BR112014026199B1 - Processo de fermentação - Google Patents

Abstract

processo de fermentação. a presente invenção refere-se a um processo de fermentação para a produção de um sal de ácido orgânico que compreende as etapas de - fermentar um microrganismo em um meio de fermentação em um reator de fermentação para formar um caldo de fermentação que compreende um sal de ácido orgânico, em que parte do sal de ácido orgânico está presente no estado sólido e parte do sal de ácido orgânico é dissolvida no caldo de fermentação; - retirar pelo menos parte do caldo de fermentação do reator de fermentação, fornecer o dito caldo a um hidrociclone, e retirar um efluente superior e um efluente inferior do hidrociclone; - fornecer o efluente inferior do hidrociclone a uma etapa de separação de sólido/líquido, para formar uma fração sólida e uma fração líquida, - fornecer pelo menos 30% em vol. do total do efluente superior do hidrociclone e da fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido ao reator de fermentação. o processo de acordo com a invenção é ao mesmo tempo estável, fornece um produto com propriedades satisfatórias, e fornece um alto rendimento de processo, especialmente atraente em uma escala industrial.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um processo de fermentação para a produção de um sal de ácido orgânico. A invenção pertence em particular à fabricação de sais de lactato, succinato, e ácido fu- ranodicarboxílico.

[0002] Na técnica, os ácidos orgânicos são geralmente fabricadospor processos de fermentação. Por exemplo, processos de fermentação são conhecidos por ácido láctico, ácido propiônico, ácido succíni- co, e ácido acético. Durante a fermentação, adiciona-se uma base para manter o pH do caldo de fermentação na faixa apropriada para o microrganismo. Em consequência, o ácido está geralmente presente no caldo de fermentação sob a forma de seu sal. Dependendo da natureza da base, o sal pode ser dissolvido no caldo de fermentação, por exemplo, no caso de sais de sódio, potássio, ou amônio, ou pode estar presente sob a forma sólida, por exemplo, no caso do lactato ou succi- nato de magnésio ou cálcio.

[0003] As fermentações para a produção desses tipos de compostos foram mencionadas em várias referências.

[0004] WO2005/123647 refere-se à fabricação de ácido láctico oulactato a partir de um meio contendo lactato de magnésio através de uma reação SWAP em uma faixa de pH específica. O lactato de magnésio pode ser fabricado através de fermentação.

[0005] WO2010/063762 refere-se a um processo para fabricar umsal de succinato monovalente através de um processo de fermentação que resulta na formação de succinato de magnésio ou cálcio, que é então convertido no sal monovalente.

[0006] WO2011/095631 refere-se a um processo para a fabricaçãode ácido láctico a partir de lactato de magnésio utilizando uma etapa de eletrodiálise. Indica-se que o lactato de magnésio pode ser obtido a partir de um processo de fermentação. EP2360137 contém uma descrição similar para a fabricação de ácido succínico a partir de succina- to de magnésio que pode ser obtido através de fermentação.

[0007] Embora essas referências descrevam como o sal de lactatoou succinato é processado, essas contêm apenas descrições breves e gerais sobre como a fermentação deve ser realizada. Entretanto, constatou-se que é difícil operar um processo de fermentação em que o caldo de fermentação compreende sal de ácido orgânico sob a forma de um produto sólido de maneira estável enquanto obtém-se um alto rendimento de um produto de alta qualidade a partir do processo total, especialmente onde o processo será realizado em uma escala industrial. Esse problema foi solucionado agora pela presente invenção.

[0008] A presente invenção pertence a um processo de fermentação para a produção de um sal de ácido orgânico que compreende as etapas de- fermentar um microrganismo em um meio de fermentação em um reator de fermentação para formar um caldo de fermentação que compreende um sal de ácido orgânico, em que parte do sal de ácido orgânico está presente no estado sólido e parte do sal de ácido orgânico é dissolvida no caldo de fermentação;- remover pelo menos parte do caldo de fermentação do reator de fermentação, fornecendo o dito caldo a um hidrociclone, e remover um efluente superior e um efluente inferior do hidrociclone;- fornecer o efluente inferior do hidrociclone a uma etapa de separação de sólido/líquido, para formar uma fração sólida e uma fração líquida,- fornecer pelo menos 30% em vol. do total do efluente superior do hidrociclone e da fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido ao reator de fermentação.

[0009] Verificou-se que a combinação do hidrociclone e a provisão de pelo menos 30% do total do efluente superior do hidrociclone e da fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido ao reator de fermentação é essencial para obter um processo que seja ao mesmo tempo estável, forneça um produto com propriedades satisfatórias, e forneça um alto rendimento de processo. Como ilustrado nos Exemplos, a combinação das duas características fornece um processo economicamente viável estável que produz um produto com um perfil de impureza satisfatório. A formação de um produto com um perfil de impureza satisfatório é uma característica particularmente surpreendente da presente invenção.

