JPH051710B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、バイオマス・アルコールのような
低濃度アルコールを濃縮して高濃度のアルコール
を連続的に得る方法に関するものである。

この明細書において、パーベーパレーシヨン
（pervaparation）法すなわち「浸透気化法」な
いし「透過蒸発法」なる用語は、透過膜の二次側
を一次側より減圧状態にし、一次側に液相の混合
物を供給して混合物中の主として特定成分を二次
側へ気相で膜透過させて、該成分の濃度を高める
膜分離方法をいう。

従来技術およびその問題点 発酵法により高濃度のアルコールを得る方法と
しては、酒類の醸造において見られるように、回
分法を採用して発酵菌である酵母を再利用しない
方法もあるが、いわゆるバイオマスから発酵アル
コールを連続生産しようとする場合には、凝集沈
降性酵母を用いたり固定化菌体を用いたりして、
発酵槽から菌体が流出するのを防止し、さらに発
酵槽内のもろみの一部を槽外に抜き出して、槽内
のアルコール濃度を調節することにより、菌体の
死滅を防止するとともに発酵速度を速める方法が
行なわれている。

従来、上記のようなバイオマスからのアルコー
ルの連続生産プロセスにおいては、第９図に示す
ように、発酵槽８１から抜き出したもろみを蒸留
塔８２に導いて蒸留し、アルコールの濃度を高め
る方法がとられていた。なお、同図において８３
はコンデンサ、８４はリボイラである。しかしこ
の方法では、アルコールの濃度を目標値まで高め
るには、多量の熱エネルギーを消費する大型の多
段蒸留塔が必要である上に、アルコール・水系混
合物には共沸点があるため、通常の蒸留ではアル
コールの濃縮濃度に限界があつた。

この発明は、上記のような点に鑑みてなされ、
熱エネルギーの多量消費や共沸点に起因する濃縮
限界といつた問題を完全に克服することのできる
アルコール濃縮法を提供することを目的とする。

問題点の解決手段 この発明によるアルコール濃縮法は、上記目的
の達成のために、アルコールの連続生産プロセス
において、発酵槽から抜き出したもろみを蒸発処
理に付し、生じた蒸気を凝縮した後パーベーパレ
ーシヨン法による膜分離処理に付して高濃度アル
コールを得ることを特徴とする。

上記もろみは、例えば、発酵槽内のアルコール
濃度を調節して菌体の死滅を防止するとともに発
酵速度を速めるために、発酵槽内のもろみの一部
を槽外に抜き出したものである。

この発明の好適な実施態様においては、蒸発手
段としてフラツシユ蒸留を適用する。

実施例 つぎに、この発明を実施例によりさらに具体的
に説明する。

実施例 １ 第１図において、発酵原料バイオマスは発酵槽
１内で酵母の培養によりアルコール発酵に付され
る。そしてバイオマスの発酵により生じたもろみ
は、槽内のアルコール濃度を調節することによ
り、菌体の死滅を防止するとともに発酵速度を速
めるために、槽外に一部抜き出される。こうして
抜き出されたもろみは予熱器２で熱せられた後、
減圧状態にあるフラツシユ槽３内にフラツシユさ
れる。このフラツシユ蒸留により、アルコールと
水を主成分とするフラツシユ蒸気が生成するとと
もに、もろみ中の菌体や固形成分などが蒸留残と
して槽底に残る。

フラツシユ蒸気は、同槽３内のデミスタ４を通
過することにより蒸気中の微小液滴が除去された
後、凝縮器７で凝縮され、ついで凝縮液が膜分離
槽５に導かれる。同槽５の内部は透過膜６によつ
て一次側と二次側に２区分せられており、二次側
は真空ポンプなどにより一次側より減圧状態にな
されている。また透過膜６としては、アルコール
を水より選択的に透過するシリコンゴム系の膜が
用いられている。そしてフラツシユ蒸気の凝縮液
が同槽５の一次側に供給されると、その中のアル
コール分が優先的に透過膜６を気相で透過する。
パーベーパレーシヨン法による膜分離の結果、二
次側から高濃度アルコール蒸気が得られる。

