CN104822820A - 用于醇制备和回收的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于回收使用例如乙醇生产工厂在发酵过程中所产生的丁醇的方法，所述乙醇生产工厂已可逆改装用于丁醇生产，即，乙醇生产工厂可被转变用于丁醇生产，但是还可恢复乙醇生产。本发明还涉及用于回收在可转变成乙醇生产工厂的丁醇生产工厂中的发酵过程中所产生的丁醇的方法。

Description

用于醇制备和回收的方法和系统

本专利申请要求提交于2012年5月4日的美国临时申请61/642,757的权益；其全文以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及用于回收在使用例如乙醇生产工厂的发酵过程中所产生的丁醇的方法，所述乙醇生产工厂已可逆地改装用于丁醇生产，即，乙醇生产工厂可被转变用于丁醇生产，但是还可恢复为乙醇生产。本发明还涉及用于回收在可转变成乙醇生产工厂的丁醇生产工厂中的发酵过程中所产生的丁醇的方法。

背景技术

在美国，通过发酵从诸如玉米的来源中在超过100种商业设施上生产生物乙醇，并且这些设施还可用来将涉及类似发酵和蒸馏操作的生物丁醇技术商业化。丁醇为具有多种应用的醇，诸如燃料添加剂、柴油燃料的共混组分、塑料工业中的化学试剂，以及食品和调味工业中的食品级提取剂。丁醇有利地作为燃料或燃料添加剂，因为其具有高于乙醇的能量密度并且在标准内燃机中燃烧时仅仅生成CO₂和极少或无SO_X或NO_X。另外，丁醇的腐蚀性不及乙醇。每年，通过石化方法生产出一百亿至一百二十亿磅丁醇。随着对丁醇的预期需求增加，对通过发酵由可再生资源诸如玉米、甘蔗或纤维素进料生产丁醇的关注不断增加。

将设施从生物乙醇生产转变为生物丁醇生产可涉及例如对设备和构型改装以使得能够发酵和纯化丁醇；并且这种转变的目标可为资本的最少使用。对设备改装可包括现有设备的改造和新设备的安装。为了使可操作灵活性的损失最小，生物丁醇工厂的转变可为可逆的。例如，如果生物燃料市场存在波动，那么将设施复原为生物乙醇生产工厂的能力将为有利的。根据情况，在转变为生物丁醇工厂之前，设施可恢复其初始状态，或还可在生物乙醇生产工厂的恢复中引入改进。例如，如果对生物乙醇的需求发生改变，那么具有将所恢复的生物乙醇生产工厂转变为生物丁醇生产工厂的能力也将是有益的。即，生物乙醇生产工厂的改装可为可逆的，从而允许将设施容易地在生物乙醇生产工厂与生物丁醇生产工厂之间转变，例如，具有极少或没有操作损耗。此外，在生物丁醇生产工厂的构造中，也结合将生物丁醇生产工厂转变为生物乙醇生产工厂的能力将是有利的。如果对生物燃料的需求发生改变，那么可容易地转变来生产生物丁醇、生物乙醇或其它生物燃料的生物燃料生产工厂将是有价值的。

因此，存在对于用于使用生物乙醇生产工厂的改装或新构造的生物丁醇生产工厂来生产丁醇的方法和系统的需要，以及对于可容易地转变为生物乙醇生产工厂或生物丁醇生产工厂的方法和系统的需要。本专利申请满足这些以及其它需要，并提供另外相关优点，如通过本文实施例的描述将显而易见的。

发明内容

本发明涉及一种用于改进乙醇生产工厂的产品特征的方法，所述方法包括改造工厂以生产除乙醇之外的一种或多种生物燃料产品，其中所述改造允许工厂恢复乙醇生产。在一些实施例中，改造所述工厂可包括添加一个或多个固体分离单元、添加一个或多个提取塔和/或提取分离单元、再将乙醇啤酒(ethanol beer column)塔用于除乙醇之外的醇的蒸馏、以及重新构造蒸发系列。在一些实施例中，改造所述工厂可包括添加一个或多个固体分离单元、添加一个或多个提取塔和/或提取分离单元、添加一个或多个冷凝单元、添加一个或多个滗析单元、再将乙醇啤酒塔用于除乙醇之外的醇的蒸馏、以及重新构造蒸发系列。在一些实施例中，改造所述工厂可包括添加一个或多个固体分离单元、添加一个或多个闪蒸单元和/或冷凝单元、再将乙醇啤酒塔用于除乙醇之外的醇的蒸馏、以及重新构造蒸发系列。在一些实施例中，改造所述工厂可包括添加一个或多个固体分离单元、添加一个或多个闪蒸单元和/或冷凝单元、添加一个或多个预闪蒸单元和/或压缩单元、再将乙醇啤酒塔用于除乙醇之外的醇的蒸馏、以及重新构造蒸发系列。在一些实施例中，改造所述工厂可包括添加一个或多个固体分离单元、添加一个或多个提取塔和/或提取剂分离、添加一个或多个水解器、再将乙醇啤酒塔用于除乙醇之外的醇的蒸馏、以及重新构造蒸发系列。在一些实施例中，所述一种或多种生物燃料产品可包含丁醇。在一些实施例中，所述一种或多种生物燃料产品可包含丁醇和杂醇油。在一些实施例中，所述一种或多种生物燃料产品可包含丁醇以及在原料经受液化之后从原料中回收的油。在一些实施例中，所述改进的产品特征可包括在发酵之前去除不溶解的固体。在一些实施例中，所述不溶解的固体的去除提供工厂的改进的产品特征，包括改进的动物饲料副产品生产产量以及增加的生物燃料生产产量中的一个或多个。在一些实施例中，可在将乙醇工厂改装之前和/或之后应用不溶解固体的所述去除以产生一种或多种生物燃料产品。在一些实施例中，不溶解的固体的所述去除可在将工厂恢复为乙醇生产时保留。

本发明还涉及一种用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的方法，所述方法包括：提供乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、精馏塔、啤酒塔和侧流汽提器，并且所述发酵罐可包括外部冷却回路，用于经由排出管线将发酵液从所述发酵罐中去除，通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线使所述去除的发酵液在较低温度下返回至发酵罐；提供得自生物质的水性进料流，所述水性进料流包含水和可发酵的糖；使所述水性进料流与所述发酵罐中的发酵液接触，所述发酵液包含能够生产丁醇的重组微生物；使所述发酵罐中的可发酵的糖发酵；经由所述外部冷却回路的排出管线从所述发酵罐中去除包含丁醇的发酵液的一部分；分离包含丁醇的发酵液的所述部分，以产生富丁醇料流和贫丁醇料流；经由所述外部冷却回路的回流管线使贫丁醇料流返回至发酵罐；在脱水塔中蒸馏所述富丁醇料流的至少一部分，以产生包含丁醇的塔底料流；从所述发酵罐中排放啤酒料流；以及在改装的啤酒塔中蒸馏啤酒料流，以产生：富丁醇蒸气料流和贫丁醇啤酒塔底料流。在一些实施例中，所述重组微生物可生产丁醇，并且所述发酵液可包含丁醇。在一些实施例中，所述精馏塔可被改装以用作脱水塔。在一些实施例中，所述方法还可包括在操作精馏塔和啤酒塔用于丁醇的生产之后，在不对精馏塔和啤酒塔进行结构改造的情况下，逆转精馏塔和啤酒塔的改装，以便操作精馏塔和啤酒塔用于乙醇的生产。在一些实施例中，分离包含丁醇的所述发酵液的所述部分以产生富丁醇料流和贫丁醇料流的步骤可包括使发酵液的所述部分与提取剂接触，以形成包含水相和有机相的双相混合物；分离所述含丁醇的有机相与所述水相，所述水相包含贫丁醇料流；在提取塔中蒸馏所述含丁醇的有机相，以产生富丁醇蒸气料流和富提取剂塔底料流；以及将在所述提取塔中产生的所述富丁醇蒸气料流冷凝，以产生富丁醇料流。在一些实施例中，所述丁醇优先地分配到所述有机相中以形成含丁醇的有机相。在一些实施例中，使所述发酵液的所述部分与提取剂接触可包括将所述发酵液的所述部分与所述提取剂在混合装置中合并，以形成双相混合物，所述混合装置流体连接到外部冷却回路的回流管线。在一些实施例中，所述混合装置经由回流管线接收所述发酵液的所述部分。在一些实施例中，所述混合装置可包括直列式混合器(inline mixer)、管道三通接头或搅拌容器。在一些实施例中，分离所述含丁醇的有机相与所述水相可包括向与所述混合装置和所述回流管线流体连接的分离装置添加双相混合物。在一些实施例中，所述分离装置可排放包含含丁醇的有机相的第一料流和包含水相的第二料流。在一些实施例中，可将所述第二料流排放至所述混合装置下游的回流管线，由此经由所述回流管线使包含所述贫丁醇料流的所述水相返回至发酵罐。在一些实施例中，所述分离装置可包括水力旋流器、内联涡旋分离器(inline vortex separator)、离心机、滗析器、或它们的组合。在一些实施例中，所述方法还可包括将啤酒塔中产生的富丁醇蒸气料流冷凝，以产生富丁醇液体料流；以及将所述富丁醇液体料流添加至所述富丁醇料流。在一些实施例中，所述方法还可包括将所述富丁醇料流分离为添加至提取塔的第一料流和添加至脱水塔的第二料流。在一些实施例中，所述侧流汽提器可被改装以用作脱醇塔。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂还可包括蒸发系统，并且该方法还可包括分离所述固体与所述稀塔馏物；以及使用已改装用于丁醇的生产的蒸发系统从所述稀塔馏物中蒸发水，以产生浆。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂的蒸发系统可被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，并且在一些实施例中，所述蒸发系统可被改装，以包括另外的蒸发器并且被重新构造为三系列三效蒸发系统。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂的蒸发系统可被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，并且在一些实施例中，所述蒸发系统可被改装，以包括一个或多个另外的蒸发器并且被重新构造为具有四个处于第一效的蒸发器、四个处于第二效的蒸发器和一个或多个处于第三效的另外的蒸发器的三效蒸发系统。在一些实施例中，所述方法还可包括将所分离的固体和所述浆干燥以产生DDGS。

本发明涉及一种用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的方法，所述方法包括：提供乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔；提供得自生物质的水性进料流，所述水性进料流包含水和可发酵的糖；使所述水性进料流与所述发酵罐中的发酵液接触，所述发酵液包含能够生产丁醇的重组微生物；在所述发酵罐中分批发酵所述可发酵的糖；分离包含丁醇的所述发酵液，以产生富丁醇料流和贫丁醇料流；在脱水塔中蒸馏所述富丁醇料流的至少一部分，以产生包含丁醇的塔底料流；以及在改装的啤酒塔中蒸馏啤酒料流，以产生：富丁醇蒸气料流和贫丁醇啤酒塔底料流。在一些实施例中，所述重组微生物生产丁醇，并且所述发酵液包含丁醇。在一些实施例中，所述精馏塔可被改装以用作脱水塔和/或所述侧流汽提器可被改装以用作脱醇塔。在一些实施例中，分离包含丁醇的发酵液以产生富丁醇料流和啤酒料流的步骤可包括使发酵液与提取剂接触以形成包含水相和有机相的双相混合物；分离所述含丁醇的有机相与所述水相，所述水相包含贫丁醇料流；在提取塔中蒸馏所述含丁醇的有机相，以产生富丁醇蒸气料流和富提取剂的塔底料流；以及将所述富丁醇蒸气料流冷凝，以产生富丁醇料流。在一些实施例中，所述丁醇优先地分配到所述有机相中以形成含丁醇的有机相。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂还可包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除发酵液，通过热交换装置循环所述去除的发酵液以及经由回流管线使所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐。在一些实施例中，使所述发酵液与提取剂接触可包括经由冷却回路的回流管线向所述发酵罐添加提取剂。在一些实施例中，所述提取剂经由接合到冷却回路的排出管线和回流管线中的一个的管线进入所述回流管线。在一些实施例中，使所述发酵液与提取剂接触还可包括将所述提取剂与所述发酵液混合。在一些实施例中，可通过在所述发酵罐中逸出和释放二氧化碳气体来至少部分地实现混合。在一些实施例中，可通过在所述发酵罐中逸出和释放二氧化碳气体来完全实现混合。在一些实施例中，可通过使用机械搅拌装置搅拌双相混合物来部分地实现混合。在一些实施例中，分离所述含丁醇的有机相与所述水相可包括将所述双相混合物添加至分离装置。在一些实施例中，所述分离装置可排放包含含丁醇的有机相的第一料流和包含水相的第二料流，所述水相包含贫丁醇料流。在一些实施例中，所述分离装置可包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂还可包括流体地置于所述发酵罐与所述啤酒塔之间的啤酒池、将所述发酵罐连接至所述啤酒池的第一管线，以及将所述啤酒池连接至所述啤酒塔的第二管线。在一些实施例中，所述分离装置可设置在所述第一管线上，以便流体地置于所述发酵罐与所述啤酒池之间，并且该方法还可包括经由所述第一管线将包含贫丁醇料流的所述第二料流从所述分离装置添加至所述啤酒池以及经由所述第二管线从所述啤酒池添加至所述啤酒塔。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂还可包括流体地置于所述发酵罐与所述啤酒塔之间的啤酒池、将所述发酵罐连接至所述啤酒池的第一管线，以及将所述啤酒池连接至所述啤酒塔的第二管线。在一些实施例中，换热器可设置在所述第二管线上和/或所述分离装置可设置在所述第二管线上，以便在所述换热器的下游流体地置于所述啤酒池与所述啤酒塔之间。在一些实施例中，所述方法还可包括经由所述第一管线将双相混合物添加至所述啤酒池。在一些实施例中，将所述双相混合物添加至分离装置可包括经由所述第二管线将所述双相混合物从所述啤酒池添加至所述分离装置。在一些实施例中，添加所述双相混合物可穿过换热器并且可在进料至所述分离装置之前被加热。在一些实施例中，所述方法还可包括将所述啤酒塔中产生的富丁醇蒸气料流冷凝，以产生富丁醇液体料流；以及将所述富丁醇液体料流添加至所述富丁醇料流。在一些实施例中，所述方法还可包括将所述富丁醇料流分离成被添加至所述提取塔的第一料流和被添加至所述脱水塔的第二料流。在一些实施例中，啤酒塔底物可包含固体和稀塔馏物，并且所述乙醇生产工厂还可包括蒸发系统；所述方法还包括分离所述固体与所述稀塔馏物以及使用已改装用于丁醇的生产的蒸发系统从所述稀塔馏物中蒸发水以产生浆。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂的蒸发系统可被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，并且所述蒸发系统可被改装，以包括另外的蒸发器并且被重新构造为三系列三效蒸发系统。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂的蒸发系统可被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，并且所述蒸发系统可被改装，以包括一个或多个另外的蒸发器并且被重新构造为具有四个处于第一效的蒸发器、四个处于第二效的蒸发器和一个或多个处于第三效的另外的蒸发器的三效蒸发系统。在一些实施例中，所述方法还可包括将所分离的固体和所述浆干燥以产生DDGS。

本发明还涉及一种用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的方法，所述方法包括：提供乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔；提供得自生物质的水性进料流，所述水性进料流包含水和可发酵的糖；使所述水性进料流与所述发酵罐中的发酵液接触，所述发酵液包含能够生产丁醇的重组微生物；在所述发酵罐中分批发酵所述可发酵的糖；使所述发酵液与提取剂接触，以形成包含水相和有机相的双相混合物；在改装的所述啤酒塔中蒸馏所述双相混合物的至少一部分，以产生富丁醇蒸气料流和贫丁醇啤酒塔底料流，并且所述贫丁醇啤酒塔底料流可包含提取剂、稀塔馏物和固体；将所述啤酒塔中产生的所述富丁醇蒸气料流冷凝，以产生富丁醇液体料流；将所述富丁醇液体料流分离成第二富丁醇液体料流和贫丁醇液体料流；在脱水塔中蒸馏所述第二富丁醇液体料流，以产生包含丁醇的塔底料流；以及分离所述贫丁醇啤酒塔底料流，以产生稀塔馏物、固体以及回收的提取剂。在一些实施例中，所述重组微生物生产丁醇，并且所述发酵液包含丁醇。在一些实施例中，所述丁醇优先分配到所述有机相中以形成含丁醇的有机相。在一些实施例中，所述精馏塔可被改装以用作脱水塔和/或所述侧流汽提器可被改装以用作脱醇塔。在一些实施例中，分离所述贫丁醇啤酒塔底料流可包括在第一分离装置中分离所述贫丁醇啤酒塔底料流以产生提取剂料流以及稀塔馏物和固体料流，以及在第二分离装置中分离稀塔馏物和固体料流以产生稀塔馏物和固体。在一些实施例中，所述第一分离装置可包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂可包括离心机，并且所述第二分离装置可为离心机。在一些实施例中，分离所述贫丁醇啤酒塔底料流可包括在第一分离装置中分离所述贫丁醇啤酒塔底料流以产生固体以及稀塔馏物和提取剂料流，以及在第二分离装置中分离所述稀塔馏物和提取剂料流以产生稀塔馏物和提取剂。在一些实施例中，所述第二分离装置可包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。在一些实施例中，所述第二分离装置可为滗析器。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂可包括离心机并且所述第一分离装置可为离心机。在一些实施例中，分离所述贫丁醇啤酒塔底料流可包括在三相离心机中分离所述固体、所述稀塔馏物和所述提取剂。在一些实施例中，所述方法还可包括蒸馏在所述啤酒塔中形成的双相混合物的第一部分；在提取塔中蒸馏所述双相混合物的第二部分以产生第二富丁醇蒸气料流和第二贫丁醇啤酒塔底料流；以及将所述第二贫丁醇啤酒塔底料流与所述贫丁醇啤酒塔底料流合并。在一些实施例中，所述第二贫丁醇啤酒塔底料流可包含提取剂、稀塔馏物和固体。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂还可包括蒸发系统，并且所述方法还可包括在分离所述贫丁醇啤酒塔底料流以产生固体、提取剂和稀塔馏物之后，使用已改装用于丁醇的生产的蒸发系统从所述稀塔馏物中蒸发水以产生浆。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂的蒸发系统可构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，并且所述蒸发系统可改装，以包括另外的蒸发器并且重新构造为三系列三效蒸发系统。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂的蒸发系统可被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，并且所述蒸发系统可被改装，以包括一个或多个另外的蒸发器并且被重新构造为具有四个处于第一效的蒸发器、四个处于第二效的蒸发器和一个或多个处于第三效的另外的蒸发器的三效蒸发系统。在一些实施例中，所述方法还可包括干燥所述固体和所述浆以产生DDGS。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂还可包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除发酵液，通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线使所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐，并且使所述发酵液与提取剂接触可包括经由流体连接到外部冷却回路的排出管线和回流管线中的一个的管线将所述提取剂添加至所述发酵罐。

本发明涉及一种用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的方法，所述方法包括：提供乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔；提供得自生物质的水性进料流，所述水性进料流包含水和可发酵的糖；使所述水性进料流与所述发酵罐中的发酵液接触，所述发酵液包含能够生产丁醇的重组微生物；使所述发酵罐中的所述可发酵的糖发酵；使包含丁醇的所述发酵液与脂肪酸和催化剂接触，所述催化剂在所述发酵罐中催化脂肪酸和丁醇的酯化，以产生丁基酯，由此所述发酵液包含丁基酯；从所述发酵罐中去除包含丁基酯的所述发酵液；分离包含丁基酯的所述发酵液以产生脂肪酸酯料流和稀塔馏物；使所述脂肪酸酯料流反应以产生包含丁醇和脂肪酸的组合物；蒸馏所述组合物以产生富丁醇蒸气料流和脂肪酸料流；将所述富丁醇蒸气料流冷凝以产生富丁醇料流；分离所述富丁醇料流以产生第二富丁醇料流和贫丁醇料流；在脱水塔中蒸馏所述第二富丁醇料流，以产生包含丁醇的塔底料流；使所述稀塔馏物反应以产生包含丁醇和脂肪酸的反应组合物；以及在改装的所述啤酒塔中蒸馏所述反应组合物，以产生：富丁醇蒸气料流和贫丁醇啤酒塔底料流。在一些实施例中，所述重组微生物产生丁醇，由此所述发酵液包含丁醇。在一些实施例中，可在所述发酵罐中分批发酵所述可发酵的糖。在一些实施例中，所述精馏塔可被改装以用作脱水塔和/或所述侧流汽提器可被改装以用作脱醇塔。在一些实施例中，所述方法还可包括从所述脂肪酸料流中回收脂肪酸。在一些实施例中，所述方法还可包括重复该方法的步骤，第二水性进料流可作为水性进料流提供，和/或所回收的脂肪酸可与所述发酵液接触。在一些实施例中，分离包含丁基酯的所述发酵液可包括将包含丁基酯的所述发酵液添加至分离装置，所述分离装置排放包含脂肪酸酯的第一料流和包含稀塔馏物的第二料流。在一些实施例中，分离装置可包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。

