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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
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Industrielle Biotechnologie : 2
Biogas und
Biogasentnahme
Wo befinden wir uns jetzt ???Wo befinden wir uns jetzt ???
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Industrielle Biotechnologie : 3
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)
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Industrielle Biotechnologie : 4
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
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Industrielle Biotechnologie : 5
Berechnung der Berechnung der Fermentationsansätze pro TagFermentationsansätze 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 t2820 t – 423 t = 2400 t
Es bleiben 2400 t bzw. 2400 L
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Industrielle Biotechnologie : 6
Berechnung der Berechnung der Fermentationsansätze pro TagFermentationsansätze pro Tag
Schlempe:
Produkt Menge [g/L] Produktmenge [t]
Essigsäure 0,35 0,84
Buttersäure 0,3 0,72
Aceton 1 2,4
Ethanol 0,3 0,72
Butanol 12 28,8
Gesamt: 33,48
2400 t – 33,48 t = 2366,5 t
Kristallisation:Produktmenge(Butanol) + Produktmenge(Essigsre) = 29,64 t
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Industrielle Biotechnologie : 7
Einschub: Gasphase Einschub: Gasphase Ableitung vom Fermenter
H2: 1.275.000 L/Fermenter CO2: 3.825.000 L/Fermenter
Rückführung als Schutzgas und zur Durchmischung 75.000 L/Fermenter
Rest CO2 (24.365.250 L/Tag) ??? DENN: Aufreinigung zu teuer und zu
energieaufwendig
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Industrielle Biotechnologie : 8
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 evtl. Verkauf
Überstand der Zentrifugation Sammelbecken
Destillationskolonne
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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
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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
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2.i. Flüssigphase - Destillationskolonne2.i. Flüssigphase - Destillationskolonne
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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
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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
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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
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Reinheit der ProdukteReinheit der Produkte
Reinheiten:
Aceton: 99%
Essigsäure: 82%
Buttersäure: 97%
Butanol: 95%
Ethanol: 96%
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Verwendung der ProdukteVerwendung der Produkte
Aceton Herstellung von Plexiglas / Acrylglas
Lösungs- und Extraktionsmittel in der Klebstoff- und Lackindustrie
Nagellackentferner
Reinigung von Dentinflächen und Wurzelkanälen
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Verwendung der ProdukteVerwendung 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 ProdukteVerwendung der Produkte
Buttersäure
Zellulosebutyrat (witterungsbeständiger und schlagfester Kunststoff)
Medikamente und Schädlingsbekämpfung
Buttersäureester Aromastoffe / Duftstoffe (Mixbiere, Parfüm, Joghurt)
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Verwendung der ProdukteVerwendung 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
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Verwendung der ProdukteVerwendung der Produkte
Ethanol Lösungsmittel
Grundchemikalie in der Industrie
Bioethanol (Kraftstoff)
Trinkalkohol
Desinfektionsmittel
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Vielen Dank für Ihre Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Aufmerksamkeit!
Gruppe 3Gruppe 3
((Michelle Aquino Apitz,Michelle Aquino Apitz, Eva Dürholt,Eva Dürholt, Marina Marina Renner,Renner,
Julia Kirchhof,Julia Kirchhof, Müberra Ahci,Müberra Ahci, Florian BoeckerFlorian Boecker))