一次側に残つた低濃度アルコールは膜分離槽５
を出た後、フラツシユ槽３から出た蒸留残と合流
し、合流液の一部は発酵槽１の底部に戻され、残
部は系外に抜き出される。

透過膜は上記のものに限定されず、透過物質に
対する選択性、透過速度などに考慮して選定され
る。また上記シリコンゴム系の膜の代りに、水を
アルコールより選択的に透過する酢酸セルロース
系の膜が用いられると、一次側から高濃度アルコ
ールが得られる。

第１図のフローではもろみはフラツシユ蒸留に
付される前に予熱されるので、発酵時より高温に
なり、その結果もろみ中の菌体が死滅ないし損傷
するおそれがある。このような場合にはフラツシ
ユ蒸留前の予熱を省き、フラツシユ槽内をより減
圧状態にして低温でフラツシユ蒸留を行ない、蒸
留残を発酵槽へ戻す途中で加熱して発酵温度を調
節し、菌体の死滅ないし損傷を防止する方法がと
られる。

つぎに、気液平衡関係を示す第２図と膜の分離
性能を示す第３図とを基に、アルコール濃縮の過
程について説明する。発酵槽から抜き出した液相
もろみのアルコール濃度をXAとすると、フラツ
シユ蒸発によつて得られる気相のアルコール濃度
は、第２図の気液平衡線によりYAとなる。この
場合、フラツシユ蒸気はもちろんデミスタにより
微小液滴が完全に除去されたものであることが必
要条件である。ついで第３図に示す分離性能を有
するアルコール選択透過膜を内装した膜分離槽の
一次側に、アルコール濃度YAの上記フラツシユ
蒸気の凝縮液が供給されると、二次側のアルコー
ル濃度は同図よりYBまで高められる。こうして
得られた濃度YBがまだ目標値まで達していない
場合には、上記膜分離槽５の後流側にさらに凝縮
器と膜分離槽が直列に配設され、上記濃度YBの
アルコール含有蒸気が上記と同様に凝縮され、凝
縮液がパーベーパレーシヨン法により膜分離処理
に付される。その結果、第３図によりアルコール
濃度はYCまで高められる。

実施例 ２ 第４図は膜分離層が２基直列に配設された例を
示す。前流側の槽５には実施例１の場合と同じく
アルコール選択透過膜６が内装され、後流側の槽
２１には逆に水選択透過膜２２が内装されてい
る。そして前流側の槽５の二次側から出たアルコ
ール含有蒸気は凝縮器２４で凝縮された後、後流
側の槽２１の一次側に供給され、同一次側から高
濃度アルコールが得られ、同槽２１の二次側から
低濃度アルコール蒸気が流出し、凝縮器２３で凝
縮せられる。この実施例の他の構成は実施例１の
ものと全く同じである。

この実施例は、もろみのアルコール濃度が低く
て、膜分離槽１基ではアルコール濃縮濃度が目標
値まで達しない場合に、特に好適である。また膜
分離槽は２基とも同種の選択透過膜を内装したも
のでもよく、さらに必要に応じて３基以上配設さ
れてもよい。

実施例 ３ 第５図は凝縮器を膜分離槽内に組込んだ例を示
す。この例では透過膜３１は膜分離槽３２内に水
平ないしほぼ水平に配され、槽内の上部空間に冷
媒管３３が配されて、同空間が凝縮器３４となさ
れている。そしてフラツシユ槽から来たフラツシ
ユ蒸気は凝縮器３４に導入されてここで凝縮さ
れ、透過膜３１上に溜つた凝縮液がパーベーパレ
ーシヨン法による膜分離処理に付される。こうし
て二次側から高濃度アルコール蒸気が得られる。
このように凝縮器と膜分離槽を一体化することに
より、装置のコンパクト化および設備費の節減が
果たせる。

