Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación que utiliza un evaporador de película descendente, de película renovada, de película fina o de recorrido corto.

Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación que comprende las etapassiguientes:

a) clarificar el caldo de fermentación para obtener una solución acuosa que contiene el alcohol,

b) añadir un solvente a la solución acuosa para alcanzar una proporción de solvente de por lo menos un 10% enpeso, en el que el solvente presenta un punto de ebullición superior al punto de ebullición del alcohol que sedebe purificar,

c) alimentar con la solución acuosa que contiene el solvente un evaporador de película descendente, unevaporador de película renovada, un evaporador de película fina o un evaporador de recorrido corto paraevaporar el alcohol que se debe purificar y extraer las sales cristalizadas por el solvente,

d) recuperar el alcohol.

Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación que utiliza un evaporador de película descendente, de película renovada, de película fina o de recorrido corto.

La presente invención se refiere a la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación.

La producción de un alcohol mediante fermentación microbiana presenta diversas ventajas. Por ejemplo, la producción de butanol, 1, 3-propanodiol y 1, 2-propanodiol mediante fermentación es bien conocida. La materia prima de partida en el medio de fermentación puede ser el glicerol. En particular, se ha descrito la síntesis de 1, 3propanodiol mediante la fermentación de glicerol por cepas de Clostridium. La síntesis de 1, 3-propanodiol mediante la fermentación de glicerol proporciona una reducción significativa en los costes de producción en comparación con la síntesis química utilizando productos derivados del petróleo.

La producción de alcoholes mediante fermentación es frecuentemente acompañada de la producción de ácidos orgánicos. Por consiguiente, la producción de 1, 3-propanadiol mediante fermentación microbiana puede estar acompañada de la coproducción de otros productos o subproductos, especialmente la acetona, o ácidos en forma de un ácido o una sal de acetato.

Por consiguiente, el alcohol producido mediante fermentación se debe purificar del caldo de fermentación. Además del alcohol, el caldo de fermentación puede contener subproductos valiosos (por ejemplo, acetona o acetato) que también se pueden purificar del caldo. Sin embargo, el caldo de fermentación también contiene habitualmente impurezas o subproductos no deseados como agua, impurezas orgánicas, sales minerales y sales orgánicas.

En el caso específico del 1, 3-propanodiol, habitualmente se encuentran impurezas orgánicas responsables del color y el olor del 1, 3-propanodiol. Estas impurezas no se han identificado pero es posible que tengan lugar debido a la degradación del 1, 3-propanodiol. Por consiguiente, se debe evitar esta degradación durante la producción y purificación del 1, 3-propanodiol.

El mayor problema afrontado durante la purificación de alcoholes a partir de caldos de fermentación es la eliminación de las sales. Estas sales son habitualmente cloruros de sodio y cloruros de calcio pero también sales de amonio y fosfatos. Si no se eliminan, estas sales podrían precipitar durante la purificación del alcohol.

Se han descrito varios procedimientos para la purificación de 1, 3-propanodiol a partir de caldos de fermentación, principalmente el documento EP 1 218 327, la patente US nº 7.056.439, los documentos EP 1 103 618 y WO 2004/101479.

La patente US nº 5.254.467 describe la producción por fermentación de 1, 3-propanodiol. Después de la eliminación de la biomasa, el 1, 3-propanodiol se purifica utilizando diferentes técnicas. El agua y los constituyentes con puntos de ebullición bajo y alto se pueden eliminar mediante evaporación.

En cuanto a las sales, se ha propuesto principalmente la eliminación de las sales a contracorriente del procedimiento de purificación mediante diferentes procedimientos como la utilización de resinas de intercambio de iones (documento WO 2004101479) , electrodiálisis (Gong et. al., 2006; Gong et. al., 2004) y precipitación – filtración (patente US nº 6.361.983) .

ZHI-LONG XIU et. al. se refiere a un procesamiento a favor de corriente de 1, 3-propanodiol y 2, 3-butanodiol producidos biológicamente. En esta revisión, se exponen diferentes técnicas incluyendo las técnicas de evaporación, de extracción líquido-líquido y de destilación. ZHI-LONG XIU et. al. confirman que la desalinización y la desprotonización son necesarias antes de la destilación. Uno de los procedimientos propuestos es añadir etanol para provocar la precipitación de las sales y las proteínas que se extraen antes de la purificación adicional.

