CN111936610A - 有机物质的制造装置以及气体处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以防止对有机物质进行纯化的纯化部中发生起泡，从而高收率得到有机物质的有机物质的制造装置以及具有该有机物质的制造装置的气体处理系统。本发明的有机物质的制造装置，其具有：发酵槽4，其通过微生物的发酵作用由气体生成有机物质，以及分离部5，其将从所述发酵槽4排出的废液分离为第一液体和第二液体，所述第一液体含有包含所述微生物的固体物质以及所述有机物质，所述第二液体含有所述有机物质，且所述固体物质含量比所述第一液体少；蒸发部6，其从所述第一液体蒸发出含有所述有机物质的液性成分；以及有机物质纯化部7，其从所述第二液体以及通过所述蒸发部气化而得到的所述液性成分中纯化出所述有机物质。

Description

有机物质的制造装置以及气体处理系统
技术领域
本发明涉及一种有机物质的制造装置和气体处理系统。
背景技术
目前，正在研究通过以微生物(细菌)发酵气体而制备有机物质(例如，参见专利文献1)。专利文献1所记载的方法中，将从发酵器排出的微生物发酵后的培养液直接供给至纯化器，进行有机物质的纯化。
然而，在该方法中，将蒸馏塔用作纯化器时，根据微生物的种类不同，在蒸馏塔中发生起泡，难以连续蒸馏。
现有技术文件
专利文献
专利文献1：日本特开2015-077120号公报
发明内容
本发明要解决的问题
本发明的目的在于提供一种有机物质的制造装置以及具有该有机物质的制造装置的气体处理系统，所述有机物质的制造装置可以防止在纯化有机物质的纯化部中发生起泡，以高收率得到有机物质。
解决问题的技术手段
通过本发明以下(1)～(13)项实现了上述目的。
(1)一种有机物质的制造装置，其具有：
发酵槽，其通过微生物的发酵作用由气体生成有机物质，
分离部，其将从所述发酵槽排出的废液分离为第一液体和第二液体，所述第一液体含有包含所述微生物的固体物质以及所述有机物质，所述第二液体含有所述有机物质，且所述固体物质含量比所述第一液体少；
蒸发部，其从所述第一液体蒸发出含有所述有机物质的液性成分；以及
纯化部，其从所述第二液体以及通过所述蒸发部气化而得到的所述液性成分中纯化出所述有机物质。
(2)根据上述(1)所述的有机物质的制造装置，其中，从所述蒸发部以液体、固体或它们的混合物的形式排出的残渣中的水分含量是供给至所述蒸发部的所述第一液体中的水分含量的90％以下。
(3)根据上述(1)或(2)所述的有机物质的制造装置，其中，所述蒸发部中从所述第一液体蒸发出所述液性成分时的温度为10～180℃。
(4)根据上述(1)～(3)中任一项所述的有机物质的制造装置，其中，所述纯化部由蒸馏塔构成，所述蒸馏塔具有：供给所述第二液体的液体供给口、以及设置于该液体供给口的下方，并供给通过所述蒸发部气化而得到的所述液性成分即蒸汽的蒸汽供给口。
(5)根据上述(4)所述的有机物质的制造装置，其中，所述蒸馏塔的级数为5级以上。
(6)根据上述(1)～(5)中任一项所述的有机物质的制造装置，其中，所述微生物包含气体同化性细菌。
(7)根据上述(6)所述的有机物质的制造装置，其中，所述气体同化性细菌包含梭菌属的细菌。
(8)根据上述(1)～(7)中任一项所述的有机物质的制造装置，其中，所述有机物质包括乙醇。
(9)根据上述(1)～(8)中任一项所述的有机物质的制造装置，其中，所述气体是通过燃烧废弃物而生成的。
(10)根据上述(1)～(9)中任一项所述的有机物质的制造装置，其中，所述分离部具有过滤器。
(11)根据上述(10)所述的有机物质的制造装置，其中，所述过滤器的孔径为0.1～100μm。
