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DE2903273A1 - Verfahren zur herstellung einer fluechtigen organischen verbindung, vorzugsweise aethanol, durch kontinuierliche fermentation - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer fluechtigen organischen verbindung, vorzugsweise aethanol, durch kontinuierliche fermentation

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DE2903273A1
DE2903273A1 DE19792903273 DE2903273A DE2903273A1 DE 2903273 A1 DE2903273 A1 DE 2903273A1 DE 19792903273 DE19792903273 DE 19792903273 DE 2903273 A DE2903273 A DE 2903273A DE 2903273 A1 DE2903273 A1 DE 2903273A1
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Germany
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yeast
fermentation
ethanol
organic compound
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DE19792903273
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Lars K J Ehnstroem
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Chematur Engineering AB
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Alfa Laval AB
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Publication date
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • C12P7/06—Ethanol, i.e. non-beverage
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

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Description

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Verfahren zur Herstellung einer flüchtigen organischen Verbindung, vorzugsweise Äthanol, durch kontinuierliche Fermentation
Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer flüchtigen organischen Verbindung, vorzugsweise Äthanol, durch kontinuierliche Fermentation eines Substrats, welches Kohlehydrat enthält, in einem Fermentor. Der Ausdruck "Fermentor" bedeutet in diesem Zusammenhang entweder einen einzigen Fermentor oder eine Anzahl von Fermentoren, die in Reihe geschaltet sind, oder möglicherweise einen rohrförmigen Reaktor zum Sperrfluß-Betrieb, d.h. für eine Reaktion mit einem stabilen Reaktionsgradienten. Was Äthanol von technischer Reinheit betrifft, so wird dieses hauptsächlich durch ausschließlich synthetische Verfahren aus Äthylen gewonnen, welches seinerseits aus Erdöl oder Erdgas gewonnen wird.
Infolge der begrenzten Vorräte an fossilen Rohmaterialien sind Untersuchungen gestartet worden, um die Möglichkeiten zu untersuchen, Brennstoffe und Chemikalien aus regenerierbaren Quellen zu beziehen, d.h. solchen von pflanzlicher Art.
Somit hat das alte Verfahren zur Herstellung von Äthanol aus
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Kohlehydraten in weitestem Sinne neue Aktualität gewonnen- Es ist in diesem Zusammenhang festzustellen, daß die schwedische organische Industrie, die nach dem Zweiten Weltkrieg aufgebaut worden ist, auf der Grundlage von Sulfitsprit arbeitete welcher dann zu Äthylen und weiter zu Äthylenoxid etc. umgewandelt wurde. Die sich verändernde Rohstoffsituation hat somit derartige Synthesewege wieder interessant gemacht- Falls bis zu 20 % wasserfreies Äthanol mit Benzin vermischt wird, wird die Oktanzahl verbessert und nur geringfügige Änderungen müssen bei Verbrennungskraftmaschinen vorgenommen werden, um diese mit einem derartig gemischten Brennstoff zu betreiben. In vielen Ländern, die große Mengen von billigem Zucker und stärkehaltigem Rohmaterial besitzen, findet eine heftige Entwicklung in dieser Richtung statt. Neuere Forschungsergebnisse machen es möglich zu glauben, daß die umwandlung von Cellulose zu fermentierbarem Zucker ökonomisch möglich sein wird.
Cellulose ist auf der ganzen Welt in scheinbar unbegrenzten Mengen erhältlich und es ist ein potentiell ideales Rohmaterial fur die Herstellung von Äthanol.
Zur Zeit beruhen die meisten bestehenden Anlagen zur Herstellung von Äthanol durch Fermentation auf einem einfachen intermitierenden Betrieb, wobei ein verhältnismäßig verdünntes Rohmaterial verwendet wird. Auf diese Weise werden enorme
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Mengen von Abwässern, d.h. Schlempe erhalten (englisch: slop), die, falls sie unbehandelt an den Empfänger weitergegeben werden, eine hohe biologische Belastung für den Empfänger bedeuten. Eine Produktion von Äthanol in großem Maßstab durch Fermentation ist nur möglich, falls das Abwasser auf eine ökonomisch vertretbare Weise ohne eine Beeinträchtigung der Umwelt beseitigt werden kann.
