CN105209414A - 用于从发酵肉汤中获得1,4-丁二醇的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种从发酵肉汤中纯化1,4-丁二醇(1,4-BDO)的方法，包括分离固体物质、盐和水，以及使所得的物质经历双塔、三塔或四塔蒸馏系统以产生纯化的1,4-丁二醇产物，该系统可以包括转膜蒸发器。
Description
本申请要求如下美国临时申请的优先权：2013年3月15日提交的美国临时申请号61/801,107、2013年5月31日提交的美国临时申请号61/829,625以及2014年1月17日提交的美国临时申请号61/928,966，所述美国临时申请的全部内容被并入本文。
发明背景
本文提供的内容总体上涉及从发酵肉汤中分离1,4-丁二醇或目标化合物的方法和系统。
1,4-丁二醇(1,4-BDO)是一种可用于合成聚酯树脂、γ-丁内酯、四氢呋喃和其他化合物的工业聚合物中间体。使用不可再生的石油化工原料来工业合成1,4-丁二醇是已知的，用于从通过石化基合成得到的粗制1,4-丁二醇中纯化1,4-丁二醇的方法也是已知的(见，例如Okuyama，美国专利号5,981,810)。发酵生产1,4-丁二醇是使用不可再生的石油化工原料的传统生产的一种替代性方法。例如，发酵生产利用可再生原料，如生物质或其他生物基原料，并且该方法可以比石化基的生产更加环保。但是，由于，例如发酵肉汤中存在的不同类型的组分，从发酵肉汤内的其他组分中分离1,4-丁二醇相比适用于从石化基合成中纯化1,4-丁二醇，需要的程序不同。
Adkesson等人，美国专利公开号2005/0069997描述了一种用于从发酵肉汤中分离1,3-丙二醇的方法。Adkesson等人中的方法包含过滤、离子交换和蒸馏，其中蒸馏由四个塔组成并且可以在塔2和3之间包含氢化步骤。Clark等人，WO2010/141780描述了从发酵肉汤中分离1,4-丁二醇。该方法包含从固体馏分中分离液体馏分，从该液体馏分中除去盐，以及在一系列蒸馏中分离产物，以在一个蒸馏塔中除去水和其他轻组分并在另一个蒸馏塔中除去沸点低于产物的重物质。
从发酵肉汤中获得1,4-丁二醇或目标化合物的挑战可以包含，例如，增加从发酵肉汤中获得的1,4-丁二醇或目标化合物的收率或纯度，减少处理步骤或系统组件和/或减少某些特定污染物的水平等等。例如，从发酵肉汤中获得1,4-丁二醇可以在发酵肉汤中包含不希望的有机酸等物质或者包含在纯化1,4-丁二醇的程序步骤的过程中形成的不希望的有机酸等物质，其可以与1,4-丁二醇有效反应而降低收率。
发明概述
在一些方面，本文披露的实施方式涉及纯化1,4-丁二醇(1,4-BDO)的方法。在一些实施方式中，该方法包括(a)使粗制1,4-BDO混合物经历第一塔蒸馏程序以从该粗制1,4-BDO混合物中除去沸点低于1,4-BDO的物质以产生第一含1,4-BDO的产物流以及(b)使该第一含1,4-BDO的产物流经历第二塔蒸馏程序将沸点高于1,4-BDO的物质作为第一高沸点物料流(high-boilersstream)除去，以产生纯化的1,4-BDO产物，其中从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集该纯化的1,4-BDO产物。
在某些实施方式中，该方法进一步包括(c)使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生第一WFE馏出物并使该第一WFE馏出物经历步骤(b)。
在某些实施方式中，该方法进一步包括(d)在执行步骤(b)之前，使该含1,4-BDO的第一产物流经历中间塔蒸馏程序，以将沸点高于1,4-BDO的物质作为第二高沸点物料流除去。
在某些实施方式中，该方法进一步包括使该第二高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)，从而产生第二WFE馏出物以及使该第二WFE馏出物经历步骤(d)。
在某些实施方式中，该方法进一步包括(e)在执行步骤(b)之前，用氢化反应处理该含1,4-BDO的第一产物流。
在某些实施方式中，该方法进一步包括(f)用氢化反应处理该纯化的1,4-BDO产物。
在该方法的某些实施方式中，该粗制1,4-BDO混合物是至少50％(w/w)、60％(w/w)、70％(w/w)、80％(w/w)、85％(w/w)或90％(w/w)的1,4-BDO。
在该方法的某些实施方式中，该纯化的1,4-BDO产物是大于90％(w/w)、91％(w/w)、92％(w/w)、93％(w/w)、94％(w/w)、95％(w/w)、96％(w/w)、97％、(w/w)、98％(w/w)、99％(w/w)、99.1％(w/w)、99.2％(w/w)、99.3％(w/w)、99.4％(w/w)、99.5％(w/w)、99.6％(w/w)、99.7％(w/w)、99.8％(w/w)或99.9％(w/w)的1,4-BDO。
在该方法的某些实施方式中，对来自该粗制1,4-BDO混合物的该纯化的1,4-BDO产物的回收率大于40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％或99％。
在某些实施方式中，该方法进一步包括在发酵肉汤中培养经修饰的非天然存在的生物以产生1,4-BDO，使该发酵肉汤经历分离程序以获得分离的1,4-BDO产物，以及使该分离的1,4-BDO产物经历除水和除盐以产生该粗制1,4-BDO混合物，其中该分离程序由第一过滤和第二过滤组成，其中该第一过滤是微滤或超滤，以及其中该第二过滤是纳滤。
在某些实施方式中，该方法进一步包含使用抛光离子交换树脂(其是阴离子交换树脂)，使该粗制1,4-BDO混合物经历抛光离子交换。
一种实施方式是一种用于纯化1,4-BDO，包含两个蒸馏塔的系统。该系统包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO混合物以及生成沸点低于1,4-BDO的物质的第一物料流和含1,4-BDO的产物流；第二蒸馏塔，其在进料点接收该含1,4-BDO的产物流，以及生成沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流、沸点低于1,4-BDO的物质的第二物料流以及从侧馏分生成纯化的1,4-BDO产物；以及转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流以及生成馏出物，其中该馏出物被进料给该第二蒸馏塔。
在某些实施方式中，该系统进一步包含氢化反应器，其被构造成处理由该第二蒸馏塔所生成的该纯化的1,4-BDO产物。
一种实施方式是一种用于纯化1,4-BDO，包含三个蒸馏塔的系统。该系统包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO混合物，生成沸点低于1,4-BDO的物质的第一物料流和含1,4-BDO的第一产物流；中间蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO的第一产物流，生成沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流和含1,4-BDO的第二产物流；转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流并生成馏出物，其中该馏出物被进料给该中间蒸馏塔；以及第二蒸馏塔，其在进料点接收该含1,4-BDO的第二产物流，并生成沸点低于1,4-BDO的物质的第二物料流、沸点高于1,4-BDO的物质的第二物料流以及从侧馏分生成纯化的1,4-BDO产物。
在某些实施方式中，该系统包含三个蒸馏塔，进一步包含氢化反应器，其被构造成在该第二蒸馏塔接收该含1,4-BDO的第二产物流之前，处理该含1,4-BDO的第二产物流。
一种实施方式是一种生产1,4-BDO产品的方法。该生产1,4-BDO产品的方法包含培养经修饰的非天然存在的生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO；使该发酵肉汤经历分离程序以获得分离的1,4-BDO产物，其中该分离程序由第一过滤和第二过滤组成，其中该第一过滤是微滤或超滤，并且其中该第二过滤是纳滤；以及使用抛光离子交换树脂使该分离的1,4-BDO产物经历抛光离子交换。
在某些实施方式中，该生产1,4-BDO产品的方法包含在使该分离的1,4-BDO产物经历该抛光离子交换之前，使该分离的1,4-BDO产物经历除水。
一种实施方式是生物来源的1,4-BDO，其中该生物来源的1,4-BDO通过本文所述的任何方法生产。
在某些实施方式中，该生物来源的1,4-BDO具有反映大气二氧化碳源的碳-12、碳-13和碳-14同位素比。
一种实施方式是包含该生物来源的1,4-BDO的生物基塑料、弹性纤维、聚氨酯、聚酯、聚-4-羟基丁酸酯或其共聚物、聚(四亚甲基醚)二醇和聚氨基甲酸乙酯-聚脲共聚物。
在某些实施方式中，该生物基塑料、弹性纤维、聚氨酯、聚酯、聚-4-羟基丁酸酯或其共聚物、聚(四亚甲基醚)二醇和聚氨基甲酸乙酯-聚脲共聚物包含至少5％、至少10％、至少20％、至少30％、至少40％或至少50％的生物来源的1,4-BDO。
一种实施方式是一种用于纯化1,4-BDO，包含四个蒸馏塔的系统。该系统包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO混合物，生成沸点低于1,4-BDO的物质的第一物料流和含1,4-BDO的第一产物流；第一中间蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO的第一产物流，生成沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流和含1,4-BDO的第二产物流；转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流以及生成馏出物，其中该馏出物被进料给该第一中间蒸馏塔；第二中间蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO的第二产物流，生成沸点低于1,4-BDO的物质的第二物料流和含1,4-BDO的第三产物流；以及第二蒸馏塔，其在进料点接收该含1,4-BDO的第三产物流，以及生成沸点低于1,4-BDO的第三物质流、沸点高于1,4-BDO的第三物质流和纯化的1,4-BDO产物。
在某些实施方式中，该系统包含四个蒸馏塔并且进一步包含氢化反应器，其被构造成在该第二中间蒸馏塔接收该含1,4-BDO的第二产物流之前，处理该含1,4-BDO的第二产物流。
在某些实施方式中，该系统包含四个蒸馏塔，该第二蒸馏塔进一步包含侧馏分，以及该生成的纯化的1,4-BDO产物来自该侧馏分。
一种实施方式是一种纯化1,4-丁二醇的方法。该方法包含使粗制1,4-BDO混合物经历第一塔蒸馏程序，以从该粗制1,4-BDO混合物中除去沸点低于1,4-BDO的物质以产生含1,4-BDO的第一产物流；使该含1,4-BDO的第一产物流经历第一中间塔蒸馏程序，以将沸点高于1,4-BDO的物质作为第一高沸点物料流除去，以产生含1,4-BDO的第二产物流；使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物并使该WFE馏出物经历该第一中间塔蒸馏程序；使该含1,4-BDO的第二产物流经历第二中间塔蒸馏程序以除去沸点低于1,4-BDO的物质，以产生含1,4-BDO的第三产物流；以及使该含1,4-BDO的第三产物流经历第二塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO的物质作为第二高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO产物。
在某些实施方式中，该方法进一步包含在执行该第二中间塔蒸馏之前，通过氢化反应处理该含1,4-BDO的第二产物流。
在该方法的某些实施方式中，将该纯化的1,4-BDO产物作为该第二塔蒸馏程序的馏出物收集。
在该方法的某些实施方式中，对来自该粗制1,4-BDO混合物的该纯化的1,4-BDO产物的回收率大于40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％或99％。
附图说明
图1A描述了通过两种过滤、初级离子交换以及蒸发从发酵肉汤中的1,4-BDO产生粗制1,4-BDO混合物的示例性系统。
图1B描述了用于通过两种过滤、初级离子交换、蒸发以及抛光离子交换从发酵肉汤中的1,4-BDO产生粗制1,4-BDO混合物的示例性系统。
图2A描述了具有侧馏分的示例性双塔蒸馏系统。
图2B描述了具有侧馏分以及转膜蒸发器的示例性双塔蒸馏系统。
图2C描述了具有侧馏分以及加氢装置的示例性双塔蒸馏系统。
图2D描述了具有侧馏分、转膜蒸发器以及加氢装置的示例性双塔蒸馏系统。
图2E描述了具有侧馏分、转膜蒸发器、加氢装置以及强制再循环再沸器的示例性双塔蒸馏系统。
图3A描述了具有侧馏分的示例性三塔蒸馏系统。
图3B描述了具有侧馏分以及转膜蒸发器的示例性三塔蒸馏系统。
图3C描述了具有侧馏分以及加氢装置的示例性三塔蒸馏系统。
图3D描述了具有侧馏分、转膜蒸发器以及加氢装置的示例性三塔蒸馏系统。
图3E描述了具有侧馏分、转膜蒸发器、加氢装置以及强制再循环再沸器的示例性三塔蒸馏系统。
图4A描述了具有转膜蒸发器的示例性四塔蒸馏系统。
图4B描述了具有加氢装置以及转膜蒸发器的示例性四塔蒸馏系统。
图4C描述了具有侧馏分、加氢装置、转膜蒸发器、强制再循环再沸器以及将塔四的馏出物回收入塔三的进料流的BDO回收流的示例性四塔蒸馏系统。
发明详述
在一个方面，提供一种用于纯化1,4-丁二醇(1,4-BDO)或目标化合物产物的方法。在某些实施方式中，提供的该方法包含使发酵肉汤中的1,4-BDO或目标化合物经历分离程序。在一种实施方式中，提供的该方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物以及使该发酵肉汤中的该1,4-BDO或目标化合物经历分离程序，以产生1,4-BDO或目标化合物产物。没有进一步的方法步骤时，这种1,4-BDO或目标化合物产物可以被称为该“分离的1,4-BDO产物”或该“分离的目标化合物产物。”在某些实施方式中，该分离的1,4-BDO或目标化合物产物是不含细胞的或是基本上不含细胞的。
本文所披露的纯化方法和/或一个或多个步骤可被用于纯化1,4-BDO和其他生物合成产生的目标化合物。该目标化合物可以具有类似于1,4-BDO的物理性质，包含选自高于水的沸点(>100℃)和在水中的溶解度的一种或多种性质；或者可以具有这两种性质。该目标化合物的溶解度可以是易溶于水的；或于23℃大于100g目标化合物/升；或于23℃大于500g目标化合物/升；或于23℃充分混溶于水。在一种实施方式中，该目标化合物可以具有高于水的沸点并且于23℃大于500g/L的溶解度或完全混溶于水。
该目标化合物可以包括醇、二醇、三醇、一元醇、二元醇或三元醇；低级一元醇、二元醇或三元醇；丁二醇；1,3-丁二醇、生发或者邻二醇；并且可以包含乙二醇、包含1,3-丙二醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、1,2-丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、新戊二醇及双酚A。
该方法可以适用于在非天然存在的微生物中产生的1,4-BDO或其他目标化合物，该微生物经基因工程以产生1,4-BDO或其他目标化合物。宿主微生物可以选自，以及该非天然存在的微生物生成在，例如细菌、酵母、真菌或任何各种其他适用或适合于发酵工艺的微生物。示例性细菌包含任何选自如下的物种：肠杆菌目(Enterobacteriales)，肠杆菌科(Enterobacteriaceae)，包括埃希氏杆菌属(Escherichia)和克雷伯氏杆菌属(Klebsiella)；气单胞菌目(Aeromonadales)，琥珀酸弧菌科(Succinivibrionaceae)，包括厌氧螺菌属(Anaerobiospirillum)；巴斯德氏菌目(Pasteurellales)，巴斯德氏菌科(Pasteurellaceae)，包括放线杆菌属(Actinobacillus)和曼氏杆菌属(Mannheimia)；根瘤菌目(Rhizobiales)，慢生根瘤菌科(Bradyrhizobiaceae)，包括根瘤菌属(Rhizobium)；芽孢杆菌目(Bacillales)，芽孢杆菌科(Bacillaceae)，包括芽孢杆菌属(Bacillus)；放线菌目(Actinomycetales)，棒状杆菌科(Corynebacteriaceae)和链霉菌科(Streptomycetaceae)，分别包括棒杆菌属(Corynebacterium)和链霉菌属(Streptomyces)；红螺菌目(Rhodospirillales)，醋酸杆菌科(Acetobacteraceae)，包括葡糖酸杆菌属(Gluconobacter)；鞘氨醇单胞菌目(Sphingomonadales)，鞘氨醇单胞菌科(Sphingomonadaceae)，包括发酵单胞菌属(Zymomonas)；乳杆菌目(Lactobacillales)，乳杆菌科(Lactobacillaceae)和链球菌科(Streptococcaceae)，分别包括乳杆菌属(Lactobacillus)和乳球菌属(Lactococcus)；梭菌目(Clostridiales)，梭菌科(Clostridiaceae)，梭状芽孢杆菌属(Clostridium)；以及假单胞菌目(Pseudomonadales)，假单胞菌科(Pseudomonadaceae)，包括假单胞菌属(Pseudomonas)。宿主细菌的非限制性物种包含大肠杆菌(Escherichiacoli)、产酸克雷伯氏菌(Klebsiellaoxytoca)、产琥珀酸厌氧螺菌(Anaerobiospirillumsucciniciproducens)、琥珀酸放线杆菌(Actinobacillussuccinogenes)、产琥珀酸曼氏杆菌(Mannheimiasucciniciproducens)、菜豆根瘤菌(Rhizobiumetli)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriumglutamicum)、氧化葡糖杆菌(Gluconobacteroxydans)、运动发酵单胞菌(Zymomonasmobilis)、乳酸乳球菌(Lactococcuslactis)、植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)、天蓝色链霉菌(Streptomycescoelicolor)、丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutylicum)、荧光假单胞菌(Pseudomonasfluorescens)和恶臭假单胞菌(Pseudomonasputida)。
类似地，酵母或真菌物种的示例性物种包含任何选自如下的物种：酵母菌目(Saccharomycetales)，酵母菌科(Saccaromycetaceae)，包括酵母菌属(Saccharomyces)、克鲁维酵母菌属(Kluyveromyces)和毕赤酵母菌属(Pichia)；酵母菌目(Saccharomycetales)，双足囊菌科(Dipodascaceae)，包括耶氏酵母菌属(Yarrowia)；裂殖酵母目(Schizosaccharomycetales)，裂殖酵母科(Schizosaccaromycetaceae)，包括裂殖酵母属(Schizosaccharomyces)；散囊菌目(Eurotiales)，发菌科(Trichocomaceae)，包括曲霉菌属(Aspergillus)；以及毛霉目(Mucorales)，毛霉科(Mucoraceae)，包括根霉菌属(Rhizopus)。宿主酵母或真菌的非限制性物种包括酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomycespombe)、乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyceslactis)、马克斯克鲁维酵母(Kluyveromycesmarxianus)、土曲霉(Aspergillusterreus)、黑曲霉(Aspergillusniger)、巴斯德毕赤酵母(Pichiapastoris)、无根根霉菌(Rhizopusarrhizus)、稻根霉菌(Rhizobusoryzae)、解脂耶氏酵母(Yarrowialipolytica)等等。大肠杆菌是一种特别有用的宿主生物体，因为它是适用于遗传工程被充分表征的微生物生物。其他特别有用的宿主生物体包括酵母如酿酒酵母。应当理解，任何合适的微生物宿主可以用来引入代谢和/或遗传修饰以产生所需的产物。
如本文所用，术语“粗制1,4-BDO混合物”意在指1,4-BDO的混合物，其是约50％至90％的1,4-BDO和50％至1％的水与从发酵过程中衍生的一种或多种其他杂质的混合物，优选约75％至85％的1,4-BDO或更优选约80％至85％的1,4-BDO与1％至25％的水与从发酵过程中衍生的一种或多种其他杂质的混合物。
如本文所用，术语“含1,4-BDO的产物流”意在指离开程序并且包含进入该程序的大部分1,4-BDO的物质。
如本文所用，术语“1,4-BDO产物”意在指包含1,4-BDO并且已经经历至少一个程序以提高1,4-BDO的含量或减少杂质的含量的混合物。术语1,4-BDO产物可以包含粗制1,4-BDO混合物，然而，1,4-BDO产物的1,4-BDO和水分含量可以高于或低于粗制1,4-BDO混合物。
如本文所用，术语“发酵肉汤中的1,4-BDO”意在指包含通过在合适的培养基中培养能够产生1,4-BDO的非天然存在的微生物而产生的1,4-BDO的肉汤。
如本文所用，术语“生物来源的”指产生自或合成自生物以及可以被认为是一种可再生资源，因为它可以由生物生成。这样一种生物，尤其是本文披露的本发明的微生物，可以利用原料或生物质，例如，从农业源、植物源、细菌源或动物源；或其他可再生源，如合成气(CO、CO2和/或H2)。煤炭产品也可以用作生物的碳源以合成本发明的生物基产物。替代性地，该生物可以利用大气碳。如本文所用，术语“生物基”指全部或部分地由本发明的生物来源的化合物组成的如上所述的产物。与石油源产物形成对照的是生物基或生物来源的产物，其中这样一种产物衍生自或化学合成自石油或石化原料。
培养生产1,4-BDO的微生物
发酵肉汤中的1,4-BDO可以例如，通过培养能够经由一组1,4-BDO途径酶生产1,4-BDO的微生物而获得。示例性微生物包括但不限于美国专利号8,067,214,U.S.2012/009434(WO2008/115840)；美国专利号7,947,485(WO2009/023493)；美国专利号7,858,350(WO2010/030711)；美国专利号8,129,169,U.S.2011/0159572(WO2010/141290)；U.S.2011/0229946(WO2011/047101)；和U.S.2011/0217742(WO2011/066076)中所述的那些微生物，所有这些专利以引用方式整体并入本文。
任何前述示范性宿主生物体可用于设计进入1,4-BDO生物合成途径，包括，例如细菌和酵母。示例性物种包含，例如大肠杆菌和酿酒酵母。用于生产1,4-BDO的合适的生物可以是，例如，那些如下的宿主生物：其已经通过向该生物中掺入编码1,4-BDO生物合成途径中的一种或多种酶的一种或多种外源性核酸而得以修饰。这样的生物包括，例如经设计以具有完整的1,4-BDO生物合成途径的非天然存在的微生物。这样的途径可以包含内源性和/或外源核酸编码的酶。通常不存在于微生物宿主中的酶可以被引入以通过包含，例如一种或多种外源核酸而完成1,4-BDO生物合成途径。一种示例性1,4-BDO途径包含编码如下的酶：4-羟基丁酸脱氢酶、琥珀酰-CoA合成酶、CoA-依赖性琥珀酸半醛脱氢酶、4-羟基丁酸:CoA转移酶、4-丁酸激酶、磷酸基转丁酰基酶、α-酮戊二酸脱羧酶、醛脱氢酶、醇脱氢酶或醛/醇脱氢酶。其他途径包括，但不限于，美国专利号8,067,214,U.S.2012/009434(WO2008/115840)；美国专利号7,947,485(WO2009/023493)；美国专利号7,858,350(WO2010/030711)；美国专利号8,129,169,U.S.2011/0159572(WO2010/141290)；U.S.2011/0229946(WO2011/047101；以及U.S.2011/0217742(WO2011/066076)中所描述的那些途径，所有这些专利以引用方式整体并入本文。
本领域的技术人员将知道用于维持适于在发酵肉汤中产生1,4-BDO的培养物的合适的碳源和氮源，以及用于控制培养物的pH值的技术。用于生产1,4-BDO的微生物的发酵的示例性程序可以是，例如分批发酵、通过批次分离的补料分批发酵；通过连续分离的补料分批发酵、通过分批分离的半连续发酵、通过连续分离的半连续发酵、通过分批分离的连续发酵或通过连续分离的连续发酵。所有这些方法为本领域公知。依据生物设计，发酵可以在需氧、厌氧或基本上厌氧的条件下进行。
如本文所用，术语“基本上厌氧”当关于培养或培育条件使用时意指氧量少于液体培养基内溶解的氧的饱和量的约10％。该术语还意在包括在小于约1％的氧的气氛中保持的液体或固体培养基的密封室。
