使含co气态底物发酵的方法_3

文档序号:8947078阅读:来源:国知局
0]CO进料速率可表示为标准立方英尺/分钟(SCFM)或标准立方英尺/小时/升。 在该方面,标准立方英尺/小时/升可为约0. 9-约2. 0,和在另一方面,约1. 25-约1. 75 SCFM。在另一方面,平均CO进料速率为有效用于将通往发酵器的CO进料速率:发酵器体 积的比率保持在约0. 016:1-约0. 04:1,在另一方面,约0. 02:1-约0. 04:1,在另一方面,约 0. 02:1-约 0. 035:1,在另一方面,约 0. 025:1-约 0. 035:1,和在另一方面,约 0. 025:1-约 0.03:1。
[0061] 在另一方面,所述方法包含监控&转化率和保持约25%或更多的Hz转化率,在另 一方面,约25%-约95%,在另一方面,约30%-约90%,在另一方面,约35%-约85%,在另一方 面,约40%-约80%,在另一方面,约40%-约70%,在另一方面,约40%-约60%,和在另一方面, 约40%-约50%。所述方法还可包括监控CO吸收和保持CO吸收为约0.OOl-约10毫摩尔 /分钟/克干细胞,在另一方面,约0.OOl-约5毫摩尔/分钟/克干细胞,在另一方面,约 0.OOl-约4毫摩尔/分钟/克干细胞,在另一方面,约0.OOl-约3毫摩尔/分钟/克干细 胞,在另一方面,约0.OOl-约2毫摩尔/分钟/克干细胞,在另一方面,约0.OOl-约1毫摩 尔/分钟/克干细胞,在另一方面,约0. 05-约9毫摩尔/分钟/克干细胞,在另一方面,约 0. 05-约5毫摩尔/分钟/克干细胞,在另一方面,约0. 05-约4毫摩尔/分钟/克干细胞, 在另一方面,约0. 05-约3毫摩尔/分钟/克干细胞,在另一方面,约0. 05-约2毫摩尔/分 钟/克干细胞,在另一方面,约0. 05-约1毫摩尔/分钟/克干细胞,在另一方面,约1-约8 毫摩尔/分钟/克干细胞,在另一方面,约1-约5毫摩尔/分钟/克干细胞,在另一方面, 约1-约4毫摩尔/分钟/克干细胞,在另一方面,约1-约3毫摩尔/分钟/克干细胞,在 另一方面,约1-约2毫摩尔/分钟/克干细胞。
[0062] 在另一方面,所述方法有效用于保持约0.OOl-约1. 0的计算CO浓度(ml):细胞 密度(克/升)比率。在另一方面,约0.Ol-约0. 9的计算CO浓度(ml):细胞密度比率, 在另一方面,约0.Ol-约0. 8,在另一方面,约0. 02-约0. 8,在另一方面,约0. 02-约0. 75, 在另一方面,约0. 03-约0. 75和在另一方面,约0. 03-约0. 5。
[0063] CO浓度的测定-计算值 溶解CO浓度按W下公式计算。
[0064] 气体减少时,溶解的CO也减少,由于在排出气体中降低的CO分压和降低的町a(质 量转移系数)。当没有气体循环时,溶解的CO保持相对稳定。
[0065] 所述方法有效用于保持约0. 25mM或更少的溶解CO浓度,在另一方面,约0. 20mM 或更少,在另一方面,约0. 15mM或更少,在另一方面,约0.IOmM或更少,在另一方面,约 0.OSmM或更少,和在另一方面,约0. 06mM或更少。在另一方面,溶解的CO浓度可与CO的检 测限一样低,且可基本为零。 实施例
[0066] 实施例1:气体循环 用杨氏梭菌(c/o別打扣? 沪/ajWii)进行发酵。在初始启动之后,所述发酵经历 性能扰动,由下降的&转化率发出信号。当Hz转化率为23. 5%时,在126小时实施气体循 环。
[0067] 气体循环如下进行:将气体流速降低30%,经5分钟一从-30%坡道返回至-20%,经 另外2分钟一从-20%坡道返回至-10%,经另外2分钟一坡道返回至初始流速;每1小时重 复该过程。
[0068] 发酵结果在图2中说明。在气体循环处理期间,&吸收继续下降,和在160小时Hz 转化率到达底部15. 6%。&转化率趋势反转并提高和在237小时到达顶部,并保持随后30 小时。气体循环在270小时有意停止,W便:a)潜在地降低高酸的风险讯b)验证&转化 率下降,和使得气体循环再测试有可能。乙醇和酸两者在一天(在296小时)之后开始下 降,随着氨转化率趋势向下。在308-316的时间段内,&转化率下降加速。当Hz转化率在 319小时达到24%时,气体循环恢复。在气体循环期间溶解的CO为3. 1-3. 8psia。
