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Optimierung von Plattenmodulen fuer die Pervaporation

Konstruktive und verfahrenstechnische Optimierung eines Plattenmoduls fuer die Pervaporation; Flusssteigerungen des Plattenmoduls durch Stroemungsvergleichmaessigung auf der Feed- und Druckverlustminimierueng auf der Permeatseite; Anwendung der Plattenmodule fuer die Entwaesserung von Kohlenwasserstoffen und -gemischen; Konstruktion, Fertigung und Erprobung von Kleinmodulen.

Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von hochwertigem Bioethanol in pharmazeutischer Qualität, TP2: Membranverfahren zur Aufreinigung von Bioethanol

TPTP: Traceless Plant Traceless Production mit Mini- und Mikroreaktoren, Teilvorhaben: Unterstützende Arbeit zur Untersuchung energieeffizienter Grundoperationen zur Aufreinigung von Lösemitteln z. B. im Bereich Phyto- und Lebensmittelapplikationen

Ziel ist es innerhalb des beantragten Projektes, für chemische und biotechnologische Applikationen, die Destillation als Grundoperation durch Mikrosystemtechnik effizienter zu gestalten und in bestehende Produktionsverfahren zu integrieren. Es soll eine methodische Vorgehensweise entwickelt werden, um festlegen zu können, ob und wann es sinnvoll und effizienter ist, die Destillation durch höhere selektive und miniaturisierte Grundoperationen wie Flüssig-Flüssig Extraktion und Chromatographie oder Alternativen wie Pervaporation, Kristallisation/Fällung, die einen drastisch niedrigeren Energieverbrauch haben, zu ersetzen. Das Vorhaben TPTP setzt an diesen Punkten an, um mit Hilfe von mikrostrukturierten Trennoperationen Verbesserungen in der Aufarbeitungseffizienz sowie Skalierbarkeit zu erzielen und somit die Verfahren energieeffizienter und wirtschaftlicher zu gestalten. In diesem Antrag wird ausführlich ein verzahntes Arbeitsprogramm für verschiedene Mitarbeiter sowohl aus universitärer als auch industrieller Anwendung vorgestellt, die sich synergetisch einer klar umschriebenen Thematik mit unterschiedlichen Herangehensweisen stellen und diese auf einer Zeitskala von 36 Monaten aussagekräftig und nachhaltig bearbeiten werden. Das Programm dieses Projektantrages besteht aus 12 Arbeitspaketen, die sich schrittweise, von wohl definierten Fragestellungen zu komplexen Relationen zur Entwicklung von mikrostrukturierten Bauteilen im Produktionsumfeld vorarbeiten. Diese Arbeitspakete sind in 4 Arbeitsabschnitte unterteilt, die jeweils mit einem Meilenstein enden. EPA, vertreten durch Dr. Wolfgang Koczott, unterstützt hierbei die experimentelle und modellbasierte Charakterisierung der jeweiligen Bauteile durch anwenderspezifisches Know-How.

TPTP: Traceless Plant Traceless Production mit Mini- und Mikroreaktoren, Teilvorhaben: Applikation der Forschungsarbeiten auf die arzneiliche Anwendung (Extraktion für Phytopharmaka)

Ziel ist es innerhalb des beantragten Projektes, für chemische und biotechnologische Applikationen, die Destillation als Grundoperation durch Mikrosystemtechnik effizienter zu gestalten und in bestehende Produktionsverfahren zu integrieren. Es soll eine methodische Vorgehensweise entwickelt werden, um festlegen zu können, ob und wann es sinnvoll und effizienter ist, die Destillation durch höhere selektive und miniaturisierte Grundoperationen wie Flüssig-Flüssig Extraktion und Chromatographie oder Alternativen wie Pervaporation, Kristallisation/Fällung, die einen drastisch niedrigeren Energieverbrauch haben, zu ersetzen. Das Vorhaben TPTP setzt an diesen Punkten an, um mit Hilfe von mikrostrukturierten Trennoperationen Verbesserungen in der Aufarbeitungseffizienz sowie Skalierbarkeit zu erzielen und somit die Verfahren energieeffizienter und wirtschaftlicher zu gestalten. In diesem Antrag wird ausführlich ein verzahntes Arbeitsprogramm für verschiedene Mitarbeiter sowohl aus universitärer als auch industrieller Anwendung vorgestellt, die sich synergetisch einer klar umschriebenen Thematik mit unterschiedlichen Herangehensweisen stellen und diese auf einer Zeitskala von 36 Monaten aussagekräftig und nachhaltig bearbeiten werden. Das Programm dieses Projektantrages besteht aus 12 Arbeitspaketen, die sich schrittweise, von wohl definierten Fragestellungen zu komplexen Relationen zur Entwicklung von mikrostrukturierten Bauteilen im Produktionsumfeld vorarbeiten. Diese Arbeitspakete sind in 4 Arbeitsabschnitte unterteilt, die jeweils mit einem Meilenstein enden. Die Firma Schaper und Brümmer GmbH & Co. KG beteiligt sich an diesem Verbundvorhaben, um als anwendungsorientierter Produzent für den pharmazeutischen Produktionsbereich, aktiv an der Integration von mikrostrukturierten Verfahrenseinheiten zu Steigerung der Energieeffizienz mitzuwirken.