在所提供的方法的某些实施方式中，培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO包含在厌氧或基本上厌氧的分批发酵条件下，培养经遗传修饰的大肠杆菌或酵母(如酿酒酵母)，以在该发酵肉汤中产生1,4-BDO。
培养产生目标化合物的生物
发酵肉汤中的目标化合物可以例如，通过培养能够经由一组目标化合物途径酶生产该目标化合物的微生物而获得。经设计以表达靶化合物途径酶和产生目标化合物的示例性微生物包含但不限于专利或专利公开号U.S.2005/0069997-A1(WO2004/101479)；U.S.2010/0330635-A1(WO2010/127319)；U.S.2012/0329113-A1(WO2012/177619),以及U.S.2013/0066035-A1(WO/2013/036764)中所述的那些微生物；所有这些专利以引用方式整体并入本文。
如前所述，前述示范性宿主生物体可用于设计进入1,4-BDO生物合成途径，包括，例如细菌和酵母。示例性物种包含，例如大肠杆菌和酿酒酵母。用于生产目标化合物的合适的生物可以是，例如，那些如下的宿主生物：其已经通过向该生物中掺入编码目标化合物生物合成途径中的一种或多种酶的一种或多种外源性核酸而得以修饰。这样的生物包括，例如经设计以具有完整的目标化合物生物合成途径的非天然存在的微生物。这样的途径可以包含内源性和/或外源核酸编码的酶。通常不存在于微生物宿主中的酶可以被引入以通过包含，例如一种或多种外源核酸而完成目标化合物生物合成途径。一种示例性目标化合物是1,3-BDO。该1,3-BDO可以产生自经设计以具有完整的1,3-BDO的生物合成途径的宿主生物。一种示例性1,3-BDO途径包含编码如下的酶：乙酰乙酰基-CoA硫解酶、乙酰乙酰基-CoA还原酶(酮还原)、3-羟基丁酰基-CoA还原酶(醛形成)和3-羟基丁醛还原酶。
本领域的技术人员将知道用于维持适于在发酵肉汤中产生目标化合物的培养物的合适的碳源和氮源，以及用于控制培养物的pH值的技术。用于生产目标化合物的微生物的发酵的示例性细胞培育程序可以是，例如分批发酵、通过批次分离的补料分批发酵；通过连续分离的补料分批发酵、通过分批分离的半连续发酵、通过连续分离的半连续发酵、通过分批分离的连续发酵或通过连续分离的连续发酵。所有这些方法为本领域公知。依据生物设计，发酵可以在需氧、厌氧或基本上厌氧的条件下进行。
在所提供的方法的某些实施方式中，培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生目标化合物包含在厌氧或基本上厌氧的分批发酵条件下，培养经遗传修饰的大肠杆菌或酵母(如酿酒酵母)，以在该发酵肉汤中产生该目标化合物。
生物质失活
在发酵结束时构成该发酵肉汤中存在的细胞生物质的生物或细胞可经历失活或杀灭。替代性地，如果将细胞再循环，用作下一发酵的接种物或用作连续细胞再循环环路的一部分，杀灭在细胞去除之后和处置之前完成。细胞再循环可以例如，用膜细胞再循环反应器，使用已知的方法进行。在生物质失活中，将细胞转移到热交换器中，以在该失活期间最小化细胞裂解，还促进细胞附聚或絮凝的方式杀灭。生物质失活或细胞杀灭在从约50℃至80℃、从约60℃℃至70℃、至少约60℃或至少约70℃的温度下持续进行约从1分钟到10分钟、2分钟到5分钟、从2分钟到3分钟、至少2分钟或至少2.5分钟的时间。
分离
在本文所述的方法的某些实施方式中，使该发酵肉汤中的该1,4-BDO或目标化合物经历分离程序包含使该发酵肉汤中的该1,4-BDO或目标化合物经历生物质失活、离心、微滤、超滤和纳滤程序一种或多种。
多个过滤膜可以串联使用，其中逐渐增大固体尺寸的细化；和/或被保留的固体电荷。多重过滤可用以减少膜的结垢并且有助于该述发酵肉汤的各个组分的回收，以用于再循环。本发明包含如下文示范的离心、微滤、超滤和纳滤的所有组合和置换。
离心
离心可以用来提供基本上不含固体(包含细胞团)的1,4-BDO或目标化合物产物。操作速度可以取决于离心机的配置和尺寸，从低于500rpm，通常从500rpm到12000rpm或超过12000rpm的范围而变化。从500至12000的rpm能产生高达和超过重力15000倍的离心力。用于从发酵肉汤中去除细胞和固体的许多离心机配置是本领域已知的，并且可以在本发明的方法中采用。这样的配置包含，例如碟式离心机(disc-stackcentrifuge)和沉降机(decanter)；或卧式离心机(solidbowlcentrifuge)。离心可以分批式或以连续的方式发生。本领域中公知的所有离心配置组合可以被用于本发明的方法中。
该细胞和固体可以由多重离心分离以提高1,4-BDO或目标化合物的收率。多重离心可以包含，例如两次、三次、四次以及五次或更多次的离心。中间下溢流可以用水稀释并通过附加的离心以进一步提高液体产物的回收率。任何配置组合也可以用于执行多重离心，如上述的碟片堆栈式和沉降机离心的组合。
微滤
微滤，例如，涉及用于分离约0.05-10μm的范围内的胶体和悬浮颗粒的低压膜工艺。有用的配置包含使用螺旋缠绕、中空纤维或平片(筒式)微滤元件的交叉流过滤。微滤包含通过具有从约0.05μm到约10.0μm的孔尺寸的膜过滤。微滤膜可以具有约20,000道尔顿或更高的标称截留分子量(MWCO)。术语截留分子量被用于表示颗粒(包括多肽或肽的聚集体)由该膜保留大约90％的尺寸。聚合物、陶瓷或钢微滤膜可用于分离细胞。陶瓷或钢微滤膜具有包括长达或超过10年这么长的运行寿命。微滤可以被用于发酵肉汤的净化中。例如，微滤膜可以具有如下的孔尺寸：从约0.05μm至10μm；或从约0.05μm至2μm；约0.05μm至1.0μm；约0.05μm至0.5μm；约0.05μm至0.2μm；约1.0μm至10μm；或约1.0μm至5.0μm；或膜可以具有约0.05μm、约0.1μm或约0.2μm的孔径。例如，微滤膜可以具有如下的MWCO：从约20,000道尔顿至500,000道尔顿、约20,000道尔顿至200,000道尔顿、约20,000道尔顿至100,000道尔顿、约20,000道尔顿至50,000道尔顿或约50,000道尔顿至300,000道尔顿；或约20,000道尔顿、约50,000道尔顿、约100,000道尔顿或约300,000道尔顿，上述微滤膜可以被用于从该发酵肉汤中分离细胞和固体。
超滤
超滤是使用压力高达约145psi(10巴)通过膜的选择性分离过程。有用的配置包含使用螺旋缠绕、中空纤维或平片(筒式)微滤元件的交叉流过滤。这些元件由截留分子量小于约200,000道尔顿的聚合物或陶瓷膜组成。陶瓷超滤膜也是有用的，因为它们具有长达或超过10年这么长的运行寿命。陶瓷具有比聚合物膜更昂贵的缺点。超滤将分子量大于约1,000道尔顿的悬浮的固体和溶质浓缩。超滤包括通过具有从约1,000道尔顿至约200,000道尔顿的标称截留分子量的膜(MWCO)(约0.005至0.1μm的孔尺寸)过滤。例如，超滤膜可以具有从约0.005μm至0.1μm；或从约0.005μm至0.05μm；约0.005μm至0.02μm；或者约0.005μm至0.01μm的孔径。例如，超滤膜可以具有从约1,000道尔顿至200,000道尔顿、约1,000道尔顿至50,000道尔顿、约1,000道尔顿至20,000道尔顿、约1,000道尔顿至5000道尔顿或大约5,000道尔顿至50,000道尔顿的MWCO。使用超滤，渗透液将包含低分子量有机溶质，如1,4-BDO或目标化合物、培养基盐以及水。所捕获的固体可以包含，例如残留的细胞碎片、DNA和蛋白质。本领域中公知的渗滤技术可以用于增加超滤步骤中1,4-BDO或目标化合物的回收率。
纳滤
称为纳滤的进一步过滤程序可用于通过尺寸和电荷分离出前一过滤步骤后残留的某些物质，包含碳水化合物、无机和有机盐、残留蛋白质和其他高分子量杂质。这种程序可以，例如允许某些盐的回收而之前不经水蒸发。纳滤可以分离盐，去除颜色并提供脱盐。在纳滤中，该渗透液如1,4-BDO或目标化合物所示范，通常包含一价离子和低分子量的有机化合物。纳滤包含通过具有从约100道尔顿至约2,000道尔顿的标称截留分子量(MWCO)(约0.0005至0.005μm的孔尺寸)的膜过滤。例如，纳滤膜可以具有从约100道尔顿至500道尔顿、约100道尔顿至300道尔顿或约150道尔顿至250道尔顿的MWCO。纳滤中的传质机制是扩散。该纳滤膜允许某些离子溶质(例如钠和氯)，主要是一价离子以及水的部分扩散。较大的离子物质(包括二价和多价离子)和较复杂的分子被基本上保留(拒绝)。较大的非离子物质(如碳水化合物)也被基本上保留(拒绝)。纳滤一般在如下压力下操作：从70psi至700psi、从200psi到650psi、从200psi到600psi、从200psi到450psi、从70psi至400psi、约400psi、约450psi或约500psi。
纳滤的一种实施方式具有截留分子量约为200道尔顿的膜，其拒绝，例如，约99％的二价盐，如硫酸镁。某些实施方式将针对不带电荷的有机分子，具有截留分子量约为150-300道尔顿的纳滤膜。
除盐和除水
在某些实施方式中，用于纯化1,4-BDO或目标化合物产物的方法进一步包含使该分离的1,4-BDO或目标化合物产物经历除盐、除水或除盐和除水两者。在从该分离的1,4-BDO或目标化合物产物中除去一些或基本上所有的水之前或之后，可以实现从该分离的1,4-BDO或目标化合物产物中除去盐。在所提供的方法的某些实施方式中，除盐通过使1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换程序来实现。在所提供的方法的某些实施方式中，除盐包含结晶。在所提供的方法的某些实施方式中，除水通过使1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发来实现。在所提供的方法的某些实施方式中，除水通过使1,4-BDO或目标化合物产物经历反渗透来实现。
在某些实施方式中，除盐和/或除水之后获得的1,4-BDO或目标化合物产物是粗制1,4-BDO或目标化合物混合物。获得的该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物为以重量/重量计，至少50％、60％、70％、80％、85％或90％的1,4-BDO或目标化合物，以及小于50％、40％、30％、20％、15％、10％或5％的水。
离子交换
离子交换可以用于从混合物，例如(作为举例)发酵肉汤中除去盐。离子交换元件可以采取树脂珠以及膜的形式。经常的是，该树脂可以以多孔珠粒的形式铸造。该树脂可以是具有带电位点的形式的活性基团的交联聚合物。在这些位点上，相反电荷的离子被吸引，但可以依据它们的相对浓度和对位点的亲和力而被其他离子所取代。离子交换树脂可以是，例如阳离子或阴离子的。确定给定的离子交换树脂的效率的因素包含对给定离子的有利度，以及可用的活性位点的数目。为了使该活性位点最大化，大的表面积可能是有用的。因此，小的多孔颗粒因为它们每单位体积的大表面积而有用。
阴离子交换树脂可以是强碱性或弱碱性阴离子交换树脂以及阳离子交换树脂可以是强酸性或弱酸性阳离子交换树脂。作为强酸性阳离子交换树脂的离子交换树脂的非限制性例子包含AMBERJETTM1000Na、AMBERLITETMIR10或DOWEXTM88；弱酸性阳离子交换树脂包含AMBERLITETMIRC86或DOWEXTMMAC3；强碱性阴离子交换树脂包含AMBERJETTM4200Cl或DOWEXTM22；以及弱碱性阴离子交换树脂包含AMBERLITETMIRA96、DOWEXTM66或DOWEXTMMarathonWMA。离子交换树脂可以从各种制造商如Dow、漂莱特、罗门哈斯、三菱或其他制造商处获得。
初级离子交换可以用于去除盐。该初级离子交换可以包含，例如，阳离子交换或阴离子交换或混合的阳离子-阴离子交换，其包含阳离子交换和阴离子交换树脂两者。在某些实施方式中，初级离子交换可以是任何顺序的阳离子交换和阴离子交换。在一些实施方式中，该初级离子交换是阴离子交换，继之以阳离子交换；或阳离子交换，继之以阴离子交换；或混合的阳离子-阴离子交换。在某些实施方式中，该初级离子交换是阴离子交换或阳离子交换。给定类型的超过一种离子交换可以用于初级离子交换。例如，该初级离子交换可以包含阳离子交换，继之以阴离子交换，继之以阳离子交换以及最后继之以阴离子交换。
在某些实施方式中，该初级离子交换使用强酸性阳离子交换和弱碱性阴离子交换。离子交换，例如，初级离子交换，可以在从20℃至60℃、从30℃至60℃、30℃至50℃、30℃至40℃或40℃至50℃；或在约30℃、约40℃、约50℃或约60℃的温度下进行。离子交换，如初级离子交换中的流速可以从1柱床体积/小时(BV/h)至10BV/h、2BV/h至8BV/h、2BV/h至6BV/h、2BV/h至4BV/h、4BV/h至6BV/h、4BV/h至8BV/h、4BV/h至10BV/h或6BV/h至10BV/h。
结晶
蒸发结晶器可用于生成沉淀的盐，其可以通过离心、过滤或其他机械手段被除去。在纯化1,4-BDO或目标化合物的方法中，蒸发结晶器可用于从该发酵肉汤中除去水，以及同时在该发酵肉汤中引起该盐的过饱和，以及该盐随后的结晶，该盐然后可以被除去。在一些实施方式中，该盐在1,4-BDO或目标化合物中有足够低的溶解度，以致于该分离的1,4-BDO或目标化合物是约98％无盐的。蒸发结晶器的例子可以是强制循环结晶器、湍流或吸出管和挡板结晶器、感应循环结晶器或Oslo-型(也称为“生长-”、“流化-床-”或“Krystal-”型)结晶器。
许多蒸发结晶装置允许受控制的晶体生长。在从1,4-BDO或目标化合物产物中除去结晶盐中，确切的晶体形态、尺寸等通常是无关紧要的。因此，无定形盐的除去在结晶程序中可以是充分的。因此，在一些实施方式中，可以利用其他不控制晶体生长本身的蒸发方法。
反渗透
当通过纳滤和/或离子交换除去盐时，反渗透(RO)膜过滤可用于在蒸发之前除去一部分水。水透入该RO膜而1,4-BDO或目标化合物被保留。在一些实施方式中，RO膜可以将产物(如1,4-BDO或目标化合物)浓缩至约20％。本领域的技术人员将认识到，来自1,4-BDO或目标化合物的渗透压增大到一个点，此时使用RO膜的进一步浓缩可不再是可行的。尽管如此，RO膜的用途是一种在多能量密集水蒸发过程之前浓缩1,4-BDO或目标化合物的有用的低能量输入方法。因此，大规模的采用RO膜可以是特别有用的。
蒸发
有许多类型和配置的本领域技术人员公知的可用于除水的蒸发器。蒸发器是一种热交换器，其中将液体煮沸以提供蒸气，其也是一种低压蒸气发生器。在另一个蒸发器中，这种蒸气可用于进一步加热，称为另一种“效果”。通过用包含一种或多种效果的蒸发器系统实现除水。在一些实施方式中，双重或三重效果蒸发器系统可用于从1,4-BDO或目标化合物中分离水。任何数量的多重效果蒸发器系统可用于除水。三重效果蒸发器或其他蒸发装置配置可包含用于盐回收的蒸发结晶器的专用效果，例如三重效果配置的最终效果。替代性地，机械蒸气再压缩或热蒸气再压缩蒸发器可以用来将蒸发水所需的能量减少到超出可在标准多效蒸发器中实现的范围。
蒸发器的例子包含降膜蒸发器(其可以是短路径蒸发器)、强制循环蒸发器、板式蒸发器、循环蒸发器、流化床蒸发器、升膜蒸发器、逆流-涓流蒸发器、搅拌器蒸发器和螺旋管蒸发器。
抛光
抛光是一种除去粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中任何残留的盐和/或其他杂质的程序。该抛光可包含使该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物与许多可与该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中的该杂质反应或吸附该杂质的物质接触。在该抛光中使用的物质可以包含离子交换树脂；活性碳；或吸附树脂，如(作为举例)DOWEXTM22、DOWEXTM88、OPTIPORETML493、AMBERLITETMXAD761或AMBERLITETMFPX66；或这些树脂的混合物，如DOWEXTM22和DOWEXTM88的混合物。
抛光离子交换
在一种实施方式中，该抛光是一种抛光离子交换。该抛光离子交换可以用于在进一步纯化之前除去任何残留的盐、颜色体和颜色前体。该抛光离子交换可以包含阴离子交换；阳离子交换；阳离子交换和阴离子交换两者；或者可以是混合的阳离子-阴离子交换，其既包含阳离子交换树脂，又包含阴离子交换树脂。在某些实施方式中，该抛光离子交换是阴离子交换，继之以阳离子交换；阳离子交换，继之以阴离子交换；或混合的阳离子-阴离子交换。在某些实施方式中，该抛光离子交换是阴离子交换。该抛光离子交换包含强阳离子和强阴离子交换；或者包含强阴离子交换，而无其他抛光阳离子交换或抛光阴离子交换。该抛光离子交换发生在除水步骤(例如蒸发)，以及随后的蒸馏之前。
蒸馏
纯化1,4-BDO或目标化合物的方法可以包含蒸馏粗制1,4-BDO或目标化合物混合物。可以用蒸馏系统进行蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物可以是以重量/重量计，90％、92％、94％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.7％或99.9％的1,4-BDO或目标化合物。该蒸馏系统可以由一种或多种蒸馏塔，该蒸馏塔可以用于通过生成沸点高于或低于1,4-BDO或目标化合物的物质流，除去沸点高于或低于1,4-BDO或目标化合物。该蒸馏塔可以包含，例如无规则填料、规整填料、板、无规则和规整填料、无规则填料和板或规整填料和板。如本领域已知的，许多类型和配置的蒸馏塔是可用的。该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物中1,4-BDO或目标化合物的回收率可被计算为该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物中1,4-BDO或目标化合物的量除以该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中被纯化的1,4-BDO或目标化合物的量的百分比。
蒸馏中的一种考虑是使蒸馏过程中1,4-BDO或目标化合物产物必须经历通过的热量最小化。杂质甚或1,4-BDO或目标化合物可以在蒸馏期间被加热时，经历热或化学分解。减压(低于大气压)或真空下操作该蒸馏塔降低了该蒸馏塔中混合物的沸点温度，并允许在较低温度下操作该蒸馏塔。本发明的各种实施方式中描述的任何塔可以在减压下操作。常见的真空系统可与所有的蒸馏塔一起使用以实现减压；或每个塔都可以有其自己的真空系统。上述示范性真空配置的所有组合和排列都被包含在如本文中所述的发明内。蒸馏塔的压力可以在顶部或冷凝器、底部或基部或在两者之间的任何处测得。蒸馏塔顶部的压力可不同于该蒸馏塔的基部的压力，以及这种压力差是指横跨该蒸馏塔的压降。相同的实施方式的不同的蒸馏塔可以在不同的压力下操作。塔中的压力可以是环境压力；低于环境压力；或例如小于500mmHg、200mmHg、100mmHg、50mmHg、40mmHg、30mmHg、20mmHg、15mmHg、10mmHg或5mmHg。
应当理解，用蒸馏塔通过蒸馏除去较高或低沸点物质的步骤不期望是100％有效的，而蒸馏程序之后残留量的较高或较低沸点物质仍可以存在于产物流中。当描述说通过蒸馏程序除去物质时，将应该理解的是，除去可能意味着将大于50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％或99.9％的物质从进入蒸馏塔的进料中除去。
待纯化的混合物可以被进料至蒸馏塔，并根据操作条件，较高沸点或较低沸点物质可从该混合物中除去。例如，如果除去较低沸点物质，该较低沸点物质被煮沸并从该蒸馏塔的顶部除去，以及具有除去的该较低沸点物质的含产物的流从该蒸馏塔的底部中排出。这种底部流可以被进料至下一蒸馏塔，其中高沸点物质被从该含产物的流除去。在该下一蒸馏塔中，该含产物的流被煮沸并从顶部排出该蒸馏塔，以及较高沸点物质被从该蒸馏塔的底部除去，从而提供了一种更纯的含产物的流。在另一个实施例中，无论是高沸点还是低沸点物质可以被从该含产物的流中除去，其中在这种情况下，该较低沸点物质被煮沸并通过该塔的顶部被除去，该较高沸点物质被从该塔的底部除去，以及产物通过侧馏分排出，这允许物质在该蒸馏塔的该顶部和该底部之间的中间位置离开该塔。
粗制1,4-BDO或目标化合物混合物的蒸馏的一种实施方式包含(a)使该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一蒸馏塔程序以从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质，以产生1,4-BDO或目标化合物第一产物流，以及(b)使含1,4-BDO或目标化合物的该第一产物流经历第二塔蒸馏程序以除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质以及将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，其中该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集。
在某些实施方式中，来自第一蒸馏塔程序沸点低于1,4-BDO的物质多数是水。在某些实施方式中，来自第一蒸馏塔程序沸点低于1,4-BDO的物质是以重量计，大于70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的水。
蒸馏的一种实施方式包含(a)使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一蒸馏塔程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去，以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流，以及(b)使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历第二蒸馏塔程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去并除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，其中该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集。
在某些实施方式中，该蒸馏包括使该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历3道蒸馏塔程序，例如，包含该第一蒸馏塔程序和第二蒸馏塔程序之间的中间蒸馏。
例如，在某些实施方式中，其中蒸馏包含(a)使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一蒸馏塔程序，以产生1,4-BDO或目标化合物第一产物流，以及(b)使该1,4-BDO或目标化合物第一产物流经历第二塔蒸馏程序，其中纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二蒸馏程序的侧馏分中收集，蒸馏可进一步包含(d)在步骤(b)之前，使来自该第一蒸馏塔程序的该1,4-BDO或目标化合物第一产物流经历中间塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去。
在某些实施方式中，本文所述的蒸馏进一步包含(d)在步骤(b)使该1,4-BDO或目标化合物第一产物流经历该第二塔蒸馏程序之前，使该1,4-BDO或目标化合物第一产物流经历中间塔蒸馏程序以除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质。
蒸馏的一种实施方式包含(a)使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一蒸馏塔程序以从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质，以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；(d)使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历中间塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流除去，以获得含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流；以及(b)使该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流经历第二塔蒸馏程序以除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质并将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，其中该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集。在一些实施方式中，该第二高沸点物料流经历该中间塔蒸馏程序和/或第二塔蒸馏程序，其产物可以，例如，被包含在该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物中。在一些实施方式中，该第二高沸点物料流经历该中间塔蒸馏程序。
