scan0099 2

136

-    niskie ryzyko strat (traci się co najwyżej jedną szarżę),

—    łatwość podawania surowca.

Wadą jest niska produkcyjność, wynosząca 1,5-3 kg/m³*h Typowy proces okresowy prowadzi się przez 36-48 h w temperaturze 30-36°C i przy początkowym pH ok. 4,5. Końcowe stężenie etanolu ok. 10-16%.

Stosuje się kadzie fermentacyjne o objętości od 50 do 1000 m³. Ilość materiału posiewowego wynosi ok 0,3 kg sm/m³.

11.5.2. Metody intensyfikacji procesu

Zawracanie komórek

Metoda polega na zawróceniu biomasy drożdży po fermentacji do następnej szarży. Dzięki temu można skrócić czas fermentacji o ok 60-70% w stosunku do klasycznego procesu okresowego. Wynika to ze zwiększenia stężenia biomasy w fermcntorzc.

Dla przykładu, jeżeli początkowe stężenie biomasy wyniesie 23,6 kg/m³, to kompletne sfermentowanie brzeczki zawierającej 22% cukru jest możliwe w przeciągu 6 godzin. Zwykle stężenie drożdży jest nieco niższe (ok. 15 kg/m³ - końcowe stężenie biomasy drożdży w fermentacji okresowej zwykle wynosi do 20 kg/m³), zaś czas procesu wynosi 8-18 h.

W niektórych technologiach dodaje się powietrze w nieznacznych ilościach, ok. 0,02-0,03 m³/m³ brzeczki min.

Proces ciągły

Zwykle stosuje się kaskadę przepływowych fermentorów zbiornikowych (od 3 do 5). Stężenie etanolu po pierwszym stopniu wynosi ok. 4%, po ostatnim ok. 10%.

Zalety tej metody:

-    redukcja objętości aparatów,

-    zmniejszenie pracochłonności i czasu obsługi,

-    zwiększenie produkcyjności,

-    możliwość prowadzenie destylacji etanolu w sposób ciągły, bez konieczności stosowania dużych zbiorników pośrednich.

Wady to:

-    groźba infekcji zewnętrznej lub mutacji i degeneracji mikroorganizmów,

-    trudności utrzymania wysokiej szybkości fermentacji, gdyż część komórek obumiera z braku tlenu,

-    niższe końcowe stężenie etanolu (optymalna wartość wynosi ok. 10%). Można znacznie podnieść produkcyjność procesu ciągłego przez zastosowanie recyrkulacji biomasy. Uzyskuje się stężenia biomasy do 80 kg/m³.

Oddzielanie biomasy w wirówkach jest za drogie, ale można stosować osadniki, dodając do brzeczki składniki flokuiujące lub korzystać ze szczepów floku-lujących. Można również stosować filtrację dynamiczną.

Fermentacja próżniowa

Dzięki obniżeniu ciśnienia, uzyskuje się odparowanie etanolu i zmniejszenie jego stężenia w brzeczce. Pozwala to na zastosowanie surowców o wyższym stężeniu cukrów, np. brzeczki 33%. Zwiększa się produkcyjność, ale specjalna konstrukcja fermentom zwiększa koszty inwestycyjne, zaś zużycie energii zwiększa się 30-krotnie.

Fermentory z mikrofiltracją

Zastosowanie układu do mikrofiltracji, wewnątrz fermentora lub na zewnątrz. pozwala na usunięcie etanolu ze środowiska hodowlanego i zwiększenie produkcyjności. Wadą jest to, że aparatura do procesu jest skomplikowana i droga.

11.5.3. Porównanie metod prowadzenia fermentacji etanolowej

W tablicy 11.2 zestawiono dane o produkcyjności różnych metod fermentacji etanolowej. W praktyce przemysłowej stosowane są obecnie: metoda hodowli okresowej, zawracanie biomasy oraz hodowla ciągła.

Tablica 11.2

Produkcyjność różnych metod prowadzenia fermentacji etanolowej

Metoda	Produkcyjność [kg/m* -h]
Ciągła, próżniowa z recyrkulacją	SO
Ciągła próżniowa	40
Ciągła z recyrkulacją	40
Z mikrofiltracją	36
Okresowa z recyrkulacją	15
Ciągła, wielostopniowa	12
Ciągła	5
Okresowa	1-2

Jedną z przyczyn słabego zainteresowania wprowadzaniem do praktyki przemysłowej wysoko wydajnych metod prowadzenia fermentacji etanolowej jest to, że w ogólnych kosztach produkcji podstawowy udział ma koszt surowca, zaś koszty fermentacji odgrywają znacznie mniejszą rolę.