JPS6211088A

JPS6211088A - アルコ−ル濃縮法

Info

Publication number: JPS6211088A
Application number: JP60150918A
Authority: JP
Inventors: Hideo Suematsu; 末松　日出雄; Kazuo Harada; 和夫原田; Kenji Kida; 建次木田
Original assignee: Hitachi Zosen Corp; Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
Current assignee: Kanadevia Corp
Priority date: 1985-07-08
Filing date: 1985-07-08
Publication date: 1987-01-20
Also published as: JPH051710B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ｌｉ１において、パーベーパレーション（ｐｅｒ
ＶａｐａｒａｔｉＯｎ）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、−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Ｗｇ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＾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った。

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った問
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３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
気を凝縮した後バーベーパレージ・コン法による膜分離
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扱き出したも
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
フラッシュ蒸留を適用する。

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ッシュ槽（３〉内にフ
ラッシュされる。このフラッシュ蒸留により、アルコー
ルと水を主成分とするフラッシュ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。

フラッシュ蒸気は、同種（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机た後、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。同種（５）の内部は透過膜（６）によって
−次側と二次側に２区分せられており、二次側は頁中ポ
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
フラッシュ蒸気の凝縮液が同種（５）の−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。パーベーパレーション法による膜分
離の結果、二次側からＢ度アルコール蒸気が得られる。

一次側に残った低濃度アルコールは膜分離槽（５）を出
た後、フラッシュ槽（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
に扱き出される。

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、透過速度などを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、−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ッシュ蒸留に付される
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ッシュ蒸留前の予熱を省き、フラ
ッシュ槽内をより減圧状態にして低温でフラッシュ蒸留
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、フラッシュ蒸発によって得られる気
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、フラッシュ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の上記フラッシュ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１１１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、Ｙ　Ｂ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ョ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）で凝縮された復、後流側の槽（２１）の
−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ＷＩ（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。

そしてフラッシュ槽から来たフラッシュ蒸気は凝縮器（
３４）に導入されてここで凝縮され、透過膜（３１）上
に溜った凝縮液がパーベーパレーション法による膜分離
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、装貿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（４２）内に
垂直に近い状態で傾斜せられ、−次側の槽内頂部に液分
配器（４３）が配されて、そのスリット（４４）が透過
膜（４１）の−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、フラッシュ槽から来
たフラッシュ蒸気は凝縮器（４６）で凝縮され、液分配
器（４３）に溜った凝縮液はここから透過膜（４１）の
−次側上面を薄い流下液膜を形成して流下し、流下中に
パーベーパレーショ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、−次
側の底部に流下液が溜まる。

この実施例は、−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図はフラッシュ槽を膜力１１ｔｌｌｔ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
−次側にフラッシュ槽（５２）が配設され、同種（５２
）のデミスタ（５３）を通過したフラッシュ蒸気が凝縮
器（５４）で凝縮され、凝縮液が傾斜状の透過膜（５５
）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。

実施例にの実施例はフラッシュ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゛Ｃ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、発酵槽から扱き出し
だもろみを蒸発処理に付し、生じた蒸気をパーベーパレ
ーション法による膜分離処理に付すので、上記蒸発処理
によっ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ッシュ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
する濃縮限界といっ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はこの発明の実施例１．
２．３および４を示すフロー・チャート、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・チャートである。以　　上？Ｓ炒１７１１／１−ＩＬ社（Ｗｔ、’／、）纏０り因気和フルコール鷹度　　（Ｗｔ・０ん）ミじ区第５図涜喪ロ］ロロ酊手続補正書昭和６０年１１月ｒ日１、事件の表示　　　昭和６０年特許願第１５０９１８
号２、発明の名称　　　アルコール濃縮法３、補正をす
る者事件との関係　　　　特許出願人住　　所　　大阪市西区江戸堀１丁目６番１４号氏名８
名称　　　（５１１）日立の船株式会社４、代　理　人外　　４　　名５、補正命令の日付　　　昭和６０年１０月２９　　日
６、補正により増加する発明の数７、補正の対象　明細書の図面の簡単な説明の欄。８、補正の内容明細書１２頁１４行「８は」を「８図は」に訂正する。

Claims

【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ッシュ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。