蒸馏的一种实施方式包含(a)使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一蒸馏塔程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去，以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流，(d)使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历中间塔蒸馏程序以除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质，以获得含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流，以及(b)使该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流经历第二塔蒸馏程序以除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质并将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，其中该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集。在一些实施方式中，该第二高沸点物料流被进料回蒸馏中，例如，与该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物混合并经历步骤(a)、(d)和(b)。在某些实施方式中，该第二高沸点物料流经历该第一塔蒸馏程序。
蒸馏的一种实施方式包含(a)使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一蒸馏塔程序以从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质，以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物料流；(d)使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历第一中间塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去，以获得含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流；(f)使该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流经历第二中间塔蒸馏程序以除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质，以产生含1,4-BDO或目标化合物的第三产物流；以及(b)使该含1,4-BDO或目标化合物的第三产物流经历第二塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。在一些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物作为该第二塔蒸馏程序的馏出物收集。在一些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集。在一些实施方式中，该第二高沸点物料流经历该第一中间塔蒸馏程序和/或第二中间塔蒸馏程序，其产物可以，例如，被包含在该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物中。在一些实施方式中，该第二高沸点物料流经历该第一中间塔蒸馏程序。
在某些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物是以重量/重量计，大于90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.6％、99.7％、99.8％或99.9％1,4-BDO或目标化合物。在某些实施方式中，该纯化的1,4-BDO产物是大于99％的1,4-BDO、500ppm至1000ppm的1,4-BDO单乙酸酯、500ppm至1000ppm的2-(4’-羟基丁氧基)四氢呋喃以及小于10ppm的2-吡咯烷酮。在某些实施方式中，该纯化的1,4-BDO产物是大于99％的1,4-BDO、10ppm至100ppm的1,4-BDO单乙酸酯、100ppm至500ppm的2-(4’-羟基丁氧基)四氢呋喃以及小于5ppm的2-吡咯烷酮。在某些实施方式中，该纯化的1,4-BDO产物是大于99％的1,4-BDO、25ppm至75ppm的1,4-BDO单乙酸酯、200ppm至400ppm的2-(4’-羟基丁氧基)四氢呋喃以及小于5ppm的2-吡咯烷酮。
在本文提供的包含蒸馏塔的系统和方法中，该蒸馏塔具有若干级。在一些实施方式中，本披露的系统或方法具有3至80级的蒸馏塔。例如，该蒸馏塔可以具有3至25级、25至50级或50至80级。在一些实施方式中，该蒸馏塔具有8至28级，例如，18至14级。在一些实施方式中，该蒸馏塔具有4级、8级、10级、11级、17级、22级、18级、23级、30级或67级。
在一些实施方式中，在双塔系统中的该第一塔具有50至80级。在一些实施方式中，在双塔系统中的该第一塔具有67级。
在一些实施方式中，在双塔系统中的该第二塔具有50至80级。在一些实施方式中，在双塔系统中的该第二塔具有67级。
在双塔系统的一些实施方式中，该第一塔具有67级以及该第二塔具有67级。
在一些实施方式中，在三塔系统中的该第一塔具有5至15级。在一些实施方式中，在三塔系统中的该第一塔具有10级。
在一些实施方式中，在三塔系统中的该第一中间塔具有10至40级。在一些实施方式中，在三塔系统中的该第一中间塔具有18-28级。在一些实施方式中，在三塔系统中的该第一中间塔具有18级。
在一些实施方式中，在三塔系统中的该第二塔具有10至40级。在一些实施方式中，在三塔系统中的该第二塔具有18-28级。在一些实施方式中，在三塔系统中的该第二塔具有18级。
在三塔系统的一些实施方式中，该第一塔具有10级以及该第一中间塔具有18级。
在一些实施方式中，在四塔系统中的该第一塔具有5至15级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第一塔具有10级。
在一些实施方式中，在四塔系统中的该第一中间塔具有10至40级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第一中间塔具有15至35级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第一中间塔具有18级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第一中间塔具有30级。
在一些实施方式中，在四塔系统中的该第二中间塔具有10至40级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第二中间塔具有15至35级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第二中间塔具有18级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第二中间塔具有30级。
在一些实施方式中，在四塔系统中的该第二塔具有5至35级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第二塔具有10至30级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第二塔具有15至25级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第二塔具有18级。在一些实施方式中，在四塔系统中的该第二塔具有23级。
在四塔系统的一些实施方式中，该第一塔具有10级，在第一中间塔具有30级，该第二中间塔具有30级以及该第二塔具有23级。
在四塔系统的一些实施方式中，该第一塔具有8级，该第一中间塔具有18级，该第二中间塔具有18级以及该第二塔具有18级。
转膜蒸发
转膜蒸发，也称为薄膜蒸发，可以用于从挥发性较低组分(其中组分包含那些热敏感的，粘稠并倾向于污染受热表面的组分(例如，氨基酸、糖和经常在发酵肉汤中发现的其他组分))中相对快速地分离挥发物。典型地，在本文所述的系统和方法的实施方式中，来自转膜蒸发器(“WFE”)的可蒸发组分(馏出物)包含1,4-BDO。因此，如本文所述的系统和方法中所利用的，该WFE是一种蒸馏组件，其通过从原本被处置的重物质中回收1,4-BDO或目标化合物而增加产物收率。例如，在塔蒸馏系统或方法中，其中粗制1,4-BDO混合物(或来自第一蒸馏塔的1,4-BDO产物流)被进料入给定的蒸馏塔中，从该蒸馏塔中1,4-BDO被作为馏出物(“低沸点物”)除去以及来自该蒸馏塔的底部清扫物(“高沸点物”)(其否则将被处理)经历转膜蒸发；该WFE的含1,4-BDO的馏出物被放回该塔蒸馏系统或方法中以增加1,4-BDO的回收率。转膜蒸发器中的加热时间可短，以减少分解。
在某些实施方式中，该WFE是短路径蒸馏器(SPD)。
在一些实施方式中，该WFE是立式WFE。
在仍然其他的实施方式中，该WFE是卧式WFE。
刮膜蒸发器可以在真空条件下(小于50mmHg、25mmHg、10mmHg、1mmHg、0.1mmHg、0.01mmHg甚或更低)操作。
转膜蒸发的操作条件可以，例如，具有从约0.1mmHg至25mmHg、约1mmHg至10mmHg、约2mmHg至7.5mmHg、约4mmHg至7.5mmHg或约4mmHg至15mmHg的压力范围；以及从约100℃至150℃、110℃至150℃、110℃至150℃、115℃至140℃、115℃至130℃或125℃至150℃的温度范围。
在一些实施方式中，该WFE可以在低于160℃的温度下操作。在一些实施方式中，该WFE可以在145℃和155℃之间的温度下操作。在一些实施方式中，该WFE可以在真空下进行操作。在一些实施方式中，转膜蒸发器的操作条件包含从约145℃至155℃的温度以及从约4mmHg至15mmHg的真空。
在本文提供的双塔、三塔或四塔蒸馏系统的一些实施方式中，WFE是进料来自双塔系统中的该第二塔或者三或四塔系统中的该第一中间塔的高沸点物料流(即底部清扫物，“重物质”)的组件。在一些实施方式中，该WFE馏出物被再循环回双塔、三塔或四塔蒸馏系统中。在某些实施方式中，该WFE馏出物通过将其加入到进料流而被再循环至双塔系统中的该第二塔中。在某些实施方式中，该WFE馏出物被加入到双塔系统中该第二塔的贮槽中。在某些实施方式中，该WFE馏出物被加入到三或四塔系统中该第一中间塔的进料流中。在某些实施方式中，该WFE馏出物被加入到三或四塔系统中该第一中间塔的贮槽中。在某些实施方式中，该WFE馏出物被加入到三或四塔蒸馏系统中加氢装置的进料流中。
在某些实施方式中，该蒸馏包含(c)使来自蒸馏的第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物。该WFE馏出物可以进一步经历中间塔蒸馏程序。在其他的实施方式中，该WFE馏出物可以进一步经历步骤(d)。
在某些实施方式中，该蒸馏包含使来自蒸馏的第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物以及使该WFE馏出物经历第二塔蒸馏程序。在其他的实施方式中，该WFE馏出物可以进一步经历步骤(b)。
粗制1,4-BDO或目标化合物混合物的蒸馏的一种实施方式包含(a)使该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一蒸馏塔程序以将沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去以产生1,4-BDO或目标化合物第一产物流，以及(b)使含1,4-BDO或目标化合物的该第一产物流经历第二塔蒸馏程序以除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质以及将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，其中该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集，以及(c)使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物，以及该WFE馏出物经历该第一塔蒸馏程序。
在某些实施方式中，来自包含第一蒸馏塔程序以及第二塔蒸馏的蒸馏的该纯化的1,4-BDO产物是大于99％的1,4-BDO、500ppm至1000ppm1,4-BDO单乙酸酯、500ppm至1000ppm的2-(4’-羟基丁氧基)四氢呋喃以及小于10ppm的2-吡咯烷酮。
在某些实施方式中，来自第一蒸馏塔程序沸点低于1,4-BDO的物质多数是水。在某些实施方式中，来自第一蒸馏塔程序沸点低于1,4-BDO的物质是以重量计，大于70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的水。
在某些实施方式中，来自第一蒸馏塔程序沸点低于1,4-BDO的物质多数是水。在某些实施方式中，来自第一蒸馏塔程序沸点低于1,4-BDO的物质是以重量计，大于70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的水。
在某些实施方式中，来自包含步骤(a)、步骤(b)以及步骤(c)的蒸馏的该纯化的1,4-BDO产物是大于99％的1,4-BDO、500ppm至1000ppm的1,4-BDO单乙酸酯、500ppm至1000ppm的2-(4’-羟基丁氧基)四氢呋喃以及小于10ppm的2-吡咯烷酮。
蒸馏的一种实施方式包含(a)使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一蒸馏塔程序以将沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；(d)使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历中间塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流除去，以获得含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流；(c)使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物以及该WFE馏出物经历该中间塔蒸馏程序以及(b)使该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流经历第二塔蒸馏程序以除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质以及以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，其中该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集。
在一些实施方式中，该第二高沸点物料流经历该中间塔蒸馏程序和/或第二塔蒸馏程序，其产物可以，例如，被包含在该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物中。在一些实施方式中，该第二高沸点物料流经历该中间塔蒸馏程序。
蒸馏的一种实施方式包含(a)使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一蒸馏塔程序以将沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；(d)使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历第一中间塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流除去，以获得含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流；(c)使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物以及该WFE馏出物经历该第一中间塔蒸馏程序；(f)使该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流经历第二中间蒸馏塔程序以除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质，以产生含1,4-BDO或目标化合物的第三产物流以及(b)使该含1,4-BDO或目标化合物的第三产物流经历第二塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。
在一些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物作为该第二塔蒸馏程序的馏出物收集。在一些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集。
在一些实施方式中，该第二高沸点物料流经历该第一中间塔蒸馏程序和/或第二中间塔蒸馏程序，其产物可以，例如，被包含在该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物中。在一些实施方式中，该第二高沸点物料流经历该第一中间塔蒸馏程序。
该蒸馏系统的一种实施方式包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；中间蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流，生成沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流；以及转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及生成馏出物，以及该馏出物被进料给该中间蒸馏塔。该系统还包含第二蒸馏塔，其在进料点接收该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流以及生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流、沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流以及从侧馏分生成纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。
在某些实施方式中，由第一蒸馏塔生成的沸点低于1,4-BDO的物质的第一物料流多数是水。在某些实施方式中，由第一蒸馏塔生成的沸点低于1,4-BDO的物质的第一物料流是以重量计，大于70％、80％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的水。
该蒸馏系统的一种实施方式包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的产物流；第二蒸馏塔，其在进料点接收含1,4BDO的该产物流以及生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流、沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及从侧馏分生成纯化的1,4-BDO或目标化合物产物；以及转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及生成馏出物，以及该馏出物被进料给该第二蒸馏塔。
该蒸馏系统的一种实施方式包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，生成沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及生成馏出物，以及该馏出物被进料给该第一蒸馏塔；以及中间蒸馏塔，其接收含1,4BDO的该第一产物流，生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4BDO的第二产物流。该系统还包含第二蒸馏塔，其在进料点接收该含1,4BDO的第二产物流以及生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流、沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流以及从侧馏分生成纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。
该蒸馏系统的一种实施方式包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；第一中间蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流，生成沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流；以及转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及生成馏出物，以及该馏出物被进料给该第一中间蒸馏塔。该系统还包含第二中间蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流以及生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第三产物流；以及第二蒸馏塔，其在进料点接收该含1,4-BDO或目标化合物的第三产物流以及生成沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流以及纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。在某些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二馏出物塔的顶部生成。在某些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从侧馏分生成。
氢化
加氢装置可用于在压力和热量下使用催化剂使氢与物质反应。加氢装置可以，例如以分批模式或连续地操作。使用的某些类型的催化剂可以是载体上的金属。可用于氢化的金属的非限制性例子包含钯、铂、镍和钌。用于金属催化剂的载体的非限制性例子包含碳、氧化铝和氧化硅。该催化剂也可以是，例如海绵金属类型，如兰尼镍。其他镍催化剂可购自商业供应商，例如NISAT310TM、E-3276(德国路德维希港BASF)、2486或E-474TR(美国宾夕法尼亚州Calsicat分公司Mallinckrodt公司)。压力可包含至少50psig、100psig、200psig、300psig、400psig、500psig、600psig或1000psig的氢气压力；或从约100psig至1000psig、从约200psig至600psig或从约400psig至600psig的氢气压力。温度可以从环境温度到200℃、从约50℃至200℃、从约80℃至150℃、从约90℃至120℃、从约100℃至130℃或从约125℃至130℃。除非本文中另有描述，氢化发生在蒸馏程序之后，该蒸馏程序包含基本上除去沸点高于1,4-BDO或目标化合物(重物质)的物质，如未发酵的糖、含氮化合物，否则该重物质会污染加氢催化剂。
在某些实施方式中，该蒸馏包含(e)在第二塔蒸馏程序之前，用氢化反应处理含1,4-BDO或目标化合物的产物流。在其他的实施方式中，该蒸馏包含(e)在执行步骤(b)之前用氢化反应处理含1,4-BDO或目标化合物的产物流。在其他的实施方式中，该(e)用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的产物流发生在中间塔蒸馏程序之后。在其他的实施方式中，该蒸馏包含(e)在执行第二塔蒸馏程序之前，用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流。在其他的实施方式中，该蒸馏包含(e)在执行第二塔蒸馏程序之前，用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流。在其他的实施方式中，该蒸馏包含(e)在执行步骤(d)之前，用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流。在其他的实施方式中，该蒸馏包含(e)在执行步骤(b)之前，用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流。
在某些实施方式中，该蒸馏包含在第一中间塔蒸馏程序之前用氢化反应处理1,4-BDO或目标化合物产物流。在某些实施方式中，该蒸馏包含在第一塔蒸馏程序之后用氢化反应处理1,4-BDO或目标化合物产物流。
在进一步的实施方式中，用于纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含用氢化反应处理该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。