本发明还涉及一种用于使用可逆改装的乙醇生产工厂生产丁醇的系统，所述系统包括：乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔，并且所述发酵罐可包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除发酵液、通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线使所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐，并且所述啤酒塔可被改装用于从排放自所述发酵罐的啤酒料流中汽提丁醇，所述啤酒塔具有用于排放富丁醇蒸气料流的出口和用于排放贫丁醇啤酒塔底料流的出口；混合装置，所述混合装置具有连接至用于接收从发酵罐中去除的发酵液的外部冷却回路的回流管线的第一入口、连接至被构造成包含提取剂料流的提取剂管线的第二入口、以及连接至被构造成包含所述去除的发酵液和提取剂的混合料流的混合料流管线的出口；用于排放有机料流的提取剂管线；提取塔，所述提取塔具有连接至第二提取剂管线用于接收有机料流的入口、用于排放贫提取剂富丁醇蒸气料流的出口，以及用于排放富提取剂贫丁醇料流的出口；流体连接到所述啤酒塔的出口和所述提取塔的出口的冷凝器，所述冷凝器被构造成将所述富丁醇蒸气料流冷凝以产生包含丁醇的料流；流体连接到所述冷凝器的滗析器，所述滗析器将包含丁醇的料流分离以产生富丁醇料流和贫丁醇料流；以及流体连接到所述滗析器的脱水塔，所述脱水塔被构造成蒸馏所述富丁醇料流以产生丁醇，所述脱水塔具有排放丁醇的出口。在一些实施例中，所述精馏塔可被改装以用作脱水塔和/或所述侧流汽提器可被改装以用作脱醇塔。在一些实施例中，所述混合装置可包括直列式混合器、管道三通接头、或搅拌容器。在一些实施例中，所述分离装置可包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。在一些实施例中，所述提取塔可与所述啤酒塔并行操作。

本发明还涉及一种用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的系统，所述系统包括：乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔，并且所述发酵罐可包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除发酵液、通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线使所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐，并且所述外部冷却回路可被改装以将提取剂导入所述发酵罐用于与所述发酵液接触，并且所述啤酒塔可被改装用于从排放自所述发酵罐的啤酒料流中汽提丁醇，所述啤酒塔具有用于排放富丁醇蒸气料流的出口和用于排放贫丁醇啤酒塔底料流的出口；流体连接到所述发酵罐用于接收有机料流的提取塔，所述提取塔具有用于排放贫提取剂富丁醇蒸气料流的出口和用于排放富提取剂贫丁醇料流的出口；流体连接到所述啤酒塔的出口和所述提取塔的出口的冷凝器，所述冷凝器被构造成将富丁醇蒸气料流冷凝以产生包含丁醇的料流；流体连接到所述冷凝器的滗析器，所述滗析器将包含丁醇的料流分离以产生富丁醇料流和贫丁醇料流；以及流体连接到所述滗析器的脱水塔，所述脱水塔被构造成蒸馏所述富丁醇料流以产生丁醇，所述脱水塔具有排放丁醇的出口。在一些实施例中，所述精馏塔可被改装以用作脱水塔和/或所述侧流汽提器可被改装以用作脱醇塔。在一些实施例中，所述系统还可包括流体地置于所述发酵罐、所述提取塔和所述啤酒塔之间的分离装置，所述分离装置具有流体连接到所述发酵罐用于从所述发酵罐中接收双相混合物的入口、流体连接到所述啤酒塔用于将所述啤酒料流排放至所述啤酒塔的第一出口，以及流体连接到所述提取塔用于将所述有机料流排放至所述提取塔的第二出口。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂还可包括流体地置于所述发酵罐与所述啤酒塔之间的啤酒池池、将所述发酵罐连接至所述啤酒池的第一管线、以及将所述啤酒池连接至所述啤酒塔的第二管线，并且所述分离装置可设置在所述第一管线上以便流体地置于所述发酵罐与所述啤酒池之间，并且所述分离装置的所述第一出口连接至所述啤酒池用于将所述啤酒料流排放至所述啤酒池。在一些实施例中，所述啤酒池可包括连接至所述第二管线用于将所述啤酒料流排放至所述啤酒塔的出口。在一些实施例中，所述乙醇生产工厂还可包括流体地置于所述发酵罐与所述啤酒塔之间的啤酒池、将所述发酵罐连接至所述啤酒池的第一管线、经由所述第一管线从所述发酵罐中接收双相混合物的啤酒池，以及将所述啤酒池连接至所述啤酒塔的第二管线。在一些实施例中，换热器可设置在所述第二管线上。在一些实施例中，所述分离装置可设置在所述第二管线上，以便在所述换热器的下游流体地置于所述啤酒池与所述啤酒塔之间。在一些实施例中，所述分离装置的入口可连接至所述第二管线，用于从所述啤酒池中接收所述双相混合物，并且所述第一出口可连接至所述分离装置入口下游的所述第二管线，用于将啤酒料流排放至所述啤酒塔。在一些实施例中，所述分离装置可包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。在一些实施例中，所述有机料流可包含丁基酯，并且所述系统还可包括流体地置于所述提取塔与所述发酵罐之间的反应器，所述反应器具有用于接收所述有机料流的入口。在一些实施例中，所述反应器可被构造成使所述有机料流中的丁基酯反应以产生包含丁醇和提取剂的反应组合物。在一些实施例中，所述提取塔可为被构造成将所述反应组合物分离成富丁醇蒸气料流和富提取剂料流的再生塔。在一些实施例中，所述提取塔与所述啤酒塔并行操作。

本发明涉及一种用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的系统，所述系统包括：乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔，并且所述发酵罐可包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除发酵液、通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线使所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐，并且所述外部冷却回路可被改装以将提取剂导入所述发酵罐用于与所述发酵液接触，并且所述啤酒塔可被改装用于从排放自所述发酵罐的双相混合物中汽提丁醇，所述啤酒塔具有用于排放富丁醇蒸气料流的出口和用于排放贫丁醇啤酒塔底料流的出口；提取塔，所述提取塔具有用于接收贫丁醇啤酒塔底料流的入口、用于排放所回收的提取剂的出口，以及用于排放贫提取剂啤酒塔底物的出口；流体连接到所述啤酒塔的所述出口的冷凝器，所述冷凝器被构造成将所述富丁醇蒸气料流冷凝以产生富丁醇料流；流体连接到所述冷凝器的滗析器，所述滗析器将所述富丁醇料流分离以产生第二富丁醇料流和贫丁醇料流；以及流体连接到所述滗析器的脱水塔，所述脱水塔被构造成蒸馏所述第二富丁醇料流以产生丁醇，所述脱水塔具有排放丁醇的出口。在一些实施例中，所述精馏塔可被改装以用作脱水塔和/或所述侧流汽提器被改装以用作脱醇塔。在一些实施例中，所述分离装置包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。在一些实施例中，所述分离装置可为三相离心机。在一些实施例中，所述系统还可包括流体地置于所述第一分离装置与所述啤酒塔之间的第二分离装置。在一些实施例中，所述第二分离装置可包括连接至用于排放贫丁醇啤酒塔底料流的所述啤酒塔出口的入口、用于排放从所述啤酒塔底物中去除的固体的第一出口、以及用于排放包含提取剂和稀塔馏物的混合物的剩余的啤酒塔底物的第二出口。在一些实施例中，所述第一分离装置的入口可连接至所述第二分离装置的第二出口，用于接收提取剂和稀塔馏物的混合物，并且在一些实施例中，所述第一分离装置的第一出口可排放提取剂，并且所述第一分离装置的第二出口可排放稀塔馏物。在一些实施例中，所述第二分离装置可包括水力旋流器、离心机或滗析器。在一些实施例中，所述第二分离装置为所述乙醇生产工厂的离心机。在一些实施例中，所述第一分离装置为滗析器。在一些实施例中，所述系统还可包括第二分离装置，所述第二分离装置具有连接至所述第一分离装置的第二出口用于接收贫提取剂啤酒塔底物的入口、用于排放稀塔馏物的第一出口、以及用于排放从所述啤酒塔底物中去除的固体的第二出口。

附图说明

并入本文并成为说明书的一部分的附图示出了本发明，并且与说明书一起进一步用来解释本发明的原理并使得本领域的技术人员能够利用本发明。

图1示出生物乙醇生产工厂的示例。

图2A至2D示出改装生物乙醇生产工厂的各种实施例。

图3A至3E示出特征在于使用提取法从发酵液中去除产物醇的改装的生物乙醇生产工厂的各种实施例。

图4示出固体分离和固体的进一步处理的实施例。

图5示出可用于使用反应性液体提取方法生产产物醇的方法和设备的实施例。

图6A和6B示出改装乙醇工厂的设备的改造。

图7示出用于使用蒸馏法回收产物醇的方法。

图8示出本文所述方法的另一个实施例。

图9示出可用于改装生物乙醇生产工厂的蒸发系统的示例。

图10A至10C示出生物乙醇工厂的蒸馏系统的改装。

具体实施方式

除非另行定义，否则本文所用的所有科技术语的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的一样。如发生矛盾，以本专利申请(包括其定义)为准。此外，除非上下文另有所需，单数术语将包括复数并且复数术语将包括单数。为所有目的，所有的出版物、专利、以及本文提及的其它参考资料均全文以引用方式并入本文。

为了进一步限定本发明，本文提供了以下术语和定义。

如本文所用，术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或它们的任何其它变型将被理解为是指包括指定的整数或整数组但不排除任何其它整数或整数组。例如，包含一系列元素的组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备不必仅限于那些元素，而可以包括其它未明确列出的元素，或此类组合物、混合物、工艺、方法、制品或设备固有的元素。此外，除非另外特别说明，否则“或”是指包含性的或，而不是指排它性的或。例如，以下中任一者均满足条件A或B：A是真的(或存在的)且B是假的(或不存在的)、A是假的(或不存在的)且B是真的(或存在的)、以及A和B都是真的(或存在的)。

同样，涉及元素或组分实例(即次数)的数目在本发明元素或组分前的不定冠词“一个”或“一种”旨在是非限制性的。因此，应将“一个”或“一种”理解为包括一个或至少一个，并且元素或组分的词语单数形式也包括复数指代，除非有数字明显表示单数。

如本文所用，术语“发明”或“本发明”为非限制性术语，并且不旨在意指本发明的任何单个实施例，而是涵盖如专利申请所述的所有可能的实施例。

如本文所用，修饰本发明的成分或反应物的量使用的术语“约”是指可以通过例如以下方式而发生的用数字表示的量的变化：在真实世界中用于产生浓缩物或溶液的一般测量和液体处理操作；通过这些操作中非故意的误差；用于制备组合物或执行方法的成分的制造、来源或纯度中的差异；等。术语“约”还涵盖由于产生自特定起始混合物的组合物的不同平衡条件而不同的量。无论是否通过术语“约”来修饰，权利要求包括量的等同量。在一个实施例中，术语“约”指在报告数值的10％范围内，或者在报告数值的5％范围内。

如本文所用的“生物质”是指包含提供可发酵的糖的可水解多糖的天然产物，包括来源于天然来源诸如玉米、甘蔗、小麦、纤维素或木质纤维素材料以及包含纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、低聚糖、二糖、单糖、以及它们的混合物的材料的任何糖和淀粉。生物质也可包含另外组分，诸如蛋白质和/或脂质。生物质可来源于单一来源，或者生物质可包括来源于多于一种来源的混合物；例如，生物质可包括玉米芯和玉米秸秆的混合物，或草和叶片的混合物。生物质包括但不限于生物能作物、农业残余物、市政固体垃圾、工业固体垃圾、来自造纸业的淤渣、庭院垃圾、废弃糖、木材和林业垃圾。生物质的例子包括但不限于：玉米粒、玉米棒、农作物残余物诸如玉米壳、玉米秸秆、草、小麦、裸麦、小麦秸秆、大麦、大麦秸秆、干草、稻秆、柳枝稷、废纸、甘蔗渣、高粱、大豆、乳清、乳清渗透物、从谷物研磨中获得的组分、树、枝、根、叶、木屑、锯末、灌木和灌丛、蔬菜、水果、花、动物粪肥以及它们的混合物。例如，可通过用于出于发酵的目的加工生物质的本领域已知的任何加工方法，诸如通过研磨、处理和/或液化，由生物质形成麦芽浆、果汁、糖蜜或水解产物。例如，可通过湿磨或干磨并随后液化产生麦芽浆来加工玉米。可通过本领域技术人员已知的任何方法处理纤维素和/或木质纤维素生物质以获得包含可发酵的糖的水解产物(参见，例如美国专利申请公布2007/0031918，其全文以引用方式并入本文)。纤维素和/或木质纤维素生物质的酶促糖化利用酶聚生体(例如，纤维素酶、木聚糖酶、葡糖苷酶、葡聚糖酶、裂解酶)来降解纤维素和半纤维素，以产生包含糖的水解产物，所述糖包括葡萄糖、木糖和阿拉伯糖。适用于纤维素生物质和/或木质纤维素生物质的糖化酶参见Lynd等人(Microbiol.Mol.Biol.Rev.66：506-577，2002)。

如本文所用的“生物质产率”是指所产生的生物质(即细胞生物质产量)与所消耗的碳底物的比率。

如本文所用的“生物燃料”或“生物燃料产品”是指来源于生物过程，例如但不限于发酵的燃料。

如本文所用，“丁醇”指处于单独或其混合物形式的丁醇异构体1-丁醇(1-BuOH)、2-丁醇(2-BuOH)、叔丁醇(t-BuOH)和/或异丁醇(iBuOH或i-BuOH，也称为2-甲基-1-丙醇)。如本文所用，术语“生物丁醇”有时可与“丁醇”同义使用。

如本文所用，“产物醇”是指在发酵过程中能够由微生物产生的任何醇，所述发酵过程利用生物质作为可发酵碳底物的来源。产物醇包括但不限于C₁-C₈烷基醇。在一些实施例中，产物醇是C₂-C₈烷基醇。在其它实施例中，产物醇是C₂-C₅烷基醇。应当理解，C₁-C₈烷基醇包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。同样地，C₂-C₈烷基醇包括但不限于乙醇、丙醇、丁醇和戊醇。在一些实施例中，产物醇还可包括杂醇类(或杂醇油)。“醇”在本文中也用于指产物醇。

如本文所用，“原位产物去除”(ISPR)是指在产物生成时从诸如发酵的生物过程中选择性去除特定的产物以控制生物过程中的产物浓度。

如本文所用，“可发酵碳源”或“可发酵的碳底物”是指能够由本文所公开的微生物代谢以产生发酵醇的碳源。合适的可发酵碳源包括但不限于单糖，诸如葡萄糖或果糖；二糖诸如乳糖或蔗糖；低聚糖；多糖诸如淀粉或纤维素；C5糖诸如木糖和阿拉伯糖；包括甲烷的一碳底物；以及它们的混合物。

如本文所用的“原料”是指发酵过程中的进料，所述进料包含具有或不具有不溶解固体的可发酵碳源，并且如果适用，所述进料在通过进一步加工(诸如通过液化、糖化、或其它方法)已经从淀粉中释放或从复糖水解中获得可发酵碳源之前或之后包含可发酵碳源。原料包括或来源于生物质。合适的原料包括但不限于裸麦、小麦、玉米、玉米醪、甘蔗、甘蔗醪、大麦、纤维素材料、木质纤维素材料、或它们的混合物。当涉及“原料油”时，应当理解该术语包括从给定原料产生的油。

如本文所用，“糖”是指低聚糖、二糖、单糖、和/或它们的混合物。术语“糖类”也包括碳水化合物，包括淀粉、葡聚糖类、糖原、纤维素、戊聚糖、以及糖。

如本文所用，“可发酵的糖”是指能够由本文所公开的微生物代谢以产生发酵醇的一种或多种糖。

如本文所用的“不溶解的固体”是指原料的不可发酵的部分，例如，胚芽、纤维和麸质以及不溶解于水性介质的任何另外的组分。例如，原料的不可发酵的部分包括保持为固体并且可从发酵液吸收液体的原料的部分。

如本文所用的“油”是指得自植物(例如生物质)或动物的脂质。油的例子包括但不限于牛脂、玉米油、低芥酸菜籽油、癸酸/辛酸甘油三酯、蓖麻油、椰子油、棉籽油、鱼油、霍霍巴油、猪油、亚麻籽油、牛脚油、奥蒂油、棕榈油、花生油、菜籽油、大米油、红花油、豆油、葵花籽油、桐油、麻风树油、以及植物油共混物。

如本文所用，“干酒糟及可溶物”(Dried Distillers′ Grains withSolubles，DDGS)是指来自原料或生物质发酵的共产物或副产物(例如产生产物醇的谷物或谷物混合物的发酵)。在一些实施例中，DDGS还可指由制备产物醇(例如，乙醇、丁醇、异丁醇等)的过程产生的动物饲料产品。

如本文所用的“发酵液”是指水、糖、溶解固体、生产醇(任选地产物醇)的任选地微生物、以及其它成分的混合物。在一些实施例中，发酵液是指保持在发酵罐中的材料，在该发酵罐中，正在通过由存在的微生物造成的糖与醇、水以及二氧化碳(CO₂)的反应来制备产物醇。如本文所用，术语“发酵培养基”和“发酵混合物”有时可与“发酵液”同义使用。

如本文所用，“发酵罐”或“发酵容器”是指在其中进行发酵反应，由此由糖制备产物醇诸如丁醇的单元。

如本文所用，“糖化单元”是指在其中进行糖化(即，低聚糖水解成单糖)的单元。在发酵和糖化同时发生时，糖化单元和发酵罐可为相同单元中的一个。

如本文所用，“液化单元”是指在其中进行液化的单元。液化是其中从原料中释放低聚糖的过程。在其中原料是玉米的一些实施例中，在液化期间从玉米淀粉内容物中释放低聚糖。

如本文所用，“分离”是指从初始混合物中去除化学化合物，以获得纯度或浓度比初始混合物中所述化合物的纯度或浓度更大或更高的化合物。在一些实施例中，分离可与“回收”同义。

如本文所用，“与水不混溶的”是指化学组分诸如提取剂不能够与水性溶液诸如发酵液混合以形成单一液相的形式。

如本文所用，“提取剂”是指用于去除或分离产物醇诸如丁醇的溶剂。如本文所用，术语“溶剂”有时可与“提取剂”同义使用。

如本文所用，术语“水相”是指通过使发酵液与水不混溶的有机提取剂接触而获得的双相混合物的水相。在包括发酵提取的本文所述方法的实施例中，术语“发酵液”则是指双相发酵提取中的水相，并且术语“贫溶剂相”可与“水相”和“发酵液”同义使用。此外，如本文所用，术语“水性料流”有时可与“水相”同义使用。此外，不溶解的固体(例如，谷物固体)可存在于发酵液中，使得双相混合物包括主要分散在水相中的不溶解的固体。

如本文所用，“有机相”是指通过使发酵液与水不混溶的有机提取剂接触而获得的双相混合物的非水相。如本文所用，术语“富溶剂相”有时可与“有机相”同义使用。此外，如本文所用，术语“有机料流”有时可与“有机相”同义使用。

如本文所用，“脂肪酸”是指具有C₄至C₂₈碳原子(最常见地为C₁₂至C₂₄碳原子)的羧酸(例如，脂族一羧酸)，所述羧酸是饱和或不饱和的。脂肪酸还可以是支化或非支化的。脂肪酸在动物或植物的脂肪、油或蜡中可来源于或包含于酯化的形式。脂肪酸可以甘油酯形式在脂肪和脂肪油中天然存在，或者可通过水解脂肪或通过合成获得。术语脂肪酸可描述单种化学物质或脂肪酸的混合物。此外，术语脂肪酸还可涵盖游离脂肪酸。

如本文所用，“脂肪醇”是指具有C₄至C₂₂碳原子的脂肪链的醇，所述脂肪链为饱和或不饱和的。

如本文所用，“脂肪醛”是指具有C₄至C₂₂碳原子的脂族链的醛，所述脂族链为饱和或不饱和的。

如本文所用，“脂肪酰胺”是指具有C₄至C₂₂碳原子的长脂族链的酰胺，所述脂族链为饱和或不饱和的。

如本文所用，“脂肪酸酯”是指具有C₄至C₂₂碳原子的长脂族链的酯，所述脂族链为饱和或不饱和的。

如本文所用，“羧酸”是指具有化学通式-COOH的任何有机化合物，其中碳原子通过双键与氧原子键合形成羰基(-C＝O)，并且通过单键与羟基(-OH)键合。羧酸可为质子化羧酸的形式、羧酸盐形式(例如铵、钠、或钾盐)、或质子化羧酸与羧酸盐混合物的形式。术语羧酸可描述单独的化学物质(例如油酸)或羧酸的混合物，其可通过例如水解生物质来源的脂肪酸酯或甘油三酯、甘油二酯、甘油一酯和磷脂产生。

如本文所用，“汽提”是指将全部或部分挥发性组分从液体料流转移至气体料流中的作用。

如本文所用，“真空闪蒸”或“闪蒸”是指方法步骤，由此使液体料流经受压力的下降(例如，保持在真空下)。液体料流可来自发酵罐或分离单元诸如预闪蒸槽。压力下降使得一部分液体料流汽化为汽相。经受此步骤的液体料流可称为“闪蒸的”、“部分汽化的”或“汽化的”。在一些实施例中，来自发酵罐的液体料流可传送至可保持在真空下的分离单元(可以是多级蒸馏塔或单级槽)。在一些实施例中，液体料流可为发酵罐中的发酵液。在一些实施例中，闪蒸可在发酵罐中进行。在其中“闪蒸”在多级蒸馏塔中进行的一些实施例中，闪蒸还可称为“蒸馏”或“闪蒸蒸馏”。

如本文所用，“闪蒸槽”或“闪蒸单元”是指其中至少一部分液体料流闪蒸成汽相的物理位置。

如本文所用，“预闪蒸”是指闪蒸步骤之前的方法步骤，由此使液体料流经受压力的下降(例如，保持在真空下)。压力的下降使得一部分液体料流汽化为汽相。液体料流可来自发酵罐或分离单元。经受此步骤的液体料流可称为“经过预闪蒸的”。在一些实施例中，可存在两个或更多个预闪蒸步骤。

如本文所用，“预闪蒸槽”或“预闪蒸单元”是指其中至少一部分液体料流汽化为汽相的物理位置。

如本文所用，“不可冷凝的气体”是指在本文所述的方法的操作温度下不被冷凝的气体。此类气体可选自由以下组成的组中的气体：例如二氧化碳、氮气、氢气、惰性气体诸如氩气、或任何这些的混合物。

