201971. lajstromszámú szabadalom • Eljárás etanol előállítására melasz fermentálásával
HU 201971 A tovább csökkenti az a tény, hogy a nem-fermentálható anyagok és így az ozmotikus hatású oldott anyagok koncentrációja a fermentorban sokkal magasabb, mint bármely más ismert eljárásnál, és így a baktériumok a fermentorban sokkal előnytelenebb környezetben fejlődnek. A desztilláló üzemben, amely a fermentorral körfolyamatban üzemelő első desztillációs lépés és a cefre teljes feltárásához szükséges második desztilláló lépés mellett általában az etanoltartalmú gőzök megfelelő koncentrációra és minőségre történő beállításához egy következő desztillálóberendezést is tartalmaz, általában folyamatos üzemelést alkalmazunk, az első desztilláló lépésben állandó etanol beadagolással. Ennek megfelelően, a találmány szerinti eljárást előnyösen úgy valósítjuk meg, hogy a fermentációt két, váltakozó üzemű fermenorban hajtjuk végre, amelyeket olyan ütemben indítunk és ürítünk, hogy az egyik fermentor lekapcsolása esetén a másik fermentort kapcsoljuk az első desztilláló lépéshez. A fermentáló ciklus befejeződése után leválasztott fermentor olyan mennyiségű fermentációs folyadékot tartalmaz, amely megfelel a második desztilláló lépésbe 25 óra alatt bevezetett intermedier cefre (vagyis első desztilláló lépés fenékterméke) áramának. A leválasztott fermentor előnyösen üríthető úgy, hogy a fermentációs folyadékot hosszú idő, például 80 óra alatt a második desztilláló lépésbe vezetjük, miáltal a második desztillációs lépésbe beadagolt áram mintegy 30%-kal növekszik. Mivel az élesztő etanoltermelő képessége az első szakaszban, amikor a fermentor az első desztilláló lépéshez kapcsolódik, csökken, és a desztilláló üzembe állandó etanol beadagolás szükséges, a fermentort úgy kell méretezni, hogy a kívánt etanol termelést az üzemelő szakasz végén is biztosítsa, amikor az élesztő etanoltermelő képessége a legalacsonyabb. Ez azt jelenti, hogy a maximális termelőkapacitás nincs kihasználva az üzemelő szakasz első részében, amikor az etanol termelését a fermentálható cukor beadagolása korlátozza. Ha a fermentálható anyagok beadagolását a maximális fermentáló kapacitáshoz képest aláméretezzük, bizonyos mértékben tovább csökkenthetjük a fermentálható anyagok állandó alacsony koncentrációját a fermentorban és így a cefrével elvesztett fermentálható anyag mennyiség csökkenésével növelhetjük a kitermelést. Az élesztő és a fermentor maximális etanoltermelő képességének kihasználásához azonban a találmány szerinti eljárás megvalósítható úgy is, hogy a fermentor üzemelő szakaszában csökkenő etanoltermelést érjünk el. A találmány szerinti eljárás egyik nagyon érdekes előnye azonban, hogy az első desztilláló lépésben korlátlan ideig puffer tartály nélkül állandó etanoláram érhető el akkor is, ha csak két váltakozó üzemű fermentort alkalmazunk, miközben a hosszú időn keresztül csak egy fermentorral üzemelő visszavezetéses eljárásokkal összehasonlítva a második desztillálólépésben azonos energiafelhasználás mellett jóval koncentráltabb cefrét kapunk. A találmányt közelebbről a mellékelt rajz alapján világítjuk meg, amely a találmány szerinti eljárás egyik előnyös megvalósítási módjának folyamatáb3 rája. Az 1 ábrán a folyamatos vonal a PD első desztilláló kolonnához kapcsolódó FI fermentor folyamatos visszavezetését jelöli. A rajzon nem ábrázolt szubsztrátum előkészítő lépésből a melasz szubsztrátumot az 1 vezetéken, a 2 szelepen és a 3 vezetéken keresztül az FT fermentorba vezetjük. Az FI fermentor tetejéről a 4 vezetéken keresztül széndioxidot vezetünk el, míg az FI fermentor aljáról a fermentációs folyadékot az 5 vezetéken, a 6 szelepen és a 7 vezetéken keresztül a C centrifugába vezetjük, ahol a fermentációs folyadékot 8 élesztődús áramra, amelyet a 9 szelepen és a 10 vezetéken keresztül az FI fermentorba visszavezetünk, valamint 11 lényegében élesztőmentes áramra választunk, amelyet a PD első desztilláló kolonnára vezetjük. A PD első desztilláló kolonna fejrészéből etanolban dús gőzáramot vezetünk el a 12 vezetéken keresztül, míg a fenékrészből a 13 vezetéken keresztül folyadékáramot vezetünk el. Ezt részáramokra osztjuk és a 14 első részáramot a 15 szelepen és a 16 vezetéken át visszavezetjük az FT fermentorba és a 17 második részáramot az SD második desztillálókolonnába vezetjük. A17 második részáram maradék etanoltartalmát az SD második desztilláló kolonnába a 18 közvetlen fűtés segítségével kihajtjuk és a 19 gőzáramot közvetlenül a PD első desztilláló kolonnába visszavezetjük. Az SD második desztilláló kolonna fenéktermékeként koncentrált 20 cefre áramot vezetünk el. A szaggatott vonal a PD első desztilláló kolonna és az FI fermentorral felváltva üzemelő FII második fermentor kapcsolatát mutatja váltószelepeken keresztül, ami lehetővé teszi, hogy az FI fermentort egyidejűleg kiiktassuk a rendszerből. Ezért egy a betűvel kiegészítve ugyanazokat a hivatkozási számokat alkalmazzuk, mint a fent ismertetett FT fermentor megfelelő vezetékeinél. További szaggatott vonalak jelölik, hogyan lehet kiüríteni a kiiktatott fermentort, amikoris a fermentációs folyadékot az SD második desztilláló kolonnába vezetjük. Az FII második fermentor a folyamatos körvezetékhez a 6,6a, 9, 2 és 15 szelepeken keresztül kapcsolódik, amelyek egyidejűleg kiiktatják az FI fermentort, amelyből a fermentációs folyadék a 21 és 22 vezetéken keresztül az SD második desztilláló kolonnába vezethető. 1. példa A példában folyamatos fermentációt mutatunk be 250 órán keresztül állandó körülmények között 10 m3 folyadéktérfogatú fermentorba 0,7 m3 Schizosaccharomyces Pombe előtenyésztett élesztőkultúrát töltünk, majd 20 óra alatt 11,6 tömeg% fermentálható cukrot tartalmazó nádcukor melaszt töltünk bele. Az élesztő növekedésének elősegítésére kis mennyiség ammóniát és foszforsavat adunk a fermentorba, valamint a folyadékon keresztül folyamatosan levegőt buborékoltatunk át. A fermentáció hőmérsékletét termosztáttal 32 °C értéken, a pH-t 4,8 értéken tartjuk. A fermentort 7 m3 folyadéktérfogatig töltjük fel. A feltöltött fermentort a PD első desztilláló kolonnához kapcsoljuk. Óránként 650 kg nádcukor melaszt adagolunk, amelyben a fermentálható cukor (F) koncentrációja 19,4 tö4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 3