(12)一种气体处理系统，其具有：气体生成部，其通过使气体原料燃烧、加热或部分氧化而生成气体；以及上述(1)～(11)中任一项所述的有机物质的制造装置，其使用该气体生成部生成的所述气体而得到有机物质。
(13)根据上述(12)所述的气体处理系统，其中，将从所述蒸发部以液体、固体或它们的混合物的形式排出的残渣的至少一部分供给至所述气体生成部。
发明的效果
本发明可以防止在纯化部中发生起泡，从而可以提高有机物质的产率。
附图说明
图1表示本发明的气体处理系统的一个实施方式的流程图。
图2表示用于实施例1中模拟气体处理系统的图。
图3表示用于实施例2中模拟气体处理系统的图。
具体实施方式
下文，将基于附图中所示的优选实施方式详细说明本发明的有机物质的制造装置和气体处理系统。
图1是表示本发明的气体处理系统的实施方式的流程图。
图1所示的气体处理系统1具有气体生成装置、连接至该气体生成装置的有机物质的制造装置(本发明的有机物质的制造装置)。该实施方式中，气体生成装置具备气化炉2。此外，气体处理装置包括气体纯化部3、发酵槽4、分离部5、蒸发部6和有机物质纯化部7。
气化炉(气体生成部)2是使气体原料(碳源)燃烧的炉。通过在气化炉2中进行使气体原料燃烧(不完全燃烧)的热处理，生成以一氧化碳为主要成分的气体(合成气)。即，通过使气体原料发生部分氧化，生成以一氧化碳为主要成分的气体。需要说明的是，在气化炉2中，可以通过加热气体原料来生成气体。
需要说明的是，生成的气体，除了一氧化碳之外，例如，可以含有氢、二氧化碳、氮气和氧气等其他气体成分，特别优选含有一氧化碳和氢气。通过使用该气体，微生物可以有效地生成(制造)目标有机物质。
在此，气体原料为含有碳的原料即可，并无特别限定，例如，可列举：煤、生物质原料(木屑等)、石油、天然气、页岩气、各种废弃物等。其中，从环境问题的角度出发，优选使用从市政当局和各种工业废弃物公司回收的废弃物(垃圾)作为气体原料。
需要说明的是，作为废弃物，例如，可列举：塑料废弃物、垃圾、城市废弃物(MSW)、废轮胎、生物质废弃物、蒲团及纸等家庭垃圾、建筑材料等，以上物质可以单独使用，也可以组合使用两种以上。使用该废弃物可有助于实现资源循环型社会。
另外，气化炉2中的气体原料的燃烧可以一边供给空气一边进行，优选一边供给氧浓度高于空气的气体(高氧浓度气体)一边进行。
通过使用高氧浓度的气体，提高气体原料的燃烧效率而无需过度地加热空气中所含的氮。
气化炉2的气体排气口经由气体管线101连接至气体纯化部3的气体供给口。气化炉2中生成的气体通过未图示的泵被供给至气体纯化部3。
气体纯化部3，例如，可通过以下物质的一种或两种以上而构成：使用水、酸性溶液或碱性溶液的洗涤器(水溶性杂质分离器)、气体冷却器(水分分离器)、旋风分离器、袋式过滤器等微粒(煤灰)分离器和脱硫器(硫化物分离器)、低温分离法(深冷法)分离器、变压吸附(PSA)型分离器、膜分离型分离器、变温吸附(TSA)型分离器、使用活性炭的分离器、使用铜催化剂或钯催化剂的分离器等。
气体纯化部3的气体排气口经由气体管线102连接至发酵槽4的气体供给口。从气体纯化部3排出的气体通过未图示的泵被供给至发酵槽4。
发酵槽4是通过微生物的发酵作用从气体中生成有机物质(有价值的物质)的装置。具体而言，首先，在培养槽4内部装入(储存)从培养液槽(未图示)供给的培养液以及从预培养槽(未图示)供给的微生物。在该状态下，一边搅拌培养液一边向培养槽4内供给气体。由此，在培养基中培养微生物，通过发酵作用由气体生成有机物质。