Die Nachteile von Methoden, die bisher bei der Herstellung von Äthanol durch Fermentation benutzt worden sind, beziehen sich in erster Linie auf das verdünnte Substrat, das eine niedrige Fermentationsgeschwindigkeit und große Probleme bezüglich der großen Mengen von verdünntem Abwasser ergeben. Bei der konventionellen Äthanolfermentation ist die Substratkonzentration derart, daß die Äthanolkonzentration in der Fermentationsflüssigkeit nach der Beendigung der Fermentation etwa 7 Gew.% betragen wird. Falls Melassen als Substrat verwendet werden, ist die ursprüngliche Konzentration derselben ungefähr 22° Brix, und die Melassen können vollständig zu Äthanol fermentiert werden. Höhere Konzentrationen von Melassen können nicht vollständig fermentiert werden, da das gebildete Äthanol die Fermentation behindern wird.
Um den Nachteil zu beseitigen, der sich durch das behindernde Äthanol ergibt, welches sich in dem Fermentor ansammelt, ist
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vorgeschlagen worden, den Fermentor unter einem verringerten Druck zu halten, um das gebildete Äthanol bei der herrschenden Temperatur zu verdampfen, die auf einem Niveau gehalten wird, die niedrig genug ist, um die Hefe nicht zu verschlechtern. Ein diesem Verfahren eigener wesentlicher Nachteil besteht darin, daß das gesamte Kohlendioxid, das während der Fermentation gebildet wird, durch die Vorrichtung entfernt werden muß, die zur Erzeugung des verringerten Druckes verwendet wird, was einen großen Energieverbrauch darstellt.
Es ist auch vorgeschlagen worden, daß das gebildete Äthanol während der Fermentation aus dem Substrat mit Hilfe eines Azeotrop-bildners entfernt werden soll. In diesem Fall wird das Äthanol zusammen mit Wasser und einem Lösungsmittel ein sogenanntes Azeotrop bilden, welches einen niedrigeren Siedepunkt hat als die entsprechende Äthanol-Wasser-Mischung. Das Äthanol wird dann in einem nachfolgenden Schritt von dem ; Azeotrop getrennt. Einem solchen Verfahren sind jedoch ; verschiedene Nachteile eigen. Unter anderem ist es sehr schwierig, ein Azeotrop-bildendes Lösungsmittel zu finden, das
die Aktivität der Hefe nicht auf eine ungünstige Weise beeinflußt.
Es ist die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzusehen,
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welches ein Substrat mit einer hohen Konzentration von zu fermentierenden Kohlehydraten zuläßt und welches eine konzentrierte Abwasserströmung zur Folge hat, die unschädlich gemacht oder auf eine effiziente wirtschaftliche Weise verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst.
Die Zentrifugalabscheidung wird am besten durch eine Zentrifuge durchgeführt. Indem das Hefekonzentrat zu den Fermentor zurückgeführt wird, wird die Hefe davor bewahrt, verschlechtert zu werden, wenn die flüchtige organische Verbindung abgetrennt wird. Die Rezirkulation der Hefe bedeutet auch, daß eine höhere Hefekonzentration aufrecht erhalten werden kann, was wiederum eine höhere Fermentationsgeschwindigkeit bedeutet.
Es ist vorteilhaft, die Strömung der Fermentationsflüssigkeit in j Strömungen aufzuteilen, d.h. über die bereits erwähnten hinaus in eine Schlammströmung, die Verunreinigungen enthält. Dies kann durch eine Zentrifuge erfolgen, die die einkommende Strömung aus Fermentationsflüssigkeit teilweise in eine kontinuierliche Hefekonzentratströmung und eine kontinuierliche hefefreie Strömung sowie teilweise in einen intermitierenden Schlammstrom aufteilt. Dies bedeutet, daß Schlamm im ümfangs-
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teil des Rotors der Zentrifuge angesammelt wird, von wo er intermitierend ausgetragen wird. Auf diese Weise werden Verunreinigungen daran gehindert, sich in dem System anzusammeln. In einer bevorzugten Ausführungsform einer solchen Zentrifuge wird die Hefekonzentratströmung mit Hilfe eines Schälrohrs und die hefefreie Strömung mit Hilfe einer Schälscheibe ausgetragen.