如本文所用，“可恢复改装”是指设施或生产工厂转变成其初始状态，即，在改装之前将设施复原为其初始状态。在一些实施例中，还可在可恢复改装中结合对设施的改进。

如本文所用，“可逆改装”是指可恢复改装转变成其改装状态。例如，生物乙醇生产工厂的改装可为可逆的，从而允许设施在生物乙醇生产工厂与生物丁醇生产工厂之间转变。

如本文所用，“部分”或“其部分”包括整体的一部分或该整体。例如，发酵液的一部分包括发酵液的部分以及全(或全部)发酵液。

如本文所用，关于工艺料流或其组分的“基本上”是指至少约50％的指定工艺料流或其指定组分。

如本文所用，关于工艺料流或其组分的“主要部分”是指至少约50％的指定工艺料流或其指定组分。在一些实施例中，主要部分可包含至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、或至少约95％的或指定的工艺料流或其指定组分。在一些实施例中，主要部分可包含至少约60％、至少约70％、至少约80％、至少约90％、或至少约95％的或指定的工艺料流或其指定组分。

如本文所用，“分配系数”是指化合物在两种不能混溶的溶剂的混合物的两相中平衡时的浓度的比率。分配系数是化合物在两种不能混溶的溶剂中不同的溶解度的量度。如本文所用，分配系数可与术语“分布系数”同义。

在一些实施例中，本发明提供用于回收使用可逆改装的醇(例如乙醇)生产工厂在发酵过程中产生的产物醇的方法和系统。图1示出生物乙醇生产工厂的示例(同样，参见例如美国专利7,297,236)。乙醇可通过在发酵100中发酵糖而产生。这些可发酵的糖可来源于任何生物质源，包括玉米、甘蔗、纤维素或木质纤维素材料。这种生物质可例如通过液化和/或糖化以形成通过诸如酵母的微生物发酵的麦芽浆进行处理。在一些实施例中，生物质可同时经受糖化和发酵(SSF)。可将发酵期间产生的气体102排放到涤气系统110中。水可与涤气系统110中的气体102以及塔底料流103接触，导致其可作为涤气器水再循环用于糖化生物质。可将发酵料流105转移至啤酒塔120。乙醇和水可在啤酒塔120内汽化，并且可将富乙醇汽化料流125塔顶送至精馏器130以浓缩乙醇。啤酒塔120的塔底料流122为全塔馏物，其主要包含固体(例如，不溶解的固体)和水。精馏器130的塔底料流132可循环至侧流汽提塔140以回收塔顶蒸气产物料流145中的另外的乙醇，然后该塔顶蒸气产物料流145可返回至精馏器130。侧流汽提塔140的塔底物142可作为lutter水再循环用于处理生物质。可将来自精馏器130的富乙醇汽化料流135引导至冷凝150并且可将冷凝蒸气的一部分154作为回流返回至精馏器130。来自冷凝150的液体料流155可转移至分子筛系统160，以吸附水并产生高等级乙醇蒸气产物165，该高等级乙醇蒸气产物165可冷却并冷凝以产生乙醇。可通过经由可包括一些乙醇的再生料流166去除所吸附的水来使分子筛160再生。再生料流166可冷却和/或冷凝并返回至精馏器130。如果精馏塔中存在不可冷凝的气体，那么可从冷凝150中回收这些气体并将其送至涤气器或热氧化器。

啤酒塔120的塔底料流122可在固体分离170中通过多种装置进行处理，这些装置包括但不限于离心、过滤、筛分、水力旋流器或用于将液体与固体分离的任何其它装置。在一些实施例中，固体分离170还可包括一个或多个传送装置。塔底料流122的分离产生称为稀塔馏物的液体料流175和固体172(例如，湿饼)。稀塔馏物175的一部分177可被导入蒸发180(例如，四(4)效x二(2)主体系统)以去除水，并且一部分178可作为回糟再循环用于糖化生物质。蒸发器逐渐地从料流177中蒸发水，以产生浆184，具有湿饼172的该浆184可在干燥系统190中进一步处理以产生DDGS 176。在蒸发180中蒸发的水的一部分可作为过程蒸气173去除并且可用于在汽提塔中提供沸腾。在蒸发180中蒸发的水的另一部分可作为过程冷凝物174去除并且可在甲烷转化器185中进一步处理以降低有机物的水平。所得的料流171可作为过程冷凝物再循环用于糖化生物质。可通过将188与另外的水料流混合来将包括料流103、142、171和178的用于糖化生物质的液体源合并以形成可用于糖化生物质的烹煮水料流179。

将生物乙醇生产工厂转变为生物丁醇生产工厂可涉及改装现有设备(例如，发酵罐、蒸馏、蒸发等)以及重新构造所述设备。本文描述了可用于改装生物乙醇生产工厂的方法和系统。这些方法和系统将参考附图进行描述。一些方法和系统可以与图1中所用的相同的名称和编号出现在图2-9中，用于在改装的生物乙醇生产工厂中再使用或再利用时标识这些方法和系统。即，生物乙醇生产工厂中的设备可再使用，用于不同的目的，诸如产生不同的产物醇。例如，设计、构造、安装和/或使用来在生物乙醇生产工厂中蒸馏乙醇的蒸馏塔可再利用和使用来蒸馏丁醇。在一些情况下，可在对设备进行极小或没有修改的情况下，对设备进行再使用或再利用。

作为本文所述方法的实施例的一个示例，可通过将原料直接引入发酵罐中引发发酵。合适的原料包括但不限于裸麦、小麦、玉米、玉米醪、甘蔗、甘蔗醪、大麦、纤维素材料、木质纤维素材料、或它们的混合物。在一些实施例中，可将原料干磨或湿磨。在一些实施例中，在引入发酵罐之前，可将原料液化以产生原料浆，所述原料浆可包含不溶解的固体和糖(例如，可发酵碳源)。原料的液化可通过任何已知的液化方法来实现，包括但不限于酸处理、酶处理(例如，α-淀粉酶)或酸-酶处理。液化可在液化单元中发生。

不溶解的固体和/或油可通过多种装置从原料浆中分离，这些装置包括但不限于沉降式转筒离心、三相离心、盘叠式离心、过滤离心、滗析器离心、过滤、真空过滤、带式过滤器、压滤、使用筛网的过滤、筛分、栅滤、多孔栅滤、浮选、水力旋流器、压滤器、螺旋压榨器、重力澄清槽、涡旋分离器、或它们的组合。在一些实施例中，用于分离和去除不溶解的固体和油的设备可安装在液化单元与发酵罐之间。在一些实施例中，用于分离或去除不溶解的固体和油的设备可按需离线或停用。这可通过例如在进入和/或离开设备的管道中安装阀门和/或挡板来实现。此外，可将阀门安装在管道中，作为绕过用于分离或去除不溶解的固体和油的设备的装置。在一些实施例中，用于分离或去除不溶解的固体和油的设备可包括用于处理不溶解的固体、油或其它副产物的另外的管道。

在一些实施例中，原料浆的分离产生液相和固相(例如，不溶解的固体)。液相可添加至发酵罐，并且固相(或“湿饼”)可进一步处理。湿饼可包括糖和水中的一部分。作为处理湿饼的一个示例，可用水洗涤湿饼以回收湿饼中存在的糖(例如，低聚糖)，并且可将回收的糖和水再循环至液化单元。在洗涤后，湿饼可进行进一步加工以例如形成动物饲料。在一些实施例中，原料浆的分离还可产生油料流或油相。例如，如果玉米是原料，也可在制备原料期间生产玉米油。对于用于从原料浆中分离不溶解的固体和油的方法和系统的描述，参见例如美国专利申请公布2012/0164302和PCT国际公布WO 2012/173660；它们每个全文以引用方式并入本文。

从原料浆中去除不溶解的固体具有若干益处。例如，因为不把不溶解的固体送到发酵罐中，微生物不接触不溶解的固体。此外，提取剂和/或产物醇诸如丁醇不被捕集在不溶解的固体中。由于不溶解的固体未暴露于微生物、提取剂、产物醇、或其它发酵副产物，因此可改进这些用于动物饲料的固体的加工。

在一些实施例中，在发酵之前去除不溶解的固体和油可允许微生物的分离和再循环。再循环微生物的能力可减少或消除对发酵过程中生长另外微生物的需要以及对用于微生物生长的另外设备(例如繁殖槽)的需要。从发酵原料浆中去除不溶解的固体和油可有利于通过原位产物去除(ISPR)去除产物醇并且还可允许微生物的再循环。

在一些实施例中，油可独立于不溶解的固体排放，并且可最终存在于湿饼中。如本文所述，当经由离心或其它分离装置去除湿饼时，来自原料的油的一部分(例如，来自玉米原料的玉米油)可与湿饼一起保留下来。在一些实施例中，可用例如另外的水通过离心或其它分离装置洗涤湿饼。在一些实施例中，油可与湿饼分离，并且例如被转变成提取剂，用于相同或不同发酵过程中的后续使用。

此外，油可在发酵过程期间水解形成甘油和脂肪酸。甘油可在水中累积，从而导致在整个生产过程中可用于再循环的水量的减少。因此，通过增加可在整个生产过程期间再循环的水量，从不溶解的固体中去除油可增加生产过程的效率。

在一些实施例中，如果玉米是原料，也可在制备原料期间生产玉米油。包含甘油三酯、游离脂肪酸、甘油二酯、甘油一酯和磷脂的玉米油可添加至发酵过程的其它共产物或副产物(例如，动物饲料)并且从而形成改变所得的共产物中这些组分的量的能力。改变和定制动物饲料共产物的内容物的能力将是有利的。例如，所得的共产物的脂肪含量可被控制以产生低脂肪、高蛋白的动物饲料，所述动物饲料与高脂肪产品相比将更适合奶牛的需求。可能期望在生产产物醇期间操作不溶解的固体、油和可发酵的糖分离设备。利用一系列阀门和挡板，可实现绕过分离设备，以返回标准乙醇过程操作。

在一些实施例中，可以预先确定水平将原料和/或液相添加至发酵罐。例如，可添加原料和/或液相直到其达到发酵罐的搅拌叶片。然后可在例如添加微生物之后，激活搅拌器。在一些实施例中，可在添加繁殖槽的内容物之后，激活搅拌器。在一些实施例中，可将原料和/或液相进料至发酵罐直至达到稳态。在一些实施例中，原料和/或液相可通过外部冷却回路循环以维持低于例如35℃或任何其它控制点的温度。

在一些实施例中，同步糖化和发酵可在发酵罐中发生。工业上利用的任何已知的糖化方法均可被使用，包括但不限于酸方法、酶方法或酸-酶方法。在一些实施例中，可将诸如葡糖淀粉酶的酶引入发酵罐中，以将原料或液相中存在的糖(例如，低聚糖)水解成单糖。在一些实施例中，糖化可在单独的糖化单元中发生。在一些实施例中，糖化可在原料浆的分离之前或在原料浆的分离之后发生。对于用于加工用于发酵的生物质的方法和系统的描述，参见，例如PCT国际公布WO 2011/160030；其全文以引用方式并入本文。

图2A至2D示出用以生产产物醇例如丁醇的改装生物乙醇生产工厂的实施例。一些方法和系统可以与图1中所用的相同的名称和编号出现在这些图中，用于在改装的生物乙醇生产工厂中再使用时标识这些方法和系统。可通过糖的发酵生产丁醇，并且这些可发酵的糖可来源于任何生物质源，包括玉米、甘蔗、纤维素材料或木质纤维素材料。这种生物质可例如通过液化和/或糖化进行加工，以形成通过诸如酵母的微生物发酵的麦芽浆。在一些实施例中，生物质可同时经受糖化和发酵(SSF)。图2A至2D示出特征在于使用液-液提取从发酵液中去除丁醇的改装生物乙醇生产工厂的各种实施例。图2A至2D中所述的方法可用于生产其它产物醇。

图2A(a)和2A(b)示出改装生物乙醇生产工厂的实施例。如本文所述，产物醇诸如丁醇的提取可发生在发酵罐外部或下游。图2A(b)示出对生物乙醇生产工厂中发酵罐的现有外部冷却回路的改造。这种改造允许丁醇的连续外部提取。外部冷却回路通过从发酵罐中去除发酵液、将发酵液传送至热传递装置(例如，换热器)并且将冷却的发酵液返回至发酵罐来冷却来自发酵罐的发酵液。对于改装的生物乙醇生产工厂，外部冷却回路可适于通过连续外部提取以及冷却发酵液来从发酵液中去除丁醇。

参考图2A(a)，发酵液的温度可在发酵期间增加，并且可通过循环通过外部冷却回路210来冷却发酵液。例如，发酵液212可经由排出管线离开发酵100并穿过换热器(“CTW”是指冷却塔水)，发酵液212在其中冷却至较低温度。冷却的发酵液214可被导入分离单元，并且可被分离，从而形成富丁醇料流218和贫丁醇料流216。富丁醇料流218可进一步加工以回收丁醇，例如，富丁醇料流218可被导入蒸馏用于回收丁醇。贫丁醇料流216可经由回流管线返回至发酵100，用于继续生产产物醇诸如丁醇。在发酵完成时，发酵罐内容物可作为水性料流205(或啤酒料流205)排放并且可进一步加工用于回收丁醇。例如，水性料流205可被导入啤酒塔，用于回收任何残余的丁醇。在发酵期间产生的不可冷凝气体202(例如，二氧化碳)可被排放例如至涤气器系统。

参考图2A(b)，发酵100可改造用于诸如丁醇的产物醇的连续外部提取。外部冷却回路210可改造以包括混合装置290和分离系统297。离开换热器的发酵液212可被导入混合装置290。提取剂可添加至混合装置290，并与发酵液212合并以产生双相混合物291(或两相混合物)。双相混合物291可被引入分离系统297，其中双相混合物291的分离产生含丁醇的有机相299和水相298。有机相299可从分离系统297排放，用于如本文所述的进一步加工，并且水相298或其一部分可经由回流管线返回至发酵100。在另一个实施例中，可在返回至发酵100之前通过换热器将水相298冷却。在一些实施例中，水相298的一部分可送至啤酒塔。含丁醇的有机相299可从分离系统297排放并且例如可被导入提取塔。

发酵液的循环可包括通过热传递装置(例如，换热器)和质量传递装置(例如，分离系统297)的途径，使得能够每单程穿过改造的外部冷却回路去除热和丁醇。此外，在一些实施例中，可通过调节通过外部冷却回路的循环流量，使发酵期间热和丁醇去除的速率与热和丁醇产生的速率平衡，从而冷却通过换热器的流体流量和提取的流量。

混合装置290可为能够混合液体物质的任何装置。在一些实施例中，混合装置290可包括直列式混合器，诸如直线式静态混合器。在一些实施例中，混合装置290可包括管道三通接头诸如管道T-连接器或搅拌容器。分离系统297可为能够液-液分离的任何装置。在一些实施例，分离系统297可包括以下中的一个或多个：水力旋流器、离心机、内联涡旋分离器、滗析器(例如提取滗析器)或过滤器。作为分离系统297的示例，分离系统297可包括一个或多个单独的水力旋流器并且每个单独的水力旋流器可为容器，该容器包括在容器内部封装在一起的一个或多个水力旋流器内衬，由此每个容器可在维持相分离能力的同时处理大流量。双相混合物可经由例如切向入口喷嘴进入水力旋流器内衬。在一些实施例中，水力旋流器内衬的最大直径可在入口喷嘴处并且水力旋流器内衬可为渐缩的。相比于其它分离机制，通过水力旋流器分离可为有利的，因为水力旋流器具有相对紧凑的尺寸并且较为廉价。

作为分离系统297的另一个示例，分离系统297可包括一个或多个内联涡旋分离器或在一些实施例中，分离系统297可包括单个大容量内联涡旋分离器。在一些实施例中，分离系统297可包括一个或多个离心机。

在一些实施例中，混合装置290和分离系统297可各自流体连接到回流管线并流体连接到彼此。在一些实施例中，混合装置290和分离系统297可流体地置于换热器与回流管线之间。例如，分离装置290可流体地置于换热器与分离系统297之间；并且分离系统297可流体地置于混合装置290与回流管线之间。在另一个实施例中，混合装置290和分离系统297可各自流体连接到发酵100的排出管线。

图2B示出特征在于通过提取从发酵液中去除产物醇(例如丁醇)的改装生物乙醇生产工厂的实施例。参考图2B，液化麦芽浆可进入分离270，以形成包含不溶解的固体的湿饼234和溶解的可发酵的糖的澄清溶液233(或稀麦芽浆233)。在一些实施例中，液化麦芽浆可进入分离270，以形成湿饼234、溶解的可发酵的糖的水性溶液233以及油料流。术语稀麦芽浆和水性溶液还可称为水性进料流。可将稀麦芽浆233和微生物添加至发酵100。在一些实施例中，该方法可包括一个或多个发酵罐；并且在另一个实施例中，该多个发酵罐可并行操作。麦芽浆被微生物发酵以产生丁醇。可将发酵期间产生的气体202通过涤气系统110排放。

涤气料流203可被导入侧流汽提塔140，以将丁醇和其它挥发性组分回收到塔顶蒸气料流253中并且形成可有时被称为lutter水的液体塔底料流242。丁醇的这种回收还可称为脱醇，并且侧流汽提塔可称为脱醇塔。在一些实施例中，侧流汽提塔140可为用于乙醇生产的侧流汽提塔的改装并且可在侧流汽提塔140的底部提供蒸气入口作为加热部件。在一些实施例中，至侧流汽提塔140的蒸气入口可部分源自蒸气液体闪蒸装置，诸如用于降低水热烹煮过的麦芽浆的压力的单元。在一些实施例中，至侧流汽提塔140的蒸气入口可部分源自侧流汽提器塔底物242的部分再沸腾。

使用与产生乙醇的发酵相同的麦芽浆组合物产生丁醇的发酵可需要去除丁醇，例如，以最小化丁醇对微生物的毒性作用。在一些实施例中，在整个发酵过程中，在每个发酵罐外部维持至少一个流动循环，以影响热传递(发酵液的冷却)和质量传递(从发酵液中去除丁醇)。可使用本领域已知的各种方法从外部循环的发酵液中去除丁醇，这些方法诸如低温闪蒸、液-液提取以及气体汽提等等。

在该示例中，可利用提取发酵从发酵液中去除丁醇。可通过混合223使包含丁醇的发酵液212与提取剂232接触，以形成料流206。“接触(contacted或contacting)”是指使发酵液和提取剂在发酵过程期间的任何时间上发生物理接触。如图2B所示，可在与提取剂接触的步骤之前，将发酵液212从发酵100中去除。即，丁醇的提取发生在发酵100的下游(即，外部)。在一些实施例中，包含丁醇的发酵液可从发酵100中连续地去除或可从发酵100中分批去除。从发酵液中提取丁醇可在从发酵液中去除微生物或不去除微生物的情况下执行。微生物可通过本领域已知的任何装置从发酵液中去除；并且可返回至发酵100，所述装置包括但不限于过滤或离心。在一些实施例中，料流206可为包含多于一种液相的异质混合物(例如，双相混合物)。

在一些实施例中，提取剂可为水不混溶的。在一些实施例中，提取剂可为一种或多种有机溶剂。在一些实施例中，提取剂可为对微生物无毒的。在一些实施例中，提取剂对于产物醇(例如丁醇)可具有高分配系数。在一些实施例中，提取剂可为以下中的一个或多个：脂肪醇、脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪醛、脂肪酰胺、甘油三酯、单烷基磷酸酯、二烷基磷酸酯、三烷基磷酸酯或它们的混合物。用于使用提取发酵从发酵液中生产并回收丁醇的方法描述于美国专利申请公布2009/0305370；美国专利申请公布2010/0221802；美国专利申请公布2011/0097773；美国专利申请公布2011/0312044；和美国专利申请公布2011/0312043中；它们每个全文以引用方式并入本文。在一些实施例中，提取剂可为一种或多种离子液体(参见例如，美国专利申请公布2010/0143992；美国专利申请公布2010/0143993；美国专利申请公布2010/0143994；和美国专利申请公布2010/0143995；它们每个全文以引用方式并入本文)。

混合装置223可为能够混合液体物质的任何装置。在一些实施例中，混合装置223可包括直列式混合器，诸如直线式静态混合器。在一些实施例中，混合装置223可包括管道三通接头诸如管道T-连接器或搅拌容器。提取分离224可为能够液-液分离的任何装置。在一些实施例中，提取分离224可包括以下中的一个或多个：水力旋流器、离心机、内联涡旋分离器、滗析器(例如提取滗析器)或过滤器。例如，提取分离224可包括一个或多个单独的水力旋流器并且每个单独的水力旋流器可为单元，该单元包括在单元内部封装在一起的一个或多个水力旋流器内衬，由此每个单元可在维持相分离能力的同时处理大流量。双相混合物可经由例如切向入口喷嘴进入水力旋流器内衬。在一些实施例中，水力旋流器内衬的最大直径可在入口喷嘴处并且水力旋流器内衬可为渐缩的。相比于其它分离机制，通过水力旋流器分离可为有利的，因为水力旋流器具有相对紧凑的尺寸并且较为廉价。

又如，提取分离224可包括一个或多个内联涡旋分离器或在另一个实施例中，分离提取224可包括单个大容量内联涡旋分离器。在一些实施例中，提取分离224可包括一个或多个离心机。

参考图2B，料流206可被引入提取分离系统224，从而形成水相207和有机相215(例如，含丁醇的相)。使用本领域已知的方法可将含丁醇的有机相215与水相207分离，所述方法包括但不限于虹吸、滗析、离心、混合澄清槽、重力澄清槽、膜辅助的相分裂等等。水相207相对于料流212可为至少部分地耗尽丁醇的(例如，贫丁醇)并且可再循环至发酵100。