培养液是含有主要成分的水，以及溶解或分散于水中的营养成分(例如维生素、磷酸等)的液体。调制该培养溶液的成分使微生物能够良好地生长。
作为有机物质，例如，可列举：乙醇、2,3-丁二醇等醇；乙酸、乳酸、异戊二烯等。其中，优选含有醇(特别是乙醇)的有机物质。乙醇除了用作燃料乙醇之外，还可以用作化妆品、饮料、化学物质、燃料(喷气燃料)的原料、食品等的添加剂，用途极为广泛。
本发明中的微生物，只要具有从一氧化碳、氢气等气体生成有机物质的能力即可，没有特别限制。由于从气体生成有机物质的能力高，特别优选微生物包含气体同化性细菌。
此外，该气体同化性细菌包括真细菌和古细菌这两者。
作为真细菌，例如，可列举：梭菌(Clostridium)属细菌、穆尔氏(Moorella)属细菌、醋酸杆菌属(Acetobacterium)属细菌、一氧化碳胞菌(Carboxydocella)属细菌、红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)属细菌、真杆菌(Eubacterium)属细菌、丁酸杆菌(Butyribacterium)属细菌、寡养菌(Oligotropha)属细菌、短根瘤菌(Bradyrhizobium)属细菌、以及作为好氧氢氧化细菌的雷尔氏菌(Ralsotonia)属细菌等。
另一方面，作为古细菌，例如，可列举：甲烷杆菌(Methanobacterium)属细菌、甲烷短杆菌(Methanobrevibacter)属细菌、甲烷砾菌(Methanocalculus)属细菌、甲烷球菌(Methanococcus)属细菌、甲烷八叠球菌(Methanosarcina)属细菌、甲烷球形菌(Methanosphaera)属细菌、甲烷热杆菌属(Methanothermobacter)属细菌、甲烷丝菌属(Methanothrix)属细菌、甲烷囊菌(Methanoculleus)属细菌、甲烷泡菌属(Methanofollis)属细菌、产甲烷菌(Methanogenium)属细菌、甲烷螺菌(Methanospirillium)属细菌、甲烷鬃毛菌(Methanosaeta)属细菌、嗜热球菌(Thermococcus)属细菌、热丝菌(Thermofilum)属细菌、古生球菌(Archaeoglobus)属等。
其中，作为古细菌，优选甲烷八叠球菌(Methanosarcina)属细菌、甲烷球菌(Methanococcus)属细菌、甲烷热杆菌属(Methanothermobacter)属细菌、甲烷丝菌属(Methanothrix)属细菌、嗜热球菌(Thermococcus)属细菌、热丝菌(Thermofilum)属细菌、古生球菌(Archaeoglobus)属细菌等。
此外，由于一氧化碳和二氧化碳的同化性优异，作为古细菌，优选甲烷八叠球菌(Methanosarcina)属细菌、甲烷热杆菌属(Methanothermobacter)属细菌、或甲烷球菌(Methanococcus)属属细菌，特别优选甲烷八叠球菌(Methanosarcina)属细菌、甲烷球菌(Methanococcus)属属细菌。
需要说明的是，作为甲烷八叠球菌(Methanosarcina)属细菌的具体例子，例如，可列举：巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkeri)、梅氏甲烷八叠球菌(Methanosarcinamazei)、乙酸甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans)等。
从上述气体同化性细菌中，选择并使用目标有机物质的生成能力高的细菌。