[006引在6小时后,在气体循环恢复之后见到改善的氨转化率,和氨转化率在20小时内 改善为32%。在余下的发酵期间,气体循环继续。
[0070] 实施例2 :使用气体循环的&转化率恢复 用杨氏梭菌(C/o別打扣? 沪/ajWii)进行发酵。如图3说明,在运行期间,发酵具 有低的氨转化率。在氨转化率的下降趋势期间,执行气体循环,并能恢复转化率。当从所述 方法中去除气体循环时,氨转化率下降。在气体循环期间溶解的CO为3. 1-4.Ipsia。
[0071] 实施例3 :使用气体循环的&转化率恢复 用杨氏梭菌(c/o別打扣心曲沪/ajWii)进行发酵。如图4所示,在480小时之前, 按所述执行气体循环,然后当发酵器在低细胞密度下运行时,关闭480-600小时。在624小 时,发酵器再坡道上升,然而,气体循环保持关闭直到722小时过程时间。在恒定的气体流 速下,氨转化率已由50%(和W上)下降低至40%。在气体循环恢复之后,电转化率恢复回 到45%W上。在气体循环期间,溶解的CO为2. 2-3.化sia。
[0072] 实施例4 :中试设备发酵器的气体循环 在开始任何气体循环之前,根据W下条件操作中试设备主发酵器。
[0073] 反应器体积:245升 气体进料速率:6SCFM 气体组成:15%?, 10%C02,30%C0,和 45%N2 揽拌保持在3細Z或355巧m。
[0074] 发酵器工作压力为45psig,50%充满液体,具有溫度控制夹套。
[00巧]理论乙醇生产率(假定全部转化的气体产生乙醇)为约125g/L天,水再循环系统 开启。
[0076]CO和&转化率为约77%和42%。
[0077] 乙醇和乙酷浓度为23和2. 3g/L。
[0078] 细胞停留时间为19小时和液体停留时间为4. 4小时。
[0079] 气体循环如下:在每小时的第一个10分钟,气体流速提高10%,然后返回到起始气 体进料速率经50分钟。在下一小时内,气体流速降低10%经10分钟,然后回到起始气体进 料速率再经50分钟。
[0080] 发酵器在6SCFM的起始气体进料速率下运行约1天。通过将气体进料速率每2 小时降低0.1SCFM,气体速率降低至5. 4SCFM。然后气体进料速率在5. 4SCFM下保持另 外54小时。气体循环变化为20%提高和降低,经15分钟持续时间。发酵器在20%循环下 运行另外76小时,没有任何困难。循环量级然后提高至50%,持续时间延伸至4小时和循环 时间延伸至8小时。
[00則 10%和20%量级循环的性能显示在图5-10中。图5显示了在运行中的气体进料速 率和气体停留时间。气体进料速率基于基础气体进料速率和气体停留时间基于每小时取样 期间记录的气体进料速率。测量数据为每小时1次。如图5所示,当在循环时间期间测量 时,在循环之后,气体停留时间稳定为具有恒定量级和频率有一些振动的平坦直线。当在循 环期间测量时,在20%气体循环期间的振动量级比10%气体循环更高。
[0082]图6显示&和CO转化率。该图包含在循环之前5天的取样。循环之前与循环之 后相比,CO转化率更不规律。循环之前的&转化率明显更不稳定,和Z形的量级更宽且频 率不规律。气体循环之后,&转化率稳定在大约44%,具有规率的振动。
[008引图7类似于图5所示的转化率,除了其还包含气体进料速率的影响。循环之前的CO吸收比循环之后更高,由于更高的气体进料速率。循环之后的&吸收更高。
[0084] 图8显示循环前后的产物浓度。通常,循环之后,乙醇浓度提高和乙酸浓度降低。
[0085] 图9显示气体循环前后的理论生产率。理论生产率假定消耗的全部合成气用于乙 醇生产。
[0086] 图10显示实际生产率,其基于测量的液体产物浓度和液体流速,不是来自气体吸 收的计算。
