Wiegand® Prozessanlagen zur Aufbereitung von Fermentationsprodukten
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Wiegand® Prozessanlagen zur Aufbereitung von Fermentationsprodukten Herstellung von biobasierten Grundstoffen der Chemie- und Nahrungsmittelindustrie engineering for a better world GEA Process Engineering

GEA Wiegand – maßgeschneiderte Konzepte Technische Kompetenz GEA Wiegand ist einer der führenden Hersteller von Anlagen der thermischen und mechanischen Verfahrenstechnik mit Kernkompetenzen in Verdampfung, Destillation, Membranfiltration, Gasreinigung, Strahlpumpen- und Vakuumtechnik und bietet ein breites Spektrum an Anlagen und Technologien für die Aufarbeitung von Fermentationslösungen und Abwässern. Forschung und Entwicklung GEA Wiegand verfügt über ein eigenes Forschungs- und Entwicklungszentrum mit zahlreichen Labor- und Technikumsanlagen. Hier werden Versuchsdaten ausgewertet und...

Anlagen zur Aufbereitung von Fermentationsprodukten Prozessschema Ausgangssituation Das Schema zeigt den prinzipiellen Ablauf des Fermentationsprozesses mit möglichen angrenzenden Technologien. Das Lieferspektrum von GEA Wiegand ist farblich gekennzeichnet. Auf den folgenden Seiten werden die Technologien anhand von Beispielen ausgeführter Anlagen näher beschrieben. Viele Grundstoffe der Chemie- und Nahrungsmittelindustrie werden aus nachwachsenden Rohstoffen durch Fermentation hergestellt: Biochemikalien Bernsteinsäure Milchsäure Propandiol Butandiol Nahrungsmittel- und Futtermittelzusätze...

Biomasseabtrennung, Wertstoff-Isolierung Biomasseabtrennung Wertstoff-Isolierung Die Biomasseabtrennung mit Membranfiltration hat den entscheidenden Vorteil, dass eine feststofffreie Fermentationslösung (Filtrat) bei kontinuierlichem und gleichzeitig wartungsarmem Betrieb erzeugt werden kann. Hierbei wird auch der Rückhalt von genmodifizierten oder pathogenen Organismen erreicht (Containment). Zum Einsatz kommen bevorzugt Keramikmembranen. Alternativ dazu finden Kombinationen von Zentrifugen und Membrananlagen mit Spiralwickelmodulen Anwendung. Nach der Abtrennung der Biomasse erfolgt die...

Wertstoff-Reinigung, Vorkonzentrierung Wertstoff-Reinigung Vorkonzentrierung Der isolierte Wertstoff wird in einem Feinreinigungsschritt von Störstoffen befreit. Ultra- und Nanofiltration eignen sich speziell zur effektiven Reinigung von Produkten, da Verunreinigungen gezielt abgetrennt werden können. Mit Hilfe der Diafiltration, bei der zusätzlich Wasser in die konzentrierte Lösung gegeben wird, kann die Ausbeute erhöht werden. Lässt sich durch Membranfiltration keine ausreichende Reinigung erzielen, kommen auch hier Chromatographieverfahren zum Einsatz. Membranverfahren wirken sich...

Konzentrieren von Fermentationsprodukten Nach der Biomasseabtrennung und weiteren Behandlungsschritten werden Fallstromverdampfer zur Konzentrierung der Fermentationslösungen bis zu einem Feststoffgehalt von 50 % TS eingesetzt. Die weitere Aufkonzentrierung und Kristallisation erfolgt dann in Zwangsumlaufverdampfern und Kristallisatoren. Energieeffiziente Auslegung Die Eindampfanlagen sind in der Regel mehrstufig ausgeführt und direkt oder über thermische Brüdenverdichter mit Dampf beheizt. Bei hohen Dampfkosten bietet die Beheizung der Anlagen über mechanische Brüdenverdichtung eine...

Hohe Endkonzentrationen Je nach gewünschter Konzentration und Anlagenleistung werden bis zu drei mechanische Brüdenverdichter (Ventilatoren) in Serie eingesetzt. Bei hohen Endkonzentrationen kommt zusätzlich eine dampfbeheizte Finisherstufe – auch mit thermischer Brüdenverdichtung – zum Einsatz. Anlagenmerkmale: -stufiger Fallstromverdampfer mit mechanischer 1 Brüdenverdichtung ür hohe Endkonzentrationen mit ZwangsumlaufF verdampfer als Finisherstufe beheizt über einen weiteren mechanischen Brüdenverdichter Für Verdampfleistungen von 5 bis 70 t/h Die Auslegung dieser Anlagen ist komplex, da...

Konzentrieren von Fermentationsprodukten Spezielle Anforderungen Strippkolonne den Verdampfern vorgeschaltet, um den Großteil des Ammoniaks abzutrennen und zu konzentrieren. Die Brüdenkondensate enthalten dann nur noch geringe Mengen an Ammoniak und können so im Prozess wieder verwendet werden. Andere Produkte wie z. B. Milchsäure oder Propandiol sind in Grenzen flüchtig und gehen bei der Eindampfung gemäß ihrer Gleichgewichtsbedingungen in den Brüden über. Um Produktverluste und Verunreinigungen der Kondensate zu vermeiden, werden auf den Abscheidern der Eindampfstufen Waschkolonnen...

Konzentrieren von Fermentationsabwässern Optimale Auslegung Die Abwässer bei der Herstellung von Fermentationsprodukten sind oftmals stark organisch belastet und sehr salzhaltig. Daher ist bei der Aufkonzentrierung mit Verschmutzungen der Wärmeübertragungsflächen zu rechnen, wenn nicht der geeignete Verdampfertyp gewählt wird. Zudem sind Fermentationsabwässer in hohem Maße korrosiv und verlangen eine sorgfältige Auswahl der Werkstoffe. Hier kommt als wirtschaftliche Lösung eine Kombination aus metallischen Werkstoffen (z. B. Titan) – für die wärmeübertragenden Teile – und Kunststoffen (GFK)...

Lösemittelrückgewinnung Fermentationsverfahren zur Herstellung von Zellkulturen oder Zellprodukten sind häufig mit dem Einsatz oder Entstehen von organischen Lösemitteln wie Alkoholen oder Estern verbunden. Diese lassen sich aufgrund unterschiedlicher Flüchtigkeiten destillativ aus Gemischen oder Flüssigkeiten in Fermentations- oder Downstream-Prozessen abtrennen. Lösemittel fallen bei der Extraktion, Fällung oder Ionenaustausch/Chromatographie an. Für Prozesse wie z. B. der Isopropanol (IPA)-Rückgewinnung bei der Xanthan- oder CarrageenProduktion liefert GEA Wiegand maßgeschneiderte...

Mischen, Pumpen, Erwärmen Umwälzen und Mischen Flüssigkeitsstrahl-Mischer werden zum Umwälzen und Mischen von Flüssigkeiten in Fermentationsbehältern eingesetzt. Bei optimaler Anordnung eines oder mehrerer Mischer entsteht eine dreidimensionale Strömung, die den Behälterinhalt homogen vermischt. Hierdurch wird die Ausbeute erhöht und die Fermentationszeit verkürzt. Pumpen und Fördern Flüssigkeitsstrahl-Feststoffpumpen fördern mit Hilfe einer Treibflüssigkeit fließfähiges, körniges Gut. Das Fördergut gelangt im Allgemeinen über einen Trichter in die Strahlpumpe und wird durch den Treibstrahl...