例如，作为乙醇生产能力较高的气体同化性细菌，可列举：自产乙醇梭菌(Clostridium Autoethanogenum)、永达尔梭菌(Clostridium ljungdahlii)、醋酸梭菌(Clostridium aceticum)、厌氧食气梭菌(Clostridium carboxidivorans)、热醋穆尔氏菌(Moorella thermoacetica)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacterium woodyi)等。其中，从气体同化率以及培养稳定性的观点出发，气体同化性菌优选包含梭菌(Clostridium)属细菌，更优选包含自产乙醇梭菌(Clostridium Autoethanogenum)。
发酵槽4包含通过搅拌板搅拌培养液的类型的发酵槽；通过使培养液自身循环而搅拌培养液的类型的发酵槽；以及通过伴随供给的气体的通气生成的气泡流而产生的水流来搅拌培养液的类型的发酵槽。
需要说明的是，气体纯化部3可以根据需要设置，也可以省略。即，气化炉2的气体排出口可以经由气体管线101直接连接到发酵槽4的气体供给口。
发酵槽4的液体排出口经由液体管线201连接至分离部5的液体供给口。发酵槽4中，由气体在培养液中生成有机物质，通过泵(未表示)将包含有机物质和微生物的培养液作为排出液供给至分离部5。
需要说明的是，在发酵槽4中设置了浓度传感器(未表示)，从而可以检测培养液(排出液)中的有机物质(例如乙醇)的浓度。有机物质是例如乙醇时，培养溶液中有机物质的浓度通常为约1～10％。
分离部5，具有将从发酵槽4排出的排出液(培养物)分离为第一液体和第二液体的功能，所述第一液体(对菌进行了浓缩的培养液)含有包含所述微生物的固体物质以及所述有机物质，所述第二液体含有所述有机物质，且所述固体物质含量比所述第一液体少；需要说明的是，第二液体基本上不包含固体物质，或者包含非常少量的固体物质。
该分离部5可以由例如设置有过滤器的装置、使用离心分离法的装置、使用溶液沉淀法的装置、使用砂子的过滤装置等构成。其中，分离部5优选地由包括过滤器的装置构成。若使用具备过滤器的分离部5，则可以容易且相对廉价地将从发酵槽4排出的废液分离成第一液体和第二液体。
作为该过滤器，可以使用错流型过滤器(所谓的“交叉过滤器”)或总量过滤型过滤器，但优选使用交叉过滤器。通过使用交叉过滤器，可以优选地防止由于过滤器的固体成分引起的堵塞。
需要说明的是，过滤器的孔径根据微生物的大小而适当设置，没有特别限制，优选使用亚微米(submicro)～100微米(micro)孔径的过滤器。如果孔径是这样的大小，则过滤器可以更可靠地防止微生物通过而不降低第二液体(滤液)的通过效率。
过滤器(多孔膜)可以由例如包含铝或硅原子的陶瓷材料、氟类树脂等树脂材料、不锈钢等金属材料等构成。其中，过滤器优选由氟类树脂或陶瓷材料构成。由于微生物不易粘附(吸附)于该过滤器，因此可以防止堵塞，且第一液体(浓缩液体培养基)和第二液体(滤液)的分离效率高。
分离部5包括两个液体排出口，一个液体排出口通过液体管线202连接到蒸发部6的液体供给口，另一个液体排出口通过液体管线203，连接到有机物质纯化部7的液体供给口。从分离部5排出的第一液体通过泵(未表示)供应到蒸发部6，从分离部5排出的第二液体通过泵(未表示)供应到有机物质纯化部7。
蒸发部6中，从第一液体蒸发出含有有机物质的液体成分。从第一液体蒸发液体成分时的温度优选为10～180℃，更优选为70～110℃。蒸发液体成分时的温度为10～40℃时，优选在减压环境或在后续阶段的蒸馏中，不会造成致命性不利影响的范围内，将载气鼓泡至第一液体中的方法。温度超过40℃时，优选通过加热进行蒸馏的方法。