[0010] A invenção será descrita em detalhes abaixo. As figurasilustram inúmeros aspectos da presente invenção. Deve ser observado, entretanto, que a presente invenção não é limitada por ou às modalidades ilustradas aqui.

[0011] A Figura 1 ilustra uma primeira modalidade da presente invenção.

[0012] A Figura 2 ilustra uma segunda modalidade da presenteinvenção em que algumas possibilidades adicionais para regular os fluxos de processo foram incorporadas.

[0013] A Figura 3 ilustra uma terceira modalidade da presente invenção, em que algumas etapas de processo adicionais foram incluídas.

[0014] Na primeira etapa do processo de acordo com a invenção,um microrganismo é fermentado em um meio de fermentação em um reator de fermentação para formar um caldo de fermentação que compreende um sal de ácido orgânico.

[0015] O processo de acordo com a invenção é aplicável a processos de fermentação em que parte do sal de ácido orgânico está presente no estado sólido e parte do sal de ácido orgânico é dissolvida no caldo de fermentação. O processo de acordo com a invenção não é adequado para situações onde o caldo de fermentação não contém sal de ácido orgânico em forma sólida. Por outro lado, a porcentagem de sal de ácido presente sob a forma sólida não tem de ser alta. Em uma modalidade, da quantidade total de sal de ácido orgânico presente no meio, pelo menos 2% estão presentes no estado sólido. Mais especificamente, da quantidade total de sal de ácido orgânico presente no meio de fermentação, pelo menos 10% estão presentes no estado só-lido. Em algumas modalidades, pelo menos 15% da quantidade total de sal de ácido orgânico presentes no meio de fermentação estão presentes no estado sólido, ou ainda pelo menos 20%, ou pelo menos 30%.

[0016] Por outro lado, o processo de acordo com a invenção não éadequado para situações em que todo o sal de ácido no meio de fermentação está presente no estado sólido. Por outro lado, a porcentagem de produto dissolvido não tem de ser alta. Em uma modalidade, pelo menos 5% da quantidade total de sal de ácido presente no sistema estão presentes no estado dissolvido. Em particular, pelo menos 15% da quantidade total de sal de ácido presente no sistema estão no estado dissolvido, mais particularmente pelo menos 20%. Visto que o total da porcentagem de sal de ácido dissolvido e sal de ácido sólido é 100%, os limites superiores de um dos dois parâmetros podem ser derivados do limite inferior do outro.

[0017] Em uma modalidade, a fermentação produz um caldo defermentação que compreende lactato de magnésio em que 50 a 90% da quantidade total de lactato de magnésio estão presentes no estado sólido (e o equilíbrio é dissolvido). Dentro dessa modalidade, pode ser preferido que 60 a 85%, em particular 70 a 80% da quantidade total de lactato de magnésio estejam presentes no estado sólido (com o equilíbrio sendo dissolvido). Essa modalidade pode ser particularmente relativa à fermentação em batelada.

[0018] Em outra modalidade, a fermentação produz um caldo defermentação que compreende lactato de magnésio em que 10 a 50% da quantidade total de lactato de magnésio estão presentes no estado sólido (com o equilíbrio sendo dissolvido). Dentro dessa modalidade, pode ser preferido que 25 a 40%, em particular 20 a 30% da quantidade total de lactato de magnésio estejam presentes no estado sólido (com o equilíbrio sendo dissolvido). Essa modalidade pode ser particularmente relativa a um processo de fermentação contínua.

[0019] Em uma modalidade adicional, a fermentação produz umcaldo de fermentação que compreende succinato de magnésio, com 10 a 50% da quantidade total de succinato de magnésio presentes no estado sólido (e o equilíbrio sendo dissolvido). De preferência, 20 a 30% da quantidade total de succinato de magnésio estão presentes no estado sólido, com o equilíbrio sendo dissolvido.

[0020] Em uma modalidade adicional, a fermentação produz suc-cinato de cálcio, com 85 a 98% da quantidade total de succinato de cálcio presentes no estado sólido (e o equilíbrio sendo dissolvido).

[0021] A quantidade absoluta de produto ácido sólido no meio defermentação como retirada do reator não é importante para a presente invenção. Essa irá depender da natureza da fermentação, e pode variar, por exemplo, entre 2 e 40% em peso, mais especificamente entre 2 e 25% em peso, calculado sobre o peso do meio de fermentação retirado do reator.