El documento WO 2009/068110 describe un procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación. En estos procedimientos, la adición de glicerol al caldo de fermentación concentrado evita la cristalización de las sales en el fondo de las columnas de destilación. La adición de glicerol retiene las sales en la fase líquida hasta el final del procedimiento de purificación. Un inconveniente importante de este procedimiento es que la cantidad de glicerol necesaria para disolver las sales puede ser muy elevada, lo que conlleva unos costes de purificación elevados.

El documento WO 2004/101479 también se refiere a la purificación de 1, 3-propanodiol producido biológicamente. El proceso de purificación comprende la filtración, purificación mediante intercambio de iones y un procedimiento de destilación que comprende por lo menos dos columnas de destilación. Las sales se extraen al inicio del procedimiento que utiliza resinas de intercambio de iones. Un problema importante es la contaminación de las resinas de intercambio de iones, que se debe a las impurezas pesadas del caldo de fermentación filtrado. El intercambio de iones es una técnica eficaz pero conlleva unos costes de funcionamiento muy elevados debido a la necesidad de regeneración de la resina, cuando la técnica se aplica a soluciones que presentan un contenido elevado en sales. La contaminación de la resina de intercambio de iones debido a las impurezas pesadas y la rápida saturación debida al elevado contenido en sales conllevan costes operacionales elevados ya que es necesaria frecuentemente la regeneración y/o la sustitución de la resina.

El documento US 2004/0222153 da a conocer un procedimiento para la recuperación de 1, 3-propanodiol a partir de un caldo de fermentación basado en la extracción líquido-líquido. La extracción líquido-líquido se basa en la extracción de 1, 3-propanodiol en un solvente orgánico. Se selecciona un solvente adecuado de forma que el 1, 3propanodiol presente mayor afinidad por el solvente que por el agua. Sin embargo, el factor limitante es que el 1, 3propanodiol es muy hidrófilo y, por consiguiente, se requiere un gran volumen de solvente para extraer el 1, 3propanodiol de forma eficaz.

Por consiguiente, ninguna de estas técnicas produce resultados satisfactorios.

La presente invención propone un procedimiento nuevo para la purificación de un alcohol, como 1, 3-propanodiol, a partir de un caldo de fermentación. Los procedimientos de la presente invención proporcionan una desalinización eficaz del caldo de fermentación antes de la purificación adicional del alcohol.

Ventajosamente, los procedimientos de la presente invención evitan la degradación del alcohol durante las etapas de purificación.

Los procedimientos de la presente invención se basan en la adición de un solvente pesado en el caldo de fermentación en el que el solvente pesado presenta un punto de ebullición superior al punto de ebullición del alcohol producido mediante fermentación. En los procedimientos según la invención, después de la adición de un solvente pesado, el caldo de fermentación se coloca en un evaporador de película descendente, un evaporador de película renovada o un evaporador de corto recorrido en el que el alcohol se evapora y las sales cristalizan y son extraídas por el solvente pesado. La adición del solvente pesado conduce a la extracción mecánica de las sales además de un gran rendimiento del producto deseado en el destilador, que conduce, por consiguiente, a una eliminación temprana de las sales del caldo de fermentación que contiene el alcohol que se debe purificar.

Después de la extracción de las sales, el alcohol se puede purificar más utilizando diferentes técnicas como, por ejemplo, la destilación. Posteriormente, las impurezas restantes se pueden extraer mediante intercambio de iones o por adsorción pero estas técnicas se utilizan como técnicas de refinado para conseguir una calidad final incluso superior. La contaminación de las resinas de intercambio de iones o del absorbente sólido se reduce porque la sales y las impurezas pesadas se han extraído anteriormente.

Ventajosamente, los procedimientos según la presente invención hacen posible que se eliminen eficazmente las sales durante la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación utilizando un procedimiento simple, barato y fácil.