该蒸发部6可以由例如蒸发罐、蒸馏塔等构成。
此时，可以使全部的包含有机物质的液体成分蒸发，也可以优先使作为目标的有机物质蒸发。前者情况下，可以进一步提高有机物质的产率，后者情况下，在蒸发部6中，由于残留有包含一部分液体成分的糊状残渣，因此去除残渣的操作较为容易。
此外，从蒸发部6以液体、固体或它们的混合物的形式排出的残渣中的水含量优选为供应到蒸发部6的第一液体中的水含量的90％以下，更优选为75％以下，进一步优选为50％以下，特别优选为25％以下，可以为0％。若为该水含量的残渣，即使返回气化炉2时也可以用于生成气体而无需追加的助燃剂，可以在没有助燃剂的情况下以空气或氧气燃烧。
本实施方式中，从蒸发部6排出的残渣的一部分或全部可以被供应到气化器2中。由此残渣可以作为气体原料的一部分再利用。残渣是液体或液体和固体的混合物时，可以以如下方式构成：设置连接蒸发部6和气化炉2的管线，残渣通过该管线从蒸发部6供应到气化炉2。残渣为固体时，手动(机械)回收残渣并将其从蒸发部6供应到气化炉2即可。
蒸发部6的气体排出口经由气体管线103连接至有机物质纯化部7的气体供给口。从蒸发部6排出的气体(作为在蒸发部6中气化的液体成分的蒸汽)通过泵(未图示)被供给至有机物质纯化部7。
有机材料纯化部7中，由分离部5供给的第二液体以及由蒸发部6供给的气态液体成分对有机物质进行纯化。需要说明的是，气态液体成分的一部分可以发生了液化。
有机物质纯化部7包括，例如：蒸馏塔、包括渗透汽化膜的处理器、包括沸石脱水膜的处理器、用于除去沸点低于有机物质的低沸点物质的处理器、除去沸点高于有机物质的高沸点物质的处理器、包含离子交换膜的处理器等。其中，有机物质纯化部7优选由蒸馏塔(蒸馏器)构成。通过蒸馏塔，可以以高纯度进行纯化并回收期望的有机物质。此外，根据本发明，由于从供给到蒸馏塔的第二液体和液体成分中除去了微生物，所以可以防止在蒸馏塔中发生起泡，能够顺利地对有机物质进行纯化。
对有机物质(特别是乙醇)进行蒸馏时，蒸馏塔内的温度并无特别限制，优选为100℃以下，更优选为70～95℃左右。通过将蒸馏塔内的温度设定在上述范围内，可以分离必要的有机物质和其他成分，即，能够更可靠地进行有机物质的纯化。
此外，在有机物质的蒸馏时，蒸馏塔中的压力可以是大气压，优选小于大气压，更优选约60～95kPa(表压)。通过将蒸馏塔内的压力设定在上述范围内，可以提高有机物质的纯化效率，并且可以提高有机物质的收率。
在此，在有机物质的蒸馏时，生成溶解于滤液(培养液)中的含有氢和一氧化碳的气体。通过将这种气体作为排气供给到气化炉2，可以将在蒸馏塔中生成的排出气有效地用于气体原料的燃烧。此时，优选通过加压、冷却、吸附除去该气体中所含的乙醇等有机成分，进行回收而无需使其燃烧。
需要说明的是，蒸馏塔里可以是从同一供给口供给来自分离部5的第二液体和来自蒸发部6的气体，也可以分别从上下不同的供给口供给。此外，来自分离部5的第二液体和来自蒸发部6的气体从不同的供给口供给时，可以第二液体从上部供给口(液体供给口)供给，气体从下部供给口(蒸汽供给口)供给；也可以气体从上部供给口(蒸汽供应口)供给，第二液体从下部供给口(液体供给口)供给，优选前者。
若使第二液体从上部供给口供给至蒸馏塔，气体从下部供给口供给至蒸馏塔，则可以抑制纯化有机物质时的热能使用量(蒸汽使用量)。
在该情况下，蒸馏塔的级数没有特别限制，优选为5级以上，更优选为10级以上，进一步优选为约10～20级左右。通过该构成，可以进一步减少纯化有机物质时使用的热能的量，而不会导致蒸馏塔大型化。如填充不规则填料那样的连续级的蒸馏器的情况下，该级数设为与对象级数相当的填充量。