[0022] Ácidos cujos sais são produzidos através do processo deacordo com a invenção são ácidos carboxílicos, em particular ácidos carboxílicos selecionados a partir do grupo que consiste em ácidos mono-, di-, e tricarboxílicos que possuem 2 a 8 átomos de carbono. De preferência, os ácidos carboxílicos não contêm grupos amino, ou amido. Exemplos de ácidos carboxílicos adequados incluem ácido láctico, ácido propiônico, ácido cítrico, ácido málico, ácido maleico, ácido fu- márico, ácido adípico, ácido succínico, ácido itacônico, ácido tartárico, ácido alfa-cetoglutárico, ácido oxaloacético, ácido acético, ácido acrílico, ácido 2-hidroxibutírico, ácido 3-hidroxipropiônico, e ácido furandi- carboxílico. Nesse ponto de tempo, os processos de fermentação voltados para a fabricação de sais de ácido láctico, ácido succínico, ácido fumárico, ácido itacônico, ácido adípico, ácido 3-hidroxipropiônico, e ácido furan-dicarboxílico são considerados preferidos. Os processos de fermentação voltados para a fabricação de ácido láctico, ácido suc- cínico, ou ácido furandicarboxílico são considerados particularmente preferidos. Em uma modalidade, o ácido carboxílico é ácido láctico. Em outra modalidade, o ácido carboxílico é ácido succínico. Em uma modalidade adicional, o ácido carboxílico é ácido furandicarboxílico.

[0023] Em processos de fermentação desse tipo, o sal de ácido éformado através da adição de uma base durante o processo de fermentação. Mais especificamente, em fermentações desse tipo, o microrganismo produz o ácido carboxílico. A formação de ácido resulta em uma redução no pH. Para contrariar isso e manter o pH dentro da faixa onde o microrganismo pode alcançar, uma solução básica é adicionada durante a fermentação, resultando na formação do sal de ácido carboxílico. Conforme foi explicado acima, a presente invenção per-tence à situação em que parte do sal de ácido orgânico está presente no estado sólido e parte do sal de ácido orgânico é dissolvida no caldo de fermentação. Isso dependerá da combinação do ácido e do cátion na base, da solubilidade de produto do sal de ácido no meio de fermentação, e da quantidade de produto produzida. Está dentro do escopo do elemento versado na técnica usar seu conhecimento geral comum para selecionar a base, especificamente o cátion na base, de modo que o sal de ácido no meio de fermentação esteja parcialmente presente sob a forma sólida e parcialmente no estado dissolvido.

[0024] Dependendo da natureza do ácido, as bases adequadas podem incluir um cátion selecionado a partir de cátions bivalentes e trivalentes, em particular cátions bivalentes, em particular ações selecionadas a partir do grupo de magnésio e cálcio. O uso de magnésio é particularmente preferido. Os ânions adequados para a base incluem óxidos, hidróxidos, bi- e monocarbonatos, e combinações desses. Exemplos incluem soluções que compreendem um ou mais entre óxido de cálcio (hidr), carbonato de cálcio, bicarbonato de cálcio, óxido de magnésio (hidr), carbonato de magnésio, e bicarbonato de magnésio.

[0025] Acredita-se que o processo seja de relevância particularpara a fabricação de lactato de magnésio, succinato de magnésio, e furandicarboxilato de magnésio.

[0026] Geralmente, a solução básica é adicionada em uma quantidade eficaz para controlar o pH do caldo entre cerca de 3 e 9, mais especificamente entre 5,5 e cerca de 7,0. A seleção de pH depende da natureza do microrganismo e não exige elucidação adicional aqui.

[0027] A etapa de fermentação é de outro modo realizada de maneira conhecida na técnica, e não exige elucidação adicional. Mais particularmente, a natureza da fonte de carboidrato que será fermentada não é importante, ainda relativamente fontes de carboidrato bruto podem ser usadas para a fermentação. Exemplos de fontes de carboidrato adequadas são sacarose, amido (liquefeito), e xarope de glicose.

[0028] Outros componentes podem ser adicionados como convencional na técnica, como enzimas, nutrientes como compostos de nitrogênio, fosfatos, sulfatos, vitaminas, e elementos-traço. Está dentro do escopo do elemento versado na técnica selecionar uma combinação apropriada de substrato, microrganismo, e condições de reação para obter um processo de fermentação adequado para uso na presente invenção.

[0029] Pelo menos parte do caldo de fermentação que compreende o sal de ácido orgânico é retirada do reator, e fornecida a um hidro- ciclone, com ou sem processamento intermediário. O caldo de fermentação pode ser retirado do reator totalmente ou em parte, dependendo se a fermentação é uma fermentação em batelada ou uma fermentação contínua. O caldo de fermentação como removido do reator compreende adicionalmente biomassa e ainda produtos como açúcares residuais, oligossacarídeos, produtos secundários de fermentação, resíduos de nutrientes, e precipitados.

