Đánh giá công nghệ tách bốc hơi nước cho quá trình hồi phục sản phẩm sinh ra từ quá trình lên men sinh khối

Journal of Chemical Technology and Biotechnology - Tập 80 Số 6 - Trang 603-629 - 2005
Leland M. Vane1
1National Risk Management Research Laboratory, Office of Research and Development, US Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH 45268, USA

Tóm tắt

Tóm tắtMặc dù có một số công nghệ tách bốc hơi có khả năng về mặt kỹ thuật trong việc loại bỏ các sản phẩm dễ bay hơi từ nước lên men, chưng cất vẫn là công nghệ chiếm ưu thế. Điều này đặc biệt đúng đối với việc thu hồi nhiên liệu sinh học như ethanol. Trong bài báo này, tình trạng của công nghệ tách màng nổi lên, được gọi là công nghệ bốc hơi nước cho ứng dụng này, đã được xem xét. Nhiều vấn đề và ưu tiên nghiên cứu có thể ảnh hưởng đến khả năng cạnh tranh của công nghệ bốc hơi nước để thu hồi nhiên liệu sinh học từ các hệ thống lên men được xác định và thảo luận. Chúng bao gồm: tăng cường hiệu suất sử dụng năng lượng; giảm chi phí vốn cho các hệ thống bốc hơi nước; các thử nghiệm dài hạn với nước lên men thực tế; tối ưu hóa tích hợp công nghệ bốc hơi nước với thiết bị lên men; sự cộng hưởng khi thực hiện cả việc thu hồi rượu và khử nước dung môi bằng công nghệ bốc hơi nước với công nghệ ngưng tụ phân đoạn đông lạnh; và phân tích kinh tế cập nhật của công nghệ bốc hơi nước ở các quy mô sản xuất nhiên liệu sinh học khác nhau. Công nghệ bốc hơi nước hiện đang khả dụng để thu hồi nhiên liệu sinh học trong một số tình huống, nhưng việc ứng dụng rộng rãi hơn sẽ chỉ có thể khi có tiến bộ trong những vấn đề này. Được xuất bản vào năm 2005 cho SCI bởi John Wiley & Sons, Ltd.

Từ khóa

#công nghệ tách bốc hơi nước #lên men sinh khối #thu hồi nhiên liệu sinh học #hiệu suất năng lượng #hệ thống lên men #công nghệ màng #đông lạnh phản ứng phân đoạn

Tài liệu tham khảo

ShapouriH DuffieldJAandGrabonskiMS Estimating the net energy balance of corn ethanol. US Department of Agriculture Agricultural Economic Report # 721 (1995).

ShapouriH DuffieldJAandWangM The energy balance of corn ethanol: an update. US Department of Agriculture Agricultural Economic Report # 814 (2002).

SosulskiK Alternatives for management of pulp and paper industry solid wastes: production of ethanol. NCASI Technical Bulletin. National Council of the Paper Industry for Air and Stream Improvement Inc New York NY (1994).

YacobucciBDandWomachJ Fuel ethanol: background and public policy issues. Congressional Research Service Report for US Congress RL30369 (2003).

10.1385/ABAB:78:1-3:435

Maddox IS, 1993, The Clostridia and Biotechnology, 343

Schoutens GH, 1985, Economic feasibility of the production of iso‐propanol–butanol–ethanol fuels from whey permeate, Proc Biochem, 8, 117

10.1016/0032-9592(92)80024-W

10.1007/BF01032571

10.1016/0032-9592(95)95719-Y

10.1080/00908319508946081

10.1146/annurev.energy.21.1.403

10.1021/bp000127s

10.1016/j.biombioe.2003.08.002

Korkie LJ, 2002, Utilising grape pomace for ethanol production, S Afr J Enol Vitic, 23, 31

BBI International Economic impact assessment for ethanol production and use in Hawaii (draft report)(2003).

Lynd LR, 2001, Evaluation of paper sludges for amenability to enzymatic hydrolysis and conversion to ethanol, Tappi J, 1

GrafAandKoehlerT Oregon cellulose–ethanol study: an evaluation of the potential for ethanol production in Oregon using cellulose‐based feedstocks. A report prepared by Bryan & Bryan Inc under contract to Oregon Office of Energy (2000).