另外，通过采用该构成，蒸馏塔的塔底馏出液含有大量的乙醇，往往会降低乙醇的回收率，但可以通过将这种液体的全部或一部分用作培养液(返回至培养槽)，存在总体上抑制乙醇回收率的降低的倾向。
尽管上面已经说明了本发明的有机物质制造装置和气体处理系统，本发明不限于此。例如，本发明的有机物质制造装置和气体处理系统可以分别具有其他任意构成，也可以被发挥相同功能任意构成替换。
实施例
下文，对利用本发明的具体实施例进行说明。此外，本发明不限于以下具体示例。
(比较例1)
在图1所示的气体处理系统1中，省略了分离部5和蒸发部6，将从培养槽4排出的培养液(液体培养基)直接供给到蒸馏塔(有机物质纯化部7)中。
另外，在培养槽4中，使用自产乙醇梭菌(Clostridium Autoethanogenum)作为微生物(气体同化性细菌)，由来自MSW的气体生成乙醇。
结果，在蒸馏塔中产生发泡，气体处理系统1的运转停止。
(比较例2)
在图1所示的气体处理系统1中，省略了蒸发部6，对于从培养槽4排出的培养液(液体培养基)，仅将用具有孔径为0.2μm的陶瓷过滤器的分离部5分离出的过滤液(第二液体)供给至蒸馏塔(有机物质纯化部7)。
此外，在培养槽4中，使用自产乙醇梭菌(Clostridium Autoethanogenum)作为微生物(气体同化性细菌)，由来自MSW的气体生成乙醇。
结果，在蒸馏塔中的蒸馏本身没有产生问题，但是过滤液仅得到了从培养罐4排出的培养液的75％的量，未能够回收充分量的乙醇。
[来自分离部5的第二液体和来自蒸发部6的蒸汽向蒸馏塔的注入(供应)位置的讨论]
在图2(实施例1)和图3(实施例2)所示的气体处理系统中，显示了在蒸馏塔中纯化乙醇时使用的热能的量(蒸汽使用量)的模拟值(根据McCabe密封图计算)。
在此，在通过液体管线203供给的来自分离部5的第二液体(以下称为“液态进料”)和经由气体管线103供给的来自蒸发部6的蒸汽(在下文中称为“蒸汽态进料”)中，仅包含水(H2O)和乙醇(C2H6O)，以及各进料中的乙醇摩尔分率(乙醇分子数/(乙醇分子数+水分子数))为0.018519(以乙醇质量浓度计为46g/kg)。
此外，通过蒸馏塔中的蒸馏，回收了乙醇的摩尔分率为0.000926(以乙醇质量浓度计为2.3g/kg)的底部流出液和乙醇的摩尔分率为0.5(719g/kg乙醇质量浓度)的馏出液。
在实施例1和2中，均设为将各进料注入到蒸馏塔中的气液浓度与进料的气液浓度几乎相同的级数。例如，当蒸馏塔的级数为10级时，在实施例1中，设为在第8级和第9级之间注入液态进料和蒸汽进料的混合物，而在实施例2中，设为在第8级和第9级之间注入液态进料，在第2级注入蒸汽态进料。
模拟中，单位时间液态进料的总摩尔数设为“1”，单位时间蒸汽进料的总摩尔数设为5％/95％≈0.053。
此外，在各实施例中，乙醇仅被纯化至最高70％的浓度。而且，关于蒸汽的使用量(蒸汽量)，仅考虑蒸发所使用的量(潜热)，并且，就每摩尔的蒸发潜热而言，水和乙醇近似相等。
另外，假定使用蒸汽在再沸器和蒸发器6中，与对象物质的蒸汽以1:1的摩尔比转化。这是一个合理的假设，因为乙醇(38.6kJ/mol(78℃))和每摩尔水的蒸发潜热(41.6kJ/mol(78℃))接近。
此外，在图2和图3中，“液体0％”是指水分为0％，有时残留丁二醇及乙酸等液体成分。
<实施例1的计算方法>
各变量具有以下含义：
L：从冷凝器滴落的水及乙醇的液体成分流量(mol/hr)
V：再沸器的煮沸过程中发生的水和乙醇的蒸汽成分流量(mol/hr)
