkivirtaa 10, jonka kuiva-ainepitoisuus oli 17 paino-%.
13 66905
Esimerkki 3
Jatkuvan etanolikäymisen raaka-aineena käytettiin vehnää (kuiva-ainepitoisuus 87 %). Esimerkki liittyy kuviossa 2 esitettyyn prosessipiiriin sillä lisäyksellä, että syöttövirta 6 kulkee sokerointivaiheen läpi ennen kuin se saapuu sekoittimeen M. Fermenttori pidettiin ilmakehän paineessa, pH fermenttorissa säädettiin arvoon n. 4,5 ja lämpötila fermenttorissa pidettiin 32°C:ssa. Jotta vältettäisiin, että fermenttorista poistuvan käymisnestevirran 1 sisältämät suuret hiukkaset kulkisivat separaattorin C läpi, sovitettiin johtoon 1 ennen separaattoria keskipakoseula, jossa oli 200^,um suuruiset seula-aukot, jolloin rejekti yhdistettiin hiivattoman virran 2 kanssa ennen sen syöttämistä tislauskolonniin D. Samankaltainen seula sijoitettiin tislauskolonnista poistuvaan rankkivirtaan 3 suurempien hiukkasten siivilöimiseksi ja niiden poistamiseksi rankkivir-ran 10 kanssa. Käytetty hiiva oli Saccharomyces cerevisiae.
Syötettiin jatkuvasti seuraavia määriä vehnäraaka-ainetta ja vettä sokerointivaiheen ja syöttövirran 6 kautta: kg/h paino-% Käymiskykyinen aine 62 30,6
Ei-käymiskykyinen liukeneva aine 10 4,9 -"- kiinteä aine 15 7,4
Vesi (kokonaismäärä) 116 57,1 203 100,0
Tislauskolonniin D syötettiin 530 kg/h virtaa 2, joka sisälsi sekä separaattorissa C erotettua hiivatonta virtaa että virrasta 1 siivilöityä rejektiä ja fermenttoriin kierrätettiin 360 kg/h rankkivirtaa (virta 3 - virta 10) (etanolikondentraa-tio n. 0 %). Tislauskolonnista D poistettiin 69 kg/h höyryä, joka sisälsi 42 paino-% etanolia, ja fermenttorista poistui 33 kg/h hiilidioksidia.
Fermenttorissa F ylläpidettiin seuraavat stabiilit olosuhteet:
O
Hiiva 5 x 10 solua/ml
Ilma 0,015 ppm 66905 14
Etanoli 5,5 %
Kokonaiskuiva-ainepitoisuus (hiivaa lukuun- 16 % ottamatta) Käymiskykyinen sokeri 0,05%
Johdon 10 kautta poistettiin jatkuvasti 101 kg/h rankkivirtaa, joka myös sisälsi virran 3 seularejektiä ja sen kokonaiskuiva-ainepitoisuus oli 26 paino-%.

Claims (2)

66905 15
1. Menetelmä etanolin valmistamiseksi hiilihydraattipitoi-sen substraatin jatkuvan käymisen avulla fermenttorissa, joka sisältyy jatkuvaan prosessipiiriin, jolloin fermenttorissa ylläpidetään jatkuva hiivakierrätys, tunnettu siitä, että fermenttorissa ylläpidetään stabiili tila syöttämällä jatkuvasti mainittuun prosessipiiriin mainitun substraatin virtaa, jossa käymiskykyisten hiilihydraattien konsentraatio on yli 22° Bx melassikonsentraation ja joka virta mitoitetaan käymiskykyisen aineen konsentraation pitämiseksi fermenttorissa arvossa, joka ei ylitä 2,5 paino-%:a, poistamalla fermenttorista jatkuvasti käymisnestervirta, joka virta mitoitetaan niin, että sen etanolipitoisuus on sen, sinänsä tunnetun rajan alapuolella, jossa etanolikäyminen fermenttorissa inhiboituu vakavasti, jakamalla jatkuvasti mainittu käymisnestevirta keskipakoero-tuksella ainakin hiivatiivistevirraksi ja olennaisesti hiivat-tomaksi virraksi, palauttamalla mainittu hiivatiivistevirta fermenttoriin, jakamalla jatkuvasti mainittu hiivaton virta virraksi, joka on väkevöity etanolilla, ja joka poistetaan, ja jäännösvirraksi, poistamalla jatkuvasti osa mainitusta jäännösvirrasta sekä uudelleen kierrättämällä mainitun jään-nösvirran jäljellä oleva osa fermenttoriin, jolloin fermenttoriin palautettu osa mainitusta jäännösvirrasta on pastöroitu jouduttuaan kuumennuksen alaiseksi lämpötilassa, joka on yli 60°C.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun hiivattoman virran jakaminen suoritetaan tislaamalla.
FI790258A 1978-01-31 1979-01-26 Foerfarande foer framstaellning av etanol genom kontinuerlig foerjaesning. FI66905C (fi)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE7801133 1978-01-31
SE7801133A SE430171B (sv) 1978-01-31 1978-01-31 Kontinuerligt forfarande for framstellning av etanol i en fermentor som tillfors ett substrat me hog kolhydratkoncentration, varvid avford fermenteringsvetska efter aterforening av ett franseparat jestflode och avski...

