CN104955555A - 用于改善的气体溶解的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了相比已知的系统具有增加的效率和灵活性的微气泡产生系统。此外，本发明提供了微气泡产生的方法。尤其，本发明涉及通过减小气泡尺寸和增加进入液体发酵液的气体吸收来提高发酵反应的效率。

Description

用于改善的气体溶解的系统和方法
技术领域
本发明涉及减小液体中气泡尺寸的系统和相关的使用方法。更具体地，本发明涉及通过减小气泡尺寸和增加进入液体发酵液的气体吸收来提高发酵反应的效率。
背景
许多方法使用液体底物中溶解的气体。为了使溶解进入液体的气体最大化，气泡表面积应被最大化。这可通过使气泡尺寸最小化而实现。
已知用于产生这些“微气泡”的方法和装置，比如US4938865和AU677542中描述的那些。这些文档中描述的装置称为Jameson槽，并且利于气体引入液体流，以产生泡沫层。Jameson槽采用单个液体的俯射喷嘴，以经伯努利效应夹带大气空气，其在非常高的剪切应力区域内将空气破碎成非常小的气泡，作为喷射进入液体。
在Jameson槽中，气体必须在塔的顶部喷射并且其通过高速液体夹带。为了进行气体夹带，Jameson槽具有最小喷射速度的要求。这不同地称为是8m/s或15m/s。其优势是能够以更小的最小喷射速度获得微气泡，以增加系统的能量效率并且通过允许喷射速度基于具体应用的要求改变来提供增加的灵活性。
Jameson槽中气体夹带的机制需要气体入口孔和液体射流必须被下水管围绕以产生吸力作用。Jameson槽也需要管道之外的容器，以接收液体射流和混合物。Jameson槽设计为用于矿物质的泡沫浮选，尤其利于小粒子在高剪切中的附着，其造成高速的黏性耗散成热。这需要高的湍流，用于矿物质颗粒和气泡之间更高的接触。因为这，Jameson槽特征在于其下水管中的高湍流。高湍流降低了总体系统的效率并且当用于具体的应用比如微生物发酵时，可损伤细胞或蛋白质。
使用微生物的发酵反应基本上以气态形式进料底物。例如包含CO和/或CO2和/或O2和/或H2的气流可泵入生物反应器，使得它们起泡通过发酵液和/或可提供在生物反应器的任何顶部空间中。流中的一部分气体溶解在发酵液中，使得其然后被在具体的反应中活动的微生物使用。发酵液中气体的可用性或浓度可对发酵过程的产率具有显著的影响。但是，气体比如CO和O2在生物反应器中包含的一般的水性发酵液中具有差的溶解度，使得其难以和/或缓慢溶解期望的量的气体进入发酵液，而在发酵过程中被微生物使用。
通过增加气体-至-液体传质而提高气体发酵效率的潜在方法是用微气泡分散体的喷射。已经表明这样的增强用于涉及在连续、搅拌罐反应器中生长的甲基营养丁酸杆菌的合成-气体发酵，其使用切向过滤器用于总的细胞再回收(Bredwell和Worden 1998，Biotechnol.Prog.14，31-38)。
本发明的目的是克服现有技术的一个或多个缺点，或至少为公众提供有用的选择。
发明内容
在第一方面中，本发明提供了微气泡产生系统，系统包括：
a.塔，
b.适于利于将液体引入塔的穿孔板；和
c.适于将气体喷射至塔的气体喷布器，
其中穿孔板位于气体喷布器上方。使用时，一部分液体从穿孔板流动并且通过将气体喷射进入塔中包含的液体接触泡沫层。
在具体的实施方式中，穿孔板基本上填充塔的横截面。
在具体的实施方式中，塔进一步包括适于接收液体并且将其传递至穿孔板的液体入口。
在具体的实施方式中，塔进一步包括适于接收气流并且将其传递至气体喷布器的气体入口。
在具体的实施方式中，塔进一步包括适于接收系统产生的微气泡产物的液体出口。
在具体的实施方式中，塔进一步包括气体安全阀。优选地，气体安全阀以基本上邻近穿孔板的水平和低于穿孔板的水平位于塔中。
在具体的实施方式中，塔包括朝着塔基座的扩展部分，由此塔的宽度相对于朝着塔顶部的宽度增加。使用时，该扩展部分具有降低液体的向下速度的作用并且允许经气体喷布器更连续和有效的气泡产生。
在具体的实施方式中，系统进一步包括适于从塔接收微气泡产物的泡沫/液体分离器。
在具体的实施方式中，泡沫/液体分离器适于将至少一部分基本上液体馏分传递至塔上的液体入口，优选地经液体泵。
在具体的实施方式中，泡沫/液体分离器适于将至少一部分基本上泡沫馏分传递至消泡槽。
在具体的实施方式中，消泡槽包括抗泡沫喷雾。
在具体的实施方式中，消泡槽适于产生用于从系统提取的起泡物(foamate)产物。
在具体的实施方式中，塔是用于发酵气态底物的生物反应器，以产生一个或多个产物。在可选的实施方式中，生物反应器连接至塔并且生物反应器适于从塔接收包含气态底物的微气泡的微气泡产物。在该可选的实施方式中，生物反应器包括适于从生物反应器接收发酵液并且将其传递至塔的发酵液出口。
在具体的实施方式中，微气泡产生系统配置为提供气态底物传质至发酵液中的一个或多个微生物。
在具体的实施方式中，生物反应器包含发酵液，其包括一个或多个一氧化碳营养微生物的培养物，其能够通过发酵包含CO的微气泡产物产生一个或多个产物。
在具体的实施方式中，系统进一步包括适于从生物反应器接收发酵液的主气体-液体分离器。在具体的实施方式中，主气体-液体分离器进一步适于将发酵液的至少一部分基本上气体组分经压缩机/吹风机和气体喷布器传递至塔。在进一步的实施方式中，主气体-液体分离器适于从系统去除发酵液的至少一部分基本上气体组分。
在具体的实施方式中，主气体-液体分离器进一步包括抗泡沫喷雾。
在具体的实施方式中，主气体-液体分离器适于将至少一部分发酵液传递至次气体-液体分离器，和/或将至少一部分发酵液传递至产物回收出口用于产物提取。
在具体的实施方式中，次气体-液体分离器适于接收新鲜培养基和/或将至少一部分发酵液传递至塔的液体入口，优选地经液体泵。次气体-液体分离器任选地包括去除从发酵液分开的至少一部分气体的气体出口。
在具体的实施方式中，微气泡产生系统是微气泡气体吸收系统的一部分。
在具体的实施方式中，系统进一步包括适于从塔接收微气泡产物的气体-液体分离器。
在具体的实施方式中，气体-液体分离器适于从系统去除微气泡产物的至少一部分基本上气体组分。
在具体的实施方式中，气体-液体分离器适于将微气泡产物的至少一部分基本上液体部分传递至塔，优选地经液体泵。
