Brevet FR2461005A1 — publié le 19810130

PROCEDE DE PRODUCTION D'ETHANOL PAR FERMENTATION CONTINUE L'invention concerne un procédé de production d'é- thanol par fermentation d'un substrat, contenant des hydrates de carbone dans un ou dans plusieurs fermenteurs, un flux contenant de la levure étant séparé en un flux concentré en levure et dans un flux ne contenant pas de levure. De telles méthodes sont connues d'après les brevets suédois n0 7 801 133 et 7 901 738 qui décrivent des procédés dans lesquels le flux total de liqueur de fermentation est conduit dans un séparateur centrifuge afin que soit effectuée la séparation, le flux concentré en levure étant remis en cir- culation dans le fermenteur. Le séparateur centrifuge utilisé doit avoir une capacité pour séparer la totalité du flux de liqueur de fermentation, à partir de laquelle on obtient de façon continue l'éthanol, ce qui peut être un inconvénient. Un procédé dans lequel on n'a pas besoin de séparateur centri- fuge, mais dans lequel la levure est toujours protégée lors- qu'on récupère l'éthanol à partir de la liqueur de fermenta- tion, fermentant de façon continue, est décrite dans la deman- de de brevet suédois na 7 801 134. Dans ce procédé, la fermen- tation est effectuée à pression normale, mais l'éthanol est obtenu par distillation à partir d'un flux de liqueur de fer- mentation contenant la levure, sous vide. Même si ce procédé peut être approprié dans beaucoup de cas, il présente certains inconvénients. L'appareil est compliqué. Considérant la levure présente, la mesure dans laquelle un flux enrichi en éthanol peut être évaporé, est limitée. L'objet de l'invention est de fournir un procédé du type ci-dessus indiqué dans le préambule, dans lequel la capa- cité de l'unité de séparation utilisée doit être relativement basse, et. dans lequel la levure est mise en circulation sans être endommagée, et dans lequel il y a une grande liberté quant au choix des données opératoires appropriées pour obtenir l'éthanol par distillation. Selon l'invention, un tel procédé est caractérisé en ce que la liqueur de fermentation est conduite directement à une unité simple d'élaboration, correspondant à une ou juste à quelques étapes de distillation, dans lequel on maintient le vide, et dans lequel la susdite liqueur est sé- parée, en partie, en un premier flux de vapeur, enrichi en éthanol qui est conduit à une unité pour la production de la qualité d'éthanol désirée, et en partie en un premier flux li- quide de fond contenant la levure, à partir duquel une partie est remise en circulation dans le fermenteur, tandis que la partie résiduelle est séparée en au moins un flux concentré en levure, qui est remis en circulation dans le fermenteur, et en un flux ne contenant pas de levure, qui est conduit jus- qu'à une unité d'extraction dans laquelle il est séparé en partie dans un second flux de vapeur, enrichi en éthanol, et en partie dans un second flux liquide de fond ne contenant pas d'éthanol. Dans un mode de réalisation préféré du procédé con- forme à l'invention, le second flux de vapeur, enrichi en étha- nol, est conduit directement à l'unité simple d'évaporation, ou à une source de chaleur indirecte Selon le procédé, la le- vure n'est pas exposée à une température excessive, mais la température dans l'unité d'extraction peut être supérieure à ce qui pourrait être toléré par la levure. Selon l'invention, on peut se dispenser des surfaces de chauffage de l'unité d'é- vaporation. Aucune capacité élevée de séparation n'est néces- saire, et les conditions opératoires pour l'obtention d'étha- nol peuvent être choisies au mieux. Si le substrat a été fabriqué par clivage enzymati- que de cellulose ou d'amidon en tant que matière première, c'est un avantage que l'unité simple d'évaporation opère à basse pression et ainsi à basse température, de sorte que les enzymes ne sont pas détruits mais peuvent être récupérés. La tendance de formation de dépôt est également moindre dans une unité simple d'évaporation si on opère à basse température. Il est approprié de séparer le flux de fond contenant la levure par un séparateur centrifuge en un flux concentré en levure et en un flux ne contenant pas de levure. L'invention sera décrite plus en détail, les réfé- rences étant faites au dessin ci-annexé, qui montre de façon schématique une unité pour mettre en oeuvre le procédé. Sur la figure, l représente un ou plusieurs fermen- teur(s), 2 est l'unité simple d'évaporation, correspondant è une ou à quelques étapes de distillation, 3 est un sépara- teur centrifuge et 4 une unité simple d'extraction. L'unité de production de qualité d'éthanol désirée est indiquée par un condenseur 5 et une colonne à distiller 6. Un tuyau 7 relie le fermenteur 1 à l'unité d'évaporation 2, à partir de laquelle sur l'autre côté, une ligne de fond 8 se divise en deux branches 9 et 10 de laquelle la branche 9 est reliée au séparateur cen- trifuge 3 et la branche 10 est reliée au fermenteur 1. Le sé- parateur centrifuge 3 est équipé avec une décharge des eaux usées 13. Une ligne 14 relie l'unité simple d'extraction 4 avec l'unité simple d'évaporation 2, à partir de laquelle il existe une ligne 15 jusqu'au condenseur 5. Un tuyau d'alimen- tation 16 est destiné à alimenter le substrat jusque dans le fermenteur, tandis qu'un tuyau de décharge 17 est présent pour décharger le dioxyde de carbone qui