Bei den konventionellen Äthanolfermentationstechniken wird eine solche Substratkonzentration verwendet, daß die Äthanolkonzentration ungefähr 7 Gew,-% nach der Beendigung der Fermentation beträgt. Falls Melassen als Substrat verwendet werden, beträgt die ursprüngliche Konzentration der Melassen etwa 22° Brix. Ein derartiges Substrat kann vollständig fermentiert werden. Höhere Konzentrationen von Melassen können nicht vollständig fermentiert werden, da sie zu höheren Äthanolkonzentrationen .als 7 Gew.-% führen, die auf die Fermentatxonsreaktxonen inhibierend wirken.
Nach der vorliegenden Erfindung können Melassen mit einer Konzentration bis zu 50 bis 60° Brix fermentiert werden, falls das Äthanol durch kontinuierliche Entfernung aus dem Zirkulationskreislauf der Fermentationsflüssigkeit daran gehindert wird, auf Werte über etwa 5 Gew.-% anzusteigen.
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Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird eine Kohlenhydra tkonzentration von nicht mehr als 5 Gew.-% in der Fermentationsflüssigkeit aufrechterhalten.
Nach einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die hefefreie Substratströmung, die durch Zentrifugalabscheidung erhalten worden ist, durch ein thermisches Verfahren in eine mit organischen Bestandteilen wie etwa Äthanol angereicherte Strömung und in eine Restströmung aufgeteilt, von der mindestens ein Teil wieder in den Fermentor zu rückgeführt wird, während eine Teilströmung aus dem Kreislauf in Form von Schlempe ausgetragen wird. Erfindungsgemäß ist diese Schlempe sehr viel konzentrierter als diejenigen Schlempen, die bei Destillationsverfahren erhalten wurden, die bisher im Zusammenhang mit der Äthanolfermentation betrieben wurden. Der Ausdruck "thermisches Verfahren" bedeutet in erster Linie Destillation und Fraktionierung, aber andere thermische Verfahren wie Verdampfen etc. können auch verwendet werden. Ein der vorliegenden Erfindung eigener großer Vorteil besteht darin, daß die Destillationskurve für Äthanol bei den verwendeten hohen Substratkonzentratxonen wesentlich verbessert ist. Die Konzentration von Äthanol in dem Dampf, der im Gleichgewicht mit der Fermentationsflüssigkeit einer bestimmten Äthanolkonzentration steht, ist somit viel höher, vorausgesetzt, daß die Konzentration von Kohlehydrat in der Fermentationsflüssigkeit höher ist.
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Als Alternative für die thermischen Verfahren zur Abtrennung der flüchtigen organischen Verbindung von der umlaufenden Fermentationsflüssigkeit können extraktive Verfahren verwendet werden, d.h. Äthanol wird durch ein geeignetes umlaufendes Lösungsmittel extrahiert, das eine größere Affinität zu der in Rede stehenden Verbindung, aber eine geringere Affinität zum Wasser besitzt. Ein Beispiel für ein solches Lösungsmittel ist Octanol, falls die flüchtige organische Verbindung Äthanol ist. Letzteres wird aus der Octanol-Lösung durch Fraktionierung erhalten. Solch ein extraktives Verfahren besitzt eine gute Wärmeökonomie.
Vorzugsweise wird die thermische oder extraktive Abtennung der flüchtigen organischen Verbindung im wesentlichen bei atmosphärischem Druck durchgeführt. Tatsächlich besitzt die thermische Abtrennung bei Unterdruck den Vorteil, daß eine niedrigere Temperatur aufrechterhalten werden kann, aber die Betriebskosten für das Aufrechterhalten des Unterdruckes stellen einen Nachteil dar.
