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Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 1 Fachhochschule Gelsenkirchen - Standort Recklinghausen- Wintersemester 2010/2011 Industrielle.

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1 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 1 Fachhochschule Gelsenkirchen - Standort Recklinghausen- Wintersemester 2010/2011 Industrielle Biotechnologie GRUPPENARBEIT Gruppe: 3: Aufreinigung / Downstream processing

2 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 2 Biogas und Biogasentnahme Wo befinden wir uns jetzt ???

3 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 3 Downstream processing Aufarbeitungsschritte: Abtrennung der MOs 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)

4 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 4 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

5 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 5 Berechnung der Fermentationsansätze pro Tag Im Jahr (365 d) 2400 Fermentationsansätze 6,63 Fermenter pro Tag Zentrifuge: 6,63 Fermenter * 425 t = 2820 t/Tag bzw. 117,5 t/h Destillationsanlage: Biomasse: Ca. 15% am Ende der Zentrifugation 15 * 2820 t/100 = 423 t 2820 t – 423 t = 2400 t Es bleiben 2400 t bzw L

6 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 6 Berechnung der Fermentationsansätze pro Tag Schlempe: ProduktMenge [g/L]Produktmenge [t] Essigsäure0,350,84 Buttersäure0,30,72 Aceton12,4 Ethanol0,30,72 Butanol1228,8 Gesamt:33, t – 33,48 t = 2366,5 t Kristallisation: Produktmenge(Butanol) + Produktmenge(Essigsre) = 29,64 t

7 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 7 Einschub: Gasphase Ableitung vom Fermenter H 2 : L/Fermenter CO 2 : L/Fermenter Rückführung als Schutzgas und zur Durchmischung L/Fermenter Rest CO 2 ( L/Tag) ??? DENN: Aufreinigung zu teuer und zu energieaufwendig

8 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 8 1. Zentrifugation Menge: 2820 t/d (117,5 t/h) 1 Anlage: Giant3 mit L/h Fassungsvermögen & 32 kW Leistung Bodensatz: Biomasse Rückführung von 5,525 t/d zur Verbesserung der Wachstumsbedingungen im Fermenter Rest 417 t evtl. Verkauf Überstand der Zentrifugation Sammelbecken Destillationskolonne

9 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 9 Zur Trennung genutzte Eigenschaften ProduktSiedepunktSchmelzpunkt Wasserstoff-252,87 °C Kohlendioxid-56,57 °C Aceton56,53 °C Ethanol78 °C Essigsäure118 °C17 °C Butanol118 °C89 °C Buttersäure163 °C

10 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: Destillation Menge: 2400 t/d (100 t/h) 1 Kolonne mit L Fassungsvermögen Auftrennung in: i.Flüssigphase: Trennung von Aceton, Ethanol, Essigsäure/Butanol, Buttersäure ii.Schlempe: Herstellung von Biogas (Methan) Energie für den Prozess

11 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 11 2.i. Flüssigphase - Destillationskolonne

12 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 12 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

13 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 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: ProduktSchmelzpunkt Essigsäure17 °C Butanol-89 °C

14 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 14 Downstream processing - Überblick Biomasse Abfall Zentrifuge Fermenter Atmosphäre Ausgangs- substanzen Schlempe Aceton (l) Biogas- herstellung Methan Kristallisation Butanol (l) & Essigsäure (l) Wasser (g) Wärme- tauscher Wasser (l) Butanol (l) Essigsäure (s) Destillations- kolonne Kohlendioxid Wasserstoff MaterialstromEnergiestrom Überstand Abfall Buttersäure (l) Ethanol (l) Futtermittel/Dünger

15 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 15 Reinheit der Produkte Reinheiten: Aceton: 99% Essigsäure: 82% Buttersäure: 97% Butanol: 95% Ethanol: 96%

16 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 16 Verwendung der Produkte Aceton Herstellung von Plexiglas / Acrylglas Lösungs- und Extraktionsmittel in der Klebstoff- und Lackindustrie Nagellackentferner Reinigung von Dentinflächen und Wurzelkanälen

17 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 17 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

18 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 18 Verwendung der Produkte Buttersäure Zellulosebutyrat (witterungsbeständiger und schlagfester Kunststoff) Medikamente und Schädlingsbekämpfung Buttersäureester Aromastoffe / Duftstoffe (Mixbiere, Parfüm, Joghurt)

19 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 19 Verwendung der Produkte Butanol Ausgangsstoff für die Produktion von Synthesekautschuk Herstellung von Lacken Extraktionsmittel bei der Gewinnung von Arzneistoffen Flotationschemikalie beim Papierrecycling Biokraftstoff der 3. Generation

20 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 20 Verwendung der Produkte Ethanol Lösungsmittel Grundchemikalie in der Industrie Bioethanol (Kraftstoff) Trinkalkohol Desinfektionsmittel

21 Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie Industrielle Biotechnologie: 21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Gruppe 3 (Michelle Aquino Apitz, Eva Dürholt, Marina Renner, Julia Kirchhof, Müberra Ahci, Florian Boecker)


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