專利名稱：從稀水溶液回收高級醇的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請一般性地涉及從稀水溶液(dilute aqueous solutions)如發(fā)酵肉湯 (fermentation borths)中回收 C3-C6 醇的方法。
背景技術(shù)：
生物燃料具有很長的歷史，可追溯至20世紀(jì)初。早在1900年，RudolfDiesel在法國巴黎的世博會上展示了靠花生油運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。其后不久，Henry R)rd展示了他的靠源自玉米的乙醇運(yùn)轉(zhuǎn)的Model Τ。在20世紀(jì)30年代和40年代，源自石油的燃料由于低成本供給增加和效率增加而代替了生物燃料。市場在20世紀(jì)七十年代由于阿拉伯石油禁運(yùn)和伊朗革命而波動(dòng)，伴隨著美國石油生產(chǎn)的降低導(dǎo)致原油價(jià)格上升，對生物燃料的興趣復(fù)興。而今，許多感興趣的組織(包括決策者，工業(yè)設(shè)計(jì)者，意識到的公民和金融界)都對用源自生物質(zhì)(biomass)的生物燃料代替源自石油的燃料感興趣。開發(fā)生物燃料的一種最主要的動(dòng)機(jī)是經(jīng)濟(jì)方面的，即，“峰油 (peak oil)”(原油的消耗速率超過供應(yīng)速率，從而導(dǎo)致燃料成本顯著增加的點(diǎn))的威脅導(dǎo)致對可供選擇的燃料的需求增加。目前，生物燃料往往使用局部農(nóng)業(yè)來源在許多相對小的設(shè)備中生產(chǎn)，并且被視作提供穩(wěn)定和安全的燃料供應(yīng)，其不受與石油相關(guān)的地區(qū)問題影響。同時(shí)，生物燃料能夠提高國家經(jīng)濟(jì)的農(nóng)業(yè)比重。另外，由于燃料的化石來源(fossil sources)花費(fèi)數(shù)億年再生和它們的使用增加了大氣中的二氧化碳水平，導(dǎo)致氣候變化憂慮，所以持續(xù)(sustainability) 是重要的社會和倫理驅(qū)動(dòng)力，其正在開始導(dǎo)致政府管制和政策，例如汽車二氧化碳排放的上限、二氧化碳排放的賦稅和對于使用生物燃料的稅收刺激。生物燃料的接受性(acceptance)主要取決于當(dāng)與源自石油的燃料比較時(shí)生物燃料的經(jīng)濟(jì)競爭力。在成本方面不能與源自石油的燃料競爭的生物燃料將限于特殊的應(yīng)用 (specialty applications)和狹縫市場(niche markets)。當(dāng)今，生物燃料的使用限于乙醇和生物柴油。目前，乙醇通過發(fā)酵制備，在美國用玉米，在巴西用甘蔗，以及在世界范圍內(nèi)用其它谷物。如果原油保持在每桶50美元以上，則乙醇可與源自石油的汽油競爭，補(bǔ)貼或賦稅益處除外。當(dāng)原油超過$60/桶時(shí)，生物柴油可與基于石油的柴油競爭(Nexant Chem Systems，2006， Final Report， Liquid Biofuels -Substituting for Petroleum， White Plains，New York)。數(shù)個(gè)因素影響基于碳水化合物的生物燃料來源的核心操作成本。除了含碳的，植物制造原料的成本之外，對于乙醇或其它潛在的基于醇的生物燃料如丁醇，在產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)成本中的主要因素是從水流(aqueous streams)回收和純化生物燃料。已經(jīng)開發(fā)了許多技術(shù)手段，用于從水基發(fā)酵培養(yǎng)基經(jīng)濟(jì)地除去醇。當(dāng)今使用最廣泛的回收技術(shù)使用蒸餾和分子篩干燥來生產(chǎn)乙醇。例如，通過基于梭菌的丙酮-丁醇-乙醇發(fā)酵進(jìn)行的丁醇生產(chǎn)也依靠蒸餾回收和純化產(chǎn)品。從水溶液蒸餾需要消耗大量能量。對于乙醇，需要另外的加工設(shè)備以破壞乙醇/水共沸混合物。這種設(shè)備，分子篩，也使用大量能量。
已經(jīng)研究了許多單元操作用于回收和純化發(fā)酵生產(chǎn)的醇，包括過濾、液/液萃取、 膜分離(例如，切向流過濾、滲透蒸發(fā)和滲透萃取(perstraction))、氣提和溶液的"鹽析"、吸附和吸收。取決于產(chǎn)品的回收情況和產(chǎn)品的物理和化學(xué)性質(zhì)以及它所駐留的基體， 每種手段均具有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)?？梢詫⒖刂粕锶剂仙a(chǎn)成本的變量的特點(diǎn)在于影響操作成本、資本成本或者操作成本和資本成本的變量。通常，控制發(fā)酵經(jīng)濟(jì)性能的主要變量包括目標(biāo)產(chǎn)物的碳水化合物收率(carbohydrate yield to desired product)、產(chǎn)口口口濃度禾口容禾只生產(chǎn)率(volumetric productivity)。所有三個(gè)主要變量(收率、產(chǎn)品濃度和容積生產(chǎn)率)均既影響資本成本， 又影響操作成本。當(dāng)基于發(fā)酵碳水化合物的產(chǎn)品收率增加時(shí)，對于給定的生產(chǎn)單元，生產(chǎn)成本相對于原料成本線性地減少?；谔妓衔锏漠a(chǎn)品收率也影響設(shè)備尺寸、資本支出、設(shè)施 (utilities)消耗量和原料制備材料(feed stock preparation materials)如酶、礦物、養(yǎng)料(維生素)和水。例如，在理論上，由葡萄糖生成丁醇的產(chǎn)率從50%增加至90%，這導(dǎo)致直接操作成本減少44 %。此外，90 %的提高收率減少了處理和加工的原料量。增加的收率直接減少了生產(chǎn)設(shè)施所需要的資本投資，這是因?yàn)閺奶妓衔镏苽渲良兓突厥盏乃性O(shè)備均減小了尺寸。如果收率從50%增加至90%，則設(shè)備、管道和設(shè)施需求可降低32%。產(chǎn)品收率對生產(chǎn)成本的直接影響使它成為影響生物燃料的成本和市場可行性的主要因素。提高產(chǎn)品收率的一種手段涉及遺傳工程微生物(Genetically Engineered Microorganisms) (GEM)，可以構(gòu)造所述遺傳工程微生物以操縱生物的代謝途徑，從而減少或消除不希望的產(chǎn)物，增加希望的代謝物的效率或既減少或消除不希望的產(chǎn)物又增加希望的代謝物的效率。 這容許去掉低價(jià)值產(chǎn)物(low cost product)和不希望的產(chǎn)物中的一種或兩種，從而增加希望的產(chǎn)物的生產(chǎn)。例如，美國專利申請公開文本20050089979披露了利用拜氏梭菌微生物 (Clostridium beijerinckii microorganism)的發(fā)酵方法，該方法產(chǎn)生含 5. 3g/L 丙酮、 11. 8g/L 丁醇和5g/L乙醇的產(chǎn)物混合物。適當(dāng)修飾的遺傳工程微生物消除了丙酮和乙醇產(chǎn)物，同時(shí)提高了碳水化合物向丁醇的轉(zhuǎn)化率。將碳水化合物原料(feedstock)的產(chǎn)物從乙醇和丙酮轉(zhuǎn)向丁醇使丁醇產(chǎn)量從11.8g/L提高至18. 9g/L，丁醇產(chǎn)量相對于碳水化合物消耗提高了 60%。因?yàn)樾枰^少的設(shè)備來完成回收和純化，所以乙醇和丙酮副產(chǎn)物的消除也使資本成本降低。生物化學(xué)工具(包括遺傳工程和傳統(tǒng)菌株發(fā)展)的應(yīng)用也能夠影響最終產(chǎn)物濃度 (g/L)和生物催化劑發(fā)酵容積生產(chǎn)率(g/L-hr)。最終產(chǎn)物濃度和容積生產(chǎn)率影響產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)的幾個(gè)方面，包括設(shè)備尺寸、原料使用和設(shè)施成本。當(dāng)在發(fā)酵中可容許的產(chǎn)物濃度增加時(shí)， 水溶液的回收體積將降低，這導(dǎo)致減少的資本成本和在生產(chǎn)設(shè)施中處理較小體積的材料。容積生產(chǎn)率直接影響實(shí)現(xiàn)相同的產(chǎn)物生產(chǎn)量所需要的發(fā)酵器容積。例如，常規(guī)的拜季林斯基梭菌(Clostridium beijerinckii)丙酮-丁醇-乙醇(ABE)發(fā)酵生成成比例的丙酮、丁醇和乙醇。遺傳工程微生物容許設(shè)計(jì)生產(chǎn)單一產(chǎn)物，例如正丁醇、異丁醇或 2-丁醇(Donaldson 等人，美國專利申請 11/586,315)。丁醇耐受宿主(Butanol tolerant hosts)可以通過使用識別技術(shù)識別和強(qiáng)化丁醇耐受性(-Bramucci等人，美國專利申請 11/743，220)。然后可以將這兩種技術(shù)組合起來，從而以商業(yè)上的相對濃度和容積生產(chǎn)率生成丁醇。利用GEM來增加產(chǎn)物容積生產(chǎn)率和濃度可以強(qiáng)烈影響產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)。例如，對于大型工業(yè)化的生物燃料發(fā)酵設(shè)施，以兩倍的容積生產(chǎn)率完成的丁醇發(fā)酵將減少發(fā)酵器成本將近 50%。發(fā)酵器資本成本和尺寸的降低減少了設(shè)施的折舊和操作成本。類似地，如果GEM得到了可耐受較高丁醇濃度的生物體，則對于給定的生產(chǎn)體積，操作和資本成本將降低。例如，如果野生型菌株能夠耐受20g/L 丁醇和相應(yīng)的基因改善或基因強(qiáng)化的微生物耐受40g/ L 丁醇，則在下游回收和純化設(shè)備中處理的發(fā)酵器的發(fā)酵肉湯體積中的水負(fù)荷量降低一半。 在該實(shí)例中，在發(fā)酵肉湯中產(chǎn)物濃度的加倍幾乎將在回收單元操作中回收和處理的水量減半。大量的較小價(jià)值組分也影響生物燃料生產(chǎn)的操作和資本成本。能夠影響發(fā)酵的示例性因素包括但不限于化學(xué)添加劑，PH控制、表面活性劑和污染是所述因素中的一些，但是許多另外的因素也能夠影響發(fā)酵產(chǎn)物成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了從稀水溶液諸如發(fā)酵肉湯回收C3-C6醇的方法、相關(guān)體系以及方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了從包含微生物、氣體和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基回收C3-C6醇的方法，包括從所述發(fā)酵培養(yǎng)基除去至少部分所述氣體；將所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度，或者將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度；從所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基形成C3-C6醇富集液相和水富集液相；以及使所述C3-C6醇富集相與所述水富集相分離。所述方法還可包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇和氣體；以及將至少部分水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基中。所述方法還可包括將包含多糖和至少一種其它化合物的原料水解以產(chǎn)生可發(fā)酵的水解產(chǎn)物；使至少部分可發(fā)酵的水解產(chǎn)物在發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵以產(chǎn)生C3-C6醇和氣體， 其中所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包含至少一種不發(fā)酵的化合物；以及使所述至少一種不發(fā)酵的化合物與所述發(fā)酵培養(yǎng)基、或者與所述水富集相或者與所述發(fā)酵培養(yǎng)基和水富集相分離。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了由在包含微生物、氣體和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基中的C3-C6醇產(chǎn)生產(chǎn)物的方法，包括從所述發(fā)酵培養(yǎng)基除去至少部分所述氣體；從所述發(fā)酵培養(yǎng)基蒸餾包含水和C3-C6醇的蒸氣相；使蒸氣相中的所述C3-C6醇反應(yīng)以形成產(chǎn)物。所述方法還包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇和氣體；以及將至少部分水富集液相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基中；其中提高所述C3-C6醇的活度或者降低水的活度的步驟還包括蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以產(chǎn)生液相和包含水和C3-C6醇的蒸氣相。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了從包含第一含量的C3-C6醇和氣體的稀水溶液回收C3-C6醇的方法，包括從所述稀水溶液除去至少部分所述氣體；蒸餾部分稀水溶液以得到包含C3-C6醇和水的蒸氣相，其中所述蒸氣相包含來自所述部分稀水溶液的第一含量的C3-C6醇，所述第一含量的C3-C6醇按重量計(jì)在約和約45%之間；以及凝結(jié)所述蒸氣相。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置以產(chǎn)生C3-C6醇的方法，所述改造的乙醇生產(chǎn)裝置包括預(yù)處理單元、多重發(fā)酵單元和發(fā)酵醪蒸餾器，所述方法包括在所述預(yù)處理單元中預(yù)處理原料以形成可發(fā)酵糖；在第一發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；從所述發(fā)酵培養(yǎng)基除去至少部分所述氣體；處理包含所述C3-C6醇的部分發(fā)酵培養(yǎng)基以除去部分C3-C6醇；將處理過的部分發(fā)酵培養(yǎng)基返至所述第一發(fā)酵單元中；以及將所述發(fā)酵培養(yǎng)基從所述第一發(fā)酵單元轉(zhuǎn)移至所述發(fā)酵醪蒸餾器中。在一些實(shí)施方案中，所述氣體中的一種為二氧化碳且在各個(gè)實(shí)施方案中，至少約 30 %、至少約35 %、至少約40 %、至少約45 %、至少約50 %、至少約55 %、至少約60 %、至少約65 %、至少約70 %、至少約75 %、至少約80 %、至少約85 %、至少約90 %或者至少約95 % 的二氧化碳在從稀水溶液或者發(fā)酵肉湯除去至少部分氣體的步驟中除去。所述方法還可在除去步驟中包括選自加熱、降低壓力至低于大氣壓、吸附以及它們的組合的步驟。所述方法還可在除去步驟中包括降低壓力至約Ipsia和約IOpsia之間的壓力，或者降低壓力至約2psia至約5psia之間的壓力。所述方法還可包括將所述除去的二氧化碳引導(dǎo)至發(fā)酵單元用于pH控制，排出二氧化碳或者它們的組合。所述方法還可包括處理所述氣體以除去所述C3-C6醇和排出所述氣體。所述方法還可包括從所述發(fā)酵培養(yǎng)基或者稀水溶液中除去至少一種雜質(zhì)。所述雜質(zhì)可包括乙醇、乙酸、丙醇、苯基乙醇或者異戊醇。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了提高C3-C6醇在水溶液中的濃度的方法，包括將包含所述C3-C6醇的水溶液的第一流體引入至容器；使包含所述C3-C6醇的所述水溶液的第一流體經(jīng)歷減壓以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣；使包含所述C3-C6醇的所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸以形成包含C3-C6醇的凝結(jié)蒸氣的凝結(jié)物，其中C3-C6醇在凝結(jié)物中的濃度大于C3-C6醇在所述水溶液的第一流體中的濃度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了從包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基回收 C3-C6醇的方法，包括將C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣，或者將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣；通過使包含所述C3-C6醇的所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸來凝結(jié)所述C3-C6醇蒸氣；從所述凝結(jié)蒸氣形成C3-C6醇富集液相和水富集液相；以及使所述C3-C6醇富集相與所述水富集相分離。所述方法還可包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；以及將至少部分水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基中。所述方法還可包括將包含多糖和至少一種其它化合物的原料水解以產(chǎn)生可發(fā)酵的水解產(chǎn)物；使至少部分可發(fā)酵的水解產(chǎn)物在發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵以產(chǎn)生C3-C6醇，其中所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包含至少一種不發(fā)酵的化合物；以及使至少一種不發(fā)酵的化合物與所述發(fā)酵培養(yǎng)基、或者與所述水富集相或者與所述發(fā)酵培養(yǎng)基和水富集相分離。
本發(fā)明提供了產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生 C3-C6醇；提高所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度；蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以形成液相和包含水和C3-C6醇的蒸氣相；通過使蒸氣相與包含所述C3-C6醇的溶液接觸來凝結(jié)所述蒸氣相；以及將所述液相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了從包含第一含量的C3-C6醇的稀水溶液回收 C3-C6醇的方法，包括蒸餾部分稀水溶液以形成包含所述C3-C6醇和水的蒸氣相，其中所述蒸氣相包含來自所述部分稀水溶液的第一含量的C3-C6醇，所述第一含量的C3-C6醇按重量計(jì)在約和約45%之間；以及通過使蒸氣相與包含所述C3-C6醇的溶液接觸來凝結(jié)所述蒸氣相。所述方法還可包括將包含所述C3-C6醇的所述溶液噴霧至包含所述C3-C6醇的所述蒸氣。在所述方法的一些實(shí)施方案中，包含所述C3-C6醇的所述溶液包含C3-C6醇的凝結(jié)物。在所述方法的一些實(shí)施方案中，在與所述C3-C6醇蒸氣接觸之前將所述凝結(jié)物冷卻。在所述方法的其它實(shí)施方案中，形成所述蒸氣或者蒸氣相的步驟以及凝結(jié)所述蒸氣或者蒸氣相的步驟在單一容器中進(jìn)行。在所述方法的其它實(shí)施方案中，所述容器包括限定含有第一流體的部分和含有第二流體的部分的堰，其中所述含有第一流體的部分適于容納所述水溶液或者包含微生物和 C3-C6醇的所述發(fā)酵培養(yǎng)基，且所述含有第二流體的部分適于容納所述凝結(jié)蒸氣。在一些實(shí)施方案中，所述含有第一流體的部分包含用于將所述水溶液或者包含微生物和C3-C6醇的所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)至所述含有第一流體的部分的管道以及用于將所述水溶液或者包含微生物和C3-C6醇的所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)出所述含有第一流體的部分的管道，其中在引導(dǎo)出所述含有第一流體的部分的所述水溶液或者所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的C3-C6醇的含量小于在引導(dǎo)至所述含有第一流體的部分的所述水溶液或者所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的C3-C6醇的含量。在其它實(shí)施方案中，所述含有第二流體的部分包含用于將所述凝結(jié)蒸氣引導(dǎo)出所述含有第二流體的部分的管道。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了用于提高C3-C6醇在水溶液中的濃度的閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器體系，包括容器；用于將包含所述C3-C6醇的水溶液的流體引入至所述容器的裝置；用于使包含所述C3-C6醇的所述水溶液的流體經(jīng)歷減壓以形成包含所述 C3-C6醇的蒸氣的裝置；用于使包含所述C3-C6醇的所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸以形成包含C3-C6醇的凝結(jié)蒸氣的凝結(jié)物的裝置，其中C3-C6醇在凝結(jié)物中的濃度大于C3-C6醇在所述水溶液的第一流體中的濃度。在一些實(shí)施方案中，所述容器包括由堰分開的兩個(gè)含有流體的隔室或者部分，其中所述堰在所述容器底部將所述隔室或者部分隔開。在一些實(shí)施方案中，所述用于使包含所述C3-C6醇的所述水溶液的流體經(jīng)歷減壓的裝置包括用于產(chǎn)生真空的裝置。在一些實(shí)施方案中，所述用于使包含所述C3-C6醇的所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸以形成凝結(jié)物的裝置包括噴嘴。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了從包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基回收 C3-C6醇的方法，包括將氣體引入至發(fā)酵培養(yǎng)基，其中將部分C3-C6醇轉(zhuǎn)移至所述氣體；將所述氣體從所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)至回收單元；以及從所述氣體回收所述C3-C6醇。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括將所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度，或者將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度；從所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基形成C3-C6醇富集液相和水富集液相；以及使所述C3-C6醇富集相與所述水富集相分離。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6 醇；以及將所述水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。在其它實(shí)施方案中，所述方法還包括將包含多糖和至少一種其它化合物的原料水解以產(chǎn)生可發(fā)酵的水解產(chǎn)物；使至少部分可發(fā)酵的水解產(chǎn)物在發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵以產(chǎn)生 C3-C6醇，其中所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包含至少一種不發(fā)酵的化合物；以及使所述至少一種不發(fā)酵的化合物與所述發(fā)酵培養(yǎng)基、或者與所述水富集相或者與所述發(fā)酵培養(yǎng)基和水富集相分離。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括蒸餾包含水和C3-C6醇的蒸氣相；以及使蒸氣相中的所述C3-C6醇反應(yīng)以形成產(chǎn)物。