FL：进料中水和乙醇的液体成分流量
FV：进料中水和乙醇的蒸汽成分流量
xfeed：从培养槽4排出的培养液(除去固体成分)的乙醇摩尔分率
xf：注入点的液体成分的乙醇摩尔分率
yf：注入点的蒸汽成分的乙醇摩尔分率
xtop：在冷凝器中的液体成分的乙醇摩尔分率
ytop：在冷凝器中的蒸汽成分的乙醇摩尔分率
xbtm：再沸器中的液体成分的乙醇摩尔分率
ytop：再沸器中的蒸汽成分的乙醇摩尔分率
m1：底部(从注入点到再沸器)操作线的斜率
m2：顶部(从注入点到冷凝器)操作线的斜率
a：进料中蒸汽成分和液体成分之比
将这七个变量(L、V、a、FV、xf、yf以及m1)作为应变量，这些之间的方程式为以下7个式子。
另外，FL＝1，设为标准值。
公式1：m2×(xf-xtop)-(yf-ytop)＝0
公式2：m1×(xf-xbtm)-(yf-ybtm)＝0
公式3：-a+(xfeed-xf)/(xfeed-yf)＝0
公式4：m2-L/(FV+V)＝0
公式5：m1-(FL+L)/V＝0
公式6：-a+FV/FL＝0
公式7：FL-1＝0
此处，m2是一个自变量，但是如果适当地取该值，则在McCabe-Thiele图上从下部进行蒸发塔板的阶梯作图时，阶梯将不会穿过xtop和ytop。在此，以0.0002的间隔改变m2，并且将阶梯线在不超过xtop和ytop的范围内通过最近处的情况定义为各塔板数的m2。
通过求解上述式，蒸汽的使用量(蒸汽量)为在蒸馏塔底部通过再沸器煮沸的量与蒸发部6的煮沸量的总和(FV+V)，液态进料对应的蒸汽使用量为(FV+V)/FL。将该值作为蒸汽的摩尔数绘制纵轴。
<实施例2的计算方法>
各变量具有以下含义。
L：从冷凝器滴落的水和乙醇的液体成分流量(mol/hr)
V：再沸器煮沸过程中发生的水和乙醇的蒸汽成分流量(mol/hr)
FL：进料中的水和乙醇的液体成分流量
FV：进料中的水和乙醇的蒸汽成分流量
Xfeed：从培养槽4排出的培养液(除去固体成分)的乙醇摩尔分率
xlf：上部注入点的液体成分的乙醇摩尔分率＝xfeed
ylf：上部注入点的蒸汽成分的乙醇摩尔分率
xvf：下部注入点的液体成分的乙醇摩尔分率
yvf：下部注入点的蒸汽成分的乙醇摩尔分率＝xfeed
xtop：冷凝器中的液体成分的乙醇摩尔分率
ytop：冷凝器中的蒸汽成分的乙醇的摩尔分率
Xbtm：再沸器中的液体成分的乙醇摩尔分率
ytop：再沸器中的蒸汽成分的乙醇摩尔分率
m1：下部(从下部注入点到再沸器)操作线的斜率
m2：中间部(从下部注入点到上部注入点)操作线的斜率
m3：上部(从上部注入点到冷凝器)操作线的斜率
a：进料中蒸汽成分与液体成分之比
将8个变量(L、V、a、FV、ylf、xvf、m1以及m3)作为应变量，这些之间的方程式为以下8个式子。
需要说明的是，FL＝1，设为标准值。
公式1：m3×(xlf-xtop)-(ylf-ytop)＝0
公式2：m2×(xfeed-xvf)-(ylf-xfeed)＝0
公式3：m1×(xvf-xbtm)-(xfeed-ybtm)＝0
公式4：m1-(FL+L)/V＝0
公式5：m2-(FL+L)/(FV+V)＝0
公式6：m3-L/(FV+V)＝0
公式7：a-FV/FL＝0
公式8：FL-1＝0
此处，m2是一个自变量，但是如果适当地取该值，则在McCabe-Thiele图上从下部进行蒸发塔板的阶梯作图时，阶梯将不会穿过xtop和ytop。在此，以0.0002的间隔改变m2，并且将阶梯线在不超过xtop和ytop的范围内通过最近处的情况定义为各塔板数的m2。。
