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Ethanol production by extractive fermentation – solvent identification and prototype development

Authors


Abstract

The in situ removal and recovery of inhibitory fermentation products by solvent extraction has numerous beneficial effects (increased reaction rate, fermentation of concentrated feeds, decreased water usage, etc.) which have been confirmed on theoretical grounds. For the development of such an extractive fermentation process, the identification of solvents having desirable physical properties as well as complete biocompatibility with the microorganism is an absolute prerequisite, which, to this point, has not been adequately met. By means of a computer data base, we have systematically screened 1,361 solvents for their suitability for use in an extractive ethanol fermentation, and, through subsequent experimental evaluation of 70 of these solvents, have identified 19 as being appropriate for use in a continuous extractive fermentation process.

Details of this screening procedure, and physico-chemical data of the suitable extraction solvents are presented. A prototype extractive fermentation system, the first to employ a Continuous Stirred Tank Fermentor, is described. Results from mass transfer experiments in this prototype system, together with extractive fermentation experiments involving medium-strength (ca. 150 g/L) glucose feeds are discussed.

Abstract

La séparation in situ et la récupération par extraction au solvant des produits de fermentation inhibiteurs ont de nombreux effets positifs (vitesse de réaction accrue, fermentation d'alimentation concentrée, économie d'eau, etc.) confirmés sur des bases théoriques. Pour la mise au point d'un tel precédé de fermentation extractive, l'identification de solvants possédant les propriétés physiques requises et étant également complètement bio-compatibles avec le microorganisme, est une nécessité absolue, problème qui n'a encore pas été résolu de manière adéquate. On a examiné systématiquement 1361 solvants pour leur capacité à ětre utilisés dans la fermentation extractive de l'éthanol, à l'aide d'une base de données informatiques. Après avoir effectué une évaluation expérimentale de 70 de ces solvants, 19 ont été reconnus comme appropriés pour un precédé continu de fermentation extractive.

On donne le détail de la procédure de sélection et on présente les données physico-chimiques des solvants d'extraction retenus. Un prototype du système de fermentation extractive, le premier à utiliser un fermenteur à réservoir agité continu, est décrit. Des résultats provenant d'expériences de transfert de matière menées dans ce prototype, de měme que d'expériences de fermentation extractive utilisant du glucose de teneur moyenne (ca. 150 g/L) comme alimentation, sont également analysés.

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