蒸馏的一种实施方式包含(a)使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一蒸馏塔程序以将沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；(b)使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历第一中间塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流除去，以获得含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流；(c)使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物，以及该WFE馏出物经历该第一中间塔蒸馏程序；(f)在执行步骤(d)之前，用氢化反应处理该第二1,4-BDO产物流；(d)使该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流经历第二中间蒸馏塔程序以除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质，以产生含1,4-BDO或目标化合物的第三产物流以及(e)使该含1,4-BDO或目标化合物的第三产物流经历第二塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。
在一些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物作为该第二塔蒸馏程序的馏出物收集。在一些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集。
在一些实施方式中，该第二高沸点物料流经历该第一中间塔蒸馏程序和/或第二中间塔蒸馏程序。在一些实施方式中，当该纯化的1,4-BDO或目标化合物可以从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集时，来自该第二塔蒸馏程序的沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质可以经历该第一和/或第二中间塔蒸馏程序。
在某些实施方式中，来自包含第一蒸馏塔程序、中间蒸馏塔程序、用氢化反应处理含1,4-BDO的产物流以及第二塔蒸馏程序的蒸馏的该纯化的1,4-BDO产物是大于99％的1,4-BDO、500ppm至1000ppm的1,4-BDO单乙酸酯、500ppm至1000ppm的2-(4’-羟基丁氧基)四氢呋喃以及小于10ppm的2-吡咯烷酮。
在某些实施方式中，来自包含步骤(a)、步骤(b)、步骤(c)、步骤(d)以及步骤(e)的蒸馏的该纯化的1,4-BDO产物是大于99％的1,4-BDO、25ppm至75ppm的1,4-BDO单乙酸酯、200ppm至400ppm的2-(4’-羟基丁氧基)四氢呋喃、小于5ppm的2-吡咯烷酮以及小于500ppm的水。在某些实施方式中，该水含量小于100ppm。
在一种实施方式中，蒸馏系统包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的产物流；第二蒸馏塔，其在进料点接收含1,4BDO的该产物流以及生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流、沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及从侧馏分收集纯化的1,4-BDO或目标化合物产物；转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及生成馏出物，以及该馏出物被进料给该第二蒸馏塔；以及氢化反应器，其被构造成处理由该第二蒸馏塔所生成的该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。
在一种实施方式中，蒸馏系统包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的产物流；第二蒸馏塔，其在进料点接收含1,4-BDO的该产物流以及生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流、沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及从侧馏分收集纯化的1,4-BDO或目标化合物产物；转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及生成馏出物，以及该馏出物被进料给该第二蒸馏塔；以及氢化反应器，其被构造成在该含1,4-BDO或目标化合物的产物流被该第二蒸馏塔所接收之前，处理该含1,4-BDO或目标化合物的产物流。
在一种实施方式中，蒸馏系统包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；中间蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流，生成沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流；转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及生成馏出物，以及该馏出物被进料给该中间蒸馏塔；第二蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO的第二产物流在进料点以及生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流、沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流以及从侧馏分收集馏出的1,4-BDO或目标化合物产物；以及氢化反应器，其被构造成在该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流被该第二蒸馏塔所接收之前，处理该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流。
在某些实施方式中，来自包含第一蒸馏塔、中间蒸馏塔、第二蒸馏塔、转膜蒸发器以及加氢装置的蒸馏系统的该纯化的1,4-BDO产物是大于99％的1,4-BDO、25ppm至75ppm的1,4-BDO单乙酸酯、200ppm至400ppm的2-(4’-羟基丁氧基)四氢呋喃以及小于5ppm的2-吡咯烷酮。
该蒸馏系统的一种实施方式包含第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；第一中间蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流，生成沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流；以及转膜蒸发器，其接收该沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第一物料流(即高沸点物料流或底部清扫物)以及生成馏出物，以及该馏出物被进料给该第一中间蒸馏塔。
该系统还包含第二中间蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流以及生成沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流以及含1,4-BDO或目标化合物的第三产物流；第二蒸馏塔，其在进料点接收该含1,4-BDO或目标化合物的第三产物流以及生成沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质的第二物料流以及纯化的1,4-BDO或目标化合物产物；以及氢化反应器，其被构造成在该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流被该第二中间蒸馏塔所接收之前，处理该含1,4-BDO或目标化合物的第二产物流。在某些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二馏出物塔的顶部生成。在某些实施方式中，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从侧馏分生成。
方法和系统
用于纯化衍生自发酵的1,4-BDO或目标化合物的方法的例子可以包含如下步骤：培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物以及使该发酵肉汤经历一种或多种如下程序：生物质失活、离心、微滤、超滤、纳滤、初级离子交换、反渗透、蒸发、结晶、抛光、塔蒸馏、转膜蒸发以及氢化。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活以及使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物。在某些实施方式中，产生1,4-BDO或目标化合物产物的该分离程序包含离心或过滤。在某些实施方式中，产生1,4-BDO或目标化合物产物的该分离程序是离心。在某些实施方式中，产生1,4-BDO或目标化合物产物的该分离程序是离心以及过滤。在某些实施方式中，产生1,4-BDO或目标化合物产物的该分离程序是过滤。在某些实施方式中，产生1,4-BDO或目标化合物产物的该分离程序是过滤的情况下，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法可以进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历除盐。该除盐是如上所述的初级离子交换，组合有本发明的任何或所有实施方式。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历除盐，其中该除盐是初级离子交换。在某些实施方式中，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阳离子交换或阴离子交换。该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
例如，在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物；使该发酵肉汤经历生物质失活；使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，其中该分离程序是过滤以及该过滤包含微滤和纳滤；以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换，其中该离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换。
该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法可以进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历除水。该除水是如上所述的蒸发，组合有本发明的任何或所有实施方式。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。而且，该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
例如，在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物；使该发酵肉汤经历生物质失活；使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，其中该分离程序是过滤，以及该过滤包含微滤和纳滤。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换，其中该离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；以及进一步使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。
该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法可以进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历除盐。该除盐可以是如上所述的结晶，组合有本发明的任何或所有实施方式。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶。而且，该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶。而且，该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法可以进一步包含如上所述的抛光，组合有本发明的任何或所有实施方式。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
例如，在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物；使该发酵肉汤经历生物质失活；使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，其中该分离程序是过滤，以及该过滤包含微滤和纳滤。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换，其中该离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；以及进一步使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以产生粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，其中该抛光是抛光离子交换以及该离子交换是强碱阴离子交换。
例如，在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物；使该发酵肉汤经历生物质失活；使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，其中该分离程序是过滤，以及该过滤包含微滤和纳滤。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换，其中该离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；以及进一步使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以产生粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，其中该抛光是抛光离子交换以及该离子交换是强酸阳离子交换以及强碱阴离子交换。
该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法可以进一步包含如上所述的蒸馏，组合有本发明的任何或所有实施方式。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光，以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
例如，在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物；使该发酵肉汤经历生物质失活以及使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，其中该分离程序是过滤，以及该过滤包含微滤和纳滤。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换，其中该离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以产生粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，其中该抛光是抛光离子交换以及该离子交换是强碱阴离子交换。该方法进一步包含使该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历蒸馏，其中该蒸馏包含使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一塔蒸馏程序以从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历第二塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。而且，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集。
例如，在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物；使该发酵肉汤经历生物质失活；使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，其中该分离程序是过滤，以及该过滤包含微滤和纳滤；使该1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换，其中该离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；进一步使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以产生粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，其中该抛光是抛光离子交换以及该离子交换是强碱阴离子交换。该方法进一步包含使该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历蒸馏，其中该蒸馏包含使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一塔蒸馏程序以从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历中间塔蒸馏程序以在执行最终的蒸馏程序之前，将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去；以及使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历第二塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。而且，该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集。
该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法可以进一步包含如上所述的转膜蒸发，组合有本发明的任何或所有实施方式。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光，以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流、第一高沸点物料流，以及使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流，以及使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物以及使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流，以及使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流，以及使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流，以及使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流，以及使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸点物料流，以及使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
例如，在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物；使该发酵肉汤经历生物质失活；使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物。而且，该分离程序是过滤，其中该过滤包含微滤和纳滤。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换，其中该离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以产生粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，其中该抛光是抛光离子交换以及该离子交换是强碱阴离子交换。该方法进一步包含使该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历蒸馏，其中该蒸馏包含使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一塔蒸馏程序以从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；以及使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历第二塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，其中该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集；以及使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物以及使该WFE馏出物经历该第二塔蒸馏程序。
例如，在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物；使该发酵肉汤经历生物质失活；使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，其中该分离程序是过滤，以及该过滤包含微滤和纳滤。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换，其中该离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以产生粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，其中该抛光是抛光离子交换以及该离子交换是强碱阴离子交换。该方法进一步包含使该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历蒸馏，其中该蒸馏包含使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一塔蒸馏程序以从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历中间塔蒸馏程序以在执行最终的蒸馏程序之前，将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去；以及使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历第二塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸点物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，其中该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集；以及使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物以及使该WFE馏出物经历该中间塔蒸馏程序。
该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法可以进一步包含如上所述的氢化，组合有本发明的任何或所有实施方式。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光，以及使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流、第一高沸点物料流，使该第一高沸点物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物以及用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸物料流，使该第一高沸物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物以及用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，使该第一高沸物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸物料流以及用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流。而且，该抛光包含抛光离子交换以及该抛光离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