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI790258A FI790258A (fi) 1979-08-01
FI66905B true FI66905B (fi) 1984-08-31
FI66905C FI66905C (fi) 1987-04-22

Family

ID=20333821

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI790258A FI66905C (fi) 1978-01-31 1979-01-26 Foerfarande foer framstaellning av etanol genom kontinuerlig foerjaesning.

Country Status (17)

Country Link
JP (1) JPS6043117B2 (fi)
AR (1) AR222649A1 (fi)
AU (1) AU511754B2 (fi)
BR (1) BR7900321A (fi)
CA (2) CA1110985A (fi)
DE (1) DE2903273A1 (fi)
DK (1) DK149782C (fi)
FI (1) FI66905C (fi)
FR (1) FR2416263A1 (fi)
GB (1) GB2013716B (fi)
IN (1) IN150767B (fi)
NL (1) NL7900803A (fi)
NZ (1) NZ189485A (fi)
PH (1) PH17707A (fi)
SE (1) SE430171B (fi)
SU (1) SU1303034A3 (fi)
ZA (1) ZA787390B (fi)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE416315B (sv) * 1978-11-16 1980-12-15 Alfa Laval Ab Forfrande for framstellning av etanol, varvid ravaruflodet uppdelas i ett flode rikt pa fast substans och ett substratflode fritt fran fast substans, varvid det sistnemnda flodet efter bearbetning delvis bringas i ...
SE432441B (sv) * 1979-02-27 1984-04-02 Alfa Laval Ab Forfarande for framstellning av etanol genom kontinuerlig forjesning av ett kolhydrathaltigt substrat, varvid en drank med relativt hog halt av fast substans erhalls
PH15644A (en) * 1979-07-16 1983-03-11 Ag Patents Ltd Fermentation process and apparatus
DE2938339B2 (de) * 1979-09-21 1981-06-19 Uhde Gmbh, 4600 Dortmund Verfahren zur kontinuierlichen Vergärung von wässrigen Maischen für die Gewinnung von Alkohol und Hefe-Biomasse
US4287303A (en) * 1979-11-13 1981-09-01 Alfa-Laval Ab Production of ethanol
NZ196049A (en) * 1980-01-30 1984-05-31 Commw Scient Ind Res Org Production of ethano l by yeast fermentation of carbohydrate-containing material; petrolethanol mixture
CA1173381A (en) * 1980-03-05 1984-08-28 Peter L. Rogers Ethanol production in a continuous process with cell recycle
US4385118A (en) * 1980-04-03 1983-05-24 National Distillers & Chemical Corp. Fermentation process
US4310629A (en) * 1980-04-03 1982-01-12 National Distillers & Chemical Corp. Continuous fermentation process for producing ethanol
CU35492A (en) * 1980-06-27 1982-08-24 Ag Patents Ltd Procedure and apparatus to fermentation
US4517298A (en) * 1981-05-08 1985-05-14 Georgia Tech Research Corporation Process for producing fuel grade ethanol by continuous fermentation, solvent extraction and alcohol separation
JPS5911160A (ja) * 1982-07-08 1984-01-20 Kikkoman Corp 調味液の製造法
US4508929A (en) * 1983-01-03 1985-04-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Recovery of alcohol from a fermentation source by separation rather than distillation
AT388386B (de) * 1983-01-13 1989-06-12 Voest Alpine Ag Verfahren zur gewinnung von aethanol aus vergaerbaren zuckerloesungen
AT391876B (de) * 1983-01-13 1990-12-10 Voest Alpine Ag Verfahren zur gewinnung von aethanol aus vergaerbaren zuckerloesungen
FI118301B (fi) * 2005-05-25 2007-09-28 St1 Biofuels Oy Menetelmä etanoli-vesiseoksen valmistamiseksi
FI20075288A0 (fi) * 2007-04-25 2007-04-25 St1 Biofuels Oy Menetelmä ja laitteisto etanolin ja veden seoksen valmistamiseksi
RO129937B1 (ro) * 2013-11-25 2017-12-29 Transproiect Organic Srl Procedeu de obţinere a unui fertilizant din vinasă

