Final!!-Downstream_Processing - apz
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Dr.-Ing. Frank Eiden
Biotechnologie
Industrielle Biotechnologie
GRUPPENARBEIT
Gruppe: 3: Aufreinigung / Downstream processing
Fachhochschule Gelsenkirchen
- Standort Recklinghausen-
Wintersemester 2010/2011
Industrielle Biotechnologie
:1
Dr.-Ing. Frank Eiden
Biotechnologie
Wo befinden wir uns jetzt???
Industrielle Biotechnologie
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Biotechnologie
Downstream processing
Aufarbeitungsschritte:
1.
Abtrennung der MO‘s von den sezernierten Produkten
bzw. Zellaufschluss bei intrazellulärer Synthese
2. Isolierung des Produkts aus der Brühe (Capturing)
3.
Anreicherung über verschiedene Reinigungsschritte (Polishing)
4.
Bereitstellung des Endproduktes in der gewünschten Form/Reinheit (Formulierung)
Industrielle Biotechnologie
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Biotechnologie
Ablauf
1. Zentrifugation
Entfernung der Mikroorganismen aus der Brühe
2. Destillation
Trennung der Fraktionen (Aceton, Ethanol,
Essigsäure/Butanol, Buttersäure) anhand der Siedepunkte
(s. Tabelle)
3. Kristallisation
zusätzliche Trennung der Essigsäure von Butanol aufgrund
gleicher Siedepunkte
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Biotechnologie
Berechnungen der Anlagengrößen
Berechnung der Fermentationsansätze pro Tag:
Im Jahr (362 d) 2400 Fermentationsansätze
6,63 Fermenter pro Tag
Anlage
Produkt
Zentrifuge
Überstand
2400
Biomasse
423
2400
Essigsäure
0,84
Buttersäure
0,72
Aceton
2,4
Ethanol
0,72
Butanol
28,8
Schlempe
Industrielle Biotechnologie
Menge [t/h]
2820
Destillation
Kristallisation
Menge [t/d]
117,5
100
2366,5
29,64
1,25
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Einschub: Gasphase
Ableitung vom Fermenter
H2:
1.062.500 L/Fermenter
CO2: 2.550.000 L/Fermenter
Rückführung als Schutzgas und zur Durchmischung
75.000 L/Fermenter
Rest CO2 (16.409.250 L/Tag) ???
DENN: Aufreinigung zu teuer und zu
energieaufwendig
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1. Zentrifugation
Menge: 2820 t/d (117,5 t/h)
1 Anlage: Giant3 mit 140.000 L/h Fassungsvermögen
kW Leistung
& 32
Bodensatz: Biomasse
Rückführung von 5,525 t/d zur Verbesserung der
Wachstumsbedingungen im Fermenter
Rest 417 t Verkauf ???
Überstand der Zentrifugation
Sammelbecken
Destillationskolonne
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Zur Trennung genutzte Eigenschaften
Produkt
Siedepunkt
Schmelzpunkt
Wasserstoff
-252,87 °C
Kohlendioxid
-56,57 °C
Aceton
56.53 °C
Ethanol
78 °C
Essigsäure
118 °C
17 °C
Butanol
118 °C
−89 °C
Buttersäure
163 °C
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2. Destillation
Menge: 2400 t/d (100 t/h)
1 Kolonne mit 100.000 L Fassungsvermögen
Auftrennung in:
i.
Flüssigphase: Trennung von Aceton, Ethanol,
ii.
Schlempe:
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Essigsäure/Butanol, Buttersäure
Herstellung von Biogas (Methan)
Energie für den Prozess
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2.i. Flüssigphase - Destillationskolonne
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2.ii. Schlempe
Ansammlung im Kolonnensumpf
2366,5 t/d
Enthält die Nebenprodukte Riboflavin, Propionsäure,
Isovalerinsäure, Valerinsäure, Hexansäure und
Önanthsäure
• Herstellung von Methan in eigener Biogasanlage
Rückführung zum Ofen zum Heizen der
Destillationsanlage
• Verkauf als Futtermittel oder Dünger
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3. Kristallisation
Menge: 30 t/d (1,25 t/h)
1 Anlage mit 1,5 t/h Fassungsvermögen
Trennung von Essigsäure und Butanol anhand der
Schmelzpunkte:
Produkt
Schmelzpunkt
Essigsäure
17 °C
Butanol
-89 °C
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Downstream processing - Überblick
Atmosphäre
Wärmetauscher
Kohlendioxid
Wasserstoff
Ausgangssubstanzen
Wasser (g)
Überstand
Destillationskolonne
Wasser (l)
Ethanol (l)
Aceton (l)
Buttersäure (l)
Butanol (l) & Essigsäure (l)
Kristallisation
Zentrifuge
Butanol (l)
Essigsäure (s)
Fermenter
Biomasse
Abfall
Schlempe
Biogasherstellung
Methan
Abfall
Materialstrom
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Energiestrom
Futtermittel/Dünger
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Reinheit der Produkte
Reinheiten und Mengen:
Produkt
Reinheit [%]
Verlustquote [%]
Menge [t/d]
Aceton
99
2
2,352
Essigsäure
82
4
0,8064
Buttersäure
97
2
0,7056
Butanol
95
4
27,66
Ethanol
96
2
0,7056
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Verwendung der Produkte
Aceton
Herstellung von Plexiglas / Acrylglas
Nagellackentferner
Lösungs- und Extraktionsmittel in der Klebstoff- und
Lackindustrie
Reinigung von Dentinflächen und Wurzelkanälen
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Verwendung der Produkte
Essigsäure
Speiseessig
Kalklöser
Konservierungsstoff in der Lebensmittelindustrie (E260)
Salze sind Hilfsmittel in der Textil- und Lederindustrie
Zwischenprodukt zur Herstellung von Kunstfasern,
Kunststoffen, Riechstoffen und Medikamenten
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Verwendung der Produkte
Buttersäure
Zellulosebutyrat
witterungsbeständiger und
schlagfester Kunststoff
Medikamente und Schädlingsbekämpfung
Buttersäureester
Aromastoffe / Duftstoffe
(Mixbiere, Parfüm, Joghurt)
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Verwendung der Produkte
Butanol
Ausgangsstoff für die Produktion von Synthesekautschuk
Extraktionsmittel bei der Gewinnung von Arzneistoffen
Flotationschemikalie beim Papierrecycling
Biokraftstoff der 3. Generation
Herstellung von Lacken
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Verwendung der Produkte
Ethanol
Lösungsmittel
Grundchemikalie in der Industrie
Bioethanol (Kraftstoff)
Trinkalkohol
Desinfektionsmittel
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Biotechnologie
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Gruppe 3
(Michelle Aquino Apitz, Eva Dürholt, Marina Renner,
Julia Kirchhof, Müberra Ahci, Florian Boecker)
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