用于产物回收和细胞再循环的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及用于从发酵液回收至少一种产物的装置和相关方法。本发明专利技术涉及使用真空蒸馏容器从发酵液回收产物(如乙醇)，其中所述发酵液包含活微生物生物质，并且其中所述产物的所述回收以其中确保所述微生物生物质的存活率的方式完成。本发明专利技术提供以有效速率进行的产物回收，以便防止产物在所述发酵液中的积累。为了确保所述微生物生物质的存活率，本发明专利技术被设计成减小对所述微生物生物质的应力量。通过确保所述微生物生物质的存活率，所述微生物生物质可在所述发酵方法中再循环并且再使用，这可引起所述发酵方法的效率提高。

Methods and systems for product recovery and cell recycling

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于产物回收和细胞再循环的方法和系统相关申请的交叉引用本申请要求2017年3月20日提交的美国临时申请第62/473,850号的益处，其内容由此以引用的方式并入。
本专利技术涉及用于从发酵液回收至少一种产物的装置和相关方法。具体来说，本专利技术涉及使用真空蒸馏容器从发酵液回收产物，其中发酵液含有活微生物生物质，并且其中产物的回收以其中确保微生物生物质的存活率的方式完成。
技术介绍
二氧化碳(CO2)占由人类活动引起的全球温室气体排放量的约76％，其中剩下的是甲烷(16％)、一氧化二氮(6％)和氟化气体(2％)(美国环境保护局)。尽管工业和林业实践也向大气排放CO2，但大部分CO2来自产生能量的化石燃料燃烧。减少温室气体排放，特别是CO2排放，对于制止全球变暖的演变以及随之而来的气候和天气变化至关重要。早已认识到，催化方法(如费托法)可用于将含有二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)和/或氢气(H2)的气体，如工业废气或合成气转化成各种燃料和化学品。然而，最近，气体发酵已成为用于对这类气体进行生物固定的替代平台。具体来说，已证明C1-固定性微生物将含有CO2、CO和/或H2的气体转化成如乙醇和2,3-丁二醇的产物。这类产物的生产可受例如缓慢的微生物生长、有限的气体消耗、对毒素的敏感性，或碳底物转移成不希望的副产物限制。产物的积累可导致气体发酵方法的生产效率降低。为了防止积累，这些产物必须以有效速率移出。如果不以有效的速率移出，那么这些产物可对C1-固定性微生物具有抑制和/或毒性影响。如果产物积累到C1-固定性微生物无法存活的点，那么可能需要停止和重启发酵方法。在重启之前，发酵罐通常需要清洁。这可为耗时的方法。通常与产物的回收相关联的另一个缺陷为通过传统的回收方法损失C1-固定性微生物。为了克服活C1-固定性微生物的损失，已经采用过滤方法。然而，随时间推移，用传统的过滤方法，颗粒物质可在过滤介质中积聚，这可导致滤液通量减少，最终需要清洁和/或更换过滤介质。因此，仍然需要一种具有降低的维护要求的系统，其能够以有效的速率回收产物，同时确保C1-固定性微生物的存活率。
技术实现思路
本专利技术提供用于从发酵液回收至少一种产物的利用真空蒸馏容器的装置(即真空蒸馏容器)和相关方法。真空蒸馏容器被设计成用于从发酵液回收至少一种产物，所述发酵液从生物反应器递送，所述真空蒸馏容器包含：(a)外部壳体，其限定用于接收发酵液的入口、用于转移富含产物的物流的出口和用于转移贫含产物的物流的出口，发酵液包含活微生物生物质和至少一种产物，贫含产物的物流包含活的微生物生物质，贫含产物的物流被转移到生物反应器；和(b)定位在壳体内的分离区段，分离区段由上塔板界定上方并且由下塔板界定下方，分离区段限定用于提供多个理论蒸馏级的分离介质；其中用于转移富含产物的物流的出口相对于用于接收发酵液的入口较高，用于接收发酵液的入口相对于上塔板较高，并且用于转移贫含产物的物流的出口相对于下塔板较高。优选地，真空蒸馏容器能够以给定进料速率处理发酵液。进料速率被定义为每小时发酵液的体积。发酵液的体积为在生物反应器中含有的发酵液的体积。在至少一个实施例中，真空蒸馏容器能够以在每小时0.05和0.5生物反应器体积之间的进料速率处理发酵液。