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

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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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Industrielle Biotechnologie : 9

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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Industrielle Biotechnologie : 10

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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Industrielle Biotechnologie : 12

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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Industrielle Biotechnologie : 13

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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Industrielle Biotechnologie : 14

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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Industrielle Biotechnologie : 15

Reinheit der ProdukteReinheit der Produkte

Reinheiten:

Aceton: 99%

Essigsäure: 82%

Buttersäure: 97%

Butanol: 95%

Ethanol: 96%

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Industrielle Biotechnologie : 16

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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Industrielle Biotechnologie : 17

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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Industrielle Biotechnologie : 18

Verwendung der ProdukteVerwendung der Produkte

Buttersäure

Zellulosebutyrat (witterungsbeständiger und schlagfester Kunststoff)

Medikamente und Schädlingsbekämpfung

Buttersäureester Aromastoffe / Duftstoffe (Mixbiere, Parfüm, Joghurt)

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Industrielle Biotechnologie : 19

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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Industrielle Biotechnologie : 20

Verwendung der ProdukteVerwendung der Produkte

Ethanol Lösungsmittel

Grundchemikalie in der Industrie

Bioethanol (Kraftstoff)

Trinkalkohol

Desinfektionsmittel

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Industrielle Biotechnologie : 21

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))