[发明专利]来自发酵液的挥发性产物的回收

说明书

技术领域

本发明涉及通过发酵液的发酵产生挥发性有机化合物(VOC)并且从发 酵液中移除VOC的设备和方法。

背景技术

丁醇是一种重要的工业化学品，其可用作例如燃料、燃料添加剂或者 在其它有用的化学品的生产中作为前体或中间体。

近年来，由于丙烯原料的高成本，通过加氢甲醛化技术生产丁醇的成 本显著增加。通过发酵生产丁醇代表了一种利用较低成本的原料，提供低 成本生产的潜力的替代工艺技术。

在丁醇或其它溶剂或挥发性有机化合物的生产中，发酵工艺的一个重 要方面是所述化合物的纯化。另一个重要方面是控制并且移除来自发酵反 应器的溶剂或者挥发性化合物，如果不被移除，那么所述溶剂或者挥发性 化合物使发酵培养物中毒，或者降低培养物产生所需的产物的能力，该现 象被称为微生物抑制。对于丁醇，各种移除系统是已知的，例如全蒸发、 渗透萃取、反渗透、液-液萃取，以及从发酵罐容器或反应器直接气提。然 而，这些移除系统移除的挥发性有机化合物不够，或者不足够坚固(robust) 以在生物质固体(例如，生物细胞)的存在下或者在商业规模发酵工艺用途 所要求的或所需的温度和压力条件下进行生产性操作。

如Ferrmas，Minier和Goma[“丙酮丁醇发酵：通过联合连续发酵和超 滤提高性能(Acetonobutylic Fermentation：Improvement of Performances by Coupling Continuous Fermentation and Ultrafiltration)”Biotechnology and Bioengineering，第28卷，第523-533页(1986)]中所述，发酵工艺可以利 用超滤膜来控制(通常增加)发酵罐容器内的生物细胞的浓度。超滤膜用于 从细胞悬浮液或淤渣，例如存在于生物处理曝气池、生物反应器或在废水 处理厂的发酵罐容器中的那些，移除液体。然而，Ferras等(见上)已经表 明，在用于浓缩丙酮丁醇梭菌(ATCC 824)培养物以获得培养液的约100克 /升(g/L)至125g/L的细胞浓度时，超滤膜快速积垢。尽管通过将CO₂或其 他气体的气泡注入到膜外侧(发酵罐侧)表面附近的发酵罐容器中以洗涤膜 的外部，或者通过与交叉流膜组件中一样对膜表面注入液流，可以降低积 垢速率，但是在培养液中的高细胞浓度下，积垢速率通常是一个显著问题。 在发酵设备和方法中需要超滤膜装置的更有效利用。

然而，需要比已知的技术更简单和更节约成本的用于溶剂移除和/或纯 化的技术。

发明内容

本发明提供发酵和汽提方法及设备，所述发酵和汽提方法及设备在分 批、进料-分批(也称为半分批)、或连续的发酵罐容器中的发酵液(液)中通 过发酵有效地并且成本节约地生产一种或多种VOC(例如，1-丁醇)，并且 从发酵液中汽提所述一种或多种VOC。

本发明的第一实施方案是一种发酵设备，所述发酵设备包括发酵罐单 元和真空侧线汽提塔(VSS)单元；

所述发酵罐单元包括发酵罐容器，所述发酵罐容器具有外表面和内表 面，所述发酵罐容器表面彼此隔开，并且大体上平行，以限定封闭的容积 空间，所述发酵罐容器中限定了至少两个孔，即，第一流体孔和第二流体 孔，所述至少两个孔与所述封闭的容积空间流体连通；