10.1021/bp990107u

10.1002/bit.260260902

10.1146/annurev.energy.24.1.189

10.1021/bp9901062

10.1016/S0306-2619(99)00077-X

10.1007/s00253-002-1058-9

10.1016/S0167-7799(99)01384-0

10.1016/S0961-9534(96)00069-4

10.1007/s00449-003-0337-x

KerstetterJD LyndLR LyfordKandSouthC Assessment of potential for conversion of pulp and paper sludge to ethanol fuel in the Pacific Northwest. Subcontract No ACG‐6‐15177‐01. Report prepared for National Renewable Energy Laboratory (1997).

Profile of the Pulp and Paper Industry 2nd edn. US Environmental Protection Agency EPA Office of Compliance Sector Notebook. EPA/310‐R‐02‐002 (2002).

10.1007/s002530051055

10.1128/aem.62.9.3210-3219.1996

10.1021/bp00036a014

10.1023/A:1005339415979

10.1007/s002530051226

10.1016/0032-9592(92)80012-R

Ennis BM, 1986, The acetone–butanol–ethanol fermentation: a current assessment, Proc Biochem, 21, 131

Belafi‐Bakao K, 1995, Product removal in ethanol and ABE fermentations, Hungarian J Ind Chem, 23, 309

10.1080/03602549208021421

Park C‐H, 1994, Recent progress in simultaneous fermentation and separation of alcohols using gas stripping and membrane processes, AIChE Symposium Series, 90, 63

10.1016/S0960-1481(00)00108-7

10.1021/bp0000297

10.1002/(SICI)1097-0290(20000205)67:3<336::AID-BIT10>3.0.CO;2-6

10.1007/s00253-003-1400-x

Roffler SR, 1987, In‐situ recovery of butanol during fermentation. Part 1: Batch extractive fermentation, Bioproc Eng, 2, 1, 10.1007/BF00369221

10.1016/S0896-8446(02)00093-1

10.1016/S0032-9592(01)00188-1

10.1002/bit.260190414

10.1002/bit.260200908

10.1385/ABAB:84-86:1-9:577

10.1002/(SICI)1097-4660(199902)74:2<176::AID-JCTB995>3.0.CO;2-C

10.1016/S0032-9592(96)00017-9

10.1007/BF01026651

10.1016/S0376-7388(99)00326-9

10.1016/S0922-338X(98)80157-8

10.1016/S0376-7388(02)00540-9

10.1007/BF00151579

10.1016/S0376-7388(99)00010-1

10.1016/S0961-9534(99)00030-6

10.1021/bp990080e

10.1023/A:1018474603027

10.1007/BF00178605

10.1002/bit.260390205

10.1002/bit.260300516

10.1080/03602549008050930

10.1016/0376-7388(88)80026-7

10.1023/A:1005627421221

10.1007/BF00133061

10.1016/S0376-7388(00)00359-8

Mulder MHV, 1986, Continuous ethanol production controlled by membrane processes, Proc Biochem, 21, 35

10.1002/bit.260431011

10.1002/bit.260360815

10.1002/bit.260380808

Strathmann H, 1987, Separations for Biotechnology, 353

10.1016/S0376-7388(00)81160-6

10.1007/BF01254225

Strathmann H, 1991, Extractive Bioconversions, 67

10.1007/BF00175733

10.1007/BF02920567

10.1016/S0376-7388(00)80123-4

10.1007/BF02920447

10.1007/BF00369829

10.1016/S0376-7388(00)00667-0

10.1016/S0376-7388(01)00507-5

10.1016/S0011-9164(02)00690-2

10.1016/S0376-7388(02)00550-1

10.1016/j.biortech.2003.08.003

10.1016/S1383-5866(01)00195-2

10.1002/jctb.897

Hausmanns S, 1999, Proceedings of the 2nd Asia Pacific Roundtable on Cleaner Production, 21–23 April 1999, Brisbane, Australia, 625

10.1016/S0376-7388(01)00768-2

ASTM International Standard specification for denatured fuel ethanol for blending with gasoline for use as automotive spark ignition engine fuel. D48062004.

ReynoldsRE Fuel specifications and fuel property issues and their potential impact on the use of ethanol as a transportation fuel. Subcontract No 4500010570. Downstream Alternatives Inc Report prepared for Oak Ridge National Laboratory Ethanol Project (2002).

