DE1952077A1

DE1952077A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entfernung von Loesungsmitteln aus Fermentierungsprodukten

Info

Publication number: DE1952077A1
Application number: DE19691952077
Authority: DE
Inventors: Du Chaffaut Jean Amaudric; Bennett Ian Cameron
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1968-10-18
Filing date: 1969-10-16
Publication date: 1970-09-24
Also published as: BE740464A; US3701713A; GB1282417A; FR2022283A1

Description

PATENTANWÄLTE DR.-ING. VON KREISLER DR₁-INCSCHONWALd DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln» den 13.10.1969 Kl/Ax

The British Petroleum Company Limited, Britannic House, Moor Lane, London, E.O.2 (England).

Y®E£§^i®2-_H2^_Y2rii£tSyi}i_2iJE Entfernung von Lösungs-

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Lösungsmitteln aus Fermentierungsprodukten, die im wesentlichen aus Mikroorganismen bestehen.

Insbesondere bei Fermentierungsverfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen auf Kohlenwasserstoffen als verbrauchbare Kohlenstoffquelle kann die den kultivierten Mikroorganismus enthaltende Biomasse mit Lösungsmitteln behandelt werden, um Spuren von restlichen Kohlenwasserstoffen zu entfernen. Das Lösungsmittel, das gewöhnlich aus einem Alkohol besteht oder diesen enthält, kann von der Biomasse beispielsweise durch Abdampfen unter vermindertem Druck entfernt werden. Es wurde gefunden, daß die Entfernung des Lösungsmittels verbessert werden kann, indem eine gewisse Mindestwassermenge während der Behandlung zur Entfernung des Lösungsmittels mit dem Mikroorganismus in Berührung gehalten wird.

Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Entfernung von Lösungsmittel aus Biomassen.

009839/1257

Das Verfahren gemäß der Erfindung zur Entfernung von Lösungsmitteln aus JTermentierungsprodukten, die im wesentlichen aus Mikroorganismen bestehen, ist dadurch gekennzeichnet, daß man eine Biomasse, die ein aus einem Alkohol bestehendes oder einen Alkohol enthaltendes Lösungsmittel enthält, mit sich bewegenden erhitzten Oberflächen in Berührung bringt, während man die Biomasse kontinuierlich diesen Oberflächen zuführt, die Biomasse quer zu den erhitzten Oberflächen bewegt und außer Berührung mit den Oberflächen bringt, die Biomasse in einer Atmosphäre hält, die aus einer Dampfphase besteht, die aus Wasserdampf mit Dämpfen des Alkohols besteht oder diese enthält, die Dampfphase im Gleichstrom oder im Gegenstrom zu der sich bewegenden Biomasse führt und den Wasserdampf kontinuierlich in einer Menge einführt, die wenigstens genügt, um unter den angewendeten Trocknungsbedingungen sicherzustellen, daß im wesentlichen das gesamte Lösungsmittel aus der behandelten Biomasse entfernt wird.

Die Biomasse ist vorzugsweise in einem waagerechten Trog enthalten und wird mit erhitzten rotierenden Scheiben in Berührung gebracht, die an einer rotierenden waagerechten Welle befestigt sindo Die Scheiben sind vorzugsweise hohl und werden durch ein Heizmedium erhitzt, das durch die Welle umgewälzt wird.

Als Alkohol wird vorzugsweise Äthanol oder Isopropanol verwendete

Die zu behandelnde Biomasse kann im "trockenen Zustand" vorliegen. Hierunter ist das Mikroorganismusprodukt zu verstehen, das durch Trocknen bei 120 C erhalten wird_e Die Biomasse enthält am zweckmäßigsten etwas Wasser in Assoziation mit dem Mikroorganismus« Diese Wassermenge beträgt vorzugsweise etwa 20 Gew_e-$, bezogen auf das Gewicht des Mikroorganismus im "trockenen Zustand"»

0 0 9 8 3 9/12 57

^BAD ORIGINAL

Sie Biomasse kann kontinuierlich durch Kultivierung eines Mikroorganismus; der zu einem Kohlenwasserstoffe verbrauchenden Stamm gehört, in Gegenwart eines wässrigen Nährmediums, eines Kohlenwasserstoffsubstrats und eines freien Sauerstoff enthaltenden Grases, Isolierung einer Biomasse, die au» dem mit dem Kohlenwasserstoff verunreinigten Mikroorganismus besteht oder diesen enthält, und Extraktion der Biomasse mit einem aus einem Alkohol bestehenden oder diesen enthaltenden Lösungsmittel erhalten werden, wobei eine Biomasse gewonnen wird, die dieses Lösungsmittel enthält.