在其它實(shí)施方案中，所述方法還包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6 醇；提高所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度；蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以產(chǎn)生液相和包含水和C3-C6醇的蒸氣相；以及將所述液相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。在其它實(shí)施方案中，所述方法還包括將部分稀水溶液蒸餾為包含C3-C6醇和水的蒸氣相，其中所述蒸氣相包含來自所述部分稀水溶液的第一含量的C3-C6醇，所述第一含量的C3-C6醇按重量計(jì)在約和約45%之間；以及凝結(jié)所述蒸氣相。操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置以產(chǎn)生C3-C6醇的方法，所述改造的乙醇生產(chǎn)裝置包括預(yù)處理單元、多重發(fā)酵單元和發(fā)酵醪蒸餾器，所述方法包括在所述預(yù)處理單元中預(yù)處理原料以形成可發(fā)酵糖；在發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生 C3-C6醇；將氣體引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基，其中將部分C3-C6醇轉(zhuǎn)移至所述氣體；將所述氣體從所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)至回收單元；從所述氣體回收所述C3-C6醇；處理包含所述C3-C6 醇的部分發(fā)酵培養(yǎng)基以除去部分C3-C6醇；將處理過的部分發(fā)酵培養(yǎng)基返至所述發(fā)酵單元；以及將所述發(fā)酵培養(yǎng)基從所述發(fā)酵單元轉(zhuǎn)移至所述發(fā)酵醪蒸餾器。在一些實(shí)施方案中，至少約50 %、至少約60%、至少約70%、至少約80 %、至少約 85%、至少約90%或者至少約95%的所述C3-C6醇可從所述氣體回收。在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以使所述微生物生長；在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)所述微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；在培養(yǎng)步驟中從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述C3-C6醇；以及在產(chǎn)生C3-C6醇的步驟中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約20毫摩爾的氧氣的氧轉(zhuǎn)移率(OTR)引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。在一些實(shí)施方案中，所述引入步驟包括在產(chǎn)生C3-C6醇的步驟中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約10毫摩爾的氧氣的OTR引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基，以及在其它實(shí)施方案中，所述引入步驟還包括將包含氧氣的氣體以大于產(chǎn)生C3-C6醇所需的水平諸如在每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約0. 5和約5毫摩爾之間的氧氣的OTR引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。在一些實(shí)施方案中，從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述C3-C6醇的步驟包括以下步驟 將所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度，或者將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度；從所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基形成C3-C6醇富集液相和水富集液相；以及使所述C3-C6醇富集相與所述水富集相分離。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括以下步驟將所述水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵
培養(yǎng)基。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括以下步驟從所述發(fā)酵培養(yǎng)基蒸餾包含水和 C3-C6醇的蒸氣相；以及使蒸氣相中的所述C3-C6醇反應(yīng)以形成產(chǎn)物。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；在產(chǎn)生C3-C6醇的步驟中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約20毫摩爾的氧氣的氧轉(zhuǎn)移率(OTR)引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基；提高所述 C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度；蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以產(chǎn)生液相和包含水和 C3-C6醇的蒸氣相；以及將所述液相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置以產(chǎn)生C3-C6醇的方法，所述改造的乙醇生產(chǎn)裝置包括預(yù)處理單元、多重發(fā)酵單元和發(fā)酵醪蒸餾器，所述方法包括在所述預(yù)處理單元中預(yù)處理原料以形成可發(fā)酵糖；在第一發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以使所述微生物生長；在第一發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)所述微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；在產(chǎn)生C3-C6醇的步驟中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約20毫摩爾的氧氣的氧轉(zhuǎn)移率(OTR)引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基；處理包含所述C3-C6醇的部分發(fā)酵培養(yǎng)基以除去部分C3-C6醇；將處理過的部分發(fā)酵培養(yǎng)基返至所述發(fā)酵單元；以及將所述發(fā)酵培養(yǎng)基從所述發(fā)酵單元轉(zhuǎn)移至所述發(fā)酵醪蒸餾器。在所述方法的一些實(shí)施方案中，產(chǎn)生C3-C6醇的步驟為厭氧性的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了操作用于產(chǎn)生并回收C3-C6醇的過程的方法，所述操作包括在小于大氣壓操作的多重單元操作，所述方法包括以下步驟在第一單元操作中將蒸汽引入至第一噴射器以產(chǎn)生小于大氣壓的壓力；以及在第二單元操作中將蒸汽從所述第一噴射器引導(dǎo)至第二噴射器以產(chǎn)生小于大氣壓的壓力。在一些實(shí)施方案中，所述多重單元操作包括選自下述的單元操作水再生回收、第一有效蒸發(fā)器、第二有效蒸發(fā)器、發(fā)酵醪蒸餾器、側(cè)線氣提塔和整流器。在一些實(shí)施方案中，所述第一和第二單元操作是相同的以及在其它實(shí)施方案中， 所述第一和第二單元操作是不同的。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了將產(chǎn)生C3-C6醇的微生物培養(yǎng)成高細(xì)胞密度的方法，包括以下步驟使所述微生物在發(fā)酵培養(yǎng)基中生長并在所述生長步驟中從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述C3-C6醇；其中所述微生物達(dá)到范圍為從約每升5g至約每升150g干重的細(xì)胞密度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括以下步驟在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)產(chǎn)生所述C3-C6醇的微生物以產(chǎn)生C3-C6醇并從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述 C3-C6醇；其中所述C3-C6醇的產(chǎn)生為以每升每小時(shí)至少約Ig的速率。在一些實(shí)施方案中，所述C3-C6醇的產(chǎn)生為以每升每小時(shí)至少約2g的速率。在一些實(shí)施方案中，所述C3-C6醇為丁醇以及在其它實(shí)施方案中，所述C3-C6醇為異丁醇。在其它實(shí)施方案中，本發(fā)明還提供了在第一溫度(Tl)從稀水溶液回收C3-C6醇的方法，包括從所述稀水溶液蒸餾包含水和C3-C6醇的蒸氣相；將所述蒸氣相在第二溫度 (T2)用冷卻的水流凝結(jié)；控制蒸餾步驟的壓力、Tl和C3-C6醇滴定率以使得所述蒸氣相的溫度為第三溫度(T3)，其中T3和T2之間的差異為至少約1°C。在一些實(shí)施方案中，所述T3和T2之間的差異為至少約5°C，以及在其它實(shí)施方案中，所述T3和T2之間的差異為至少約10°C。在一些實(shí)施方案中，T2為小于約30°C。在其它實(shí)施方案中，所述冷卻的水流在第二溫度(1 通過蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生。在其它實(shí)施方案中，部分凝結(jié)蒸氣相用作為所述冷卻的水流。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括從所述凝結(jié)蒸氣相形成C3-C6醇富集液相和水富集液相。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括使所述C3-C6醇富集相與水富集相分離。在其它實(shí)施方案中，所述蒸氣相包含來自所述稀水溶液的按重量計(jì)約2%和約 40%之間的C3-C6醇。在一些實(shí)施方案中，所述蒸餾步驟為絕熱的以及在其它實(shí)施方案中，所述蒸餾步驟為等溫的。在一些實(shí)施方案中，所述稀水溶液包含含微生物的發(fā)酵培養(yǎng)基，所述方法還包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)所述微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；以及將所述水富集相引導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基。


圖1表示產(chǎn)生和回收異丁醇的本發(fā)明實(shí)施方案。圖2表示以對預(yù)處理過的玉米同時(shí)進(jìn)行糖化和發(fā)酵的方法從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生和回收丁醇的本發(fā)明實(shí)施方案。圖3表示使用氣體分離器(gas scalper)從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生并回收C3-C6醇的本發(fā)明實(shí)施方案。圖4表示閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元的實(shí)施方案。圖5表示使用閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生并回收C3-C6醇的本發(fā)明實(shí)施方案。圖6表示使用氣體氣提塔從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生并回收C3-C6醇的本發(fā)明實(shí)施方案。圖7表示使用通氣(aeration)從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生并回收C3-C6醇的本發(fā)明實(shí)施方案。
圖8表示使用閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元和氣體分離器從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生并回收 C3-C6醇的本發(fā)明實(shí)施方案。圖9表示使用閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元和氣體氣提塔從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生并回收 C3-C6醇的本發(fā)明實(shí)施方案。圖10提供了在發(fā)酵器中的異丁醇液滴定率(實(shí)心標(biāo)記)與在閃蒸罐后所述液中的剩余異丁醇滴定率(空心標(biāo)記)的比較。圖11顯示了在10，000升生產(chǎn)發(fā)酵器中的以g/L和加侖計(jì)的有效異丁醇滴定率以及容積生產(chǎn)率。異丁醇由以90%理論產(chǎn)率的消耗的葡萄糖的量來計(jì)算。圖12表示用于通過使用兩個(gè)柱體系蒸餾來純化異丁醇的工藝流程。圖13表示使用閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元、氣體分離器和三泵回路(three pump loop)從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生并回收C3-C6醇的本發(fā)明實(shí)施方案。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明描述了從稀水溶液諸如發(fā)酵肉湯回收C3-C6醇的方法、相關(guān)體系以及方法。相關(guān)方法包括例如在稀水溶液中的C3-C6醇產(chǎn)生產(chǎn)物的方法。本申請使用的術(shù)語C3-C6 醇是指含三個(gè)、四個(gè)、五個(gè)或者六個(gè)碳原子的醇，包括其所有的異構(gòu)體，和前述任何醇的混合物。因此，所述C3-C6醇可以選自丙醇、丁醇、戊醇和己醇。更具體地，C3醇可為1-丙醇或者2-丙醇；C4醇可為1- 丁醇、2- 丁醇、叔丁醇O-甲基-2-丙醇)或者異丁醇O-甲基-1-丙醇)；C5醇可為1-戊醇、2-戊醇、3-戊醇、2-甲基-1-丁醇、3-甲基丁醇、2-甲基-2-丁醇、3-甲基-2-丁醇或者2，2-二甲基-1-丙醇；以及C6醇可為1-己醇、2-己醇、3-己醇、2-甲基-1-戊醇、3-甲基-1-戊醇、4-甲基-1-戊醇、2-甲基-2-戊醇、3-甲基-2-戊醇、4-甲基-2-戊醇、2-甲基-3-戊醇、3-甲基-3-戊醇、3，3_ 二甲基-1-丁醇、2， 2-二甲基-1-丁醇、2，3-二甲基-1-丁醇、2，3-二甲基-2-丁醇、3，3-二甲基-2-丁醇或者 2-乙基-1-丁醇。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，C3-C6醇為異丁醇O-甲基-1-丙醇)。在一些實(shí)施方案中，在稀水溶液中C3-C6醇對水的比率小于約10/90 (w/w)、小于約9/91 (w/w)、小于約 8/92 (w/w)、小于約 7/93 (w/w)、小于約 6/94 (w/w)、小于約 5/95 (w/w)、小于約 4/96 (w/w)、 小于約 3/94 (w/w)、小于約 2. 5/97. 5 (w/w)、小于約 2/98 (w/w)、小于約 1. 5/98. 5 (w/w)、小于約l/99(w/w)或者小于約0. 5/99. 5 (w/w)。本申請使用的“稀”水溶液是指所含的C3-C6醇的濃度低于所述C3-C6醇在所述溶液中的溶解度極限的溶液。濃度可以用許多不同的單位表示，例如重量或者體積百分?jǐn)?shù)、摩爾濃度、質(zhì)量摩爾濃度或者醇/水的w/w或者ν/ν比率。 然而，除非另外指明，本申請的濃度表示為重量百分?jǐn)?shù)。在包含至少一種另外的化合物(例如溶質(zhì)、溶劑、吸附劑等)的流體的情況下，本申請使用的醇重量濃度如下計(jì)算100乘以該流體中的醇重量除以在該流體中醇和水的重量之和。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法包括以下步驟在回收C3-C6醇或者由C3-C6醇生產(chǎn)產(chǎn)物之前從發(fā)酵肉湯或者稀水溶液進(jìn)行氣體分離(或者除去氣體)。氣體分離用于除去CO2和其它氣體。存在于發(fā)酵肉湯或者稀水溶液中的所述氣體可包括存在于空氣中或者在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的任何氣體。所述氣體的實(shí)例包括但不限于二氧化碳、氧氣和氮?dú)?。氣體的除去可通過采用任何已知方法來完成。例如，所述氣體可通過加熱、施用減壓并抽出 (pulling)部分真空、加入適當(dāng)?shù)奈絼┮晕剿鰵怏w或者這些方法的組合來除去。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，氣體分離在包含C3-C6醇的流體中在如下討論的將流體引入至閃蒸罐、 蒸餾操作或者涉及揮發(fā)所述醇的任何隨后處理之前進(jìn)行。在所述隨后處理之前的氣體分離慮及許多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)通過使用閃蒸罐、蒸餾操作或者其它類似處理將醇從流體回收時(shí)，如果所述流體也包括一種或者多種氣體諸如二氧化碳，則在所述流體中的任何氣體將很好揮發(fā)并成為部分的所述蒸氣。氣體連同所述醇的揮發(fā)具有顯著缺點(diǎn)，即增加包含所述醇的蒸氣的容積。對于處理較大容積和相關(guān)能量成本的儀器和方法需求顯著地增加所述操作的成本。相反地，通過在揮發(fā)所述醇之前選擇性除去所述氣體，含有所述醇的蒸氣的容積較小且可更有效地處理。例如，在如下討論的實(shí)施方案中，其中通過使用連續(xù)的流體噴射器在閃蒸罐抽出深真空(de印vacuum)，經(jīng)噴射器噴出的在閃蒸罐中的不可壓縮的氣體種類的容積由先前的氣體分離而大大降低。氣體分離可在本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施方案諸如下述實(shí)施方案中使用。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括從所述C3-C6醇的稀水溶液諸如包含微生物、氣體和C3-C6醇的發(fā)酵肉湯回收C3-C6醇的方法。所述方法包括從所述水溶液除去至少部分所述氣體以及將所述C3-C6醇在部分水溶液中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度，或者類似地，將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度。所述方法還包括從所述部分水溶液形成 C3-C6醇富集液相和水富集液相，以及使所述C3-C6醇富集相與所述水富集相分離。該實(shí)施方案還可包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇和氣體，將至少部分水富集相引導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基中，以及任選地，蒸餾部分發(fā)酵培養(yǎng)基以產(chǎn)生液相和包含水和C3-C6醇的蒸氣相。應(yīng)該認(rèn)識到提及將至少部分水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基中，可表示將所述水富集相本身引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基中或者更通常地，處理所述水富集相例如以由其回收更多的醇然后將一些剩余部分水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。例如，相比于所述發(fā)酵培養(yǎng)基，如果所述水富集相具有更高的醇的濃度，則將其引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基是不太可能有益的。典型地，在所述情況下，在將部分水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基之前，所述水富集餾分將進(jìn)一步在諸如發(fā)酵醪蒸餾器中加工以回收更多的醇?？商鎿Q地，該實(shí)施方案可包括將包含多糖和至少一種其它化合物的原料水解以產(chǎn)生可發(fā)酵的水解產(chǎn)物；使至少部分可發(fā)酵的水解產(chǎn)物在發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵以產(chǎn)生C3-C6醇和氣體，其中所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包含至少一種不發(fā)酵的化合物；以及使所述不發(fā)酵的化合物與所述發(fā)酵培養(yǎng)基、或者與所述水富集相或者與所述發(fā)酵培養(yǎng)基和水富集相分離。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了由在包含微生物、氣體和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基中的C3-C6醇產(chǎn)生產(chǎn)物的方法。所述方法包括從所述發(fā)酵培養(yǎng)基除去至少部分所述氣體；從所述發(fā)酵培養(yǎng)基蒸餾包含水和C3-C6醇的蒸氣相；以及使蒸氣相中的所述C3-C6醇反應(yīng)以形成產(chǎn)物。在另外的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了從包含第一含量的C3-C6醇和氣體的稀水溶液中回收所述C3-C6醇的方法。所述方法包括從所述稀水溶液除去至少部分所述氣體以及蒸餾部分稀水溶液以得到包含C3-C6醇和水的蒸氣相，其中所述蒸氣相包含來自所述部分稀水溶液的第一含量的C3-C6醇，所述第一含量的C3-C6醇按重量計(jì)在約和約45%之間；以及凝結(jié)所述蒸氣相。在各個(gè)可替換的實(shí)施方案中，所述蒸氣相可包含存在于所述部分稀水溶液中的按重量計(jì)約2%和約40%之間的所述C3-C6醇、按重量計(jì)約3%和按重量計(jì)約35%之間的所述C3-C6醇以及按重量計(jì)約4%和按重量計(jì)約30%之間的所述C3-C6醇以及按重量計(jì)約5%和按重量計(jì)約25%之間的所述C3-C6醇。通過控制或者限制醇在蒸餾為所述蒸氣相的所述溶液中的量，實(shí)現(xiàn)了許多重要的優(yōu)點(diǎn)，例如在WO 2009/086391A2中討論，將其的全部內(nèi)容引入本申請作為參考。涉及氣體分離的另外的實(shí)施方案為操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置以產(chǎn)生C3-C6醇的方法，所述改造的乙醇生產(chǎn)裝置包括預(yù)處理單元、多重發(fā)酵單元和發(fā)酵醪蒸餾器。所述方法包括在所述預(yù)處理單元中預(yù)處理原料以形成可發(fā)酵糖以及在第一發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖和氣體的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇。所述得到還可包括從所述發(fā)酵培養(yǎng)基除去至少部分所述氣體，處理包含所述C3-C6醇的部分發(fā)酵培養(yǎng)基以除去部分 C3-C6醇，將處理過的部分發(fā)酵培養(yǎng)基返至所述第一發(fā)酵單元，以及將所述發(fā)酵培養(yǎng)基從所述第一發(fā)酵單元轉(zhuǎn)移至所述發(fā)酵醪蒸餾器。在其中使用所述氣體分離的本發(fā)明實(shí)施方案中，盡管可存在如上所述的其它氣體，但是二氧化碳為首要考慮的，這是因?yàn)槠錇榈湫偷卦谒霭l(fā)酵肉湯中溶解的氣體的最大組成部分。因此，在各個(gè)實(shí)施方案中，至少約30%、至少約35%、至少約40%、至少約 45 %、至少約50 %、至少約55 %、至少約60 %、至少約65 %、至少約70 %、至少約75 %、至少約80%、至少約85%、至少約90%或者至少約95%的二氧化碳在從稀水溶液或者發(fā)酵肉湯除去至少部分氣體的步驟中除去。