从发酵液中提取丁醇可在从发酵液中去除或不去除微生物的情况下执行。微生物可通过本领域已知的任何装置从发酵液中去除；并且可返回至发酵100，所述装置包括但不限于过滤或离心。从发酵液中提取丁醇可在从发酵液中去除或不去除不溶解的固体的情况下执行。不溶解的固体可通过本领域已知的任何装置从发酵液中去除；并且可返回至发酵100，所述装置包括但不限于过滤或离心。在一些实施例中，自动化自我清洁水过滤器可用于从料流212中捕集固体。

图2C示出自动化自我清洁过滤的使用的一些实施例。发酵液212可从发酵100中去除并可使用现有发酵罐冷却器在进入自动化自我清洁过滤器292之前进行冷却。在澄清麦芽浆穿过时，一些颗粒可保留在过滤器的筛网介质上。第二过滤器，即过滤器293可同时经历反洗，其中澄清麦芽浆的一部分携带颗粒随其一起反向流过筛网，以排放浓缩的固体料流211。澄清麦芽浆的另一部分213可进入提取294的顶部，同时提取剂料流232进料至塔的底部。可通过密度差异被动地或借助于机械运动(例如，塔)通过本领域中已知的任何装置来使液体接触。含丁醇的有机相215从提取294的顶部流出并且相对于料流213已至少部分地耗尽丁醇的包含发酵液的水相209从提取294的底部流出。料流209和211可合并，以形成返回至发酵100的料流207。富丁醇的提取剂料流215可在从贫丁醇并来自于提取塔220底部物的提取剂流转移热的换热器中加热。在释放一些热之后，贫提取剂可在换热器中用水进一步冷却，以达到适于发酵的温度。发酵液的循环可包括通过热传递装置和质量传递装置的途径，使得能够每单程穿过改造的外部冷却回路去除热和丁醇。此外，在一些实施例中，可通过调节通过外部冷却回路的至少循环流量、调节换热器中冷却流体的流量、调节提取剂的流量或它们的组合，使发酵期间热和丁醇的去除速率与热和丁醇的产生速率平衡。

参考图2B，当发酵完成时，发酵罐内容物可作为水性料流205(或啤酒料流205)排放并且可被导入啤酒塔120中用于回收任何残余的丁醇。啤酒料流205可被引入啤酒塔120以产生包含丁醇、水和任选地不可冷凝气体的塔顶蒸气料流225和贫丁醇塔底料流222(或啤酒塔底料流222)。在一些实施例中，来自啤酒塔的塔顶蒸气料流可称为富丁醇蒸气料流。在进入啤酒塔120之前，啤酒料流205可脱气以去除至少一部分不可冷凝的气体(例如，二氧化碳)，并且不可冷凝的气体可送至涤气器或热氧化器。在一些实施例中，啤酒料流205的至少一部分可再循环至发酵100。

啤酒塔120可为任何常规的蒸馏塔，其具有例如进料入口、塔顶蒸气出口、塔底料流出口、加热部件(例如，加热的蒸气)、以及足以实现从啤酒塔底料流222中分离丁醇的塔板数。例如，在一些实施例中，啤酒塔120可包括再沸器。在一些实施例中，啤酒塔120可维持在低于大气压的压力下。在一些实施例中，横跨啤酒塔120的压降可维持在约1.0psi至约5.0psi、约1.0psi至约4.5psi、约1.5psi至约4.0psi、约1.5psi至约3.5psi、约1.5psi至约3.0psi、或约2.0psi至约2.5psi。在一些实施例中，啤酒塔120在蒸气入口处的压力可低于大气压。在一些实施例中，蒸气入口可位于啤酒塔120的底部并且塔顶蒸气出口可位于啤酒塔120的顶部。

在一些实施例中，啤酒塔120可为用于乙醇生产的啤酒塔的改装。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口可部分源自蒸气液体闪蒸装置，诸如用于降低水热烹煮过的麦芽浆的压力的单元。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口可部分源自啤酒塔底物222的再沸腾或过程水(例如，lutter水)的部分汽化。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口可部分源自蒸发系列，诸如用于浓缩稀塔馏物的蒸发系列。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口在乙醇或丁醇生产中操作时可来自相同来源。

含丁醇的有机相215可包含丁醇、水、提取剂、不可冷凝的气体以及发酵过程的副产物，所述副产物具有足以分配于提取剂中的溶解度。在一些实施例中，含丁醇的有机相215可具有例如基于含丁醇的有机相215的重量计约0.1重量％至约50重量％、约0.5重量％至约40重量％、约1重量％至约35重量％、约2重量％至约30重量％、约3重量％至约25重量％、约5重量％至约20重量％的丁醇浓度。

可使用本领域已知的方法从含丁醇的有机相215中回收丁醇，这些方法包括但不限于蒸馏、吸附(例如，通过树脂)、通过分子筛分离以及全蒸发等。如图2B所例示，可使用蒸馏和滗析的组合以从含丁醇的有机相215中回收丁醇。在一些实施例中，蒸馏可使用至少两个蒸馏塔来实现：例如，提取塔220和改装的精馏塔130。

提取塔220可为任何常规的蒸馏塔，其具有例如进料入口、塔顶蒸气出口、塔底料流出口、加热部件以及足以实现丁醇与提取剂的分离的塔板数。在一些实施例中，提取塔220可具有至少五个塔板并且可包括一个再沸器。在一些实施例中，提取塔220可具有十个或十五个塔板。提取塔220可包括精馏工段，以使提取剂的损失最小。可通过经加热的蒸气诸如可经由蒸气入口供应至提取塔220的蒸汽来提供用于提取塔220的热。经加热的蒸气可具有对应于蒸气入口处的塔压的压力。在一些实施例中，蒸气入口可位于提取塔220的底部并且塔顶蒸气出口可位于提取塔220的顶部。在一些实施例中，提取塔220可维持在低于大气压的压力下。这可例如通过操作用于在低于大气压下冷凝来自提取塔220的塔顶馏出的蒸气的冷凝器(或冷凝单元)来实现。在一些实施例中，提取塔220可为改装的生物乙醇生产工厂中的新设备。

在一些实施例中，提取塔220可为啤酒塔120的重复设备。在一些实施例中，至提取塔220的蒸气入口可部分源自蒸气液体闪蒸装置，诸如用于降低水热烹煮过的麦芽浆的压力的单元。在一些实施例中，至提取塔220的蒸气入口可部分源自提取塔塔底物232的再沸腾或过程水(例如，lutter水)的部分汽化。在一些实施例中，至提取塔220的蒸气入口可部分源自蒸发系列，诸如用于浓缩稀塔馏物的蒸发系列。

提取与滗析结合实现了丁醇和不可冷凝气体与提取剂和水的分离。例如，含丁醇的有机相215可经由提取塔220蒸馏以提供包含丁醇、水和不可冷凝的气体(例如，贫提取剂)的富丁醇塔顶蒸气料流235以及包含提取剂和水的富提取剂塔底料流232。富提取剂塔底料流232可基本上不含丁醇。在一些实施例中，术语“基本上不含丁醇”是指丁醇构成塔底料流232的约0重量％至约0.5重量％。富提取剂塔底料流232可再循环至提取发酵过程。例如，富提取剂塔底料流232可用作提取剂，所述提取剂通过混合223与发酵液212接触以形成料流206。

塔顶蒸气料流235可包含约20重量％丁醇和约80重量％水。在一些实施例中，塔顶蒸气料流235可包含约25重量％丁醇和约75重量％水、约30重量％丁醇和约70重量％水、或约35重量％丁醇和约65重量％水。在一些实施例中，塔顶蒸气料流235可包含约20重量％至约50重量％丁醇和约50重量％至约80重量％水。在一些实施例中，塔顶蒸气料流235中提取剂的量为约0重量％至约1重量％。在一些实施例中，塔顶蒸气料流235中提取剂的量为约0重量％至约2重量％。

来自啤酒塔120的塔顶蒸气料流225、来自提取塔220的料流235以及来自侧流汽提塔140的料流253可被导入冷凝250(或冷凝器或冷凝单元)以形成液体料流245。在一些实施例中，冷凝的液体料流可称为富丁醇液体料流。液体料流245可在滗析251(或滗析器或滗析单元)中分离成水相252和有机相255。如果料流225或235中存在不可冷凝的气体，那么不可冷凝气体的至少一部分可从冷凝250和/或滗析251中排出并送至热氧化器或涤气器。有机相255可被导入已再利用来将丁醇脱水的精馏塔130并且形成基本上是丁醇(例如，约98重量％至约100重量％)的塔底料流265和塔顶蒸气料流262。塔底料流265可基本上不含水(例如，可存在约0重量％至约1重量％水)。塔顶蒸气料流262可再循环至冷凝250。在一些实施例中，塔顶蒸气料流235的组成可通过在任何有利的进料位置作为回流向提取塔220中引入水相252的一部分和/或有机相255的一部分来控制。例如，水性回流可在提取塔220的顶部引入，而有机回流可连同进料流215一起在低于塔顶部的一些位置引入。在一些实施例中，有机回流可在进入提取塔220之前与进料流215合并。塔顶蒸气料流235中提取剂的量可通过控制回流料流的使用而最小化。

精馏器130可为任何常规的蒸馏塔，其具有例如进料入口、塔顶蒸气出口、塔底料流出口、加热部件(例如，经过加热的蒸气)、以及足以实现丁醇与水的分离的塔板数。例如，在一些实施例中，精馏器130可包括再沸器。在一些实施例中，精馏器130可维持在低于大气压的压力下。

在一些实施例中，精馏塔130可为来自改装的生物乙醇生产工厂的已再利用为脱水塔的精馏塔。在一些实施例中，现有精馏塔可改装以在低于精馏塔130的最大允许工作压力的高压下操作。在一些实施例中，精馏塔130可为具有例如最小尺寸的新脱水塔。在一些实施例中，改装生物乙醇生产工厂中的现有精馏塔可在丁醇生产期间离线，例如，经由阀门和闭锁程序或线破坏程序；并且可返回直线式用于在可逆改装的生物乙醇生产工厂中生产生物乙醇。

在一些实施例中，啤酒塔底料流222可为稀塔馏物，其中在蒸馏之前已将不溶解的固体或不溶解固体的一部分去除，并且在发酵之后任选地去除微生物。如果已去除不溶解的固体，那么啤酒塔底料流222可不需要固体分离，并且啤酒塔底料流222可用一系列阀门、管道挡板和管段绕过任何现有的固体分离设备。根据期望用于生产不同产物醇的设备构型，这允许快的可逆性。

在其中分离270不用于从液化麦芽浆中去除不溶解固体的一些实施例中，分离270可用于从啤酒塔底料流222中去除不溶解的固体。在一些实施例中，可使用机械分离器诸如离心机或压滤器实现分离。在一些实施例中，分离270可包括一个或多个离心机单元。例如，可利用两个、三个、四个、五个或六个离心机单元来分离啤酒塔底料流222。在一些实施例中，离心机单元可为乙醇生产工厂中的现有离心机单元。在一些实施例中，啤酒塔底料流222可进一步加工以产生DDGS。对于用于副产物和共产物加工的方法和系统的描述，参见例如美国专利申请公布2012/0164302和PCT国际公布2012/173660；它们每个全文以引用方式并入本文。

稀塔馏物222的一部分277可通过蒸发280(例如，四(4)效x二(2)主体系列)进行浓缩以形成浆284。在一些实施例中，蒸发280可为重新构造(例如，安装一个新主体，以形成三(3)效x三(3)主体系列)的多效蒸发系统，如美国专利申请公布2011/0315541中所述；其全文以引用方式并入本文。蒸发器逐渐从稀料流277中蒸发水并且所蒸发水的一部分可作为过程蒸气273去除。在一些实施例中，可从多效蒸发280中去除多个过程蒸气料流并且每个蒸气料流可在不同压力下源自不同的蒸发效应。这些过程蒸气料流可用于向多个汽提塔诸如啤酒塔120和提取塔220提供沸腾。在一些实施例中，啤酒塔120和提取塔220可在不同压力下操作。在蒸发280中蒸发的水的另一部分可作为过程冷凝物274去除并且可在甲烷转化器185中进一步处理以降低过程冷凝物271中有机物的水平。在一些实施例中，蒸发280从稀塔馏物部分277中蒸发水，使得浆284中水的重量浓度为约40％至约80％，约50％至约70％，或约55％至约65％。在一些实施例中，稀塔馏物277中水的重量浓度为约90％。在一些实施例中，稀塔馏物222的一部分278可作为具有过程冷凝物271和lutter水242的回糟再循环，以从固体洗涤295中的湿饼234中回收溶解的可发酵物。形成了洗涤过的饼236并且在固体洗涤295中产生的总洗涤液体可作为可再循环用于糖化诸如玉米的生物质的烹煮水279去除。在一些实施例中，浆284可在干燥器系统190中与洗涤过的饼236合并以产生DDGS。

对于多效蒸发280，干净的工厂蒸汽和/或再使用的工厂蒸汽可用作热源，以实现从稀塔馏物中蒸发水，以产生中间塔馏物。由从稀塔馏物蒸发的水构成的所得蒸汽可随后用于后续效数的蒸发器以从中间塔馏物逐渐蒸发水，产生浆284。收集由从中间塔馏物蒸发的水构成的蒸汽并经由蒸汽管线273排放并且整合进发酵系统中作为用于啤酒塔120和/或提取塔220的加热部件，或者作为其它单元操作诸如精馏塔130的加热部件。来自蒸发280的蒸汽冷凝物可通过冷凝物管线274排放并且可在甲烷转化器185中处理以降低过程冷凝物271中溶解的有机物的水平。过程冷凝物271可与其它过程水源一起使用以在固体洗涤295中从湿饼234回收淀粉。蒸发系统和用于回收醇类的另外方法的示例在例如美国专利申请公布2011/084784中有所描述；其全文以引用方式并入本文。

在本发明的一个实施例中，以下中的一个或多个：啤酒塔、精馏器、离心机、混合器和干燥器可在改装的生物乙醇生产工厂中使用。即，这种当前可用于生物乙醇生产工厂的设备还可用于改装的生物乙醇生产工厂以生产生物丁醇。

图2D示出特征在于通过在真空下汽化从发酵液中去除产物醇(例如丁醇)的改装的生物乙醇生产工厂的实施例。液化麦芽浆和微生物可添加至发酵100。麦芽浆可在发酵液中被微生物发酵以产生丁醇。用于使用在真空下汽化从发酵液中生产并回收产物醇的方法描述于美国专利申请公布2012/0035398；美国专利申请公布2012/0211348；以及国际专利申请PCT/US2012/068288；它们每个全文以引用方式并入本文。

参考图2D，可利用在真空下汽化从发酵液的单个流动循环中去除丁醇，以同时实现热传递(发酵液的冷却)和质量传递(从发酵液中去除丁醇)。包含丁醇的发酵液212可被导入在减压下操作的预闪蒸226，以将大部分溶解在发酵液212中的二氧化碳脱气并形成蒸气料流208。脱气的发酵液221然后可被导入在进一步减压下操作的闪蒸227(或闪蒸单元)以使溶解的丁醇的一部分挥发，从而形成蒸气料流239。已蒸发地冷却并相对于发酵液212至少部分地耗尽丁醇的料流207可再循环回到发酵100。包含丁醇和水的蒸气料流239可在冷凝228(或冷凝器或冷凝单元)中冷却以形成液体料流241和残余蒸气料流243。蒸气料流243的压力可在压缩229(或压缩机单元)中增大以形成蒸气料流244。包含丁醇和水的蒸气料流244可在冷凝231(或冷凝器或冷凝单元)中冷却以形成液体料流246和残余蒸气料流247。蒸气料流208和247可合并并且导入压缩237(或压缩机单元)以形成压缩的蒸气料流248。蒸气料流248可接着在冷凝238(或冷凝器或冷凝单元)中冷却以形成液体料流249和残余蒸气料流256。蒸气料流256可与离开发酵100的气体合并，以形成蒸气料流202，该蒸气料流202可通过涤气系统110排放。

当发酵完成时，发酵罐内容物可作为水性料流205(或啤酒料流205)排放并且可被导入啤酒塔120中用于任何残余丁醇的回收。啤酒料流205可被引入啤酒塔120以产生包含丁醇、水和任选地不可冷凝气体的塔顶蒸气料流225以及贫丁醇塔底料流222(或啤酒塔底料流222)。在进入啤酒塔120之前，啤酒料流205可脱气以去除不可冷凝气体(例如，二氧化碳)的至少一部分，并且不可冷凝气体可送至涤气器或热氧化器。在一些实施例中，啤酒料流205的至少一部分可再循环至发酵100。

啤酒塔120可为任何常规的蒸馏塔，其具有例如进料入口、塔顶蒸气出口、塔底料流出口、加热部件(例如，经过加热的蒸气)、以及足以实现从啤酒塔底料流222中分离丁醇的塔板数。例如，在一些实施例中，啤酒塔120可包括再沸器。在一些实施例中，啤酒塔120可维持在低于大气压的压力下。在一些实施例中，啤酒塔120在蒸气入口处的压力可低于大气压。在一些实施例中，蒸气入口可位于啤酒塔120的底部并且塔顶蒸气出口可位于啤酒塔120的顶部。在一些实施例中，啤酒塔120可为用于乙醇生产的啤酒塔的改装。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口可部分源自蒸气液体闪蒸装置，诸如用于降低水热烹煮过的麦芽浆的压力的单元。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口可部分源自啤酒塔底物222的再沸腾或过程水(例如，lutter水)的部分汽化。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口可部分源自蒸发系列，诸如用于浓缩稀塔馏物的蒸发系列。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口在乙醇或丁醇生产中操作时可来自相同来源。

液体料流241、246和249可合并以形成液体料流254。液体料流254可在滗析251中分离成水相252和有机相255。水相252和涤气器塔底料流203可被导入改装的侧流汽提塔140，以回收丁醇和其它挥发性化合物，从而形成塔顶蒸气料流253和有时可被称为lutter水的液体塔底料流242。有机相255可被导入改装的精馏塔130，以将丁醇脱水并形成塔底料流265和塔顶蒸气料流262。塔顶蒸气料流225、253和262可在冷凝250(或冷凝器或冷凝单元)中冷却以形成液体料流245并且液体料流245可被导入滗析251用于相分离。

啤酒塔120的塔底料流222可在改装的固体分离170中加工。塔底料流222的分离产生被称为稀塔馏物的液体料流275和固体272(例如，湿饼)。稀塔馏物275的一部分277可被导入改装的蒸发280(例如，二(2)效x四(4)主体系统)用于去除水，并且一部分278可作为用于糖化生物质(例如，玉米)的回糟再循环。蒸发器可重新构造(例如，四(4)效x二(2)主体系统)，如美国专利申请公布2011/0315541中所描述；其全文以引用方式并入本文。蒸发器逐渐地从料流277中蒸发水，以产生浆284，该浆284可与湿饼272一起在干燥系统190中进一步加工以产生DDGS 276。在蒸发280中蒸发的水的一部分可作为过程蒸气273去除并且可用于在汽提塔中提供沸腾。过程蒸气273还可用于直接或间接地向闪蒸227提供汽化热。在蒸发280中蒸发的水的另一部分可作为过程冷凝物274去除并且可在甲烷转化器185中进一步加工以降低有机物的水平。所得的料流271可作为过程冷凝物再循环用于糖化生物质(例如，玉米)。在一些实施例中，可通过改装的蒸发系统产生多于一个过程冷凝物料流，并且每个冷凝物料流可源自不同的蒸发效并包含不同水平的有机物。例如，一些后效过程冷凝物料流可包含低水平的有机物并且在一些情况下可绕过甲烷转化器185以释放容量，用于包含高水平的有机物的前效过程冷凝物料流。可在混合步骤296中将包含料流242、278和271的用于糖化生物质的液体的主要来源与另外的水料流一起合并，以形成可用于糖化生物质的烹煮水料流279。

图3A至3E示出特征在于使用提取法例如使用分批内部液-液提取从发酵液中去除丁醇的改装生物乙醇生产工厂的各种实施例。代替如本文所述从外部循环的发酵液中去除丁醇，液-液提取还可发生在发酵罐内部。在一些实施例中，发酵100内部的麦芽浆的一部分可被一定体积的提取剂替代，以产生双相混合物，该双相混合物通过伴随发酵而发生的二氧化碳的逸出而变得良好混合。在一些实施例中，由于可发酵的糖被转化成丁醇，丁醇可被动地转移至提取剂相，从而从微生物所处的水性液体培养基相中去除丁醇。

参考图3A，液化麦芽浆可进入分离370，以形成包含不溶解的固体的湿饼334和溶解的可发酵的糖的澄清溶液333(或稀麦芽浆333)。在一些实施例中，液化麦芽浆可进入分离370以形成湿饼334、溶解的可发酵的糖的水性溶液333以及油料流。可将稀麦芽浆333和微生物添加至具有提取剂315的发酵100。在一些实施例中，该方法可包括一个或多个发酵罐。在一些实施例中，该多个发酵罐可并行操作。麦芽浆可被微生物发酵以产生丁醇。可将发酵期间产生的气体302通过涤气系统110排放。

涤气料流303可被导入侧流汽提塔140，从而形成塔顶蒸气料流353和液体塔底料流342，在一些实施例中，所述液体塔底料流342可被称为lutter水。可从塔顶蒸气料流353中回收丁醇和其它挥发性组分。在一些实施例中，侧流汽提塔140可为用于乙醇生产的侧流汽提塔的改装并且可在侧流汽提塔140的底部提供蒸气入口作为加热部件。在一些实施例中，至侧流汽提塔140的蒸气入口可部分源自蒸气液体闪蒸装置，诸如用于降低水热烹煮过的麦芽浆的压力的单元。在一些实施例中，至侧流汽提塔140的蒸气入口可部分源自侧流汽提器塔底物342的部分再沸腾。