在具体的实施方式中，两个或更多个微气泡产生系统彼此堆叠在顶部以形成反应器堆。在具体的实施方式中，分离单个气流并且提供至形成反应器堆的两个或更多个微气泡产生系统的每一个。在具体的实施方式中，形成反应器堆的两个或微气泡产生系统经机械支撑结构彼此连接。
根据第二方面，本发明提供了微气泡产生的方法，其包括：
a.经气体喷布器将气体分布至包含液体的塔，以形成气泡；和
b.经位于气体喷布器之上的穿孔板将液体引入塔，以产生液体射流使得液体射流接触气泡并且产生微气泡。
引入的液体可以是与塔中已经存在的相同的液体，或可以是不同的液体。液体射流破碎由将气体分布至塔中的包含的液体形成的气泡。
在具体的实施方式中，液体射流接触由塔中包含的液体的表面上大量气泡形成的泡沫层。
在具体的实施方式中，泡沫层的顶部维持在穿孔板的水平。
在具体的实施方式中，穿孔板中孔的直径使得对于给定总体积液体流，可保持期望的液体射流速度。优选地，孔为约0.1至约0.5mm。优选地约0.2mm直径。
在具体的实施方式中，塔中包含的液体和/或引入塔的液体流包含一个或多个表面活性物质。在具体的实施方式中，这些表面活性物质包括蛋白质、肽、离子或非离子表面活性剂、生物表面活性剂、疏水的或两性颗粒，包括但不限于某些微生物的细胞。
在具体的实施方式中，由孔径大小为0.5mm的喷布器产生的气泡的直径为约3mm。
在具体的实施方式中，使液体射流接触一个或多个气泡之后产生的微气泡直径是约200至约10μm。
在具体的实施方式中，液体以具体的液体入口流速引入塔，气体以具体的分布流速喷射并且控制所述流速使得气泡形成的速度等于气泡通过液体射流破碎成微气泡的速度。
在具体的实施方式中，方法进一步包括经液体出口从塔提取微气泡产物。优选地，液体出口位于高于喷布器水平的水平，以使得气泡在没有微气泡的液体层中形成。
在具体的实施方式中，通过调整喷射气体的速度和液体引入塔的速度，控制从塔提取的微气泡产物的液体与气体体积比。
在具体的实施方式中，通过调整初始气泡尺寸和喷射速度，控制微气泡产物中气泡的尺寸。通过穿过多孔板的体积液体流速、孔数量和孔直径，控制喷射速度。通过调整喷布器孔直径和气体分布流速控制初始气泡尺寸。
在具体的实施方式中，当微气泡产生器连续操作时，在两个方向中气流的总质量通量彼此相同。
在具体的实施方式中，塔中的气压经气体安全阀释放。优选地，气体安全阀以基本上邻近穿孔板的水平和低于穿孔板的水平位于塔中。
在具体的实施方式中，方法包括如第一方面中描述的微气泡产生系统的应用。
在具体的实施方式中，微气泡产生的方法用于结合气体发酵的方法，以产生一个或多个发酵产物。在具体的实施方式中，在生物反应器内进行发酵，其中生物反应器可以是如本文描述的塔，或一个或多个分开的生物反应器容器。
在具体的实施方式中，方法包括从气态底物向包含微气泡产物的发酵液的一个或多个微生物传质的步骤。
在具体的实施方式中，发酵液包括一个或多个一氧化碳营养微生物的培养物，其能够通过发酵包含Co的微气泡产物产生一个或多个产物。
在具体的实施方式中，来自生物反应器的至少一部分发酵液传递至主气体-液体分离器。在具体的实施方式中，通过主气体-液体分离器分离发酵液的至少一部分基本上气体组分并且经压缩机/吹风机和气体喷布器传递至塔。在进一步的实施方式中，通过主气体-液体分离器从系统去除发酵液的至少一部分基本上气体组分。
在具体的实施方式中，主气体-液体分离器添加抗泡沫喷雾至部分发酵液。
在具体的实施方式中，主气体-液体分离器将至少一部分发酵液传递至次气体-液体分离器，和/或将至少一部分发酵液传递至产物回收出口，用于产物提取。
在具体的实施方式中，新鲜培养基添加至次气体-液体分离器中的发酵液，然后将至少一部分发酵液传递至塔上的液体入口，优选地经液体泵。在具体的实施方式中，从次气体-液体分离器中发酵液分开的至少一部分气体传递至气体出口，用于从系统去除。
在具体的实施方式中，从主气体-液体分离器分开的发酵液直接返回塔上的液体入口，优选地经液体泵。
在具体的实施方式中，微气泡产生的方法结合泡沫分馏方法使用，以产生一个或多个表面活性物质。
在具体的实施方式中，至少一部分微气泡产物从塔传递至泡沫/液体分离器用于分馏。
在具体的实施方式中，泡沫/液体分离器将至少一部分基本上液体馏分传递至塔上的液体入口，优选地经液体泵。
在具体的实施方式中，泡沫/液体分离器将至少一部分基本上泡沫馏分传递至消泡槽。当表面活性物质存在于微气泡产物中时，泡沫馏分包含更高浓度的物质。
在具体的实施方式中，抗泡沫喷雾施加至基本上泡沫馏分，以产生起泡物产物，其从系统去除，用于进一步加工。
在具体的实施方式中，方法包括微气泡气体吸收系统，其中包括一种或多种气体的第一气体组分与包括一种或多种气体的第二气体组分分离，其中第一气体组分基本上可溶解在液体中并且第二气体组分较不溶或基本上不溶解在液体中。
在具体的实施方式中，多组分气流喷射至包含液体的塔以产生微气泡产物，其然后从塔传递至气体-液体分离器。
在具体的实施方式中，气体-液体分离器从微气泡产物去除至少一部分较不可溶的或基本上不溶的气体组分，以产生包含溶解的基本上可溶的气体组分的液体组分。
在具体的实施方式中，从系统去除液体组分并且可进行本领域技术人员已知的起泡技术，以确保分开的气体的收集。
在具体的实施方式中，第一气体组分包括CO2并且液体包括单乙醇胺或水。
在第三方面中，本发明提供了通过第二方面的方法产生的产物。
在具体的实施方式中，产物是选自下述的发酵产物：乙醇、丁醇、2,3-丁二醇、丙酮、异丙醇、乙酸、乳酸、磷酸和生物质。
在具体的实施方式中，产物是通过泡沫分馏方法分开的表面活性物质。优选地，所述物质选自蛋白质、肽、离子或非离子表面活性剂或生物表面活性剂。
在阅读提供本发明实践应用的至少一种实施例的下述说明时，应理解为其新颖方面的本发明的进一步方面对本领域技术人员将显而易见。
附图说明
现参考附图仅仅通过举例描述本发明的实施方式，其中：
图1是本发明的微气泡产生器的示意图。
图2显示用于微气泡泡沫分馏的本发明的实施方式。
图3显示气体发酵系统中用于微气泡产生的本发明的实施方式。
图4显示本发明的实施方式中使用的多孔板上孔排列。