TPTP: Traceless Plant Traceless Production mit Mini- und Mikroreaktoren, Teilvorhaben: Entwicklung energieeffizienterer Grundoperationen für chemische und biotechnische Applikationen

Ziel ist es innerhalb des beantragten Projektes, für chemische und biotechnologische Applikationen, die Destillation als Grundoperation durch Mikrosystemtechnik effizienter zu gestalten und in bestehende Produktionsverfahren zu integrieren. Es soll eine methodische Vorgehensweise entwickelt werden, um festlegen zu können, ob und wann es sinnvoll und effizienter ist, die Destillation durch höhere selektive und miniaturisierte Grundoperationen wie Flüssig-Flüssig Extraktion und Chromatographie oder Alternativen wie Pervaporation, Kristallisation/Fällung, die einen drastisch niedrigeren Energieverbrauch haben, zu ersetzen. Das Vorhaben TPTP setzt an diesen Punkten an, um mit Hilfe von mikrostrukturierten Trennoperationen Verbesserungen in der Aufarbeitungseffizienz sowie Skalierbarkeit zu erzielen und somit die Verfahren energieeffizienter und wirtschaftlicher zu gestalten. Neben der Projektleitung wird das Institut für Thermische Verfahrens- und Prozesstechnik (ITVP) die mikrostrukturierten Bauteile mit Hilfe von Modellierungswerkzeugen auslegen und entwickeln. Diese werden durch das ITVP nach Diskussion gefertigt und vom ITVP experimentell getestet. Anschließend erfolgt ein Transfer vom Labormaßstab in den Pilotmaßstab mit Hilfe von Mini-/Mikroplant Technologie. Mit Hilfe von physiko-chemischen Simulationen werden Optimierungspotentiale aufgezeigt und abgeleitet. Durch Iterationen zwischen Institut, Invenios und den Anwendern erfolgt eine sukzessive Optimierung.

TPTP: Traceless Plant Traceless Production mit Mini- und Mikroreaktoren, Teilvorhaben: Unterstützende Arbeit zur Untersuchung energieeffizienter Grundoptionen für Bioapplikationen z.B. von therapeutischen Proteinen mit Schwerpunkt im Downstream Processing

Ziel ist es innerhalb des beantragten Projektes, für chemische und biotechnologische Applikationen, die Destillation als Grundoperation durch Mikrosystemtechnik effizienter zu gestalten und in bestehende Produktionsverfahren zu integrieren. Es soll eine methodische Vorgehensweise entwickelt werden, um festlegen zu können, ob und wann es sinnvoll und effizienter ist, die Destillation durch höhere selektive und miniaturisierte Grundoperationen wie Flüssig-Flüssig Extraktion und Chromatographie oder Alternativen wie Pervaporation, Kristallisation/Fällung, die einen drastisch niedrigeren Energieverbrauch haben, zu ersetzen. Das Vorhaben TPTP setzt an diesen Punkten an, um mit Hilfe von mikrostrukturierten Trennoperationen Verbesserungen in der Aufarbeitungseffizienz sowie Skalierbarkeit zu erzielen und somit die Verfahren energieeffizienter und wirtschaftlicher zu gestalten. In diesem Antrag wird ausführlich ein verzahntes Arbeitsprogramm für verschiedene Mitarbeiter sowohl aus universitärer als auch industrieller Anwendung vorgestellt, die sich synergetisch einer klar umschriebenen Thematik mit unterschiedlichen Herangehensweisen stellen und diese auf einer Zeitskala von 36 Monaten aussagekräftig und nachhaltig bearbeiten werden. Das Programm dieses Projektantrages besteht aus 12 Arbeitspaketen, die sich schrittweise, von wohl definierten Fragestellungen zu komplexen Relationen zur Entwicklung von mikrostrukturierten Bauteilen im Produktionsumfeld vorarbeiten. Diese Arbeitspakete sind in 4 Arbeitsabschnitte unterteilt, die jeweils mit einem Meilenstein enden. Sartorius stellt in diesem Projekt den Know-How Träger in membranbasierten Aufreinigungsverfahren für Biomoleküle dar und bringt dieses Wissen in das Projekt ein.