当发酵完成时，容器内容物可排放为双相料流305并分离成可被分布到啤酒塔120和提取塔320中用于丁醇的回收的部分306和307。可从啤酒塔120中去除塔顶蒸气料流325和双相塔底物322，并且可从提取塔320中去除塔顶蒸气料流335和双相塔底物332。在一些实施例中，啤酒塔120可为用于乙醇生产的啤酒塔的改装。在一些实施例中，可经由蒸气入口向啤酒塔120供应热，所述蒸气入口可部分源自蒸气液体闪蒸装置，诸如用于降低水热烹煮过的麦芽浆的压力的单元。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口可部分源自啤酒塔底物322的部分再沸腾或过程水342(例如，lutter水)的部分汽化。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口可部分源自蒸发系列，诸如用于浓缩稀塔馏物的蒸发系列。在一些实施例中，至啤酒塔120的蒸气入口在乙醇或丁醇生产中操作时可来自相同来源。

在一些实施例中，提取塔320可为啤酒塔120的重复设备，但是在不同压力下操作。在一些实施例中，可经由蒸气入口向提取塔320供应热，所述蒸气入口可部分源自蒸气液体闪蒸装置，诸如用于降低水热烹煮过的麦芽浆的压力的单元。在一些实施例中，至提取塔320的蒸气入口可部分源自提取塔塔底物332的部分再沸腾或过程水(例如，lutter水)的部分汽化。在一些实施例中，至提取塔320的蒸气入口可部分源自蒸发系列，诸如用于浓缩稀塔馏物的蒸发系列。

来自啤酒塔120的塔顶蒸气料流325、来自提取塔320的塔顶蒸气料流335以及来自侧流汽提塔140的塔顶蒸气料流353可被导入冷凝350(或冷凝器或冷凝单元)以形成液体料流345。液体料流345可在滗析351(或滗析器或滗析单元)中分离成水相352和有机相355。如果料流325或335中存在不可冷凝的气体，那么不可冷凝的气体的至少一部分可从冷凝350和/或滗析351中排出并送至热氧化器或涤气器。有机料流355可被导入已再利用来将丁醇脱水的精馏塔130并且形成基本上是丁醇(例如，约98重量％至约100重量％)的塔底料流365以及塔顶蒸气料流362。塔底料流365可基本上不含水(例如，可存在约0重量％至约1重量％的水)。塔顶蒸气料流362可再循环至冷凝350。在一些实施例中，塔顶蒸气料流325和335的组成可通过在任何有利的进料位置作为回流向啤酒塔120和/或提取320中引入水相352的一部分和/或有机相355的一部分来控制。例如，水性回流可在啤酒塔120和提取320的顶部引入，而有机回流可连同进料流306和307一起在低于塔或单元的顶部的一些位置处引入。在一些实施例中，有机回流可与进料流306和307合并。塔顶蒸气料流325和335中提取剂的量可通过控制回流料流的使用而最小化。

啤酒塔底物322和提取塔底物332可被导入提取分离324以将双相混合物分离成水性稀塔馏物308和有机提取剂315。贫提取剂315可再循环至发酵100，并且可经由蒸发380(例如，二(2)效x四(4)主体系列)通过蒸发浓缩稀塔馏物308的一部分377来形成浆384。在一些实施例中，蒸发380可为重新构造(例如，二(2)效x三(3)主体外加一(1)效x二(2)主体系列)的多效蒸发系统，如美国专利申请公布2011/0315541中所描述；其全文以引用方式并入本文。蒸发器逐渐从料流377中蒸发水并且所蒸发水的一部分可作为过程水373去除。在一些实施例中，可从多效蒸发380中去除多个过程蒸气料流并且每个蒸气料流可在不同压力下源自不同的蒸发效。这些过程蒸气料流可用于向多个汽提塔诸如啤酒塔和提取塔提供沸腾。在一些实施例中，啤酒塔120和提取320可在不同压力下操作。在蒸发380中蒸发的水的另一部分可作为过程冷凝物374去除并且可在甲烷转化器185中进一步加工以降低过程冷凝物371中有机物的水平。在一些实施例中，稀塔馏物308的一部分378可作为具有过程冷凝物371和lutter水342的回糟再循环，以从固体洗涤395中的湿饼334中回收溶解的可发酵物。形成了洗涤过的饼336并且在固体洗涤395中产生的总洗涤液体可作为用于糖化生物质的烹煮水379再循环。在一些实施例中，浆384可在干燥器190中与洗涤过的饼336合并以产生DDGS 376。

在一些实施例中，诸如二氧化碳的不可冷凝气体可喷射到发酵罐中，以促进发酵液与提取剂的至少部分混合并形成双相混合物。在发酵批次结束时，包含发酵液、提取剂和不溶解固体的所得的混合物可在CO₂气体的释放停息后静态地实现相分离。可允许双相混合物沉降并分离成含丁醇的有机相和水相。相中的每个可从发酵罐中独立地排放。例如，有机相可被排放并导入提取塔，并且水相可被排放并送至啤酒池。在一些实施例中，可使用电导率探头来检测从发酵罐排放的相并大致将排放物引导至啤酒池或提取塔。

如图3B所示，来自发酵100的排放物305经过电导率探头P并可被导入管线306(例如，用于有机相的管线)或管线307(例如，用于水相的管线)。管线306将发酵100连接至提取320，并且管线307将发酵100连接至啤酒塔120。控制阀门311和321设置在相应的管线306和307上。控制阀门311和321与电导率探头P通信并且在来自电导率探头P的信号指出排放物305的电导率时打开。例如，在发酵结束时，来自发酵100的排放物305可转移至电导率探头P。通过探头P检测的排放物305的电导率可电通信至阀门311和321，并且适当的阀门将打开，使得排放物305可被导入正确的管线。即，如果探头P检测到水相，那么阀门321将打开并且阀门311将关闭，使得水相可被导入管线307。

在一些实施例中，水性料流307可在进入啤酒塔120之前被加热。例如，热可在换热器中从稀麦芽浆333传递到水性料流307。稀麦芽浆333可例如通过冷却水进一步冷却至适用于发酵的温度。

在一些实施例中，有机料流306可在进入提取320之前被加热。例如，热可在换热器中从提取剂315传递到有机料流306。提取剂315可例如通过冷却水进一步冷却至适用于发酵的温度。

在一些实施例中，水相可被脱气以形成脱气的水相，其可被导入啤酒塔120。在一些实施例中，热传递装置(例如，换热器)可设置在管线307上，从而在将水相引入啤酒塔120之前加热所述水相。在一些实施例中，换热器可在水相被进料至啤酒塔120之前将其加热至大于约70℃的温度。在一些实施例中，温度可为约70℃至约120℃。在一些实施例中，水相可在热交换之后再次脱气。有机相和水相可如本文所述进一步加工。

在一些实施例中，如本文所述的分离系统可用于促进所得混合物的分离，以形成有机相和水相。本发明的另一个实施例示出于图3C中。提取分离324可设置在将发酵100连接至啤酒塔120和提取320的管线上。提取分离324可从发酵100接收双相混合物305并排放(i)有机相306，其可被导入提取320和(ii)水相307，其可被导入啤酒塔120。水相307可通过换热器加热(例如，加热至约70℃至约120℃)并且然后被导入啤酒塔120。在一些实施例中，水相307可被脱气以形成脱气的水相，其可被导入啤酒塔120。在一些实施例中，双相混合物305的温度可为约20℃至约60℃，并且相分离可发生在这些温度下。在一些实施例中，双相混合物305的温度可通过蒸汽注入或去激活加热器进行调节。有机相306和水相307可如本文所述进一步加工。如图3B所述，有机相306和水相307可在分别进入提取320或啤酒塔120之前被加热。

在一些实施例中，为了实现相分离，增加双相混合物的温度可为有利的。在双相混合物离开发酵罐时，所述双相混合物可能过冷而不能实现分离。如图3D所示，双相混合物305可分流，并且通过使用换热器将热从稀麦芽浆333传递到双相混合物305的一部分并且使用另一个换热器将热从提取剂315传递到双相混合物305的另一部分来将每个部分单独加热至约70℃至约120℃的温度。在吸收热之后，双相混合物305的两部分可传导通过一组水力旋流器以实现不混溶相的分离。在水力旋流器中分离经加热的运动流体相的一个优点可为避免了与使用其它马达驱动相分离设备(例如，三相离心机)来加工包含易燃组分(例如，丁醇)的料流的潜在冲突。可收集水力旋流器的溢流以形成有机相306，并且可收集水力旋流器的底流以形成水相307。如本文所述，有机相306可被导入提取320，并且水相307可被导入啤酒塔120用于进一步加工。在一些实施例中，水相307可在啤酒池中脱气。

图3E示出了图3A所示方法的修改，其中提取剂是衍生自玉米油的脂肪酸。可提供酯化催化剂来促进脂肪酸与丁醇之间的化学反应，以形成脂肪酸酯。酶(例如，脂肪酶)可与微生物、稀麦芽浆333、以及提取剂315一起加入发酵100，使得发酵期间产生的丁醇的一部分可化学多价螯合成脂肪酸丁基酯。发酵排放物312可包含一些丁醇，其可在啤酒塔120中被回收。双相塔底料流332可包含酯产物并且可在提取分离324中分离以形成脂肪酸酯料流322和稀塔馏物308。在一些实施例中，稀塔馏物308可包含酯，并且当在蒸发380中蒸发一部分377时，酯可作为料流386回收。包含在料流322和386中的合并的脂肪酸酯可在水解器395中用lutter水342的一部分387化学处理，以将脂肪酸酯的一部分转化成脂肪酸和丁醇。水解器395的产物可为双相料流307，并且可在提取320中回收丁醇。提取320的塔底物为料流315并且可包含脂肪酸，用于再循环至发酵100。

在本发明的另一个实施例中，改装的生物乙醇生产工厂可改造以结合分批内部提取。例如，可直接向包含原料和微生物的发酵罐中添加提取剂。在发酵结束时，包含发酵液、提取剂和不溶解固体的所得的混合物可静态地实现相分离。在一些实施例中，如本文所述的分离系统可用于促进所得混合物的分离，以形成有机相和水相。在另一个实施例中，所得的混合物可整体排放至蒸馏，用于回收产物醇诸如丁醇。

作为改装的生物乙醇生产工厂中的分批内部提取的另一个示例，外部冷却回路可改装以向发酵罐供应提取剂。在一个实施例中，外部冷却回路的排出管线或回流管线可被改造以包括向外部冷却回路供应提取剂的提取剂供应端口。在改装的生物乙醇生产工厂中，改造的外部冷却回路可包括阀门开关和/或管线断开件，从而允许生产工厂容易地在生物乙醇生产工厂与生物丁醇生产工厂之间转变。即，提取剂供应端口可容易地在生物乙醇生产期间离线并且容易地返回直线式用于丁醇生产。此外，通过改造外部冷却回路，可不必需改造发酵罐以结合提取剂供应端口，从而允许生产工厂容易地在生物乙醇生产工厂与生物丁醇生产工厂之间转变。在一些实施例中，回流管线可被改造以包括提取剂供应端口，并且这种构型可减少外部冷却回路的换热器的结垢。

在本发明的另一个实施例中，在发酵结束时，双相混合物可从发酵罐排放并可被导入蒸馏，由此双相混合物可被汽提其丁醇。接着可分离所得的蒸馏后双相混合物。在一些实施例中，蒸馏后相分离可发生在从蒸馏后双相混合物中去除固体之前、之后、或与其同时发生。在一些实施例中，蒸馏后相分离可在全塔馏物上进行(即，在固体去除之前)并且在一些实施例中，蒸馏后相分离可在稀塔馏物上进行(即，在固体去除之后但是在将塔馏物蒸发成浆之前)。

在本发明的一些实施例中，原料可如图4所示进行加工。图4示出包括用以加工不溶解固体的装置的改装的生物乙醇生产工厂的实施例。一些方法和料流可以与图1、2B、3A和3E中所用的相同的名称和编号出现在图4中，用于标识这些方法和系统，如与图1、2B、3A和3E中所述相同或相似的。例如，如本文所述的分离(270，370)可用于分离液化的麦芽浆以形成湿饼(234，334)和稀麦芽浆(233，333)。湿饼(或固体)可在固体洗涤(295，395)中进一步加工，以产生液体料流(279，379)和洗涤过的湿饼(236，336)。固体洗涤(295，395)中使用的设备可包括连接至传送装置480的再利用的离心机430、440、450和460。即，生物乙醇生产工厂中使用的如通过用以分离全塔馏物122从而形成湿饼172和稀塔馏物175的图1中的固体分离170所代表的现有离心机和传送装置可再利用为固体洗涤(295，395)。对于图4所示的允许通过离心机430、440、450和460对麦芽浆进行加工的构型，可改变管道并且可添加阀门，而不改造设备。打开的阀门以白色指示，关闭的阀门以黑色指示。湿饼234或334可在混合420中与如本文所述的水性料流242、342、388、278、378、271、371中的任一个的至少一部分或其混合物合并，以形成浆料流401。浆料流401可经由阀门431和432转移至离心机430和440以形成湿饼402和403。湿饼402和403可在传送装置480中合并。在一些实施例中，传送装置480包括导引湿饼移动的槽。湿饼可通过商业上已知的各种方法沿着槽移动，这些方法诸如旋转螺杆、转动带或牵引链等。可通过在湿饼403的进入点下游的位置处沿着槽的底部安装舱口或铰链门410对传送装置480的槽进行改造。当舱口打开时，由于湿饼经过打开的舱口，所以湿饼可经由料流404离开槽。料流404可被引入混合470并且可与水性料流242、342、388、278、378、271、371中的任一个的至少一部分或它们的混合物合并，以形成浆料流405。浆料流405可经由阀门433和434被导入离心机450和460以形成湿饼406和407。湿饼406和407可在舱口410下游的传送装置480中合并，并传送到出口，以形成料流236或336。来自离心机430、440、450和460的离心液可合并，并经由阀门435离开以形成水性料流279或379。该构型将允许生产工厂恢复为全塔馏物加工，而无需对管道或设备的任何机械改变。例如，如果舱口门410和通过435的阀门431是关闭的并且通过425的阀门421是打开的，那么全塔馏物122可通过阀门421、422、423和424被并行引入离心机430、440、450和460中，并且稀塔馏物175可离开阀门425，并且可从传送装置的末端排放湿饼172。

在一些实施例中，从液化麦芽浆中分离的湿饼可使用传送带系统传输至干燥器，或它可再浆化并通过泵传输。可通过如本文所述的任何分离装置从液化麦芽浆中去除湿饼。分离装置与干燥器之间的距离可为显著的，这可需要长的传送装置。为了减少可逆进程的成本，分离装置可靠近干燥器定位。具有这种布局的进程还可通过协同定位原料、产物和共产物导轨卸载和装载设施来减少导轨安装费用。在一些实施例中，分离装置可为处于其现有位置的全塔馏物分离装置的改装。在这种情况下，可使用相同的传输系统将湿饼传送至干燥器。管道和阀门改变可管理分离装置的可逆使用，以接收液化麦芽浆或全塔馏物并且分别作为稀麦芽浆或稀塔馏物排放离心液。可对传送装置进行改造，以在多个分离设备的并联和串联构型之间可逆地切换。在乙醇制造模式中，用于全塔馏物的分离装置可包括多个离心机，每个在塔馏物的一部分上并行操作。可使用共用传送系统将每个所产生的湿饼合并。为了使用相同分离设备将湿饼与液化麦芽浆分离，传送装置可沿着它们的长度在某些位置改造，使得可在部段中移动湿饼，并且湿饼的再浆化和再离心可发生在每个部段之间。

在可逆改装方法的一些实施例中，用于液化麦芽浆的分离装置可靠近液化和发酵区域定位。可期望使富含可发酵的糖的麦芽浆料流的路径长度最小化，以避免过度污染的风险。液化麦芽浆可进入分离装置，并且所得的具有降低水平的悬浮固体的稀麦芽浆可前进至发酵。可通过操纵允许液化麦芽浆绕过分离装置的所安装的手动阀门来实现可逆性。通过分离装置去除的湿饼(不溶解的固体)可保留期望回收的可发酵碳底物或其它副产物。为了回收可发酵碳底物或其它副产物，湿饼可需要在包含极少或不包含可发酵碳底物的水性介质中重新制浆，然后分离。包含由塔馏物蒸发器产生的大部分过程冷凝物的烹煮水和侧流汽提塔可用于将湿饼重新制浆。

在丁醇的发酵生产期间，可通过使用诸如脂肪酸的提取剂从发酵液中去除丁醇来维持发酵液中丁醇的量低于期望浓度。在一些实施例中，可通过在催化剂的存在下与羧酸的酯化产生丁基酯来实现丁醇去除。对于用于通过形成醇酯来提取产物醇的方法和系统的描述，参见例如，美国专利申请公布2011/040856；其全文以引用方式并入本文。图5示出可用于使用反应性液体提取方法生产产物醇的方法和系统的实施例。原料501和酶502进入液化500，从而将淀粉水解为糖并形成原料浆503。原料浆503可传输至任选的分离510。分离510可为能够分离液体与固体的任何分离装置，诸如沉降式转筒离心、三相离心、盘叠式离心、过滤离心、滗析器离心、过滤、真空过滤、带式过滤器、压滤、使用筛网的过滤、筛分、栅滤、多孔栅滤、浮选、水力旋流器、压滤器、螺旋压榨器、重力澄清槽、涡旋分离器、或它们的组合。原料浆503的分离产生液相506和固相504(例如，不溶解的固体)。液相506可被添加至发酵540中，并且固相504(或“湿饼”)可被进一步处理。例如，湿饼504可包括淀粉和/或糖，并且可用水洗涤以回收淀粉和/或糖。在一些实施例中，原料浆503中包含的油可任选地被分离并且所分离的油505可转移至油存储单元或槽520。在一些实施例中，油可不从原料浆503中分离并且可转移至发酵540作为液相506的组分。在一些实施例中，来自原料浆503的油可处于湿饼504中。在一些实施例中，湿饼504可进一步加工以形成DDGS，其可用于生产动物饲料。在一些实施例中，如果从原料浆中分离了油，那么所产生的湿饼可包含低脂肪含量；并且这种低脂肪湿饼可用于生产低脂肪动物饲料。在一些实施例中，如果没有从原料浆中分离油，那么所产生的湿饼可包含高脂肪含量；并且这种高脂肪湿饼可用于生产高脂肪动物饲料。

在一些实施例中，来自另一个来源522的油可装入存储单元520。在一些实施例中，来自油存储单元520的油507和催化剂509可转移或添加至反应530以将来自油507的甘油三酯转化为羧酸，从而形成羧酸/甘油混合物508。在一些实施例中，催化剂509可为酶，诸如酯酶、脂肪酶、磷脂酶、或溶血磷脂酶。可使用的酶的示例描述于美国专利申请公布2011/0312043，其全文以引用方式并入本文。

在一些实施例中，羧酸/甘油混合物508可转移至发酵540。在一些实施例中，混合物508还可包含催化剂。在一些实施例中，混合物508可在添加至发酵540之前被加热，以使催化剂509失活。在一些实施例中，如果液相506中存在油，那么催化剂509可直接添加至发酵540以将来自油的甘油三酯转化为羧酸。在一些实施例中，羧酸可直接添加至发酵液、液相506、或发酵540，作为来自另一个来源的游离脂肪酸。产生产物醇的微生物511可添加至发酵540。在一些实施例中，微生物511可经基因修饰以产生诸如丁醇的产物醇。在一些实施例中，由微生物511产生的产物醇可与羧酸反应以产生醇酯，并且在一些实施例中，可从发酵液中提取醇酯。在一些实施例中，由微生物511产生的丁醇可与羧酸反应以产生丁基酯，并且在一些实施例中，可从发酵液中提取丁基酯。在一些实施例中，羧酸可为提取剂。

包含发酵540的内容物的料流512可转移至分离550。在一些实施例中，料流512可包含发酵液、微生物、产物醇、提取剂、醇酯和/或另外的副产物。在一些实施例中，可通过分离550将料流512分离，从而形成包含微生物515、水相514和有机相513的料流。分离550可为如本文所述的能够分离液体与固体的任何分离装置，包括三相离心机。在一些实施例中，料流512可从发酵540中连续去除并导入分离550。在一些实施例中，水相514和料流515可合并并且返回或再循环至发酵540。在一些实施例中，来自料流515的微生物可导入重新调整560，从而产生重新调整的微生物料流516，其可返回或再循环至发酵540。

在一些实施例中，来自发酵540的料流512可包含双相混合物，并且可被导入分离550以将双相混合物分离成包含酯的有机相513和水相514。分离550可使用本领域中已知的任何方法来实现，包括但不限于虹吸、抽吸、滗析、离心、重力澄清槽、膜辅助相分裂、水力旋流器等。有机相513可转移至反应570，其中酯(例如，丁基酯)可通过催化剂水解以形成包含丁醇和羧酸的混合物517。混合物517可转移至蒸馏580用于分离，并从而产生丁醇料流519和羧酸料流525。羧酸料流525的一部分518可再循环至发酵540。羧酸料流525的另一部分521可进一步加工，例如，用作动物饲料产品的添加剂。在一些实施例中，反应570和蒸馏580可发生在单个单元，诸如反应蒸馏塔。在一些实施例中，由原料浆中的油提供酰基甘油酯。在一些实施例中，可使用如本文所述的催化剂将酰基甘油酯催化水解为羧酸。

