JPS6232870A - アルコ−ル生産装置 - Google Patents

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） 本発明は、アルコール生産菌を用いた連続的にアルコー
ルを生産するアルコール生産装置に関する。

（従来の技術） 従来のアルコール生産システムは、原料である糖質、例
えば廃糖蜜を水で稀釈して基質とし、あらかじめアルコ
ール生産菌を予備培養した酒母の入った発酵槽に基質お
よび菌の成育に必要な栄斐素を供給し、回分式で水素イ
オン濃度、温度等を最適培養条件に制御しながら長時間
発酵・熟成し、基質中の糖をアルコールと炭酸ガスに変
成している。発酵・熟成を終えた発酵液は、もろみ塔外
、数基■蒸溜塔より構成される蒸溜工程で発酵液に含ま
れる稀薄なアルコールを分離・濃縮してアルコール製品
としている。

また、エタノールのように水と共沸化合物を作るものは
、さらに、ベンゼン等を用いて共沸蒸溜塔で脱水して無
水アルコールとしている。

この場合、発酵槽では、時間とともにアルコール濃度が
高くなシ、アルコール生産菌ハ、例えばエタノール生産
では約８■ｏ１％、ブタノ−ル生産では２〜６■０１％
でアルコール濃度阻害を受け、菌の活性が低下するので
、低いアルコール濃度からアルコールを分離・濃縮する
ことになり、多くのエネルギーが消費されている。

この外、色々の発酵方式が研究・開発されているが、い
ずれの方式でも、アルコール生産菌はアルコール濃度が
成る程度になると、阻害を受け、発酵速度の低下は免れ
ない。したがって、発酵槽から流出する発酵液のアルコ
ール濃度は低く、従来の蒸溜方式でアルコールを分離・
濃縮する限り、設備は複雑で、消費されるエネルギーは
多い。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、上記従来のアルコール生産装置の欠点
を解消し、生産性の向上並びに省エネルギー化を実現し
たアルコール生産装置を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、アルコール生産菌を用い連続的にアルコール
を生産する装置において、原料を供給してアルコールを
発酵する発酵槽と、該発酵槽からのアルコール含有液を
導入してアルコール分を気化分離する減圧フラッシュ槽
と、該減圧フラッシュ槽からのアルコール含有蒸気を凝
縮する凝縮器と、該凝縮器からの凝縮液を導入して機能
性分離膜を介して浸透気化することによジアルコールを
濃縮回収する浸透気化器とからなり、前記減圧フラッシ
ュ槽底部からの未蒸発液を前記発酵槽に循環する導管を
設けることにより発酵槽内のアルコール濃度を低く調節
可能としたことを特徴とするアルコール生産装置に関す
る。

（作用〕 本発明は、原料糖質を調整した基質がアルコール生産菌
を充填した発酵槽と減圧フラッシュ槽の間を配管で結び
、循環する。発酵槽で生成シタアルコールは、減圧フラ
ッシュ槽で連続的に気化分離し、発酵液に含まれるアル
コール濃度を、菌が示すアルコール阻害濃度以下に制御
しながら循環発酵する工程と、減圧７ランシユ槽で気化
分離したアルコールを合成高分子又はセラミック系の高
機能性膜を備なえた浸透気化器に送り、アルコールを所
定濃度に濃縮するアルコール分離・濃縮工程を組合せ、
同時に廃液を脱塩調整し、発酵槽又は基質調整槽に循環
するクローズドサイクル方式を取シ入れ、無廃液とした
合理的アルコール生産装置である。なお、本発明のアル
コール生産装置は、エタノール生産、ブタノール生産等
アルコール生産に共通する生産装置である。

さらに詳しくは、発酵槽の発酵液中のアルコール濃度を
、フルコール化ｉ　菌カアルコール阻害の影響の少ない
濃度範囲に制御するため、発酵液を連続的に減圧弁を通
して、減圧された減圧フラッシュ槽に循環し、発酵液が
発酵過程で貯えた発酵熱、又は必要に応じて多少加温し
た熱を用いて発酵液中のアルコール分を気化・分離する
ことで、発酵液中のアルコール濃度を低くし、菌の活性
を高く維持出来る。なお、減圧フラッシュ槽で気化しな
かった発酵液には未発酵の糖質の外に、原料廃糖蜜に含
まれる塩類、栄養素から来る塩類および夾雑物を含むの
で、これを除去調整する必要が有る。

この場合、発酵槽に循環される発酵液の一部をｐ過器お
よび陽イオンおよび陰イオン交換膜を内蔵する電気透析
脱塩器に導入し、調整後、発酵槽に循環又は基質の調整
用の液として再利用する。したがって、廃液量は微量と
なる。また、発酵槽は単段、直列多段のいずれかでも良
く、その形式はアルコール生産菌を浮遊した方式、また
、いわゆる固定化菌体方式のいずれでも良いが、望まし
くは、槽内の液流れが押出し流れを形成する構造がよシ
良い。また、発酵槽を直列多段に使用の場合、減圧フラ
ッシュ槽よシ循環される発酵液は、第２膜種以後に返え
すことが望ましい。

