ISCF WAVE 1 IB: Process intensification of cellulosic biofuel production using continuous product extraction with microbubble technology

ISCF WAVE 1 IB:利用微泡技术连续提取产品,强化纤维素生物燃料的生产过程

基本信息

  • 批准号:
    BB/S005285/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 8.28万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2018 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The main objective of this project is to investigate the continuous extraction capabilities of microbubbles in a fermentation reactor operated at 60-65C, to improve cellulosic biofuel production. One of the main issues pertaining to fermentation of sugars to alcohol is the decline in performance of fermentative organisms at high product concentrations, due to the inhibitory effects of the product on the producing organism. This is particularly true with thermophilic bacteria which grow at relatively high temperatures (50-70C). However, some of these bacteria are particularly well suited to growth on renewable, lignocellulosic feedstocks, so an effective way to continuously remove the alcohol from the fermentation broth would make the lignocellulose to ethanol process more economic. In previous studies we have already shown that at high gas flow through rates, using normal (mm) sized bubbles, ethanol can be continuously stripped from the fermentation broth, so removing its inhibitory effects. However, the gas flow rates required are far too high to be practical. When using a gas to strip material from a liquid, or to deliver material (eg oxygen) from a gas to a liquid the most important feature for determining the mass transfer rate is the ratio of bubble surface area to volume. For the same volume of gas, smaller bubbles will have a higher surface area than larger bubbles and should therefore be more effective at stripping ethanol from a solution. However, smaller bubbles could potentially be more damaging to the bacteria, so their overall benefits cannot be assumed. In this project we will develop devices to allow continuous microbubble generation and extraction in a small scale bioreactor, demonstrate its effectiveness in simulated mixtures containing ethanol but no cells and finally investigate its effectiveness for continuous ethanol extraction from fermentations containing bacteria growing at 60-65C. The effects on the bacteria will be monitored and conditions (temperature, bubble size etc) modified to achieve optimal performance.
本项目的主要目的是研究微泡在60- 65 ℃操作的发酵反应器中的连续提取能力,以提高纤维素生物燃料的生产。与糖发酵成醇有关的主要问题之一是由于产物对生产生物体的抑制作用,发酵生物体在高产物浓度下的性能下降。这对于在相对较高的温度(50- 70 ℃)下生长的嗜热细菌尤其如此。然而,这些细菌中的一些特别适合于在可再生的木质纤维素原料上生长,因此从发酵液中连续除去醇的有效方式将使木质纤维素至乙醇的过程更经济。在以前的研究中,我们已经表明,在高气体流速下,使用正常(mm)尺寸的气泡,乙醇可以连续地从发酵液中剥离,从而消除其抑制作用。然而,所需的气体流速太高而不实用。当使用气体从液体中剥离材料,或将材料(例如氧气)从气体输送到液体时,确定传质速率的最重要特征是气泡表面积与体积的比率。对于相同体积的气体,较小的气泡将比较大的气泡具有更高的表面积,因此应该更有效地从溶液中汽提乙醇。然而,较小的气泡可能对细菌更具破坏性,因此不能假设它们的整体益处。在这个项目中,我们将开发允许在小规模生物反应器中连续产生和提取微泡的装置,证明其在含有乙醇但不含细胞的模拟混合物中的有效性,并最终研究其从含有在60- 65 ℃生长的细菌的发酵中连续提取乙醇的有效性。将监测对细菌的影响,并修改条件(温度、气泡大小等)以实现最佳性能。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Hot Microbubble Air Stripping of Dilute Ethanol-Water Mixtures
  • DOI:
    10.1021/acs.iecr.0c03250
  • 发表时间:
    2020-10-28
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Calverley, Joseph;Zimmerman, William B.;Bandulasena, H. C. Hemaka
  • 通讯作者:
    Bandulasena, H. C. Hemaka
Continuous removal of ethanol from dilute ethanol-water mixtures using hot microbubbles.
Modelling the effect of bioreactor height on stripping fermentation products from the engineered bacterium Geobacillus thermoglucosidasius
  • DOI:
    10.1016/j.bej.2021.108195
  • 发表时间:
    2021-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Clare R. Rees-Zimmerman;S. Chaffin
  • 通讯作者:
    Clare R. Rees-Zimmerman;S. Chaffin
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