如上所述，氣體除去(或者分離)可通過任何適當(dāng)?shù)姆椒▉硗瓿?，諸如加熱所述水流以揮發(fā)所述氣體、降低對流體的壓力為低于大氣壓以揮發(fā)所述氣體、從所述水流吸附所述氣體以及它們的組合。在其中所述除去步驟包括加熱所述水流以揮發(fā)所述氣體的實(shí)施方案中，適當(dāng)?shù)膿]發(fā)溫度取決于對所述流體的壓力，以及待除去的具體的一種或者多種氣體和使所述醇保留在溶液中而不揮發(fā)的溫度。更具體地，適當(dāng)?shù)臏囟瓤蔀榧s20°c和約95°C之間、約25°C和約55°C之間或者約30°C和約50°C之間。在其中所述除去步驟包括降低壓力以揮發(fā)所述氣體的實(shí)施方案中，所述壓力可降低為約Ipsia和約IOpsia之間、約Ipsia和約8psia之間、約3psia和約IOpsia之間或者約2psia和約5psia之間的壓力。一旦除去，所述分離的氣體(包含二氧化碳或者其它氣體)可被排除或者整合至總體過程。例如，在其中所述氣體為二氧化碳或者包括二氧化碳的情況下，所述二氧化碳可引導(dǎo)至發(fā)酵單元用于PH控制?？商鎿Q地，可壓縮二氧化碳以制備干冰。此外，所述除去的氣體也可包括連同所述氣體揮發(fā)的一定量的C3-C6醇，即使大部分C3-C6醇意在保留在所述水流中。在所述情況下，可處理所述除去的氣體以從所述氣體除去所述C3-C6醇。例如， 可通過使用水洗塔、增壓和凝結(jié)或者吸附(例如用炭吸附)來回收C3-C6醇。所述發(fā)酵肉湯或者稀水溶液除了含有C3-C6醇以及一種或者多種氣體之外，還可含有其它雜質(zhì)。因此，在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括從所述發(fā)酵培養(yǎng)基或者稀水溶液中除去至少一種雜質(zhì)。術(shù)語“雜質(zhì)”是指除了水和待純化的醇以外的任何化合物。術(shù)語雜質(zhì)包括發(fā)酵方法的任何量或者不希望的量的任何副產(chǎn)物或者共生物，即，與醇的生產(chǎn)相關(guān)， 除醇以外的產(chǎn)物。在一些實(shí)施方案中，所述雜質(zhì)可選自乙醇、乙酸、丙醇、苯基乙醇、異戊醇或者這些雜質(zhì)的組合。除去雜質(zhì)可通過任何適當(dāng)?shù)姆椒▉硗瓿?，諸如加熱所述水流以揮發(fā)所述雜質(zhì)、降低對流體的壓力至低于大氣壓以揮發(fā)所述雜質(zhì)或者這些方法的組合。在其中所述除去步驟包括加熱所述水流以揮發(fā)所述雜質(zhì)的實(shí)施方案中，適當(dāng)?shù)膿]發(fā)溫度取決于對所述流體的壓力，以及待除去的具體的一種或者多種雜質(zhì)以及使所述醇保留在溶液中而不揮發(fā)的溫度。更具體地，適當(dāng)?shù)臏囟瓤蔀榧s20°C和約95°C之間、約25°C和約55°C之間或者約30°C和約50°C之間。在其中所述除去步驟包括降低壓力以揮發(fā)所述雜質(zhì)的實(shí)施方案中，所述壓力可降低至約Ipsia和約IOpsia之間、約Ipsia和約8psia之間、約3psia和約 IOpsia之間或者約2psia和約5psia之間的壓力。本申請?zhí)峒暗募兓蛘叱ルs質(zhì)是指增加產(chǎn)物和另外的化合物(除了水)之間的比率。除去雜質(zhì)在提高醇的活度、降低水的活度或者蒸餾回收的所述醇之前有益地發(fā)生。除去所述雜質(zhì)可在其中除去所述氣體的相同的操作過程中或者在所述操作之后進(jìn)行。 在使用提高的溫度、減壓或者它們的組合的情況下，典型地首先除去氣體諸如二氧化碳和氮?dú)?。取決于所述雜質(zhì)和醇產(chǎn)物的相對揮發(fā)度，接下來除去所述雜質(zhì)，即在所述氣體排出之后但在任何顯著除去所述C3-C6醇發(fā)生之前進(jìn)行。相對揮發(fā)度為活度系數(shù)、分子濃度和蒸氣壓力飽和度的函數(shù)。可在該步驟中，一些C3-C6醇連同雜質(zhì)一起消失。然而，可能的是從該流體回收所述C3-C6醇。在隨后處理回收的醇產(chǎn)物之前除去雜質(zhì)慮及許多優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)通過使用閃蒸罐、蒸餾操作或者其它類似的處理來將醇從流體回收時(shí)，如果所述流體也包括與所述醇蒸發(fā)的可揮發(fā)雜質(zhì)諸如乙酸，則在所述流體中的任何所述雜質(zhì)將很好地?fù)]發(fā)并成為部分所述蒸氣。連同所述醇的雜質(zhì)的揮發(fā)具有增加包含所述醇的蒸氣的容積的顯著缺點(diǎn)。對于處理較大容積和相關(guān)能量成本的儀器和方法需求顯著地增加所述操作的成本。相反地，通過在揮發(fā)所述醇之前選擇性除去所述雜質(zhì)，含有所述醇的蒸氣的容積較小且可更有效地處理。參看圖3，顯示了示例說明使用分離的本發(fā)明實(shí)施方案。發(fā)酵在發(fā)酵器60中進(jìn)行。 發(fā)酵器60中的發(fā)酵肉湯包括C3-C6醇產(chǎn)物以及其它發(fā)酵培養(yǎng)基組分。在發(fā)酵過程中，包含微生物的發(fā)酵肉湯的流體從所述發(fā)酵器60經(jīng)62引導(dǎo)至分離罐70。分離器可在約1至約 IOpsia的壓力操作。在這些條件下，首要的是當(dāng)所述C3-C6醇保留在發(fā)酵肉湯中時(shí)，溶解的氣體從所述發(fā)酵肉湯除去。由于所述溶解的氣體在閃蒸(flash)之前除去，它們不構(gòu)成閃蒸氣流量(flash vapor traffic)的一部分且因此不用C3-C6醇回收體系進(jìn)行處理。從所述分離罐除去氣體通過由真空泵72抽出部分真空經(jīng)68傳遞至排出流體80來完成。繁殖罐74將原始培養(yǎng)物經(jīng)64引導(dǎo)至發(fā)酵器60。在分離罐從所述發(fā)酵肉湯除去氣體后，再將所述發(fā)酵肉湯經(jīng)66引導(dǎo)至閃蒸罐78以用于蒸餾。所述發(fā)酵熱量可部分提供在閃蒸體系中發(fā)酵所需的熱量。所述閃蒸罐78保持在低于大氣壓的環(huán)境由此在將脫氣的發(fā)酵肉湯引入閃蒸罐78時(shí)，部分發(fā)酵肉湯得到蒸發(fā)。所述部分蒸發(fā)的發(fā)酵肉湯僅包括在發(fā)酵肉湯中的部分醇以及水蒸氣。在閃蒸罐78中蒸餾后，未蒸餾的剩余部分發(fā)酵肉湯經(jīng)94和泵96返至發(fā)酵器60。返至發(fā)酵器的所述發(fā)酵肉湯目前部分耗盡所述醇。在閃蒸罐78中蒸發(fā)的部分發(fā)酵肉湯作為蒸氣經(jīng)82引導(dǎo)至蒸氣凝結(jié)器84。在將混合醇和水蒸氣凝結(jié)后，所述凝結(jié)溶液經(jīng) 86引導(dǎo)至液-液分離器88。然后進(jìn)一步將未凝結(jié)的剩余蒸氣經(jīng)90和92引導(dǎo)至出口。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法涉及提高C3-C6醇在水溶液中的濃度、從發(fā)酵培養(yǎng)基或者稀水溶液回收C3-C6醇或者產(chǎn)生C3-C6醇，所述產(chǎn)生C3-C6醇包括形成含有 C3-C6醇的蒸氣相以及使所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸以凝結(jié)所述蒸氣相。所述方法的顯著優(yōu)點(diǎn)為通過使蒸氣與凝結(jié)溶液(與在殼管式凝結(jié)器中間接接觸相比)直接接觸，所述蒸氣和凝結(jié)溶液之間的溫度差異可為相對小的且仍然有效地凝結(jié)所述蒸氣。因此，用于冷卻所述凝結(jié)溶液的能量需求較小，這導(dǎo)致更多的能量有效方法。所述方法的另外的顯著優(yōu)點(diǎn)(特別是當(dāng)所述凝結(jié)溶液的C3-C6醇含量與凝結(jié)時(shí)所述蒸氣的含量大致相同時(shí)) 為所述凝結(jié)溶液和凝結(jié)蒸氣可混合而不顯著降低二者中任一個(gè)的醇含量。在這些實(shí)施方案中，所述水溶液可經(jīng)歷減壓和/或者升高的溫度以揮發(fā)所述醇并形成蒸氣。例如，所述水溶液可在引導(dǎo)至閃蒸罐之前例如通過采用熱交換器進(jìn)行加熱，或者可在閃蒸罐內(nèi)例如通過采用加熱線圈進(jìn)行加熱。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了提高C3-C6醇在水溶液中的濃度的方法。 該方法包括將包含所述C3-C6醇的水溶液的第一流體引入至容器；使所述第一流體經(jīng)歷減壓以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣；使所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸以形成凝結(jié)物，其中C3-C6醇在凝結(jié)物中的濃度大于C3-C6醇在所述水溶液的第一流體中的濃度。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了從包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基回收 C3-C6醇的方法。該方法包括將C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述 C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣，或者將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣。通過使包含所述C3-C6醇的所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸來凝結(jié)所述C3-C6醇蒸氣。從所述凝結(jié)蒸氣形成C3-C6醇富集液相和水富集液相，且所述方法進(jìn)一步包括使所述C3-C6醇富集相與所述水富集相分離。該方法可進(jìn)一步包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；以及將至少部分水富集相引導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基。慮及涉及發(fā)酵過程的其它實(shí)施方案，諸如進(jìn)一步包括水解含有多糖的原料的步驟的實(shí)施方案，其在本申請其它部分有述。在另外的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了通過在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物產(chǎn)生C3-C6 醇的方法。該方法進(jìn)一步包括提高C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度以及蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以形成包含水和C3-C6醇的蒸氣相以及液相。所述蒸氣相通過使其與含有 C3-C6醇的溶液接觸、并將所述液相弓I導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基來凝結(jié)。包括使蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸以凝結(jié)所述蒸氣相的另外的實(shí)施方案為從含有第一含量的C3-C6醇的稀水溶液回收C3-C6醇的方法，其通過蒸餾部分稀水溶液以形成C3-C6醇和水的蒸氣相來完成，其中所述蒸氣相包含來自所述部分稀水溶液的第一含量的C3-C6醇，所述第一含量的C3-C6醇按重量計(jì)在約和約45%之間。該方法進(jìn)一步包括通過與含有C3-C6醇的溶液接觸來凝結(jié)所述蒸氣相。在包括形成含有C3-C6醇的蒸氣相以及使所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸的本發(fā)明的實(shí)施方案中，所述接觸步驟可包括將含有C3-C6醇的溶液噴霧至含有C3-C6 醇的所述蒸氣。在其它實(shí)施方案中，含有C3-C6醇的所述溶液可為來自所述蒸氣相的C3-C6 醇的凝結(jié)物或者可包括所述凝結(jié)物。也就是說，當(dāng)所述蒸氣凝結(jié)以形成溶液時(shí)，所述溶液部分可用作為包含C3-C6醇的所述溶液以凝結(jié)額外的蒸氣。按照該方式，C3-C6醇在所述溶液中的濃度以及在凝結(jié)蒸氣中的濃度如果不相同則為相似的且無需考慮到降低C3-C6醇的濃度。在其中使所述蒸氣與含有C3-C6醇的溶液接觸的實(shí)施方案中，所述溶液包括來自所述蒸氣相的C3-C6醇的凝結(jié)物，所述溶液可在與所述C3-C6醇蒸氣接觸之前冷卻。可使用任何常規(guī)冷卻方法冷卻所述凝結(jié)物，例如，使用熱交換器。可使用諸如冷凍或者如下討論的蒸發(fā)冷卻的方法冷卻在所述熱交換器中使用的任何冷卻流體。形成所述蒸氣或者蒸氣相的步驟以及凝結(jié)所述蒸氣或者蒸氣相的步驟在單一容器中進(jìn)行。所述容器可包括限定含有第一和第二流體的所述容器部分的堰(在所述容器底部分隔隔室或者部分的局部屏障)。所述兩個(gè)含有流體的隔室或者部分在所述容器頂部打開且彼此相通，這保持了流體的分開而允許蒸氣的移動(dòng)。在該實(shí)施方案中，所述含有第一流體的部分將容納所述水溶液或者包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基，以及所述含有第二流體的部分將容納所述凝結(jié)蒸氣。在一些實(shí)施方案中，所述含有第一流體的容器部分包括用于將所述水溶液或者包含微生物和C3-C6醇的所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)至所述含有第一流體的部分的管道以及用于將所述水溶液或者包含微生物和C3-C6醇的所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)出所述含有第一流體的部分的管道。在引導(dǎo)出所述含有第一流體的部分的所述水溶液或者所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的 C3-C6醇的含量小于在引導(dǎo)至所述含有第一流體的部分的所述水溶液或者所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的C3-C6醇的含量。在其它實(shí)施方案中，所述含有第二流體的部分包括用于將所述凝結(jié)蒸氣引導(dǎo)出所述含有第二流體的部分的管道。包括形成含有C3-C6醇的蒸氣相以及使所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸以凝結(jié)所述蒸氣相的本發(fā)明另外的實(shí)施方案為在第一溫度(Tl)從稀水溶液回收C3-C6醇的方法，其包括從所述稀水溶液蒸餾包含水和C3-C6醇的蒸氣相。所述方法還包括將所述蒸氣相在第二溫度0 用冷卻的水流凝結(jié)以及控制蒸餾步驟的壓力、Tl和C3-C6醇滴定率以使得所述蒸氣相的溫度為第三溫度(T3)，其中T3和T2之間的差異為至少約1°C。在該方法的一些實(shí)施方案中，所述T3和T2之間的差異為至少約2°C、約3°C、約4°C、約5°C、 約 6°C、約 7°C、約 8°C、約 9°C、約 10°C、約 11°C、約 12°C、約 13°C、約 14°C或者約 15°C。在其它實(shí)施方案中，T2為小于約30 V、約四V、約觀°C、約27 °C、約沈°C、約25 °C、約M V、約 23°C、約 22°C、約 21°C、約 20°C。在該方法的其它實(shí)施方案中，所述冷卻的水流在第二溫度(1 通過蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生。本申請?zhí)峒巴ㄟ^蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生是指所討論的流體溫度已經(jīng)由蒸發(fā)冷卻過程改變或者受到影響。例如，在該實(shí)施方案中，所述通過蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生的冷卻的水流可指作例如通過熱交換器冷卻的流體，其中冷卻所述冷卻的水流的流體本身通過蒸發(fā)冷卻進(jìn)行冷卻。蒸發(fā)冷卻是指通過采用部分液體蒸發(fā)的潛熱來降低流體的溫度。該方法的顯著優(yōu)點(diǎn)通過使用由蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生的冷卻的水流來完成。更具體地，蒸發(fā)冷卻的用途(相對于例如使用壓縮機(jī)的冷卻器進(jìn)行冷卻)是蒸發(fā)冷卻為顯著地更加能量有效的(more energy efficient)。通過控制蒸餾步驟的壓力、Tl和C3-C6醇滴定率以至于所述蒸氣相的溫度為使得所述蒸氣相可與通過蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生的所述冷卻的水流在T2凝結(jié)的溫度，所述方法相比于當(dāng)所述冷卻的水流通過更加能量密集方法(more energy intensive process)產(chǎn)生時(shí)來說更加能量有效的。在該方法的其它實(shí)施方案中，部分凝結(jié)蒸氣相可用作為所述冷卻的水流。此外，該方法還可包括回收步驟。具體地，C3-C6醇富集液相和水富集液相可從所述凝結(jié)蒸氣相形成。然后可分離所述C3-C6醇富集相和水富集相。而且，所述蒸餾步驟可為絕熱的或者等溫的。此外，在一些實(shí)施方案中，所述蒸氣相包含來自所述稀水溶液的按重量計(jì)約2%和約 40%之間的C3-C6醇，特別是在絕熱蒸餾的情況下。此外，在其它實(shí)施方案中，所述蒸氣相包含來自所述稀水溶液的按重量計(jì)約2%和按重量計(jì)約90%之間的C3-C6醇，特別是在等溫蒸餾的情況下。所述稀水溶液可為包含微生物的發(fā)酵培養(yǎng)基，且所述方法可包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)所述微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；以及將所述水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。本發(fā)明的另外實(shí)施方案包括具有作為蒸氣的閃蒸罐和直接接觸凝結(jié)器的雙重功能的體系，其在提高C3-C6醇在水溶液中的濃度中起作用。所述體系包括容器。這些功能的組合允許形成足以閃蒸含有C3-C6醇的流體并回收醇的深真空而降低資本和操作成本。為了確保與分開的閃蒸罐和直接接觸凝結(jié)器相似的壓降(pressure drop)，需要涉及顯著開支的相對大的連接管道。因此，由于避免對大的連接基礎(chǔ)設(shè)施的需求而減少資本。具體地， 用于提高C3-C6醇在水溶液中的濃度的閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器體系的一個(gè)實(shí)施方案包括容器；用于將包含所述C3-C6醇的水溶液的流體引入至所述容器的管道或者其它輸送工具；用于使包含所述C3-C6醇的所述水溶液的流體經(jīng)歷減壓以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣的管道或者其它輸送工具；用于使包含所述C3-C6醇的所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸以形成包含C3-C6醇的凝結(jié)蒸氣的凝結(jié)物的管道或者其它輸送工具，其中C3-C6 醇在凝結(jié)物中的濃度大于C3-C6醇在所述水溶液的第一流體中的濃度。閃蒸罐真空蒸發(fā)操作就真空壓降而言具有更少工程憂慮(engineering concerns)，這是因?yàn)殚W蒸罐充當(dāng)單級分離，在閃蒸罐上沒有影響體系的壓降的多級液體， 以及在整個(gè)閃蒸罐操作過程中的壓差可以非常低。可以適當(dāng)?shù)剡x擇對閃蒸罐中的蒸氣產(chǎn)生和管道體系的尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算，以實(shí)現(xiàn)低壓降。與蒸餾塔相比，在閃蒸罐中蒸餾C3-C6醇需要較小的真空度，因此，只要設(shè)備尺寸較小且結(jié)構(gòu)較簡單，閃蒸罐具有較低的操作成本和資本成本。在包括閃蒸含有C3-C6醇的溶液的步驟的本發(fā)明的任意實(shí)施方案中，所述閃蒸可絕熱或者等溫完成。如上所述，來自閃蒸操作的所述蒸氣相可包括來自稀水溶液的按重量計(jì)約2%和按重量計(jì)約40%的所述C3-C6醇，特別是在絕熱蒸餾的情況下。此外，在其它實(shí)施方案中，所述蒸氣相可包括來自稀水溶液的按重量計(jì)約2%和按重量計(jì)約90%的所述 C3-C6醇，特別是在等溫蒸餾的情況下。絕熱閃蒸的使用具有如下優(yōu)點(diǎn)用于進(jìn)行所述過程的裝置為簡單的且因此具有相對低的資本。然而，可在這些條件下除去的C3-C6醇的量相比于使用等溫方法的量而言在實(shí)際上受到限制。因此，為了滿足從所述發(fā)酵器除去醇的需求，絕熱操作的達(dá)到/來自閃蒸罐的流速(且因此所述發(fā)酵器的周轉(zhuǎn)率(turnover rate) 表示為1/hr)可顯著地大于等溫操作的閃蒸罐的流速。因此，閃蒸罐的等溫操作具有允許閃蒸罐和發(fā)酵器之間的較低流速的顯著優(yōu)點(diǎn)，這導(dǎo)致使用較小且更標(biāo)準(zhǔn)的裝置的能力。在包括閃蒸操作的本發(fā)明的實(shí)施方案中，所述周轉(zhuǎn)率可在約0.033/hr和約1/hr 之間或者約0. 125/hr和約0. 25/hr之間。在包括閃蒸操作且特別是等溫閃蒸操作的本發(fā)明實(shí)施方案中，所述周轉(zhuǎn)率可在約0. 033/hr和約0. 33/hr或者約0. 04/hr和約0. 25/hr之間。在包括閃蒸操作且特別是絕熱閃蒸操作的本發(fā)明實(shí)施方案中，所述周轉(zhuǎn)率可在約0. 25/ hr和約Ι/hr或者約0. 25/hr和約0. 5/hr之間。應(yīng)該認(rèn)識到通過這些周轉(zhuǎn)率表示的達(dá)到/ 來自閃蒸罐的流速取決于所述發(fā)酵器的容積。等溫閃蒸的另外優(yōu)點(diǎn)是由于其在恒溫操作，所述醇在所述蒸氣中的量大于在絕熱操作中的量(其中在閃蒸過程中溫度降低)。因此，當(dāng)所述蒸氣凝結(jié)時(shí)，所述凝結(jié)物在醇中更加富集且在所述醇回收時(shí)將處理較少的水。
閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元的實(shí)施方案在圖4中顯示。如圖顯示，所述單元包括含有兩個(gè)含有流體的隔室106、108或者部分的容器100，所述隔室或者部分由堰或者局部屏障分開，所述堰或者局部屏障在所述容器100底部隔開隔室106、108或者部分。因此， 兩個(gè)含有流體的隔室106、108或者部分在所述容器100頂部打開且彼此相通，這保持了流體分開而允許蒸氣移動(dòng)。所述閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元適于產(chǎn)生真空，諸如使用機(jī)械真空裝置或者噴射器真空裝置，以使得可揮發(fā)C3-C6醇。經(jīng)104和泵102左側(cè)部分或者含有第一流體的部分106適于容納含有C3-C6醇的稀水溶液。所述溶液可為含有微生物和所述C3-C6醇的發(fā)酵肉湯。由此，該部分可包括兩個(gè)管道，其中一個(gè)用于將稀水溶液的流體經(jīng) 104和泵102引入至該部分106，例如管道或者管，且另外一個(gè)用于在閃蒸和揮發(fā)所述C3-C6 醇后將所述溶液(部分耗盡醇)經(jīng)110和泵112引導(dǎo)出該部分。右側(cè)部分或者含有第二流體的部分108適于容納用于凝結(jié)蒸氣的包含所述C3-C6醇的溶液118。盡管該溶液可包含水或者任意C3-C6醇，在優(yōu)選的實(shí)施方案中其包含待產(chǎn)生和/或者回收的相同的C3-C6醇。 所述第二部分108也包括兩個(gè)管道，其中一個(gè)用于將包含所述C3-C6醇的所述溶液引入至該部分116且另一個(gè)用于將凝結(jié)蒸氣引導(dǎo)出該部分114，例如，達(dá)到液-液分離器111?？赏ㄟ^采用噴霧機(jī)構(gòu)109諸如噴嘴、噴球或者其它適于凝結(jié)包含C3-C6醇的蒸氣的機(jī)構(gòu)引入所述溶液。閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元100的具體實(shí)施方案在圖5中顯示。在該實(shí)施方案中，將來自發(fā)酵器的包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵肉湯的流體經(jīng)104和泵102引入至左側(cè)單元或者第一部分閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元106。使所述發(fā)酵肉湯經(jīng)歷低壓以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣將部分發(fā)酵肉湯進(jìn)行閃蒸。所述低壓通過蒸汽噴射器109產(chǎn)生。 通過噴射器136抽出的所述流體133可進(jìn)行進(jìn)一步加工并回收對發(fā)酵醪蒸餾器或者蒸發(fā)器138有價(jià)值的醇。將剩余的發(fā)酵肉湯經(jīng)110和泵112返至所述發(fā)酵器；并且在返回發(fā)酵肉湯的過程中，所述C3-C6醇的含量小于在所述發(fā)酵肉湯的原始流體中的含量。包含所述 C3-C6醇的所述蒸氣與溶液在所述單元的右側(cè)部分或者第二部分108接觸以凝結(jié)所述蒸氣以形成包含所述C3-C6醇(所述凝結(jié)物)的溶液。所述C3-C6醇在凝結(jié)物中的含量大于在所述發(fā)酵肉湯的原始流體中的含量。所述凝結(jié)物可經(jīng)114引導(dǎo)至液-液分離器111以進(jìn)一步回收和加工。所述凝結(jié)物部分可經(jīng)120和泵122輸送至冷卻器1 并冷凍。將所述冷凍的凝結(jié)物進(jìn)一步輸送并噴射至所述含有第二流體的部分108以凝結(jié)包含所述C3-C6醇的所述蒸氣。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的方法涉及用于從溶液諸如發(fā)酵肉湯回收C3-C6醇的方法，其中將氣體引入至發(fā)酵肉湯以完成將所述C3-C6醇轉(zhuǎn)移至所述氣體，且隨后從所述氣體回收C3-C6醇。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了從含有微生物和所述C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基回收C3-C6醇的方法，包括將氣體引入至發(fā)酵培養(yǎng)基以使得部分C3-C6醇轉(zhuǎn)移至所述氣體；將所述氣體從所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)至回收單元；以及從所述氣體回收所述 C3-C6醇。在該實(shí)施方案中，所述氣體可為用于回收所述C3-C6醇的任何適當(dāng)?shù)臍怏w，包括空氣、二氧化碳或者氮?dú)狻⒖磮D6，示例說明了本發(fā)明的實(shí)施方案，包括用于施用氣體氣提(或者分離)的裝置以從發(fā)酵肉湯回收C3-C6醇。當(dāng)與閃蒸回收聯(lián)用時(shí)，氣體氣提可增強(qiáng)C3-C6醇的回收。 發(fā)酵在發(fā)酵器130中進(jìn)行。在發(fā)酵器130中的所述發(fā)酵肉湯包括C3-C6醇產(chǎn)物，以及發(fā)酵培養(yǎng)基的其它組分。繁殖罐144將原始培養(yǎng)物經(jīng)134引導(dǎo)至所述發(fā)酵器130。氣體氣提可在發(fā)酵器130或者閃蒸罐148中發(fā)生。因此，如在圖6中顯示，在一些實(shí)施方案中，氣體經(jīng) 132和在發(fā)酵器130中的壓縮機(jī)139噴射至包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵肉湯。在一些實(shí)施方案中，所述氣體可為空氣。在一些實(shí)施方案中，所述氣體可為不與所述C3-C6醇反應(yīng)的非反應(yīng)性氣體，諸如氮?dú)饣蛘叨趸?。在發(fā)酵肉湯中的所述C3-C6醇擴(kuò)散至所述噴射的氣泡并作為部分廢氣經(jīng)140排出所述發(fā)酵器且經(jīng)140輸送至蒸氣凝結(jié)器154。在發(fā)酵過程中，可包含微生物的所述發(fā)酵肉湯的流體從所述發(fā)酵器130引導(dǎo)至閃蒸罐148。包含在閃蒸罐蒸氣中的所述C3-C6醇與噴射的氣泡在凝結(jié)器154中混合以結(jié)合所述閃蒸氣流量。然后可將所述C3-C6醇從所述閃蒸氣回收。所述部分蒸發(fā)的發(fā)酵肉湯僅包含在所述發(fā)酵肉湯中的部分醇以及水蒸氣和噴射的氣體。在閃蒸罐148中蒸發(fā)的所述部分發(fā)酵肉湯作為蒸氣經(jīng)152引導(dǎo)至蒸氣凝結(jié)器154。在所述混合醇和蒸氣凝結(jié)時(shí)，所述凝結(jié)溶液經(jīng)156引導(dǎo)至液-液分離器158。然后將未凝結(jié)的剩余蒸氣經(jīng)160和泵162引導(dǎo)至出口。在閃蒸罐148中蒸餾后，將未蒸餾的剩余部分發(fā)酵肉湯經(jīng)164和泵166返至發(fā)酵器 130。待返至發(fā)酵器的該發(fā)酵肉湯目前部分耗盡醇。圖7示例說明了本發(fā)明實(shí)施方案，其中包含氧氣的無菌空引入至發(fā)酵器。發(fā)酵在發(fā)酵器I30中進(jìn)行。在發(fā)酵器130中的所述發(fā)酵肉湯包含C3-C6醇產(chǎn)物以及發(fā)酵培養(yǎng)基的其它組分。繁殖罐144將原始培養(yǎng)物經(jīng)134引導(dǎo)至發(fā)酵器130。無菌空氣經(jīng)132和在發(fā)酵器130中的壓縮機(jī)139噴射至包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵肉湯。在發(fā)酵肉湯中的C3-C6 醇擴(kuò)散至噴射的空氣鼓泡并作為部分廢氣經(jīng)140排出所述發(fā)酵器。所述C3-C6醇可從所述廢氣中回收，諸如通過與來自所述閃蒸罐148的蒸氣在凝結(jié)器154中混合或者通過在水洗塔中捕獲C3-C6醇來完成。在發(fā)酵過程中，可包含微生物的所述發(fā)酵肉湯的流體從所述發(fā)酵器130引導(dǎo)至閃蒸罐148。然后可將所述C3-C6醇從所述閃蒸氣回收。所述部分蒸發(fā)的發(fā)酵肉湯僅包含在所述發(fā)酵肉湯中的部分醇以及水蒸氣。在閃蒸罐148中蒸發(fā)的所述部分發(fā)酵肉湯作為蒸氣經(jīng)152引導(dǎo)至蒸氣凝結(jié)器154。在所述混合醇和蒸氣凝結(jié)時(shí)，所述凝結(jié)溶液經(jīng)156引導(dǎo)至液-液分離器158。然后將未凝結(jié)的剩余蒸氣經(jīng)160和泵162引導(dǎo)至出口。在閃蒸罐148 中蒸餾后，將未蒸餾的剩余部分發(fā)酵肉湯經(jīng)164和泵166返至發(fā)酵器130。待返至發(fā)酵器的該發(fā)酵肉湯目前部分耗盡醇。本申請所述的發(fā)酵方法的其它方面可有利地與該實(shí)施方案組合，諸如單獨(dú)或者組合的下述任何方面在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；以及將所述水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)
酵培養(yǎng)基；將含有多糖和至少一種其它化合物的原料水解以產(chǎn)生可發(fā)酵的水解產(chǎn)物以及本申請另外描述的隨后步驟；蒸餾含有水和所述C3-C6醇的蒸氣相；以及使蒸氣相中的所述C3-C6醇反應(yīng)以形成產(chǎn)物；提高所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度；蒸餾部分稀水溶液為包含C3-C6醇和水的蒸氣相，其中所述蒸氣相包含來自所述部分稀水溶液的按重量計(jì)約和按重量計(jì)約45%的所述第一含量的C3-C6醇；以及凝結(jié)所述蒸氣相。本發(fā)明另外的實(shí)施方案為操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置以產(chǎn)生C3-C6醇的方法，所述改造的乙醇生產(chǎn)裝置包括預(yù)處理單元、多重發(fā)酵單元和發(fā)酵醪蒸餾器，所述方法包括將氣體引入發(fā)酵肉湯以完成將所述C3-C6醇轉(zhuǎn)移至所述氣體以及隨后從氣體回收C3-C6醇。在包括將氣體引入發(fā)酵肉湯以完成將所述C3-C6醇轉(zhuǎn)移至所述氣體以及隨后從氣體回收C3-C6醇的這些實(shí)施方案中，至少約50%、至少約60%、至少約70%、至少約 80%、至少約85%、至少約90%、至少約95%的所述C3-C6醇可從所述氣體回收。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括在發(fā)酵肉湯中培養(yǎng)微生物以使所述微生物生長至高細(xì)胞密度(也稱為生長期或者繁殖期)以及進(jìn)一步培養(yǎng)所述微生物以產(chǎn)生C3-C6醇(稱為產(chǎn)生期)。當(dāng)C3-C6醇的濃度在所述發(fā)酵肉湯中提高時(shí)，可抑制所述微生物的生長以及所述C3-C6醇的進(jìn)一步產(chǎn)生，這是由于所述C3-C6醇在發(fā)酵肉湯中的累積。本發(fā)明的方法還包括從所述發(fā)酵肉湯除去所述C3-C6醇以在培養(yǎng)步驟中進(jìn)一步回收和加工。在生長期或者繁殖期從所述發(fā)酵肉湯除去所述C3-C6醇降低了所述微生物的生長抑制，這是由于所述 C3-C6醇的高濃度，由此允許所述細(xì)胞生長至更高的細(xì)胞密度。在產(chǎn)生期從所述發(fā)酵肉湯除去所述C3-C6醇降低了由所述微生物對C3-C6醇產(chǎn)生的抑制且允許產(chǎn)生更高批量濃度的醇。本發(fā)明也提供了從溶液諸如發(fā)酵肉湯產(chǎn)生C3-C6醇的方法，其中所述培養(yǎng)在兩個(gè)時(shí)期(生長和產(chǎn)生期)進(jìn)行，其中產(chǎn)生期在低氧氣條件下進(jìn)行，包括厭氧性條件。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以使所述微生物生長、在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)所述微生物以產(chǎn)生C3-C6醇以及在培養(yǎng)步驟中從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述C3-C6醇。所述方法的特征在于在使所述微生物生長的步驟中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約5和約150毫摩爾之間的氧氣的氧轉(zhuǎn)移率 (OTR)引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。所述方法的特征也在于在產(chǎn)生C3-C6醇的步驟中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約20毫摩爾的氧氣的氧轉(zhuǎn)移率(OTR)引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。OTR的限制通過限制所述微生物生長的能力來促進(jìn)醇的產(chǎn)生。在其它實(shí)施方案中，在產(chǎn)生C3-C6醇的步驟中將含有氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約10毫摩爾的氧氣或者小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約5毫摩爾的氧氣的OTR的轉(zhuǎn)移至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。已經(jīng)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)在該實(shí)施方案中，在產(chǎn)生期的某些點(diǎn)，當(dāng)生產(chǎn)率減慢時(shí)，生產(chǎn)率下降可通過提高OTR進(jìn)行逆轉(zhuǎn)。不受理論所束縛，認(rèn)為該步驟可恢復(fù)或者增強(qiáng)細(xì)胞生長和/或者C3-C6醇的生產(chǎn)。因此，本發(fā)明的該實(shí)施方案也可包括在發(fā)酵的產(chǎn)生期(即OTR 已經(jīng)由在生長期中的所述OTR降低的時(shí)間點(diǎn))提高所述0TR。更具體地，該實(shí)施方案可包括在生產(chǎn)所述C3-C6醇的過程中將包含氧氣的氣體以超過產(chǎn)生C3-C6醇所需的OTR引入至發(fā)酵培養(yǎng)基。應(yīng)該認(rèn)識到對于C3-C6醇的不同的生產(chǎn)微生物將具有生產(chǎn)醇所需的改變的 OTR0例如，一些微生物可在厭氧性條件下生產(chǎn)醇，而一些微生物可能需要少量的氧氣。更具體地，所述OTR可為每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約0. 5和約5毫摩爾之間的氧氣、每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約0. 5和約4毫摩爾之間的氧氣、每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約0. 5和約3毫摩爾之間的氧氣、每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約0. 5和約2毫摩爾之間的氧氣或者每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約0. 5和約1毫摩爾之間的氧氣。
OTR可用于確定每單位發(fā)酵容積每單位時(shí)間的氧氣的消耗。該信息對于正確的發(fā)酵器體系設(shè)計(jì)以及操作是重要的。可控制OTR以建立厭氧性、微氧性以及全氧性(fully aerobic)條件。這些OTR的不同方案可用于建立微生物生長或者預(yù)期代謝產(chǎn)物諸如醇的產(chǎn)率之間的平衡控制。在發(fā)酵體系中實(shí)現(xiàn)的OTR取決于若干變量包括但不限于發(fā)酵器設(shè)計(jì) (擋板、高寬比、攪拌體系)、氣體注射體系、壓力、溫度、介質(zhì)粘度和組成。OTR可由基本過程數(shù)據(jù)以及計(jì)算結(jié)果來確定，其將氧氣從所述氣相表征至個(gè)體細(xì)胞。一旦理解了給定發(fā)酵體系的OTR特征，可操作特定控制以調(diào)整通氣方案。通常用于OTR控制的過程變量為氣體補(bǔ)料速率、發(fā)酵器壓力以及混合強(qiáng)度。此外，采用的注射氣體可選擇為包括空氣或者其可為一種或者多種純化氣體的混合物。純化氣體的實(shí)例包括氧氣、氮?dú)夂投趸?。已?jīng)開發(fā)了測量和表征發(fā)酵體系的OTR的若干方法。一些測量方法確定了在發(fā)酵器中無活性培養(yǎng)物的 OTR0其它方法測量了具有活性培養(yǎng)物體系的0TR。用于該工作機(jī)構(gòu)(body of work)的所述OTR方法為在活性發(fā)酵中的氧氣平衡技術(shù)。氧氣消耗通過測量提供給發(fā)酵器的氧氣速率 (mMol O2/小時(shí))并減去排出所述發(fā)酵器的氧氣速率(mMol 02/hr)來確定。將該氧氣的轉(zhuǎn)移率除以按升計(jì)的發(fā)酵容積來建立OTR(mMol 02/L-hr)。氧氣流速以及入口和出口氣流的組成可通過不同方法測量。一種用于測量氣體流速和組成的確定方法包括使用氣體流量計(jì)和質(zhì)譜儀。進(jìn)入和排出體系的氣體流速典型地使用理想氣體定律以每單位時(shí)間的容積率測量并且轉(zhuǎn)化為每單位時(shí)間的摩爾流速(molar flow rate) (mMol/hr)。所述質(zhì)譜儀測量原料和排出氣體的組成且可用于由所述總體氣體流速(mMol/hr)計(jì)算氧氣摩爾流速(mMol O2/ hr)。所述發(fā)酵器容積通過許多裝置中的一種測量，所述裝置包括壓差物位變送器、標(biāo)刻的容積觀察鏡以及雷達(dá)水平儀或者其它裝置。在產(chǎn)生C3-C6醇的方法的所述實(shí)施方案中，所述回收步驟可包括將所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度， 或者將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度；從所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基形成C3-C6醇富集液相和水富集液相；以及使所述C3-C6 醇富集相與所述水富集相分離。該實(shí)施方案也可包括將所述水富集相引導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基。 在這些實(shí)施方案中，將所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述C3-C6 醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度的步驟可包括從所述發(fā)酵培養(yǎng)基蒸餾包含水和C3-C6 醇的蒸氣相以及使蒸氣相中的所述C3-C6醇反應(yīng)以形成產(chǎn)物。本發(fā)明包括其它實(shí)施方案，其特征在于在產(chǎn)生C3-C6醇的步驟中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約20毫摩爾的氧氣的氧轉(zhuǎn)移率(OTR)引入至發(fā)酵培養(yǎng)基。 具體地，本發(fā)明包括產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6 醇、在培養(yǎng)過程中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約20毫摩爾的氧氣的 OTR引入至發(fā)酵培養(yǎng)基、提高C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度、蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以產(chǎn)生液相和包含水和C3-C6醇的蒸氣相，以及將所述液相引導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基。另外的方法為操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置以產(chǎn)生C3-C6醇的方法，所述改造的乙醇生產(chǎn)裝置包括預(yù)處理單元、多重發(fā)酵單元和發(fā)酵醪蒸餾器。該方法包括在所述預(yù)處理單元中預(yù)處理原料以形成可發(fā)酵糖，以及在第一發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以使所述微生物生長。所述方法還包括在第一發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)所述微生物以產(chǎn)生C3-C6醇，同時(shí)將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約20毫摩爾的氧氣的OTR引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。通過處理包含所述C3-C6醇的部分發(fā)酵培養(yǎng)基以除去部分C3-C6醇以及將處理過的部分發(fā)酵培養(yǎng)基返至所述發(fā)酵單元來回收所述C3-C6醇。所述方法還包括將所述發(fā)酵培養(yǎng)基從所述發(fā)酵單元轉(zhuǎn)移至所述發(fā)酵醪蒸餾
ο在這些實(shí)施方案的任意一個(gè)中，所述產(chǎn)生C3-C6醇的步驟可為厭氧性的。發(fā)酵器可如下制成厭氧性的停止引入空氣或者任何其它含有氧氣的氣體以使得在介質(zhì)中的任何殘留氧氣被所述微生物使用之后，所述介質(zhì)將為厭氧性的?？商鎿Q地，發(fā)酵培養(yǎng)基可用氮?dú)?、二氧化碳或者其它惰性氣體沖洗以產(chǎn)生厭氧性介質(zhì)。本發(fā)明其它實(shí)施方案包括以能量有效方式產(chǎn)生并回收C3-C6醇的方法。在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明包括使用用于熱集成的噴射器，其導(dǎo)致降低的總體設(shè)備能量消耗且提供本質(zhì)上成本節(jié)約。在這些方法中使用的噴射器為蒸汽驅(qū)動(dòng)的文氏裝置(venturi device), 其用于產(chǎn)生真空。高壓蒸汽經(jīng)過噴射器以在一次操作中產(chǎn)生真空且可用于推進(jìn)其它操作。 因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括操作用于產(chǎn)生并回收C3-C6醇的過程的方法，所述操作包括在小于大氣壓操作的多重單元操作。所述方法包括在第一單元操作中將蒸汽引入至第一噴射器以產(chǎn)生小于大氣壓的壓力；以及在第二單元操作中將蒸汽從所述第一噴射器引導(dǎo)至第二噴射器以產(chǎn)生小于大氣壓的壓力。所述第一和第二單元操作可為相同或者可為不同的。在相關(guān)的實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了操作用于產(chǎn)生并回收C3-C6醇的過程的方法，所述操作包括在連續(xù)較低壓力操作的多重單元操作。所述方法包括以下步驟在第一單元操作中將流體在壓力Pl引入至第一噴射器以產(chǎn)生小于大氣壓的壓力；以及將流體和其它氣體(例如蒸發(fā)的丁醇和二氧化碳)從所述第一噴射器在壓力P2引導(dǎo)至第二噴射器以產(chǎn)生更大的真空，其中P2 > P1。所述多重單元操作可包括在生產(chǎn)并回收C3-C6醇的方法中使用的任何單元操作，包括但不限于水再生回收、第一有效蒸發(fā)器、第二有效蒸發(fā)器、發(fā)酵醪蒸餾器、側(cè)線氣提塔和/或者整流器。在另一個(gè)實(shí)施方案中，如在圖5中顯示，高壓蒸汽經(jīng)133經(jīng)過噴射器136，在閃蒸罐-直接接觸凝結(jié)器單元100中產(chǎn)生真空。在來自所述閃蒸罐-直接接觸凝結(jié)器單元的過量蒸汽、蒸汽凝結(jié)物和非凝結(jié)產(chǎn)物蒸氣中含有的熱量途徑噴射器達(dá)到發(fā)酵醪蒸餾器或者蒸發(fā)器138。通過轉(zhuǎn)移至在所述發(fā)酵醪蒸餾器或者蒸發(fā)器中的隨后過程步驟中將所述熱量整合至產(chǎn)生和回收方法中。本發(fā)明還提供了從溶液諸如發(fā)酵肉湯回收C3-C6醇的方法，其中采用高細(xì)胞密度的培養(yǎng)方法。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了將產(chǎn)生C3-C6醇的微生物培養(yǎng)成高細(xì)胞密度的方法，包括使所述微生物在發(fā)酵培養(yǎng)基中生長并在所述生長步驟中從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述C3-C6醇。在該方法中，所述微生物達(dá)到范圍為從約每升5g至約每升150g干重的細(xì)胞密度。在可替換的實(shí)施方案中，所述微生物可達(dá)到范圍為約5g/l干重至約150g/ 1干重的細(xì)胞密度。具體地，所述范圍的低端點(diǎn)可選自約5g/l、約15g/l、約25g/l、約50g/ 1、約75g/l和約100g/l干重的所述微生物且所述范圍的高端點(diǎn)可選自約150g/l、約125g/ 1、約100g/l、約75g/l、約50g/l和約25g/l干重的所述微生物。這些實(shí)施方案可包括下限中的任意一個(gè)以及上限中的任意一個(gè)。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供了產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括以下步驟在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)產(chǎn)生所述C3-C6醇的微生物以產(chǎn)生C3-C6醇并從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述C3-C6醇；其中所述C3-C6醇的產(chǎn)生為以每升每小時(shí)至少約Ig的速率。在可替換的實(shí)施方案中，所述C3-C6醇的產(chǎn)生為以每升每小時(shí)至少約2g的速率。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述 C3-C6醇可為丁醇或者具體地異丁醇。上面討論的不同實(shí)施方案可彼此組合。例如，如在圖8和9中顯示，氣體分離或者氣體氣提可在與閃蒸罐-直接接觸凝結(jié)器單元聯(lián)用時(shí)進(jìn)行以提供醇回收的更大有效性。圖 8表示使用閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元100和氣體分離器從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生并回收C3-C6 醇的本發(fā)明實(shí)施方案。繁殖發(fā)酵器(propagation fermentor) 170將原始培養(yǎng)物經(jīng)172引導(dǎo)至產(chǎn)生發(fā)酵器174。