減圧フラッシュ槽で気化・分離したアルコールは、発酵
液の夾雑物を含まず、清浄であシ、アルコール濃度は減
圧フラッシュ槽の操作圧力、供給液温度によシ、ラウル
の法則に従い理論的に容易に想定される。例えば、エタ
ノール生産の場合、アルコール生産菌がアルコール濃度
阻害の影響の少ない１．５〜３モル分率の濃度範囲に制
御した発酵液を、液温３０〜５０℃、操作圧力３０〜１
５０トールで減圧フラッシュ槽で処理すると、アルコー
ル濃度が約１５〜２５モル分率で回収出来る。これは、
従来のエタノール生産装置の「もろみ塔」の留分に相当
するが、わずかに低い濃度でちる。

減圧フラッシュ槽で回収されたアルコール含有蒸気は凝
縮器で凝縮した後浸透気化器で所定の濃度のアルコール
に分離濃縮される。

浸透気化器は清浄なアルコールを取扱うため、膜の目詰
り等の恐れもなく、膜の寿命も長く、操業の安定性も確
保される。また、浸透気化器の構造は高機能性膜で上流
側と下流側に仕切られ、下流側は減圧ポンプにより、上
流側よシ圧力が低くたも之れでいるか、または下流側を
上流側より温度を高くした不活性ガスを流すようになっ
ている。なお、使用される高機能性膜は、アルコールを
選択的に通す疎水性膜、例えばシリコンゴム系膜、疎水
性処理を施したアルミナ系膜等、または、水を選択的に
通す親水性膜、例えば、種々の逆浸透膜とポリビニール
アルコール、ポリ四ふつ化エチレン等のグラフト合成膜
、親水性処理を施したアルミナ系膜など、いわゆる浸透
気化膜である。

減圧フラッシュ槽で気化分離したアルコール含有蒸気は
凝縮器で凝縮した後、ポンプによシ、浸透気化器の上流
側に圧入され疎水性膜の場合、膜の上流側より下流側に
アルコールが選択的に通シ、濃縮された蒸気として気化
され、冷却器で凝縮・冷却されて所定アルコール濃度と
して回収され、上流側に水が残る。したがって、従来の
蒸溜方式に比較して分離・濃縮設備がコンパクト化され
、消費エネルギーも節減される。

また、親水性膜を使用した場合は、前述とは逆に、下流
側に水が分離され、上流側のアルコールが濃縮される。

また、分離された水は、調整槽で基質ｌ！１１！Ｉ用の
液として再利用され、系外に廃水することはない。

減圧フラッシュ槽で気化したアルコールを浸透気化器で
濃縮するには、使用する膜の分離係数、上流側と下流側
の圧力差、または温度差によシ濃縮濃度に差が出来る。

所定濃度にするため、疎水性又は親水性の膜を内蔵する
浸透気化器を単段、多段、または組合せ多段に使用する
場合、時によっては、予備脱水用に逆浸透膜による処理
を行なう場合も有るが、本発明の目的の分離・濃縮技術
としては共通のものである。

本発明にもとすき、固定化菌体連続発酵槽と減圧フラッ
シュ槽および親水性機能膜で構成する浸透気化器をシス
テム的に胆合せ、かつ、廃液処理を行なった無廃液アル
コール生産システムの一例を、第１図によシ説明する。

不溶性担体にアルコール生産菌を固定した固定化菌体１
ｔ−充填した連続発酵槽２に、原料糖質および栄養素等
を調整槽３であらかじめ調整した基質を供給する。供給
された基質は、アルコール生産菌と接触し、糖質ｔアル
コールと炭酸ガスに変成しながら連続発酵槽２内を上昇
し、炭酸ガスは槽の上よシ放出される。一方、発酵液は
、配管４、必要によシ加熱器５および減圧弁６を通シ、
減圧ポンプ１１で減圧された減圧フラッシュ槽７に放出
される。

放出された発酵液の一部は、液温および操作圧力に相当
する平衡濃度のアルコール−水の蒸気として気化分離さ
れ、凝縮器９で凝縮・冷却され、粗密アルコールとして
タンク１０に受入れられ、ポンプ１２でさらにｍ縮のた
めの浸透気化器１７に圧送される。一方、減圧フラッシ
ュ槽テアルコール分を気化し、アルコールｍｆｆが低下
し、未発酵の糖質を含む発酵液は、減圧フラッシュ槽の
下部より配管１３を通り、再び連続発酵槽２に循環され
る。

ここで、調整槽３で、減圧フラッシュ槽７で気化分離し
たアルコール相当分の糖質を減少した容積に等しい水で
調整し、新らたに供給する基質と混合し、継続的に発酵
が繰り返えされるが、基質中のアルコール濃度は、菌ノ
アルコール阻害濃度よシ低く、菌の活性が高く、したが
って、アルコール生産速度も早く、連続発酵槽２の容積
当シの生産性は非常に良い。

なお、減圧フラッシュ槽７の下部から連続発酵槽２に循
環される発酵液は、原料廃糖蜜に含まれる塩類、栄養素
から来る塩類および夾雑物等の除去調整が必要な場合が
有る。

