PROCESS FOR THE PREPARATION OF ETHANOL FROM FERMENTABLE SUGAR SOLUTIONS

Abstract: 1. Process for the preparation of ethanol from fermentable sugar solutions, wherein yeast is added to the sugar solution prior to its feeding into a fermenting vat, characterised in that the formed yeast sludge is separated from the produced mixture, that the yeast sludge is fed into the reaction chamber, that after termination of the fermentation process the yeast is discharged from the fermenting vat and, after aeration and mixing with a nutritive solution, in particular with carbon carriers and/or nutrient salts, is at least partially returned to the sugar solution prior to feeding said solution into the fermenting vat for preparing the mixture.

Description: Verfahren zur Gewinnung von Äthanol aus vergärbaren Zuckerlösungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung von Äthanol aus vergärbaren Zuckerlösungen. Aus der EP-A 0 044 428 ist es bereits bekannt, zur Herstellung von Alkohol aus Stärke oder stärkehaltigen Rohstoffen, eine Schlempe zu gewinnen, welche durch Zerkleinern, thermischen Aufschluss und Verzuckerung der stärkehaltigen Rohstoffe gebildet wird Es sind eine Reihe von zuckerhaltigen Rohstoffen bekannt, aus welchen unmittelbar Zuckerlösungen auf extraktivem Weg hergestellt werden können, und es ist bereits bekannt, derartige Zuckerlösungen bis zur Glucose abzubauen und eine auf diese Weise erhaltene Maische zu vergären. Der Gärprozess verlangt hiebei je nach den eingesetzten Rohstoffen bzw. der eingesetzten Maische unterschiedliche Bedingungen und erfordert einen relativ langen Reaktionszeitraum für den Abschluss der Gärung. Nachteilig bei den bekannten Gärverfahren ist hiebei die Tatsache, dass die Maischen bzw. gärfähigen Substrate, im Verlauf der Gärung unterschiedliche Ronzentrationen sowohl an vergärbarem Zucker als auch an Gärungsprodukten aufweisen, welche mit zunehmender Gärung die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. die Gärungsgeschwindigkeit stark beeinflussen. Es ist weiters nachteilig, dass mit den bekannten Verfahren immer nur ein mehr oder minder reiner Alkohol und in der Regel mit geringer Konzentration hergestellt werden kann. Die üblicherweise aus stärkehaltigen Rohstoffen durch Verzuckerung vergärbaren Zuckerlösungen weisen relativ geringe Zuckerkonzentrationen auf. Mit Rücksicht auf eine raschere Gärung ist es in diesen Fällen vorteilhaft, eine Volumensreduktion bei gleichzeitiger Erhöhung der Zuckerkonzentration vorzunehmen. Die Erfindung zielt nun darauf ab, eine besonders einfache Verfahrensweise zu schaffen, mit welcher ein unmittelbar vergärbares Substrat mit einer für die nachfolgende Gärung günstigen Zuckerkonzentration geschaffen wird, und auf die apperativ und ernergetisch aufwendigen Eindickungsgeräte verzichtet werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im -wesentlichen darin, dass der gebildete Hefeschlamm von der entstandenen Mischung abgetrennt wird, dass der Hefeschlamm in den Reaktionsraum eingebracht wird, dass die Hefe nach Abschluss des Gärungsprozesses aus dem Gärbehälter ausgetragen wird und nach einer Belüftung und nach Versetzen mit einer Nährstofflösung, insbesondere mit Kohlenstoffträgern und/oder Nährsalzen, zumindest teilweise der Zuckerlösung vor dem Eintragen in den Gärbehälter zur Herstellung der Mischung rückgeführt wird. Durch den Zusatz von Hefe wird nach einer Reaktionszeit von etwa 10 Minuten Glucose aus der Zuckerlösung von der Hefe aufgenommen. Der Einsatz des Hefeschlammes, mit welchem die Glucose angereichert ist, führt zu einer besonders raschen Vergärung des in der Zuckerlösung enthaltenen Zuckers und auf Grund der schonenden Verfahrensbedingungen kann nicht nur der Grossteil der handelsüblichen Hefen bei guten Gärleistungen verwendet werden, sondern es ist auch ein Führen der Hefe im Kreislauf und damit eine besonders umweltschonende Verfahrensführung möglich. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäss die Hefe nach Abschluss des Gärprozesses aus dem Gärbehälter ausgetragen und nach einer Belüftung und nach Versetzen mit einer Nährstofflösung, insbesondere mit Kohlenstoffträgern und/oder Nährsalzen, zumindest teilweise der Zuckerlösung vor dem Eintragen in den Gärbehälter zur Herstellung der Mischung rückgeführt. Die überschüssige Hefe kann abgetrennt werden und einer anderen Verwendung zugeführt werden. Die Hefe wird in vorteilhafter Weise, insbesondere dann wenn der gebildete Alkohol kontinuierlich abgeführt wird, beispielsweise bereits während der Gärung destillativ abgetrennt wird, nie oder nur kurzzeitig höheren Konzentrationen an Gärungsprodukten ausgesetzt, so dass eine bessere Vitalität des biologischen Materials vorliegt. Es ist im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens eine Regeneration der Hefe nur im geringen Umfang notwendig. Die Abtrennung des Hefeschlammes aus der Mischung mit der Zuckerlösung kann in besonders vorteilhafter Weise durch Flotation erfolgen, wobei die bereits einsetzende Gasentwicklung ausgenutzt werden kann und eine Flockung durch Zusatz von Polyelektrolyten vorgesehen sein kann. Flockung, Flotation und Hefeabtrennung können bei Gärungstemperatur (30 bis 350C) erfolgen. Gegebenenfalls wird bereits die Mischung der Hefe mit der Glucoselösung bei Gärungstemperatur durchgeführt. Die Flockung kann mit Vorteil so durchgeführt werden, dass die vom Hefeschlamm vor dem Einbringen desselben in den Gärbehälter abgetrennte Lösung zusammen mit Polyelektrolyten der Flockung zugesetzt wird, wobei auf diese Weise die noch zuckerhaltige Lösung, welche vom Hefeschlamm abgetrennt wurde, zumindest teilweise im Kreislauf geführt werden kann. Eine Führung der Hefe im Kreislauf wird insbesondere durch die kurze Gärungsdauer ermöglicht. Zur Regeneration der Hefe wird diese nach dem Ausbringen aus dem Gärbehälter einer aeroben Phase unterworfen, wobei in regelmässigen Abständen Hefe abgezogen werden kann und für die Futtermittelproduktion verwendet werden kann. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Druckverlaufkurve und eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Druckverlaufkurve für das erfindungsgemässe Gärverfahren und Fig. 2 ein vereinfachtes Fliessschema für eine vollständige Aufbereitung von stärkehaltigen Rohstoffen zu Alkohol. Die angegebenen Mengen im Ausführungsbeispiel beziehen sich hiebei auf 1 1 Zuckerlösung. Glucoseeinsatz = 182,8 g Hefeeinsatz = 1,47 kg Schlamm mit ca. 4 % TS Reaktionszeit = 10 Minuten Polyelektrolyteinsatz = 320 mg ( 1,75g/kg Glucose) Reaktionszeit = 10 Minuten Flotationszeit = 7,0 Minuten abgezogene Zuckerlösung = 1,10 1 abgezogener Restzucker = 52,9 g Glucose Zucker mit Hefeschlamm zur Gärung = 129,9 g. Die Gärung wurde analog der Darstellung der Zeichnungsfigur so durchgeführt, dass der Druck unmittelbar nach dem Start auf 350 mbar abgesenkt wurde. Nach etwa 45 Minuten wurde der Druck weiter auf 260 mbar abgesenkt und nach etwa 70 Minuten der Zuckergehalt bestimmt. Innerhalb dieser Zeit ist die Gärung bereits weitgehend abgeschlossen und es tritt bereits während dieser Zeit eine Destillation des entstehenden Alkohols ein. Nach etwa 180 Minuten wurde der Druck im Reaktionsraum weiter stufenweise abgesenkt, um eine vollständige Destillation zu erzielen und die Äthanolausbeute zu vervollständigen. Je 1 1 Zuckerlösung wurden hiebei eine Menge von 0,34 1 Destillat mit einem Äthanolgehalt von 0,077 1, das heisst, 60,7 g Äthanol, gewonnen. Die Ausbeute des adsorbierten Zuckers beträgt hiebei 60,7 = 0,915 129,9.0,511 Glucose konnte im Hefeschlamm nicht nachgewiesen werden. Für die Durchführung des gesamten Verfahrens ergibt sich folgender Zeitablauf: Glucoseadsorption 0,17 h Flockung ...................... 0,02 0,02 h Flotation ..................0,12 0,12 h Gärung + Destillation 3,50 h gesamte Prozessdauer = 3,81 h Die im Kreislauf geführte Lösung, welche vom Hefeschlamm vor dem Einbringen in den Reaktionsraum abgetrennt wurde, enthält durchschnittlich 3 bis 5 Gew.% Glucose. Der Verfahrensablauf einer Aufbereitung von zuckerhaltigen Rohstoffen bis zum Äthanol ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Aus diesem Fliessschema ergeben sich auch die erfindungsgemäss vorgeschlagenen Kreislaufführungen zum Zwecke der Verbesserung der Energieausbeute bzw. der Glucoseausbeute.