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在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历结晶，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸物料流，使该第一高沸物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物以及用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸物料流，使该第一高沸物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物以及用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物，任选地使该发酵肉汤经历生物质失活，使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历初级离子交换，使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸馏以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物、含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流以及第一高沸物料流，使该第一高沸物料流经历转膜蒸发以产生转膜馏出物以及用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流。而且，该初级离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换；任何顺序的阳离子交换和阴离子交换；阴离子交换；或阳离子交换；其中该分离包含离心或过滤，以及其中该分离是过滤，该过滤包含微滤、超滤或纳滤；包含微滤和超滤；包含微滤和纳滤；包含超滤和纳滤。本发明的过滤可以是所叙述的有附加步骤的步骤以及没有附加步骤的步骤。
例如，在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物；使该发酵肉汤经历生物质失活；使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物，其中该分离程序是过滤，以及该过滤包含微滤和纳滤。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换，其中该离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以产生粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，其中该抛光是抛光离子交换以及该离子交换是强碱阴离子交换。该方法进一步包含蒸馏其中该蒸馏包含使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一塔蒸馏程序以从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；以及使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历第二塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第一高沸物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，其中该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集；使该第一高沸物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物以及使该WFE馏出物经历该第二塔蒸馏程序以及用氢化处理该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物。
例如，在一种实施方式中，该纯化1,4-BDO或目标化合物的方法包含培养非天然存在的微生物以在发酵肉汤中产生1,4-BDO或目标化合物；使该发酵肉汤经历生物质失活；使该发酵肉汤经历分离程序以产生1,4-BDO或目标化合物产物。而且，该分离程序是过滤，其中该过滤包含微滤和纳滤。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历离子交换，其中该离子交换包含阳离子交换、阴离子交换或混合的阳-阴离子交换。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历蒸发。该方法进一步包含使该1,4-BDO或目标化合物产物经历抛光以产生粗制1,4-BDO或目标化合物混合物，其中该抛光是抛光离子交换以及该离子交换是强碱阴离子交换。该方法进一步包含蒸馏，其中该蒸馏包含使粗制1,4-BDO或目标化合物混合物经历第一塔蒸馏程序以从该粗制1,4-BDO或目标化合物混合物中除去沸点低于1,4-BDO或目标化合物的物质以产生含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流；使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历中间塔蒸馏程序以在执行最终的蒸馏程序之前，将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸物料流除去；以及使该含1,4-BDO或目标化合物的第一产物流经历第二塔蒸馏程序以将沸点高于1,4-BDO或目标化合物的物质作为第二高沸物料流除去，以产生纯化的1,4-BDO或目标化合物产物，其中该纯化的1,4-BDO或目标化合物产物从该第二塔蒸馏程序的侧馏分中收集；使该第一高沸物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生WFE馏出物以及使该WFE馏出物经历该中间塔蒸馏程序以及在执行该最终的蒸馏程序之前，用氢化反应处理该含1,4-BDO或目标化合物的产物流。
在本文所述的方法和系统的某些实施方式中，发酵肉汤的量是至少20L、至少25L、至少80L、至少1000L、至少13,000L、至少50,000L、至少100,000L、至少600,000L、至少1,200,000L或至少2,000,000L或更多。
产生粗制1,4-BDO混合物的实施例系统如图1A中所描述。发酵罐100在发酵肉汤102中产生1,4-BDO，其被进料至第一过滤装置110。该第一过滤装置从1,4-BDO产物114中除去生物质以及其他固体112。该1,4-BDO产物114然后被进料至纳滤装置120，其中滞留物122被从1,4-BDO产物124中除去。该1,4-BDO产物124接下来被进料至初级离子交换装置130，其中用阳离子交换树脂对其处理以及用阴离子交换树脂处理以从1,4-BDO产物134中除去盐132。该1,4-BDO产物134然后被进料至蒸发装置140以除去多余的水142以产生粗制1,4-BDO混合物144，其是约80％的1,4-BDO以及约20％的水，具有少量的一些其他物质。另一实施例如图1B中所描述，其将抛光离子交换装置150’加入图1A的实施例。该抛光离子交换150’装置在蒸发器140’产生粗制1,4-BDO混合物154’之后被加入。在一个实施例中，第一过滤装置110或110’是微滤以及在其他的实施例中，该第一过滤装置110或110’是超滤。
双塔蒸馏系统的例子如图2A中所描述。粗制1,4-BDO混合物200被进料至第一蒸馏塔210，其中轻物质212(沸点低于1,4-BDO的物质)从该第一塔210的顶部被除去。含1,4-BDO的产物流214从该第一塔的底部排出以及被进料至第二蒸馏塔220。重物质224(沸点高于1,4-BDO的物质)被从第二塔220的底部除去以及轻物质222从该第二塔220的顶部被除去。纯化的1,4-BDO产物260从塔220的侧馏分收集。
图2B中所描述的实施例将转膜蒸发器240’加入该图2A的实施例。重物质224’被进料至转膜蒸发器240’，其中馏出物242’以及重物质244’得以产生。该馏出物242’被进料至第二蒸馏塔220’。
图2C中所描述的实施例将加氢装置270”加入该图2A的实施例。纯化的1,4-BDO产物260”被进料至加氢装置270”以及产生纯化的1,4-BDO产物280”。
图2D中所描述的实施例将转膜蒸发器240”’加入该图2C的实施例。重物质224”’被进料至转膜蒸发器240”’，其中馏出物242”’以及重物质244”’得以产生。该馏出物242”’被进料至第二蒸馏塔220”’。
图2E中所描述的实施例将强制再循环再沸器290IV加入该图2D的实施例。来自第二蒸馏塔220IV的重物质224IV被进料至强制再循环再沸器290IV，其中蒸气294IV得以产生。该蒸气294IV至少部分地被进料至该第二塔220IV。如图2E中所示，该蒸气294IV被进料至进料214IV。然而，在其他的实施方式(图2D中未示出)中，该蒸气294IV可以被进料至塔220IV的贮槽。
在仍然其他的实施方式中，来自双塔蒸馏系统的第二塔的重物质(例如(作为举例)图2A至2D的任一项中所示)被进料至强制再循环再沸器。该强制再循环再沸器可以产生蒸气，其至少部分地被进料回该第二塔(如贮槽)或被进料回流向该第二塔的进料。
三塔蒸馏系统的例子如图3A中所描述。粗制1,4-BDO混合物300被进料至第一蒸馏塔310，其中轻物质312(沸点低于1,4-BDO的物质)从该第一塔310的顶部被除去。含1,4-BDO的产物流314从该第一塔的底部排出以及被进料至第二蒸馏塔320。重物质324(沸点高于1,4-BDO的物质)被从该第二塔320的底部除去以及含1,4-BDO的第二产物流322从该第二塔320的顶部排出。该含1,4-BDO的第二产物流322被进料至第三蒸馏塔330。该第三蒸馏塔330从该塔330的顶部除去轻物质332以及从塔330的底部除去重物质334，其中该重物质334被进料至该第二蒸馏塔320。该纯化的1,4-BDO产物360从塔330的侧馏分收集。
图3B中所描述的实施例将转膜蒸发器340’加入该图3A的实施例。重物质324’被进料至转膜蒸发器340’，其中馏出物342’以及重物质344’得以产生。该馏出物342’被进料至第二蒸馏塔320’。
图3C中所描述的实施例将加氢装置350”加入该图3A的实施例。含1,4-BDO的产物流322”被进料至该加氢装置350”以及将流352”送至第三蒸馏塔330”。
图3D中所描述的实施例将转膜蒸发器340”’加入该图3C的实施例。重物质324”’被进料至转膜蒸发器340”’，其中馏出物342”’以及重物质344”’得以产生。该馏出物342”’被进料至第二蒸馏塔320”’。
图3E中所描述的实施例将强制再循环再沸器390IV加入图3D的实施例。来自第二蒸馏塔320IV的重物质324IV被进料至强制再循环再沸器390IV，其中蒸气394IV得以产生。该蒸气394IV至少部分地被进料至该第二蒸馏塔320IV。如图3E中所示，该蒸气394IV被进料至进料314IV。在某些其他的实施方式中，该蒸气394IV被进料至塔320IV的贮槽。
在本文提供的三塔蒸馏系统的仍然其他的实施方式中，从中间塔清扫出的重物质(例如(作为举例)分别如图3A至3D中所示的重物质324、324’、324”或324”’的任一项)被进料至强制再循环再沸器。该强制再循环再沸器可以产生蒸气，其至少部分地被进料回该中间塔(如贮槽)或被进料回流向该中间塔的进料。
四塔蒸馏系统的例子如图4A中所描述。粗制1,4-BDO混合物400被进料至第一蒸馏塔410，其中轻物质412(沸点低于1,4-BDO的物质)从该第一塔410的顶部被除去。含1,4-BDO的产物流414从该第一塔的底部排出以及被进料至中间蒸馏塔420。重物质424(沸点高于1,4-BDO的物质)被从第二塔420的底部除去以及含1,4-BDO的产物流422从该第二塔420的顶部排出。该重物质424被进料至转膜蒸发器440，其中馏出物442以及重物质444得以产生。该馏出物442被进料至第二蒸馏塔420。该含1,4-BDO的产物流422被进料至第三蒸馏塔430。蒸馏塔430从该塔430的顶部除去轻物质432以及从塔430的底部除去含1,4-BDO的第三产物流434。该含1,4-BDO的第三产物流434被进料至第四蒸馏塔450。纯化的1,4-BDO产物452从塔450的顶部收集以及重物质454从塔450的底部排出。
图4B中所描述的实施例将加氢装置460’加入图4A的系统中。含1,4-BDO的产物流422’被进料至该加氢装置460’以及将流462”送至第三蒸馏塔430’。
图4C中所描述的实施例将强制再循环再沸器490”加入图4B的系统。来自第二塔420”的重物质424”被进料至强制再循环再沸器490”，其中蒸气494”得以产生。该蒸气494”至少部分地被进料至第二蒸馏塔420”。如图4C中所示，该蒸气494”被进料至进料414”。然而，普通技术人员将理解该蒸气494”可以被进料至塔420”的贮槽。
在本文提供的四塔蒸馏系统的仍然其他的实施方式中，从中间塔清扫出的重物质(例如(作为举例)分别如图4A至4B中所示的重物质424或424’的任一项)被进料至强制再循环再沸器。该强制再循环再沸器可以产生蒸气，其至少部分地被进料回该中间塔(如贮槽)或被进料回流向该中间塔的进料。
在本文提供的双塔、三塔或四塔蒸馏系统的某些实施方式中，强制再循环再沸器在没有加氢装置和/或转膜蒸发器时被使用。
在图4C中所描述的实施例中，纯化的1,4-BDO产物452”从侧馏分456”收集。馏出物458”被进料至流向第三蒸馏塔430”的流462”。在四塔系统的某些其他的实施方式中，该馏出物458”可以被进料至第一塔410”、第二塔420”或第四塔450”的进料流。
如本文提供的双塔、三塔或四塔蒸馏系统的最后塔可以具有侧馏分。该侧馏分可以位于流向该最后塔的进料之上或该侧馏分可以位于流向该最后塔的进料之下。
在一些实施方式中，该纯化的1,4-BDO产物从来自双塔系统的最后塔的侧馏分中收集。在某些实施方式中，该来自双塔系统的最后塔的侧馏分如(作为举例)图2A中所描述的，位于流向该塔的进料之上，其中侧馏分260在流入该第二塔的进料之上。
在一些实施方式中，该纯化的1,4-BDO产物从来自三塔系统的最后塔的侧馏分中收集。在某些实施方式中，该来自三塔系统的最后塔的侧馏分如(作为举例)图3A中所描述的，位于流向该塔的进料之下，其中侧馏分360在流入该最后塔的进料之下。
在一些实施方式中，该纯化的1,4-BDO产物从来自四塔系统的最后塔的侧馏分中收集。在某些实施方式中，该来自四塔系统的最后塔的侧馏分位于流向该塔的进料之上。例如，该来自四塔蒸馏系统的第四塔的侧馏分如图4C中侧馏分456”所描述的，位于流向该最后塔的进料之上。
本披露的实施方式的例子可以是组合有图2A至2E、图3A至3E或图4A至4C的任何实施例的图1A或图1B的任何实施例。例如，实施方式可以是图1B与图2B或图1B与图3D的组合。
本披露的双塔、三塔或四塔蒸馏系统中的每个塔可以任选地组合有冷凝器。该冷凝器可以是空气冷却的冷凝器，例如空气冷凝器、施耐德塔或Widmer塔；或水冷却的冷凝器，例如李比希氏冷凝器、West冷凝器、Allihn冷凝器、Davies冷凝器、格雷汉姆冷凝器、Coil冷凝器、迪姆罗特冷凝器、螺旋冷凝器、Friedrichs冷凝器或本领域已知的任何其他冷凝器。该冷凝器接收来自本披露的双塔、三塔或四塔蒸馏系统中的塔的低沸物料流以及生成冷凝物。在一些实施方式中，该冷凝物最后部分地被回收回该塔(“回流”)。该回收的冷凝物可以被加入流向塔的进料中或其可以直接被加入塔，如加入塔的贮槽中。
本披露的双塔、三塔或四塔蒸馏系统中的每个塔可以任选地组合有再沸器。该再沸器可以，例如，是强制再循环再沸器、锅形再沸器、热虹吸式再沸器、火焰再沸器或本领域已知的任何其他类型的再沸器。该再沸器接收本披露的双塔、三塔或四塔蒸馏系统中的塔的底部清扫物以及生成蒸气。在某些实施方式中，该蒸气至少部分地被回收回该系统的塔。该回收的蒸气可以被加入流入塔的进料或其可以直接被加入塔，如加入该塔的贮槽中。
在一些实施方式中，双塔蒸馏系统的第二塔或三或四塔蒸馏系统的第一中间塔的底部清扫物被进料入强制再循环再沸器，其生成蒸气。在某些实施方式中，该蒸气至少部分地被回收回该系统。在某些实施方式中，该蒸气被回收回双塔系统中的第二塔或三或四塔系统中的第一中间塔。
在一些实施方式中，双塔蒸馏系统的第二塔或三或四塔蒸馏系统的第一中间塔的底部清扫物被进料入转膜蒸发器，其生成馏出物。在某些实施方式中，该馏出物至少部分地被回收回该系统。在某些实施方式中，该馏出物被回收回双塔系统的第二塔或三塔或四塔系统的第一中间塔。在某些其他的实施方式中，该馏出物被回收进入流入三或四塔系统中的加氢装置的进料中。
在一些实施方式中，双塔蒸馏系统的第二塔或三或四塔蒸馏系统的第一中间塔的底部清扫物的至少部分被进料入强制再循环再沸器，其生成蒸气，以及另一部分被进料入转膜蒸发器，其生成馏出至双塔系统中的第二塔或者回收至三塔或四塔系统中的第一中间塔。在某些实施方式中，生成的馏出物被回收进入流入三塔或四塔系统中的加氢装置的进料中。
UV吸光度是对指示存在的杂质的量的该1,4-BDO产物的质量的量度。UV吸光度也可以是对给定的蒸馏系统中各个点的含1,4-BDO工艺流的量度。
在本披露的方法的一些实施方式中，从四塔蒸馏系统的第四蒸馏塔的馏出物中获得的1,4-BDO样品在270nm处的UV吸光度(UV270吸光度)小于0.20、0.12、0.11、0.10、0.09、0.08或0.05吸光度单位。在一些实施方式中，从四塔蒸馏系统的第二蒸馏塔的馏出物中获得的1,4-BDO样品具有多于1.0、2.0、3.0或4.0的UV270吸光度。在一些实施方式中，从四塔蒸馏系统的第二塔的馏出物中获得的1,4-BDO样品具有的UV270吸光度是从四塔蒸馏的第四塔的馏出物中获得的1,4-BDO样品的至少10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、60倍、70倍、80倍、90倍或100倍。
在本文提供的包含蒸馏塔的系统和方法中，可以有一种塔(被称为“重物质塔”)，其中在馏出物或侧馏分中，1,4-BDO产物流被除去，而底部清扫物流(高沸点物)由其组成(或如上所解释，经历转膜蒸发和/或再沸器)。来自重物质塔的底部清扫物流通常包含可能污染后续处理装置(如加氢装置)的氨基酸、盐、糖等。在某些实施方式中，双塔系统中的第二塔是重物质塔。在某些实施方式中，三或四塔系统中的第一中间塔是重物质塔。该重物质塔的进料速率、底部清扫速率以及清扫速率与进料速率之比可以，例如，在下文所解释的参数内。
在一些实施方式中，该重物质塔的该清扫速率介于约0.04kg/hr和约1,000kg/hr之间。例如，该清扫可以介于约0.04kg/hr和2.0kg/hr之间；介于约30kg/hr至130kg/hr之间；或介于约200kg/hr至1,000kg/hr之间。在一些实施方式中，该清扫速率是0.8kg/hr。在一些实施方式中，该清扫速率介于约0.8kg/hr和245kg/hr之间；介于约0.8kg/hr和490kg/hr之间；介于约0.8kg/hr和620kg/hr之间；或介于0.8kg/hr和1,000kg/hr之间。
在一些实施方式中，该重物质塔的进料速率介于约5.0kg/hr至约10,000kg/hr之间。例如，进料速率可以介于约5.0kg/hr至约13kg/hr之间；介于约1,475kg/hr至2,500kg/hr之间；约2,500kg/hr至5,000kg/hr；或约5,000kg/hr至10,000kg/hr。
在一些实施方式中，重物质塔的该清扫速率和进料速率之比为约0.003至约0.30、约0.03至约2.0或约0.07至约0.154。在某些实施方式中，该重物质塔的清扫速率和进料速率之比为约0.1。
尽管本文所述的方法和系统，在某些情况下，相对于获得1,4-BDO而被讨论，在独立的实施方式中，本文所述的方法和系统可用于其他相关化合物的纯化，其中这类化合物存在于发酵肉汤中，是与水混溶的，并具有比水更高的沸点。这类相关化合物包含，例如1,3-丁二醇(1,3-BDO)、2,3-丁二醇(2,3-BDO)、1,3-丙二醇(1,3-PDO)、1,2-丙二醇(1,2-PDO甲基乙基二醇)、1,2-乙二醇(乙二醇)、γ-丁内酯(GBL)、1,5-戊二醇、1,6-己二醇。
应用
1,4-BDO产物的纯度可以反映将使用该1,4-BDO的应用领域。例如，用于褐色塑料，聚(丁烯己二酸酯)-共-对苯二甲酸酯或用于产生THF的1,4-BDO可以比将被用于可能需要几乎无色的1,4-BDO产物的透明塑料，例如许多聚氨酯或共聚酯醚产品中的1,4-BDO产物具有更多有色杂质。相应地，可用于褐色或其他有色塑料产品的1,4-BDO产物可以不需要跟用于其他应用，例如透明塑料产品或聚合物的1,4-BDO产物一样多的纯化步骤。该1,4-BDO产物的纯度可以被选择为至少80％或85％的粗制1,4-BDO混合物或可以是以重量/重量计以及取决于所需的1,4-BDO最终产物，至少90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、96％、97％、98％、99％、99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％、99.7％、99.8％或99.9％的纯化的1,4-BDO产物。该1,4-BDO产物的颜色可以具有小于10、20、30、40、50、60、70、80、90或100的APHA颜色。该1,4-BDO产物可以具有小于0.01、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0、2.0、5、10.0或20.0的在270nm处的吸光度。
如本文所述所产生的该1,4-BDO产物可以，例如，不含或具有低量的某些化合物，例如在下面表I中所述的那些化合物。在某些实施方式中，该1,4-BDO产物可以，例如，是大于99％的1,4-BDO，可以没有或具有小于0.01％的2-甲基-3-丁烯-1-醇；和/或没有或具有小于0.01％的1,6-己二醇；和/或小于0.04％的丁酸、丙酯和/或小于0.04％的2-(4-羟基丁氧基)四氢呋喃。
表i.1,4-BDO产物的分析
1,4-BDO是一种用于生产高性能溶剂、精细化学品、化妆品、个人护理产品和聚合物(包括塑料、弹性纤维、聚氨酯和聚酯)的有价值的化学品。它是生产其他高价值化学品(包含四氢呋喃(THF)以及γ-丁内酯(GBL))的基础。在聚合物的情况下，1,4-BDO是用于聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)生产的共聚单体。PBT是在汽车、电器、供水系统以及小家电应用中使用的中等性能的工程热塑性塑料。1,4-BDO是用于聚氨酯以及聚氨酯-聚脲共聚物的共聚单体。1,4-BDO是用于可生物降解的聚合物，包含PBAT(聚(丁烯己二酸酯-共-对苯二甲酸酯))以及PBS(聚(琥珀酸丁二醇酯))的共聚单体。1,4-BDO至THF以及随后至四亚甲基醚二醇(PTMEG)(也被称为PTMO，聚氧化四亚甲基；以及PTHF，聚(四氢呋喃))的转化提供中间体，其，例如当组合有聚氨酯-聚脲共聚物时被用于制造例如纤维或氨纶(elastane)产品中所用的弹性纤维，如斯潘德克斯纤维。THF也作为如工业溶剂以及在制药生产中被使用。PTMEG也与特种热塑性弹性体(TPE)，包含热塑性弹性体聚酯(TPE-E或TPEE)和共聚酯醚(COPE)的生产相组合。COPE是高模量弹性体，其具有优良的机械性能和油/环境抵抗力，使它们能够在高温和低温极限下运行。PTMEG和1,4-BDO也使热塑性聚氨酯(例如TPE-U或TPEU)在标准的热塑挤出、压延和成型设备上得以加工，并且其特征在于它们出色的韧性和耐磨性。产生自1,4-BDO的该GBL的用途包含在溶剂、脱漆剂和胶去除剂中的用途，以及作为药物和在制药中的用途。产生自1,4-BDO的该GBL提供用于制造吡咯烷酮(包含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和2-吡咯烷酮)的原料，其又被用以生产N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)和聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，以及服务于农用化学品市场。该吡咯烷酮作为高性能溶剂，被越来越多地用于提取工艺，包含例如，用于电子工业和制药生产。NMP用途和组合物包含包衣、用于加工或回收工业化学品的提取剂以及用于药物、化妆品和个人护理产品的配制的赋形剂。PP作为工业溶剂以及在NVP和PVP的生产中被使用。PVP用途和组合物包含包衣；药物制剂、化妆品和个人护理产品中的赋形剂；溶剂或溶解度增强剂；以及增稠剂。NVP用途和组合物包含UV防护剂和粘度增强剂。相应地，本文提供根据本文所述的方法生产的生物来源的1,4-BDO以及包括该生物来源的1,4-BDO或使用其获得的生物基产物。