廢氣由發(fā)酵器經(jīng)178排出至水洗塔182。在發(fā)酵過程中，可包含微生物的發(fā)酵肉湯的流體從所述發(fā)酵器174經(jīng)188引導(dǎo)至熱交換器190，然后引導(dǎo)至分離器194。 從所述分離器除去氣體通過機(jī)械真空泵206經(jīng)198引導(dǎo)至水洗塔210來完成?？砂⑸锏陌l(fā)酵肉湯的流體經(jīng)188引導(dǎo)至體系100。更特別地，所述發(fā)酵肉湯進(jìn)一步引導(dǎo)至閃蒸罐部分106以蒸餾。在體系的閃蒸罐部分106中產(chǎn)生的所述蒸氣輸送至體系的直接接觸凝結(jié)器部分108并且暴露至可含有醇產(chǎn)物的凝結(jié)液體109的精細(xì)噴霧以提高凝結(jié)率。來自所述體系的直接接觸凝結(jié)器部分108的蒸汽在高壓經(jīng)132經(jīng)過噴射器136， 在閃蒸罐-直接接觸凝結(jié)器單元100中產(chǎn)生真空。在來自所述閃蒸罐-直接接觸凝結(jié)器單元的過量蒸汽、蒸汽凝結(jié)物和非凝結(jié)產(chǎn)物蒸氣中含有的熱量途徑噴射器達(dá)到發(fā)酵醪蒸餾器或者蒸發(fā)器138。未用作為凝結(jié)液體109的剩余的所述凝結(jié)物經(jīng)114輸送至液-液分離器 111。在閃蒸罐部分106中蒸餾后，未蒸餾的剩余部分發(fā)酵肉湯(部分耗盡醇)可經(jīng)110和泵112返至發(fā)酵器。圖9表示使用閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元和氣體氣提塔從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生并回收 C3-C6醇的本發(fā)明實(shí)施方案。氣體經(jīng)132和壓縮機(jī)139經(jīng)過包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵肉湯噴射至發(fā)酵器174。在一些實(shí)施方案中，所述氣體可為空氣。在一些實(shí)施方案中，所述氣體可為不與C3-C6醇反應(yīng)的非反應(yīng)性氣體，諸如氮?dú)?。在發(fā)酵肉湯中的C3-C6醇擴(kuò)散至噴射的氣泡。可包含微生物的發(fā)酵肉湯的流體經(jīng)104和泵102引導(dǎo)至體系100。更特別地，所述發(fā)酵肉湯進(jìn)一步引導(dǎo)至閃蒸罐部分106以蒸餾。氣體經(jīng)218和壓縮機(jī)214噴射至閃蒸罐部分106。在體系的閃蒸罐部分106中產(chǎn)生的所述蒸氣輸送至體系的直接接觸凝結(jié)器部分 108并且暴露至可含有醇產(chǎn)物的凝結(jié)液體109的精細(xì)噴霧以提高凝結(jié)率。來自所述體系的直接接觸凝結(jié)器部分108的蒸汽在高壓經(jīng)133經(jīng)過噴射器136，在閃蒸罐-直接接觸凝結(jié)器單元100中產(chǎn)生真空。在來自所述閃蒸罐-直接接觸凝結(jié)器單元的過量蒸汽、蒸汽凝結(jié)物和非凝結(jié)產(chǎn)物蒸氣中含有的熱量途徑噴射器達(dá)到發(fā)酵醪蒸餾器或者蒸發(fā)器138。未用作為凝結(jié)液體109的剩余的所述凝結(jié)物經(jīng)114輸送至液-液分離器111。在閃蒸罐部分106中蒸餾后，未蒸餾的剩余部分發(fā)酵肉湯(部分耗盡醇)可經(jīng)110和泵112返至發(fā)酵器。參看圖13，顯示了使用閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元100以及氣體分離器和三泵回路從發(fā)酵肉湯產(chǎn)生并回收C3-C6醇的本發(fā)明另外的實(shí)施方案。繁殖發(fā)酵器170將原始培養(yǎng)物經(jīng)172引導(dǎo)至產(chǎn)生發(fā)酵器174。氣體經(jīng)132和壓縮機(jī)139經(jīng)過包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵肉湯噴射至發(fā)酵器174。在一些實(shí)施方案中，所述氣體可為空氣。在一些實(shí)施方案中，所述氣體可為不與C3-C6醇反應(yīng)的非反應(yīng)性氣體，諸如氮?dú)?。在發(fā)酵肉湯中的C3-C6醇擴(kuò)散至噴射的氣泡。廢氣經(jīng)178由發(fā)酵器排出至水洗塔182。
在發(fā)酵過程中，可包含微生物的發(fā)酵肉湯的流體從所述發(fā)酵器174經(jīng)泵186引導(dǎo)至熱交換器190，然后經(jīng)188引導(dǎo)至分離器194。從所述分離器除去氣體通過由機(jī)械真空泵 206經(jīng)198引導(dǎo)至水洗塔210來完成?？砂⑸锏陌l(fā)酵肉湯的流體經(jīng)泵220和202引導(dǎo)至體系100。部分發(fā)酵肉湯在閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器單元100中蒸發(fā)并且所述蒸氣經(jīng)222 真空除去以達(dá)到發(fā)酵醪蒸餾器或者蒸發(fā)器138。一些凝結(jié)蒸氣經(jīng)114輸送至液-液分離器 111。在閃蒸罐部分106蒸餾后，未蒸餾的剩余部分發(fā)酵肉湯(部分耗盡醇)可經(jīng)110和泵 112返至發(fā)酵器。作為前述本發(fā)明實(shí)施方案的背景和上下文，用于異丁醇回收的連續(xù)真空閃蒸方法的示意圖在圖1中顯示。發(fā)酵在發(fā)酵器10中進(jìn)行。在發(fā)酵器10的所述發(fā)酵肉湯包含C3-C6 醇產(chǎn)物諸如丁醇以及發(fā)酵培養(yǎng)基的其它組分。在發(fā)酵過程中，可包含微生物的發(fā)酵肉湯的流體從所述發(fā)酵器10經(jīng)12引導(dǎo)至熱交換器20。所述熱交換器20用于將發(fā)酵肉湯的溫度提高至適于隨后蒸餾的溫度。在所述發(fā)酵肉湯的溫度提高至適當(dāng)溫度之后，所述發(fā)酵肉湯進(jìn)一步經(jīng)22引導(dǎo)至閃蒸罐30以用于蒸餾。發(fā)酵熱量可部分提供在閃蒸體系中蒸發(fā)所需的熱量。閃蒸罐30保持在低于大氣壓的壓力以至于在將加熱的酵液引入至閃蒸罐30時(shí)，部分發(fā)酵肉湯得到蒸發(fā)。部分所述蒸發(fā)的發(fā)酵肉湯僅在發(fā)酵肉湯中包含部分丁醇以及水蒸氣。 在閃蒸罐30中蒸餾后，未蒸餾的剩余部分發(fā)酵肉湯經(jīng)34返至發(fā)酵器10。返至發(fā)酵器的該發(fā)酵肉湯目前部分耗盡丁醇。在閃蒸罐30中蒸發(fā)的部分發(fā)酵肉湯作為蒸氣經(jīng)32引導(dǎo)至蒸氣凝結(jié)器40，其可被例如冰冷的水經(jīng)42冷卻。在混合丁醇和水蒸氣凝結(jié)時(shí)，所述凝結(jié)溶液經(jīng)44引導(dǎo)至相分離器50。然后將未凝結(jié)的剩余蒸氣進(jìn)一步經(jīng)48引導(dǎo)至出口。在相分離器中的凝結(jié)溶液允許分離為重液相(heavy liquid phase)和輕液相(light liquid phase) 0 所述重液相主要由水以及在水中溶解的一定量的丁醇組成。所述輕液相主要由丁醇以及一定量的可溶解水組成。來自所述相分離器，所述含有丁醇的輕液相可通過與所述重液相分離來回收并且可處理以進(jìn)一步純化。主要由水組成的重液相可以在體系中用于其它應(yīng)用或者用途。13、35為液體泵且47為真空泵。參看圖2，且作為前述本發(fā)明實(shí)施方案的另外背景和上下文，示例說明了通過對預(yù)處理過的玉米同時(shí)進(jìn)行糖化和發(fā)酵來生產(chǎn)丁醇，以及對丁醇側(cè)流進(jìn)行共沸蒸餾的具體實(shí)施方案。將干玉米磨成細(xì)粉。將碾磨(磨碎)的玉米1、稀薄釜餾物3、CIP發(fā)酵器清洗劑 31、循環(huán)水43和蒸汽2添加至玉米淀粉預(yù)處理體系32，在該處將混合物漿化并加熱至約 990C (CIP(就地清洗(Clean in Place))發(fā)酵器清洗劑是苛性水溶液，用于在批次之間清潔和消毒發(fā)酵器。通常使用NaOH，但是也可以使用其它強(qiáng)堿和其它消毒化學(xué)品。廢CIP溶液含有來自于發(fā)酵器(附著至壁)的固體、養(yǎng)料、碳水化合物等，可將其再次引入到玉米預(yù)處理的前端(front end))。將α -淀粉酶50添加至玉米淀粉預(yù)處理體系32，其中保持時(shí)間可為約1小時(shí)或者較少。在將溶液冷卻至約50°C至約65°C的溫度后，添加葡糖淀粉酶 4。在約5-6小時(shí)的短的糖化時(shí)間后，將漿液冷卻至約32°C。在該點(diǎn)的漿液固體濃度可為約 361g/kg，包括不溶和溶解的固體。又向玉米糊混合物添加足以在約32小時(shí)內(nèi)完成糖化的酶4，將其轉(zhuǎn)移至發(fā)酵器5。發(fā)酵在同時(shí)糖化和發(fā)酵(SSF)模式下于32°C運(yùn)行。從發(fā)酵器5 連續(xù)除去含約丁醇的側(cè)流6，并使用閃蒸罐換熱器33將閃蒸罐進(jìn)料7的溫度控制在約34°C。在閃蒸罐34上產(chǎn)生約50mm Hg的真空并形成共沸蒸氣組合物11。丁醇水蒸氣共沸物11的組成可為約丁醇和約46wt%水。通過真空泵35泵取共沸物蒸氣11并供應(yīng)至化學(xué)轉(zhuǎn)化過程13或者凝結(jié)器12。將凝結(jié)的蒸氣相36引導(dǎo)至液/液分離器37，在該處它進(jìn)行相分離。凝結(jié)的蒸氣相分成丁醇富集相37a和水富集相37b。丁醇富集相37a的丁醇濃度為約680g/L 丁醇。水富集相37b的丁醇濃度為約86g/L。上層37a對下層37b產(chǎn)生的體積比為3比1。使閃蒸罐34中的含細(xì)胞、水、養(yǎng)料、碳水化合物和約未蒸發(fā)丁醇的未蒸發(fā)組分9返至發(fā)酵器5。未蒸發(fā)組分9耗盡了丁醇，以及當(dāng)返至發(fā)酵器5時(shí)能夠繼續(xù)生成丁醇， 生成的丁醇如上所述通過處理側(cè)流6進(jìn)行回收。將水富集重相37b從液/液分離器37作為15引導(dǎo)至發(fā)酵醪蒸餾器38并蒸餾。在發(fā)酵醪蒸餾器38中產(chǎn)生丁醇-水共沸組合物18并將其引導(dǎo)至凝結(jié)器39進(jìn)行凝結(jié)。將凝結(jié)的蒸氣19引導(dǎo)至液/液分離器40中，分離成水富集重相40b和丁醇富集輕相40a。將含約86g/L 丁醇的水富集重相40b作為20循環(huán)回至發(fā)酵醪蒸餾器38。丁醇富集相40a的丁醇濃度為約680g/L 丁醇。將液/液分離器40中的丁醇富集輕相40a作為21引導(dǎo)至蒸餾體系41。又將液/ 液分離器37中的丁醇富集輕相37a作為16引導(dǎo)至蒸餾體系41，并且可以與丁醇富集輕相 40a合并。在大氣壓操作蒸餾體系41以及以約99wt%丁醇的濃度作為高沸點(diǎn)產(chǎn)物22產(chǎn)生純化的丁醇(在其它實(shí)施方案中，蒸餾體系可以在低于大氣壓的壓力、大氣壓或者高于大氣壓的壓力操作)。產(chǎn)生丁醇水共沸物蒸氣23并將其送至凝結(jié)器45進(jìn)行凝結(jié)。將凝結(jié)蒸氣46引導(dǎo)至液/液分離器47，分離成水富集重相47b和丁醇富集輕相47a。將水富集重相 47b作為48再循環(huán)至發(fā)酵醪蒸餾器38。將丁醇富集輕相47a作為51引導(dǎo)至蒸餾體系41 并且可以將其與其它輸入物16、21合并。使發(fā)酵器5中的SSF發(fā)酵進(jìn)行52小時(shí)。將未通過真空閃蒸罐34除去的含約2% 丁醇的發(fā)酵肉湯作為8引導(dǎo)至發(fā)酵醪蒸餾器38。將發(fā)酵肉湯中的丁醇作為丁醇-水共沸物 18從塔頂蒸餾。從發(fā)酵醪蒸餾器38，將水、未轉(zhuǎn)化的碳水化合物、養(yǎng)料、細(xì)胞、纖維、玉米胚、 酶和其它發(fā)酵組分作為底部產(chǎn)物17取出并含有約0. 05wt%丁醇。將發(fā)酵醪蒸餾器底流17 分至蒸餾器干顆粒干燥器27和清洗流觀。通過清洗流觀產(chǎn)生稀薄釜餾物3。通過干燥器 27產(chǎn)生干燥的蒸餾器顆粒四。干燥器27也產(chǎn)生水蒸氣30，將水蒸氣30通過凝結(jié)器42凝結(jié)并作為43再循環(huán)至玉米淀粉預(yù)處理體系32。發(fā)酵器5、凝結(jié)器12 (具有來自于閃蒸罐34的流入物)、凝結(jié)器39 (具有來自于發(fā)酵醪蒸餾器38的流入物)和凝結(jié)器45 (具有來自于蒸餾體系41的流入物)具有含丁醇、 水、CO2和其它惰性氣體的排氣流10、25、對、49。在排氣收集體系44中合并這些流并在下游設(shè)備26中進(jìn)行處理以回收和純化丁醇和C02。本發(fā)明的前述實(shí)施方案可以在改造的玉米乙醇生產(chǎn)裝置中進(jìn)行，其中主要的操作 (包括玉米淀粉預(yù)處理體系、發(fā)酵器、發(fā)酵醪蒸餾器、蒸餾體系和干燥器)是先前用于生產(chǎn)乙醇的操作。該體系具有循環(huán)操作的多個(gè)發(fā)酵器(通常5至7個(gè))，使得每個(gè)發(fā)酵器在注入發(fā)酵醪蒸餾器之前進(jìn)行發(fā)酵約52小時(shí)。在發(fā)酵器上游的操作(例如，玉米淀粉預(yù)處理體系)基本上連續(xù)操作，從而為第一發(fā)酵器制備原料，然后為第二發(fā)酵器制備原料，等等。在發(fā)酵器下游的操作(例如，發(fā)酵醪蒸餾器、蒸餾體系和干燥器)基本上連續(xù)操作，從而當(dāng)完成發(fā)酵周期時(shí)從每一發(fā)酵器取出發(fā)酵肉湯，以回收乙醇，生產(chǎn)DDGS，清洗流和稀薄釜餾物。
可以通過結(jié)合本申請所述的各種生成和回收工藝改造該乙醇生產(chǎn)裝置，以生成丁醇。典型地，生產(chǎn)乙醇的微生物對發(fā)酵肉湯中的高濃度乙醇具有耐受性。然而，在發(fā)酵肉湯中的高濃度的C3-C6醇可以使微生物中毒。因此，需要在生產(chǎn)時(shí)連續(xù)地除去醇的低成本方法，以操作乙醇裝置來生成C3-C6醇(而非乙醇)。由于在丁醇生產(chǎn)生物停工前不能產(chǎn)生如乙醇濃度一樣高的丁醇濃度，所以本申請所述的生成和回收方法可用于結(jié)合至乙醇裝置中，以允許有效地生成丁醇。通過結(jié)合丁醇回收方法，其中將部分發(fā)酵肉湯(可含微生物)引導(dǎo)至回收操作如閃蒸罐，以從所述部分發(fā)酵肉湯中回收丁醇部分和將丁醇減少流體返至發(fā)酵器，可以顯著提高發(fā)酵的有效丁醇濃度，使得可以將丁醇生產(chǎn)方法引入到乙醇生產(chǎn)裝置中。改造裝置的方法可以包括將生產(chǎn)如上所述的側(cè)流6、閃蒸罐進(jìn)料7和未蒸發(fā)組分流9的設(shè)備引入到設(shè)備中。另外，可以引入進(jìn)行液/液分離的設(shè)備(如分離器37、40)以提供丁醇的有效回收。因此，在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明提供采用在相關(guān)實(shí)施方案中所述的方法步驟來操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置的方法。例如，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置來生成C3-C6醇的方法。在該實(shí)施方案中，所述改造的乙醇生產(chǎn)裝置包含預(yù)處理單元、多重發(fā)酵單元和發(fā)酵醪蒸餾器以生成C3-C6醇。所述方法包括以下步驟在預(yù)處理單元中預(yù)處理原料以形成可發(fā)酵糖；在第一發(fā)酵單元中用產(chǎn)生C3-C6醇的微生物在發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵可發(fā)酵糖；處理部分發(fā)酵培養(yǎng)基以除去C3-C6醇；將處理過的部分返至第一發(fā)酵單元；任選地從所述發(fā)酵培養(yǎng)基除去氣體以達(dá)到所述第一發(fā)酵單元，以及將發(fā)酵培養(yǎng)基從第一發(fā)酵單元轉(zhuǎn)移至發(fā)酵醪蒸餾器。本發(fā)明的一些方法包括在預(yù)處理單元中預(yù)處理原料以形成可發(fā)酵糖的步驟。所述預(yù)處理單元連續(xù)地接受原料進(jìn)行預(yù)處理。術(shù)語預(yù)處理是指諸如以下的處理粉碎、碾磨、使碳源與其它組分如蛋白質(zhì)分離、解晶、膠凝、液化、糖化和借助于化學(xué)和/或者酶催化劑催化的水解。例如，所述原料可為干玉米，可將其磨碎，與水混合，在預(yù)處理單元中加熱和與淀粉酶反應(yīng)以生成含可發(fā)酵糖的適于用作微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的糊或者漿液。本發(fā)明的一些方法還包括在第一發(fā)酵單元中用生成C3-C6醇的微生物在發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵可發(fā)酵糖的步驟。發(fā)酵單元含有發(fā)酵培養(yǎng)基，發(fā)酵培養(yǎng)基包含能夠在培養(yǎng)時(shí)將可發(fā)酵糖轉(zhuǎn)化成C3-C6醇的微生物。上面已經(jīng)詳細(xì)地描述了該微生物。改造的設(shè)備包含多重發(fā)酵單元。將含可發(fā)酵糖的預(yù)處理過的原料流體從預(yù)處理單元引入到第一發(fā)酵單元中， 在該處將它與含微生物的發(fā)酵培養(yǎng)基合并。微生物發(fā)酵存在的可發(fā)酵糖以生成C3-C6醇。本發(fā)明的一些方法還包括處理部分發(fā)酵培養(yǎng)基以除去C3-C6醇的步驟。所述發(fā)酵培養(yǎng)基包含C3-C6醇、水以及微生物。將發(fā)酵培養(yǎng)基的一部分(例如，側(cè)流)從第一發(fā)酵單元取出以除去其中所含的C3-C6醇。處理可以包括本申請所述的從稀水溶液純化和回收C3-C6醇的方法中的任何一種或者多種，并且具體地，可以包括以下步驟蒸餾含水和 C3-C6醇的蒸氣相、添加親水性溶質(zhì)、添加水溶性碳源、反滲透和滲析，以及它們的組合，所有這些步驟均已經(jīng)在上面進(jìn)行了詳細(xì)描述。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該步驟包括將側(cè)流從第一發(fā)酵單元引導(dǎo)至閃蒸罐，其中蒸餾步驟在低于大氣壓的壓力進(jìn)行。上面已經(jīng)詳細(xì)描述了閃蒸罐的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的一些方法還包括將處理過的部分返至第一發(fā)酵單元的步驟。處理過的部分耗盡C3-C6醇以及包含水和可以包含微生物，將二者均返至發(fā)酵培養(yǎng)基。通過從發(fā)酵培養(yǎng)基除去C3-C6醇部分和將所述培養(yǎng)基返至發(fā)酵器，將在發(fā)酵肉湯中C3-C6醇的濃度維持在對C3-C6醇的進(jìn)一步生產(chǎn)有害的濃度以下。本發(fā)明的一些方法還包括將發(fā)酵培養(yǎng)基從發(fā)酵單元轉(zhuǎn)移至發(fā)酵醪蒸餾器的步驟。 該步驟在希望完成發(fā)酵時(shí)進(jìn)行。當(dāng)所有可發(fā)酵碳水化合物被消耗，或者當(dāng)碳水化合物轉(zhuǎn)化速率降低，使得希望終止發(fā)酵時(shí)，完成發(fā)酵。在該方法的一些實(shí)施方案中，預(yù)處理速率與該設(shè)備在生產(chǎn)乙醇時(shí)的預(yù)處理速率相同和/或者與常規(guī)乙醇裝置的預(yù)處理速率相同。當(dāng)在本申請中使用時(shí)，所提及的速率“相同，，包括速率完全相同，但是也包括速率在所述速率的約25 %以內(nèi)(多出或者減少)，在所述速率的約15%以內(nèi)，在所述速率的約10%以內(nèi)，在所述速率的約9%以內(nèi)，在所述速率的約8 %以內(nèi)，在所述速率的約7 %以內(nèi)，在所述速率的約6 %以內(nèi)，在所述速率的約5 %以內(nèi)， 在所述速率的約4%以內(nèi)，在所述速率的約3 %以內(nèi)，在所述速率的約2 %以內(nèi)，在所述速率的約以內(nèi)。因此，如果改造乙醇裝置的預(yù)處理速率為約115公噸/小時(shí)，則在該速率約 25%內(nèi)的預(yù)處理速率包括約7. 5噸/小時(shí)至約12. 5噸/小時(shí)的速率。預(yù)處理速率是指將預(yù)處理原料引導(dǎo)至發(fā)酵單元的速率。在這些方法的一些其它實(shí)施方案中，發(fā)酵單元的循環(huán)時(shí)間與該設(shè)備在生產(chǎn)乙醇時(shí)的循環(huán)時(shí)間相同和/或者與常規(guī)乙醇裝置的循環(huán)時(shí)間相同。循環(huán)時(shí)間是指從引入接種物至向發(fā)酵醪蒸餾器排空發(fā)酵器的時(shí)間。例如，發(fā)酵器的典型循環(huán)時(shí)間為約52小時(shí)。在一些實(shí)施方案中，改造裝置的C3-C6醇生產(chǎn)量為改造前所述裝置的乙醇最大生產(chǎn)量的C3-C6醇等價(jià)物的至少約80 %。在其它實(shí)施方案中，所述改造裝置的C3-C6醇生產(chǎn)量為改造前所述裝置的乙醇最大生產(chǎn)量的C3-C6醇等價(jià)物的至少約81%，至少約82%，至少約83 %，至少約84 %，至少約85 %，至少約86 %，至少約87 %，至少約88 %，至少約89 %，至少約90 %，至少約91 %，至少約92 %，至少約93 %，至少約94 %，至少約95 %，至少約96 %， 至少約97 %，至少約98 %，至少約99 %。醇裝置的最大生產(chǎn)量是該裝置生產(chǎn)的醇量的量度，可以表示為每年生產(chǎn)的醇的加侖數(shù)或者每時(shí)間期限測量體積或者重量的其它單位數(shù)。裝置的生產(chǎn)量取決于特定裝置的尺寸和設(shè)計(jì)。術(shù)語“改造前裝置的乙醇最大生產(chǎn)量”是指在改造以生成C3-C6醇之前裝置生產(chǎn)的乙醇的最大量或者對裝置設(shè)計(jì)的乙醇的最大量。如上所述，用于生產(chǎn)乙醇的微生物對發(fā)酵肉湯中的高濃度乙醇具有耐受性，但是用于生成C3-C6醇的微生物對高濃度C3-C6醇通常不耐受。有利的是，通過使用本發(fā)明方法，有可能改造乙醇裝置以與乙醇相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)量水平生成C3-C6醇，僅受限于該特定醇的理論轉(zhuǎn)化效率。葡萄糖向乙醇的理論轉(zhuǎn)化效率，基于重量，為51%或者0.51(然而實(shí)際上， 一些葡萄糖被微生物用于生產(chǎn)細(xì)胞群(cell mass)和不同于醇的代謝產(chǎn)物，實(shí)際的轉(zhuǎn)化效率小于理論最大值)。取決于微生物使用的發(fā)酵途徑，葡萄糖向丙醇的理論轉(zhuǎn)化效率可為 0. 33至0. 44，向丁醇的理論轉(zhuǎn)化效率可為0. 27至0. 41，向戊醇的理論轉(zhuǎn)化效率可為0. 33 至0. 39，以及向己醇的理論轉(zhuǎn)化效率可為0. 28至0. 38。術(shù)語“C3-C6醇等價(jià)物”是指特定 C3-C6醇的理論轉(zhuǎn)化效率對乙醇理論轉(zhuǎn)化效率的比率，以及對于所使用的發(fā)酵途徑是特有的。因此，本申請使用的“乙醇的異丁醇等價(jià)物”(對于一個(gè)葡萄糖分子分成一個(gè)異丁醇分子、兩個(gè)ATP分子和兩個(gè)CO2分子的途徑)為0. 401 + 0. 51 = 0. 806。例如，假設(shè)改造前裝置的乙醇最大生產(chǎn)量為約100X IO6加侖/年的乙醇裝置。通過使用本發(fā)明的方法，有可能改造裝置并操作該裝置以約80. 6 X IO6加侖/年的理論最大生產(chǎn)量生成丁醇。然而，給定乙醇密度為0. 7894以及異丁醇密度為0. 8106，所以異丁醇的實(shí)際理論最大生產(chǎn)量為約78X IO6 加侖/年。每年的加侖數(shù)的準(zhǔn)確數(shù)值可以通過使用密度信息、理論收率和/或者得到的實(shí)際收率計(jì)算出來。在各個(gè)實(shí)施方案中，對于任何給定的C3-C6醇，可以改造乙醇裝置和以理論最大生產(chǎn)量的至少約80%的生產(chǎn)量操作(考慮了密度差)。在其它實(shí)施方案中，改造裝置的C3-C6醇生產(chǎn)量可為理論最大生產(chǎn)量的至少約81%，至少約82%，至少約83%，至少約 84 %，至少約85 %，至少約86 %，至少約87 %，至少約88 %，至少約89 %，至少約90 %，至少約91 %，至少約92 %，至少約93 %，至少約94 %，至少約95 %，至少約96 %，至少約97 %，至少約98%，至少約99% (考慮了密度差)。本發(fā)明的不同實(shí)施方案包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以及從發(fā)酵肉湯回收的步驟。