Das Verfahren nach der Erfindung kann in einer einzigen Fermentationsstufe betrieben werden, aber gewisse Vorteile können erhalten werden, wenn das Verfahren in einer oder mehreren Fermentationsstufen durchgeführt wird, die in Reihe geschaltet sind, da eine bessere Wärmebilanz erhalten werden kann.
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In einer geeigneten Ausführungsform nach der Erfindung wird die von der thermischen oder extraktiven Abtrennung kommende Restströmung bei einer Temperatur von 60 bis 100° C pasteurisiert, bevor sie zu dem Fermentor zurückgeführt wird.
Ein großer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß unabhängig von der Art der Gewinnung der flüchtigen organischen Verbindung eine Abwasserströmung mit einer hohen Konzentration einer Substanz erhalten wird, die in einer ökonomisch vernünftigen Weise beseitigt werden kann.
In Verbindung mit der Äthanolfermentation wird eine Schlempe erhalten, die vier- bis sechsmal konzentrierter ist als diejenige Schlempe, die im Zusammenhang mit der konventionellen Äthanoldestillation erhalten wird.
Somit wird erfindungsgemäß eine Schlempe mit einem positiven Verbrennungswärmewert erhalten, was zu einr guten Betriebsökonomie des Verfahrens beiträgt. Hinsichtlich der hohen Konzentration von organischen Substanzen ist zu bemerken, daß diese möglicherweise als Rohmaterial für die Herstellung von Produkten wie beispielsweise Furfurol verwendet werden können.
Das Verfahren nach der Erfindung soll im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden,
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in denen Figur 1 ein prinzipielles Flußdiayranim für das Verfahren nach der Erfindung zeigt,
Figur 2 ein Flußdiagramm für das Verfahren zeigt, das in einer Stufe mit einer Destillationsabtrennung der flüchtigen organischen Verbxndung durchgeführt wird,
Figur 3 ein entsprechendes Flußdiagramm für das Verfahren zeigt, welches in zwei Stufen durchgeführt wird, die in Reihe geschaltet sind, und
Figur 4 ein Flußdiagramm für das Verfahren zeigt, das in einer Stufe mit einer extraktiven Abtrennung der flüchtigen organischen Verbindung ausgeführt wird.
In der Figur 1 bezeichnet F einen Fermentor, C eine Zentrifuge, RU eine Einheit zur Entfernung einer flüchtigen organischen Verbindung"wie Äthanol und M einen Mischer. Diese Einheiten sind über Leitungen 1 , 2 ,3 und 4 zu einem Kreislauf verbunden. Außerdem ist die Zentrifuge C direkt mit einem Mischer M über eine Leitung 5 verbunden. Eine Einlaßleitung 6 zu dem Kreislauf ist an den Mischer M angeschlossen. Der Fermentor F ist mit einem Gasauslaß 7 versehen, die Zentrifuge C mit einem Schlammauslaß 8, die Einheit RU mit einem Auslaß 9 für eine mit der flüchtigen organischen Verbindung angereicherte Strömung,
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während die Leitung 3 mit einer Abzweigung 10 zum Austrag aus dem Kreislauf versehen ist. Die Zentrifuge C ist von einer Art, die eine einkommende Strömung in zwei kontinuierliche Flüssigkeitsströmungen und eine intermittierende Schlammströmung aufteilt. Der Fermentor F ist in der Figur als einziger Fermentortank gezeigt. In der Praxis kann es besser sein, mindestens zwei Fermentortanks zu verwenden, die in einer Fermentations-stufe in Reihe geschaltet sind, oder es kann sich um einen rohrförmigen Reaktor handeln, in dem ein Reaktionsgradient vorgesehen ist.
Eine Ausführungsform des Verfahrens ist in der Figur 2 gezeigt, in der die flüchtige organische Verbindung wie etwa Äthanol aus dem Kreislauf durch Destillation abgetrennt wird, entweder in der Form eines einfachen Abscheidevorganges oder durch fraktionierte Destillation. In dieser Figur sind für entsprechende Einheiten und Leitungen die gleichen Bezugszeichen verwendet worden wie in Figur 1. Die Einheit RU in Figur 1 ist durch eine Destillationseinheit D ersetzt worden. Die Leitung 2 zu der Destillationseinheit und die Leitung 3 von derselben stehen in wärmeaustauschender Beziehung vermittels eines Wärmetauschers HE I. Die Leitung 3 führt durch einen Kühler HE II hindurch, bevor sie an den Mischer M angeschlossen ist.