该生物基产物可以包括1,4-BDO；聚合物；THF或THF衍生物；或GBL或GBL衍生物；或该生物基产物可以包括1,4-BDO、聚合物、塑料、弹性纤维、聚氨酯、聚酯、聚羟基烷羧酸酯、聚-4-羟基丁酸酯、聚-4-羟基丁酸酯的共聚物、聚(四亚甲基醚)二醇、聚-氨酯、聚氨酯-聚脲共聚物、斯潘德克斯、氨纶、尼龙或包含PBAT和PBS的可生物降解的塑料；或该生物基产物可以包括聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)聚合物；或该生物基产物可以包括PBT、PBAT、PBS或PU聚合物以及优选地PBT聚合物，其包括树脂、纤维、珠、颗粒、丸、片、塑料、聚酯、热塑性聚酯、模塑制品、注塑制品、注塑部件、汽车部件、挤出树脂、电气部件以及壳体，任选地其中该生物基产物被增强或填充，例如玻璃填充或矿物填充；或该生物基产物是THF或THF衍生物，以及该THF可以是工业溶剂以及被用于制药生产中，以及该THF衍生物可以是四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚酯醚(COPE)、热塑性聚氨酯、纤维、弹性纤维、热塑性弹性体、斯潘德克斯纤维或热塑性弹性体聚酯；或该生物基产物包括GBL或GBL衍生物。包括该GBL的组合物包含溶剂、脱漆剂、胶去除剂或药物，以及而且其中该GBL衍生物是吡咯烷酮，包含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、2-吡咯烷酮、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)以及聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)。该吡咯烷酮可以作为高性能溶剂、作为用于化学提取的高性能溶剂以及作为药物赋形剂或在制药生产中被使用；包括该NMP的组合物和用途包含作为包衣、用于加工或回收工业化学品的提取剂以及用于药物、化妆品和个人护理产品的配制的赋形剂的NMP；包括PP的组合物和用途包含作为工业溶剂以及生产NVP和PVP的PP；PVP组合物和用途包含作为包衣；药物制剂、化妆品和个人护理产品中的赋形剂；溶剂或溶解度增强剂；以及增稠剂的PVP；以及包括NVP的组合物和用途包含作为UV防护剂和粘度增强剂的NVP。
该生物基产物可以包括至少5％、至少10％、至少20％、至少30％、至少40％或至少50％生物来源的1,4-BDO。该生物基产物可以包括作为重复单位的一部分所述生物来源的1,4-BDO。该生物基产物可以是通过模制该生物基产物而获得的模制的产物。在某些实施方式中，该生物基产物包括至少5％或至少10％生物来源的1,4-BDO。在一些实施方式中，该生物基产物包括至少20％生物来源的1,4-BDO。在其他的实施方式中，该生物基产物包括至少30％生物来源的1,4-BDO。在一些实施方式中，该生物基产物包括至少40％生物来源的1,4-BDO。在其他的实施方式中，该生物基产物包括至少50％生物来源的1,4-BDO。在一种实施方式中，该生物基产物包括作为重复单位的一部分所述生物来源的1,4-BDO。在另一实施方式中，本文提供通过模制该生物基产物而获得的模制的产物本文提供。在其他的实施方式中，本文提供一种用于生产本文提供的生物基产物的方法，其包括在产生所述生物基产物的反应中，使所述生物来源的1,4-BDO与其自身或另一种化合物化学反应。在某些实施方式中，本文提供一种包括该生物来源的1,4-BDO或通过其转化而获得的聚合物。在其他的实施方式中，本文提供一种用于生产聚合物的方法，其包括使该生物来源的1,4-BDO化学或酶催转化为该聚合物。在仍然其他的实施方式中，本文提供一种组合物，其包括该生物来源的1,4-BDO或其细胞裂解物或培养上清液。
例如，生物基1,4-BDO；聚合物；THF或THF衍生物；或GBL或GBL衍生物；或该生物基产物可以包括1,4-BDO、聚合物、塑料、弹性纤维、聚氨酯、聚酯、聚羟基烷羧酸酯、聚-4-羟基丁酸酯、聚-4-羟基丁酸酯的共聚物、聚(四亚甲基醚)二醇、聚-氨酯、聚氨酯-聚脲共聚物、斯潘德克斯、氨纶、尼龙或包含PBAT和PBS的可生物降解的塑料；或该生物基产物可以包括聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)聚合物；或该生物基产物可以包括PBT、PBAT、PBS或PU聚合物以及PBT聚合物，其包括树脂、纤维、珠、颗粒、丸、片、塑料、聚酯、热塑性聚酯、模塑制品、注塑制品、注塑部件、汽车部件、挤出树脂、电气部件以及壳体，任选地其中该生物基产物被增强或填充，例如玻璃填充或矿物填充；或该生物基产物是THF或THF衍生物，以及该THF可以是工业溶剂以及被用于制药生产中，以及该THF衍生物可以是四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚酯醚(COPE)、热塑性聚氨酯、纤维、弹性纤维、热塑性弹性体、斯潘德克斯纤维或热塑性弹性体聚酯；或该生物基产物包括GBL或GBL衍生物，其中包括该GBL的组合物包含溶剂、脱漆剂、胶去除剂或药物，以及而且其中该GBL衍生物是吡咯烷酮，包含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、2-吡咯烷酮、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)以及聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，以及该吡咯烷酮可以作为高性能溶剂、作为用于化学提取的高性能溶剂以及作为药物赋形剂或在制药生产中被使用；包括该NMP的组合物和用途包含作为包衣、用于加工或回收工业化学品的提取剂以及用于药物、化妆品和个人护理产品的配制的赋形剂的NMP；包括PP的组合物和用途包含作为工业溶剂以及生产NVP和PVP的PP；PVP组合物和用途包含作为包衣；药物制剂、化妆品和个人护理产品中的赋形剂；溶剂或溶解度增强剂；以及增稠剂的PVP；以及包括NVP的组合物和用途包含作为UV防护剂和粘度增强剂的NVP，可以使用50％生物来源的1,4-BDO以及50％石油衍生的1,4-BDO或其他所需的生物来源的/石油衍生的前体的比率，例如60％/40％、70％/30％、80％/20％、90％/10％、95％/5％、100％/0％、40％/60％、30％/70％、20％/80％、10％/90％得以产生，只要该产物的至少部分包括本文披露的由该微生物产生的生物来源的产物。理解的是，用于产生1,4-BDO；聚合物；THF或THF衍生物；或GBL或GBL衍生物；或该生物基产物的方法可以包括1,4-BDO、聚合物、塑料、弹性纤维、聚氨酯、聚酯、聚羟基烷羧酸酯、聚-4-羟基丁酸酯、聚-4-羟基丁酸酯的共聚物、聚(四亚甲基醚)二醇、聚-氨酯、聚氨酯-聚脲共聚物、斯潘德克斯、氨纶、尼龙或包含PBAT和PBS的可生物降解的塑料；或该生物基产物可以包括聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)聚合物；或该生物基产物可以包括PBT、PBAT、PBS或PU聚合物以及PBT聚合物，其包括树脂、纤维、珠、颗粒、丸、片、塑料、聚酯、热塑性聚酯、模塑制品、注塑制品、注塑部件、汽车部件、挤出树脂、电气部件以及壳体，任选地其中该生物基产物被增强或填充，例如玻璃填充或矿物填充；或该生物基产物是THF或THF衍生物，以及该THF可以是工业溶剂以及被用于制药生产中，以及该THF衍生物可以是四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚酯醚(COPE)、热塑性聚氨酯、纤维、弹性纤维、热塑性弹性体、斯潘德克斯纤维或热塑性弹性体聚酯；或该生物基产物包括GBL或GBL衍生物，其中包括该GBL的组合物包含溶剂、脱漆剂、胶去除剂或药物，以及而且其中该GBL衍生物是吡咯烷酮，包含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、2-吡咯烷酮、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)以及聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，以及该吡咯烷酮可以作为高性能溶剂、作为用于化学提取的高性能溶剂以及作为药物赋形剂或在制药生产中被使用；包括该NMP的组合物和用途包含作为包衣、用于加工或回收工业化学品的提取剂以及用于药物、化妆品和个人护理产品的配制的赋形剂的NMP；包括PP的组合物和用途包含作为工业溶剂以及生产NVP和PVP的PP；PVP组合物和用途包含作为包衣；药物制剂、化妆品和个人护理产品中的赋形剂；溶剂或溶解度增强剂；以及增稠剂的PVP；以及包括NVP的组合物和用途包含作为UV防护剂和粘度增强剂的NVP，使用本发明的该生物来源的1,4-BDO或生物来源的1,4-BDO途径中间体是本领域公知的。
生物来源的1,4-BDO或目标化合物具有反映大气二氧化碳源的碳-12、碳-13以及碳-14同位素比，其中该生物来源的1,4-BDO或目标化合物通过本披露的任何实施方式得以产生。可再生碳源可以具有反映大气二氧化碳源的碳-12、碳-13以及碳-14同位素比。非来自可再生资源的其他碳源可以具有不反映大气二氧化碳源的碳-12、碳-13以及碳-14同位素比。
在一些实施方式中，可以选择碳原料和其他细胞摄取源，例如磷酸盐、氨、硫酸盐、氯化物和其他卤素来改变1,4-BDO或任何1,4-BDO途径中间体中存在的原子的同位素分布。上面列举的各种碳原料和其他摄取源在本文中将被统称为“摄取源”。摄取源可以为产品1,4-BDO或1,4-BDO途径中间体或者为从1,4-BDO途径岔开的反应中生成的副产品中存在的任何原子提供同位素富集。可以针对任何靶原子(包括，例如碳、氢、氧、氮、硫、磷、氯化物或其他卤素)实现同位素富集。
在一些实施方式中，可以选择摄取源以改变碳-12、碳-13和碳-14的比率。在一些实施方式中，可以选择摄取源以改变氧-16、氧-17和氧-18的比率。在一些实施方式中，可以选择摄取源以改变氢、氘和氚的比率。在一些实施方式中，可以选择摄取源以改变氮-14和氮-15的比率。在一些实施方式中，可以选择摄取源以改变硫-32、硫-33、硫-34和硫-35的比率。在一些实施方式中，可以选择摄取源以改变磷-31、磷-32和磷-33的比率。在一些实施方式中，可以选择摄取源以改变氯-35、氯-36和氯-37的比率。
在一些实施方式中，靶原子的同位素比可以通过选择一种或多种吸收源变化为所需的比率。摄取源可以来自天然来源(如发现于自然界)或来自人造来源，以及本领域技术人员可以选择天然来源、人造来源或其组合，以实现靶原子的所需同位素比。人造的摄取源的一个例子包括，例如，至少部分地来自化学反应合成的吸收源。这种同位素富集的摄取源可以从市场上购得或在实验室内制备得到和/或可选地与摄取源的天然来源混合以实现所需的同位素比。在一些实施方式中，通过选择摄取源在自然界中发现所需来源可以获得该摄取源的靶原子同位素比。例如，如本文所讨论的，天然来源可以是来源于生物或通过生物而合成的生物基来源；或诸如基于石油的产品的来源；或大气。在一些这样的实施方式中，例如，碳源可以选来源于化石燃料的碳源(其碳-14可能相对贫化)；或环境或大气碳源，如CO2(其与其衍生自石油的对应物相比，可能具有更大量的碳-14)。
不稳定的碳同位素碳-14或放射性碳组成地球大气层中碳原子的大约1/1012以及其具有的半衰期约为5700年。碳储备在上层大气中通过涉及宇宙射线和普通氮(14N)的核反应得以补充。化石燃料中不含碳-14，因为其腐烂发生在很久以前。燃烧化石燃料降低大气中的碳-14组分，即所谓的“休斯效应(Suesseffect)”。
测定化合物中原子的同位素比的方法是本领域的技术人员众所周知的。利用本领域已知的技术，如加速质谱(AMS)、稳定同位素比质谱(SIRMS)和点特异性天然同位素分馏核磁共振(SNIF-NMR)，通过质谱法很容易对同位素富集进行评估。这种质谱技术可以结合分离技术，如液相色谱(LC)、高效液相色谱法(HPLC)和/或气相色谱法等。
在碳的情况下，在美国，美国材料试验国际协会(ASTMInternational)开发了ASTMD6866作为用于使用放射性碳测年法测定固体、液体和气体样品的生物基含量的标准化分析方法。该标准基于使用放射性碳测年法测定产品生物基含量。ASTMD6866首次公开于2004年，以及该标准的当前有效版本是ASTMD6866-11(2011年4月1日起生效)。放射性碳测年法(包括本文所述的那些)为本领域的技术人员所熟知。
通过碳-14(14C)与碳-12(12C)的比率估算化合物的生物基含量。具体而言，该现代组分(Fm)根据如下表达式计算：Fm＝(S-B)/(M-B)，其中B、S和M分别代表空白对照、样品和现代参考物的14C/12C比率。现代组分是样品相对于“现代”的14C/12C比率偏差的量度。现代被定义为被归一化为δ13CVPDB＝-19‰的，国家标准局(NBS)草酸I(即标准参考物质(SRM)4990b)的放射性碳浓度(公元1950年)的95％(Olsson,TheuseofOxalicacidasaStandard。见RadiocarbonVariationsandAbsoluteChronology,NobelSymposium,12thProc.,JohnWiley&Sons,NewYork(1970))。使用国际上通用的关于被归一化为δ13CVPDB＝-19‰的NBS草酸I(SRM4990b)的比活度的0.95倍的定义，例如通过ASM测量，算得质谱法结果。这相当于1.176±0.010×10-12的绝对(公元1950年)14C/12C比率(Karlen等人,ArkivGeofysik,4:465-471(1968))。标准计算考虑到同位素彼此间的差分摄取情况，例如，在生物系统中优先摄取12C，然后13C，然后14C，以及这些修正被反映成校正为δ13的Fm。
草酸标准物(SRM4990b或者HOx1)从1955年的甜菜作物中制得。虽然当时制有1000磅，但是这种草酸标准物已经不能从市场上购得了。草酸II标准物(HOx2；N.I.S.T名称为SRM4990C)从1977年法国的甜菜糖蜜作物中制得。在20世纪80年代初，一组12个实验室测量了这两个标准的比率。草酸II与1的活性比率为1.293±0.001(加权平均)。HOxII的同位素比是-17.8‰。ASTMD6866-11建议将可用草酸II标准SRM4990C(HOx2)用作现代标准物(见Mann,Radiocarbon,25(2):519-527(1983)中关于原来与目前可用的草酸标准物的对比讨论)。Fm＝0％表示材料中完全没有碳-14原子，从而表明是化石(例如石油基)碳源。Fm＝100％(针对1950年后核弹测试向大气中注入碳-14的现象校正之后)表明是完全现代的碳源。正如本文所述，这样的“现代”源包括生物基源。
如ASTMD6866中所述，现代碳百分数(pMC)可能大于100％，这是由于20世纪50年代核试验方案的持续但递减的效果，这导致如ASTMD6866-11中所述的，大气中有相当大量的碳-14富集。因为所有样品碳-14活性参考“炸弹前”(pre-bomb)标准，而因为几乎所有新的生物基产品在后炸弹环境(post-bombenvironment)中生产，所以所有的pMC值(同位素组分校正后)必须乘以0.95(自2010年起)，以更好地反映样品真实的生物基含量。大于103％的生物基含量表明，要么发生了分析错误，要么生物基碳的来源有些年头。
ASTMD6866相对材料的总有机物含量对生物基含量进行量化，并不考虑存在的无机碳及其他非含碳物质。例如，基于ASTMD6866，具有50％淀粉基材料和50％水的产品将被认为具有的生物基含量＝100％(50％有机物含量是100％生物基的)。在另一例子中，具有50％淀粉基材料、25％石油基材料和25％水的产品将具有生物基含量＝66.7％(该产品的75％有机物含量，但只有50％是生物基的)。在另一例子中，具有50％有机碳且作为石油基产品的产品将被认为具有的生物基含量＝0％(50％有机碳但来自化石源)。因此，基于用于测定化合物或材料的生物基含量的公知方法和公知标准，本领域的技术人员可以很容易地确定生物基含量和/或利用具有所需的生物基含量的本发明确定所制备的下游产品。
碳-14测年技术在量化材料生物基含量方面的应用为本领域已知(Currie等人,NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearchB,172:281-287(2000))。例如，碳-14测年法已被用来量化含对苯二甲酸盐的材料的生物基含量(Colonna等人,GreenChemistry,13:2543-2548(2011))。值得注意的是，衍生自可再生的1,3-丙二醇的聚对苯二甲酸丙二醇酯(PPT)聚合物和衍生自石油的对苯二甲酸产生了接近30％的Fm值(即，由于3/11的聚合物碳衍生自可再生的1,3-丙二醇以及8/11衍生自化石端元(endmember)对苯二甲酸)(Currie等人，同上文，2000)。与此相反，衍生自可再生的1,4-丁二醇和可再生的对苯二甲酸的聚对苯二甲酸丁二醇酯聚合物产生了超过90％的生物基含量(Colonna等人，同上文，2011)。
因此，在一些实施方式中，本发明提供了具有反映大气碳(也成为环境碳)摄取源的碳-12、碳-13和碳-14的比率的1,4-BDO或1,4-BDO途径中间体。例如，在一些方面，1,4-BDO或1,4-BDO途径中间体可以具有至少10％、至少15％、至少20％、至少25％、至少30％、至少35％、至少40％、至少45％、至少50％、至少55％、至少60％、至少65％、至少70％、至少75％、至少80％、至少85％、至少90％、至少95％、至少98％或高达100％的Fm值。在一些这类实施方式中，该摄取源是CO2。在一些实施方式中，本发明提供了具有反映石油基碳摄取源的碳-12、碳-13和碳-14的比率的1,4-BDO或1,4-BDO途径中间体。在这方面，1,4-BDO或1,4-BDO途径中间体可以具有小于95％、小于90％、小于85％、小于80％、小于75％、小于70％、小于65％、小于60％、小于55％、小于50％、小于45％、小于40％、小于35％、小于30％、小于25％、小于20％、小于15％、小于10％、小于5％、小于2％或小于1％的Fm值。在一些实施方式中，本发明提供了具有碳-12、碳-13和碳-14的比率的1,4-BDO或1,4-BDO途径中间体，所述比率通过将大气中的碳摄取源与石油基摄取源相结合而获得。利用摄取源的这种组合是碳-12、碳-13和碳-14的比率可以变化的一种途径，以及各自的比率将反映摄取源的比例。
进一步，本发明涉及如本文所披露的生物生产的1,4-BDO或1,4-BDO途径中间体，以及涉及从中衍生得到的产物，其中该1,4-BDO或1,4-BDO途径中间体与环境中存在的CO2具有差不多相同数值的碳-12、碳-13以及碳-14同位素比。例如，在某些方面，本发明提供生物来源的1,4-BDO或生物来源的1,4-BDO途径中间体，其与环境中存在的CO2具有差不多相同数值的碳-12对碳-13对碳-14同位素比或本文披露的任何其他比率。理解的是，如本文所披露，产物可以与环境中存在的CO2具有差不多相同数值的碳-12对碳-13对碳-14同位素比或本文披露的任何比率，其中产物生成自本文披露的生物来源的1,4-BDO或生物来源的1,4-BDO途径中间体，其中生物来源的产物经化学改性生成最终产品。如本文所述，将1,4-BDO或其中间体的生物来源的产物进行化学改性以生成所需产物的方法为本领域的技术人员熟知。本发明进一步提供1,4-BDO；聚合物；THF或THF衍生物；或GBL或GBL衍生物；或该生物基产物可以包括1,4-BDO、聚合物、塑料、弹性纤维、聚氨酯、聚酯、聚羟基烷羧酸酯、聚-4-羟基丁酸酯、聚-4-羟基丁酸酯的共聚物、聚(四亚甲基醚)二醇、聚-氨酯、聚氨酯-聚脲共聚物、斯潘德克斯、氨纶、尼龙或包含PBAT和PBS的可生物降解的塑料；或该生物基产物可以包括聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)聚合物；或该生物基产物可以包括PBT、PBAT、PBS或PU聚合物以及PBT聚合物，其包括树脂、纤维、珠、颗粒、丸、片、塑料、聚酯、热塑性聚酯、模塑制品、注塑制品、注塑部件、汽车部件、挤出树脂、电气部件以及壳体，任选地其中该生物基产物被增强或填充，例如玻璃填充或矿物填充；或该生物基产物是THF或THF衍生物，以及该THF可以是工业溶剂以及被用于制药生产中，以及该THF衍生物可以是四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚酯醚(COPE)、热塑性聚氨酯、纤维、弹性纤维、热塑性弹性体、斯潘德克斯纤维或热塑性弹性体聚酯；或该生物基产物包括GBL或GBL衍生物，其中包括该GBL的组合物包含溶剂、脱漆剂、胶去除剂或药物，以及而且其中该GBL衍生物是吡咯烷酮，包含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、2-吡咯烷酮、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)以及聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，以及该吡咯烷酮可以作为高性能溶剂、作为用于化学提取的高性能溶剂以及作为药物赋形剂或在制药生产中被使用；包括该NMP的组合物和用途包含作为包衣、用于加工或回收工业化学品的提取剂以及用于药物、化妆品和个人护理产品的配制的赋形剂的NMP；包括PP的组合物和用途包含作为工业溶剂以及生产NVP和PVP的PP；PVP组合物和用途包含作为包衣；药物制剂、化妆品和个人护理产品中的赋形剂；溶剂或溶解度增强剂；以及增稠剂的PVP；以及包括NVP的组合物和用途包含与环境中存在的CO2具有差不多相同数值的碳-12对碳-13对碳-14同位素比的作为UV防护剂和粘度增强剂的NVP，其中该1,4-BDO；聚合物；THF或THF衍生物；或GBL或GBL衍生物；或该生物基产物可以包括1,4-BDO、聚合物、塑料、弹性纤维、聚氨酯、聚酯、聚羟基烷羧酸酯、聚-4-羟基丁酸酯、聚-4-羟基丁酸酯的共聚物、聚(四亚甲基醚)二醇、聚-氨酯、聚氨酯-聚脲共聚物、斯潘德克斯、氨纶、尼龙或包含PBAT和PBS的可生物降解的塑料；或该生物基产物可以包括聚丁烯对苯二甲酸酯(PBT)聚合物；或该生物基产物可以包括PBT、PBAT、PBS或PU聚合物以及PBT聚合物，其包括树脂、纤维、珠、颗粒、丸、片、塑料、聚酯、热塑性聚酯、模塑制品、注塑制品、注塑部件、汽车部件、挤出树脂、电气部件以及壳体，任选地其中该生物基产物被增强或填充，例如玻璃填充或矿物填充；或该生物基产物是THF或THF衍生物，以及该THF可以是工业溶剂以及被用于制药生产中，以及该THF衍生物可以是四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚酯醚(COPE)、热塑性聚氨酯、纤维、弹性纤维、热塑性弹性体、斯潘德克斯纤维或热塑性弹性体聚酯；或该生物基产物包括GBL或GBL衍生物，其中包括该GBL的组合物包含溶剂、脱漆剂、胶去除剂或药物，以及而且其中该GBL衍生物是吡咯烷酮，包含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、2-吡咯烷酮、N-乙烯基-2-吡咯烷酮(NVP)以及聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)，以及该吡咯烷酮可以作为高性能溶剂、作为用于化学提取的高性能溶剂以及作为药物赋形剂或在制药生产中被使用；包括该NMP的组合物和用途包含作为包衣、用于加工或回收工业化学品的提取剂以及用于药物、化妆品和个人护理产品的配制的赋形剂的NMP；包括PP的组合物和用途包含作为工业溶剂以及生产NVP和PVP的PP；PVP组合物和用途包含作为包衣；药物制剂、化妆品和个人护理产品中的赋形剂；溶剂或溶解度增强剂；以及增稠剂的PVP；以及包括NVP的组合物和用途包含作为UV防护剂和粘度增强剂的NVP，直接生成自或组合有如本文披露的生物来源的1,4-BDO或生物来源的1,4-BDO途径中间体。
实施例1
有超滤程序的过滤和没有超滤程序的过滤
执行程序以确定一系列过滤中超滤的效果，该过滤包含超滤或绕过微滤和纳滤之间的超滤。改性的非天然存在的生物被培养以在发酵肉汤中产生1,4-BDO。用0.05μm孔径的陶瓷膜使该发酵肉汤经历微滤。然后利用5000道尔顿MWCO的超滤膜使微滤步骤的部分滤液经历超滤。然后使用具有约200道尔顿MWCO的纳滤膜使超滤的滤液经历纳滤。使微滤步骤的未经历超滤的另一部分滤液经历相同的纳滤程序。在该发酵肉汤的处理全程中对过滤膜进行常规清洗。当该膜是新的以及被称为清水通量(CWF)时，在清洗之后记录清水通过该膜的速率并将其计算为预期的速率的百分比。重复该实验，但使用具有20,000道尔顿MWCO的聚合物微滤膜替代陶瓷微滤膜。有或没有超滤的微滤之后纳滤的性能结果表明，该纳滤可成功地在微滤滤液上进行，而无需插入超滤步骤，并且令人惊讶地发现的是，如清水通量测量所证明，纳滤膜结垢或通量率的工艺效率没有显著损失。
表1.超滤对后续纳滤的效果的结果.