Das Kohlenwasserstoffsubstrat.besteht wenigstens teilweise aus geradkettigen Kohlenwasserstoffen. Dies sind gewöhnlich die geradkettigen Kohlenwasserstoffe, die in Erdölkohle nwas se ret of fen als Paraffine vorhanden sind. Die geradkettigen Kohlenwasserstoffe können jedoch auch als Olefine vorliegen, oder es kann ein Gemisch verwendet werden, das geradkettige Paraffine und Olefine enthält. Als Einsatzmaterialien, die aus Erdöl gewonnen werden, eignen sich beispielsweise Leuchtpetroleum (Kerosin), Gasöle und Schmieröle. Diese Einsatzmaterialien können unraffiniert oder einer gewissen raffinierenden Behandlung unterworfen worden sein, müssen jedoch einen Anteil an geradkettigen Kohlenwasserstoffen enthalten, um für die Zwecke der'Erfindung geeignet zu sein. Zweckmäßig enthält die Erdölfraktion 3 bis 4 Gew.-i* geradkettige Kohlenwasserstoffe.

Als Mikroorganismen, die in der hier beschriebenen Weise kultiviert werden, kommen Hefen, Pilze und Bakterien in Frage. Der hier gebrauchte Ausdruck "Mikroorganismus" umfaßt auch Gemische von Mikroorganismen. Bevorzugt als Mikroorganismen werden Hefen, von denen wiederum die folgenden Stämme bevorzugt werden:

009839/12 57

f AD ORlGINAt

Candida	brumptii
η	cate.nulata
M	clausenii
It	humicola
M	intermedia
η	krusei
η	lipolytica

CBS Nr. 2078 j Nr, CMI Nr. "93743 NOYC Nr,376; Nr. 153 CMI Nr,83550. NCtC Nr,458

NCYC Nr.4
CMI Nr.2331

CBSNr,2084% Nr.2031

^H melibiosi

^w parapsilosis

¹¹ pulcherrima

" rugosa

^H stellatoidea

* tropical!«

» utilis

Debaryomyces kloeckeri Hansenula anomala Pchia guilliermondii Rhodotorula glutinis Torulopsis famata ^H magnoliae

Die Abkürzungen "CBS«, "CMI* und ¹¹HCY" bezeichnen Kulturen, die beim Central Bureau voer Scherineloültures» Baarn, Holland, 'beim Commonwealth Mycological Institute, Kew, England, bzw. bei der National Collection of Yeast Cultures, Nutfield, England, hinterlegt'sind. Von den vorstehend genannten Hefen werden Candida lipolytica und Cancida tropicalis besonders bevorzugt.

Während der Kultivierung des Mikroorganismus wird das wässrige Nährmedium vorzugsweise bei einem gewünschten Pg-Wert durch portionsweise oder kontinuierliche Zugabe eines wässrigen Mediums von hohem p_H-Wert gehalten. Bei Verwendung von Pilzen oder Hefen, Insbesondere bei Verwendung von Candida lipolytica, wird der p_H-Wert ,des '

009839/1257

BAD ORIGINAL

-P-

Nährmediums gewöhnlich im Bereich von 3 his 6, vorzugsweise im Bereich von 4 "bis 5 gehalten. (Bakterien erfordern einen höheren p_H-Wert. von gewöhnlich 6,5 Ms 8.) ' Als alkalische Materialien für den Zusatz sum Kulturmedium eignen sich beispielsweise Natriumhydroxyd, Kaliumhydroxyd, Dinatriumhydrogenphosphat und Ammoniak entweder im freien Zustand ader in wässriger Lösung.

Die optimale Temperatur des Kultivierungsgemisohes ist verschieden in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Mikroorganismus und liegt gewöhnlich im Bereich von 25 bis 35⁰O. Bei Verwendung von Candida lipolytica wird ein Temperaturbereich von 28 bis 32⁰O bevorzugt.

Die Aufnahme von Sauerstoff ist für das Wachstum des Mikroorganismus wesentlich. Der Sauerstoff wird gewöhnlich in Form von Luft zugeführt. Um die Wachstumsgeschwindigkeit hoch zu halten, sollte die zur Zufuhr von > Sauerstoff verwendete Luft durch Rühren in feine Blasen zerteilt werden. Die Luft kann durch eine gesinterte Oberfläche eingeführt werden, Jedoch kann auch das als "Wirbelbelüftung¹¹ bekannte System inniger Belüftung angewendet werden.

Das Produkt aus dem Fermenter wird vorzugsweise unter solchen Bedingungen dekantiert, daß der größere Anteil des wässrigen Nährmediums entfernt wird. Vorzugsweise wird die den Mikroorganismus enthaltende Fraktion einer Behandlung mit einem wässrigen Medium unterworfen, das ein oberflächenaktives Mittel enthält.