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zur Gewinnung von Äthanol aus vergärbaren Zuckerlösungen, bei welchem die Zuckerlösung vor dem - Einbringen in einen Gärbehälter mit Hefe versetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der gebildete Hefeschlamm von der entstandenen Mischung abgetrennt wird, dass der Hefeschlamm in den Reaktionsraum eingebracht wird, dass die Hefe nach Abschluss des Gärprozesses aus dem Gärbe hälter ausgetragen wird und nach einer Belüftung und nach Versetzen mit einer Nährstofflösung, insbesondere mit Kohlenstoffträgern und/oder Nährsalzen, zumindest teil weise der Zuckerlösung vor dem Eintragen in den Gärbe hälter zur Herstellung der Mischung rückgeführt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung vor dem Abtrennen des Hefeschlammes, bei spielsweise durch Flotation, einer Flockung unterworfen wird 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Hefeschlamm vor dem Einbringen desselben in den Gärbehälter abgetrennte Lösung zusammen mit Polyelektro lyten der Flockung zugesetzt wird.

Inventors: CVITAS, VILIM, DIPL.-ING., FALTEJSEK, KARL, DIPL.-ING., HANKE, REINHART, DIPL.-ING., TRESO, BERTALAN
Applicants: VOEST-ALPINE AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1984
Main classification: C12P7
IPC codes: C12P7