se forme. L'unité simple d'évaporation 2 respectivement l'unité simple d'extraction 4 est équipée avec des bobines de chauffage 18 et 19 respective- ment. L'unité fonctionne de la façon suivante: le substrat est transporté de façon continue par le tuyau d'alimentation 16, et une concentration appropriée en levure est maintenue dans le fermenteur 1. La liqueur de fermentation comprenant la levure est sortie de façon continue par le tuyau 7 et est évaporée à une température relativement basse sous vide dans l'unité simple d'évaporation 2. Le flux de fond est déchargé par le tuyau 8 et est divisé de sorte qu'une partie est remise en circulation dans le fermenteur 1 par le tuyau 10 et la par- tie résiduelle est conduite dans le séparateur centrifuge 3 par le tuyau 9. Dans le séparateur centrifuge 3, le flux transporté est séparé en un flux concentré en levure qui est remis en circulation dans le fermenteur 1 par le tuyau 12 et en un flux ne contenant pas de levure, qui est transporté à l'unité simple d'extraction par le tuyau 11 et un flux d'eaux usées intermittent qui est déchargé par le tuyau 13. Le flux de vapeur, enrichi en éthanol à partir de l'unité simple d'é- vaporation 4 est conduit par le tuyau 14à l'unité simple d'é- vaporation 2 et contribue à l'alimentation en chaleur de cette unité. La vapeur est fournie selon les besoins par la bobine de chauffage 1P aussi bien que par la bobine de chauffage 19, qui chauffent l'unité simple d'extraction 4. Le flux de vapeur combiné, enrichi en éthanol à partir de l'unité simple d'éva- poration 2 est déchargé par le tuyau 15 au condenseur 5 et ensuite conduit à la colonne de distillation 6 pour production de la qualité d'éthanol désirée. Les données d'opérations suivantes peuvent être ras- semblées sous forme d'un exemple d'opérations d'une unité pour effectuer le procédé conforme à l'invention. EXEMPLE Des molasses de sucre de canne à 400Bx sont alimen- tées en continue par un tuyau d'alimentation 16 du fermenteur 1. On maintient une concentration en levure de 2,5 % en poids par remise en circulation. Dans ces conditions, un temps d'ar- rét de 6 heures est nécessaire pour obtenir une fermentation complète. Le flux de liquide de fermentation contenant 0,1- 0,5 % (en poids) de sucre non fermenté et environ 5 % (en poids) d'éthanol est pompé de façon continue jusqu'à une uni- té simple d'évaporation 2, dans laquelle on maintient une pression de 50 mm de mercure. La bouillie fermentée bout à WC et la vapeur contenant 30 à 35 % (en poids) d'éthanol est éliminée et condensée dans un condenseur 5. L'éthanol di- lué et concentré est purifié par la suite dans la colonne à distiller 6. Le flux de fond provenant de l'unité simple d'évapo- ration 2 est divisé en deux flux, afin que 80 % soient remis en circulation dans le fermenteur 1 et 20 % soient centrifugés dans le séparateur centrifuge 3, qui opère à grande vitesse de rotation. Le concentré de levure est pompé jusque dans le fermenteur 1 par-le tuyau 12, tandis que le flux ne contenant pas de levure est éliminé dans l'unité simple d'extraction 4, conçue sous forme d'une colonne courte. La vapeur, enrichie en éthanol, est conduite à partir de l'unité d'extraction 4, soit directement à l'unité simple d'évaporation 2 ou indirec- tement pour chauffage de celle-ci, ce qui permet de réduire les pertes d'énergie. Le flux de fond provenant de l'unité simple d'extraction 4 contient environ 35 % (en poids) de solides solubles secs et peut être traité par la suite de 2 4 6 1005 façon simple, par exemple dans un four de combustion. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs dé- jà de ce qui suit, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de réalisation et d'application qui ont été spé- cialement envisages ci-dessus; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 6 2461005 REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'éthanol par fermentation d'un substrat, contenant des hydrates de carbone dans un ou plusieurs fermenteurs, un flux contenant de la levure étant séparé en un flux concentré en levure et en un flux ne conte- nant pas de levure, caractérisé en ce que la liqueur de fer- mentation est conduite directement à une unité simple d'éva- poration, correspondant à une ou à quelques étapes de distil- lation, dans lequel on maintient le vide, et dans lequel un flux est séparé, en partie, en un premier flux de vapeur, en- richi en éthanol, qui est conduit à une unité de production pour obtenir de l'éthanol de qualité désirée, et en partie, en un premier flux de fond contenant de la levure à partir du- quel une partie est remise en circulation dans le fermenteur, tandis que la partie résiduelle est séparée en au moins un flux concentré en levure, lequel est remis en circulation dans le fermenteur et en un flux ne contenant pas de levure, lequel est conduit à une unité d'extraction, dans laquelle il est sé- paré en-partie en un second flux de vapeur, enrichi en éthanol, et en partie en un second flux liquide de fond, ne contenant pas d'éthanol. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second flux de vapeur, enrichi en éthanol, est con- duit à une unité simple d'évaporation. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le flux de fond contenant la levure est séparé au moyen d'un séparateur centrifuge en un flux concentré en levure et en un flux ne contenant pas de levure.