この時は、配管１３より一部の発酵液を濾過器１４およ
び陽イオンおよび陰イオン交換膜１５を内蔵した電気透
析脱塩器１６に送シ、塩類等を除去調整した上で、連続
発酵槽２に循環するか、又は調整槽３の基質調整用の液
として使用する。したがって、系外に排出する廃液量は
微量となる。

減圧フラッシュ槽７で気化分離したアルコール−水の混
合蒸気は、配管８を通シ、凝縮器９で凝縮・冷却され、
粗密アルコールとしてタンク１０に受入れられ、さらに
ポンプ１２で浸透気化器１７の機能性膜の上流側に圧入
される。

浸透気化器１７の浸透気化膜は、親水性高機能膜１８で
、上流側と下流側に仕切られており、下流側は減圧ポン
プ２１で減圧されて、上流側より圧力が低くなっている
。浸透気化膜の上流側に供給された粗密アルコールは、
機能性膜の上流側表面よシ水が選択的に下流側に浸透し
、下流側表面で気化蒸発し、上流側のアルコールは、濃
縮してアルコールタンク１９に受入れられる。一方、下
流側に浸透気化した水は、凝縮器２０で凝縮・冷却して
、基質調整槽３に送られ、基質の調整用の液として再利
用される。したがって、系外に排出する廃液はない。

第１図では、親水性機能膜より構成する浸透気化器を単
段で用いた例を示しているが、膜の分離係数によっては
、所定濃度のアルコールに濃縮出来ない場合も有る。こ
のような場合には、浸透気化器１７を直列多段に使用し
てもよい。

また、第１図の浸透気化器の親水性機能膜を疎水性機能
膜に代えた例については、第２図に基づいて説明を加え
る。減圧フラッシュ槽７からのアルコール含有蒸気をａ
ｍ器？で凝縮した液をタンク１０に受入れる段階までは
第１図と同じである。その後、凝縮液をポンプ１２によ
シ疎水性機能膜１８を有する浸透気化器１７に圧送し、
該膜を浸透させて濃縮アルコール蒸気を回収し、凝縮器
２０で凝縮して製品アルコールをタンク１９に受入れる
。

（実施例） 基型発酵槽に固定化酵母を充填し、下部よシ基質を供給
し、上部よシ発醇液を減圧フラツクス槽に移送するとと
もに、減圧フラッシュ槽の底部よシ未蒸発の液を前記発
酵槽に循環する連続発酵を行なった。

基質の糖濃度を２０％とし、滞留時間を約６時間として
発酵を行なうと発酵液のアルコール濃度は約２．５モル
分率とほぼ均一な濃度を示した。この発酵液を約５０℃
に加熱して減圧フラツクス槽に放出した。減圧フラッシ
ュ槽は減圧ポンプで約７０〜１００トールに減圧してお
シ、約２０モル分率のアルコール蒸気を得た。この蒸気
を凝縮器で凝縮した後ポンプで膜分離器に温度２０〜５
０℃、圧力１〜５　ｋｌｉｌ／ｃｍ”で供給した。この
時の分離膜はシリコンゴム系の親水性膜を使用した。凝
縮液中の水Ｆｉ膜分離器の膜を透過分離され、上流側出
口より９０モル分率以上のアルコールを回収することが
できた。

（発明の効果） （１）　　発酵槽と減圧フラッシュ槽の間を発酵液が循
環し、減圧フラッシュ槽で循環発酵液中のアルコール分
を気化器温し、アルコール濃度を下げ、菌の活性を維持
して発酵速度を早め、発酵槽の容積当りの生産性を高め
ることができた。

（２）　　減圧フラッシュ槽で気化したアルコール蒸気
を凝縮し、選択的機能膜を内蔵する浸透気化器でアルコ
ールを濃縮する方式をシステム的に結び、蒸溜工程を削
除して、設備の簡易化と省エネルギー化を可能にする。

（３）　　廃液を系１４で処理し、廃液量を減少するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるアルコール生産装置の一例？示
すフロー図であり、浸透気化器に親水性機能膜？用いた
例である。第２図は浸透気化器（で疎水性機能膜を用い
た例で、浸透気化器の周辺のフローを示した図である。 後代理人　　内　１）　　明 懐代理人　　萩　原　晃　− 復代理人　　安　西　篤　夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アルコール生産菌を用い連続的にアルコールを生産する
   装置において、原料を供給してアルコールを発酵する発
   酵槽と、該発酵槽からのアルコール含有液を導入してア
   ルコール分を気化分離する減圧フラッシュ槽と、該減圧
   フラッシュ槽からのアルコール含有蒸気を凝縮する凝縮
   器と、該凝縮器からの凝縮液を導入して機能性分離膜を
   介して浸透気化することによりアルコールを濃縮回収す
   る浸透気化器とからなり、前記減圧フラッシュ槽底部か
   らの未蒸発液を前記発酵槽に循環する導管を設けること
   により発酵槽内のアルコール濃度を低く調節可能とした
   ことを特徴とするアルコール生産装置。