Bei der Produktion von Äthanol in einer Anlage von der in Figur 2 gezeigten Art wird ein konzentriertes geklärtes Substrat über
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die Einlaßleitung 6 in den Mischer M zum Fermentor F geleitet. Dadurch wird die zugeführte Strömung teilweise mit der Hefesuspension, die von der Zentrifuge kommt, und teilweise mit der hefefreien Strömung gemischt, die von der Destillationseinheit kommt, d.h. mit der Schlempe. In der Zentrifuge C wird Schlammverunreinigung intermittierend abgetrennt. Dieser Schlamm würde sonst in der Anlage angesammelt werden. Äthanol wird von der hefefreien Strömung in der Destillationseinheit D abgetrennt, wobei die notwendige Wärme entweder durch indirekte Beheizung oder durch Zufuhr von Frischdampf vorgesehen wird. In letzterem Fall wird die Verdünnung kompensiert durch eine Erhöhung der Konzentration des zugeführten Substrates. Der Vorteil von Frischdampf besteht darin, daß Ablagerungen auf den Wärmeübertragungsflachen vermieden werden. Äthanol wird durch den Auslaß 9 ausgetragen und die Schlempe übergibt nahezu die gesamte Wärme an die in die Destillationseinheit eintretende Strömung, was über den Wärmetauscher HE I erfolgt.
Ein kleiner Teil der Schlempeströmung wird aus dem Kreislauf über den Auslaß 10 ausgetragen und wird so konzentriert, daß sie in einer ökonomischen Weise beseitigt werden kann. Der Rest der Schlempeströmung wird durch einen Wärmetauscher HE II gekühlt und wird über einen Mischer M an den Fermentor F geleitet. Bei der Fermentation wird Gas gebildet, hauptsächlich Kohlendioxid, das durch den Auslaß 7 ausgetragen wird. Das Verfahren wird in einer solchen Weise durchgeführt, daß die
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Äthanolkonzentration in dem Fermentor auf einem niedrigen Niveau gehalten wird, d.h. bei ungefähr 4 Gew.-%, d.h. das Substrat wird somit zu nahezu 100 % bei den gewählten Verfahrensparametern fermentiert. Die Äthanolkonzentration in der Schlempe, die aus der Destillationseinheit ausgetragen wird, ist recht niedrig.
Um die Wirtschaftlichkeit des Betriebes zu verbessern, kann es vorteilhaft sein, eine Anzahl von Permentoren in Reihe zu schalten, wie dies in Figur 3 gezeigt ist, die schematisch eine Anlage mit zwei Fermentortanks F und F 2 aufweist. Die Anlage weist die doppelte Anzahl von Apparaturen gegenüber der Figur 2 auf. Wie in der oben beschriebenen Anlage wird Schlempe von der Destillationseinheit D über einen Wärmetauscher HE I und einen Kühler HE II geleitet und wird teilweise in eine zu dem Fermentor F geführte Strömung und teilweise in eine Strömung aufgeteilt, die dem Fermentortank F 2 über den Mischer M 2 zugeführt wird. Die von der Destillationseinheit D 2 kommende Äthanolströmung wird zum Beheizen der Destillationsheit D verwendet. In einer Anlage von dieser Art werden die Betriebsparameter in einer solchen Weise eingestellt, daß die von der Destillationseinheit D kommende Schlempe eine Äthanolkonzentration von etwa 4 Gew.-% besitzt, während die Äthanolkonzentration der durch den Auslaß 14 ausgetragenen Schlempe recht niedrig ist.