图5显示在微气泡产生器的塔中基本上临近和低于穿孔板的水平的微气泡的图像。
图6显示积累的气泡尺寸分布并图解说明平均气泡尺寸是最大气泡尺寸的约一半。
图7显示多个微气泡反应器的可选构造的实施例，其中一个反应器放置在另一个顶部，以形成反应器堆。
优选实施方式的详述
定义
“喷布器”包括将气体引入液体以搅动它或将气体溶解在液体中的设备。在具体的实施方式中，喷布器可以是穿孔板、烧结的玻璃、烧结的钢、多孔橡胶管、多孔金属管、多孔陶瓷或不锈钢。喷布器可以是各种级别的(多孔性)，以提供具体尺寸的“气泡”。
“塔”是其中引入一种或多种气体和液体流用于气泡产生和微气泡产生，和用于随后气体-液体接触、气体-吸收、生物/化学反应、表面活性材料吸附的容器。在塔气相和液相中，流在竖直方向上。在塔中，液体赋予的浮力大于阻力的更大的气泡向上上升，而液体赋予的浮力小于或等于阻力的更小的气泡与液体向下流。塔不限于任何具体的纵横比(高度与直径比)。塔不限于任何具体的材料并且可由适于比如但不限于不锈钢或PVC的方法的任何材料构建。塔可包含内部组件，比如但不限于生物/化学工程化加工中常用的一个或多个静态混合器。塔可由外部或内部加热或冷却设备，比如但不限于水夹层组成。“穿孔板”包括板或类似的排列，其设计为利于将液体引入塔，多液体射流的形式(本文称为“液体射流”)。典型地，穿孔板具有横跨板均匀分布的孔，其使得液体从板的一侧流至另一侧。在可选的实施方式中，板可包括适于产生流入塔的液体射流的一个或多个喷嘴。板可包含以任何分布或排列的通道，其中这样的通道适于接收液体并且利于流过进入塔。板可由不锈钢制备，所述不锈钢具有预定数量的激光器-灼烧的洞或“孔”。具体的孔径大小取决于微气泡产生系统所用于的应用。在具体的实施方式中，孔径大小是约130μm直径。优选地，孔布置在以偏置行排列布置，从而行中的每个孔与所述孔紧挨着的上方和下方的行的两个孔相同。相同或不同孔隙率的穿孔板可用作气体喷布器。
如本文提及“泡沫”是液体膜的基质中的大量气泡。泡沫的体积液体馏分优选地小于10％、优选地小于5％，优选地小于2％。
“泡沫/液体分离器”是设计为通过使包含气体-液体混合物的微气泡沉淀某些时间量(停留时间)将泡沫与液体分开的装置，在该期间，气泡上升并且积聚在液体表面，以形成泡沫层并且泡沫中的间隙液体在重力的作用下排放回至泡沫层下方的液体库。泡沫/液体分离器的例子是本领域技术人员已知的，但是，作为例子，泡沫/液体分离器可以是竖直容器，其中包含微气泡的气体-液体混合物通过中间部分的孔连续引入容器。从位于容器顶部的孔连续提取泡沫并且从位于容器底部的孔连续回收与泡沫分开的液体。液体水平控制阀可用于通过调整液体的回收速度维持容器内侧的泡沫/液体界面。
如本文提及“消泡槽”是其中泡沫完全坍塌产生在表面活性材料中浓缩的液体形式的(起泡物)容器。释放和排放最初封装在气泡中的气体。作为例子，消泡槽可以是不锈钢容器，其中泡沫经适当的管网引入容器并且适当的消泡剂(抗泡沫试剂)喷洒在泡沫上，以使得泡沫中的气泡坍塌。机械搅拌器可用于辅助消泡剂在罐的大量泡沫中的分布。以连续操作模式，泡沫连续进料至容器并且连续回收起泡物。
“气体/泡沫分离器”是设计为将气体与泡沫分开的装置。气体/泡沫分离器的例子是本领域技术人员已知的。气泡‘分类区’是本发明的微泡罩塔中的部分，其中基于气泡尺寸的不同，因此赋予气泡的阻力和浮力的相对大小不同，较大的气泡上升的同时微气泡下降。
“气体/液体分离器”是设计为通过允许气体-液体混合物沉积某些时间(停留时间)将气体与液体分开的装置，在该时间内基本上液体馏分沉降至容器的底部，在此将其撤出。从气体-液体混合物释放的气体积聚在容器的上部，在此排放或回收。在液相包含一个或多个表面活性材料和气体封装在稳定气泡中的情况下，消泡剂(抗泡沫)用于坍塌气泡，因此从气泡释放气体。在气体-液体混合物被加压并且一种或多种气体组分溶解在液体中的情况下，气体/液体分离器容器能够使气体-液体混合物减压因此从液体释放气体用于随后分离。气体/液体分离器的例子是本领域技术人员已知的，但是，作为例子，气体/液体分离器可以是竖直容器构建的不锈钢并且配备适当的管网、孔和泵，其中气体-液体混合物经位于中间部分的引入容器，从底部回收液体并且经在顶部的孔提取气体。在另一例子中，气体-液体分离器升高至更高的高度，其中压力小于气体-液体混合物所来自的上游容器，使得溶解的气体从液体释放并且随后分离。如本文提及“抗泡沫喷雾”指分散在从适当的类型的分离器，比如喷雾喷嘴产生的气体中的微小抗泡沫(消泡剂)液滴的动态收集。在具体的实施方式中，抗泡沫喷雾包括喷雾喷嘴，通过其加压的消泡剂以微液滴形式分散在泡沫层的表面并且泡沫随后由于抗泡沫作用(消泡剂)而坍塌。
如本文提及“表面活性物质”指降低液体表面张力并且稳定气体-液体分散比如泡沫或微气泡的化合物。在具体的实施方式中，表面活性物质包括蛋白质、肽、离子或非离子表面活性剂或生物表面活性剂。表面活性物质可以通过发酵过程中微生物活性天然产生，或它们可人工添加至溶液。
如本文提及，“微气泡”是直径为约200至约10μm的气体的气泡。
如本文提及，“微气泡产物”是包含微气泡的液体/气体混合物。
如本文提及，“发酵液”是包括至少营养培养基和细菌细胞的培养基。
术语“增加效率”、“增加的效率”等，当结合发酵过程使用时，包括但不限于增加下述的一个或多个速度微生物催化发酵的生长、以升高产物浓度生长和/或产物产生速度，每体积消耗的底物产生的期望的产物的体积、产生的速度或产生期望的产物的水平，和与发酵的其他副产物相比产生的期望产物的相对比例。
短语“包括一氧化碳的底物”和类似的术语应理解为包括其中一氧化碳可用于例如一个或多个细菌菌株生长和/或发酵的任何底物。
短语“包括一氧化碳的气态底物”和类似的短语和术语包括包含一氧化碳水平的任何气体。在某些实施方式中，底物包含按体积计至少约20％至约100％的CO、按体积计20％至70％的CO、按体积计30％至60％的CO，和按体积计40％至55％的CO。在具体的实施方式中，底物包括按体积计约25％、或约30％、或约35％、或约40％、或约45％、或约50％的CO，或约55％的CO，或约60％的CO。