液化500和发酵540可用于任何产物醇的生产。用于分离510的设备可为用于任何产物醇的生产的新设备或它可在乙醇生产过程中被绕过。如果分离510在运行中，那么可使用油存储单元520，以允许调节动物饲料产品的油含量或油产品的销售。反应530和570以及蒸馏580在乙醇生产期间可能将不被利用，并且可处于运行中或停止运行。当分离510处于运行中以去除不溶解的固体时，在任何醇的生产期间可利用分离550和重新调整560。可通过布置管道、阀门和管道挡板来将该设备投入运行或停止运行。例如，如图6(a)和6(b)所示，可使用阀门和管道挡板将设备处于运行中或停止运行。参考图6(a)，可将阀门打开(“打开的阀门”)以使用现有设备600和现有设备610；并且可使用阀门(“关闭的阀门”)和管道挡板来使另选的设备620停止运行。在本文所述的系统中，如果原料浆的分离不是必要的，那么可通过安装阀门和管道挡板使用于分离原料浆的设备(例如，另选的设备620)停止运行；并且来自液化(例如，现有设备600)的原料浆可导入例如发酵罐(例如，现有设备610)，如图6(a)所示。如果将实施原料浆的分离，那么可打开分离设备(例如，另选的设备620)的阀门(“打开的阀门”)；并且可安装阀门和管道挡板，以将从液化至发酵罐(例如，现有设备610)的管道关闭，如图6(b)所示。另外，如本文所述，可通过汽化从发酵液中部分去除产物醇(参见，例如，美国专利申请公布2012/0035398和美国专利申请公布2012/0211348；它们每个全文以引用方式并入本文)。作为对大多数乙醇工厂中利用的发酵罐冷却回路的补充，可安装产物醇汽化和冷凝所需的大部分设备。

如本文所述，可使用包括蒸馏的多种方法从发酵液中回收丁醇(参见，例如，美国专利申请公布2011/0162953；美国专利申请公布2011/0162954；美国专利申请公布2011/0288345；美国专利申请公布2011/0288344；它们每个全文以引用方式并入本文)。例如，可使用两塔连续蒸馏方法从发酵液中回收丁醇。可在改装生物乙醇生产工厂的现有啤酒塔中对液体料流进行汽提。在一些实施例中，可用较大直径的啤酒塔代替现有啤酒塔，以为丁醇汽提提供足够的横截面积。较大直径的啤酒塔可被设计来使横截面积产量(包括例如在较高压力下的操作)最大化。为了恢复为生物乙醇生产工厂，可用初始啤酒塔更换较大直径的啤酒塔。在一些实施例中，液体料流可在汽提丁醇之前预先加热。如果例如使用液-液提取来回收丁醇，那么可通过基于密度的分离，包括离心、沉降或旋流从啤酒塔回收提取剂。所回收的提取剂可通过过滤和/或纯化进一步处理，并且在一些实施例中，提取剂可再循环。

可将来自啤酒塔的蒸气冷凝。在一些实施例中，蒸气可包含二氧化碳、水和丁醇。在一些实施例中，蒸气可被压缩、进一步冷凝并且排放到涤气器中，用于回收残余的丁醇。冷凝物可被导入滗析器中，以分离成水相和有机相(例如，富丁醇相)。水相可返回至啤酒塔或它可用作回流。例如，如果水相用作回流，那么液体料流或啤酒可被进料至啤酒塔一个或多个低于回流的塔盘。

来自滗析器的有机相可被导入改装生物乙醇生产工厂的现有精馏器中。在一些实施例中，有机相可被导入经过改造的现有精馏器或新设计的精馏器中。在一些实施例中，有机相可在送至精馏器之前预先加热。来自精馏塔的塔顶物可被冷凝，并且冷凝物可返回至滗析器，用于回收残余的丁醇。在一些实施例中，塔顶物可包含丁醇和水作为共沸组合物。

在一些实施例中，可用于改装现有生物乙醇生产工厂的设备将包括用于啤酒塔的冷凝器、滗析器以及可安装在精馏器基部的再沸器。在一些实施例中，用于精馏器的现有冷凝器可改造以用作用于啤酒塔的冷凝器。

在一些实施例中，可使用三塔连续蒸馏方法从液体料流中回收丁醇，如图7所示。作为三塔连续蒸馏方法的实施例的示例，包含丁醇的料流705可从连续或分批的发酵700导入啤酒池710。从啤酒池710，包含丁醇的料流712可被导入预沸器715，然后来自预沸器715的料流717(例如，包含少于料流712的丁醇)可被导入啤酒塔720。预沸器的一个优点是减少被导入啤酒塔的料流的体积，并从而减少从料流中汽提丁醇所需热(例如，蒸汽)的量。此外，预沸器可从被导入啤酒塔的料流中去除二氧化碳，并且使得能够通过增加啤酒塔的蒸气的露点来实现更有效的能量回收。在一些实施例中，预沸器715可为单级部分汽化器或多级汽提塔。在一些实施例中，啤酒塔720可为改装生物乙醇生产工厂中的现有啤酒塔。在一些实施例中，预沸器715可处于比啤酒塔720更低的压力下。在一些实施例中，来自啤酒塔720的蒸气料流725(包含水和丁醇)可在预沸器715中冷凝并且通过冷却水(CW)进一步冷凝以形成冷凝物727。冷凝物727可被导入滗析740(或滗析器或滗析单元)。

在一些实施例中，料流712可在预沸器715中在低压下部分闪蒸，从而产生闪蒸料流719(例如，包含二氧化碳、水和丁醇)。在一些实施例中，料流712中约10％至约90％的丁醇可在预沸器715中闪蒸。在一些实施例中，料流712中约10％至约70％或约10％至约50％的丁醇可在预沸器715中闪蒸。闪蒸料流719可例如通过冷却水(CW)或其它冷却料流冷凝并且这种冷凝物可被导入分离730以去除二氧化碳，然后将所述二氧化碳排放到涤气器中以回收残余的丁醇。二氧化碳的分离可通过任何气体/液体分离装置包括例如通风旋风除尘器或沉降槽来实现。在一些实施例中，可在排放到涤气器之前例如通过压缩机或鼓风机对二氧化碳加压。在分离730之后，料流734可被导入滗析740。在一些实施例中，滗析740可排气到涤气器。

在不具有预沸器的改装的一些实施例中，啤酒塔720的进料可通过来自啤酒塔720的蒸气的热传递预先加热。在一些实施例中，啤酒塔720的蒸气可在逐级进程中冷凝，并且冷凝物可被导入滗析(或滗析单元)。逐级冷凝进程可在一系列两个或多个冷凝器或分凝冷凝器中执行。

在一些实施例中，滗析740的内容物可包含汽相、有机相(或料流)742(例如，富丁醇相)以及水相(或料流)745(例如，富水相)。来自滗析740的水相745可被导入预沸器750，并且来自预沸器750的料流755可被导入侧流汽提器760。在一些实施例中，侧流汽提器760也可为lutter水塔。在一些实施例中，预沸器750可处于比侧流汽提器760更低的压力下。在一些实施例中，预沸器750可为单级槽或多级塔。在一些实施例中，预沸器750可通过来自侧流汽提器760的蒸气的冷凝进行加热。来自预沸器750的蒸气(例如，包含水和丁醇)可用冷却水(CW)冷凝，从而形成冷凝物752并且冷凝物752可被导入滗析740。来自侧流汽提器760的蒸气料流765(例如，包含水和丁醇)可通过在预沸器750中的间接冷却进行冷凝并且通过冷却水进一步冷却，然后导入滗析740。在一些实施例中，侧流汽提器760可通过来自蒸发的过程蒸汽的注入进行加热。在一些实施例中，可改造现有生物乙醇生产工厂的侧流汽提器760以增大其液压容量以适应料流755的液压流量。例如，可通过改装分配器或收集系统或对其的改造来对侧流汽提器760进行改造。在一些实施例中，这些改造可为可逆的。在一些实施例中，可用丁醇侧流塔代替侧流汽提器760。

在一些实施例中，有机相742可被导入预沸器770，用于去除水和/或二氧化碳。在一些实施例中，约10％至约90％的有机相742可汽化以形成闪蒸料流772(例如，包含二氧化碳、水、丁醇)。在一些实施例中，约10％至约70％或约10％至约50％的有机相742可汽化以形成闪蒸料流772。在一些实施例中，可用来自啤酒塔720、侧流汽提器760、蒸气料流782或其它热源的蒸气间接加热有机相742。闪蒸料流772可例如通过冷却水(CW)或其它冷却料流冷凝并且这种冷凝物可被导入分离774以去除二氧化碳，然后将所述二氧化碳排放到涤气器中以回收残余的丁醇。二氧化碳的分离可通过任何气体/液体分离装置包括例如通风旋风除尘器或沉降槽来实现。在一些实施例中，可在排放到涤气器之前例如通过压缩机或鼓风机对二氧化碳加压。在分离774之后，料流776可被导入滗析740。在一些实施例中，滗析740可被排放到涤气器。

在经由预沸器770去除水和/或二氧化碳之后，料流775可被导入丁醇塔780。通过将有机相742部分汽化，丁醇塔780从料流775中汽提水所需蒸汽的量减少。此外，通过经由预沸器770从有机相742中去除二氧化碳，来自丁醇塔780的蒸气料流782的露点增大并且因此，使得能够实现更有效的热整合。包含丁醇的塔底料流785可作为产物收集。在一些实施例中，塔底料流785可用冷却水或其它冷却料流冷却。

在一些实施例中，丁醇塔780可经由供应有动力间蒸汽的再沸器加热。在一些实施例中，丁醇塔780可为改装生物乙醇生产工厂中的现有精馏塔、改装生物乙醇生产工厂中的经过改造的精馏塔、或新的蒸馏塔。例如，现有精馏塔可被改造以包括再沸器，该再沸器可用动力间蒸汽加热或被重新设定额定值以在超大气压下操作(例如，添加加强环、加固角撑板等)。在一些实施例中，这些改造可为可逆的。在一些实施例中，丁醇塔780可为设计来在超大气压下操作的新塔。在一些实施例中，丁醇塔780可通过与再沸器中动力间蒸汽的间接交换进行加热。在一些实施例中，丁醇塔780可在超大气压、大气压或亚大气压下操作。

在一些实施例中，可从丁醇塔780收集蒸气料流782并可将其导入过程锅炉790，用于冷凝并产生过程蒸汽。该过程蒸汽可用于在生产工厂中按需提供热，例如，以为啤酒塔或侧流汽提器提供热。来自锅炉790的过程蒸汽可处于超大气压、大气压或亚大气压下。在一些实施例中，用于过程锅炉790的水供应可为来自蒸发器的冷凝物或可为来自侧流汽提器的塔底物。在一些实施例中，过程锅炉790可与手动排污装置或自动排污装置一起操作作为用以去除杂质的装置。在一些实施例中，蒸气料流782可用于为一个或多个蒸发器提供热。在一些实施例中，蒸气料流782可在导入过程锅炉790之前被压缩。

在本文所述方法的一些实施例中，可利用提取发酵从发酵液中回收丁醇。即，包含丁醇的发酵液可与提取剂接触以回收丁醇。在一些实施例中，可将发酵液和提取剂添加到啤酒塔或侧流汽提器中以回收丁醇。例如，发酵液和提取剂可在塔顶部附近进料到啤酒塔或侧流汽提器中。在一些实施例中，可通过离心或滗析从啤酒塔或侧流汽提器的塔底料流中分离提取剂，并且提取剂可再循环用于在回收过程中重新使用。

在一些实施例中，改装生物乙醇生产工厂可包括添加改装至精馏器基部的冷凝器、滗析器和再沸器，该冷凝器用以服务于啤酒塔和侧流汽提器二者。在一些实施例中，用于现有精馏器的冷凝器可通过管道连接以服务于啤酒塔和侧流汽提器二者。在一些实施例中，另外的设备可包括阀门开关、管线断开件、管道挡板等，以允许在生物丁醇生产工厂与生物乙醇生产工厂之间转变。

图8示出从稀释的水性料流和有机发酵料流中回收丁醇的本发明的方法的实施例。啤酒和/或提取剂料流806可进入汽提塔I(120)，其可为生物乙醇生产中使用的啤酒汽提塔的改装。类似地，啤酒和/或提取剂料流807可进入汽提塔II(820)，其可为啤酒汽提塔的重复设备。两个汽提塔均可设定额定值用于全真空操作。在该图中，汽提塔I(120)可接近0.1atm压力操作，汽提塔II(820)可接近0.4atm压力操作。两个汽提塔均可接收过程蒸气以有助于从底部塔馏物料流中去除丁醇。由于操作压力的不同，来自汽提塔II(820)的塔顶蒸气料流835可处于比汽提塔I(120)的底部塔馏物更高的温度下，并且可用于经由再沸器810传递热。塔顶蒸气料流825可在进入滗析890之前在冷却器880中冷凝，在滗析890中，所述塔顶蒸气料流825可相分离成水性料流852和有机料流855。有机料流855可在接近1.85atm的压力下被导入精馏塔130，所述精馏塔130可由生物乙醇生产的精馏塔改装而来。精馏器130的塔底物为料流865并且可基本上为丁醇。可经由换热器850通过将热转移至有机料流855的一部分来将这种产物丁醇部分冷却。然后可使用冷却器860将产物丁醇进一步冷却，用于存储。精馏器130塔顶的蒸气为料流862并且该料流可由于操作压力的不同而处于比汽提塔II(820)的塔底物更高的温度下。塔顶蒸气料流862可用于传递汽提塔II(820)的再沸器830中的热。分别在再沸器810和830中损失一些热之后的料流835和862可合并，以形成料流826，并且可在与塔顶蒸气料流825合并之前在换热器870中将另外的热转移至有机料流955的一部分。水性料流852可被导入接近0.4atm操作的侧流汽提塔140，所述侧流汽提塔140可由生物乙醇生产的侧流汽提塔改装而来。侧流汽提塔140的塔顶蒸气料流853可经由换热器895将一些热转移至水性料流852，之后在冷却器885中进一步冷却并导入滗析890。

如本文所述的改装生物乙醇生产工厂还可包括多效蒸发系统。例如，多效蒸发系统可包括三(3)系列三效蒸发器；四(4)系列双效蒸发器；二(2)系列四效蒸发器；或五(5)系列双效蒸发器。每一效的蒸发器可具有任何常规设计。例如，每个蒸发器可包括具有如本领域已知的壳管式换热器的上部部分以及下部反应釜部分。在生产工厂中，来自每个蒸发器的冷凝物可合并并且再循环。通向蒸发器的各种管线可安装阀门，使得蒸发器中的任何一个可离线或被绕过用于维护和转变。

在一些实施例中，第一效蒸发器的蒸气入口可接收干净的工厂蒸汽和/或再使用的工厂蒸汽作为热源(或动力间蒸汽)。在一些实施例中，效应蒸汽可供应足够的热，用于操作啤酒塔、侧流汽提器、丁醇塔和/或提取塔。在一些实施例中，工厂蒸汽可与效应蒸汽一起使用，以供应足够的热，用于操作啤酒塔和/或提取塔。为了回收丁醇或其它产物醇，来自多效蒸发系统的蒸汽可用于为该方法的一个或多个蒸馏单元操作供应热。在一些实施例中，从多效蒸发系统接收热的一个或多个蒸馏单元操作可维持在低于大气压的压力下，从而避免必须在蒸汽注入到特定的蒸馏塔之前对所述蒸汽进行加压。多系列多效蒸发系统的示例在美国专利申请公布2011/0315541和国际专利申请PCT/US2012/068288中有所描述；它们每个全文以引用方式并入本文。

图9示出包括管道改变以从二效转变为四效的蒸发系统的示例。由水平线921、922和923表示歧管，它们具有连接至它们的多个进料管或多个分支并且主要用于传送水蒸气和水冷凝物。经由902供应的蒸汽进料歧管921，所述歧管921将该蒸汽的部分分配至蒸发器主体1、2、3和4。在一些实施例中，挡板916可在将蒸汽供应至主体2的分支下游但是进料主体3的分支上游的位置处插入歧管921中。主体1和2产生的水蒸气进入不同的歧管922。挡板914可在来自主体2的水蒸气进入位置的下游但是来自主体3的水蒸气进入位置的上游的位置处插入该歧管中。可插入起始于挡板914上游但是来自主体2的水蒸气进入位置下游的歧管922的新管道连接915。管道连接915可连接至挡板916下游但是通向主体3的分支上游的歧管921。管道连接915允许来自主体1和2的水蒸气被引导至蒸发器主体3和4。主体3和4产生的水蒸气可进入挡板914下游的歧管922。

歧管922中该合并的蒸气的一部分可作为料流907去除并且可被引导至蒸馏塔诸如啤酒汽提塔。可使用安装在通向主体6的分支下游但是通向主体7的分支上游的歧管922中的挡板912将歧管922中蒸气的剩余部分仅分配至主体5和6。主体5和6产生的水蒸气可进入歧管923，并且挡板911可安装在来自主体6的蒸气进入位置下游的歧管923中。可安装起始于挡板911上游但是来自主体6的水蒸气进入位置下游的歧管923的新管道连接913。管道连接913可连接至挡板912下游但是通向主体7的分支上游的歧管922。管道连接913允许来自主体5和6的水蒸气被引导至蒸发器主体7和8。主体7和8产生的水蒸气可进入挡板911下游的歧管923中，并且该合并蒸气可作为料流906被去除，并可被引导至蒸馏塔，诸如提取剂汽提塔。

蒸气可被冷凝并通常收集在共用歧管924和925中。在一些实施例中，挡板917可安装在来自蒸发器主体2的冷凝物进入位置下游并且来自蒸发器主体3的冷凝物进入位置上游的歧管924中。来自主体1和2的冷凝物可作为料流908被去除并被引导至锅炉中用于蒸汽产生。来自主体3和4的过程冷凝物可作为料流903离开并可用于制备麦芽浆。挡板918可安装在来自主体6的冷凝物进入位置下游并且来自主体7的冷凝物进入位置上游的歧管925中。来自主体5和6的冷凝物可作为料流909被去除并可用于制备麦芽浆。来自主体7和8的冷凝物可作为料流904被去除并可用于制备麦芽浆。作为图9所示的重新构造的优点，可存在于稀塔馏物901中的羧酸(例如，乙酸、异丁酸)可包含在冷凝物料流903中。冷凝物料流903可被处理以去除羧酸，例如，通过厌氧消化，之后再循环用于制备麦芽浆。在一些实施例中，冷凝物料流904和909可绕过此处理步骤。在其中厌氧消化单元处于乙醇生产设施的情况中，可期望此类改装改进其体积容量。

在一些实施例中，可调节所有蒸发器主体的操作的压力以启用四效。例如，主体3和4中发生蒸发时所处的压力可小于主体1和2中发生蒸发时所处的压力。主体5和6中发生蒸发时所处的压力可小于主体3和4中发生蒸发时所处的压力。主体7和8中发生蒸发时所处的压力可小于主体5和6中发生蒸发时所处的压力。

作为蒸发系统的另一个示例，八个蒸发器可被布置为二(2)系列四效构型。在一些实施例中，两个蒸发器可利用动力间蒸汽，并且在一些实施例中，所有蒸发器都不利用过程蒸汽。如本文所述，全塔馏物可例如通过离心被进一步加工以去除任何不溶解的固体。剩余的离心物可作为回糟再循环或可被导入蒸发器中用于水和浆的回收。

可使用来自整个生产工厂中各种来源的过程蒸汽加热啤酒塔。例如，可用来自第二效和后效蒸发器的过程蒸汽加热啤酒塔。在一些实施例中，过程蒸汽可足以允许至少约98％至至少约100％的丁醇汽化。在一些实施例中，蒸汽可被直接注入啤酒塔中。在一些实施例中，可由来自啤酒塔的蒸气的冷凝回收热，并且这种热可用于加热至蒸馏塔的进料或这种热可用于预沸器。在一些实施例中，可使用结合其它料流的加热的换热器来冷凝来自啤酒塔的蒸气。在一些实施例中，可经由在改装生物乙醇生产工厂中与现有精馏器结合使用的现有冷凝器对这些蒸气进行冷凝。例如，现有冷凝器可被改造成具有阀门、双孔挡板和管道部段的组合，以便冷凝来自啤酒塔的蒸气。

改装生物乙醇生产工厂可包括新的再沸器。该再沸器可向现有精馏器提供动力间蒸汽。在其它实施例中，再沸器可被包括在新构造的丁醇生产工厂中，并且该再沸器可向精馏器提供动力间蒸汽。在一些实施例中，来自精馏塔的塔顶物可用热回收冷凝，并且该热可用于向一个或多个蒸发器供能。此外，来自精馏塔的塔底物可通过流程间的热回收进行冷却。

如本文所述，玉米可用作用于生产乙醇或丁醇的原料并且可经受加工，例如，湿磨。可通过厌氧消化对诸如来自玉米研磨过程的废水以及其它过程废水的料流进行处理。厌氧消化对这些废产物的处理可产生附加价值产物，诸如能量、肥料、化学品和生物燃料。因此，作为废料管理的手段和/或为了加工可生物降解的废料，改装生物乙醇生产工厂或新构造的生物丁醇生产工厂可包括一个或多个厌氧消化器。这些厌氧消化器可用于例如为生产工厂提供能量。在一些实施例中，厌氧消化器可为完全混合的厌氧消化器、上流式厌氧淤渣覆盖层反应器、厌氧流化床反应器、膨胀颗粒淤渣床反应器或有氧过滤器。

如本文所述，将生物乙醇生产工厂转变为生物丁醇生产工厂可涉及例如改装或重新构造设备以使得能够发酵和纯化丁醇。通过改装和重新构造生物乙醇生产工厂中的现有设备，这种转变可允许生产工厂的最小破坏以及资金的最小使用。现有设备可再使用和再利用，并且在一些情况下，需要极少或不需要改造(例如，内部部件的改造)。例如，离心机为构建为精确规格的大的复杂旋转机械件。替换离心机的内部部件可为昂贵且耗时的(例如，订购替换零件、安装新零件、调动设备用于由设备供应商执行替换等的延缓)。再使用现有离心机，而无需内部部件的改造将允许最小破坏和资金使用。