[0087] 实现气体循环优点的另一个方法基于相同操作区域的平均值。表1列出了气体 循环相对于无气体循环的平均CO和&转化率和吸收W及理论生产率。表2列出了在相同 时间段内的平均产物浓度和细胞浓度。约6SCFM的合成气进料速率的10%循环使&转化 率由39-42%的范围提高至44. 5%,但是仅稍微影响了CO转化率。运可稍微提高理论生产 率。在扰动之后,有提高&转化率和降低CO转化率的趋势。如果仅计算气体循环之前的前 几个小时,&转化率为约42. 8%,仍低于循环之后的44. 5%的平均值。CO转化率非常接近, 为76. 45%相对76. 33%。如果基于没有循环的两个13小时,6SCFM运行,平均&转化率为 38. 92%和CO转化率为77. 98%。10%循环降低了 1. 65%C0转化率,但是提高了约5. 56%的& 转化率。理论生产率从128. 06稍微提高至133. 12g/L天。无循环的平均乙醇和乙酸浓度 为23. 65和2. 23g/L。循环将乙醇浓度提高至24. 31g/l,并将乙酸浓度提高至2. 83g/L。
[0088] 在约5. 4SCFM的循环中优势更明显。不仅平均&转化率更高,为44-45%相对 33-42%,而且理论生产率更高,为124-125g/L天相对112. 5-114g/L天。
[0089] 循环量级由10至20%的改变仅稍微影响平均转化率率和生产率。CO转化率提高 约0. 85%和&转化率降低约0. 75%。平均乙醇浓度由24. 72稍微提高至25. 92g/l,乙酸 浓度由2. 73降低至2. 23g/L。
[0090] 表1.平均气体转化率、吸收和理论生产率。
[0091] *转移气体中的扰动。气体进料速率下降至3. 5SCFM,和在I小时内提高回到5. 0 SCFM。在接下来的2小时内,气体流速缓慢提高至6.0SCFM。
[0092] #仅使用气体循环之前几小时的数据。
[0093] 表2.平均产物和细胞浓度
*转移气体中的扰动。气体进料速率下降至3.5SCFM,和在I小时内提高回到5.0SCFM。在接下来的2小时内,气体流速缓慢提高至6.0SCFM。
[0094] #仅使用气体循环之前几小时的数据。
[0095] 虽然已经通过具体的实施方案、实施例和它们的应用描述本文公开的发明,但在 不离开权利要求所阐述的本发明范围的情况下,本领域技术人员可由对此作出许多改进和 变化。
【主权项】
1. 使含CO底物发酵方法,所述方法包含: 将所述含CO底物提供至发酵器以获得目标CO进料速率;和 将CO进料速率保持在所述目标CO进料速率的约7个标准偏差内, 所述CO进料速率有效用于将发酵中的溶解CO浓度保持在约0. 25mM或更少,和IOg总 醇AL?天)或更高的STY。2. 权利要求1的方法,其中使所述CO进料速率在目标CO进料速率和距离所述目标CO 进料速率约7个标准偏差之间循环。3. 权利要求2的方法,其中在获得所述目标CO进料速率之后,所述CO进料速率在所述 目标CO进料速率的约4-约7个标准偏差之内,经过总发酵时间的至少约1%-约20%。4. 权利要求2的方法,其中在获得所述目标CO进料速率之后,所述CO进料速率在所述 目标CO进料速率的约3-约5个标准偏差之内,经过总发酵时间的至少约1%-约10%。5. 权利要求2的方法,其中在获得所述目标CO进料速率之后,所述CO进料速率在所述 目标CO进料速率的约1-约3个标准偏差之内,经过总发酵时间的至少约1%-约10%。6. 权利要求1的方法,其中所述目标CO进料速率为有效用于提供目标细胞密度的CO 进料速率。7. 权利要求1的方法,其中所述目标细胞密度为约3g/L-约30g/L。8. 权利要求1的方法,其中提供至所述发酵器的所述含CO底物具有约0. 75或更高的 C0/C02摩尔比。9. 权利要求2的方法,其中所述目标CO进料速率为约4-约8 SCFM。10. 用于使含CO底物发酵的方法,所述方法包含: 将所述含CO底物提供至发酵器; 使所述含CO底物发酵以获得目标细胞密度和目标CO进料速率; 将所述目标CO进料速率降低约35%或更少以提供降低的CO进料速率; 保持所述降低的CO进料速率约20分钟或更少;和 将所述降低的CO进料速率返回至所述目标CO进料速率, 其中所述方法有效用于提供IOg总醇AL?天)或更高的STY。11. 权利要求10的方法,其中所述目标CO进料速率降低约35%或更少,并保持所述降 低的CO进料速率约20分钟或更少,每小时重复至少约1次。12. 权利要求10的方法,其中所述目标细胞密度为约3g/L-约30g/L。13. 权利要求10的方法,其中所述目标CO进料速率为有效用于提供目标细胞密度的 CO进料速率。14. 权利要求10的方法,其中提供至所述发酵器的所述含CO底
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