在某些实施例中，进料速率在每小时0.05到0.1、0.05到0.2、0.05到0.3、0.05到0.4、0.1到0.3、0.1到0.1到0.5，或0.3到0.5反应器体积之间。在某些情况下，发酵液在真空蒸馏容器中具有给定停留时间。发酵液在真空蒸馏容器内的时间量为在发酵液通过用于接收发酵液的入口进入的时刻和当发酵液通过用于转移贫含产物的物流的出口离开时之间的时间量。优选地，停留时间在0.5和15分钟之间。在各种实施例中，停留时间在0.5和12分钟、0.5和9分钟、0.5和6分钟、0.5和3分钟、2和15分钟、2和12分钟、2和9分钟，或2和6分钟之间。在至少一个实施例中，停留时间小于15分钟、小于12分钟、小于9分钟、小于6分钟、小于3分钟、小于2分钟，或小于1分钟，以确保微生物的存活率。本专利技术提供通过在壳体中的出口将贫含产物的物流转移到生物反应器。在至少一个实施例中，真空蒸馏容器的壳体通过管道装置连接到生物反应器。贫含产物的物流可通过管道装置从真空蒸馏容器传递到生物反应器。优选地，生物反应器在用于对来自工业过程的含有C1的气体进行发酵的条件下操作。设计真空蒸馏容器以便从发酵液有效地移出产物。真空蒸馏容器利用分离介质作为移出方法的一部分。分离介质可为任何提供足够气-液接触的合适的材料。在某些情况下，提供分离介质使得在真空蒸馏容器的高度上的压降小于32毫巴。在某些情况下，在真空蒸馏容器的高度上的压降小于30毫巴、小于28毫巴、小于26毫巴、小于24毫巴、小于22毫巴、小于20毫巴，或小于18毫巴。在某些情况下，分离介质由一系列蒸馏塔板限定。蒸馏塔板可为提供足够气-液接触的任何合适的一系列蒸馏塔板。真空蒸馏容器的分离区段被设计成提供多个理论蒸馏级，由此在发酵液传送通过蒸馏阶段时从发酵液蒸发增加量的产物。优选地，分离介质提供多个理论蒸馏级。在某些实施例中，分离介质提供至少3个理论蒸馏级，或至少5个理论阶段，或至少6个理论阶段。设计真空蒸馏容器以便确保微生物生物质的存活率。通过确保微生物生物质的存活率，被传递到生物反应器的贫含产物的物流可用于气体发酵方法。优选地，微生物生物质存活率维持在充分高的百分比下。在某些情况下，微生物生物质的存活率大于80％，或大于85％，或大于90％，或大于95％。可使得当传递通过真空蒸馏容器时微生物生物质的存活率基本上不降低的方式设计真空蒸馏容器。在某些情况下，在贫含产物的物流中的活微生物生物质基本上等于在发酵液中的活微生物生物质。优选地，在贫含产物的物流中的微生物生物质的存活率和在发酵液中的微生物生物质的存活率之间的差小于10％。在某些情况下，差在5％和10％之间。在某些情况下，差小于5％。可使用任何合适的手段测量微生物生物质的存活率。优选地，使用流式细胞术和活/死测定测量存活率。在某些情况下，由进入真空蒸馏容器之前的发酵液进行在发酵液中的微生物生物质的存活率的测量。在某些情况下，由在贫含产物的物流被传递到生物反应器之前离开真空蒸馏容器的贫含产物的物流进行在贫含产物的物流中的微生物生物质的存活率的测量。在某些情况下，由于存活率测量，可改变一个或多个变量。优选地，由于存活率测量改变的一个或多个变量选自包含以下的组：压力、温度、停留时间、在发酵液中的产品浓度、蒸汽进料速率和分离介质。优选地，贫含产物的物流相对于发酵液具有减小比例的产物，以便防止或至少减少产物在发酵液中积累。通过防止或至少减少产物在发酵液中的积累，可连续发酵方法。优选地，从连续发酵方法回收产物。在某些情况下，贫含产物的物流包含少于1wt％的产物，或少于0.8wt％的产物，或少于0.6wt％的产物，或少于0.4wt％的产物，或少于0.2wt％的产物，或少于0.1wt％的产物。在生物反应器中的微生物可能够生产各种不同产物。优选地，从连续发酵方法回收的一种或多种产物为低沸点发酵产物。在某些情况下，产物选自由以下组成的组：乙醇、丙酮、异丙醇、丁醇、酮、甲基乙基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从发酵液回收至少一种产物的真空蒸馏容器，所述发酵液从生物反应器递送，所述真空蒸馏容器包含：a.外部壳体，其限定用于接收所述发酵液的入口、用于转移富含产物的物流的出口和用于转移贫含产物的物流的出口，所述发酵液包含活微生物生物质和至少一种产物，所述贫含产物的物流包含活的微生物生物质，所述贫含产物的物流被转移到所述生物反应器；b.