又如，出于乙醇纯化的目的，蒸馏塔可被设计为具有一定的直径、内部塔盘、填料或这些元件的组合。此外，该塔可需要一定数目的平衡级用于乙醇纯化。对于蒸馏塔的改装，具有现有塔内部件的相同多级分离可再利用来纯化丁醇。

此外，设备通常不被设计用于双重目的。在生物乙醇设施的构造期间，可能很少或不预期这些设施可转变来生产其它醇类，诸如丁醇。因此，可能不期望被设计用于乙醇生产的诸如蒸馏塔和离心机的设备可再利用于丁醇生产。此外，可能并不期望此类设备可在不做出改造的情况下再利用。设备改造最有可能造成生产的停工和时间延迟以及用于改造的附加成本和操作成本，以及收入损失。通过再利用现有设备，最有可能的是最小的生产破坏和最小的资金成本。例如，用于再利用现有设备的改造可为管道和阀门安装，其成本与用新设备替换现有设备相比可为适中的。此外，为了使可操作灵活性的损失最小化，对生物丁醇工厂的转变可为可逆的。

不受理论的束缚，据信本文所述方法和工艺与生产任何醇的微生物、尤其是生产醇的重组微生物结合使用。

生产醇的重组微生物也是本领域已知的(例如，Ohta等人，Appl.Environ.Microbiol.57：893-900，1991；Underwood等人，Appl.Environ.Microbiol.68：1071-1081，2002；Shen和Liao，Metab.Eng.10：312-320，2008；Hahnai等人，Appl.Environ.Microbiol.73：7814-7818，2007；美国专利5,514,583；美国专利5,712,133；PCT专利申请公布WO 1995/028476；Feldmann等人，Appl.Microbiol.Biotechnol.38：354-361，1992；Zhang等人，Science 267：240-243，1995；美国专利申请公布2007/0031918 A1；美国专利7,223,575；美国专利7,741,119；美国专利申请公布2009/0203099 A1；美国专利申请公布2009/0246846 A1；以及PCT专利申请公布WO2010/075241；它们每个全文以引用方式并入本文)。

例如，微生物的代谢途径可经基因修饰以产生产物醇(例如丁醇)。这些途径也可经修饰以减少或消除非期望的代谢物，从而改善产物醇的收率。微生物的丁醇生产公开于例如美国专利申请公布2007/0092957；美国专利申请公布2007/0259410；美国专利申请公布2007/0292927；美国专利申请公布2008/0182308；美国专利申请公布2008/0274525；美国专利申请公布2009/0305363；和美国专利申请公布2009/0305370；它们每个全文以引用方式并入本文。在一些实施例中，微生物可包括丁醇生物合成途径或丁醇异构体诸如1-丁醇、2-丁醇或异丁醇的生物合成途径。在一些实施例中，微生物可为细菌、蓝细菌、丝状真菌、或酵母。能够经由生物合成途径生产产物醇的合适的微生物包括下列中的一个成员：梭菌属(Clostridium)、发酵单胞菌属(Zymomonas)、埃希氏菌属(Escherichia)、沙门氏菌属(Salmonella)、沙雷氏菌(Serratia)、欧文氏菌属(Erwinia)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、志贺氏菌属(Shigella)、红球菌属(Rhodococcus)、假单胞菌属(Pseudomonas)、芽孢杆菌属(Bacillus)、乳杆菌(Lactobacillus)、肠球菌属(Enterococcus)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、类芽孢杆菌(Paenibacillus)、节杆菌(Arthrobacter)、棒状杆菌(Corynebacterium)、短杆菌属(Brevibacterium)、裂殖酵母(Schizosaccharomyces)、克鲁维酵母属(Kluyveromyces)、耶氏酵母属(Yarrowia)、毕赤酵母属(Pichia)、接合酵母属(Zygosaccharomyces)、德巴利氏酵母属(Debaryomyces)、假丝酵母属(Candida)、酒香酵母属(Brettanomyces)、管囊酵母属(Pachysolen)、汉逊酵母属(Hansenula)、伊萨酵母属(Issatchenkia)、丝孢酵母属(Trichosporon)、Yamadazyma或酵母属(Saccharomyces)。在一些实施例中，重组微生物可选自大肠杆菌(Escherichia coli)、真养产碱杆菌(Alcaligenes eutrophus)、地衣芽孢杆菌属(Bacillus lichenifonnis)、浸麻类芽孢杆菌(Paenibacillus macerans)、红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)、恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、屎肠球菌(Enterococcusfaecium)、鹑鸡肠球菌(Enterococcus gallinarium)、粪肠球菌(Enterococcusfaecalis)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、萨纳瑞西斯假丝酵母(Candidasonorensis)、methanosorbosa假丝酵母(Candida methanosorbosa)、乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis)、马克斯克鲁维酵母(Kluyveromycesmarxianus)、耐热克鲁维酵母(Kluyveromyces thermotolerans)、东方伊萨酵母(Issatchenkia orientalis)、汉逊德巴利酵母(Debaryomyces hansenii)和酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。在一些实施例中，重组微生物为酵母。在一些实施例中，重组微生物为克拉布特里阳性(crabtree-positive)酵母，其选自酵母属(Saccharomyces)、接合酵母属(Zygosaccharomyces)、裂殖酵母属(Schizosaccharomyces)、德克酵母属(Dekkera)、球拟酵母属(Torulopsis)、酒香酵母属(Brettanomyces)、以及假丝酵母属(Candida)的一些菌种。克拉布特里阳性酵母的菌种包括但不限于，酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)、克鲁维酵母(Saccharomyces kluyveri)、粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomycespombe)、贝酵母(Saccharomyces bayanus)、mikitae酵母(Saccharomycesmikitae)、奇异酵母(Saccharomyces paradoxus)、葡萄汁酵母(Saccharomycesuvarum)、芽殖酵母(Saccharomyces castelli)、克鲁维酵母(Saccharomyceskluyveri)、鲁氏接合酵母(Zygosaccharomyces rouxii)、拜耳接合酵母(Zygosaccharomyces bailli)和光滑假丝酵母(Candida glabrata)。

尽管本发明的多个实施例已如本文所述，但是应当理解它们仅仅以举例的方式存在，并且不受限制。对相关领域的技术人员将显而易见的是能够在不脱离本发明的实质和范围下对其进行形式和细节的多种改变。因此，本发明的广度和范围应不受任何上述示例性实施例的限制，但应仅仅根据以下权利要求及其等同物限定。

在本说明书中提及的所有公布、专利和专利申请均指示本发明所属领域的技术人员的技术水平，并且以引用方式并入本文至如同每个单独的公布、专利或专利申请被具体且单独地指明为以引用方式并入的相同程度。

实例

以下非限制性实例将进一步示出本发明。应当理解，虽然以下实例涉及用玉米作为原料，但是其它生物质源诸如甘蔗可用作原料而不背离本发明。此外，虽然以下实例涉及乙醇和丁醇，但是可制备其它醇而不背离本发明。

本文所述方法可使用计算建模诸如Aspen建模来展示(参见，例如，美国专利7,666,282)。例如，商业建模软件(AspenTechnology，Inc.，Burlington，MA)可与物理特性数据库诸如可购自American Institute of Chemical Engineers，Inc.，(New York，NY)的DIPPR一起使用，来开发用于整合的丁醇、纯化和水管理过程的Aspen模型。这种过程建模可进行许多基本的工程计算，例如质量和能量平衡，气/液平衡以及反应速率计算。为了生产Aspen模型，信息输入可包括例如实验数据、水含量和原料组成、麦芽浆烹煮和闪蒸的温度、糖化条件(例如，酶进料、淀粉转化、温度、压力)、发酵条件(例如，微生物进料、葡萄糖转化、温度、压力)、脱气条件、溶剂塔、预闪蒸塔、冷凝器、蒸发器、离心机等。

实例1

经由混合传送装置进入大的混合槽，53.5吨/小时的干燥玉米粉被浆化为123.6吨/小时的麦芽浆，其包括合并的再循环烹煮水、回糟(总液体的38％)、氨和酶，并加热至85℃。然后通过水力加热器将麦芽浆与注入蒸汽一起转移、随后闪蒸并且接着在另一个槽中用另外的酶液化以产生178.2吨/小时的液化麦芽浆。液化麦芽浆通过与发酵后材料的一部分热交换并随后与冷却水热交换被冷却，之后与生产异丁醇的微生物和138.4吨/小时的油醇在顺序分批布置的发酵罐中合并。淀粉被转化为异丁醇，同时以平均17.4吨/小时的富CO₂废气排放。多相材料从发酵罐中排放到啤酒池中用于任何另外脱气并且接着在首先经由平行热交换从液化麦芽浆和再循环的提取剂中吸收热之后以299.2吨/小时的平均速率被转移至现有啤酒塔中。使用36.3吨/小时的源自蒸发系列的最后一效的直接注入的水蒸气在接近0.5atm绝对压力(类似于乙醇制造期间)的真空下操作啤酒塔。该塔具有15平衡蒸气-液体接触级的等效形式，并且发酵排放材料从顶部在第三塔板处引入。平均流量52.1吨/小时的由51.6重量％异丁醇、46.6重量％水和1.8重量％CO₂组成的蒸气被汽提出该塔的顶部并且被冷凝到排空的异丁醇滗析器中，其合并来自所有蒸馏塔的蒸气冷凝物。冷凝的滗出的富iBuOH有机层(15.0吨/小时)返回该塔的第一塔板用于回流。构成298.4吨/小时的全塔馏物和不均匀混合的提取剂的底部出口材料通过三相离心机进行加工以产生17.5吨/小时的湿酒糟(34.4％干燥固体)、142.5吨/小时的稀塔馏物以及138.4吨/小时的较轻密度的有机提取相，所述有机提取相通过与发酵排放材料的一部分交换热而被冷却用于在随后的发酵中再使用。35.0吨/小时富iBuOH有机层的剩余部分被从异丁醇滗析器引导至现有精馏塔的第一塔板。该塔具有10平衡级的等效形式，并且配备有新安装的再沸器，该再沸器将使得能够使用蒸汽递送28.3GJ/小时负载。因此，产生了由67.2重量％异丁醇、32.3重量％水和0.5重量％CO₂构成的20.3吨/小时的顶部馏出的蒸气并且将其冷凝到异丁醇滗析器中。由塔底物产生基本上纯的异丁醇(14.7吨/小时)。来自异丁醇滗析器的富水水性层以27.7吨/小时的速率转移至现有侧流汽提塔中。该塔具有10平衡级的等效形式，并使用源自闪蒸水力加热的麦芽浆的6.7吨/小时的水蒸气进行操作。因此，产生了由58.7重量％异丁醇、40.7重量％水和0.6重量％CO₂构成的63.2吨/小时的顶部馏出的蒸气并且将其冷凝到异丁醇滗析器中。由塔底物产生基本上纯的水(28.1吨/小时)并将其再循环回去作为烹煮水。

实例2

参考图10A至10C，图10A示出生物乙醇生产设施，图10B示出生物乙醇生产设施的改装，通过添加阀门、挡板、管道连接和换热器来将该设施转变为生物丁醇生产设施。例如，将再沸器添加至精馏塔，并且为啤酒塔和侧流汽提器增加另外的冷却容量。此外，添加挡板1001以将塔顶蒸气料流225和253重新引导至新的冷却容量。安装图10B所示的阀门(打开的阀门以白色指示，关闭的阀门以黑色指示)以将料流流重新引导用于丁醇生产。对现有设备不进行改造。图10C示出通过打开关闭的阀门、关闭打开的阀门以及重新定位挡板1001做出的生物乙醇生产设施的恢复。

执行了工作352天/年的图1和10A中描绘的生物乙醇生产设施的模拟。干燥玉米粉可以18MM蒲式耳/年的速率进料以产生50MM加仑/年乙醇。蒸馏操作在图10A中示出。啤酒料流105以620gpm(加仑每分钟)的平均流量从发酵中排放，其包含128g/升乙醇的滴度。其它溶解的组分包括12.8g/升甘油、22.7g/升蛋白质以及10.6g/升盐。使用液化麦芽浆将啤酒热交换最高至75℃，然后将其进料至啤酒塔120的顶部。源自蒸发系列的过程蒸气料流在约27,000kg/小时的速率下同时进料到啤酒塔120的底部。啤酒塔的尺寸设定成用于12平衡级，并且直径为10英尺，侧流汽提塔的尺寸设定成用于10平衡级，并且直径为4.5英尺，并且精馏塔的尺寸设定成用于10平衡级，并且直径为12英尺。如图10A中所示的生物乙醇生产设施的质量平衡在表1中示出。水、乙醇、甘油蛋白质、盐和固体的单位为kg/小时。

表1

执行了工作352天/年的描绘于图10B中的由生物乙醇生产设施改装而来的生物丁醇生产设施的模拟。干燥玉米粉以18MM蒲式耳/年的速率进料以产生36MM加仑/年异丁醇。蒸馏操作在图10B中示出。啤酒料流205以610gpm的平均流量从发酵中排放，其包含10.65g/升异丁醇的滴度。其它溶解的组分包括17.0g/升甘油、19.5g/升蛋白质以及9.6g/升盐。使用液化麦芽浆将啤酒热交换最高至75℃，然后将其进料至啤酒塔120的顶部。源自蒸发系列的过程蒸气料流在约8,000kg/小时的速率下同时进料到啤酒塔120的底部。啤酒塔的尺寸设定成用于12平衡级，并且直径为至少6英尺，侧流汽提塔的尺寸设定成用于10平衡级，并且直径为4.5英尺，并且精馏塔的尺寸设定成用于10平衡级，并且直径为12英尺。如图10B中所示的生物丁醇生产设施的质量平衡在表2中示出。水、丁醇、甘油蛋白质、盐和固体的单位为kg/小时。

表2

该实例表明，设计用于在生物乙醇生产设施中纯化乙醇的蒸馏塔可在不改造的情况下再利用于在改装的生物乙醇生产设施中纯化丁醇。

Claims (92)

1.用于改进乙醇生产工厂的产品特征的方法，所述方法包括改造所述工厂以生产除乙醇之外的一种或多种生物燃料产品，其中所述改造允许所述工厂恢复乙醇生产。

2.根据权利要求1所述的方法，其中改造所述工厂包括添加一个或多个固体分离单元、添加一个或多个提取塔和/或提取分离单元、再将乙醇啤酒塔用于除乙醇之外的醇的蒸馏，以及重新构造蒸发系列。

3.根据权利要求1所述的方法，其中改造所述工厂包括添加一个或多个固体分离单元、添加一个或多个提取塔和/或提取分离单元、添加一个或多个冷凝单元、添加一个或多个滗析单元、再将乙醇啤酒塔用于除乙醇之外的醇的蒸馏，以及重新构造蒸发系列。

4.根据权利要求1所述的方法，其中改造所述工厂包括添加一个或多个固体分离单元、添加一个或多个闪蒸单元和/或冷凝单元、再将乙醇啤酒塔用于除乙醇之外的醇的蒸馏，以及重新构造蒸发系列。

5.根据权利要求1所述的方法，其中改造所述工厂包括添加一个或多个固体分离单元、添加一个或多个闪蒸单元和/或冷凝单元、添加一个或多个预闪蒸单元和/或压缩单元、再将乙醇啤酒塔用于除乙醇之外的醇的蒸馏，以及重新构造蒸发系列。

6.根据权利要求1所述的方法，其中改造所述工厂包括添加一个或多个固体分离单元、添加一个或多个提取塔和/或提取分离、添加一个或多个水解器、再将乙醇啤酒塔用于除乙醇之外的醇的蒸馏，以及重新构造蒸发系列。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述一种或多种生物燃料产品包括丁醇。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述一种或多种生物燃料产品包括丁醇和杂醇油。

9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述一种或多种生物燃料产品包括在原料已经受液化之后从所述原料中回收的丁醇和油。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中所述改进的产品特征包括在发酵之前去除不溶解的固体，其中所述不溶解固体的去除提供所述工厂的改进的产品特征，包括改进的动物饲料副产品生产和增加的生物燃料生产产量中的一个或多个。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在所述乙醇工厂的改装之前和/或之后应用所述不溶解固体的去除以生产一种或多种生物燃料产品。

12.根据权利要求10所述的方法，其中所述不溶解固体的去除在将所述工厂恢复为乙醇生产时保留。

13.用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的方法，所述方法包括：

(a)提供乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、精馏塔、啤酒塔和侧流汽提器，其中所述发酵罐包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除发酵液，通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线使所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐；

(b)提供得自生物质的水性进料流，所述水性进料流包含水和可发酵的糖；

(c)使所述水性进料流与所述发酵罐中的发酵液接触，所述发酵液包含能够生产丁醇的重组微生物；

(d)在所述发酵罐中发酵所述可发酵的糖，其中所述重组微生物生产丁醇，由此所述发酵液包含丁醇；

(e)经由所述外部冷却回路的排出管线从所述发酵罐中去除包含所述丁醇的所述发酵液的一部分；

(f)分离包含所述丁醇的所述发酵液的所述部分，以产生富丁醇料流和贫丁醇料流；

(g)经由所述外部冷却回路的回流管线使所述贫丁醇料流返回至所述发酵罐；

(h)在脱水塔中蒸馏所述富丁醇料流的至少一部分，以产生包含丁醇的塔底料流；

(i)从所述发酵罐中排放啤酒料流；以及

(j)在所述改装的啤酒塔中蒸馏所述啤酒料流，以产生：富丁醇蒸气料流和贫丁醇啤酒塔底料流。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述精馏塔被改装以用作在步骤(h)中蒸馏所述富丁醇料流的所述脱水塔。

15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，所述方法还包括：

在操作所述精馏塔和所述啤酒塔用于丁醇的生产之后，在不对所述精馏塔和所述啤酒塔进行结构改造的情况下，逆转所述精馏塔和所述啤酒塔的改装，以便操作所述精馏塔和所述啤酒塔用于乙醇的生产。

16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中分离包含所述丁醇的所述发酵液的所述部分以产生富丁醇料流和贫丁醇料流的步骤(f)包括：

使来自步骤(e)的所述发酵液的所述部分与提取剂接触，以形成包含水相和有机相的双相混合物，其中所述丁醇优先分配到所述有机相中以形成含丁醇的有机相；

分离所述含丁醇的有机相与所述水相，所述水相包含所述贫丁醇料流；

在提取塔中蒸馏所述含丁醇的有机相，以产生富丁醇蒸气料流和富提取剂塔底料流；以及

冷凝所述提取塔中产生的所述富丁醇蒸气料流以产生所述富丁醇料流。

17.根据权利要求16所述的方法，其中使所述发酵液的所述部分与提取剂接触包括：

使所述发酵液的所述部分与所述提取剂在混合装置中合并，以形成双相混合物，所述混合装置流体连接到所述外部冷却回路的所述回流管线，其中所述混合装置经由所述回流管线接收所述发酵液的所述部分。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述混合装置包括直列式混合器、管道三通接头或搅拌容器。

19.根据权利要求16或权利要求17所述的方法，其中分离所述含丁醇的有机相与所述水相包括：

将所述双相混合物添加至与所述混合装置和所述回流管线流体连接的分离装置，其中所述分离装置排放包含所述含丁醇的有机相的第一料流和包含所述水相的第二料流，其中所述第二料流被排放到所述混合装置下游的所述回流管线，由此包含所述贫丁醇料流的所述水相经由所述回流管线返回至所述发酵罐。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述分离装置包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。

21.根据权利要求16至20中任一项所述的方法，所述方法还包括：

将在步骤(j)中在所述啤酒塔中产生的所述富丁醇蒸气料流冷凝，以产生富丁醇液体料流；以及

将所述富丁醇液体料流添加至所述富丁醇料流。

22.根据权利要求16至21中任一项所述的方法，所述方法还包括：

将所述富丁醇料流分离成被添加至所述提取塔的第一料流和在步骤(h)中被添加至所述脱水塔的第二料流。

23.根据权利要求13至22中任一项所述的方法，其中所述侧流汽提器被改装，以用作脱醇塔。

24.根据权利要求13至23中任一项所述的方法，其中步骤(j)的所述啤酒塔底物包含固体和稀塔馏物，并且其中所述乙醇生产工厂还包括蒸发系统，所述方法还包括：

分离所述固体与所述稀塔馏物；以及

使用已改装用于丁醇的生产的所述蒸发系统从所述稀塔馏物中蒸发水，以产生浆。

25.根据权利要求24所述的方法，其中所述乙醇生产工厂的所述蒸发系统被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，其中所述蒸发系统被改装以包括另外的蒸发器并且被重新构造为三系列三效蒸发系统。

26.根据权利要求24所述的方法，其中所述乙醇生产工厂的所述蒸发系统被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，其中所述蒸发系统被改装以包括一个或多个另外的蒸发器并且被重新构造为具有四个处于第一效的蒸发器、四个处于第二效的蒸发器和一个或多个处于第三效的另外的蒸发器的三效蒸发系统。