Die Mikroorganismusfraktion wird vorzugsweise mit dem wässrigen oberflächenaktiven Mittel kräftig gemischt und ohne eine weitere Wachstumsperiode des Mikroorganismus einer weiteren Trennung vorzugsweise duroh Zentrifugieren unterworfen, um eine Mikroorganismusfraktion und eine

ausgebrauchte wässrige Phase zu gewinnen, die aus dem 009839/1257

BAD ORIGINAL

Mikroorganismus entfernte· verunreinigende Kohlenwasserstoffe enthält. Falls erforderlich, können die Wasch- und Trennstufen einmal oder mehrmals unter Verwendung eines wässrigen oberflächenaktiven Mittels in der Viaachstufe wiederholt werden. Nach dem Waschen mit dem oberflächenaktiven Mittel kann wahlweise mit einem wässrigen Medium gewaschen werden, das kein oberflächenaktives Mittel enthält. Dieses Medium ist vorzugsweise Wasser. Auch hier kann gegebenenfalls mit einer Reihe von Wasch- und Trennstufen gearbeitet werden.

"■ ■

Die Waschbehandlung wird vorzugsweise durchgeführt, bis der Kohlenwasserstoffgehalt des Mikroorganismus geringer ist als 7$, bezogen auf das Gewicht des Mikroorganismus, (gerechnet für den trockenen Zustand). Vorzugsweise liegit dieser Kohlenwasserstoffgehalt unter

Die den Mikroorganismus enthaltende gewonnene Fraktion oder der daraus erhaltene getrocknete Mikroorganismus wird mit einem Lösungsmitteleextrahiert, um Kohlenwasserstoffspuren zu entfernen.

Die Erfindung wird weiter an Hand einer Ausführungsform k beschrieben, die in der Abbildung dargestellt ist, die einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Entfernung von Lösungsmittel aus verunreinigter Biomasse zeigt.

Die Vorrichtung besteht aus einer waagerechten zylin-

. a ■-■■-.

drischen Trommel 1, die eine Länge von 1,25 m und einen Innendurchmesser von 0,5 m hat. Die Trommel ist mit einem äußeren Mantel 2 versehen, der eine Heizfläche von

2
1 m hat. In diesen Mantel kann Dampf oder ein anderes Heizmedium eingeführt werden. Eine drehbare Hohlwelle ist axial in der Trommel angeordnet. Die Welle 3 ist mit im Abstand zueinander, senkrecht zur Achse der Welle angeordneten hohlen Scheiben 4 besetzt. Wasserdampf oder ein anderes Heizmedium kann in die Hohlwelle und in die

Scheiben, die zusammen eine Heizfläche von 4,5 m bilden/

00£839/12 57

eingeführt werden. Schaber 5 sind in Abständen am Umfang jeder Scheibe angeordnet, um zu verhindern» daß behandeltes Material an der Innenfläche der Trommel anbackt· An der Innenseite der Trommel ist oben eine Vielzahl von Abetreifblättern 6 angebracht, die zwischen den Scheiben radial in die Trommel ragen und verhindern, daß behandeltes Material sich an den Scheiben festsetzt. Ein Eintritt 7« durch den das zu behandelnde Material in die Trommel eingeführt werden kann, ist in der Nähe der Ober» eeite an einem Ende der Trommel vorgesehen. Pas behandelte Material wird durch einen Austritt 8 in der Nähe der entgegengesetzten unteren Ecke der Trommel aus dieser entfernt* In diesen Austritt ist das Zellenrad 9 eingesetzt, das die Menge des die Trommel verlassenden behandelten Materials regelt. Ein Wasserdampfζ^führungsrohr 10 ist oben an dem Ende der Trommel vorgesehen, das dem Ende mit dem Materielleintritt gegenüberliegt. In der Nähe des Materialeintritts ist eine Austrittsleitung 11 für Wasserdampf und Dämpfe angeordnet* Gegebenenfalls kann an der Oberseite der Trommel und des Heizmantels als Ausnehmung eine Kammer mit rechteckigem Querschnitt vorgesehen werden, um eine Zone für die Entwicklung von Wasserdampf und Dämpfen aus dem behandelten festen Material SEU bilden.