定位在所述壳体内的分离区段，所述分离区段由上塔板界定上方并且由下塔板界定下方，所述分离区段限定用于提供多个理论蒸馏级的分离介质；其中用于转移所述富含产物的物流的所述出口相对于用于接收所述发酵液的所述入口较高，用于接收所述发酵液的所述入口相对于所述上塔板较高，并且用于转移所述贫含产物的物流的所述出口相对于所述下塔板较高。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.20 US 62/473,8501.一种用于从发酵液回收至少一种产物的真空蒸馏容器，所述发酵液从生物反应器递送，所述真空蒸馏容器包含：a.外部壳体，其限定用于接收所述发酵液的入口、用于转移富含产物的物流的出口和用于转移贫含产物的物流的出口，所述发酵液包含活微生物生物质和至少一种产物，所述贫含产物的物流包含活的微生物生物质，所述贫含产物的物流被转移到所述生物反应器；b.定位在所述壳体内的分离区段，所述分离区段由上塔板界定上方并且由下塔板界定下方，所述分离区段限定用于提供多个理论蒸馏级的分离介质；其中用于转移所述富含产物的物流的所述出口相对于用于接收所述发酵液的所述入口较高，用于接收所述发酵液的所述入口相对于所述上塔板较高，并且用于转移所述贫含产物的物流的所述出口相对于所述下塔板较高。2.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中所述生物反应器限定发酵液的体积，所述发酵液以进料速率被递送到所述真空蒸馏容器，所述进料速率被定义为每小时所述发酵液的体积，所述进料速率在0.05和0.5之间。3.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中发酵液限定停留时间，所述停留时间被定义为所述发酵液在所述真空蒸馏容器内的时间量，所述停留时间在0.5和15分钟之间。4.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中用于转移所述贫含产物的物流的所述出口通过管道装置连接到所述生物反应器以将所述贫含产物的物流转移到所述生物反应器，所述生物反应器在用于对来自工业过程的含有C1的气体进行发酵的条件下操作。5.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中所述分离介质由一系列蒸馏塔板限定。6.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中所述分离介质提供大于3个理论蒸馏级。7.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中在所述贫含产物的物流中的所述活微生物生物质的存活率大于85％。8.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中在所述贫含产物的物流中的所述活微生物生物质基本上等于在所述发酵液中的所述活微生物生物质。9.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中所述贫含产物的物流包含少于0.2wt％的产物。10.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中所述富含产物的物流包含乙醇、丙酮、异丙醇或其混合物。11.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中所述真空蒸馏容器限定在所述真空蒸馏容器的高度上的压降，所述压降小于32毫巴。12.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中所述真空蒸馏容器在40毫巴(绝压)和100毫巴(绝压)之间的压力下操作。13.根据权利要求1所述的真空蒸馏容器，其中所述真空蒸馏容器在35℃和50℃之间的温度下操作。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·A·西克里斯特，N·布尔达科斯，R·J·孔拉多，A·H·高，J·C·布罗姆利，M·E·马丁，C·D·米哈尔西，I·帕洛里韦拉，J·H·蒂泽德，
申请(专利权)人：朗泽科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US