將術(shù)語“發(fā)酵”或者“發(fā)酵方法”或者“培養(yǎng)微生物”定義為在含原材料(例如原料和養(yǎng)料)的培養(yǎng)基中培養(yǎng)生物催化劑的方法，其中所述生物催化劑將原料如原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物。適用于本發(fā)明的生物催化劑和相關(guān)發(fā)酵方法在以下進(jìn)行了詳細(xì)討論美國專利申請 12/820，505，提交于 06-22-2010，發(fā)明名稱為“Yeast Organism Producing Isobutanol at a High Yield”(未公布)；美國專利申請 12/610，784，提交于 11-02-2009， 發(fā)明名禾爾為"Engineered Microorganisms Capable of Producing Target Compounds under Anaerobic Conditions” (公布為 US 2010/0143997) ；PCT/US09/69390,提交于 12-23-2009，發(fā)明名稱為“Engineered Yeast Microorganisms for Production of One or More Target Compounds”(未公布)；美國專利申請 61/:350, 209，提交于 06—01—2010，發(fā)明名禾爾為"Methods and Compositions for Increasing Dihydroxyacid Dehydratase Activity and Isobutanol Production" ； ^ H # ^lJ φ if 61/304, 069, 交于 02-12-2010，發(fā)明名稱為 “Increased Isobutanol Yield in Yeast Biocatalysts by Elimination of the Fermentation By—Product Isobutyrate"；美 15 專禾Il 串請 61/308，568，提交于02-26-2010，發(fā)明名稱為“Decreased Production of the By-Product Isobutyrate During Isobutanol Fermentation Through Use of Improved Alcohol Dehydrogenase” ；美國專利申請 61/352, 133，提交于 06-07-2010，發(fā)明名稱為 “Reduction of 2,3-Dihydroxy-2-Methylbutanoic Acid(DH2MB)Production in Isobutanol Producing Yeast”;美國專利申請 12/371，557，提交于 2-13-2009，發(fā)明名稱為“Engineered Microorganisms for Producing Propanol”(公布為 US 2009/0246842)；美國專利申請 61Λ92，522，提交于 1-06-2010，發(fā)明名稱為 “Fermentative Process for Production of Isopropanol at High Yield”;美國專利申請 11/963，542，提交于 12-21-2007，發(fā)明名稱為 "Butanol Production by Metabolically Engineered Yeast"(US2010/0062505)； 美國專利申請 11/949，724，提交于 12-03-2007，發(fā)明名稱為 ‘‘Engineered Microorganisms for Producing N-Butanol and Related Methods，，(公布為 US 2009/0155869)，將其全部內(nèi)容通過引用的方式并入本文。所述生物催化劑可為能夠?qū)⑦x擇的原料轉(zhuǎn)化成希望的 C3-C6醇的任何微生物。下面討論了生物催化劑的其它方面。含可水解碳源的任何原料均適用于本發(fā)明。術(shù)語“發(fā)酵肉湯”和“發(fā)酵培養(yǎng)基”的意義相同。除非明確地指出，應(yīng)將術(shù)語發(fā)酵肉湯解釋為包括含微生物的發(fā)酵肉湯以及不含微生物的發(fā)酵肉湯。類似地，術(shù)語發(fā)酵肉湯包括含氣體的發(fā)酵肉湯以及不含氣體的發(fā)酵肉湯。在發(fā)酵培養(yǎng)基中的氣體可由微生物在發(fā)酵肉湯中產(chǎn)生，或者可引入至發(fā)酵培養(yǎng)基，如下詳細(xì)討論。在一些實(shí)施方案中，所述發(fā)酵肉湯含有氣體且至少部分所述氣體從所述發(fā)酵肉湯除去。氣體除去如上詳細(xì)討論。含可發(fā)酵碳源的任何原料均適用于包括培養(yǎng)微生物步驟的本發(fā)明實(shí)施方案。實(shí)例包括含多糖的原料如淀粉、纖維素和半纖維素，含二糖的原料如蔗糖、甘蔗汁和含蔗糖的糖蜜(molasses)，和單糖如葡萄糖和果糖。適合的原料包括含淀粉的農(nóng)作物如玉米和小麥、甘蔗和甜菜、糖蜜和木質(zhì)纖維素材料。適合的原料還包括藻類和微藻類。當(dāng)希望時(shí)，可以處理原料，例如粉碎、碾磨、使碳源與其它組分如蛋白質(zhì)分離、解晶、膠凝、液化、糖化和借助于化學(xué)和/或者酶催化劑催化的水解。該處理可以在發(fā)酵之前進(jìn)行或者與發(fā)酵同時(shí)進(jìn)行，例如， 如在同時(shí)糖化和發(fā)酵中。本發(fā)明發(fā)酵肉湯典型地具有單一液相，但是不一定是均相的，因?yàn)樗梢院蟹墙?jīng)發(fā)酵的不溶固體，例如呈懸浮的形式。發(fā)酵原料可以含有具有有限的水溶性和任選地還具有有限的發(fā)酵能力或者不具有發(fā)酵能力的化合物。例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所述發(fā)酵原料為粉碎玉米以及碳源是在玉米中所含的淀粉?？赡艿?，將所述淀粉膠凝、液化和/或者糖化，但是不溶組分，無論是含淀粉的還是其它的(例如非經(jīng)發(fā)酵的蛋白質(zhì))，仍可能存在于發(fā)酵肉湯中。根據(jù)另外的實(shí)施方案，發(fā)酵原料是木質(zhì)纖維素材料以及碳源是水解纖維素和/或者半纖維素。同樣，一些原料組分具有有限的水溶性。在這些和其它情況下，發(fā)酵肉湯可以由醇的水溶液和在醇的水溶液中懸浮著的固體組成。然而，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要方面，在所有這些情況下，在發(fā)酵肉湯中僅存在單一液相。在包括發(fā)酵的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方案中，所述發(fā)酵步驟可與其它方法步驟諸如本申請所述的各個(gè)回收方法同時(shí)進(jìn)行，其包括提高C3-C6醇的活度的步驟以及水解原料以制備發(fā)酵底物的步驟。在該方法中，所述水解步驟可包括能夠使聚合碳水化合物裂解為可發(fā)酵產(chǎn)物的任何方法。因此，所述水解步驟可為化學(xué)催化或者酶催化的水解或者自動(dòng)水解以及糖化作用。 在該方法中，所述水解和發(fā)酵步驟可在所述方法的至少部分時(shí)間內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，可在所述方法的全部時(shí)間內(nèi)同時(shí)進(jìn)行，或者可在不同時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。用于本發(fā)明方法的適當(dāng)微生物可以選自天然存在的微生物、遺傳工程微生物和通過傳統(tǒng)技術(shù)開發(fā)的微生物或者它們的組合。該微生物可以包括但不限于細(xì)菌和真菌(包括酵母)。例如，適合的細(xì)菌可以包括能夠生產(chǎn)醇的細(xì)菌，例如梭菌物種的細(xì)菌。這些的實(shí)例包括但不限于丁酸梭菌、丙酮丁酸梭菌、糖乙酸多丁醇梭菌、糖丁酸梭菌和拜氏梭菌 (Clostridium beijerickii)。適當(dāng)?shù)募?xì)菌和真菌也包括能夠水解碳水化合物且可遺傳加工以產(chǎn)生醇的那些。適當(dāng)?shù)奈⑸锟梢赃x自天然存在的微生物、遺傳工程微生物和通過傳統(tǒng)技術(shù)開發(fā)的微生物或者它們的組合，且已經(jīng)如上詳細(xì)討論。實(shí)例包括但不限于梭菌目(例如溶纖維丁酸弧菌(Butyrovibrio fibrisolvens))、芽孢桿菌目(Bacilliales)(例如環(huán)狀芽胞桿菌)、放線菌目(例如Streptomyces cellulolyticus)、絲狀桿菌目(例如產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌(Fibrobacter succinogenes))、黃單胞菌目(黃單胞菌目物種(Xanthomonas species))和假單胞菌目 (例如門多薩假單胞菌)細(xì)菌和真菌如根霉菌目、酵母樣菌目(Saccharomycopsis)、曲霉菌目、許旺酵母目和Polysporus目的真菌。真菌可以能夠有氧或者厭氧性地進(jìn)行轉(zhuǎn)化。 厭氧真菌的實(shí)例包括但不限于單鞭毛菌物種(例如菌株E2 (strain E2))、厭氧真菌物種 (Orpinomyces species)(例如 Orpinomyces bovis)、新剛鞭毛菌物禾中(Neocallimastix species) (N. frontalis) >Caecomyce 物禾中、Anaeromyces 物禾中禾口 Ruminomyces 物禾中。如上所述，能夠生產(chǎn)醇的任何微生物(無論是天然存在的還是人工的)均可使用以及本發(fā)明方法不限于這里列舉的實(shí)例。在一些實(shí)施方案中，所述微生物在約20°C至約95°C的溫度是可存活的。所提及的微生物在給定溫度或者溫度范圍可存活是指微生物能夠在暴露于該溫度的情況下存活，并且隨后能夠在相同或者不同的條件下生長和/或者生產(chǎn)代謝產(chǎn)物。在其它實(shí)施方案中，所述微生物是耐溫微生物。將術(shù)語“抗耐性(resistance)”定義為在發(fā)酵肉湯中抑制劑濃度提高的情況下生物催化劑具有低抑制率的性質(zhì)。術(shù)語“更抗耐”是指一種生物催化劑在面對抑制劑時(shí)具有較低抑制率，與之相比的是另一種生物催化劑在面對相同抑制劑時(shí)具有較高抑制率。例如，兩種生物催化劑A和B (均具有對抑制劑生物燃料前體2% 的耐受性和每小時(shí)每g CDff Ig產(chǎn)物的單位生產(chǎn)率)在3%生物燃料前體時(shí)分別呈現(xiàn)每小時(shí)每g CDff 0. 5g產(chǎn)物和每小時(shí)每g CDffO. 75g產(chǎn)物的單位生產(chǎn)率。生物催化劑B比A更具有抗耐性。術(shù)語“耐溫”是指一種生物催化劑在給定溫度具有較低抑制率，與之相比的是另一種生物催化劑在相同溫度具有較高的抑制率。將術(shù)語“耐受性(tolerance)，，定義為在給定的抑制劑濃度，生物催化劑維持它的單位生產(chǎn)率的能力。術(shù)語“耐受”是指在給定的抑制劑濃度，生物催化劑維持它的單位生產(chǎn)率。例如，如果在2%抑制劑的存在下生物催化劑維持它在O至2%所具有的單位生產(chǎn)率， 則生物催化劑耐受2%的抑制劑或者具有對2%抑制劑的耐受性。將術(shù)語“溫度耐受性”定義為在給定的溫度生物催化劑維持它的單位生產(chǎn)率的能力。在一些實(shí)施方案中，所述微生物歷經(jīng)分批發(fā)酵周期的生存期總計(jì)具有每小時(shí)至少約0. 5g/L的C3-C6醇的生產(chǎn)率。在一些實(shí)施方案中，歷經(jīng)分批發(fā)酵周期的生存期，生產(chǎn)率總計(jì)為至少約1，至少約1. 5，至少約2. 0，至少約2. 5，至少約3，至少約3. 5，至少約4. 0，至少約4. 5和至少約5. Og/L/h的C3-C6醇。在一些實(shí)施方案中，歷經(jīng)分批發(fā)酵周期的生存期， 生產(chǎn)率為約0. 5g/L/h至約5g/L/h的C3-C6醇。在其它實(shí)施方案中，優(yōu)選的微生物是生產(chǎn)希望的醇且不具有共生物或者副產(chǎn)物或者具有最小限度的共生物或者副產(chǎn)物的微生物。還優(yōu)選的是使用簡易和低成本發(fā)酵培養(yǎng)基的微生物。本發(fā)明的一些方法包括將所述C3-C6醇在部分水溶液中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度。該步驟導(dǎo)致一些C3-C6醇不再溶于水溶液和使得能夠形成C3-C6醇富集液相和水富集液相。將C3-C6醇的活度提高到至少為所述 C3-C6醇在水溶液中達(dá)到飽和時(shí)的活度是指處理水溶液部分以形成含C3-C6醇的組合物， 其中所述C3-C6醇相對于水溶液的有效濃度比在初始部分中的大。該處理能夠包含各種處理步驟，包括但不限于添加親水性溶質(zhì)、蒸餾含水和C3-C6醇的蒸氣相、反滲透、滲析、選擇性吸附和溶劑萃取。所述步驟如下詳細(xì)解釋。C3-C6醇的活度是指C3-C6醇在水溶液中的有效濃度。術(shù)語C3-C6醇在水溶液中的飽和度是指C3-C6醇在水溶液的條件(例如溫度和壓力)下的最大濃度。當(dāng)在本申請中使用時(shí)，所提及的“部分”的物(例如發(fā)酵肉湯)既包括整個(gè)物(例如，整個(gè)發(fā)酵肉湯)，也包括小于整個(gè)物的整個(gè)物的某部分(例如，發(fā)酵肉湯的側(cè)流)。溶液部分或者部分發(fā)酵肉湯也包括轉(zhuǎn)變?yōu)檎魵庀嗟娜芤夯蛘甙l(fā)酵肉湯。C3-C6醇的活度將取決于溫度、壓力和組成。因?yàn)樵诜抢硐肴芤喝绨l(fā)酵培養(yǎng)基中的分子彼此相互作用和與不同類型的分子具有不同的相互作用，所以能夠改變或者修改物種的活度。提高醇的活度的實(shí)例是當(dāng)例如通過蒸餾、萃取和吸附將醇相對于水選擇性地除去以形成另一相時(shí)，其中所述其它相分別為氣相、溶劑相和固體吸附劑相。在氣相凝結(jié)、從溶劑分離或者從吸附劑分離后，形成第二液相，其中醇的活度高于起始溶液。降低水的活度的實(shí)例是當(dāng)例如通過水的選擇性吸附、萃取和甚至冷凍將水相對于醇選擇性地除去以形成另一相時(shí)。結(jié)果是降低了在起始溶液中水的活度。一些方法既提高醇的活度又降低水的活度。 例如，如果將親水性溶質(zhì)添加至醇的水溶液，則它既降低水的活度又提高醇的活度。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案，提高C3-C6醇的活度可以包括向水溶液添加親水性溶質(zhì)。 在一些實(shí)施方案中，所述親水性溶質(zhì)可為水溶性碳源。例如，如果將親水性溶質(zhì)引入到異丁醇水溶液中，則與異丁醇相比，親水性溶質(zhì)將以較大的親和力與溶液中的水相互作用。異丁醇在溶液中的活度由此將提高?；衔镌谒芤褐械幕疃认禂?shù)是該化合物在與該溶液相平衡的蒸氣相中將以什么濃度存在的指標(biāo)以及是化合物在水中的濃度的函數(shù)。化合物在溶液中的活度是化合物濃度和它的活度系數(shù)的乘積。例如，在異丁醇-水混合物中，異丁醇的活度系數(shù)比水大。因此，在與水溶液相平衡的蒸氣相中異丁醇的濃度將比在溶液中高。在一些實(shí)施方案中(其中所述水溶液是發(fā)酵肉湯)，可以在發(fā)酵肉湯具有微生物的情況下或者在除去微生物后將親水性溶質(zhì)添加至發(fā)酵器中的整個(gè)發(fā)酵肉湯或者添加至取自發(fā)酵器的部分流體。所提及的添加親水性溶質(zhì)可以表示提高在溶液部分中已存在的親水性溶質(zhì)的濃度或者表示添加先前在溶液中不存在的親水性溶質(zhì)。該濃度的提高可以通過外部添加進(jìn)行?？商鎿Q地，或者另外地，提高濃度也可以通過原位處理溶液進(jìn)行，例如通過水解在溶液中已存在的溶質(zhì)，例如，水解蛋白質(zhì)以向溶液添加氨基酸、水解淀粉或者纖維素以向溶液添加葡萄糖和/或者水解半纖維素以向溶液添加戊糖。根據(jù)另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，所述親水性溶質(zhì)可為具有營養(yǎng)價(jià)值和任選地在發(fā)酵共生物流中終止的親水性溶質(zhì)，例如蒸餾器干顆粒和可溶物(distillers dried grains and solubles，DDGS)。另外地或者可替換地，所述親水性溶質(zhì)可為可發(fā)酵的和能夠與水富集液相一起轉(zhuǎn)移至發(fā)酵器。添加足夠的親水性溶質(zhì)以使得能夠形成第二液相，僅僅通過添加親水性溶質(zhì)或者與其它處理步驟組合。所需的量取決于醇的化學(xué)性質(zhì)，所需的量通常隨醇中的碳原子數(shù)增加而減少，以及與仲醇或者叔醇和支化醇相比，伯醇和直鏈醇所需的量較少。所需的量還隨著發(fā)酵肉湯中醇濃度的增加而減少，以及可能也隨著發(fā)酵肉湯中其它溶質(zhì)濃度的增加而減少。從本發(fā)明來看，在各種情況下所需要的量可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)測定。優(yōu)選的親水性溶質(zhì)是具有降低水溶液的水蒸氣分壓的強(qiáng)烈效果的親水性溶質(zhì)。所添加的親水性溶質(zhì)可為鹽、氨基酸、水溶性溶劑、糖或者它們的組合。優(yōu)選的水溶性碳源是具有降低水溶液的水蒸氣分壓的強(qiáng)烈效果的水溶性碳源和能夠被良好發(fā)酵的水溶性碳源。所添加的水溶性碳源可為碳水化合物，例如單糖、二糖或者低聚糖和它們的組合。該碳水化合物可以包括己糖，例如葡萄糖和果糖和戊糖(例如木糖或者阿拉伯糖)和它們的組合。該碳水化合物的前體也是適合的，例如淀粉、纖維素、半纖維素和蔗糖或者它們的組合。在相關(guān)的實(shí)施方案中，可以將所述水溶性碳源回收。例如，如果稀水溶液是發(fā)酵肉湯且添加以提高C3-C6醇在發(fā)酵肉湯中的活度的親水性溶質(zhì)是CaCl2,則在形成醇富集和水富集液相后，CaCl2將主要存在于水富集液相中并且可以從水富集液相中回收。作為另外實(shí)例，如果稀水溶液是部分發(fā)酵肉湯和添加以提高C3-C6醇在發(fā)酵肉湯中的活度的水溶性碳源是葡萄糖，則葡萄糖將主要存在于水富集液相中并且可以將葡萄糖導(dǎo)回至發(fā)酵肉湯以為發(fā)酵提供碳。在一些實(shí)施方案中，所述方法包括蒸餾以至于蒸發(fā)C3-C6醇和水以形成醇耗盡的液相(alcohol-d印leted phase)和醇富集的蒸氣相。蒸餾步驟可以通過提高水溶液溫度， 降低水溶液上的大氣壓或者其組合來完成。在一些實(shí)施方案中，其中所述部分水溶液為部分發(fā)酵肉湯，所述蒸餾步驟可在發(fā)酵容器中進(jìn)行。在這些實(shí)施方案中，在蒸氣相中的C3-C6醇濃度大于在水溶液中的C3-C6醇濃度。 根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，在蒸氣相中C3-C6醇的濃度比水溶液中C3-C6醇的濃度大至少約5 倍，優(yōu)選為大約10倍，優(yōu)選為大約15倍，優(yōu)選為大約20倍，優(yōu)選為大約25倍，以及優(yōu)選為大約30倍。可以將所述蒸氣相例如在選擇的條件凝結(jié)，使得形成不混溶的醇富集溶液和水富集(即，醇貧瘠)溶液。蒸餾步驟可以在低于大氣壓的壓力進(jìn)行，在約大氣壓的壓力進(jìn)行或者在高于大氣壓的壓力進(jìn)行。本申請?zhí)峒暗拇髿鈮菏窃诤Ｆ矫娴拇髿鈮?，以及除非另外指明，本申請表示的所有壓力是絕對壓力。適合的低于大氣壓的壓力包括以下壓力約0.025巴至約1.01 巴，約0.075巴至約1.01巴，和約0. 15巴至約1.01巴。適合的高于大氣壓的壓力包括以下壓力約1. 01巴至約10巴，約1. 01巴至約6巴，和約1. 01巴至約3巴。在蒸餾步驟在低于大氣壓的壓力進(jìn)行的實(shí)施方案中，溫度可為約20°C至約95°C， 約25°C至約95°C，約30°C至約95°C，或者約35°C至約95°C。在另外實(shí)施方案中(其中所述水溶液是部分發(fā)酵肉湯且包含微生物，以及其中蒸餾步驟在蒸餾容器中進(jìn)行)，所述部分發(fā)酵肉湯在引入蒸餾容器前的溫度為約20°C至約 95°C，約25°C至約95°C，約30°C至約95°C，或者約35°C至約95°C。在另一實(shí)施方案中，在引入蒸餾容器后將所述部分發(fā)酵肉湯的溫度調(diào)節(jié)至希望的值。優(yōu)選地，使用在這些溫度可存活的微生物，并且甚至更優(yōu)選地，使用在這些溫度既可存活又具有生產(chǎn)能力的微生物。任選地，在蒸餾步驟后，可以將發(fā)酵肉湯的醇耗盡的剩余部分從蒸餾容器引導(dǎo)至發(fā)酵容器。任選地，可以將發(fā)酵肉湯的醇耗盡的剩余部分與水混合，與原料和/或者可能的其它養(yǎng)料混合以形成用于進(jìn)一步發(fā)酵的培養(yǎng)基。在提高C3-C6醇的活度的步驟包括蒸餾含水和C3-C6醇的蒸氣相和凝結(jié)所述蒸氣相的情況下，所述方法也可以包括處理所述稀水溶液部分以降低水的活度。在各個(gè)實(shí)施方案中，所述降低水的活度包括在蒸餾步驟之前或者與蒸餾步驟同時(shí)地除水。處理步驟可以包括選擇性地除去水，選擇性地結(jié)合水或者選擇性地排斥水。根據(jù)各個(gè)實(shí)施方案，處理步驟可以包括添加親水性溶質(zhì)、添加碳源、反滲透、滲析、在選擇性吸附劑上吸附醇、將醇萃取至選擇性萃取劑中、在選擇性吸附劑上吸附水或者將水萃取至選擇性萃取劑中。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，蒸餾步驟在閃蒸罐(flash tank)中進(jìn)行，該閃蒸罐能夠有效地連接至發(fā)酵容器，以及所述方法還可以包括使培養(yǎng)基從發(fā)酵容器循環(huán)至閃蒸罐和使培養(yǎng)基從閃蒸罐循環(huán)至發(fā)酵容器。閃蒸是單級蒸餾，其中蒸氣和液體從閃蒸體系的出口彼此之間呈相平衡，以及每一相的溫度和壓力幾乎相同。另一方面，蒸餾包含順序地串在一起的一系列閃蒸級(flash stages) 0與閃蒸中相比，在蒸餾期間，即，在多級閃蒸體系(例如蒸餾塔)中，從頂部出去的蒸氣和從底部出去的液體以不同的溫度離開。根據(jù)另一實(shí)施方案，所述方法包括與發(fā)酵容器中的壓力相比降低在蒸餾容器中的壓力。該壓力降低加上絕熱蒸發(fā)允許從蒸餾容器內(nèi)的發(fā)酵容器中生成的水溶液的部分發(fā)酵肉湯除去熱量?？商鎿Q地或者另外地，所述方法可包括對在發(fā)酵容器中的來自蒸餾容器的水溶液提高壓力。該壓力增加產(chǎn)生熱量，所述熱量可用于在各個(gè)點(diǎn)預(yù)熱體系。例如，所述熱量可用于預(yù)熱在閃蒸罐、發(fā)酵醪蒸餾器和/或者蒸餾塔中的進(jìn)料，以及還可以在用于將稀薄釜餾物濃縮成漿料的蒸發(fā)器中使用。這些組件下面將詳細(xì)討論。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)提高C3-C6醇的活度的步驟包括蒸餾含水和C3-C6醇的蒸氣相時(shí)，混合蒸氣包含共沸組合物(azeotropic composition)。當(dāng)分子力致使兩種或者更多種分子物種表現(xiàn)為新的蒸氣/液體物種時(shí)，形成共沸物。因?yàn)楣卜形锝M合物“窄點(diǎn) (pinch point)”妨礙將混合物蒸餾成純組分，共沸物通常被化學(xué)工藝工業(yè)視為限制。共沸物并不能從蒸餾過程產(chǎn)生純組分，而是共沸物本身表現(xiàn)為在蒸餾塔頂部的共沸組合物(作為最低沸點(diǎn)共沸物)或者表現(xiàn)為蒸餾塔底部的共沸組合物(作為最高沸點(diǎn)共沸物)。當(dāng)發(fā)酵產(chǎn)物與水形成最高沸點(diǎn)共沸物時(shí)，必須將所有的非共沸物結(jié)合的水蒸發(fā)和置頂蒸餾。在發(fā)酵肉湯中的產(chǎn)物典型地是稀的。結(jié)果，當(dāng)形成最高沸點(diǎn)共沸物時(shí)，滾沸和除去額外的未結(jié)合水所需要的能量的量是很大的熱負(fù)荷，并且這能夠常常使得蒸餾的蒸發(fā)和凝結(jié)過程不經(jīng)濟(jì)。另外，最高沸點(diǎn)共沸物在高于純物種沸點(diǎn)的溫度出現(xiàn)，從而提高了蒸餾體系中的底部溫度。結(jié)果，具有最高沸點(diǎn)的底部產(chǎn)物經(jīng)歷與純物質(zhì)相比較高的熱歷史。這種高溫?zé)釟v史能夠降低發(fā)酵的主要產(chǎn)物和共生物的價(jià)值。蒸餾器干顆粒和可溶物(DDGQ (其典型地用作進(jìn)料成分)是該共生物的一個(gè)實(shí)例，其在暴露于高熱量的情況下能夠降低品質(zhì)并失去營養(yǎng)價(jià)值。因?yàn)楣卜形锏幕疃认禂?shù)大于1，最低沸點(diǎn)共沸物也稱為正共沸物。因?yàn)榛疃认禂?shù)小于1，最高沸點(diǎn)共沸物也稱為負(fù)共沸物?；疃认禂?shù)的大小支配共沸本體的非理想活動(dòng)的程度。已經(jīng)研究了這種非理想度和在共沸物分離中的困難。