Development of a systematic evaluation of process alternatives for separation of bio-based diamines

• Entwicklung einer systematischen Methodik zur Bewertung von Prozessalternativen für die Abtrennung von biobasierten Diaminen

Bednarz, Andreas; Pfennig, Andreas (Thesis advisor); Jupke, Andreas (Thesis advisor); Spiess, Antje C. (Thesis advisor)

1. - Aachen : Apprimus Verlag (2019)
Buch, Doktorarbeit

In: Ergebnisse aus der Verfahrenstechnik
Seite(n)/Artikel-Nr.: 182

Dissertation, RWTH Aachen University, 2018

Kurzfassung

In den letzten Jahren haben biotechnologische Prozesse eine gesteigertes Interesse zur Herstellung verschiedener Produkte erfahren. Häufig treten in derartigen Prozessen Produkt-, aber auch Substratinhibierungen auf. Diese Prozesslimitierung kann durch eine Prozessintensivierung, wie eines in-situ Trennverfahrens, beispielsweise einer in-situ Extraktion, realisiert werden. In dieser Arbeit wird die Reaktivextraktion des Polyamidmonomers 1,6-Hexandiamin, aus biotechnologischen Produktionsmedien mit Zellen, betrachtet. Um diesen Prozess zu realisieren, wurde die Methode der kaskadierten Optionsbäume entwickelt und auf diese Trennverfahren angewendet, um die sinnvollsten Lösungsmittel und Reaktivextraktionsmittel zur Abtrennung des Diamins zu bestimmen. Nach einer vorläufigen Identifizierung von passenden Lösungsmittelklassen wurden Gleichgewichtsexperimente durchgeführt, um Verteilungskonstanten und Extraktionsgrade bestimmt. In diesen Experimenten wurden D2EHPA und Isostearinsäure aufgrund der guten Trennbleistung als am besten geeignete Reaktivextraktionsmittel mit Kerosin und Oleylalkohol als Lösungsmittel ermittelt. Im nächsten Schritt wurde das Koaleszenzverhalten in einer standardisierten Absetzzelle untersucht. Dabei wurde D2EHPA in Oleylalkohol als vielversprechende Option zur Realisierung in einer Extraktionskolonne ausgewählt. Zuerst wurde die Simulation der Extraktionskolonne, basierend auf Messungen an Einzeltropfen, mit Experimenten im Technikumsmaßstab validiert. Zudem wurde die Extraktionskolonne als Bioreaktor mit integrierter Begasung und einem vierphasigen System eingesetzt und untersucht. Dabei wurden der Holdup als auch die Tropfenverteilungen der dispersen Phasen untersucht. Eine Begasung führt zu einem Anstieg des Holdups und einer Reduktion der Tropfenverteilung der organischen dispersen Phase. Dies könnte die Trennleistung der Kolonne weiter verbessern. Damit wurde die Machbarkeit einer in-situ Reaktivextraktion von 1,6-Hexandiamin aus einem zellbehafteten biotechnologischen Produktionsmedium in einer Extraktionskolonne mit vier Phasen (gas-flüssig-flüssig-fest) bewiesen.