尽管底物没必要包含任何氢，但是H2的存在不应根据本发明的方法对产物形成有害。在具体的实施方式中，氢的存在使得改进的醇产生的总体效率。例如，在具体的实施方式中，底物可包括约2:1，或1:1，或1:2比例的H2:CO。在一个实施方式中，底物包括按体积计约30％或更少的H2、按体积计20％或更少的H2、按体积计约15％或更少的H2或按体积计约10％或更少的H2。在其他实施方式中，底物流包括低浓度的H2，例如，小于5％、或小于4％、或小于3％、或小于2％、或小于1％，或基本上不含氢。底物也可包含一些CO2例如，比如按体积计约1％至约80％的CO2，或按体积计1％至约30％的CO2。在一个实施方式中，底物包括按体积计小于或等于约20％的CO2。在具体的实施方式中，底物包括按体积计小于或等于约15％的CO2，按体积计小于或等于约10％的CO2，按体积小于或等于约5％的CO2或基本上无CO2。
在本发明的具体实施方式中，包含CO的气态底物是工业尾气或废气。“工业废气或尾气”应宽泛的解释为包括包含由工业过程产生的CO并且包含由于含铁金属产物制造、非含铁产物制造、石油精炼过程、煤的气化、生物质的气化、发电、炭黑生产，和焦炭制造产生的气体的任何气体。进一步的例子可在本文其他地方提供。
除非上下文以其他方式指出，短语“发酵”、“发酵过程”或“发酵反应”等，如本文所使用，旨在包括该过程的生长阶段和产物生物合成阶段。如本文进一步描述，在一些实施方式中，生物反应器可包括第一生长反应器和第二发酵反应器。这样，添加材料至发酵反应应理解为包括添加至这些反应器的一个或二者。
本文提及的术语“生物反应器”(或“塔”，其中塔也是生物反应器)包括由一个或多个容器和/或塔或管道排列组成的发酵设备，其包括连续搅拌罐反应器(CSTR)、固定细胞反应器(ICR)、滴流床反应器(TBR)、气泡/微泡罩塔、气升发酵罐，或适于气体-液体接触的其他容器或其他设备。在一些实施方式中，生物反应器可包括第一生长反应器和第二发酵反应器。这样，当提及添加底物至生物反应器或发酵反应时，应理解为包括添加至这些适当的反应器之一或二者。
如本文提及，“反应器的堆”或“反应器堆”是多微气泡反应器的构造，其中一个反应器以适当的管道、泵、管、配件和机械支撑结构放置在另一反应器的顶部。反应器的堆增加反应器系统的吞吐量而不明显增加对占地面积的要求。
发明人已经开发了相比已知的系统具有增加的效率和灵活性的微气泡产生系统。
本发明利用多液体射流在塔中将大的气泡破碎成微气泡。初始通过用气体喷布器在塔的底部或下部分布气体产生大的气泡。这些大的气泡向上迁移通过液体至位于液体顶部的泡沫层。通过将液体泵过穿孔板进入泡沫层形成液体射流。射流具有将泡沫气泡破碎成更小的微气泡的作用，所述更小的微气泡通过液体流从塔向下冲洗。更大的气泡保留在待破碎成更小气泡的泡沫层中或如果它们向下冲洗，它们向下迁移。从塔经液体出口去除包括液体/气泡混合物的微气泡产物并且可用于其他应用，如本领域技术人员已知的或可以是本文所述的。
一般而言，对于给定的能量消耗期望产生尽可能更小的气泡。本发明提供了超过已知系统的优势在于其对于以期望的气体/液体比产生具体气泡尺寸的微气泡产物具有增加的能量效率。这是因为气体通过大气泡的形式直接分布引入，而不是需要液体和气相之间高速相对运动的‘夹带’。本发明通过破碎大的气泡，而不是通过破碎液体表面产生微气泡。
此外，本发明的微气泡产生系统可以其中微气泡产物尺寸可保持恒定的宽范围吞吐量操作。气泡尺寸取决于塔的喷射速度和气相停留时间。对于给定的气体分布速度，当液体速度降低时，气体的停留时间自然增加。
本发明对喷射速度没有任何具体要求并且其可基于具体应用的要求而改变。相比已知的系统(比如Jameson槽)，本发明产生的湍流最小。就增加能量效率和对于液体中存在的蛋白质或微生物较不严苛的环境(就剪切和湍流)而言，这具有优势。
本发明另外的优势是微气泡产生发生在单个容器(塔)中，相比已知的系统大大减少了移动部件。这降低了成本、复杂性、维修要求和有助于保持连续操作。
在图1显示的具体的实施方式中，塔1经液体入口2初始至少部分填充包含一个或多个表面活性物质，比如但不限于蛋白质、肽、离子或非离子表面活性剂或生物表面活性剂的液体至期望的水平。塔也可在塔的任何适当的位置包含一个或多个进一步液体入口或液体出口，以利于填充和从塔排空液体。塔1包括与气体入口4连接的喷布器3，其将气体喷射至液体。定位喷布器从而其产生的气泡5向上迁移通过分类区9，这是由于它们向上朝着塔1的泡沫层6的浮力。从喷布器3产生的气泡直径必须足够大以具有某一上升速度，从而其不被流过穿孔板7的液体射流的力向下推。
从喷布器产生的气泡迁移至液体的顶部并且形成泡沫层6。初始，随着气体分布继续，泡沫层的厚度增加但是其以连续操作模式维持在恒定厚度。塔顶部1包含穿孔板7，液体可通过传递，以在塔内侧形成多个液体射流。穿孔板位于气体喷布器上方，使得液体射流接触喷布器产生的泡沫层。技术人员认识到，穿孔板不必仅仅挨着喷布器上方布置；其可是偏置的或以能够将液体射流引入泡沫层的任何适当的排列。另外，塔可偏离竖直布置，这取决于具体应用的要求。优选地，泡沫层的顶部6维持在穿孔板的水平7。孔的直径应使得对于给定总体积液体流，可获得期望的液体射流速度。通过穿过多孔板的液体产生的液体射流冲击泡沫的表面，将泡沫层6中的气泡破碎成微气泡。
取决于期望的应用，微气泡的直径可以小于200μm，优选地小于150μm，优选地小于100μm，优选地小于60μm。微气泡与液体一起向下移动穿过塔内侧的分类区9，但是同时在塔的底部或下部经气体喷布器产生新的气泡。控制液体入口流速和气体入口流速，从而新气泡产生的速度等于在泡沫层的顶部的气泡破碎成微气泡的速度。
塔进一步包括液体出口8，其中微气泡产物10离开塔。对于宽度/直径没有任何扩张或收缩的直塔，期望液体出口8和喷布器3之间的距离，从而在于分类区分开的区域产生气泡并且基本上不含微气泡。如果气泡直接喷射至分类区9，由于液体的向下速度，喷布器产生的气泡尺寸更难以控制。可产生非常大的气泡和不连续的气泡尺寸。
通过入口气体流速和入口液体流速，控制离开塔的微气泡产物10的液体与气体体积比。通过调整初始气泡尺寸和喷射速度，控制微气泡产物中气泡的尺寸。通过体积液体流速和孔数量和孔直径，控制喷射速度。通过调整喷布器孔直径和气体分布流速，控制初始气泡尺寸。
