Studio del processo di recupero del butanolo da brodo di fermentazione ABE tramite gas stripping e della successiva purificazione

La produzione industriale di butanolo tramite fermentazione era già nota nel 1913, ma oggi sta tornando in voga per produrre da fonti rinnovabili. Uno dei principali problemi della produzione di butanolo è il costo del processo di separazione di quest’ultimo dal brodo di fermentazione. Il metodo comunemente utilizzato per effettuare la separazione è la distillazione ma, in virtù della bassa concentrazione di butanolo nel brodo di fermentazione, risulta essere energeticamente sconveniente. Tra le tecniche di separazione alternative, il gas stripping presenta diversi vantaggi: il processo non è dannoso per il microorganismo, non vengono rimossi nutrienti e intermedi di reazione e non risente di sporcamenti. L’obbiettivo di questo lavoro di tesi è lo studio del processo di recupero del butanolo da un brodo di fermentazione tramite gas stripping e del successivo processo di purificazione. Data la forte non idealità della miscela, la scelta di un modello termodinamico in grado di descrivere gli equilibri di fase coinvolti nel processo di separazione risulta di fondamentale importanza. Sono quindi state confrontate le prestazioni di diversi modelli, individuando il modello termodinamico NRTL-RK, con i parametri ottenuti tramite una regressione sui dati sperimentali. Tramite il software Aspen Hysys® sono stati simulati i processi di separazione downstream tramite gas stripping e distillazione a valle dei fermentatori batch. Da un’analisi energetica svolta utilizzando il metodo del metano equivalente è stato osservato che il processo di gas stripping risulta essere più dispendioso dal punto di vista energetico rispetto alla distillazione. È stata quindi considerata un’intensificazione di processo, integrando il gas stripping al fermentatore. In questo modo i tempi di fermentazione vengono ridotti rispetto alla semplice fermentazione batch e il processo di gas stripping risulta essere paragonabile dal punto di vista energetico con lo schema di distillazione. Inoltre, grazie alla rimozione del butanolo durante la fase di fermentazione, è possibile eliminare l’inibizione del microorganismo da parte del prodotto, consentendo così un incremento della produttività.