Mit der Vorrichtung wurde der folgende Versuch durchgeführt: Stündlich wurden 77*8 kg einer Biomasse, die aus 45 Gew.-^ Trockensubstanz, 43# Isopropylalkohol· und 12 &ew,-?C Wasser bestand, bei einer Temperatur von 75⁰C durch den Eintritt 7 in die Trommel eingeführt. Die Biomasse wurde hergestellt durch Kultivierung einer Kohlenwasserstoff verbrauchenden Hefe in einem Kohlenwasserstoffe enthaltenden wässrigen Nährmedium, Abtrennung der Hefe vom Nährmedium und Behandlung der Hefe mit Isopropanol zur Entfernung von restlichen Kohlenwasserstoffen. Die stündlich zugeführte Menge entsprach 35 kg Trockensubstanz in der Biomasse. Sattdampf wurde

00 983 9/125 7

BAD ORIGINAL

unter einem Druck von 1 atü in den Heizmantel, die Welle und die Scheiben eingeführt» Die Welle wurde mit 30 UpM gedreht. Sattdampf bei Normaldruck wurde durch Leitung in einer Menge von 35 kg/Stunde in die Trommel eingeführte Die aus dem Austritt 8 abgezogene behandelte Biomasse enthielt 0,4- Gew.-$ Alkohol und 22 Gew.-$ Wasser, bezogen auf das Gewicht der Trockensubstanz in der Biomasse.

In einem Vergleichsversuchewurde eine Biomasse der gleichen Zusammensetzung, wie sie vorstehend beschrieben wurde, bei einer Temperatur von 70 C in einer Menge von 13 kg/Stunde (entsprechend 5,4 kg Trockensubstanz/Stunde) in die Trommel eingeführt. Die Behandlung wurde unter den oben beschriebenen Bedingungen vorgenommen mit dem Unterschied, daß kein Wasserdampf durch die Leitung 10 in die Trommel eingeführt und die Austrittsleitung 11 für Wasserdampf und Dämpfe an ein Gebläse angeschlossen war, das einen leicht verminderten Druck von etwa 50 mm WS im Zylinder erzeugte. Die durch die Leitung 8 abgezogene behandelte Biomasse enthielt 4,2 Gew.-5^ Isopropylalkohol und 5^c/o Wasser, bezogen auf das Gewicht der Trockensubstanz.

009839/1257

Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur Entfernung von Lösungsmitteln aus im wesentlichen aus Mikroorganismen bestehenden Fermentierungsprodukten, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Biomasse, die ein aus einem Alkohol bestehendes oder einen Alkohol enthaltendes Lösungsmittel enthält, mit sich bewegenden erhitzten Oberflächen in Berührung bringt, während man die Biomasse kontinuierlich diesen Oberflächen zuführt, die Biomasse senkrecht zu den erhitzten Oberflächen bewegt und den Kontakt mit den Oberflächen unterbricht, die Biomasse in einer Atmosphäre hält, die aus Wasserdampf mit Dämpfen des Alkohols besteht oder diese enthält, die Dampfphase im Gleichstrom oder im Gegenstrom zu der sich bewegenden Biomasse führt und Wasserdampf kontinuierlich in einer Menge einführt, die wenigstens so groß ist, um unter den angewendeten Trocknungsbedingungen im wesentlichen das gesamte Lösungsmittel aus der behandelten Biomasse zu entfernen»

2) Verfahrepihach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Entfernung des Lösungsmittels wenigstens 20 Gew.-^, bezogen auf das Gewicht des Mikroorganismus, im "trockenen Zustand" Wasser anwesend ist.

5) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Biomasse in einem horizontalen Trog enthalten ist und mit erhitzten rotierenden Scheiben in Berührung gebracht wird, die an einer rotierenden waagerechten Welle befestigt sind.

4) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Biomasse einsetzt, die durch kontinuierliche Züchtung eines kohlenwasserstoffverbrauchenden Mikroorganismus in Gegenwart eines wäßrigen Nährmediums eines Koh-

00 9839/12 57

-Ίο -

lenwasserstoffSubstrats und eines freien Sauerstoff enthaltenden Gases, Isolierung einer Biomasse, die aus dem mit dem Kohlenwasserstoff verunreinigten Mikroorganismus besteht oder diesen enthält, Extraktion der Biomasse mit einem aus einem Alkohol bestehenden oder diesen enthaltenden Lösungsmittel und Abtrennung der lösungsmittelhaltigen Biomasse erhalten worden ist.

5) Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als Alkohol Isopropanol verwendet.

6) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet durch, eine waagerechte zylindrische Trommel (1), einen äußeren heizbaren Mantel (2), eine axial in der Trommel angeordnete Hohlwelle (3)* auf der Welle senkrecht zur Wellenaehse angeordneten Hohlseheiben (4), Ein- und Austrxttsöffnungen für das zu behandelnde .Gut (7) und (8).sowie Zuführung und Auslaß für Dampf (IG) und (1*).

7) Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch am Umfang jeder Scheibe (4) angeordnete Schaber (5) sowie an der Innenseite der Trommel angeordnete, zwischen die Scheiben radial in die Trommel ragende Abstreifblätter (6).

009839/125?