本发明特征在于塔内气泡向上流动和同时微气泡向下流动。对于惰性气体，当微气泡产生器连续操作时，在两个方向中气流的总质量通量彼此相同。对于活性气体，入口气体的质量通量等于向下流气体的质量通量，加上反应消耗的气体的质量通量。如果气体流超过液体射流可破碎的，则在穿孔板下方形成气体层。为了利于气体以此情形释放，塔可进一步包括气体安全阀，以释放气体。可通过任选的与液体出口8连接的压力释放阀，控制塔内的压力。
表面活性材料的富集和提取
在具体的实施方式中，微气泡产生系统是微气泡泡沫分馏过程和用于从溶液富集和提取表面活性物质(比如蛋白质、肽、离子或非离子表面活性剂或生物表面活性剂)的装置的一部分。当表面活性物质存在于微气泡产物中时，泡沫馏分包含更高浓度的物质并且所以期望用于包括提取和/或纯化、运输、储存的进一步加工。
实施方式显示在图2中，其中通过从喷布器13分布从气体入口19接收的气体产生微气泡产物和通过使液体流过穿孔板11产生液体射流。至少一部分微气泡产物18从塔12传递至泡沫/液体分离器14用于分馏。泡沫/液体分离器将至少一部分基本上液体馏分17传递至塔上液体入口，优选地经液体泵15。在返回至塔12之前，基本上液体组分可补充新鲜液体进料16。至少一部分基本上液体组分可从系统通过液体出口25去除。泡沫/液体分离器将至少一部分基本上泡沫馏分20传递至消泡槽21。抗泡沫喷雾22施加至基本上泡沫馏分，以产生起泡物产物23，其从系统去除用于进一步加工和提取期望的表面活性物质。任何过多的气体可从消泡槽经气体出口24去除。
在具体的实施方式中，微气泡泡沫分馏过程可用于从奶制品进料提取蛋白质。蛋白质以泡沫形式吸附至微气泡的表面，其可被去除并且坍塌，以产生富集的产物。如果气泡非常小，那么有更大的比表面积，其上可吸附蛋白质。现有小气泡产生的方法的能量效率低并且产生非常高的剪切应力的区域，其可使蛋白质变性。另外，因为高的比表面积，本发明产生的微气泡对于界面吸附是卓越的。
在具体的实施方式中，微气泡分馏过程可用于从废物流去除蛋白质，例如从废水处理操作，以便减少生物氧要求(BOD)。这尤其用于释放至环境或进一步处理之前的处理废物流。在该情况下，期望本发明从进料流去除大部分的蛋白质。在具体的实施方式中，从溶液去除的表面活性物质部分大于溶液中总物质量的50％、60％、70％、80％或90％。
微气泡气体发酵系统
在具体的实施方式中，微气泡产生系统是气体发酵系统的一部分。根据本发明，具体的气体发酵系统包括生物反应器，其包含微生物和发酵液。微生物使用溶解在发酵液中的气体，以产生至少一种产物，比如乙醇或2,3-丁二醇。系统的生物反应器可以是先前描述的作为微气泡产生系统一部分的塔，或可以是分开的容器。
在典型的气体发酵中，尤其使用相对不溶解的气体物质比如O2和CO，一个大的限制是可溶解在发酵底物中的气体的量，和其可溶解的速度。本发明提供了从气态底物传质至包含微气泡产物的发酵液的一个或多个微生物的改进的方法。
在图3显示的具体的实施方式中，液体经穿孔板31引入至塔32，以形成液体射流。在该具体的实施方式中，塔也是生物反应器。气体29喷射至液体，以产生破碎成微气泡产物30的泡沫，其接着传递至主气体-液体分离器34。通过主气体-液体分离器分离发酵液的基本上气体组分并且经压缩机/吹风机38和气体喷布器传递35至塔。发酵液的一部分基本上气体组分可通过主气体-液体分离器34从系统46去除。主气体-液体分离器可将抗泡沫喷雾37添加至其中包含的部分发酵液。
主气体-液体分离器将至少一部分发酵液传递41至次气体-液体分离器36，和/或将至少一部分发酵液传递至产物回收出口42，用于产物提取。新鲜培养基43添加至次气体-液体分离器36中的发酵液，然后具有低气体含量的至少一部分发酵液44传递至塔上的液体入口，优选地经液体泵47。次气体-液体分离器中从发酵液分开的至少一部分气体传递至进一步气体出口48，用于从系统去除。
在图2和3的实施方式中，可见在塔的底部塔包含扩展部分(图3中标记13)。在该部分，液体速度低并且可形成喷布器产生的气泡并且更容易上升。在该实施方式中，液体出口不位于如图1中的塔侧上并且可位于其他位置，比如在塔基座中。
微气泡产物通常进料至(或产生在)生物反应器中。微气泡产物的优势在气体与液体的高表面积增强气体被液体的吸收。当使用具有低溶解度的气体，比如CO或O2时，期望是气体吸收最大化，以利于微生物生长和产生。
从气流提取气体
在具体的实施方式中，方法包括微气泡气体吸收系统，其中包括一种或多种气体的第一气体组分与包括一种或多种气体的第二气体组分分离，其中第一气体组分基本上可溶于液体和第二气体组分较不溶于或基本上不溶于液体中。
在该实施方式中，通过将气体组分溶于液体中，系统用于将气体组分与多组分气流分离。该实施方式尤其用于从多组件气体混合物去除气体，其中待溶解的气体相比待保留在气相中的其他气体展示在液体中的高溶解度。液体可包括任何适当的溶质，比如水或单乙醇胺。在具体的实施方式中，可期望从包含许多其他气体的废气流回收CO2。为了使CO2的回收最大化，本发明的微气泡产生器用于在吸收的CO2液体中产生微气泡。然后液体(溶解CO2)与混合物的气态组分分离并且通过标准起泡技术，比如减压、升温或搅拌回收CO2。
产生方法
在本发明的实施方式中，微生物发酵的气态底物是包含CO的气态底物。气态底物可以是作为工业过程的副产物获得的包含CO的废气，或来自一些其他来源，比如来自汽车废尾气。在某些实施方式中，工业过程选自含铁金属产物制造，比如钢厂，非含铁产物制造、石油精炼过程、煤的气化、发电、炭黑生产、氨生产、甲醇生产和焦炭制造。在这些实施方式中，包含CO的气体可在其被排放至大气之前，使用任何方便的方法捕获自工业过程。CO可以是合成气(气体包括一氧化碳和氢)的组分。从工业过程产生的CO通常被燃烧，以产生CO2和所以本发明尤其用于减少CO2温室气体排放并且产生生物燃料。取决于包含气态CO底物的组分，也可期望在将引入发酵之前处理它，以去除任何非期望的杂质，比如灰尘颗粒。例如，气态底物可使用已知的方法被过滤或净化。
认识到，为了进行细菌的生长和产生产物，除了包含CO的底物气体，适当的液体养分培养基需要进料至生物反应器。