[0030] Se for desejado, o caldo de fermentação pode ser submetido a um processamento intermediário. Em uma modalidade, o caldo de fermentação é fornecido a um sedimentador por gravidade, e a pasta aquosa pré-concentrada de efluente pesado do sedimentador por gravidade é fornecida ao hidrociclone. Essa modalidade pode ser atraente em que a quantidade de sal de ácido sólido no caldo de fermentação é relativamente limitada. O efluente leve do sedimentador por gravidade pode ser reciclado novamente para a unidade de fermentação. Quando o efluente do caldo de fermentação contiver uma quanti-dade substancial de material dissolvido, essa é uma modalidade preferida.

[0031] Embora o processamento intermediário como a provisão aum sedimentador por gravidade seja uma possibilidade, a modalidade em que pelo menos parte do caldo de fermentação é fornecida ao hi- drociclone diretamente, isto é, sem processamento intermediário substancial, é uma modalidade preferida da presente invenção, visto que isso torna o processo menos complicado, e reduz os custos operacionais. Foi verificado que no processo de acordo com a invenção é possível processar o caldo de fermentação que inclui biomassa e outros contaminantes conforme descrito acima, enquanto obtém um produto sólido com uma alta pureza em combinação com um alto rendimento de processo total.

[0032] O caldo de fermentação é fornecido à entrada de um hidro- ciclone, seja ou não após o processamento intermediário como utilizando um sedimentador por gravidade conforme descrito acima. Um hidrociclone é um dispositivo para classificar, separar ou selecionar partículas em uma suspensão líquida com base na razão de sua força centrípeta para resistência fluida. Essa razão é alta para partículas densas e grossas, e baixa para partículas leves e finas. O hidrociclone é equipado com uma entrada onde a alimentação é fornecida, uma saída superior e uma saída inferior, que fica abaixo da saída superior. A saída superior fica localizada na ou próximo à parte superior do hi- drociclone; a saída inferior fica localizada na ou próximo à parte inferior do hidrociclone.

[0033] No hidrociclone, ocorre uma separação preferencial do produto sólido. Em geral, pelo menos 70% do sal de ácido presentes sob a forma sólida terminam no efluente inferior do hidrociclone. De preferência, pelo menos 80% do sal de ácido sólido terminam no efluente inferior, mais preferivelmente pelo menos 85%, ainda mais preferivelmente pelo menos 90%.

[0034] Do volume líquido que entra no hidrociclone, em geral pelomenos 60% terminam no efluente superior do hidrociclone, preferivelmente pelo menos 70%. Para manter o efluente inferior processável, esse deve conter pelo menos algum volume líquido, por exemplo, pelo menos 5%, calculado sobre o volume líquido total, ou pelo menos 8%. Em geral, do volume líquido que entra no hidrociclone, no máximo 40% terminam no efluente inferior do hidrociclone, preferivelmente no máximo 30%. Para os propósitos da descrição da separação de hidro- ciclone, o volume líquido é o volume da alimentação no hidrociclone sem contar as partículas de sal de ácido sólido. Outros componentes sólidos como biomassa são contados dentro do volume líquido.

[0035] Observa-se que a distribuição da biomassa irá acompanhargeralmente a distribuição do volume líquido pelo menos em termos gerais. As faixas fornecidas para a distribuição do volume líquido também se aplicam à distribuição da biomassa.

[0036] Sem se ater à teoria, acredita-se que o hidrociclone também contribua para a pureza do produto. A partir dos resultados, conforme apresentado nos exemplos, pode ser observado que o uso de um hidrociclone resulta em um produto com pureza aumentada.

[0037] O efluente superior do hidrociclone pode ser processado devárias maneiras. Em uma modalidade, o efluente superior é reciclado novamente para a unidade de fermentação no total ou em parte. Se for desejado, o efluente superior pode ser submetido a uma etapa de remoção de biomassa, por exemplo, através de uma ou mais entre filtração, flotação, sedimentação, centrifugação, e floculação, ou a outras etapas de purificação ou adicionais. Entretanto, o reciclo de efluente superior do hidrociclone no total ou em parte sem etapas intermediá-rias é uma modalidade particular da presente invenção.

[0038] Para satisfazer as exigências da presente invenção que pelo menos 30% do total do efluente superior do hidrociclone e da fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido sejam reciclados novamente para a unidade de fermentação, na prática geralmente pelo menos 10% do efluente superior são reciclados novamente para a unidade de fermentação, em particular pelo menos 20%, mais particularmente pelo menos 30%. Frações muito maiores também são contempladas, por exemplo, pelo menos 50%, ou pelo menos 60%. Em uma modalidade, o efluente superior do hidrociclone é combinado com a fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido antes de pelo menos 30% em vol. do dito líquido combinado serem reciclados para o reator de fermentação.

[0039] O efluente inferior do hidrociclone é fornecido a uma etapade separação de sólido/líquido. A etapa de separação de sólido/líquido é destinada para isolar as partículas de sal de ácido sólido do meio líquido contendo sal de ácido dissolvido. A etapa de separação de só- lido/líquido pode ser realizada por métodos convencionais como filtração, centrifugação, ou sedimentação.