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR673283A (fr) * 1927-10-04 1930-01-13 Mode de production de levure comprimée, particulièrement d'aérolevure, avec ou sans production d'alcool
DE596107C (de) * 1931-11-19 1934-04-27 Dansk Gaerings Ind As Verfahren zur Herstellung von Alkohol durch Gaerung kohlehydrathaltiger Fluessigkeiten
US2053770A (en) * 1933-08-15 1936-09-08 Dreyfus Henry Removal from a fermenting medium of organic compounds produced by the fermentation
AT160210B (de) * 1938-05-14 1941-03-10 Heinrich Dr Ing Scholler Gärverfahren zur Züchtung von Mikroorganismen oder zur Gewinnung von Gärungserzeugnissen.
US2430170A (en) * 1942-12-22 1947-11-04 Distillers Co Yeast Ltd Production of alcohol and glycerol by fermentation
FR896756A (fr) * 1943-07-26 1945-03-02 Bergin Ag Fu R Holzhydrolyse D Procédé de traitement de solutions de sucre
US2440925A (en) * 1944-04-27 1948-05-04 Chemprotin Producs Fermenting method
CH264588A (de) * 1948-03-24 1949-10-31 Keussler Helene Von Verfahren zur Vergärung zuckerreicher Flüssigkeiten auf Alkohol.
SE387657B (sv) * 1973-07-09 1976-09-13 Alfa Laval Ab Sett vid kontinuerlig jesning, varvid efter jesningen separation sker genom centrifugering i tre komponenter, nemligen odlingsvetska, levande cellmassa och fororeningar
AT334857B (de) * 1975-05-16 1977-02-10 Vogelbusch Gmbh Verfahren zur alkoholischen vergarung von zuckerhaltigen substraten

Also Published As

Publication number Publication date
DK149782B (da) 1986-09-29
DE2903273C2 (fi) 1993-03-25
CA1110985A (en) 1981-10-20
AU511754B2 (en) 1980-09-04
SU1303034A3 (ru) 1987-04-07
FR2416263A1 (fr) 1979-08-31
FI66905C (fi) 1987-04-22
ZA787390B (en) 1979-12-27
AU4376479A (en) 1979-08-09
BR7900321A (pt) 1979-08-14
AR222649A1 (es) 1981-06-15
JPS54110387A (en) 1979-08-29
GB2013716B (en) 1982-03-03
NL7900803A (nl) 1979-08-02
IN150767B (fi) 1982-12-11
SE7801133L (sv) 1979-08-01
DE2903273A1 (de) 1979-08-16
FI790258A (fi) 1979-08-01
SE430171B (sv) 1983-10-24
JPS6043117B2 (ja) 1985-09-26
DK149782C (da) 1987-03-02
GB2013716A (en) 1979-08-15
PH17707A (en) 1984-11-19
FR2416263B1 (fi) 1982-07-02
NZ189485A (en) 1982-03-30
CA1140873B (en) 1983-02-08
DK37779A (da) 1979-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI66905B (fi) Foerfarande foer framstaellning av etanol genom kontinuerlig foerjaesning
US4460687A (en) Fermentation method
Ashani et al. Biobutanol production from municipal solid waste: technical and economic analysis
US9732362B2 (en) Processes and systems for alcohol production and recovery
de Souza Dias et al. Sugarcane processing for ethanol and sugar in Brazil
EP1737550B1 (en) Recovery of inorganic salt during processing of lignocellulosic feedstocks
Maiorella et al. Alcohol production and recovery
Kang et al. Energy-efficient production of cassava-based bio-ethanol
Eumine Suk et al. Membrane‐based hybrid processes: a review
CN107099556B (zh) 一种工业尾气发酵法制乙醇的方法及系统
US4287303A (en) Production of ethanol
CA2766170A1 (en) Recovery of higher alcohols from dilute aqueous solutions
US20140065685A1 (en) System and Method for Producing Ethanol and Biogas
US20130197279A1 (en) Water and Contaminants Removal from Butanol Fermentation Solutions and/or Broths Using a Brine Solution
Kongjan et al. Characterization of the integrated gas stripping-condensation process for organic solvent removal from model acetone-butanol-ethanol aqueous solution
Rafieyan et al. Acetone-butanol-ethanol fermentation products recovery: challenges and opportunities
CN102643867A (zh) 纤维素乙醇生产装置及方法
Hou-Rui Key drivers influencing the large scale production of xylitol
CN108640815B (zh) 一种生物柴油副产物粗甘油提纯耦合预处理农林剩余物发酵产沼气的方法
Atkinson et al. Development of downstream processing
KR102122433B1 (ko) 추출과 증류를 이용한 c2-6 유기산의 분리장치 및 이 장치를 이용한 분리방법
CN210974476U (zh) 一种从含乙酸的废水中提纯乙酸的装置
CN222082783U (zh) 一种发酵菌体分离耦合与蒸馏联产生物蛋白饲料的系统
Krishnamoorthy et al. Bioprocessing of cane molasses to produce ethanol and its derived products from South Indian Distillery
Yu et al. Utilization of cellulosic feedstock in the production of fuel grade ethanol

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: ALFA-LAVAL AKTIEBOLAG