10.1021/bp00017a002

10.1023/A:1008129713552

10.1081/SS-120003501

10.1007/s00253-002-1147-9

10.1002/bit.260380510

10.1007/BF01026200

10.1016/0300-9467(91)80010-T

10.1016/0300-9467(91)80011-K

10.1007/BF00134719

10.1385/ABAB:98-100:1-9:899

10.1016/0141-0229(88)90033-6

10.1016/0141-0229(90)90055-U

10.1002/bit.260340211

Hansen NL, 2001, From filter presses over centrifuges to cross flow and vibrating membrane filtration: a review of recovery of beer from surplus yeast, MBAA TQ, 38, 115

10.1016/0734-9750(94)90020-5

Rose P, 2003, Separation solutions for the global brewing industry, Filtration + Separation, 2003, 20

10.1016/S0011-9164(98)00130-1

10.1016/S0043-1354(02)00466-9

10.1016/S0043-1354(98)00212-7

10.1016/S0011-9164(97)00120-3

US Environmental Protection Agency Membrane filtration guidance manual (proposal draft). EPA 815‐D‐03‐008 (2003).

10.1385/ABAB:98-100:1-9:1161

10.1016/S0960-8524(00)00047-X

10.1016/S0260-8774(03)00059-1

10.1016/S0927-5193(06)80010-0

10.1016/S0927-5193(06)80011-2

GalbeM PilcherLandRoslanderC Separation of solid residues after SSF and SHF in fuel ethanol production from spruce. Poster presentation at 24th Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals Gatlinburg TN April 28‐May (2002).

10.1002/(SICI)1097-0290(20000205)67:3<265::AID-BIT2>3.0.CO;2-J

Yuan H, 1996, An investigation into the possible use of hydrocyclones for the removal of yeast from beer, Bioseparation, 6, 159

10.1016/S0922-338X(97)81140-3

10.1002/(SICI)1097-0290(19980405)58:1<47::AID-BIT5>3.0.CO;2-U

10.1016/S0376-7388(01)00602-0

10.1002/(SICI)1097-0290(19991205)65:5<500::AID-BIT2>3.0.CO;2-N

10.1002/(SICI)1097-0290(19961105)52:3<397::AID-BIT5>3.0.CO;2-F

10.1002/bit.260480411

10.1385/ABAB:91-93:1-9:353

10.1385/ABAB:78:1-3:455

10.1016/j.memsci.2003.07.025

10.1385/ABAB:105:1-3:87

10.1016/j.memsci.2003.07.029

10.1016/j.memsci.2003.09.031

10.1016/j.watres.2003.10.019

10.1016/S0376-7388(02)00307-1

10.1016/S0376-7388(02)00308-3

10.1016/S0376-7388(02)00319-8

10.1016/S0927-5193(06)80003-3

10.1016/S0927-5193(06)80004-5

10.1016/S0011-9164(02)00567-2

10.1016/j.memsci.2004.09.021

10.1016/S1383-5866(97)00005-1

10.1016/0376-7388(96)00144-5

10.1016/S0927-5193(06)80005-7

10.1016/S0376-7388(98)00254-3

10.1016/S0304-3894(00)00337-X

10.1021/es001362

10.1016/S0376-7388(01)00755-4

10.1016/S0376-7388(97)00087-2

10.1016/S0376-7388(00)00576-7

10.1016/S1383-5866(01)00109-5

10.1016/S1383-5866(03)00037-6

10.1016/S0376-7388(02)00380-0

High‐performance low‐cost pervaporation modules for ethanol extraction. Abstract of 2003 DOE Phase I SBIR grant (2003).

LaMonicaD Application of a unique module design for wastewater treatment. Abstract from presentation at 2004 North American Membrane Society annual meeting Honolulu HI USA (2004).

10.1038/sj.jim.2900524

10.1099/13500872-141-3-687

Piper PW, 1997, Yeast Stress Responses, 75

10.3109/07388558309077982

10.1016/S0065-2911(08)60293-3

10.1002/jobm.19810211006

LucasJLandMartinFE Process for production of lignin fuel ethyl alcohol cellulose silica/silicates and cellulose derivatives from plant biomass. US Patent 5 735 916 (1998).

10.1016/S0168-1656(02)00026-3

10.1016/0376-7388(88)80028-0

10.1021/ja00363a061

10.1016/0376-7388(96)00041-5

Volkov VV, 1997, Development of novel poly[‐1‐(trimethylsilyl)‐1‐propyne] based materials for pervaporation separation in biofuel production, Polym Mater Sci Eng, 77, 339

10.1016/S0376-7388(00)80017-4

10.1002/app.13358

10.1016/S0376-7388(00)00683-9

10.1021/ma990540k

10.1002/(SICI)1099-0488(19980430)36:6<959::AID-POLB3>3.0.CO;2-B

10.1016/j.memsci.2004.06.059

10.1021/j100098a038

MeagherMM QureshiNandHutkinsRW Silicalite membrane and method for the selective recovery and concentration of acetone and butanol from model ABE solutions and fermentation broth. US Patent 5 755 967 (1998).