[0040] Em uma modalidade preferida, a etapa de separação desólido/líquido é realizada utilizando um filtro de correia. Verificou-se que o uso de um filtro de correia é vantajoso, pois esse possui uma alta eficiência de lavagem, permitindo a remoção eficiente de biomassa e contaminantes sólidos e dissolvidos e obtém uma torta de filtro com um teor de água relativamente baixo e um teor de produtos con- taminantes relativamente baixos. Se for desejado, o filtro de correia pode ser equipado com meios para lavar a torta de filtro, por exemplo, de modo que a torta de filtro seja ressuspensa, isso resulta em capacidade de filtração e de eficiência de lavagem aprimoradas. Em uma modalidade, o líquido de lavagem fornecido ao filtro de correia é um fluxo de reciclo do filtro de correia. Isso possui a vantagem que a lavagem pode ser realizada sem ter de fornecer quaisquer fluxos adicionais ao processo.

[0041] A fração sólida obtida na etapa de separação de sóli-do/líquido pode ser processada conforme desejado, inclusive etapas como lavagem. O processamento adicional da fração sólida está dentro do escopo do elemento versado na técnica e não exige elucidação adicional aqui.

[0042] A fração líquida da etapa de separação de sólido-líquidopode ser processada de várias maneiras. Em uma modalidade, a fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido é reciclada novamente para a unidade de fermentação no total ou em parte. Se for desejado, a fração líquida pode ser submetida a uma etapa de remoção de biomassa, por exemplo, através de uma ou mais entre filtração, flo- tação, sedimentação, centrifugação, e floculação, ou a outras etapas de purificação, como cristalização por resfriamento evaporativa. Entre- tanto, o reciclo da fração líquida da etapa de separação de sólido- líquido no total ou em parte sem etapas intermediárias é uma modalidade particular da presente invenção.

[0043] Em uma modalidade, pelo menos parte da fração líquida daetapa de separação de sólido e líquido é fornecida a uma etapa adicional em que o sal de ácido sólido é produzido e isolado, por exemplo, um cristalizador.

[0044] Em uma modalidade, pelo menos 20% em vol. da fraçãolíquida da etapa de separação de sólido-líquido são reciclados para o reator de fermentação, diretamente ou após o tratamento intermediário. Prefere-se que essa porcentagem seja maior, por exemplo, pelo menos 30% em vol., mais particularmente pelo menos 40% em vol.. Em algumas modalidades, pode ser possível reciclar uma porcentagem maior da fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido para o reator de fermentação, por exemplo, pelo menos 50 % em vol., ou pelo menos 60% em vol.

[0045] Conforme indicado acima, é uma característica da presenteinvenção que pelo menos 30% do total do efluente superior do hidroci- clone e da fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido sejam reciclados para o reator de fermentação.

[0046] É vantajoso que a porcentagem que é fornecida ao reatorde fermentação seja maior, por exemplo, pelo menos 50%, mais particularmente pelo menos 60%, ou ainda pelo menos 70% em vol.. A vantagem de fornecer um grande reciclo de líquido consiste em um rendimento aumentado de sal de ácido sólido.

[0047] O efluente superior do hidrociclone e da fração líquida obtida na etapa de separação de sólido/líquido contêm sal de ácido dissolvido. O reciclo pode ser diretamente para o reator. Entretanto, também é possível primeiramente adicionar outros componentes ao fluxo de reciclo, por exemplo, nutrientes ou substrato, de modo que o fluxo de reciclo sirva como carreador para fornecer esses componentes ao reator de fermentação. Como será evidente para o elemento versado na técnica há inúmeras maneiras nas quais o reciclo pode ser realizado. Os fluxos podem ser combinados ou não, ou separados ou não. O volume máximo que será reciclado não é importante. Irá depender do volume de reator, e se o volume de reciclo é fornecido além de ou em vez de volume que será de outro modo fornecido por água pura. Prefere-se que o fluxo de reciclo substitua pelo menos em parte uma quantidade de água correspondente. Conforme comparado com a provisão de água pura, como é convencional em processos de fermentação, a provisão de uma solução contendo sal de ácido dissolvido significa que o caldo de fermentação irá alcançar a concentração de saturação do sal de ácido em um estágio inicial. Isso significa que por fermentação mais produto sólido estará presente no caldo de fermentação.

[0048] Em uma modalidade, a fração de reciclo fornecida ao reatorde fermentação que se origina da etapa de separação de sólido/líquido e/ou do efluente superior do hidrociclone, constitui pelo menos 50% do volume do caldo no reator de fermentação. No início de um processo de fermentação em batelada, um líquido de partida é fornecido ao reator que compreende a fonte de carboidratos, fontes de nutrientes como amônio, fosfato, e sulfato, e água, para formar um meio líquido com a concentração de carboidrato apropriada. Então, o microrganismo é adicionado e o meio é trazido para a temperatura de fermentação. A fermentação então começa, e base é adicionada para manter o pH no valor desejado, como discutido. Em uma modalidade da presente invenção, o início do processo em batelada consiste em pelo menos 50% de fração líquida reciclada, em particular pelo menos 70%, mais particularmente pelo menos 80%.