通过求解上述方程式，蒸汽的使用量(蒸汽量)是在蒸馏塔底部的再沸器煮沸的量与蒸发部6的煮沸量的总和(FV+V)，液态进料对应的蒸汽使用量为(FV+V)/FL。将该值作为蒸汽的摩尔数绘制纵轴。
上述模拟的结果表示为表1中。
另外，为了在相同条件下进行比较，蒸馏器底部馏出液的乙醇浓度两者相同。这表明实施例2中向底部侧部的乙醇流出的增加在不会造成问题的范围。
[表1]
Figure BDA0002698785890000131
作为模拟的结果，发现当蒸馏级数为5级以上时，实施例2中使用的蒸汽量低于实施例1中使用的蒸汽量。
符号说明
1 气体处理系统
2 气化炉
3 气体纯化部
4 培养槽
5 分离部
6 蒸发部
7 有机物质纯化部
101 气体管线
102 气体管线
103 气体管线
201 液体管线
202 液体管线
203 液体管线。

Claims (13)

1.一种有机物质的制造装置，其具有：
发酵槽，其通过微生物的发酵作用由气体生成有机物质，以及
分离部，其将从所述发酵槽排出的废液分离为第一液体和第二液体，所述第一液体含有包含所述微生物的固体物质以及所述有机物质，所述第二液体含有所述有机物质，且所述固体物质含量比所述第一液体少；
蒸发部，其从所述第一液体蒸发出含有所述有机物质的液性成分；以及
纯化部，其从所述第二液体以及通过所述蒸发部气化而得到的所述液性成分中纯化出所述有机物质。
2.根据权利要求1所述的有机物质的制造装置，其中，从所述蒸发部以液体、固体或它们的混合物的形式排出的残渣中的水分含量是供给至所述蒸发部的所述第一液体中的水分含量的90％以下。
3.根据权利要求1或2所述的有机物质的制造装置，其中，所述蒸发部中从所述第一液体蒸发出所述液性成分时的温度为10～180℃。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的有机物质的制造装置，其中，所述纯化部由蒸馏塔构成，
所述蒸馏塔具有：供给所述第二液体的液体供给口、以及设置于该液体供给口的下方，并供给通过所述蒸发部气化而得到的所述液性成分即蒸汽的蒸汽供给口。
5.根据权利要求4所述的有机物质的制造装置，其中，所述蒸馏塔的级数为5级以上。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的有机物质的制造装置，其中，所述微生物包含气体同化性细菌。
7.根据权利要求6所述的有机物质的制造装置，其中，所述气体同化性菌含有梭菌属的细菌。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的有机物质的制造装置，其中，所述有机物质包括乙醇。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的有机物质的制造装置，其中，所述气体是通过燃烧废弃物而生成的。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的有机物质的制造装置，其中，所述分离部具有过滤器。
11.根据权利要求10所述的有机物质的制造装置，其中，所述过滤器的孔径为0.1～100μm。
12.一种气体处理系统，其具有：
气体生成部，其通过使气体原料燃烧、加热或部分氧化而生成气体；以及
权利要求1～11中任一项所述的有机物质的制造装置，其使用气体生成部生成的所述气体而得到有机物质。
13.根据权利要求12所述的气体处理系统，其中，
将从所述蒸发部以液体、固体或它们的混合物的形式排出的残渣的至少一部分供给至所述气体生成部。
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