Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Techn. Biowissenschaften
> Zum Inhalt

In-Situ Produktabtrennung bei der ABE-Fermentation

Ausgangslage

Die ABE-Fermentation ist einer der ältesten industriellen Prozesse. Das produzierte Biobutanol als Treibstoff zu nutzen hat neben dem höheren Heizwert und der geringeren hygroskopischen Eigenschaft weitere Vorteile gegenüber dem verbreiteten Bioethanol. Eine der Hauptproblematik ist aber die Produktinhibierung bei ca. 15g/l Butanol in der Fermentationsbrühe, was geringe Produktkonzentrationen und niedrige Substratumsetzungen bei Batch Prozessen zur Folge hat. Diese geringe Produktkonzentration resultiert in einem erhöhten Energiebedarf während den anschließenden Aufreinigungsschritten.

Zielsetzung

Ziel ist es eine in-situ Abtrennung der Produkte zu ermöglichen, um die Produktkonzentration unter dem Inhibierungslevel zu halten. Eine weitere Aufkonzentrierung der Ströme ist für den späteren Energiebedarf zusätzlich nützlich. Die untersuchten Abtrennprozesse wie Membrandestillation, Gasstrippen, Pervaporation und eine Hybridvariante haben alle das Potential die Produktkonzentration auf ein benötigtes Level für die energieoptimierte Destillation anzuheben. Abhängig vom verwendeten Prozess variiert die Produktkonzentration, aber es ist eine Konzentration von mindestens 7w% anzustreben um in die Mischungslücke des Mehrphasengemisches zu kommen.

Umsetzung

Experimente und Simulation

Mehrere Laborsetups zur Untersuchung der Trennprozesse: Gasstrippen, Membrandestillation, Pervaporation und Adsorption stehen zur Verfügung. Zur ersten Abschätzung von Einflussfaktoren können die Prozesse mittels Design of Experiments untersucht werden. Mit der erhaltenen Information werden dann detailliertere Experimente vorgenommen.

Die Zusammenarbeit von Experiment und Simulation mittels ASPEN PLUS© hilft den Prozess zu verstehen und die Experimente zu validieren. Sowohl vorgegebene Prozessschritte als auch benutzerprogrammierte Bausteine für Pervaporation und Membrandestillation kommen zum Einsatz um die gesamte Prozesskette zu simulieren.

 

 

Pervaporation: Das Produkt wird stetig abgetrennt und ermöglicht dadurch eine kontinuierliche Fermentation mit optimierten Umsetzungsraten. Das Permeat ist mit dem Produkt angereichert.

 

 

Membrandestillation: Experiment (Punkte) vs. Simulation (Linie); das Diagramm zeigt den ansteigenden Butanol Fluss mit höherer Feed Konzentration. Die Simulation wurde mit einer im Projekt programmierten Unit-Operation in ASPEN CUSTOM MODELER©>/sup> gerechnet.

 

Referenzen:

A. Rom, W. Wukovits, A. Friedl: “Development of a vacuum membrane distillation unit operation: From experimental data to a simulation model”; Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, 86 ( 2014), 90-95, DOI: 10.1016/j.cep.2014.09.006.

 

A. Rom, D. Esteve, A. Friedl: “Organophilic pervaporation of butanol from an aqueous solution with POMS, Chemical Engineering Transactions, 35 (2013), 1315-1320, DOI:10.3303/CET1335219.

 

Kontakt:

Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Anton Friedl

Mitarbeiterin:

Projektass. Dipl.-Ing. Antonia Rom