活度系數(shù)不固定，但是為化合物在水中的濃度的函數(shù)。結(jié)果，因?yàn)榻M分濃度改變，所以共沸物組合物的溶液沸點(diǎn)也改變。結(jié)果，在多級蒸餾塔中提高的壓降導(dǎo)致在相同的塔頂真空水平的較高溫度分布。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，C3-C6醇的水溶液形成最低沸點(diǎn)共沸物。根據(jù)相關(guān)的優(yōu)選實(shí)施方案，C3-C6醇在混合蒸氣中的濃度基本上等于在選擇的蒸餾壓力醇在最低沸點(diǎn)共沸物中的濃度。在一些特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，C3-C6醇在混合蒸氣中的濃度大于醇在最低沸點(diǎn)共沸物中的濃度，如在這樣的一些情況下除了醇以外，水溶液包含影響水的分蒸氣壓的其它溶質(zhì)。已知一些共沸物在寬范圍的操作壓力下是穩(wěn)定的，而其它共沸物體系能夠被低壓和高壓所“破壞”。例如，乙醇-水共沸物在小于70托的壓力破壞。對于在真空下能夠被破壞的共沸物，蒸餾塔的使用有時(shí)受到限制，這是由于真空蒸餾塔要求蒸餾塔中的壓降足夠顯著，使得需要在真空源處產(chǎn)生更高的真空。例如，將真空蒸餾塔進(jìn)料壓力維持為150mmHg的嘗試要求塔中的壓降非常小，以確保真空泵能夠維持適當(dāng)?shù)恼婵账?。在具有多重塔板的真空塔中?shí)現(xiàn)低壓降要求在蒸餾塔板上的液體高度小。在塔中的低壓降和低液體高度通常提高塔的資本成本(由于增加了塔的直徑)。在一些實(shí)施方案中，提高C3-C6醇的活度的步驟包括滲析。滲析根據(jù)以下原則工作通過半透膜的溶質(zhì)擴(kuò)散和流體超濾。從水溶液選擇性地除去水的任何膜分離體系均適用于本發(fā)明方法。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，滲析在含兩個(gè)或者更多個(gè)隔室的體系中進(jìn)行。將醇的水溶液引入一個(gè)隔室中，并將水從該溶液通過所述膜選擇性地轉(zhuǎn)移至其它隔室。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，水的轉(zhuǎn)移由滲透壓導(dǎo)致。接受水的隔室含有親水性化合物，例如CaCl2或者碳水化合物，或者該化合物的濃縮溶液。濃縮溶液在接受水的隔室中形成。根據(jù)各個(gè)實(shí)施方案處理該溶液以再生溶質(zhì)或者溶質(zhì)的濃縮溶液，或者用于其它應(yīng)用。再生可以通過已知的方法進(jìn)行，例如水的蒸餾。在溶質(zhì)是碳水化合物或者另一種可發(fā)酵碳源的情況下，可以使用該溶液，以向發(fā)酵步驟提供可發(fā)酵物。在一些實(shí)施方案中，提高C3-C6醇的活度的步驟包括反滲透。在反滲透中，使水溶液在第一隔室中在壓力下與反滲透膜接觸，由此水通過所述膜選擇性地轉(zhuǎn)移至第二隔室， 而醇留在第一隔室中。作為水選擇性地轉(zhuǎn)移至第二隔室的結(jié)果，在第一隔室的液體中醇的濃度(和活度)提高且優(yōu)選的是達(dá)到飽和，由此在該第一隔室中形成第二相。根據(jù)該實(shí)施方案，該隔室包含兩種液相，其中之一是醇飽和的水相以及另一種是水飽和的醇溶液。在一些實(shí)施方案中，提高C3-C6醇的活度的步驟包括溶劑萃取。在溶劑萃取中，使水溶液與另一液相(溶劑或者萃取劑)接觸，其中水和所述醇中的至少一種不充分混溶。將兩相混合，然后沉降。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，提高C3-C6醇的活度的步驟包括將C3-C6醇萃取到醇選擇性萃取劑中。術(shù)語“醇-選擇性萃取劑”是指與水相比更優(yōu)選醇，使得在萃取劑中的醇/水比率大于在剩余水溶液中的醇/水比率的萃取劑。因此，醇選擇性萃取劑或者溶劑具有對醇的選擇性(與醇相比，疏水性相似或者更疏水)，以及醇優(yōu)先轉(zhuǎn)移至萃取劑或者溶劑中以形成含醇的萃取劑或者溶劑，也稱為萃取液。在一些優(yōu)選實(shí)施方案中，醇選擇性溶劑可為乙酸丁酯、磷酸三丁酯、癸醇、2-庚酮或者辛烷。在另外的實(shí)施方案中，提高C3-C6醇的活度的步驟包括將水萃取至水選擇性萃取劑中。術(shù)語“水選擇性萃取劑”是指與醇相比更優(yōu)選水，使得在萃取劑中的醇/水比率小于在剩余水溶液中的醇/水比率的萃取劑。因此，水選擇性萃取劑或者溶劑具有對水的選擇性(與醇相比更親水)，使得水優(yōu)先轉(zhuǎn)移至水選擇性萃取劑或者溶劑中。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，醇選擇性溶劑可為酸性的、基于胺的萃取劑。該萃取劑可以通過以下方法制備使胺與稀釋劑混合并使該混合物與酸接觸。適于形成萃取劑的胺包括伯、仲、叔和季胺，并且優(yōu)選的是包括伯、仲、叔胺。適合的胺也是以游離和鹽的形式(即，當(dāng)酸與它們結(jié)合時(shí))均不溶于水的。優(yōu)選地，在胺上的碳原子的合計(jì)/總數(shù)至少為20。脂族和芳族胺均適合，并且優(yōu)選為脂族胺。稀釋劑可為沸點(diǎn)為至少約60°C，并且優(yōu)選為至少約 80°C的烴或者另一種非反應(yīng)性有機(jī)溶劑。酸可為任何強(qiáng)酸，例如PKa(離解常數(shù)的負(fù)對數(shù)) 不大于3的酸，以及既可以為無機(jī)酸又可以為有機(jī)酸。在一個(gè)實(shí)例中，胺可為三辛基胺，酸可為硫酸以及稀釋劑可為癸烷。將酸萃取(與胺結(jié)合)以形成萃取劑。在一些實(shí)施方案中，提高C3-C6醇的活度的步驟包括在選擇性吸附劑上吸附 C3-C6醇或者水。在吸附中，使水溶液與對醇或者水具有較大選擇性的選擇性吸附劑接觸。在一個(gè)實(shí)施方案中，提高C3-C6醇的活度的步驟包括在醇-選擇性吸附劑上吸附C3-C6醇。 “醇選擇性吸附劑”是指與水相比優(yōu)選醇，使得在吸附劑上的醇/水比率大于在剩余水溶液中的醇/水比率的吸附劑。在另外的實(shí)施方案中，提高C3-C6醇的活度的步驟包括在水選擇性吸附劑上吸附水。“水選擇性吸附劑”是指與醇相比優(yōu)選水，使得在吸附劑上的醇/水比率小于在剩余水溶液中的醇/水比率的吸附劑。因此，使水相與水選擇性吸附劑接觸后，形成承載水的吸附劑，并且水溶液富集了 C3-C6醇。根據(jù)各個(gè)實(shí)施方案，所述水吸附劑具有親水性，具有能夠形成氫鍵的表面功能和/或者具有尺寸適合于水分子尺寸的空隙。在一些實(shí)施方案中，所述吸附劑可為固體。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，發(fā)酵原料如磨碎玉米可為吸附劑。 例如，可以使原料與水溶液接觸以選擇性地從水溶液吸附出水。在一些實(shí)施方案中，所述吸附劑可為分子篩。所述方法還包括從所述水溶液部分(其已進(jìn)行過處理以提高C3-C6醇的活度)形成C3-C6醇富集液相和水富集液相的步驟。本申請使用的術(shù)語“醇富集液相”是指醇對水的比率大于在所述水溶液部分中的醇對水的比率的液相。術(shù)語“水富集液相”是指水對醇的比率大于醇富集液相的水對醇的比率的液相。在下文中也將水富集相稱為醇貧瘠相。形成所述兩相的步驟可為主動(dòng)的。例如，在一些實(shí)施方案中，形成的步驟可以包括凝結(jié)蒸餾的蒸氣相，該蒸餾的蒸氣相在凝結(jié)后形成兩相?？商鎿Q地或者另外地，冷凍或者冷卻處理過的部分水溶液能夠?qū)е滦纬蓛上?。主?dòng)地形成兩相的其它步驟可以包括使用成某種形狀以促進(jìn)相分離的設(shè)備。相分離能夠在含液-液分離器的各種單元操作中完成，所述液-液分離器包括利用在相和水接受器(water boot)之間的比重差的液-液分離器、如離心機(jī)中的地心引力分離或者離心液-液分離器。沉降器也是適合的，如在用于溶劑萃取方法的混合器-沉降器單元中的沉降器。在一些實(shí)施方案中，形成步驟是被動(dòng)的，以及可以僅為將C3-C6醇的活度至少提高至飽和的活度的前述步驟的自然結(jié)果。在醇富集液相中，C3-C6醇相對于水的濃度比率與在初始部分中相比明顯較大。在水富集相中，C3-C6醇相對于水的濃度比率與在醇富集液相中相比明顯較小。也可以將水富集相稱為醇貧瘠相。在一些實(shí)施方案中，所述C3-C6醇為丙醇以及在醇富集相中丙醇對水的重量比率為大于約0. 2，大于約0. 5或者大于約1。在一些實(shí)施方案中，所述C3-C6醇為丁醇以及在醇富集相中丁醇對水的重量比率為大于約1，大于約2或者大于約8。在一些實(shí)施方案中， 所述C3-C6醇為戊醇以及在醇富集相中戊醇對水的重量比率為大于約4，大于約6或者大于約10。對于給定的相，可以將濃縮因子或者富集因子表示為在該相中醇對水的比率除以在稀水溶液中醇對水的比率。因此，例如，對于醇富集相，可以將濃縮或者富集因子表示為在醇富集相中的醇/水比率除以在稀水溶液中的醇/水比率。在一些實(shí)施方案中，在C3-C6醇富集相中的C3-C6醇對水的比率比在發(fā)酵肉湯中的C3-C6醇對水的比率大至少約5倍，至少約25倍，至少約50倍，至少約100倍或者至少約300倍。所述方法還包括使C3-C6醇富集相與水富集相分離。分離兩相是指將兩相物理分離，以及可以包括去除(removing)、撇去(skimming)、倒出(pouring out)、潷析 (decanting)或者以其它方式將一相從另一相移開以及可以通過本領(lǐng)域已知的用于分離液相的任何方法完成。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括冷卻C3-C6醇富集相以提高在所述醇富集相中C3-C6醇對水的比率的步驟。在一些實(shí)施方案中，所述方法還包括從醇富集相回收C3-C6醇。回收是指從醇富集相分離C3-C6醇?；厥找舶ǜ患蛘咛岣逤3-C6醇在醇富集相中的濃度。在各個(gè)實(shí)施方案中，該步驟可以包括選自以下的方法蒸餾、滲析、水吸附(例如，使用分子篩)、溶劑萃取、與在水中不可混溶的烴液體接觸和與親水性化合物接觸以產(chǎn)生含C3-C6醇和水的第一相和含C3-C6醇的第二相，其中在第二相中水對C3-C6醇的比率小于在第一相中水對C3-C6 醇的比率。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，第二相包含按重量計(jì)至少約80 %，約85 %，約90 %，約 95%或者約99%的C3-C6醇。本申請使用的在水中不可混溶的液體在水中的混溶度小于約 Iwt %。上面關(guān)于提高C3-C6醇的活度的步驟討論了蒸餾和滲析的方法，相似的方法可用于從C3-C6醇富集相回收C3-C6醇。關(guān)于使用水吸附從C3-C6醇富集相回收C3-C6醇，使醇富集相與選擇性地將水從醇富集相吸附出來的吸附劑接觸。形成承載水的吸附劑并且醇富集相進(jìn)一步富集了 C3-C6醇。根據(jù)各個(gè)實(shí)施方案，所述水吸附劑具有親水性，具有能夠形成氫鍵的表面功能和/或者具有尺寸適合于水分子尺寸的空隙。在一些實(shí)施方案中，所述吸附劑可為固體。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方案，發(fā)酵原料如磨碎玉米可為吸附劑。例如，可以使原料與C3-C6醇富集相接觸以選擇性地從C3-C6醇富集相吸附出水。在一些實(shí)施方案中，所述吸附劑可為分子篩。也可以使用溶劑萃取從C3-C6醇富集相回收C3-C6醇。在溶劑萃取中，使醇富集相與另一液相(溶劑)接觸，其中水和醇中的至少一種不充分混溶。將兩相混合，然后沉降。根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，所述溶劑具有對水的選擇性(與醇相比更親水)，水優(yōu)先轉(zhuǎn)移至溶劑相以及在其它相中醇對水的比率提高。根據(jù)另外的實(shí)施方案，所述溶劑具有對醇的選擇性(與醇相比，親水性相似或者更親水)。在一些優(yōu)選實(shí)施方案中，醇選擇性溶劑可為乙酸丁酯、磷酸三丁酯、癸醇、2-庚酮或者辛烷。醇優(yōu)先轉(zhuǎn)移至所述溶劑中。在以下步驟中，以與醇富集相相比具有較高的醇對水的比率的形式使醇從所述溶劑分離。與在水中不可混溶的烴液體接觸也可用于從C3-C6醇富集相回收C3-C6醇。該液體是疏水溶劑以及如上面對疏水溶劑所述起作用，即，從醇富集相萃取醇。該烴液體的實(shí)例包括汽油、原油、Fischer Tropsch材料和生物燃料。與親水性化合物接觸也可用于從C3-C6醇富集相回收C3-C6醇。這種回收方法類似于上述的使用親水性化合物提高醇活度或者降低水活度的方法。在本發(fā)明的另外的實(shí)施方案中，所述方法可以包括在提高活度的步驟后，將稀水溶液的剩余部分如發(fā)酵肉湯引導(dǎo)(或者輸送)至發(fā)酵容器。在該實(shí)施方案中，所述稀水溶液的剩余部分可以包含雜質(zhì)以及所述方法還包括在將所述剩余部分引導(dǎo)至發(fā)酵容器之前， 從至少部分的剩余部分除去至少部分的雜質(zhì)。該雜質(zhì)可為，例如，乙醇、乙酸鹽、醛類如丁醛和短鏈脂肪酸。在一些實(shí)施方案中，所述稀水溶液可以包含雜質(zhì)以及在C3-C6醇富集液相中雜質(zhì)對C3-C6醇的比率大于在水富集相中雜質(zhì)對C3-C6醇的比率。在一些實(shí)施方案中， 在水富集液相中雜質(zhì)對C3-C6醇的比率大于在C3-C6醇富集相中雜質(zhì)對C3-C6醇的比率。在本發(fā)明的又一些實(shí)施方案中，進(jìn)一步處理C3-C6醇富集相以提高該相的價(jià)值或者效用。進(jìn)一步處理的其它實(shí)施方案披露于美國專利申請20090299109，將其全部內(nèi)容引入本申請作為參考。例如，C3-C6醇富集相可以通過以下方法進(jìn)一步處理(i)從C3-C6醇富集相蒸餾基本上純的C3-C6醇，(ii)從C3-C6醇富集相蒸餾C3-C6醇的共沸物，(iii) 使C3-C6醇富集相與C3-C6醇選擇性吸附劑接觸，或者(ν)使C3-C6醇富集相與在水中不可混溶的烴液體混合。在從C3-C6醇富集相蒸餾基本上純的C3-C6醇的情況下，基本上純的C3-C6醇可以具有低比例的雜質(zhì)(例如通過具有低的雜質(zhì)對C3-C6醇的比率反映出來)。 例如，在基本上純的C3-C6醇中雜質(zhì)對C3-C6醇的比率可為小于約5/95，小于約2/98或者小于約1/99?？商鎿Q地，基本上純的C3-C6醇的水含量可為小于約5wt%，小于約1襯％或者小于約0. 5wt%0在使C3-C6醇富集相與在水中不可混溶的烴液體混合的情況下，所得的組合可以形成單一均相?？商鎿Q地，在使C3-C6醇富集相與在水中不可混溶的烴液體混合的情況下， 所得的組合可以形成輕相和重相以及在輕相中C3-C6醇對水的比率大于在重相中C3-C6 醇對水的比率。根據(jù)所述方法的實(shí)施方案，所述烴液體為燃料如汽油。根據(jù)相關(guān)實(shí)施方案，C3-C6醇富集燃料通過使燃料與還含水的C3-C6醇富集相混合形成。作為混合的結(jié)果， C3-C6醇選擇性地轉(zhuǎn)移至燃料相中以形成所述富集燃料，而最初在醇富集相中所含的水的大部分分離為水富集重相，使其與燃料分離。這些方法的可替換的實(shí)施方案是生成C3-C6醇的方法，該方法包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以生成C3-C6醇。上面詳細(xì)地描述了培養(yǎng)步驟。所述方法還包括提高在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中C3-C6醇的活度，和蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以生成液相和含水和C3-C6醇的蒸氣相。上面關(guān)于本發(fā)明的其它實(shí)施方案討論了提高活度和蒸餾的步驟。所述方法還包括將得自蒸餾步驟的液相(已消耗的液相)引導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基。在優(yōu)選實(shí)施方案中，所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基(其中提高了 C3-C6醇的活度)包含微生物，將該微生物留在已消耗的液相中并返至發(fā)酵培養(yǎng)基，用于進(jìn)一步通過微生物生成C3-C6醇。在一些實(shí)施方案中，所述液相包含雜質(zhì)，以及所述方法還包括從至少部分的液相除去至少部分的雜質(zhì)，然后將所述液相引導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基。在這種方法的實(shí)施方案中，在所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基中C3-C6醇對水的比率小于約 10/90 (w/w)，小于約 7. 5/92. 5 (w/w)，小于約 5. 0/95 (w/w)，小于約 2. 5/97. 5 (w/ w)，小于約 2/98 (w/w)，小于約 1. 5/98. 5 (w/w)，小于約 1/99 (w/w)或者小于約 0. 5/99. 5 (w/
W) O蒸餾步驟可為絕熱的或者等溫的。在絕熱蒸餾中，在蒸餾體系和環(huán)境之間不發(fā)生顯著的熱傳遞，并且體系壓力保持恒定。在等溫蒸餾中，在蒸餾體系和環(huán)境之間允許熱傳遞，并且體系溫度保持恒定。在該方法的各實(shí)施方案中，醇從稀水溶液至蒸氣的富集度為至少約5倍，約6倍， 約7倍，約8倍，約9倍，約10倍，約11倍，約12倍，約13倍，約14倍或者約15倍。術(shù)語 “富集度”是指在凝結(jié)蒸氣中醇/水的比率除以在稀水溶液中醇/水的比率。本發(fā)明的另外的實(shí)施方案是從水溶液萃取C3-C6醇的方法，該方法包括使水溶液與酸性的、基于胺的萃取劑接觸。酸性的、基于胺的萃取劑可以通過如上所述的酸化有機(jī)胺溶液形成。在使水溶液與萃取劑接觸后，通過使酸性的、基于胺的萃取劑與水溶液混合進(jìn)行萃取?？梢詮慕佑|后形成的萃取劑相回收C3-C6醇。在下面提供的實(shí)施例中詳細(xì)描述了本發(fā)明的各個(gè)方面。然而，提供這些實(shí)施例用于說明目的，不意在限制本發(fā)明范圍。將本申請引用的每一出版物和文獻(xiàn)的全部內(nèi)容通過引用的方式并入本文。盡管詳細(xì)描述了本發(fā)明的各實(shí)施方案，但是很明顯，本領(lǐng)域技術(shù)人員將想起這些實(shí)施方案的修飾和改變。然而，應(yīng)清楚地理解，該修飾和改變在本發(fā)明范圍內(nèi)， 本發(fā)明范圍如以下典型權(quán)利要求中所闡述。實(shí)施例實(shí)施例1該實(shí)施例示例說明了本發(fā)明異丁醇生產(chǎn)過程的放大，由實(shí)驗(yàn)室規(guī)模至IMM GPY(加侖/年)證實(shí)規(guī)模。產(chǎn)生異丁醇的根據(jù)WO 2008/098227的教導(dǎo)代謝加工的大腸桿菌 (Gevo2525)經(jīng)三個(gè)發(fā)酵器接種培養(yǎng)進(jìn)行繁殖以接種于10，000L生產(chǎn)發(fā)酵器。異丁醇通過真空蒸發(fā)從所述培養(yǎng)物除去并且通過直接接觸凝結(jié)和液-液分離來回收。Gevo2525經(jīng)三個(gè)階段接種培養(yǎng)(three stage seed train)進(jìn)行繁殖，每個(gè)階段控制在30°C和pH = 7。在第一階段，在三個(gè)3L搖瓶中，培養(yǎng)物生長至平均光密度(0D_J為 6.5。在第二階段，在一個(gè)50L發(fā)酵器中，培養(yǎng)物生長至OD6tltlnm = 7.1。在最后階段，在一個(gè) 500L發(fā)酵器中，OD600nm達(dá)到觀(約8. Ig細(xì)胞干重/升)。500L發(fā)酵器的全部容積用于接種 10，000L生產(chǎn)發(fā)酵器。對于Gev02525，IOD600nm相應(yīng)于約0. 45g細(xì)胞干重/升。在產(chǎn)生發(fā)酵器中的培養(yǎng)物最初在好氧條件下生長。接種后一小時(shí)，在OD6tltlnm = 2 時(shí)，加入IPTG以達(dá)到0. ImM的濃度以化學(xué)誘導(dǎo)在所述微生物中加工的酶的產(chǎn)生。約8小時(shí)后，在OD6tltlnm = 12(約5. 4g細(xì)胞干重/升的細(xì)胞密度)的細(xì)胞濃度和6. 2g/L的異丁醇濃度時(shí)，所述發(fā)酵器用氬氣噴射以保證厭氧性條件。所述氣體噴射也從所述發(fā)酵肉湯分離可揮發(fā)化合物，包括醇產(chǎn)物。在廢氣中的醇產(chǎn)物可通過將其由所述廢氣凝結(jié)來回收。為了在產(chǎn)生相保持發(fā)酵器異丁醇濃度低于抑制水平，加熱所述發(fā)酵肉湯或者培養(yǎng)基并且經(jīng)分離器從所述發(fā)酵肉湯送出以除去至少一些氣體并且送至閃蒸罐以在返至所述發(fā)酵器之前回收至少部分醇產(chǎn)物。達(dá)到分離器的入口流體由30°C加熱至36°C并且在4psia 操作分離器而在0. 5psia操作閃蒸罐。所述0. 5psia壓力通過串聯(lián)排列的兩個(gè)蒸汽噴射器產(chǎn)生。所述分離器從所述發(fā)酵器發(fā)酵肉湯除去大部分溶解的(X)2并且降低在閃蒸罐中的不可凝結(jié)的負(fù)載。Aspen Plus 2006. 5 (Aspen Technology, Inc. , Burlington, MA)建模評估了進(jìn)入分離器的75%的(X)2在36°C和4psia除去。在閃蒸罐中的滯留時(shí)間足以達(dá)到平衡且每道次(per pass)除去14%的發(fā)酵肉湯異丁醇。在0. 5psia時(shí)，相比于在發(fā)酵肉湯中的0. 5wt%，所述蒸氣將具有的異丁醇。如果可揮發(fā)化合物的抑制水平在生長期中出現(xiàn)時(shí)，則所述發(fā)酵肉湯可在除去它們的過程的階段經(jīng)閃蒸罐再循環(huán)。在閃蒸罐之后，剩余發(fā)酵培養(yǎng)基再循環(huán)至產(chǎn)生發(fā)酵器。再循環(huán)回路(發(fā)酵器-預(yù)熱-分離器-閃蒸罐-發(fā)酵器)以50gpm運(yùn)行。如在圖4中示例說明且在說明書中所述，所述閃蒸罐為閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器體系的一部分。在體系的閃蒸罐部分中產(chǎn)生的所述蒸氣運(yùn)輸至上所述體系的直接接觸凝結(jié)器部分且暴露至含有醇產(chǎn)物的再循環(huán)凝結(jié)物的精細(xì)噴霧以提供凝結(jié)率。用于凝結(jié)所述蒸氣的再循環(huán)凝結(jié)物首先經(jīng)熱交換器冷卻。未用作為精細(xì)噴霧的剩余所述凝結(jié)物輸送至液-液分尚器。在完成在產(chǎn)生發(fā)酵器中的生產(chǎn)后，用過的發(fā)酵肉湯輸送至發(fā)酵醪蒸餾器。在用過的發(fā)酵肉湯中的iBuOH在所述發(fā)酵醪蒸餾器中回收并且生產(chǎn)微生物失活。
參看圖10，示例說明了異丁醇在發(fā)酵器發(fā)酵肉湯以及在閃蒸后發(fā)酵肉湯中的濃度?？梢钥闯鲈谒霭l(fā)酵肉湯返至所述發(fā)酵器之前閃蒸罐除去約15% -20%的發(fā)酵肉湯 iBuOH。對于厭氧期的異丁醇生產(chǎn)是基于葡萄糖消耗(假定為90%的0. 41g異丁醇/g葡萄糖理論收率)且考慮到由于污染微生物以產(chǎn)生乳酸鹽(主要副產(chǎn)物)而消耗的葡萄糖來計(jì)算的。圖11顯示了有效滴定率和生產(chǎn)率與先前的小型(bench scale)實(shí)驗(yàn)相當(dāng)。該發(fā)酵進(jìn)行和回收的結(jié)果在如下表1中顯示。表1 異丁醇生產(chǎn)的匯總
權(quán)利要求
1.從包含微生物、氣體和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基中回收C3-C6醇的方法，包括a.從所述發(fā)酵培養(yǎng)基除去至少部分所述氣體；b.將所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度，或者將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度；c.從所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基形成C3-C6醇富集液相和水富集液相；以及d.使所述C3-C6醇富集相與所述水富集相分離。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇和氣體；以及將至少部分水富集相引導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基中。