Als eine Alternative zu der Abscheidung der flüchtigen
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organischen Verbindung aus dem Kreislauf vermittels Destillation können extraktive Techniken verwendet werden. In der Figur 4 ist eine Anlage für ein solches Verfahren schematisch dargestellt. Die Anlage weist, abgesehen von den Einheiten, die aus Figur 2 und 3 bekannt sind, eine Extraktionseinheit E auf, beispielsweise in Gestalt einer Gegenstromextraktionskolonne, und eine Destillationseinheit FR, beispielsweise eine Fraktionierkolonne. Die Leitung 2 von der Zentrifuge ist mit der Extraktionseinheit E verbunden, der auch eine Lösungsmittelströmung über einen Einlaß 15 zugeführt wird. Diese Lösungsmittel strömung fließt durch die Extraktionseiheit E, absorbiert die flüchtige Verbindung wie etwa Äthanol und strömt durch eine Leitung 16 zu der Destillationseinheit FR, aus der die flüchtige organische Verbindung durch einen Auslaß 17 ausgetragen wird. Die Bodenströmung aus Lösungsmittel aus der Destillationseinheit FR strömt über die Leitung 18 zu dem Einlaß 15, dem Lösungsmittel auch über einen Einlaß 19 zugeführt, wird. Ein Teil der Strömung, der von der flüchtigen organischen Verbindung befreit worden ist, die aus der Extraktionseinheit E ausgetragen wird, wird aus der Anlage ausgetragen, während der Rest an den Fermentor F über einen Mischer M geleitet wird. Die Destillationseinheit wird in geeigneter Weise durch indirekte Beheizung 21 erwärmt.
Beispiel
Als Beispiel für die Durchführung eines Verfahrens nach der
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Erfindung wird eine kontinuierliche Fermentation von Melassen in einer Anlage von der Art beschrieben, wie sie in der Figur gezeigt ist.
Um das Verfahren einzuleiten, wurden 10 kg Bäckerhefe in Liter geklärte 20° Brix Melasse in einen Fermentationstank gegeben, der mit einem Rührwerk versehen war. Ein Kühler war in dem Kreislauf vorgesehen. Die Fermentationstemperatur wurde auf 32° C eingestellt und der fermentierbare Zucker wurde innerhalb von 3 Stunden zu 90 % in Äthanol umgewandelt. Während des letzteren Teils des Fermentationsprozesses mußte Äthanol kontinuierlich aus dem Substrat entfernt werden, um die Äthanolkonzentration von ungefähr 4 Gew.-% in demselben aufrechtzuerhalten. Daher wurde Fermentationsflüssigkeit veranlaßt, durch eine Zentrifuge C zu strömen, wobei eine Hefekonzentratströmung zu dem Fermentor zurückgeführt wird, während eine hefefreie Strömung zu einer einfachen Destillationseinheit D geführt wird, wo das Äthanol bei atmosphärischem Druck abgetrennt wurde. Als der Fermentationsprozeß der ursprünglichen Charge beendet war, wurden 7-13 kg/Stunde an geklärter 40°-Melasse kontinuierlich dem Fermentor zugeführt. In dem Fermentor wurde ein Flüssigkeitsvolumen von 100 Litern aufrechterhalten. Die Fermentation wurde eine Woche betrieben, während welcher Zeit eine Äthanolströmung mit einer Äthanolkonzentration von 25 bis 35 Gew.-% ausgetragen wurde, wogegen die Äthanolkonzentration in dem Fermentor auf ungefähr 4 Gew.-% gehalten wurde. Eine geringe Schlempeströmung mit 25 bis 30
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- 19 Gew.-% DS wurde aus dem Kreislauf ausgetragen.
Die Betriebsdaten wurden für beide Zuführgeschwindigkeiten in der folgenden Tabelle festgehalten.