[0049] A presente invenção é particularmente atraente para processos realizados em uma escala relativamente grande. Por exemplo, pode ser preferido que o meio de fermentação possua um volume de pelo menos 10.000 litros (10 m3). Volumes muito maiores também podem ser contemplados, por exemplo, pelo menos 50.000 litros (50 m3), ou ainda pelo menos 250.000 litros (250 m3). Quando se opera nessa escala, o processo de acordo com a invenção resulta em eficiências substancialmente aumentadas.

[0050] Observa-se que outras etapas podem ser incorporadas noprocesso de acordo com a invenção. Por exemplo, é possível incluir um ou mais ciclones adicionais entre o primeiro ciclone e a etapa de separação de sólido-líquido. Esses ciclones adicionais podem ser ua- dos para melhorar a separação. Também é possível realizar uma etapa de lavagem intermediária entre o hidrociclone e a etapa de separação de sólido/líquido. Essas etapas de lavagem intermediárias podem ser, por exemplo, realizadas utilizando hidrociclones de lavagem, em que água é adicionada ao efluente do primeiro hidrociclone, o líquido combinado é fornecido a um segundo hidrociclone, e o efluente inferior do segundo hidrociclone é fornecido à etapa de fermentação de sóli- do/líquido. O efluente superior desse hidrociclone de lavagem pode ser processado como desejado, por exemplo, ao reciclar o mesmo para a etapa de fermentação no total ou em parte. Observa-se que é preferido manter a quantidade de água adicionada em um ciclone de lavagem da forma mais limitada possível, para manter os fluxos de volume tão reduzidos quanto possível.

[0051] As figuras ilustram vários aspectos da presente invenção.

[0052] Na Figura 1, um efluente é removido do reator de fermentação 1 através da linha 2, e fornecido ao hidrociclone 3. O efluente inferior do hidrociclone 3 é fornecido através da linha 4 ao separador de sólido/líquido 5, que é, por exemplo, um filtro de correia. O produto sólido é retirado do separador de sólido/líquido 5 através da linha 7. A fração líquida da unidade de separação de sólido-líquido é retirada através da linha 6, e combinada com o efluente superior do hidrociclo- ne 3, que é fornecido através da linha 8. Do fluxo de efluente total 6, pelo menos 30% em vol. são reciclados para o reator de fermentação 1 através da linha 6a, e o restante é removido através da linha 6b.

[0053] A Figura 2 fornece uma variação no processo da Figura 1.Na Figura 2, o reciclo do fluxo de efluente superior 8 do hidrociclone 3 e o reciclo da fração líquida 6 do separador de sólido/líquido 5 são manipulados separadamente, para permitir a seleção independente da quantidade das frações diferentes que são recicladas para o reator de fermentação. Mais especificamente, o fluxo de efluente superior 8 é dividido em duas frações, uma dessas é reciclada para o reator de fermentação 1 através da linha 8a, e uma dessas é retirada através da linha 8b. A fração líquida da unidade de separação de sólido-líquido é retirada através da linha 6, e parcialmente reciclada para o reator de fermentação 1 através da linha 6a, enquanto o restante é retirado através da linha 6b. O processo é operado de modo que o volume total de 6a e 8a seja pelo menos 30% em vol. do volume de 6 e 8. Será evidente para o elemento versado na técnica que muitas variações são possíveis nesse processo. Por exemplo, os fluxos 6a e 8a podem ser combinados antes de serem fornecidos ao reator de fermentação.

[0054] Na Figura 3, o mesmo processo é ilustrado, com algumasadições e modificações. Um sedimentador por gravidade 9 é posicionado entre o reator de fermentação 1 e o hidrociclone 3. A fração mais leve é retirada através da linha 11 e, na modalidade ilustrada, reciclada para o reator de fermentação em combinação com o efluente superior do hidrociclone 3. Naturalmente, essa também pode ser reciclada separadamente, ou combinada com a fração 6a. A fração pesada do sedimentador por gravidade 9 é fornecida ao hidrociclone através da linha 10.