Aufbereitung von Extrakten aus hydraulischen In-situ Bodensanierungsverfahren durch Pervaporation

Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde die Eignung der Pervaporation für die Aufarbeitung von Bodenextrakten anhand von Modellschadstoffen untersucht. In einem ersten Schritt konnte der Nachweis erbracht werden, dass das in der Bodensanierung eingesetzte Tensid Lutensol FSA10 die bei den Versuchen eingesetzte Polydimethylsiloxan-Membran nicht passiert, sondern vollständig zurückgehalten wird. Diese Feststellung war Grundlage für die anschließend durchgeführten Laborversuche, in denen Basisdaten über die Permeabilität der Modellschadstoffe p-Xylol, Naphthalin und Pyren bei verschiedenen Bedingungen gesammelt wurden. In Falle der erst genannten Modellsubstanzen war eine gute Abtrennung möglich. Im Falle von Pyren konnte zwar dieser Schadstoff auch auf der Permeatseite nachgewiesen werden, allerdings sind die gemessenen Konzentrationen sehr niedrig, so dass eine wirtschaftliche Abtrennung von Pyren fraglich erscheint. Anhand von Abreicherungsversuchen an der halbtechnischen Versuchsanlage konnte gezeigt werden, dass die Aufarbeitung einer größeren Menge an Modellextrakt im technischen Maßstab möglich ist. Die Ausgangskonzentration an p-Xylol, das hier als Modellschadstoff verwendet wurde, konnte innerhalb von sechs Stunden auf unter 7% der Ausgangskonzentration reduziert werden. Gleichzeitig liegt die Wasserverdampfungsrate bei 11%. Damit ist eine Abschätzung der Betriebskosten möglich: bei einem Bedarf von 1,1 t Dampf/t Permeat und einem angenommenen Preis von 50 DM/t Dampf, sowie den Betriebskosten für Förderpumpe, Vakuumpumpe und Kühlwasser ergeben sich Aufarbeitungskosten von ca. 20 DM/t Bodenextrakt. Das wesentliche Ergebnis ist, dass eine vollständige Rückgewinnung des teuren Tensids unter gleichzeitiger selektiver Abtrennung von Schadstoffen möglich ist. Der Eignungsnachweis für den Einsatz der Pervaporation als Aufarbeitungsverfahren für Extrakte aus Bodensanierungsverfahren ist also prinzipiell erbracht. Ausblickend bleiben noch Fragen, die zum vollständigen Eignungsnachweis untersucht werden müssen. Eine wichtige Frage ist das Trennpotenzial des Verfahrens, d.h. welche Substanzen oder Substanzklassen ausreichend abgetrennt werden können. Hierzu sind weitere Screening-Versuche notwendig, in denen exemplarisch, beispielsweise Komponenten von Diesel- oder Heizölen, im Rahmen von Laborversuchen untersucht werden müssen. Darauf aufbauende, weiterführende Untersuchungen an der halbtechnischen Versuchsanlage mit realen Bodenextrakten führen zu einer genaueren Abschätzung der Betriebs- und Investitionskosten für die Aufarbeitung von derartigen Bodenrextrakten mittels Pervaporation.

Verbundprojekt: Entwicklung neuer Pervaporationsmembranen und -prozesse zur Trennung von Alkoholen, Ethern und Kohlenwasserstoffen

Neue europaeische Vorschriften bzgl der Umweltbelastung durch Kfz-Abgase fuehren zu einem verstaerkten Einsatz der Ether MTBE, ETBE und TAME als Octanzahl-erhoehende Kraftstoffadditive. Ziel des Projektes ist, die sich an die Synthese der Ether anschliessenden Trennprozesse durch den Einsatz der Pervaporation zu verbessern. Als wichtigstes Ziel wird die Entwicklung geeigneter Membranen zur Trennung azeotroper Gemische aus Alkoholen, Ethern und Kohlenwasserstoffen verfolgt. Die Untersuchungen gliedern sich in mehrere Phasen: 1) Auswahl geigneter Materialien zur Membransynthese und Membranherstellung; 2) Modulentwicklung und -optimierung fuer Platten-, Wickel- und Kapillarmodule. Diese Arbeiten umfassen die Modellierung der verschiedenen Modultypen, ihre technische und wirtschafliche Bewertung sowie die Herstellung ausgewaehlter Varianten; 3) Entwurf der Prozessschemata zur Aufbereitung der Syntheseprodukte. Hierzu wird ausserdem ein Vergleich von Pervaporation und Dampfpermeation als moeglicher, wirtschaftlich und energetisch interessanter Alternative durchgefuehrt. Abschliessend wird eine Pilot-Anlage mit den zuvor entwickelten Membranen und Modulen auf der Basis der ermittelten Prozessschemata und Betriebsbedingungen errichtet und betrieben.