Zuführge- E/F
schwindigkeit
40 QBrix-Melasse
kg/h		 0 Gleichgewicht:
fermentierbarer
Zucker in dem
Fermentor in
Gew.-%		 Äthanol
produktivität
(100 %)
kg/100 Liter/h
7,0 10, 5 1,0 1,0
1j,0 b, 2,5 1,7
F3/Fg bedeutet die Beziehung zwischen den Volumenströmungen in den Leitungen 3 und 6 in Figur 2. Es ist aus der Tabelle ersichtlich, daß die Äthanolproduktivität bei einer erhöhten Zuführgeschwindigkeit zunahm, jedoch auf Kosten der Nutzung des zugeführten Zuckers, da ein höherer Prozentsatz des letzteren im letztgenannten Fall nicht ausgenutzt blieb. Es liegt auf der Hand, daß die Optimierung der Zuführgeschwindigkeit bestimmt wird durch die Beziehung zwischen den Rohmaterial-kosten und Investitionen bzw. Betriebskosten.
Es sollte angemerkt werden, daß das Rohmaterial bei dem oben beschriebenen Fermentationsprozeß nicht sterilisiert wurde. Trotz dieser Tatsache erfolgte keine Anhäufung von Bakterien in dem System, vermutlich weil die Strömung in der Destillationseinheit sterilisiert wurde.
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Claims (10)

IBERLlN 33 8 MÜNCHEN Auguste-Vlktoria-StraBe85 -. DllcrUI/C ί DADTMCD PienzenaueretraBa2 Pat.-Anw. Dr. Ing. Ruschk. Uf. KUbOHKb & KAK I IMbK Pat.-Anw. Dipl-Ing. SÄf^ST""' PATENTANWÄLTE Han° Ε· *"**>„ 03 Telefon:030/ gjg|«£ BERLIN -MÜNCHEN TelB<On' M Telegramm-Adressa: Quadratur Berlin München, den 29. Jan. 1979 Γ2 rl» TBiBv ι oo ιοβ Quadratur München TELEX: 183786 TELEX: 522767 Firma ALFA-LAVAL AB, Postfack S 147 00 Tumba, Schweden Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer flüchtigen organischen Verbindung, vorzugsweise Äthanol, durch kontinuierliche Fermentation eines Kohlehydrat enthaltenden Substrats in einem Fermentor, dadurch gekennzeichnet, dab eine Strömung einer Fermentationsflüssigkeit durch Zentrifugieren in mindestens eine Hefekonzentratströmung und eine hefefreie Strömung aufgetrennt wird, wobei die Hefekonzentratströmung zu dem Fermentor zurückgeführt und die hefefreie Strömung in eine mit der flüchtigen organischen Verbindung angereicherte Strömung, die ausgetragen wird, und eine Restströmung aufgeteilt wird, von der wenigstens ein Teil zu dem Fermentor zurückgeführt wird,
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ORiGiNAl INSPECTED
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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung aus Fermentationsflüssigkeit durch Zentrifugieren aufgeteilt wird in mindestens eine Hefekonzentratströmung und eine hefefreie Strömung.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung aus Fermentationsflüssigkeit außer in die erwähnten Strömungen in eine Strömung aus schlickartigen Verunreinigungen aufgeteilt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,bei dem die flüchtige organische Verbindung Äthanol ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Äthanols in der Fermentationsflüssigkeit auf einem Wert von nicht mehr als 5 Gew.-% gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hefefreie Strömung durch ein Verfahren unter Wärmeanwendung in eine mit der flüchtigen organischen Verbindung angereicherte Strömung und eine Restströmung aufgeteilt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hefefreie Strömung durch ein extraktives Verfahren aufgetrennt wird in eine mit einer flüchtigen
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organischen Verbindung angereicherte Strömung und eine Restströmung.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Auftrennung bei im wesentlichen atmosphärischem Druck durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fermentation in einer Stufe durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fermentation in zwei oder einer Anzahl von Stufen durchgeführt wird, die in Reihe geschaltet sind.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Restströmung vor der Rückführung zu dem Fermentor bei einer Temperatur von 60° C bis 100° C pasteurisiert wird.
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DE19792903273 1978-01-31 1979-01-29 Verfahren zur herstellung einer fluechtigen organischen verbindung, vorzugsweise aethanol, durch kontinuierliche fermentation Granted DE2903273A1 (de)

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DE2903273C2 DE2903273C2 (de) 1993-03-25

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NZ (1) NZ189485A (de)
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