[0055] Uma adição adicional é a provisão de unidade de solidifica- ção 12, que pode ser, por exemplo, um cristalizador. Nessa modalidade, pelo menos parte do efluente líquido do filtro de correia 5 é fornecida ao cristalizador, onde esse é tratado sob tais condições que o sal de ácido se solidifica. Se for desejado, o fluxo de efluente 8b também pode ser fornecido no total ou em parte ao cristalizador 12 através da linha 14. O produto sólido formado no cristalizador 12 é separado, por exemplo, através de uma etapa de separação de sólido/líquido adicional (mostrada agora), e retirado através da linha 15. O efluente líquido da unidade de solidificação 12 é retirado através da linha 13, e, se for desejado, reciclado pelo menos em parte para a unidade de fermentação 1. Isso pode ser realizado, como mostrado, ao combinar o mesmo com o fluxo de reciclo 6a, porém esse também pode ser reciclado separadamente. Uma parte da fração líquida pode ser retirada através da linha 16.

[0056] Observa-se que todas as adições e variações descritasnessa figura podem ser aplicadas no processo de acordo com a invenção independentemente umas das outras. Observa-se que os vários elementos das várias etapas do processo de acordo com a invenção podem ser combinados conforme desejado.

[0057] A presente invenção é ilustrada pelos seguintes exemplos,sem se limitar aos mesmos.Exemplo Comparativo A: sem reciclo, sem hidrociclone

[0058] Um processo de fermentação foi operado de maneira convencional. Todo o caldo de fermentação foi retirado do reator. O caldo de fermentação continha lactato de magnésio sólido, e lactato de magnésio dissolvido no meio de fermentação. O caldo de fermentação continha adicionalmente biomassa, contaminantes solutos como sais de potássio, sais de sódio, açúcares residuais, oligossacarídeos, e sais de sulfato, e compostos que estão parcialmente no estado sólido e parcialmente dissolvido, como sais de alumínio, sais de cálcio, sais de ferro, sais de manganês, sais contendo fósforo, sais contendo zinco, e sais contendo nitrogênio. O efluente é fornecido a um filtro de correia. O produto sólido do filtro de correia possui propriedades de filtração satisfatórias, e um nível de contaminante adequado. O efluente líquido do filtro de correia é descartado. Entretanto, o rendimento de processo total de lactato de magnésio é 63%, que é inaceitável a partir de um ponto de vista comercial.Exemplo Comparativo B: reciclo, sem hidrociclone

[0059] O Exemplo Comparativo A foi repetido, exceto que 55% emvol. do efluente líquido do filtro de correia foram reciclados para o reator de fermentação em uma tentativa de aumentar o rendimento. Entretanto, foi verificado que isso resultou em um processo inoperável. O produto sólido do filtro de correia não poderia ser filtrado, tinha uma cor marrom escuro, e um nível de contaminante que é inaceitavelmen- te alto. Mais especificamente, verificou-se que o produto contém quantidades substanciais de alumínio, ferro, fósforo e nitrogênio.Exemplo Comparativo C: reciclo parcial, sem hidrociclone

[0060] O Exemplo Comparativo B foi repetido, exceto que a porcentagem de efluente líquido do filtro de correia que foi reciclado foi reduzida para 26% em vol. em uma tentativa de aprimorar as propriedades de produto. O lactato de magnésio sólido no efluente inferior do hidrociclone possui propriedades de filtração razoáveis. Entretanto, a torta de filtro ainda possui uma cor acastanhada, e um perfil de impureza que é insuficiente para a aceitação comercial. O rendimento total do processo foi 74%, que também é inaceitável para a operação comercial.Exemplo 1

[0061] Um processo de fermentação é operado como no ExemploComparativo A. Todo o caldo de fermentação foi retirado do reator. A composição desse é a mesma do Exemplo Comparativo A.

[0062] O caldo de fermentação é fornecido ao hidrociclone, semqualquer processamento anterior. O efluente inferior do hidrociclone é fornecido a um filtro de correia para a separação de sólido-líquido. O produto sólido é isolado. O efluente superior do hidrociclone e a fração líquida do filtro de correia são combinados, e da mistura, 55% em vol. são reciclados para o reator de fermentação.

[0063] O lactato de magnésio sólido no efluente inferior do hidroci-clone possui propriedades de filtração satisfatórias e uma cor esbranquiçada. Esse mostra um perfil de impurezas satisfatório, conforme será discutido abaixo. O rendimento de lactato de magnésio total do processo foi 84%, que é suficiente para uma operação econômica.

[0064] A Tabela a seguir mostra dados comparativos no perfil decontaminante. A tabela mostra a porcentagem de contaminantes que está presente no efluente de fase líquida do filtro de correia como comparado com a alimentação fornecida ao filtro de correia. Assim, a tabela fornece uma medida do grau de retenção dos contaminantes no filtro de correia. Por exemplo, um valor de 100% indica que 100% de um componente específico que é fornecido a um filtro de correia estão presentes no efluente líquido do filtro de correia, resultando em uma retenção de 0%.

[0065] Conforme pode ser observado a partir dessa tabela, para asituação onde a alimentação é derivada de um hidrociclone, a quantidade de contaminantes presentes no efluente de filtro de correia - e não no produto - é maior que no caso onde a alimentação não é derivada do hidrociclone. Assim, o uso de um hidrociclone resulta em um produto no filtro de correia com uma pureza maior.