在方法方面的具体实施方式中，发酵发生在水性培养基中。在方法方面的具体实施方式中，底物的发酵发生在生物反应器中。
底物和培养基可连续、分批或分批进料方式进料至生物反应器。养分培养基包含维生素和矿物质，足够使得使用的微生物生长。适于使用CO发酵的厌氧培养基是本领域已知的。例如，适当的培养基描述在Biebel(2001)中。在本发明的一个实施方式中，培养基如在下文实施例章节所描述。
发酵应期望地在适当的用于进行产生生物燃料的发酵条件下进行。应考虑的反应条件包括压力、温度、气体流速、液体流速、培养基pH、培养基氧化还原电势、搅拌速度(如果使用连续搅拌罐反应器)、接种体水平、确保液相中的CO不受限制的最大气体底物浓度，和避免产物抑制的最大产物浓度。
另外，通常期望增加底物流的CO浓度(或气态底物中的CO分压)并且因此提高其中CO是底物的发酵反应的效率。在增加压力下的操作使得显著增加CO从气相转移至液相的速度，其中其可被微生物摄取作为用于产生发酵的碳源。这接着意味着可减少驻留时间(定义为生物反应器中的液体体积除以输入气体流速)当生物反应器维持在升高的压力而不是大气压下。最佳的反应条件部分取决于本发明使用的具体微生物。但是，一般而言，优选地发酵在在高于环境压力的压力下进行。而且，因为给定的CO转化速度是底物驻留时间的部分函数，并且实现期望的驻留时间接着指示生物反应器必要的体积、加压系统的使用可大大减小需要的生物反应器的体积，并且从而降低发酵装置的资本成本。根据美国专利号5,593,886给出的实施例，反应器体积可与反应器操作压力的增加呈线性比例下降，即在10个大气压下操作的生物反应器仅仅需要在1个大气压下操作的那些十分之一的体积。
作为例子，已经描述了在升高压力下进行气体-至-乙醇发酵的好处。例如，WO 02/08438描述了在30psig和75psig的压力下进行的气体-至-乙醇发酵，分别产生150g/l/天和369g/l/天的乙醇生产力。但是，发现使用类似的培养基和输入气体组成在大气压下进行的示例性发酵产生10和20倍更少的乙醇/l/天。
也期望的是引入包含CO的气态底物的速度从而确保液相中的CO的浓度不受限制。这是因为CO受限的条件的结果可以是一个或多个产物被培养物消耗。
用于进料发酵反应的气流的组成可显著影响该的反应的效率和/或成本。例如，O2可降低厌氧发酵过程的效率。在发酵过程阶段在发酵之前和之后，有害的或不需要的气体的加工可增加这样的阶段的负担(例如其中气流在进入生物反应器之前压缩，不必要的能量可用于压缩发酵中不需要的气体)。因此，可期望处理底物流，尤其源自工业来源的底物流，以去除有害的组分和增加期望的组分的浓度。
在某些实施方式中，本发明细菌的培养物维持在水性培养基中。优选地，水性培养基是最低厌氧微生物生长培养基。适当的培养基是本领域已知的并且描述在例如美国专利号5,173,429和5,593,886和WO02/08438中，和如下文实施例章节中描述。
产物可通过本领域已知的方法回收发酵液，比如分馏或蒸发、渗透蒸发、气提和提取发酵，包括例如，液体-液体提取。产物也可分散或分泌至培养基，它们可通过相分离从其提取。
在本发明某些优选的实施方式中，通过从生物反应器连续去除一部分发酵液、从发酵液分离微生物细胞(方便地通过过滤)，和从发酵液回收产物，从发酵液回收产物。可方便地通过例如蒸馏提取醇。丙酮可通过例如蒸馏回收。可通过例如吸附在活性炭上回收产生的任何酸。分开的微生物细胞优选地返回发酵生物反应器。任何醇(一种或多种)和酸(一种或多种)已经被去除之后的无细胞渗透物也优选地返回发酵生物反应器。另外的养分(比如B维生素)可添加至无细胞渗透物，以补充养分培养基，然后其返回生物反应器。
而且，如果发酵液的pH如上述调整，以增强乙酸吸附至活性炭，pH应再调整至发酵生物反应器中发酵液类似的pH，然后返回至生物反应器。
在具体的实施方式中，本发明的发酵反应中使用的一氧化碳营养微生物选自一氧化碳营养产乙酸细菌包括自产乙醇梭菌、杨氏梭菌、拉氏梭菌、食一氧化碳梭菌、德氏梭菌、臭味梭菌、乙酸梭菌、甲酸乙酸梭菌、大梭菌、甲基营养丁酸杆菌、伍氏乙酸杆菌、巴氏嗜碱菌、Blautiaproducta、粘液真杆菌、热醋穆尔氏菌、热醋穆尔氏菌、卵形鼠孢菌、Sporomusa silvacetica、球星鼠抱菌、普氏产醋杆菌和凯伍热厌氧菌。
在具体的实施方式中，微生物选自乙醇工业酵母簇、产乙酸梭菌，其包括物种自产乙醇梭菌、杨氏梭菌和拉氏梭菌和相关的隔离群。这些包括但不限于下述菌株：自产乙醇梭菌JAI-1T(DSM10061)(Abrini，Naveau，和Nyns 1994)、自产乙醇梭菌LBS1560(DSM19630)(WO/2009/064200)、自产乙醇梭菌LBS1561(DSM23693)、杨氏梭菌PETCT(DSM13528＝ATCC 55383)(Tanner，Miller，和Yang 1993)、杨氏梭菌ERI-2(ATCC 55380)(美国专利5,593,886)、杨氏梭菌C-01(ATCC 55988)(美国专利6,368,819)、杨氏梭菌O-52(ATCC 55989)(美国专利6,368,819)、拉氏梭菌P11T(ATCC BAA-622)(WO 2008/028055)、相关的隔离群比如“科斯卡塔梭菌”(US20110229947)和“梭菌”(Tyurin和Kiriukhin 2012)，或突变的菌株比如杨氏梭菌OTA-1(Tirado-AcevedoO.Production of Bioethanol from Synthesis Gas Using Clostridiumljungdahli.PhD thesis，North Carolina State University，2010)。这些菌株形成梭菌rRNA簇I内的亚簇，并且它们的16S rRNA基因大于99％的同一性，具有类似的低GC含量为约30％。但是，DNA-DNA重新组合和DNA指纹识别实验显示这些菌株属于不同的物种(WO2008/028055)。
