Fachhochschule Gelsenkirchen - Standort Recklinghausen- Wintersemester 2010/2011

Dr.-Ing. Frank Eiden Biotechnologie

Industrielle Biotechnologie : 1

Fachhochschule Gelsenkirchen- Standort Recklinghausen-

Wintersemester 2010/2011

Industrielle BiotechnologieIndustrielle BiotechnologieGRUPPENARBEITGRUPPENARBEIT

Gruppe: Gruppe: 3: Aufreinigung / Downstream processing3: Aufreinigung / Downstream processing



Wo befinden wir uns jetzt???Wo befinden wir uns jetzt???



Downstream processingDownstream 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)



AblaufAblauf

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



Berechnungen der Berechnungen der AnlagengrößenAnlagengrößen

Berechnung der Fermentationsansätze pro Tag:Im Jahr (362 d) 2400 Fermentationsansätze 6,63 Fermenter pro Tag

Anlage Produkt Menge [t/d]

Menge [t/h]

Zentrifuge 2820 117,5

Überstand 2400

Biomasse 423

Destillation 2400 100

Essigsäure 0,84

Buttersäure 0,72

Aceton 2,4

Ethanol 0,72

Butanol 28,8

Schlempe 2366,5

Kristallisation

29,64 1,25



Einschub: GasphaseEinschub: 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



1. Zentrifugation1. Zentrifugation

Menge: 2820 t/d (117,5 t/h) 1 Anlage: Giant3 mit 140.000 L/h

Fassungsvermögen & 32 kW Leistung

Bodensatz: Biomasse Rückführung von 5,525 t/d zur Verbesserung der

Wachstumsbedingungen im Fermenter

Rest 417 t Verkauf ???

Überstand der Zentrifugation Sammelbecken

Destillationskolonne



Zur Trennung genutzte Zur Trennung genutzte EigenschaftenEigenschaften

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



2. Destillation2. Destillation

Menge: 2400 t/d (100 t/h) 1 Kolonne mit 100.000 L

Fassungsvermögen

Auftrennung in:

i. Flüssigphase: Trennung von Aceton, Ethanol,

Essigsäure/Butanol, Buttersäure

ii. Schlempe: Herstellung von Biogas (Methan) Energie für den Prozess



2.i. Flüssigphase - 2.i. Flüssigphase - DestillationskolonneDestillationskolonne



2.ii. Schlempe2.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



3. Kristallisation3. 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



Downstream processing - Downstream processing - ÜberblickÜberblick

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

KohlendioxidWasserstoff

Materialstrom Energiestrom

Überstand

Abfall

Buttersäure (l)

Ethanol (l)

Futtermittel/Dünger



Reinheit der ProdukteReinheit 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



Verwendung der ProdukteVerwendung der Produkte

Aceton Herstellung von Plexiglas / Acrylglas

Nagellackentferner

Lösungs- und Extraktionsmittel in der Klebstoff- und Lackindustrie

Reinigung von Dentinflächen und Wurzelkanälen




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




Buttersäure

Zellulosebutyrat witterungsbeständiger und

schlagfester Kunststoff

Medikamente und Schädlingsbekämpfung

Buttersäureester Aromastoffe / Duftstoffe (Mixbiere, Parfüm, Joghurt)




Butanol

Ausgangsstoff für die Produktion von Synthesekautschuk

Extraktionsmittel bei der Gewinnung von Arzneistoffen

Flotationschemikalie beim Papierrecycling

Biokraftstoff der 3. Generation

Herstellung von Lacken




Ethanol Lösungsmittel

Grundchemikalie in der Industrie

Bioethanol (Kraftstoff)

Trinkalkohol

Desinfektionsmittel



Vielen Dank für Ihre Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Aufmerksamkeit!

Gruppe 3Gruppe 3

((Michelle Aquino Apitz,Michelle Aquino Apitz, Eva Dürholt,Eva Dürholt, Marina Renner,Marina Renner,Julia Kirchhof,Julia Kirchhof, Müberra Ahci,Müberra Ahci, Florian BoeckerFlorian Boecker))

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