Claims (25)

1. Processo de fermentação para a produção de um sal de ácido orgânico, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de- fermentar uma fonte de carboidratos por meio de um mi-crorganismo em um meio de fermentação em um reator de fermentação para formar um caldo de fermentação que compreende um sal de ácido orgânico, em que a primeira parte do sal de ácido orgânico está presente no estado sólido e parte restante do sal de ácido orgânico é dissolvida no caldo de fermentação;- retirar pelo menos parte do caldo de fermentação do reator de fermentação, fornecer o dito caldo retirado a um hidrociclone, e retirar um efluente superior e um efluente inferior do hidrociclone;- fornecer o efluente inferior do hidrociclone a uma etapa de separação de sólido/líquido, para formar uma fração sólida e uma fração líquida; e,- fornecer pelo menos 30% em vol. do total do efluente superior do hidrociclone e da fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido ao reator de fermentação.

2. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte do efluente superior do hidrociclone é fornecida ao reator de fermentação.

3. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o sal de ácido orgânico é um sal de um ácido carboxílico selecionado a partir do grupo que consiste em ácidos mono-, di-, e tricarboxílicos que possuem 2 a 8 átomos de carbono.

4. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o ácido carboxílico é selecionado a partir de ácido láctico, ácido propiônico, ácido cítrico, ácido málico, ácido maleico, ácido fumárico, ácido adípico, ácido succínico, ácido itacônico, ácido tartárico, ácido alfa-cetoglutárico, ácido oxaloacético, ácido acético, ácido acrílico, ácido 2-hidroxibutírico, ácido 3- hidroxipropiônico, e ácido furanodicarboxílico.

5. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o ácido carboxílico é selecionado a partir do grupo de ácido láctico, ácido succínico, ácido fumárico, ácido itacônico, ácido adípico, ácido 3-hidroxipropiônico, e ácido furano- dicarboxílico.

6. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o ácido carboxílico é selecionado a partir do grupo de ácido láctico, ácido succínico, e ácido furandicar- boxílico.

7. Processo de fermentação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, da quantidade total de sal de ácido orgânico no caldo de fermentação retirado do reator de fermentação, pelo menos 30% está no estado sólido.

8. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que, da quantidade total de sal de ácido orgânico no caldo de fermentação retirado do reator de fermentação, pelo menos 50% está no estado sólido.

9. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que, da quantidade total de sal de ácido orgânico no caldo de fermentação retirado do reator de fermentação, pelo menos 80% está no estado sólido.

10. Processo de fermentação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que, da quantidade total de sal de ácido orgânico no caldo de fermentação retirado do reator de fermentação, a quantidade de sal soluto é pelo menos 2% em peso.

11. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que, da quantidade total de sal de ácido orgânico no caldo de fermentação retirado do reator de fermentação, a quantidade de sal soluto é pelo menos 5% em peso.

12. Processo de fermentação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o sal de ácido orgânico é um sal de magnésio.

13. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o ácido orgânico é um sal de magnésio de ácido láctico.

14. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o ácido orgânico é um sal de magnésio de ácido succínico.

15. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o ácido orgânico é um sal de magnésio de ácido furanodicarboxílico.

16. Processo de fermentação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que a etapa de separação de sólido/líquido é realizada utilizando um filtro de correia.

17. Processo de fermentação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que pelo menos 50% em vol. do total do efluente superior do hidrociclone e da fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido são fornecidos ao reator de fermentação.

18. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que pelo menos 60% em vol. do total do efluente superior do hidrociclone e da fração líquida da etapa de separação sólido-líquido são fornecidos ao reator de fermentação.

19. Processo de fermentação, de acordo com a reivindica- ção 17, caracterizado pelo fato de que pelo menos 70% em vol. do total do efluente superior do hidrociclone e da fração líquida da etapa de separação sólido-líquido são fornecidos ao reator de fermentação.

20. Processo de fermentação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que o volume do líquido reciclado para o reator de fermentação é pelo menos 50% do volume final do caldo no reator de fermentação.

21. Processo de fermentação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizado pelo fato de que pelo menos 10% do efluente superior são reciclados novamente para o reator de fermentação.

22. Processo de fermentação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de que da fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido pelo menos 20% em vol. são reciclados para o reator de fermentação, tanto diretamente como após o tratamento intermediário.

23. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que da fração líquida da etapa de separação de sólido-líquido pelo menos 40% em vol. são reciclados para o reator de fermentação, tanto diretamente como após o tratamento intermediário.

24. Processo de fermentação, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo fato de que o meio de fermentação possui um volume de pelo menos 10.000 litros.

25. Processo de fermentação, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o meio de fermentação possui um volume de pelo menos 50.000 litros.

Images