3.權(quán)利要求1的方法，還包括將包含多糖和至少一種其它化合物的原料水解以產(chǎn)生可發(fā)酵的水解產(chǎn)物； 使至少部分可發(fā)酵的水解產(chǎn)物在發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵以產(chǎn)生C3-C6醇和氣體，其中所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包含至少一種不發(fā)酵的化合物；以及使所述至少一種不發(fā)酵的化合物與所述發(fā)酵培養(yǎng)基、或者與所述水富集相或者與所述發(fā)酵培養(yǎng)基和水富集相分離。
4.由在包含微生物、氣體和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基中的C3-C6醇產(chǎn)生產(chǎn)物的方法，包括a.從所述發(fā)酵培養(yǎng)基除去至少部分所述氣體；b.從所述發(fā)酵培養(yǎng)基蒸餾包含水和C3-C6醇的蒸氣相；c.使蒸氣相中的所述C3-C6醇反應(yīng)以形成產(chǎn)物。
5.權(quán)利要求1的方法，還包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇和氣體；以及將至少部分水富集液相引導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基中；其中提高所述C3-C6醇的活度或者降低水的活度的步驟還包括蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以產(chǎn)生液相和包含水和C3-C6醇的蒸氣相。
6.從包含第一含量的C3-C6醇和氣體的稀水溶液中回收所述C3-C6醇的方法，包括a.從所述稀水溶液除去至少部分所述氣體；b.蒸餾部分稀水溶液以得到包含C3-C6醇和水的蒸氣相，其中所述蒸氣相包含來自所述部分稀水溶液的第一含量的C3-C6醇，所述第一含量的C3-C6醇按重量計(jì)在約和約 45%之間；以及c.凝結(jié)所述蒸氣相。
7.操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置以產(chǎn)生C3-C6醇的方法，所述改造的乙醇生產(chǎn)裝置包括預(yù)處理單元、多重發(fā)酵單元和發(fā)酵醪蒸餾器，所述方法包括a.在所述預(yù)處理單元中預(yù)處理原料以形成可發(fā)酵糖；b.在第一發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；c.從所述發(fā)酵培養(yǎng)基除去至少部分氣體；d.處理包含所述C3-C6醇的部分發(fā)酵培養(yǎng)基以除去部分C3-C6醇；e.將處理過的部分發(fā)酵培養(yǎng)基返至所述第一發(fā)酵單元；以及f.將所述發(fā)酵培養(yǎng)基從所述第一發(fā)酵單元轉(zhuǎn)移至所述發(fā)酵醪蒸餾器。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的方法，其中所述氣體包括二氧化碳。
9.權(quán)利要求8的方法，其中至少約30%的所述二氧化碳在除去步驟期間被除去。
10.權(quán)利要求8的方法，其中至少約75%的所述二氧化碳在除去步驟期間被除去。
11.權(quán)利要求8的方法，其中至少約85%的所述二氧化碳在除去步驟期間被除去。
12.權(quán)利要求8的方法，其中至少約90%的所述二氧化碳在除去步驟期間被除去。
13.權(quán)利要求8的方法，其中所述除去步驟包括選自加熱、降低壓力至低于大氣壓、吸附以及它們的組合的步驟。
14.權(quán)利要求8的方法，其中所述除去步驟包括降低壓力至約Ipsia和約IOpsia之間的壓力。
15.權(quán)利要求14的方法，其中所述除去步驟包括降低壓力至約2psia至約5psia之間的壓力。
16.權(quán)利要求8的方法，其中將所述除去的二氧化碳引導(dǎo)至發(fā)酵單元用于pH控制，排出二氧化碳或者它們的組合。
17.權(quán)利要求8的方法，還包括處理所述氣體以除去所述C3-C6醇和排出所述氣體。
18.權(quán)利要求8的方法，還包括從所述發(fā)酵培養(yǎng)基或者稀水溶液中除去至少一種雜質(zhì)。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述至少一種雜質(zhì)選自乙醇、乙酸、丙醇、苯基乙醇和異戊醇。
20.提高C3-C6醇在水溶液中的濃度的方法，包括a.將包含所述C3-C6醇的水溶液的第一流體引入至容器；b.使包含所述C3-C6醇的所述水溶液的第一流體經(jīng)歷減壓以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣；c.使包含所述C3-C6醇的所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸以形成包含C3-C6 醇的凝結(jié)蒸氣的凝結(jié)物，其中C3-C6醇在凝結(jié)物中的濃度大于C3-C6醇在所述水溶液的第一流體中的濃度。
21.從包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基回收C3-C6醇的方法，包括a.將C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣，或者將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣；b.通過使包含所述C3-C6醇的所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸來凝結(jié)所述 C3-C6醇蒸氣；c.從所述凝結(jié)蒸氣形成C3-C6醇富集液相和水富集液相；以及d.使所述C3-C6醇富集相與所述水富集相分離。
22.權(quán)利要求21的方法，還包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；以及將至少部分水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。
23.權(quán)利要求21的方法，還包括將包含多糖和至少一種其它化合物的原料水解以產(chǎn)生可發(fā)酵的水解產(chǎn)物；使至少部分可發(fā)酵的水解產(chǎn)物在發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵以產(chǎn)生C3-C6醇，其中所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包含至少一種不發(fā)酵的化合物；以及使至少一種不發(fā)酵的化合物與所述發(fā)酵培養(yǎng)基、或者與所述水富集相或者與所述發(fā)酵培養(yǎng)基和水富集相分離。
24.產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括a.在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；b.提高所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度；c.蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以形成液相和包含水和C3-C6醇的蒸氣相；d.通過使蒸氣相與包含所述C3-C6醇的溶液接觸來凝結(jié)所述蒸氣相；以及e.將所述液相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。
25.從包含第一含量的C3-C6醇的稀水溶液回收C3-C6醇的方法，包括a.蒸餾部分稀水溶液以形成包含所述C3-C6醇和水的蒸氣相，其中所述蒸氣相包含來自所述部分稀水溶液的第一含量的C3-C6醇，所述第一含量的C3-C6醇按重量計(jì)在約1 %和約45%之間；以及b.通過使蒸氣相與包含所述C3-C6醇的溶液接觸來凝結(jié)所述蒸氣相。
26.權(quán)利要求20-25中任一項(xiàng)的方法，其中將包含所述C3-C6醇的所述溶液噴霧至包含所述C3-C6醇的所述蒸氣。
27.權(quán)利要求20-25中任一項(xiàng)的方法，其中包含所述C3-C6醇的所述溶液包含C3-C6醇的凝結(jié)物。
28.權(quán)利要求27的方法，其中在與所述C3-C6醇蒸氣接觸之前將所述凝結(jié)物冷卻。
29.權(quán)利要求20-25中任一項(xiàng)的方法，其中形成所述蒸氣或者蒸氣相的步驟以及凝結(jié)所述蒸氣或者蒸氣相的步驟在單一容器中進(jìn)行。
30.權(quán)利要求29的方法，其中所述容器包括限定含有第一流體的部分和含有第二流體的部分的堰，其中所述含有第一流體的部分適于容納所述水溶液或者包含微生物和C3-C6 醇的所述發(fā)酵培養(yǎng)基，且所述含有第二流體的部分適于容納所述凝結(jié)蒸氣。
31.權(quán)利要求30的方法，其中所述含有第一流體的部分包含用于將所述水溶液或者包含微生物和C3-C6醇的所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)至所述含有第一流體的部分的管道以及用于將所述水溶液或者包含微生物和C3-C6醇的所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)出所述含有第一流體的部分的管道，其中在引導(dǎo)出所述含有第一流體的部分的所述水溶液或者所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的C3-C6醇的含量小于在引導(dǎo)至所述含有第一流體的部分的所述水溶液或者所述發(fā)酵培養(yǎng)基中的C3-C6醇的含量。
32.權(quán)利要求30的方法，其中所述含有第二流體的部分包含用于將所述凝結(jié)蒸氣引導(dǎo)出所述含有第二流體的部分的管道。
33.用于提高C3-C6醇在水溶液中的濃度的閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器體系，包括a.容器；b.用于將包含所述C3-C6醇的水溶液的流體引入至所述容器的裝置；c.用于使包含所述C3-C6醇的所述水溶液的流體經(jīng)歷減壓以形成包含所述C3-C6醇的蒸氣的裝置；d.用于使包含所述C3-C6醇的所述蒸氣與包含所述C3-C6醇的溶液接觸以形成包含 C3-C6醇的凝結(jié)蒸氣的凝結(jié)物的裝置，其中C3-C6醇在凝結(jié)物中的濃度大于C3-C6醇在所述水溶液的第一流體中的濃度。
34.權(quán)利要求33的閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器體系，其中所述容器包括由堰分開的兩個(gè)含有流體的隔室或者部分，其中所述堰在所述容器底部將所述隔室或者部分隔開。
35.權(quán)利要求34的閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器體系，其中所述裝置(c)包括用于產(chǎn)生真空的裝置。
36.權(quán)利要求34的閃蒸罐/直接接觸凝結(jié)器體系，其中所述裝置(d)包括噴嘴。
37.從包含微生物和C3-C6醇的發(fā)酵培養(yǎng)基回收C3-C6醇的方法，包括a.將氣體引入至發(fā)酵培養(yǎng)基，其中將部分C3-C6醇轉(zhuǎn)移至所述氣體；b.將所述氣體從所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)至回收單元；以及c.從所述氣體回收所述C3-C6醇。
38.權(quán)利要求37的方法，還包括d.將所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度，或者將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度；e.從所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基形成C3-C6醇富集液相和水富集液相；以及f.使所述C3-C6醇富集相與所述水富集相分離。
39.權(quán)利要求38的方法，還包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；以及將所述水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。
40.權(quán)利要求38的方法，還包括將包含多糖和至少一種其它化合物的原料水解以產(chǎn)生可發(fā)酵的水解產(chǎn)物； 使至少部分可發(fā)酵的水解產(chǎn)物在發(fā)酵培養(yǎng)基中發(fā)酵以產(chǎn)生C3-C6醇，其中所述發(fā)酵培養(yǎng)基還包含至少一種不發(fā)酵的化合物；以及使所述至少一種不發(fā)酵的化合物與所述發(fā)酵培養(yǎng)基、或者與所述水富集相或者與所述發(fā)酵培養(yǎng)基和水富集相分離。
41.權(quán)利要求37的方法，還包括 蒸餾包含水和C3-C6醇的蒸氣相；以及使蒸氣相中的所述C3-C6醇反應(yīng)以形成產(chǎn)物。
42.權(quán)利要求37的方法，還包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇； 提高所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度；蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以產(chǎn)生液相和包含水和C3-C6醇的蒸氣相；以及將所述液相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。
43.權(quán)利要求37的方法，包括將部分稀水溶液蒸餾為包含C3-C6醇和水的蒸氣相，其中所述蒸氣相包含來自所述部分稀水溶液的第一含量的C3-C6醇，所述第一含量的C3-C6醇按重量計(jì)在約和約45% 之間；以及凝結(jié)所述蒸氣相。
44.操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置以產(chǎn)生C3-C6醇的方法，所述改造的乙醇生產(chǎn)裝置包括預(yù)處理單元、多重發(fā)酵單元和發(fā)酵醪蒸餾器，所述方法包括a.在所述預(yù)處理單元中預(yù)處理原料以形成可發(fā)酵糖；b.在發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；c.將氣體引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基，其中將部分C3-C6醇轉(zhuǎn)移至所述氣體；d.將所述氣體從所述發(fā)酵培養(yǎng)基引導(dǎo)至回收單元；e.從所述氣體回收所述C3-C6醇；f.處理包含所述C3-C6醇的部分發(fā)酵培養(yǎng)基以除去部分C3-C6醇；g.將處理過的部分發(fā)酵培養(yǎng)基返至所述發(fā)酵單元；以及h.將所述發(fā)酵培養(yǎng)基從所述發(fā)酵單元轉(zhuǎn)移至所述發(fā)酵醪蒸餾器。
45.權(quán)利要求37-44中任一項(xiàng)的方法，其中從所述氣體回收至少約50%的所述C3-C6醇。
46.權(quán)利要求37-44中任一項(xiàng)的方法，其中從所述氣體回收至少約70%的所述C3-C6醇。
47.權(quán)利要求37-44中任一項(xiàng)的方法，其中從所述氣體回收至少約85%的所述C3-C6醇。
48.權(quán)利要求37-44中任一項(xiàng)的方法，其中從所述氣體回收至少約90%的所述C3-C6醇。
49.產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括a.在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以使所述微生物生長；b.在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)所述微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；c.在培養(yǎng)步驟中從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述C3-C6醇；以及d.在步驟(b)中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約20毫摩爾的氧氣的氧轉(zhuǎn)移率(OTR)引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。
50.權(quán)利要求49的方法，其中所述引入步驟包括在步驟(b)中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約10毫摩爾的氧氣的OTR引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。
51.權(quán)利要求49的方法，其中所述引入步驟包括在步驟(b)中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約0. 1和約5毫摩爾之間的氧氣的OTR引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。
52.權(quán)利要求49的方法，其中從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述C3-C6醇的步驟包括以下步驟將所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度提高到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度，或者將水在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度降低到至少為所述C3-C6醇在所述部分中達(dá)到飽和時(shí)的活度；從所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基形成C3-C6醇富集液相和水富集液相；以及使所述C3-C6醇富集相與所述水富集相分離。
53.權(quán)利要求52的方法，還包括以下步驟 將所述水富集相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。
54.權(quán)利要求49或者50的方法，還包括以下步驟從所述發(fā)酵培養(yǎng)基蒸餾包含水和C3-C6醇的蒸氣相；以及使蒸氣相中的所述C3-C6醇反應(yīng)以形成產(chǎn)物。
55.產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括a.在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；b.在步驟(a)中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約20毫摩爾的氧氣的氧轉(zhuǎn)移率(OTR)引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基；c.提高所述C3-C6醇在部分發(fā)酵培養(yǎng)基中的活度；d.蒸餾所述部分發(fā)酵培養(yǎng)基以產(chǎn)生液相和包含水和C3-C6醇的蒸氣相；以及e.將所述液相引導(dǎo)至所述發(fā)酵培養(yǎng)基。
56.操作改造的乙醇生產(chǎn)裝置以產(chǎn)生C3-C6醇的方法，所述改造的乙醇生產(chǎn)裝置包括預(yù)處理單元、多重發(fā)酵單元和發(fā)酵醪蒸餾器，所述方法包括a.在所述預(yù)處理單元中預(yù)處理原料以形成可發(fā)酵糖；b.在第一發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物以使所述微生物生長；c.在第一發(fā)酵單元中在包含所述可發(fā)酵糖的發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)所述微生物以產(chǎn)生 C3-C6 醇；d.在步驟(c)中將包含氧氣的氣體以小于每小時(shí)每升發(fā)酵培養(yǎng)基約20毫摩爾的氧氣的氧轉(zhuǎn)移率(OTR)引入至所述發(fā)酵培養(yǎng)基；e.處理包含所述C3-C6醇的部分發(fā)酵培養(yǎng)基以除去部分C3-C6醇；f.將處理過的部分發(fā)酵培養(yǎng)基返至所述發(fā)酵單元；以及g.將所述發(fā)酵培養(yǎng)基從所述發(fā)酵單元轉(zhuǎn)移至所述發(fā)酵醪蒸餾器。
57.權(quán)利要求49、55或者56的方法，其中產(chǎn)生C3-C6醇的步驟為厭氧性的。
58.操作用于產(chǎn)生并回收C3-C6醇的過程的方法，所述操作包括在小于大氣壓操作的多重單元操作，所述方法包括以下步驟a.在第一單元操作中將蒸汽引入至第一噴射器以產(chǎn)生小于大氣壓的壓力；以及b.在第二單元操作中將蒸汽從所述第一噴射器引導(dǎo)至第二噴射器以產(chǎn)生小于大氣壓的壓力。
59.權(quán)利要求57的方法，其中所述多重單元操作包括選自下述的單元操作水再生回收、第一有效蒸發(fā)器、第二有效蒸發(fā)器、發(fā)酵醪蒸餾器、側(cè)線氣提塔和整流器。
60.權(quán)利要求57的方法，其中所述第一和第二單元操作是相同的。
61.權(quán)利要求57的方法，其中所述第一和第二單元操作是不同的。
62.將產(chǎn)生C3-C6醇的微生物培養(yǎng)成高細(xì)胞密度的方法，包括以下步驟使所述微生物在發(fā)酵培養(yǎng)基中生長并在所述生長步驟中從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述C3-C6醇；其中所述微生物達(dá)到范圍為從約每升5g至約每升150g干重的細(xì)胞密度。
63.產(chǎn)生C3-C6醇的方法，包括以下步驟在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)產(chǎn)生所述C3-C6醇的微生物以產(chǎn)生C3-C6醇并從所述發(fā)酵培養(yǎng)基回收所述C3-C6醇；其中所述C3-C6醇的產(chǎn)生為以每升每小時(shí)至少約Ig的速率。
64.權(quán)利要求63的方法，其中所述C3-C6醇的產(chǎn)生為以每升每小時(shí)至少約2g的速率。
65.權(quán)利要求64的方法，其中所述C3-C6醇為丁醇。
66.權(quán)利要求64的方法，其中所述C3-C6醇為異丁醇。
67.在第一溫度(Tl)從稀水溶液回收C3-C6醇的方法a.從所述稀水溶液蒸餾包含水和C3-C6醇的蒸氣相；b.將所述蒸氣相在第二溫度0 用冷卻的水流凝結(jié)；c.控制蒸餾步驟的壓力、Tl和C3-C6醇滴定率以使得所述蒸氣相的溫度為第三溫度 (T3)，其中T3和T2之間的差異為至少約1°C。
68.權(quán)利要求67的方法，其中所述T3和T2之間的差異為至少約5°C。
69.權(quán)利要求67的方法，其中所述T3和T2之間的差異為至少約10°C。
70.權(quán)利要求67的方法，其中T2為小于約30°C。
71.權(quán)利要求67的方法，其中所述冷卻的水流在第二溫度(1 通過蒸發(fā)冷卻產(chǎn)生。
72.權(quán)利要求67的方法，其中部分凝結(jié)蒸氣相用作為所述冷卻的水流。
73.權(quán)利要求67的方法，還包括從所述凝結(jié)蒸氣相形成C3-C6醇富集液相和水富集液相。
74.權(quán)利要求73的方法，還包括使所述C3-C6醇富集相與水富集相分離。
75.權(quán)利要求67的方法，其中所述蒸氣相包含來自所述稀水溶液的按重量計(jì)約2%和約40%之間的C3-C6醇。
76.權(quán)利要求67的方法，其中所述蒸餾步驟為絕熱的。
77.權(quán)利要求67的方法，其中所述蒸餾步驟為等溫的。
78.權(quán)利要求67的方法，其中所述稀水溶液包含含微生物的發(fā)酵培養(yǎng)基，所述方法還包括在發(fā)酵培養(yǎng)基中培養(yǎng)所述微生物以產(chǎn)生C3-C6醇；以及將所述水富集相引導(dǎo)至發(fā)酵培養(yǎng)基。
全文摘要
本發(fā)明涉及從稀水溶液諸如發(fā)酵肉湯中回收C3-C6醇的方法。該方法為發(fā)酵提供改善的容積生產(chǎn)率和容許回收醇。由于通過同時(shí)發(fā)酵和回收方法提高了醇產(chǎn)物的凝結(jié)效率，該方法也容許在生產(chǎn)和用過的發(fā)酵肉湯的干燥中減少能量的使用，所述同時(shí)發(fā)酵和回收方法提高了每干燥一定量的發(fā)酵肉湯生成和回收的醇量。因此，本發(fā)明容許以低資本和減少的操作成本生成和回收C3-C6醇。
文檔編號C12P7/16GK102482689SQ201080037706
公開日2012年5月30日 申請日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者A.A.阿里斯蒂多, A.C.霍金斯, K.埃文斯, K.德羅比什, M.布拉澤斯, S.盧卡斯, W.A.伊文科 申請人:格沃股份有限公司