该簇的所有物种具有类似的形态和尺寸(对数生长细胞为0.5-0.7x3-5μm之间)，是嗜温性(最佳生长温度在30-37℃之间)和严格厌氧菌(Abrini，Naveau，和Nyns 1994；Tanner，Miller，和Yang 1993)(WO2008/028055)。而且，它们都共有相同的主要系统发生特性，比如相同的pH范围(pH 4-7.5，最佳初始pH为5.5-6)，在包含CO的气体上以类似的生长速度强的自养生长，和类似的代谢概况，乙醇和乙酸作为主要发酵终产物，和在某些条件下形成的少量2,3-丁二醇和乳酸(Abrini，Naveau，和Nyns 1994；等2011；Tanner，Miller，和Yang 1993)(WO 2008/028055)。所有三个物种都观察到吲哚产生。但是，物种的各种糖(例如鼠李糖、阿拉伯糖)、酸(例如葡萄糖酸酯、柠檬酸酯)、氨基酸(例如精氨酸、组氨酸)，或其他底物(例如甜菜碱、丁醇)的底物利用不同。而且发现一些物种是某些维生素(例如硫胺素、生物素)的营养缺陷型，而其他的不是。已经发现负责气体吸收的Wood-Ljungdahl途径基因的组织和数量在所有物种中相同，但是核酸和氨基酸序列不同(等2011)。
在一个实施方式中，亲代微生物是自产乙醇梭菌或杨氏梭菌。在具体的实施方式中，微生物是自产乙醇梭菌DSM23693，菌株DSM10061自产乙醇梭菌的衍生物。在另一具体的实施方式中，微生物是杨氏梭菌DSM13528(或ATCC55383)。
除非上下文需要另外清楚指出，遍及说明书和权利要求书，词“包括(comprise)”、“包括(comprising)”等解释为包括性的，与排他性的或穷尽性的意思相对，即“包括但不限于”的意思。
如果有的话，上面和下面引用的所有申请、专利和出版物的全部内容通过引用并入本文。
在本说明书中提及任何现有技术不是并且不应解释为承认或任何形式的提示现有技术形成世界上任何国家本领域公知常识的一部分。
本发明也可宽泛地认为与申请的说明书中单独或共同，以两个或更多个所述部件、元件或特征的任何或所有组合提及或指示的部件、元件和特征一致。
在前述描述中，已经参考具有其已知的等价物的整数或组分，如同单独阐释将那些整数并入本文。
应当注意，本文所述的目前优选的实施方式的各种改变和修饰对于本领域技术人员是显而易见的。可作出这样的改变和修饰，而不背离本发明的精神和范围并且不消除其伴随的优势。所以，这样的改变和修饰意在包括在本发明的范围内。
实施例
实施例1-小型泡沫分馏器
材料和方法
主塔的内部直径为90mm和高度为600mm。在塔底部的粗糙气体喷布器是管-和-孔型喷布器。该喷布器的孔直径是约0.5mm。从该粗糙气体喷布器产生的气泡尺寸是约3mm。
用于产生液体射流的多孔板的例子显示在图4中。板具有260个平均直径0.2mm的孔，其以三角形图案布置，孔-至-孔距离为5mm。板由具有激光器-穿孔的不锈钢制备。
使用模型溶液进行该实验，其是蒸馏水中的0.1g/L SDS。液体体积流速QL是18.45mL/s。这由下述关系产生的喷射速度vj是2.3m/s
Q L = N × π 4 × d 2 × v j - - - ( 1 )
其中N是多孔板上的孔的总数和d是孔的直径。
主塔中表面液体速度vL计算为
vL＝QL/AC     (2)
其中AC是塔的横截面积。在该实施例中，AC＝6362mm2因此vL＝2.9mm/s。
对于相同液体流速，气体流速可取决于实际应用而改变。在一个例子中，气体体积流速是在出口测量的27mL/s(塔在大气压下操作，塔高度小，因此塔内气体的压缩可忽略不计)。
通过体积的守恒，产物流必须具有的气体与液体馏分为27:18.45，即，液体馏分是因此相对于固定塔的真实液体速度是这意思是仅仅末端速度vt小于7.25mm/s的那些气泡可被向下流动液体携带。使用Stokes方程式(WallisG.B.，One-dimensional Two-phase Flow，1969)，即
v t = 1 18 d b 2 g ( ρ L - ρ C ) μ L - - - ( 3 )
人们可评估产物流中的最大气泡直径db。方程式(3)产生产物流中的最大气泡直径是0.115mm，即，115微米或μm。注意，这是该实施方式的最大气泡直径；其不意味着产物流中的所有气泡是该直径。图像测量(图5)显示平均气泡直径是约0.06mm，即，60微米，其是最大气泡直径的一半，如在图6中所显示，其显示积累的气泡尺寸分布。也有大部分的气泡，其甚至更小并且不能从图5的图像可见。
在具体的实施方式中，如图2中显示的示例性微气泡泡沫分馏器的操作参数如下：
流16，液体进料，6mL/s，表面活性剂浓度＝0.1g/L
流17，循环的液体，12mL/s，表面活性剂浓度0.01g/L
流18，气体-液体混合物，27mL/s气体+18mL/s液体＝45mL/s混合物
流19，惰性气体入口＝27mL/s
流23，起泡物(液体)，0.54mL/s，表面活性剂浓度＝0.5g/L
流20，27mL/s气体+0.54mL/s液体＝27.54mL/s泡沫
流24，气体出口，27mL/s
流25，尾料(液体)，5.46mL/s，表面活性剂浓度＝0.01g/L
在该过程，进料溶液(6mL/s，0.1g/L表面活性剂)转化成包含0.5g/L表面活性剂的浓缩流(即，富集因子为5)，91％的产率。
实施例2-中试规模生物反应器
使用如第一实施例中描述的相同原理，人们可设计更大规模的可用作生物反应器的气体-液体接触器。在该实施例中，生物反应器设计为在240L的中试规模反应器中实现95％的氧气转化。设计的微气泡混合物中的体积气体分数是24％。
微气泡反应器的主要部分的直径是0.5m和高度是1.2m，高度与直径比为2.4。选择泵，以基于主塔的横截面积产生向下的界面液体速度为0.05m/s。2.5mm直径的大气泡被引入反应器的底部，总体积气体流速为10m3/hr，相应的表面气体速度为0.014m/s。从该系统产生的微气泡的直径为120微米。
主塔中由于更大气泡的持气率是4.5％和由于微气泡的持气率是24％。气体-液体混合物的比表面积a由于大气泡和微气泡都通过如下计算
a = 6 ϵ G d b - - - ( 4 )
其中εG是相应的由于大气泡或微气泡的持气率。db是平均气泡直径。方程式4显示上面设计的反应器的比表面积为至少所有的其他都相同的情况下，该反应器的体积传质系数，kLa，比在20％持气率下操作的常规的泡罩塔高至少10倍，平均气泡直径为1mm和比表面积为1,200m-1。