实施例2
仅具有阴离子交换树脂的抛光离子交换步骤
本实施例证明，抛光阴离子交换从含1,4-BDO的混合物中除去不希望的组分，而观察到抛光阳离子交换很少或没有效果。改性的非天然存在的生物被培养以在发酵肉汤中产生1,4-BDO。该发酵肉汤经历过滤和蒸发，以得到粗制1,4-BDO混合物，其是大约80％的1,4-BDO/20％的水，其被用于这些实验中。所使用的树脂是DOWEXTM22强碱阴离子交换树脂和DOWEXTMMS88强酸性阳离子交换树脂。所有的树脂在使用前通过通常的程序新鲜再生。用各种树脂等温处理该粗制1,4-BDO混合物以及对270nm处的UV吸光度进行监测。在用离子交换树脂进行处理后，通过测量1,4-BDO产物中270nm处的UV吸光度确定结果，该吸光度提供了对由离子交换除去的某些物种的量的量度。
据发现，用强碱阴离子交换的处理产生了与混合的阳离子-阴离子交换相似的结果，如270nm处的吸光度的降低所指示的，两者均除去大部分物种。阳离子交换没有除去任何所监测到的物种(见表2)。结果表明，在不存在阳离子交换树脂时的阴离子交换树脂可以从粗制1,4-BDO混合物中的1,4-BDO中除去270nm处吸收的大部分不希望的物种。
表2.用离子交换处理粗制1,4-BDO混合物的结果.
| 处理 | UV 270吸光度 |
| 无 | 39.5 |
| 阴离子交换 | 5.2 |
| 阳离子交换 | 41.9 |
| 混合床 | 4.5 |
实施例3-6
双蒸馏塔系统
以下实施例描述了2-塔蒸馏系统，其模拟具有来自该第二塔的侧馏分的产物的2-塔系统，以产生纯化的1,4-BDO产物。
使用可用的蒸馏设备执行示范蒸馏，该设备由3个塔和相关的硬件(如再沸器、冷凝器和真空系统)组成。对若干选项进行评估，以最好地接近侧馏分的操作，以回收产物。ASPEN模拟程序被用来对使用三塔配置，具有侧馏分的双塔系统建模，并预测用于生产纯化的1,4-BDO产物的最佳布局和操作参数。
三塔被用来模拟侧馏分产物选项。蒸气侧馏分通过使用第三示范塔进行了模拟。将来自第二示范塔顶部的馏出物进料入第三塔的基部。第三塔的底部表示该纯化的1,4-BDO产物。在示范蒸馏中，产物是代表冷凝的蒸气侧馏分流的液体。
改性的非天然存在的生物被培养以在发酵肉汤中产生1,4-BDO。使该发酵肉汤通过三重过滤：微滤继之以超滤以及最后是纳滤以产生分离的1,4-BDO产物。该分离的1,4-BDO产物然后经历离子交换(强酸阳离子和弱碱阴离子交换树脂)以除去盐，继之以蒸发以除去水，然后经历抛光离子交换(混合的阳-阴离子交换)以产生粗制1,4-BDO混合物。这种粗制1,4-BDO混合物被用于实施例3-6中。
实施例3
在示范蒸馏中，设置具有10级的第一蒸馏塔在第6级将粗制1,4-BDO混合物作为进料接收。在一些实验中，使用具有8至14级的蒸馏塔。在蒸馏期间使用8L/hr的进料速率。在塔顶压力为80mmHg，塔基温度为170℃以及摩尔回流比为1至1.75的条件下操作该塔。将水和轻物质(沸点低于1,4-BDO的物质)从来自该塔的顶部的该粗制1,4-BDO混合物中除去。将含1,4-BDO的产物流从该塔的底部中除去。
设置具有18级的第二蒸馏塔以在第11级将从该第一塔的底部中获得的含1,4-BDO的产物流作为进料接收。在25mmHg下，塔基温度为160℃以及摩尔回流比为1.25的条件下操作该塔。将沸点高于1,4-BDO的物质从来自该塔的底部的该含1,4-BDO的产物流中除去，以及将馏出物从该塔的顶部中除去。
配置第三蒸馏塔以在该塔的基部中接收来自上一步骤的馏出物，以及将纯化的1,4-BDO产物作为液体流从该塔的底部除去。这种配置将模拟来自单个蒸馏塔的侧馏分。该1,4-BDO产物表示冷凝的蒸气产物。
在蒸馏期间，进料速率为7L/hr。在25mmHg的压力，155℃的塔基温度下操作该塔。通过使来自该塔的底部的蒸气流冷凝来收集该纯化的1,4-BDO产物。
实施例4
重复实施例3的蒸馏，但是将第二塔的塔压降低至10mmHg。
实施例5
在实施例5中，第二次使用该第三蒸馏塔以及使用从实施例4的蒸馏中获得的该纯化的1,4-BDO产物。加入的蒸馏模拟双塔蒸馏系统的第二塔的更多级。设置用于附加蒸馏的塔，在第11级将实施例4的该纯化的1,4-BDO产物作为进料。在10mmHg，140℃的塔基温度下操作该塔。将沸点高于1,4-BDO的物质从该塔的底部除去以及从该塔的顶部收集第二纯化的1,4-BDO产物。
实施例6
实施例6加入了对从实施例5获得的该第二纯化的1,4-BDO产物的氢化处理。氢化反应使用了RANEY-Ni催化剂以及在125℃至130℃以及400psig至600psig℃的压力下操作。在氢化反应器的出口收集该纯化的1,4-BDO产物。
实施例3-6的每个的结果被提供在表3中。在所有的实施例中，该纯化的1,4-BDO产物的纯度>99.7％w/w。实施例3和4纯化的1,4-BDO产物有颜色。实施例5和6纯化的1,4-BDO产物是水清的。该纯化的1,4-BDO产物中的其他颜色体如270nm处的UV测量中所示的，存在于实施例3-5中，其在0.1的目标值之上。来自实施例5的该第二纯化的1,4-BDO产物是2蒸馏塔系统的期待产物，该塔具有侧馏分以从该第二塔收集纯化的1,4-BDO产物。实施例6的该纯化的1,4-BDO产物将固有地具有低质量，因为轻组分(例如THF)被形成于该氢化步骤中。该双塔系统的结果提供一种产生许多应用中可接受的高纯度1,4-BDO产物的手段。
表3.实施例3-6蒸馏的结果.
实施例7-10
双和三塔蒸馏系统建模
在实施例7-10中，使用模拟程序为双和三塔蒸馏系统建模。
实施例7
在模拟程序中，模拟具有侧馏分的双塔蒸馏。设置具有67级的第一蒸馏塔以在第1级将该粗制1,4-BDO混合物作为进料接收。进料速率2750kg/hr被用于该模型中。在塔顶压力为80mmHg，塔顶温度为46.5-47℃，塔基温度为169℃，回流比为1的条件下操作该塔。将水和轻物质(沸点低于1,4-BDO的物质)从来自该第一塔的顶部的该粗制1,4-BDO混合物中除去。将含1,4-BDO的产物流从该第一塔的基部中除去。
设置具有67级的第二蒸馏塔以在第54级将从该第一塔的基部中获得的该含1,4-BDO的混合物作为进料接收。在塔顶压力为22.5mmHg，塔顶温度为134-137℃，塔基温度为165℃以及回流比为37的条件下操作该第二蒸馏塔。将沸点高于1,4-BDO的物质从来自该第二蒸馏塔的底部的该含1,4-BDO的产物流中除去，将物质沸点低于1,4-BDO从该第二蒸馏塔的顶部除去以及将馏出的1,4-BDO产物作为蒸气除去以及从位于该第二蒸馏塔的进料位置之上的侧馏分中冷凝。
然后在模拟程序中，使用表4中给定的进料组合物为具有侧馏分的双塔蒸馏系统建模以及产生的结果呈现在表4中。
表4.具有侧馏分的双塔蒸馏系统的模拟结果
实施例8
在实施例7的模拟程序中为双蒸馏塔系统以及转膜蒸发器再配置模拟，从第二塔中将该纯化的1,4-BDO作为馏出物收集。该转膜蒸发器将来自该第二蒸馏塔的底部的沸点高于1,4-BDO的物质连同1,4-BDO作为进料。该转膜蒸发器具有从70至95wt％1,4-BDO的1,4-BDO含量。在4mmHg至7.5mmHg的压力和115℃至130℃的温度下操作该转膜蒸发器。将来自该转膜蒸发器的馏出物进料入第二蒸馏塔进料流或底部以回收该1,4-BDO，以及将高沸点残余物从该蒸馏系统从该转膜蒸发器的底部除去。然后，在模拟程序中，使用如实施例7中的无1,3PDO的类似组合物，执行对具有转膜蒸发器的双塔蒸馏系统的建模。模拟结果表明，通过包含该转膜蒸发器的蒸馏系统从该粗制1,4-BDO混合物对1,4-BDO的回收率将大于99％。
实施例9
在实施例8的模拟程序中为具有侧馏分以及转膜蒸发器的三蒸馏塔再配置模拟。将第三蒸馏塔加入实施例8中所述的用于双蒸馏塔系统的设置的末端，以及该第三蒸馏塔将来自该第二蒸馏塔的馏出物的含1,4-BDO的产物流作为进料接收，以及纯化的1,4-BDO产物产生自该第三蒸馏塔的蒸气侧馏分。该侧馏分位于该第三蒸馏塔的进料点之下。
将沸点高于1,4-BDO的物质从通过该第二蒸馏塔的底部的含1,4-BDO的产物流中除去，将第二塔的馏出物进料入该第三蒸馏塔而将沸点低于1,4-BDO的物质从该第三蒸馏塔的顶部中除去。将该纯化的1,4-BDO产物作为蒸气除去以及从位于该第二蒸馏塔的进料位置以下的侧馏分中冷凝。
假设有80％的1,4-BDO、16％的水、0.2％的γ-丁内酯、0.05％的1,4-BDO单乙酸酯、3％未确认的重物质(沸点高于1,4-BDO的物质)以及痕量的2-(4’-羟基丁氧基)四氢呋喃和2-吡咯烷酮的进料组合物，在模拟程序中为具有侧馏分和转膜蒸发器的三塔系统的操作条件建模。该建模的结果展示在表5中。模拟结果表明，通过包含该转膜蒸发器的蒸馏系统从该粗制1,4-BDO混合物对1,4-BDO的回收率将大于98％。
表5.具有侧馏分的三塔系统的模拟程序的结果
实施例10
用具有侧馏分的三塔系统生产1,4-BDO
下文示范了如何可以使用添加了位于第二和第三蒸馏塔之间的氢化系统的与实施例9类似的三塔蒸馏系统，从粗制1,4-BDO混合物中纯化1,4-BDO。蒸馏进料中的组分是约80wt％的1,4-BDO、约15wt％的水、0.2wt％的γ-丁内酯(GBL)、0.05wt％的1,4-BDO单乙酸酯、100ppm的2-吡咯烷酮(2P)、1000ppm的2-(4’-羟基丁氧基)四氢呋喃、50ppm的丁三醇、500四氢呋喃以及其他未确认的重杂质。第一塔分离水，中间塔分离大部分包含2P的重杂质(沸点高于1,4-BDO的杂质)以及第二塔分离GBL、1,4-BDO单乙酸酯和残余的杂质，产生该纯化的1,4-BDO产物。
第一蒸馏塔(脱水塔)
脱水塔将粗制1,4-BDO混合物作为进料接收。该塔从该粗制1,4-BDO混合物中分离水。除了水之外，该塔还除去任何残余的乙醇以及其他挥发性杂质。进料中的馏出物流具有多于99.9wt％的初始水并且被引流到废水处理设施。底部沉积物流是被进料至重物质塔的含1,4-BDO的产物流。
该脱水塔包含降膜蒸发器以在工艺和可用的加热工具之间存在最小温差时，有效地传递分离所需的热量；除此之外，可以使用替代类型的热交换器将热量转移到该塔。塔顶馏出物系统包含水冷却卧式壳管热交换器，其将含有残余的水和有机物的塔顶馏出物流冷凝。脱水塔塔顶馏出物在约107mbar下运行。
中间蒸馏塔(重物质塔)
重物质塔从来自脱水塔底部的含1,4-BDO的产物流中分离重杂质(沸点高于1,4-BDO的物质)。该重杂质包括残余的糖和盐、残余的细胞物质(蛋白质、氨基酸等)、BDO酯类、有助于UV-270的含硫和氮的化合物和其他不明的高沸点杂质。重物质塔也分离大部分的沸点接近的重杂质，例如2-吡咯烷酮(2P)。来自该塔的顶部的馏出物流是含1,4-BDO的产物流，以及底部沉积物流含有被分离的重杂质。
该重物质塔包含强制循环蒸发器以在结垢最小的条件下有效地传递热量。塔顶馏出物系统包含降膜蒸发器，以经济地冷凝塔顶馏出物流并为蒸发器提供低压流。该重物质塔在30mbar下运行。利用停留时间短的转膜蒸发器以从高沸点塔底部沉积物流中回收夹带的1,4-BDO，以及该转膜蒸发器的馏出物被进料入该重物质塔。
加氢反应器
加氢反应器是中间抛光步骤，其通过显著除去颜色前体而提高纯化的BDO的质量。该系统包含反应器床，该床以超前滞后的配置运行，以在该床之一被断开时，实现持续运行。流入氢化的进料是重质馏出物流，以及氢化产物被进料入BDO塔。加氢系统操作在400psig至600psig的压力和125℃至130℃。
第二蒸馏塔(BDO柱)
BDO塔分离任何残余的2P、GBL、BDO单乙酸酯，以及其他痕量的轻杂质。2P、GBL和BDO单乙酸酯是1,4-BDO产物中重要的杂质，以及这些组分的有效分离对实现所需的1,4-BDO产物的纯度是至关重要。馏出物(轻物质)主要包含GBL，以及底部沉积物流(重物质)包含2P。将纯化的1,4-BDO产物作为蒸气从位于流入BDO塔的进料的下方的侧馏分中收集。侧馏分的这个位置确保2P被降至底部，同时将轻杂质分离至该塔的顶部。底部沉积物流包含残余的重杂质并被再循环到该重物质塔。
BDO塔包含降膜蒸发器以在工艺和可用的加热工具之间存在最小温差时，有效地传递热量；除此之外，可以使用替代类型的热交换器将热量转移到该塔。塔顶馏出物系统包含降膜蒸发器，以经济地冷凝塔顶馏出物流并为蒸发器提供低压流。重物质和BDO塔共用的卧式壳管冷凝器确保蒸发器断开的情况下，塔顶馏出物系统的稳定运行。该BDO塔在30mbar下运行。馏出物与重质底部沉积物流结合。
实施例11
具有侧馏分的四塔蒸馏系统的模型
执行包括在模拟程序中的具有侧馏分的四塔蒸馏系统的模型。设置具有10级(包含再沸器和冷凝器)的第一蒸馏塔以在第6级将粗制1,4-BDO混合物作为进料接收。进料速率3150kg/hr被用于该模型中。在塔顶压力为80mmHg，塔顶温度为46.5-47℃，塔基温度为169℃，回流比为1的条件操作该塔。将水和轻物质(沸点低于1,4-BDO的物质)从来自该第一塔的顶部的该粗制1,4-BDO混合物中除去。将含1,4-BDO的产物流从该第一塔的基部中除去。
设置具有30级(包含再沸器和冷凝器)的第二蒸馏塔以在第12级将从该第一塔的基部中获得的该含1,4-BDO的产物流作为进料接收。在塔顶压力为22.5mmHg，塔顶温度为137℃，塔基温度为160℃以及回流比为1的条件下操作该第二蒸馏塔。将沸点高于1,4-BDO的物质从通过该第二蒸馏塔的底部的该含1,4-BDO的产物流中除去。将含1,4-BDO的产物流作为该第二塔的馏出物(塔顶馏出物)除去。转膜蒸发器被用于将沸点高于1,4-BDO的物质的高沸点组分从该第二蒸馏塔的底部中除去以及将该1,4-BDO回收到第二蒸馏塔进料中。
设置包含镍基催化剂的加氢系统以将该第二蒸馏塔的馏出物-该含1,4-BDO的产物流作为进料接收。检测了包含NiSAT310、BASFNi3276E、Raney2486和E474的镍基催化剂。该系统在从400至600psig以及125至130℃下运行。该加氢系统如实施例10中所述。
设置具有30级(包含冷凝器和再沸器)的第三蒸馏塔以在第8级将从该加氢系统中获得的含1,4-BDO的产物流作为进料接收。在塔顶压力为25mmHg，塔顶温度为133℃，塔基温度为152℃以及上升蒸气比(BoilupRatio)为2.5的条件下操作该第三蒸馏塔。将沸点低于1,4-BDO的物质从通过该第三蒸馏塔的塔顶馏出物的该含1,4-BDO的产物流中除去。将含1,4-BDO的产物流从该第三塔的底部除去。
设置具有23级(包含冷凝器和再沸器)的第四蒸馏塔以在第15级将来自该第三塔的底部的含1,4-BDO的产物流作为进料接收。在塔顶压力为25mmHg，塔顶温度为140℃，塔基温度为148℃以及上升蒸气比为74的条件下操作该第四蒸馏塔。该第四蒸馏塔除去塔顶馏出物中残余的沸点低于1,4-BDO的组分以及底部沉积物中沸点高于1,4-BDO的组分。将塔顶馏出物回收至第三塔进料中以回收1,4-BDO，以及将底部沉积物回收至第二塔进料中以还回收1,4-BDO。将纯化的1,4-BDO作为第四塔进料之上的侧馏分。
实施例12
具有转膜蒸发器的四塔蒸馏系统
本实施例证明具有转膜蒸发器的四塔蒸馏系统可以显著提高1,4-BDO的回收百分比以及该纯化的1,4-BDO产物的质量。
设置使用Koch1Y填充物具有8级的第一蒸馏塔以在5级之上将粗制1,4-BDO混合物作为进料接收。使用15kg/hr的进料速率。在塔顶压力为80mmHg，塔顶温度为46℃至47℃，塔基温度为169℃，回流比为1的条件下操作该塔。将水和轻物质(沸点低于1,4-BDO的物质)从来自该第一蒸馏塔的顶部的粗制1,4-BDO混合物中除去。将含1,4-BDO的第一产物流从该第一蒸馏塔的基部除去。
设置使用Koch1Y填充物具有18级的第二蒸馏塔以在11级之上将含1,4-BDO的第一产物流作为进料接收。在塔顶压力为25mmHg，塔顶温度为139℃至140℃，塔基温度为148℃，回流比为1-1.5的条件下操作该第二蒸馏塔。将沸点高于1,4-BDO的物质从通过该第二蒸馏塔的底部的该含1,4-BDO的第一产物流中除去。将含1,4-BDO的第二产物流作为该第二蒸馏塔的馏出物(塔顶馏出物)除去。
设置转膜蒸发器(WFE)以将来自该第二蒸馏塔的底部的沸点高于1,4-BDO的物质作为进料接收。在从120℃至125℃的温度，112℃至117℃(冷却的)的塔顶馏出物温度，115℃至120℃的底部温度以及4.5mmHg的压力下操作该WFE。将收集自该WFE的塔顶馏出物的物质回收至第二蒸馏塔进料。从该WFE的底部排出的物质包含高沸点副产物。
设置包含镍基催化剂的加氢装置以处理第二蒸馏塔的馏出物(即该含1,4-BDO的第二产物流)。在约400psig的压力以及约125℃至130℃的温度下操作加氢系统。
设置使用Koch1Y填充物的具有18级的第三蒸馏塔以在7级之上将由加氢装置处理的含1,4-BDO的第二产物流作为进料接收。在塔顶压力为25mmHg，塔顶温度为100℃至109℃，塔基温度为167℃至171℃以及上升蒸气比为约1.5的条件下操作该第三蒸馏塔。将沸点低于1,4-BDO的物质从通过第三蒸馏塔的塔顶馏出物的含1,4-BDO的产物流中除去。将含1,4-BDO的第三产物流从第三蒸馏塔的底部除去。
设置使用Koch1Y填充物具有18级的第四蒸馏塔以在11级之上将含1,4-BDO的第三产物流作为进料接收。在塔顶压力为25mmHg，塔顶温度为140℃至141℃，塔基温度为146℃至148℃以及上升蒸气比为约25至30的条件下操作该第四蒸馏塔。将沸点高于1,4-BDO的物质从通过该第四蒸馏塔的底部的含1,4-BDO的产物流中除去，以及将沸点高于1,4-BDO的这些物质回收至第二蒸馏塔进料中以回收1,4-BDO。将纯化的1,4-BDO产物作为来自该第四蒸馏塔的顶部的馏出物。
在本实施例中1,4-BDO的蒸馏期间，在蒸馏的不同点进行工艺流取样以及对UV吸光度进行了测量。UV吸光度是对1,4-BDO质量的量度，其表示存在的杂质量。将这些UV吸光度与取自无转膜蒸发器的四塔蒸馏系统的样品进行比较。结果显示在表6中。通过向蒸馏系统加入转膜蒸发器，在所有情况下，如UV吸光度约50％的下降所指示的，降低了杂质的量并且提高了产物的质量。