10.1016/S0376-7388(02)00364-2

10.1080/15321799408009634

10.1080/03602549608001294

10.1016/0376-7388(93)85211-E

10.1080/01496399508012211

10.1016/S0376-7388(00)80643-2

10.1016/0376-7388(96)00140-8

Gostoli C, 1987, Separations for Biotechnology, 383

10.1080/01496399308016741

10.1016/j.bej.2003.09.002

10.1016/S0376-7388(96)00224-4

10.1081/SS-120022596

10.1081/SS-100100806

10.1016/j.memsci.2003.09.008

10.1252/jcej.30.1144

Vigneswaran S, 1989, Energy recovery considerations for membrane separation process, RERIC International Energy Journal, 11, 1

10.1016/S1359-4311(99)00042-3

EPRI Process Industry Coordination Office Industrial heat pumps.TechCommentary1. Battelle Memorial Institute Columbus OH (1998).

Industrial heat pumps for steam and fuel savings. DOE/GO‐102003‐1735. Best Practices Steam Technical Brief US Department of Energy Washington DC USA (2003).

International Energy Agency Heat Pump Centre web site:http://www.heatpumpcentre.org/(2004) [accessed 15 August 2004].

10.1016/0890-4332(90)90092-X

McMullanA Industrial heat pumps for steam and fuel savings. DOE/GO‐102003‐1735. Best Practices Steam Technical Brief US Department of Energy Washington DC USA (2003).

10.1016/S1359-4311(00)00053-3

10.1016/1359-4311(96)00010-5

10.1021/ie0305667

VaneLM MairalAP NgA AlvarezFRandBakerRW Separation process using pervaporation and dephlegmation. US Patent 6 755 975 (2004).

10.1385/ABAB:84-86:1-9:1049

BrushBFandKatzenR Hydrous alcohol distillation method and apparatus. Raphael Katzen Associates International Inc. US Patent 4 306 942 (1981).

BlumeIandBakerRW Process for recovering organic components from liquid streams. Membrane Technology & Research Inc. US Patent 5 030 356 (1991).

10.1007/BF00369334

10.1111/j.1749-6632.2003.tb06015.x

BakerRW AthaydeAL DanielsR LeM PinnauI LyJH WijmansJG KaschemekatJHandHelmVD Development of pervaporation to recover and reuse volatile organic compounds from industrial waste Streams. DOE/AL/98769–1. Report to US Department of Energy (1997).

10.1016/S0376-7388(99)00255-0

10.1016/S0011-9164(02)00526-X

10.1002/app.1987.070340135

10.1080/01496399008050385

10.1039/b007435g

10.1016/0376-7388(92)80009-9

10.1016/S0376-7388(00)80921-7

10.1016/0376-7388(92)80122-Z

10.1002/(SICI)1097-4628(19980124)67:4<629::AID-APP5>3.0.CO;2-S

10.1021/j100035a024

10.1021/jp962273f

10.1016/S0376-7388(00)82066-9

10.1081/SS-100100145

10.1002/app.1991.070420122

10.1080/01496399208019729

10.1016/S0011-9164(02)00692-6

10.1002/polb.1990.090280309

10.1002/app.1989.070370510

MatsuiKandIshiharaK Fluorine‐containing graft copolymer and adhesive and composite membrane made thereof. Sagami Chemical Research Center. US Patent 4 666 991 (1987).

10.1016/j.memsci.2004.03.026

10.1016/0032-3861(93)90876-C

10.1016/j.memsci.2004.03.040

10.1016/0376-7388(92)80172-G

10.1002/aic.690490122

10.1021/ie0101947

10.1039/b005180m

10.1016/0376-7388(94)00120-0

10.1016/0376-7388(96)00058-0

10.1016/0927-6513(95)00054-D

10.1016/S0376-7388(02)00617-8

10.1016/S1387-1811(02)00612-1

10.1016/S0376-7388(97)00161-0

10.1080/01496399608000833

MeagherMMandHuangJ Hydrothermal gel process for preparation of silicalite particles and process for preparation of composite membrane. The Board of Regents of the University of Nebraska. US Patent 6 447 856 B1 (2002).