这意思是为了实现相同的产率，使用微气泡产生器的生物反应器可比典型操作条件下的常规泡罩塔反应器或泡罩塔反应器小90％。这至少部分消除了通常与高的能量消耗相关的升高压力的要求，并且所以提高了系统的能量效率。
实施例3–反应器堆
如在第二实施例中所表明，微气泡反应器的尺寸可明显比常规的泡罩塔反应器更小。尤其，微气泡反应器的高度可明显比常规的泡罩塔反应器更短。为了更好使用占地面积，可行的是将一个微气泡反应器堆叠在另一个的顶部，以产生与常规的泡罩塔反应器相当的总体高度-与-直径比。
图7显示这样的构造的实施例，其中三个体微气泡反应器(R-1、R-2、R-3)放置为竖直堆。三个体反应器的每个具有如图1中所阐释的相同构造。为了清楚，图未包括支撑结构，但是应对本领域技术人员是显而易见的。来自主供应1的气流通过本领域技术人员已知的任何适当的流和压力控制装置，分开进入三个反应器的每一个。进入每个反应器的气体流速可以相等但是可也彼此不同。气体经相应的喷布器以如大气泡的形式引入堆中的每个反应器(S-1、S-2、S-3)。
通过上游气体-液体分离器4收集包含来自每个个体反应器的微气泡的液体流，其中从系统作为产物流经流控制阀3回收一部分液体。气体-液体分离器4配备液体喷头6，其中可包含某些水平的消泡剂，或某些部分来自另一个体反应器或另一反应器堆的产物流的新鲜培养基喷洒至气体-液体分离器，以帮助气体-液体分离。排放的气体经气体-液体分离器上的孔5离开系统。脱气的液体经泵7对于微气泡产生器是必要的并且随后分开进入液体射流用于微气泡产生。

Claims (33)

1.一种产生微气泡的方法，其包括：
(a)经气体喷布器将气体分布至包含液体的塔，以形成气泡；和
(b)经位于所述气体喷布器之上的穿孔板将液体引入至所述塔，以产生液体射流，使得所述液体射流接触所述气泡并且产生夹带在所述液体中的微气泡。
2.权利要求1所述的方法，其中步骤(b)中的所述液体射流接触由维持在穿孔板的水平之下的大量气泡形成的泡沫层。
3.权利要求1所述的方法，其中步骤(b)的所述穿孔板包括具有从约0.1至约0.5mm的直径的穿孔。
4.权利要求1所述的方法，其中包含在所述塔或引入所述塔的所述液体流中的液体包含选自蛋白质、肽、离子表面活性剂、非离子表面活性剂、生物表面活性剂、疏水的颗粒和两性颗粒的至少一种表面活性物质。
5.权利要求1所述的方法，其中产生的所述微气泡具有从约200至约10μm的直径。
6.权利要求1所述的方法，进一步包括使至少一部分的夹带微气泡的液体传递至泡沫/液体分离器，以产生分开的液体流和分开的泡沫流。
7.权利要求6所述的方法，进一步包括使至少一部分分开的液体流返回至所述穿孔板。
8.权利要求6所述的方法，进一步包括使至少一部分分开的泡沫流传递至消泡槽。
9.权利要求1所述的方法，进一步包括使至少一部分的夹带微气泡的液体传递至气体/液体分离器，以产生包括基本上不溶的气体的分开的气流和包括基本上溶解的可溶性气体的分开的液体流。
10.权利要求1所述的方法，进一步包括调整选自喷布器孔直径、气体分布流速和液体射流速度的至少一种参数以便控制所述微气泡的尺寸。
11.权利要求1所述的方法，进一步包括经气体安全阀从所述塔释放气压。
12.权利要求1所述的方法，进一步包括提供至少一部分的夹带微气泡的液体至发酵液中至少一种微生物的培养物，并且厌氧发酵所述培养物以产生至少一种产物。
13.权利要求12所述的方法，其中所述微气泡包括CO。
14.权利要求12所述的方法，其中所述至少一种产物选自乙醇、丁醇、2,3-丁二醇、丙酮、异丙醇、乙酸、乳酸和生物质。
15.权利要求12所述的方法，其中所述培养物位于塔内。
16.权利要求12所述的方法，其中所述培养物位于生物反应器容器中。
17.权利要求16所述的方法，进一步包括将来自所述生物反应器容器的至少一部分夹带气体的发酵液传递至主气体/液体分离器，以形成分开的气流和分开的发酵液流。
18.权利要求17所述的方法，进一步包括经所述气体喷布器将至少一部分所述分开的气流返回至所述塔。
19.权利要求17所述的方法，进一步包括经所述穿孔板将至少一部分分开的发酵液流返回至所述塔。
20.权利要求17所述的方法，进一步包括将至少一种产物与分开的发酵液流分离，然后经穿孔板传递至所述塔。
21.一种微气泡产生系统，所述系统包括：
(a)塔；
(b)穿孔板，其适于利于将液体引入所述塔；和
(c)气体喷布器，其适于将气体喷射至所述塔；
其中所述穿孔板位于所述气体喷布器上方。
22.权利要求21所述的系统，其中所述穿孔板基本上填充所述塔的横截面。
23.权利要求21所述的系统，其中所述塔进一步包括适于接收液体并且将其传递至穿孔板的液体入口。
24.权利要求21所述的系统，其中所述塔进一步包括适于接收气流并且将其传递至气体喷布器的气体入口。
25.权利要求21所述的系统，其中所述塔进一步包括气体安全阀。
26.权利要求21所述的系统，其中所述塔基座的宽度大于所述塔顶部的宽度。
27.权利要求21所述的系统，进一步包括泡沫/液体分离器，其适于从所述塔接收至少一部分微气泡，其中所述泡沫/液体分离器适于将所述微气泡分开为分开的液体流和分开的泡沫流。
28.权利要求27所述的系统，其中所述泡沫/液体分离器包括将至少一部分分开的泡沫流传递至消泡槽的装置。
29.权利要求21所述的系统，进一步包括气体/液体分离器，其适于从所述塔接收至少一部分微气泡，其中所述气体/液体分离器适于将微气泡分开为分开的气流和分开的液体流。
30.权利要求21所述的系统，进一步包括包含发酵液的生物反应器容器。
31.权利要求30所述的系统，进一步包括气体/液体分离器，其适于从所述生物反应器容器接收至少部分发酵液，其中所述气体/液体分离器适于将发酵液分开为分开的气流和分开的液体流。
32.权利要求31所述的系统，其中所述气体/液体分离器包括将至少一部分分开的气流传递至所述塔的气体喷布器的装置。
33.权利要求31所述的系统，其中所述气体/液体分离器包括经所述塔的穿孔板将至少一部分分开的液体流传递至液体流的装置。
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