此外，本实施例中第二蒸馏塔的1,4-BDO回收百分比在不同批次物质的蒸馏期间得以测量和平均化。当存在转膜蒸发器时，1,4-BDO平均回收百分比被测定为98.1％，而在无转膜蒸发器的系统中1,4-BDO的平均回收百分比被测定为91.6％。实现了1,4-BDO回收率的显著增加，同时提高了最终产品的质量。
包含该转膜蒸发器有助于产生更高纯度和质量的纯化的1,4-BDO产物，同时也有助于改善蒸馏系统回收的1,4-BDO的量。
表6.有或没有转膜蒸发器(WFE)的4-塔蒸馏系统的UV蒸馏结果
实施例13
本实施例证明可以按照本文描述的方法来实现的高纯度的纯化的1,4-BDO产物。
使用大肠杆菌从右旋糖中葡萄糖的发酵中直接产生1,4-BDO，该大肠杆菌经遗传设计有将葡萄糖转化为1,4-BDO的途径。从发酵肉汤中分离1,4-BDO产物。如下面所解释的，对来自若干示例性运行的1,4-BDO产物的样品进行表征。
使用气相色谱-火焰离子化检测器(GC-FID)测定1,4-BDO产物样品的纯度水平(安捷伦7890；美国加州圣克拉拉安捷伦科技)。用乙腈将1,4-BDO产物样品稀释到1比1以及注入到装有粘结相INNOWAX型毛细管柱和火焰离子化检测器的气相色谱仪。在该柱上将大部分杂质从1,4-BDO中分离并通过FID进行检测。通过按多个量注入已知量的确认组分并允许软件(美国新泽西州登维尔的CHROMPERFECT软件)计算它们的FID响应而执行校准。使用默认的响应因子来测定总的未知物。通过从100中减去所有已知和不明的化合物算得1,4-BDO的纯度百分比。将响应因子(RF)计算为(组分的面积/校准标准中组分的量)。组分的ppm被计算为(组分的面积/响应因子)x(稀释物/样品量)。该方法适用于对纯度>95％纯的1,4-BDO的测量。在分析条件下，测定各种化合物的保留时间(RT)和响应因子，包括1,4-BDO的12.84RT、糠醛的9.00RT和151.714RF、γ-丁内酯(GBL)的10.39RT和154.486RF以及solerone的13.56RT和130.036RF。
1,4-BDO产物样品中1,4-BDO的含量范围从98.6到99.9wt％。样品呈微酸性至近中性，具有从约6.5至6.8的pH值，无色并具有美国公共卫生协会(APHA)从1到3的颜色索引值。总氮通常为1至1.5ppm；2-吡咯烷酮通常为0ppm或偶尔被观察到是1至2ppm以及占大多数的氮。偶尔观察到若干两个碳(C2)到四个碳(C4)的一元醇、二醇和/或三醇，当存在时，一般是从0至160ppm的总量。观察到约0至200ppm总量的三个碳(C3)至六个碳(C6)羰基化合物，占大多数的C3羰基化合物。C4羰基GBL通常为0ppm，以及难得观察到是1至90ppm。包含N-甲基-2-吡咯烷酮和糠醛的五个碳(C5)羰基通常为0ppm，但糠醛当偶尔存在时是从3至10ppm，以及难得是20或30ppm。包含solerone、泛内酯和5-羟甲基-糠醛的C6羰基通常是0ppm，以及当偶尔观察到时，总量为3至9ppm。
表7.示例性1,4-BDO产物样品的特性
实施例14
本实施例描述了使用四塔蒸馏系统的研究。简言之，将粗制1,4-BDO混合物进料入第一“脱水”蒸馏塔中以除去低沸点物(包含水)。将来自脱水塔的高沸点物(含1,4-BDO的产物流)进料入第二“重物质”蒸馏塔中以产生低沸点物馏出物(含1,4-BDO的产物流)和底部清扫物。将来自重物质塔的含1,4-BDO的产物流进料入加氢装置，然后进料入第三“轻物质”塔，该第三“轻物质”塔产生含液体1,4-BDO的产物流，该产物流又被进料入第四“BDO”塔。从BDO塔中获得作为馏出物的来自该四塔蒸馏系统的1,4-BDO产物。进行研究以评估如何可以减少来自重物质塔的含1,4-BDO的产物流的杂质，而将1,4-BDO从系统中的回收率损失最小。进行了UV(270nm)吸光度测量以评估来自该四塔蒸馏系统的工艺流和产物中杂质的相对量。除了增加产物中1,4-BDO百分比，还减少被进料入加氢装置的工艺流中UV吸收杂质，这也可以有利地提高加氢装置中的催化剂寿命。
设置初始四塔，使得来自重物质塔的底物清扫物被进料入强制循环再沸器，其蒸气被再循环到重物质塔(“无WFE”条件)。着手观察进入重物质塔的不同的进料率以及出自重物质塔的底部清扫速率，观察清扫/进料比是否将减少来自BDO塔的1,4-BDO馏出物的杂质。使用所设置的相同的四塔，其中底部清扫物的一部分经历转膜蒸发，其馏出物被引回重物质塔或四塔蒸馏系统的1,4-BDO产物流(加氢装置之前)(“存在WFE”的条件)。
特别地，检测了改变出自重物质塔的底物清扫速率对来自BDO塔的1,4-BDO产物的UV270的作用。检测到介于约0.30kg/hr和约0.90kg/hr之间的清扫速率。约0.3kg/hr的清扫速率下，来自BDO塔的1,4-BDO产物的UV270吸光度在0.0300之上，其通过提高清扫速率得以降低。在这些研究中，据观察，关于重物质塔，约为进料速率的十分之一的底部清扫速率常常接近或者是减少1,4-BDO产物中UV吸收杂质的最佳比例。增加重物质塔底部清扫速率也可能与1,4-BDO产物回收率的损失相关联。按0.7kg/hr以上的清扫速率加入立式WFE有助于UV270吸收污染物的减少。还观察到，例如当使用增加的底部清扫速率时，使用WFE可用于避免产物中1,4-BDO回收百分比的损失。
进行其他研究以评估在BDO工艺流中，如在上述研究和实施例12中所用的，使用卧式转膜蒸发器而非立式转膜蒸发器的影响。将BDO工艺流中2-吡咯烷酮的存在用作该流中UV270吸收颜色组分的程度的指标。在这些研究中，对2-吡咯烷酮浓度(单位：ppm)和实际质量速率(kg/hr)进行测定，以评估WFE馏出物中颜色组分的可能存在。进行了比较，其中在介于约122℃和170℃之间的范围内的各种操作温度下操作卧式WFE。该研究的结果表明，低于约160℃的卧式WFE操作温度，其中最佳的操作膜温度从约145℃至约155℃，有效地减少了2-吡咯烷酮。在这些研究中，指出在不同的WFE操作温度下，WFE馏出物中的BDO单乙酸酯和THF保持相对不变。具体地，WFE馏出物中的2-吡咯烷酮随着操作温度上升到约155℃而减少，然后2-吡咯烷酮随着膜的温度上升到155℃以上而增加。这些研究证实了在诸如本文所述的BDO纯化系统和方法中使用卧式WFE的实用性。
实施例15
在4蒸馏塔系统上于ASPEN上执行大量的测试和建模运行，以测定操作条件范围。根据每个塔中的进料组分和分离，可以在下面给出的示例性范围内操作蒸馏。
表6.示例性蒸馏4塔操作设计参数
| D/F* | B/F** | |
| 脱水 | 0.05-0.3 | 0.80-0.90 |
| 重物质 | 0.75-0.99 | 0.1-0.02 |
| 轻物质 | 0.001-0.05 | 0.95-0.997 |
| BDO | 0.001-0.05 | 0.001–0.1 |
*D/F是指进料之上的馏出物
**B/F是指进料之上的底部沉积物
应当理解，基本上不影响本发明的各种实施例的活性的修饰也被包含在本文提供的本发明的定义范围内。因此，本文给出的实施例旨在说明但不限制本发明。
在整个本申请中，已在括号内引用各种出版物。这些出版物的公开内容以引用方式被整体并入本申请中，以更充分地描述本发明涉及的领域的状态。
尽管已经参照所披露的实施方式对本发明进行了描述，本领域的技术人员将容易理解的是，上文详述的具体实施例和研究仅是本发明的说明。应当理解的是，可以做出各种修改而不脱离本发明的精神实质。相应地，本发明由以下权利要求来限定。
Claims (39)
1.一种纯化1,4-丁二醇(1,4-BDO)的方法，包括：
(a)使粗制1,4-BDO混合物经历第一塔蒸馏程序以从所述粗制1,4-BDO混合物中除去沸点低于1,4-BDO的物质，以产生含1,4-BDO的第一产物流；以及
(b)使所述含1,4-BDO的第一产物流经历第二塔蒸馏程序以除去作为第一高沸点物料流的沸点高于1,4-BDO的物质，以产生纯化的1,4-BDO产物，其中，从所述第二塔蒸馏程序的侧馏分收集所述纯化的1,4-BDO产物。
2.权利要求1所述的方法，进一步包括(c)使所述第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)以产生第一WFE馏出物，以及使所述第一WFE馏出物经历步骤(b)。
3.权利要求1所述的方法，进一步包括(d)在执行步骤(b)之前，使所述含1,4-BDO的第一产物流经历中间塔蒸馏程序，以除去作为第二高沸点物料流的沸点高于1,4-BDO的物质。
4.权利要求3所述的方法，进一步包括(c)使所述第二高沸点物料流经历产生第二WFE馏出物的转膜蒸发(WFE)，以及使所述第二WFE馏出物经历步骤(d)。
5.权利要求3-4中任一项所述的方法，进一步包括(e)在执行步骤(b)之前用氢化反应处理所述含1,4-BDO的第一产物流。
6.权利要求1-4中任一项所述的方法，进一步包括(f)用氢化反应处理该纯化的1,4-BDO产物。
7.权利要求1所述的方法，其中，所述粗制1,4-BDO混合物为至少50％(w/w)、60％(w/w)、70％(w/w)、80％(w/w)、85％(w/w)或90％(w/w)的1,4-BDO。
8.权利要求1所述的方法，其中，所述纯化的1,4-BDO产物为大于90％(w/w)、91％(w/w)、92％(w/w)、93％(w/w)、94％(w/w)、95％(w/w)、96％(w/w)、97％(w/w)、98％(w/w)、99％(w/w)、99.1％(w/w)、99.2％(w/w)、99.3％(w/w)、99.4％(w/w)、99.5％(w/w)、99.6％(w/w)、99.7％(w/w)、99.8％(w/w)或99.9％(w/w)的1,4-BDO。
9.权利要求1所述的方法，其中，来自所述粗制1,4-BDO混合物的所述纯化的1,4-BDO产物的1,4-BDO回收率大于40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％或99％。
10.权利要求1所述的方法，其中，从所述侧馏分收集的所述纯化的1,4-BDO产物为蒸气相的形式。
11.权利要求1所述的方法，其中，所述第一塔蒸馏程序和第二塔蒸馏程序中均在等于或小于大气压力的压力下操作。
12.权利要求11所述的方法，其中，所述第一塔蒸馏程序的压力不同于所述第二蒸馏程序的压力。
13.权利要求1所述的方法，进一步包括在发酵肉汤中培养改性的非天然存在的生物以产生1,4-BDO，使所述发酵肉汤经历分离程序以获得分离的1,4-BDO产物，以及使所述分离的1,4-BDO产物经历除水和除盐以产生所述粗制1,4-BDO混合物，其中所述分离程序由第一过滤和第二过滤组成，其中所述第一过滤是微滤或超滤，以及其中所述第二过滤是纳滤。
14.权利要求13所述的方法，进一步包括使用作为阴离子交换树脂的抛光离子交换树脂使所述粗制1,4-BDO混合物经历抛光离子交换。
15.权利要求13所述的方法，其中，所述除水是通过蒸发进行的。
16.权利要求13所述的方法，其中，所述除盐是通过初级离子交换进行的。
17.一种用于纯化1,4-BDO的系统，包括：
第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO混合物并生成沸点低于1,4-BDO的物质的第一物料流和含1,4-BDO的产物流；
第二蒸馏塔，其在进料点接收该含1,4-BDO的产物流并生成沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流、沸点低于1,4-BDO的物质的第二物料流，并从侧馏分中纯化1,4-BDO产物；以及
转膜蒸发器，其接收所述沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流并生成馏出物，其中所述馏出物被进料至所述第二蒸馏塔。
18.权利要求17所述的系统，进一步包括氢化反应器，其被构造成处理所述第二蒸馏塔生成的所述纯化的1,4-BDO产物。
19.一种用于纯化1,4-BDO的系统，包括：
第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO混合物，生成沸点低于1,4-BDO的物质的第一物料流和含1,4-BDO的第一产物流；
中间蒸馏塔，其接收所述含1,4-BDO的第一产物流，生成沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流和含1,4-BDO的第二产物流；
转膜蒸发器，其接收所述沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流并生成馏出物，其中将所述馏出物进料至所述中间蒸馏塔；以及
第二蒸馏塔，其在进料点接收所述含1,4-BDO的第二产物流并生成沸点低于1,4-BDO的物质的第二物料流、沸点高于1,4-BDO的物质的第二物料流，并从侧馏分中纯化1,4-BDO产物。
20.权利要求19所述的系统，进一步包括氢化反应器，其被构造成在所述含1,4-BDO的第二产物流被所述第二蒸馏塔所接收之前，处理所述含1,4-BDO的第二产物流。
21.权利要求19或20所述的系统，其中，所述侧馏分位于所述第二蒸馏塔的进料点下方。
22.权利要求17或18所述的系统，其中，所述侧馏分位于所述第二蒸馏塔的进料点上方。
23.一种产生1,4-BDO产物的方法，包括：
在发酵肉汤中培养改性的非天然存在的生物，以产生1,4-BDO；
使所述发酵肉汤经历分离程序以获得分离的1,4-BDO产物，其中所述分离程序由第一过滤和第二过滤组成，其中所述第一过滤是微滤或超滤，其中所述第二过滤是纳滤；以及
使用抛光离子交换树脂使所述分离的1,4-BDO产物经历抛光离子交换。
24.权利要求23所述的方法，进一步包括，在使所述分离的1,4-BDO产物经历所述抛光离子交换之前，使所述分离的1,4-BDO产物经历除水。
25.权利要求23或24所述的方法，进一步包括，在使所述分离的1,4-BDO产物经历所述抛光离子交换之前，使用初级离子交换树脂使所述分离的1,4-BDO产物经历初级离子交换。
26.权利要求25所述的方法，其中，所述初级离子交换树脂包含阳离子交换树脂和阴离子交换树脂。
27.生物来源的1,4-BDO，其中，所述生物来源的1,4-BDO通过权利要求1-4、7-16以及23-26所述的任何方法产生。
28.权利要求27所述的生物来源的1,4-BDO，其具有反映大气二氧化碳源的碳-12、碳-13以及碳-14同位素比。
29.包含权利要求27所述的生物来源的1,4-BDO的生物基塑料、弹性纤维、聚氨酯、聚酯、聚-4-羟基丁酸酯或其共聚物、聚(四亚甲基醚)二醇以及聚氨酯-聚脲共聚物。
30.权利要求28所述的生物基塑料、弹性纤维、聚氨酯、聚酯、聚-4-羟基丁酸酯或其共聚物、聚(四亚甲基醚)二醇以及聚氨酯-聚脲共聚物，包含至少5％、至少10％、至少20％、至少30％、至少40％或至少50％的生物来源的1,4-BDO。
31.一种用于纯化1,4-BDO的系统，包括：
第一蒸馏塔，其接收粗制1,4-BDO混合物，生成沸点低于1,4-BDO的物质的第一物料流和含1,4-BDO的第一产物流；
第一中间蒸馏塔，其接收该含1,4-BDO的第一产物流，生成沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流和含1,4-BDO的第二产物流；
转膜蒸发器，其接收所述沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流并生成馏出物，其中所述馏出物被进料至所述第一中间蒸馏塔；
第二中间蒸馏塔，其接收所述含1,4-BDO的第二产物流，生成沸点低于1,4-BDO的物质的第二物料流和含1,4-BDO的第三产物流；以及
第二蒸馏塔，其在进料点接收所述含1,4-BDO的第三产物流并生成沸点高于1,4-BDO的物质的第二物料流，以及纯化的1,4-BDO产物。
32.权利要求32所述的系统，其中，来自所述第一中间塔的所述沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流的清扫速率与进入所述第一中间塔的所述含1,4-BDO的第一产物流BDO的进料速率之比为0.5至0.2。
33.权利要求31所述的系统，进一步包括氢化反应器，其被构造成在所述含1,4-BDO的第二产物流被所述第二中间蒸馏塔所接收之前，处理所述含1,4-BDO的第二产物流。
34.权利要求31所述的系统，进一步包括强制再循环再沸器，其接收至少部分所述沸点高于1,4-BDO的物质的第一物料流以产生蒸气，所述蒸气被进料至所述第一中间蒸馏塔。
35.权利要求31所述的系统，其中，所述第二蒸馏塔进一步包括侧馏分，并且所生成的纯化的1,4-BDO产物来自所述侧馏分。
36.一种纯化1,4-丁二醇(1,4-BDO)的方法，包括：
(a)使粗制1,4-BDO混合物经历第一塔蒸馏程序以从所述粗制1,4-BDO混合物中除去沸点低于1,4-BDO的物质，以产生含1,4-BDO的第一产物流；
(b)使所述含1,4-BDO的第一产物流经历第一中间塔蒸馏程序以除去作为第一高沸点物料流的沸点高于1,4-BDO的物质，以产生含1,4-BDO的第二产物流；
(c)使所述第一高沸点物料流经历转膜蒸发(WFE)，以产生WFE馏出物并使所述WFE馏出物经历步骤(b)；
(d)使所述含1,4-BDO的第二产物流经历第二中间塔蒸馏程序，以除去沸点低于1,4-BDO的物质，以产生含1,4-BDO的第三产物流；以及
(e)使所述含1,4-BDO的第三产物流经历第二塔蒸馏程序以除去作为第二高沸点物料流的沸点高于1,4-BDO的物质，以产生纯化的1,4-BDO产物。
37.权利要求34所述的方法，进一步包括(f)在执行步骤(d)之前，用氢化反应处理所述含1,4-BDO的第二产物流。
38.权利要求34所述的方法，其中，将所述纯化的1,4-BDO产物作为该第二塔蒸馏程序的馏出物收集。
39.权利要求34所述的方法，其中，来自所述粗制1,4-BDO混合物的纯化的1,4-BDO产物的1,4-BDO回收率大于40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％或99％。
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