実施例 ４ 第６図はやはり凝縮器を膜分離槽内に組込んだ
例を示す。この例では、透過膜４１は膜分離槽４
２内に垂直に近い状態で傾斜せられ、一次側の槽
内頂部に液分配器４３が配されて、そのスリツト
４４が透過膜４１の一次側上端部に連絡してい
る。そして液分配器４３の上方に冷媒管４５が配
され、槽内頂部が凝縮器４６となされている。

この構成の膜分離槽４２では、フラツシユ槽か
ら来たフラツシユ蒸気は凝縮器４６で凝縮され、
液分配器４３に溜つた凝縮液はここから透過膜４
１の一次側上面を薄い流下液膜を形成して流下
し、流下中にパーベーパレーシヨン法による膜分
離が行なわれる。こうして二次側から高濃度アル
コール蒸気が得られ、一次側の底部に流下液が溜
まる。

この実施例は、一次側の液相を流動状態におく
ことにより、透過膜近傍の液相側の物質移動に関
する境膜抵抗を減少させ、さらにいわゆる濃度分
極を防止しようとするものである。

実施例 ５ 第７図はフラツシユ槽を膜分離槽内に組込んだ
例を示す。この例では第６図に示す膜分離槽５１
の一次側にフラツシユ槽５２が配設され、同槽５
２のデミスタ５３を通過したフラツシユ蒸気が凝
縮器５４で凝縮され、凝縮液が傾斜状の透過膜５
５上を流下するようになされている。５６は液分
配器、５７は冷媒管である。

実施例 ６ この実施例はフラツシユ蒸留装置の代りに第８
図に示す小型の蒸留塔６１または蒸発器を用いる
例である。この場合、底部に加熱器６２があるの
で、予熱器によるもろみの予熱は必要でない。そ
して塔頂から出たアルコール・水系蒸気が膜分離
槽の一次側に供給され、塔底から出た蒸留残が発
酵槽に戻される。

なお、この実施例の場合も、蒸留塔または蒸発
器の頂部に透過膜を内装して、これらの内部に膜
分離槽を組込んでもよい。

発明の効果 以上の次第で、この発明によれば、発酵槽から
抜き出したもろみを蒸発処理に付し、生じた蒸気
をパーベーパレーシヨン法による膜分離処理に付
すので、上記蒸発処理によつてもろみ中の菌体や
固形成分などを蒸留残として分離除去することが
できて、これらが後流側の膜分離工程に行くのを
完全に防止することができる上に、アルコール濃
度の高いフラツシユ蒸気を膜分離工程に供給する
ことができる。

こうしてこの発明のアルコール濃縮法によれ
ば、アルコールの連続生産プロセスにおいて、高
濃度アルコールの生産性を大幅に向上することが
できる上に、本明細書の冒頭で説明した熱エネル
ギーの多量消費や共沸点に起因する濃縮限界とい
つた従来法の問題点を完全に解消することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１，４，５，６，７および８図はこの発明の
実施例１、２、３および４を示すフロー・チヤー
ト、第２図はアルコール・水系の気液平衡関係を
示すグラフ、第３図はアルコール濃度と膜の分離
係数の関係を示すグラフ、第９図は従来例を示す
フロー・チヤートである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルコールの連続生産プロセスにおいて、発
   酵槽から抜き出したもろみを蒸発処理に付し、生
   じた蒸気を凝縮させた後パーベーパレーシヨン法
   による膜分離処理に付して高濃度アルコールを得
   ることを特徴とするアルコール濃縮法。 ２ 上記もろみが、発酵槽内のアルコール濃度を
   調節して菌体の死滅を防止するとともに発酵速度
   を速めるために、発酵槽内のもろみの一部を槽外
   に抜き出したものである特許請求の範囲第１項記
   載の方法。 ３ 蒸発手段としてフラツシユ蒸留を適用する特
   許請求の範囲第１または２項記載の方法。