Glyoxylsaeureester-Monomer als Vorprodukt eines Phosphatersatzstoffes in Waschmitteln

Glyoxylsaeuremethylester (GME) ist der monomere Baustein fuer ein Polymer, das in Waschmitteln als Ersatzstoff fuer Polyphosphate eingesetzt werden kann (sog. Polycarboxylate). Dieses Polymer ist im alkalischen Milieu (waehrend des Waschvorgangs) stabil und zerfaellt im neutralen bzw. sauren Bereich in die Monomere, die leicht biologisch abbaubar sind. Die Herstellung von GME erfolgt ueber die umweltfreundliche Ozonolyse-Technologie ueber die Stufe des Glyoxylsaeuremethylester-Hemiacetals (GMHA), welches in der Chemie Linz in grosstechnischem Massstab hergestellt wird. Bei der Herstellung von GME aus GMHA entsteht als Reaktionsprodukt lediglich Methanol, das wiederum in den Herstellungsprozess von GMHA zurueckgefuehrt werden kann.

Polygeneration von Bioethanol, Biogas, Strom und Wärme durch die Betreibergemeinschaft Sun Power Plant Project GesbR S3P

Ziel des Projektes ist die Analyse der wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Produktion von Treibstoff-Bioethanol in der Region Harmansdorf/Rückersdorf (NÖ), Teilnehmer an der Leaderregion 10 vor Wien. Entgegen der allgemeinen Tendenz den regenerativen Energieträger Bioethanol in Großanlagen unter Einsatz von fossiler Energie zu erzeugen, soll in diesem Projekt die Realisierbarkeit einer dezentralen Kleinanlage untersucht werden, deren Energiebedarf durch nachwachsende Rohstoffe gedeckt wird. Im Hintergrund stehen vielfältige ökologische Überlegungen, die bei der Rohstofferzeugung mit nachhaltigen Fruchtfolgekonzepten auf regionalen Anbauflächen beginnen und über biogene Reststoffverwertung zur Wärmeversorgung gehen, die z. B. zu innovativen Verschaltungskonzepten der Bioethanol- mit Biogasanlagen führen. Der Kreis schließt sich beim ökologisch durchdachten Düngemanagement mit Biogasgülle-Reststoffen. In technischer Hinsicht besteht bei Kleinanlagen Optimierungsbedarf bei der verhältnismäßig schlechten Energieeffizienz, welche durch bessere Wärmeintegration von einzelnen Anlagenteilen erhöht werden soll. Da die technische Umsetzung von Verfahrensschritten auch stark von den anfallenden Kosten abhängt, werden wirtschaftliche Lösungswege gesucht. Als Beispiel die Adsorption, die in Anlagen mit hohen Kapazitäten Stand der Technik zur Ethanol-Absolutierung ist. In Kleinanlagen ist diese Methode zu teuer. Als äußerst interessante Alternative bieten sich, aufgrund der Modulbauweise, Membrantrennverfahren wie Dampfpermeation oder Pervaporation an. Der Feed kann bei der Dampfpermeation direkt dampfförmig von der Rektifikation kommend zugeführt werden, bei der Pervaporation in flüssigem Zustand. Die optimale Membrantechnik-Variante wird theoretisch ermittelt und anschließend in praktischen Versuchen getestet. Die Deckung des Eigenenergiebedarfs der Bioethanol-Anlage durch nachwachsende anstelle von fossilen Rohstoffen ist ein entscheidender Eckpfeiler des Projektes. Das innovative Anlagenkonzept sieht die Koppelung der Bioethanol- mit einer Biogasanlage vor. Durch die Vergärung des Destillationsrückstandes (Schlempe) aus der Bioethanolerzeugung in der Biogasanlage wird Biogas erzeugt, das durch direkte thermische Nutzung den Energiebedarf der Bioethanolanlage deckt. Daneben besteht die Möglichkeit der Biogas-Verstromung in einem BHKW oder einer Kleingasturbine, wobei die anfallende Abwärme die Bioethanolanlage versorgt. Abhängig von der gewählten Variante reicht die Menge an verfügbarer Schlempe als alleiniges Biogas-Substrat nicht aus, um die 100 prozentige Wärmebedarfsdeckung der Bioethanolanlage zu erreichen. Daher werden der Schlempe verschiedene Co-Substrate beigemischt, um deren Potenzial zur Erhöhung der Biogasausbeute in Batch, sowie kontinuierlichen Versuchen zu testen. Neben der Bestimmung der optimalen Fermentationsparameter soll die anfallende Biogasgülle hinsichtlich ihrer Düngerqualität für die lokalen Gegebenheiten optimiert werden.

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