Ventajosamente, en los procedimientos para la purificación del alcohol, el glicerol se utiliza para la producción del alcohol y también como solvente pesado. Por consiguiente, el glicerol recuperado después de la purificación del alcohol se puede reciclar para la producción del alcohol mediante fermentación.

En una forma de realización preferida, la invención... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación que comprende las etapas siguientes:

a) clarificar el caldo de fermentación para obtener una solución acuosa que contiene el alcohol,

b) añadir un solvente a la solución acuosa para alcanzar una proporción de solvente de por lo menos un 10% en peso, en el que el solvente presenta un punto de ebullición superior al punto de ebullición del alcohol que se debe purificar,

c) alimentar con la solución acuosa que contiene el solvente un evaporador de película descendente, un evaporador de película renovada, un evaporador de película fina o un evaporador de recorrido corto para evaporar el alcohol que se debe purificar y extraer las sales cristalizadas por el solvente,

d) recuperar el alcohol.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el alcohol que se debe purificar a partir del caldo de cultivo es el 1, 3-propanodiol.

3. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que la clarificación del caldo de fermentación en la etapa a) se realiza mediante filtración.

4. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según la reivindicación 3, en el que la filtración consiste en etapas sucesivas de microfiltración, ultrafiltración y/o nanofiltración.

5. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, que comprende además la extracción de agua de la solución acuosa que contiene el alcohol obtenido en la etapa a) .

6. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que en la etapa b) se añade un solvente para alcanzar una proporción comprendida entre 10% y 20% en peso de la solución acuosa.

7. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa b) el solvente que se añade a la solución acuosa, es el glicerol.

8. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que el solvente es un solvente hidrófilo y en la etapa c) se obtienen un producto evaporado que contiene el alcohol y un producto de fondo que contiene un solvente hidrófilo, sales y alcohol residual.

9. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según la reivindicación 8, en el que se reciclan el solvente hidrófilo y el alcohol residual contenidos en el producto de fondo.

10. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según la reivindicación 9, en el que el reciclado del solvente hidrófilo y del alcohol residual comprende las etapas siguientes:

- añadir un solvente hidrófobo al producto de fondo que contiene el solvente hidrófilo, las sales y el alcohol residual, para alcanzar una proporción de solvente hidrófobo de por lo menos un 5% en peso, en el que el solvente hidrófobo presenta un punto de ebullición que es superior al punto de ebullición del solvente hidrófilo,

- alimentar con el producto de la etapa anterior un evaporador de película descendente, un evaporador de película renovada, un evaporador de película fina o un evaporador de recorrido corto para evaporar el solvente hidrófilo y el alcohol residual y extraer las sales cristalizadas por el solvente hidrófobo, en el que se obtiene un producto evaporado que contiene el solvente hidrófilo, el alcohol residual y el solvente hidrófobo;

- decantar el producto evaporado para obtener una primera fase que comprende el solvente hidrófilo y el alcohol residual y una segunda fase que comprende el solvente hidrófobo;

- reciclar la primera fase que comprende el solvente hidrófilo y el alcohol residual.

11. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según la reivindicación 10, en el que el solvente hidrófobo se añade para alcanzar una proporción comprendida entre 50% y 200% en peso del producto de fondo.

12. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según cualquiera de las reivindicaciones 10-11, en el que el solvente hidrófobo está compuesto por ésteres de metilo de aceite de colza (RME) .

13. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, que comprende una purificación adicional del alcohol recuperado en la etapa d) .

14. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según la reivindicación 13,

en el que la purificación adicional del alcohol comprende la extracción mediante destilación de productos y/o azeótropos que presentan un punto de ebullición inferior al del alcohol que se debe purificar; y la extracción mediante destilación de productos y/o azeótropos que presentan un punto de ebullición superior al del alcohol que se debe purificar.

15. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según cualquiera de las reivindicaciones 13-14, en el que la purificación adicional del alcohol comprende la extracción de agua mediante evaporación.

16. Procedimiento para la purificación de un alcohol a partir de un caldo de fermentación según cualquiera de las reivindicaciones 13-15, en el que la purificación adicional del alcohol comprende el intercambio de iones y/o la adsorción.