27.根据权利要求24至26中任一项所述的方法，所述方法还包括：

将所分离的固体和所述浆干燥以产生DDGS。

28.用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的方法，所述方法包括：

(a)提供乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔；

(b)提供得自生物质的水性进料流，所述水性进料流包含水和可发酵的糖；

(c)使所述水性进料流与所述发酵罐中的发酵液接触，所述发酵液包含能够生产丁醇的重组微生物；

(d)在所述发酵罐中分批发酵所述可发酵的糖，其中所述重组微生物生产丁醇，由此所述发酵液包含丁醇；

(e)分离包含所述丁醇的所述发酵液，以产生富丁醇料流和贫丁醇料流；

(f)在脱水塔中蒸馏所述富丁醇料流的至少一部分，以产生包含丁醇的塔底料流；以及

(g)在所述改装的啤酒塔中蒸馏所述啤酒料流，以产生：富丁醇蒸气料流和贫丁醇啤酒塔底料流。

29.根据权利要求28所述的方法，其中所述精馏塔被改装以用作在步骤(f)中蒸馏所述富丁醇料流的所述脱水塔，和/或所述侧流汽提器被改装以用作脱醇塔。

30.根据权利要求28或权利要求29所述的方法，其中分离包含所述丁醇的所述发酵液以产生富丁醇料流和啤酒料流的步骤(e)包括：

使所述发酵液与提取剂接触，以形成包含水相和有机相的双相混合物，其中所述丁醇优先分配到所述有机相中以形成含丁醇的有机相；

分离所述含丁醇的有机相与所述水相，所述水相包含所述贫丁醇料流；

在提取塔中蒸馏所述含丁醇的有机相，以产生富丁醇蒸气料流和富提取剂塔底料流；以及

将所述富丁醇蒸气料流冷凝以产生所述富丁醇料流。

31.根据权利要求30所述的方法，其中所述乙醇生产工厂还包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除所述发酵液，通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线使所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐，其中使所述发酵液与提取剂接触包括：

将所述提取剂经由所述冷却回路的所述回流管线添加至所述发酵罐，其中所述提取剂经由接合到所述冷却回路的所述排出管线和所述回流管线中的一个的管线进入所述回流管线。

32.根据权利要求31所述的方法，其中使所述发酵液与提取剂接触还包括将所述提取剂与所述发酵液混合，其中通过所述发酵罐中的二氧化碳气体的逸出和释放来至少部分地实现所述混合。

33.根据权利要求32所述的方法，其中通过所述发酵罐中的二氧化碳气体的所述逸出和释放来完全实现所述混合。

34.根据权利要求32所述的方法，其中通过使用机械搅拌装置搅拌所述双相混合物来部分地实现所述混合。

35.根据权利要求31所述的方法，其中分离所述含丁醇的有机相与所述水相包括：

将所述双相混合物添加至分离装置，其中所述分离装置排放包含所述含丁醇的有机相的第一料流和包含所述水相的第二料流，所述水相包含所述贫丁醇料流。

36.根据权利要求35所述的方法，其中所述分离装置包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。

37.根据权利要求35至37中任一项所述的方法，其中所述乙醇生产工厂还包括流体地置于所述发酵罐与所述啤酒塔之间的啤酒池、将所述发酵罐连接至所述啤酒池的第一管线、以及将所述啤酒池连接至所述啤酒塔的第二管线，其中所述分离装置设置在所述第一管线上，以便流体地置于所述发酵罐与所述啤酒池之间，所述方法还包括：

将包含所述贫丁醇料流的所述第二料流经由所述第一管线从所述分离装置添加至所述啤酒池并且经由所述第二管线从所述啤酒池添加至所述啤酒塔。

38.根据权利要求35至37中任一项所述的方法，其中所述乙醇生产工厂还包括流体地置于所述发酵罐与所述啤酒塔之间的啤酒池、将所述发酵罐连接至所述啤酒池的第一管线、以及将所述啤酒池连接至所述啤酒塔的第二管线，其中换热器设置在所述第二管线上，其中所述分离装置设置在所述第二管线上，以便在所述换热器的下游流体地置于所述啤酒池与所述啤酒塔之间，所述方法还包括：

经由所述第一管线将所述双相混合物添加至所述啤酒池，其中将所述双相混合物添加至分离装置包括经由所述第二管线将所述双相混合物从所述啤酒池添加至所述分离装置，其中所添加的双相混合物穿过所述换热器并且在进料至所述分离装置之前被加热。

39.根据权利要求28至38中任一项所述的方法，所述方法还包括：

将在步骤(g)中在所述啤酒塔中产生的所述富丁醇蒸气料流冷凝，以产生富丁醇液体料流；以及

将所述富丁醇液体料流添加至所述富丁醇料流。

40.根据权利要求28至39中任一项所述的方法，所述方法还包括：

将所述富丁醇料流分离成被添加至所述提取塔的第一料流和在步骤(f)中被添加至所述脱水塔的第二料流。

41.根据权利要求28至40中任一项所述的方法，其中步骤(g)的所述啤酒塔底物包含固体和稀塔馏物，并且其中所述乙醇生产工厂还包括蒸发系统；所述方法还包括：

分离所述固体与所述稀塔馏物；以及

使用已改装用于丁醇的生产的所述蒸发系统从所述稀塔馏物中蒸发水，以产生浆。

42.根据权利要求41所述的方法，其中所述乙醇生产工厂的所述蒸发系统被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，其中所述蒸发系统被改装以包括另外的蒸发器并且被重新构造为三系列三效蒸发系统。

43.根据权利要求42所述的方法，其中所述乙醇生产工厂的所述蒸发系统被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，其中所述蒸发系统被改装以包括一个或多个另外的蒸发器并且被重新构造为具有四个处于第一效的蒸发器、四个处于第二效的蒸发器和一个或多个处于第三效的另外的蒸发器的三效蒸发系统。

44.根据权利要求41至43中任一项所述的方法，所述方法还包括：

将所分离的固体和所述浆干燥以产生DDGS。

45.用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的方法，所述方法包括：

(a)提供乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔；

(b)提供得自生物质的水性进料流，所述水性进料流包含水和可发酵的糖；

(c)使所述水性进料流与所述发酵罐中的发酵液接触，所述发酵液包含能够生产丁醇的重组微生物；

(d)在所述发酵罐中分批发酵所述可发酵的糖，其中所述重组微生物生产丁醇，由此所述发酵液包含丁醇；

(e)使所述发酵液与提取剂接触，以形成包含水相和有机相的双相混合物，其中所述丁醇优先分配到所述有机相中以形成含丁醇的有机相；

(f)在所述改装的啤酒塔中蒸馏所述双相混合物的至少一部分，以产生：富丁醇蒸气料流和贫丁醇啤酒塔底料流，其中所述贫丁醇啤酒塔底料流包含提取剂、稀塔馏物和固体；

(g)将所述啤酒塔中产生的所述富丁醇蒸气料流冷凝，以产生富丁醇液体料流；

(h)将所述富丁醇液体料流分离成第二富丁醇液体料流和贫丁醇液体料流；

(i)在脱水塔中蒸馏所述第二富丁醇液体料流，以产生包含丁醇的塔底料流；以及

(j)将所述贫丁醇啤酒塔底料流分离以产生稀塔馏物、固体以及回收的提取剂。

46.根据权利要求45所述的方法，其中所述精馏塔被改装以用作在步骤(i)中蒸馏所述第二富丁醇液体料流的所述脱水塔，和/或所述侧流汽提器被改装以用作脱醇塔。

47.根据权利要求45或权利要求46所述的方法，其中分离所述贫丁醇啤酒塔底料流包括：

在第一分离装置中分离所述贫丁醇啤酒塔底料流，以产生提取剂料流以及稀塔馏物和固体料流；以及

在第二分离装置中分离所述稀塔馏物和固体料流，以产生稀塔馏物和固体。

48.根据权利要求47所述的方法，其中所述第一分离装置包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。

49.根据权利要求45至48中任一项所述的方法，其中所述乙醇生产工厂包括离心机，其中所述第二分离装置是所述离心机。

50.根据权利要求47或权利要求48所述的方法，其中分离所述贫丁醇啤酒塔底料流包括：

在第一分离装置中分离所述贫丁醇啤酒塔底料流，以产生固体、以及稀塔馏物和提取剂料流；以及

在第二分离装置中分离所述稀塔馏物和提取剂料流，以产生稀塔馏物和提取剂。

51.根据权利要求50所述的方法，其中所述第二分离装置包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。

52.根据权利要求51所述的方法，其中所述第二分离装置是滗析器。

53.根据权利要求50至52中任一项所述的方法，其中所述乙醇生产工厂包括离心机，其中所述第一分离装置是所述离心机。

54.根据权利要求47所述的方法，其中分离所述贫丁醇啤酒塔底料流包括：

在三相离心机中分离所述固体、所述稀塔馏物和所述提取剂。

55.根据权利要求45至54中任一项所述的方法，所述方法还包括：

在步骤(f)的所述啤酒塔中蒸馏步骤(e)中形成的所述双相混合物的第一部分；

在提取塔中蒸馏所述双相混合物的第二部分，以产生：第二富丁醇蒸气料流和第二贫丁醇啤酒塔底料流，其中所述第二贫丁醇啤酒塔底料流包含提取剂、稀塔馏物和固体；

以及

在步骤(j)之前，将所述第二贫丁醇啤酒塔底料流与在步骤(f)中产生的所述贫丁醇啤酒塔底料流合并。

56.根据权利要求45至55中任一项所述的方法，其中所述乙醇生产工厂还包括蒸发系统；所述方法还包括：

在分离所述贫丁醇啤酒塔底料流以产生固体、提取剂和稀塔馏物之后，使用已改装用于丁醇的生产的所述蒸发系统从所述稀塔馏物中蒸发水以产生浆。

57.根据权利要求56所述的方法，其中所述乙醇生产工厂的所述蒸发系统被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，其中所述蒸发系统被改装以包括另外的蒸发器并且被重新构造为三系列三效蒸发系统。

58.根据权利要求56所述的方法，其中所述乙醇生产工厂的所述蒸发系统被构造为具有四个第一效蒸发器和四个第二效蒸发器的四系列双效蒸发系统，其中所述蒸发系统被改装以包括一个或多个另外的蒸发器并且被重新构造为具有四个处于第一效的蒸发器、四个处于第二效的蒸发器和一个或多个处于第三效的另外的蒸发器的三效蒸发系统。

59.根据权利要求56至58中任一项所述的方法，所述方法还包括：

将所述固体和所述浆干燥以产生DDGS。

60.根据权利要求45至59中任一项所述的方法，其中所述乙醇生产工厂还包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除发酵液，通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线使所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐，其中使所述发酵液与提取剂接触包括：

经由流体连接到所述外部冷却回路的所述排出管线和所述回流管线中的一个的管线将所述提取剂添加至所述发酵罐。

61.用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的方法，所述方法包括：

(a)提供乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔；

(b)提供得自生物质的水性进料流，所述水性进料流包含水和可发酵的糖；

(c)使所述水性进料流与所述发酵罐中的发酵液接触，所述发酵液包含能够生产丁醇的重组微生物；

(d)在所述发酵罐中发酵所述可发酵的糖，其中所述重组微生物生产丁醇，由此所述发酵液包含丁醇；

(e)使包含所述丁醇的所述发酵液与脂肪酸和催化剂接触，其中所述催化剂在所述发酵罐中催化所述脂肪酸和所述丁醇的酯化，以产生丁基酯，由此所述发酵液包含丁基酯；

(f)从所述发酵罐中去除包含所述丁基酯的所述发酵液；

(g)分离包含所述丁基酯的所述发酵液以产生脂肪酸酯料流和稀塔馏物；

(h)使所述脂肪酸酯料流反应以产生包含丁醇和脂肪酸的组合物；

(i)蒸馏所述组合物以产生富丁醇蒸气料流和脂肪酸料流；

(j)将所述富丁醇蒸气料流冷凝以产生富丁醇料流；

(k)分离所述富丁醇料流以产生第二富丁醇料流和贫丁醇料流；

(1)在脱水塔中蒸馏所述第二富丁醇料流，以产生包含丁醇的塔底料流；

(m)使所述稀塔馏物反应以产生包含丁醇和脂肪酸的反应组合物；以及

(n)蒸馏所述改装的啤酒塔中的所述反应组合物，以产生：富丁醇蒸气料流和贫丁醇啤酒塔底料流。

62.根据权利要求61所述的方法，其中在所述发酵罐中分批发酵所述可发酵的糖。

63.根据权利要求61或权利要求62所述的方法，其中所述精馏塔被改装以用作在步骤(1)中蒸馏所述第二富丁醇料流的所述脱水塔，和/或所述侧流汽提器被改装以用作脱醇塔。

64.根据权利要求61至63中任一项所述的方法，所述方法还包括：

(o)从所述脂肪酸料流中回收所述脂肪酸。

65.根据权利要求64所述的方法，所述方法还包括重复步骤(b)-(n)，其中第二水性进料流提供为步骤(b)中的所述水性进料流，并且其中使来自步骤(o)的所述回收的脂肪酸与步骤(e)的所述发酵液接触。

66.根据权利要求61至65中任一项所述的方法，其中分离包含步骤(g)的所述丁基酯的所述发酵液包括：

将包含所述丁基酯的所述发酵液添加至分离装置，所述分离装置排放包含所述脂肪酸酯的第一料流和包含稀塔馏物的第二料流。

67.根据权利要求66所述的方法，其中所述分离装置包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。

68.用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的系统，所述系统包括：

(a)乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔，其中所述发酵罐包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除发酵液、通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线将所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐，其中所述啤酒塔被改装用于从排放自所述发酵罐的啤酒料流中汽提丁醇，所述啤酒塔具有用于排放富丁醇蒸气料流的出口和用于排放贫丁醇啤酒塔底料流的出口；

(b)混合装置，所述混合装置具有第一入口、第二入口、和出口，所述第一入口连接至用于接收来自所述发酵罐的所述去除的发酵液的所述外部冷却回路的所述回流管线，所述第二入口连接至被构造成包含提取剂料流的提取剂管线，所述出口连接至被构造成包含所述去除的发酵液和所述提取剂的混合料流的混合料流管线；

(c)用于排放有机料流的提取剂管线；

(d)提取塔，所述提取塔具有连接至所述第二提取剂管线用于接收所述有机料流的入口、用于排放贫提取剂富丁醇蒸气料流的出口，以及用于排放富提取剂贫丁醇料流的出口；

(e)冷凝器，所述冷凝器流体连接到所述啤酒塔的出口和所述提取塔的出口，所述冷凝器被构造成将所述富丁醇蒸气料流冷凝以产生包含丁醇的料流；

(f)流体连接到所述冷凝器的滗析器，所述滗析器将所述包含丁醇的料流分离以产生富丁醇料流和贫丁醇料流；以及

(g)流体连接到所述滗析器的脱水塔，所述脱水塔被构造成蒸馏所述富丁醇料流以产生丁醇，所述脱水塔具有排放丁醇的出口。

69.根据权利要求68所述的系统，其中所述精馏塔被改装以用作被构造成蒸馏所述富丁醇料流的所述脱水塔。

70.根据权利要求68所述的方法，其中所述侧流汽提器被改装以用作脱醇塔。

71.根据权利要求68所述的系统，其中所述混合装置包括直列式混合器、管道三通接头或搅拌容器。

72.根据权利要求68至71中任一项所述的系统，其中所述分离装置包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。

73.根据权利要求68至72中任一项所述的系统，其中所述提取塔与所述啤酒塔并行操作。

74.用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的系统，所述系统包括：

(a)乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔，其中所述发酵罐包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除发酵液、通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线将所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐，其中所述外部冷却回路被改装以将提取剂导入所述发酵罐，用于与所述发酵液接触，并且其中所述啤酒塔被改装用于从排放自所述发酵罐的啤酒料流中汽提丁醇，所述啤酒塔具有用于排放富丁醇蒸气料流的出口和用于排放贫丁醇啤酒塔底料流的出口；

(b)流体连接到所述发酵罐用于接收有机料流的提取塔，所述提取塔具有用于排放贫提取剂富丁醇蒸气料流的出口和用于排放富提取剂贫丁醇料流的出口；

(c)流体连接到所述啤酒塔的出口和所述提取塔的出口的冷凝器，所述冷凝器被构造成将所述富丁醇蒸气料流冷凝以产生包含丁醇的料流；

(d)流体连接到所述冷凝器的滗析器，所述滗析器将所述包含丁醇的料流分离以产生富丁醇料流和贫丁醇料流；以及

(e)流体连接到所述滗析器的脱水塔，所述脱水塔被构造成蒸馏所述富丁醇料流以产生丁醇，所述脱水塔具有排放丁醇的出口。

75.根据权利要求74所述的系统，其中所述精馏塔被改装以用作被构造成蒸馏所述富丁醇料流的脱水塔。

76.根据权利要求74所述的系统，其中所述侧流汽提器被改装以用作脱醇塔。

77.根据权利要求74所述的系统，所述系统还包括：

流体地置于所述发酵罐、所述提取塔以及所述啤酒塔之间的分离装置，所述分离装置具有流体连接到所述发酵罐用于从所述发酵罐接收双相混合物的入口、流体连接到所述啤酒塔用于将所述啤酒料流排放至所述啤酒塔的第一出口，以及流体连接到所述提取塔用于将所述有机料流排放至所述提取塔的第二出口。

78.根据权利要求77所述的系统，其中所述乙醇生产工厂还包括：

流体地置于所述发酵罐与所述啤酒塔之间的啤酒池，

将所述发酵罐连接至所述啤酒池的第一管线，以及

将所述啤酒池连接至所述啤酒塔的第二管线，

其中所述分离装置设置在所述第一管线上，以便流体地置于所述发酵罐与所述啤酒池之间，

其中所述分离装置的所述第一出口连接至所述啤酒池，用于将所述啤酒料流排放至所述啤酒池，并且其中所述啤酒池包括连接至所述第二管线的出口，用于将所述啤酒料流排放至所述啤酒塔。

79.根据权利要求77所述的系统，其中所述乙醇生产工厂还包括：

流体地置于所述发酵罐与所述啤酒塔之间的啤酒池，

将所述发酵罐连接至所述啤酒池的第一管线，所述啤酒池经由所述第一管线从所述发酵罐接收所述双相混合物，以及

将所述啤酒池连接至所述啤酒塔的第二管线，

其中热交换器设置在所述第二管线上，其中所述分离装置设置在所述第二管线上，以便在所述热交换器的下游流体地置于所述啤酒池与所述啤酒塔之间，并且

其中所述分离装置的所述入口连接至所述第二管线，用于从所述啤酒池接收所述双相混合物，并且其中所述第一出口连接至所述分离装置的所述入口下游的所述第二管线，用于将所述啤酒料流排放至所述啤酒塔。

80.根据权利要求77至79中任一项所述的系统，其中所述分离装置包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。

81.根据权利要求77至80中任一项所述的系统，其中所述有机料流包含丁基酯，其中所述系统还包括流体地置于所述提取塔与所述发酵罐之间的反应器，所述反应器具有用于接收所述有机料流的入口，其中所述反应器被构造成使所述有机料流中的所述丁基酯反应，以产生包含丁醇和提取剂的反应组合物，其中所述提取塔为被构造成将所述反应组合物分离成富丁醇蒸气料流和富提取剂料流的再生塔。

82.根据权利要求77至81中任一项所述的系统，其中所述提取塔与所述啤酒塔并行操作。

83.用于使用可逆改装的乙醇生产工厂来生产丁醇的系统，所述系统包括：

(a)乙醇生产工厂，所述乙醇生产工厂包括发酵罐、侧流汽提器、精馏塔和啤酒塔，其中所述发酵罐包括外部冷却回路，用于经由排出管线从所述发酵罐中去除发酵液、通过热交换装置循环所述去除的发酵液并且经由回流管线使所述去除的发酵液在较低温度下返回至所述发酵罐，其中所述外部冷却回路被改装以将提取剂导入所述发酵罐，用于与所述发酵液接触，并且其中所述啤酒塔被改装用于从排放自所述发酵罐的双相混合物中汽提丁醇，所述啤酒塔具有用于排放富丁醇蒸气料流的出口和用于排放贫丁醇啤酒塔底料流的出口；

(b)提取塔，所述提取塔具有用于接收所述贫丁醇啤酒塔底料流的入口、用于排放回收的提取剂的出口，以及用于排放贫提取剂啤酒塔底物的出口；

(c)流体连接到所述啤酒塔的所述出口的冷凝器，所述冷凝器被构造成将所述富丁醇蒸气料流冷凝以产生富丁醇料流；

(d)流体连接到所述冷凝器的滗析器，所述滗析器将所述富丁醇料流分离以产生第二富丁醇料流和贫丁醇料流；以及

(e)流体连接到所述滗析器的脱水塔，所述脱水塔被构造成蒸馏所述第二富丁醇料流以产生丁醇，所述脱水塔具有排放丁醇的出口。

84.根据权利要求83所述的系统，其中所述精馏塔被改装以用作被构造成蒸馏所述富丁醇料流的所述脱水塔。

85.根据权利要求83所述的系统，其中所述侧流汽提器被改装以用作脱醇塔。

86.根据权利要求83所述的系统，其中所述分离装置包括水力旋流器、内联涡旋分离器、离心机、滗析器、或它们的组合。

87.根据权利要求86所述的系统，其中所述分离装置为三相离心机。

88.根据权利要求83至87中任一项所述的系统，所述系统还包括流体地置于所述第一分离装置与所述啤酒塔之间的第二分离装置，其中所述第二分离装置包括：

连接至用于排放贫丁醇啤酒塔底流出料流的所述啤酒塔出口的入口，

用于排放从所述啤酒塔底物中去除的固体的第一出口，以及

用于排放包含提取剂和稀塔馏物的混合物的所述剩余的啤酒塔底物的第二出口，

其中所述第一分离装置的所述入口连接至所述第二分离装置的所述第二出口，用于接收所述提取剂和稀塔馏物的混合物，其中所述第一分离装置的所述第一出口排放所述提取剂，并且其中所述第一分离装置的所述第二出口排放所述稀塔馏物。

89.根据权利要求88所述的系统，其中所述第二分离装置包括水力旋流器、离心机或滗析器。

90.根据权利要求89所述的系统，其中所述第二分离装置为所述乙醇生产工厂的所述离心机。

91.根据权利要求86至90中任一项所述的系统，其中所述第一分离装置为滗析器。

92.根据权利要求88至91中任一项所述的系统，所述系统还包括第二分离装置，所述第二分离装置具有连接至所述第一分离装置的所述第二出口用于接收所述贫提取剂啤酒塔底物的入口、用于排放稀塔馏物的第一出口，以及用于排放从所述啤酒塔底物中去除的固体的第二出口。