Thermodynamik und Reaktions-Technik am Beispiel PA12

(1)

The Gaube Lecture

Thermodynamik und

Reaktions-Technik am Beispiel PA12

(2)

2 0,0

0,1

0,2

0,3

0,00

0,05

0,10

0,15

T = 293,15 K

Mischungspunkt

Konode

w

PEG

w

_Dextran

ATPS: Wasser + PEG3000 + Dextran 500000

(3)

3 Cross‐Partition von Cytochrom C

9 10 11 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Ve

rte

ilu

ng

sko

e

ffizien

t vo

n Cyto

ch

ro

m C

pH

50 mmol/l Na

₂

SO

₄

100 mmol/l NaCl

(4)

4 Bestimmung von ΔΔφ

Zweiphasensystem Zweiphasensystem

mit Salz I

mit Salz II



 



 

(



)

 



_

ln



ln



ln



ln



_

T T T 0 I T T II

RT

z F

K

0





K

_TI





I

K

_TII II

(5)

5 Verteilung von Alizaringelb

-3

-2

-1

0

1

2 0,25

0,50

0,75

1,00

T = 293,15 K

c

_Salz

= 0

NaI

NaCl

Na

₂

SO

₄

Na

₂

HPO

₄

ln

K

Alizaringelb

(6)

6 Vergleich ΔΔφ

Testteilchen

z

_T





Na SO

2 4







NaCl

[

mV]

Alizaringelb -1

4,2

Diaminlichtblau -3,34

4,6









Na B C H

₆

_{5 4}

-1

4,1

Dipeptide -1

bis

+1

4,8

(7)

7 Ermittlung von 



I

‐ 



II

Salzbrücke

Elektrode

Unterphase I

Unterphase II

Oberphase I

Oberphase II





I





II

(8)

8

(9)

9

(10)

10

valve valve glas cylinders DN 80 x 300 internals tube DN 20 counter-rotating stirrers

top vessel

bottom

vessel

(11)

11 continuous phase

time

height

sedimentation

zone

coalesced

disperse phase

t

principles of settling

(12)

12 speedup factor 5

(13)

13 Absetzzeit 1‐Butanol + Wasser (o/w=5/2)

-4

-2

0

2 10^1

10^2

10^3

10^4

10^5

c

Salz

= 0

NaCl

Na

2

SO

4

NaBr

T = 20 °C

lo

g(

t

Absetz

/[s])

log(c

Salz

/[mmol/kg])

(14)

Reaktionstechnik: meine Dr arbeit

Selektivhydrierung von COD

(15)

Modell zur Selektivhydrierung

(16)

Im Fokus

Hochleistungspolymere

Kostengetrieben Funktionsgetrieben

amorph

kristallin

Technische Polymere Hochleistungs-polymere PET PBT POM PUR PC PPE Standard-polymere PA4.6 PPA PPS LCP FPs PEEK

PA12

PA11 PAI PPSU PEI PES PSU PAR PA612 Transp. PA PA6 / PA66 PI PVC ABS PS SAN PE PP PMMA PMMI PMI

= Polymere von Evonik

PE-LD PE-HD

= Halbzeuge von Evonik

PA 610 PA 1010 PA 1012

(17)

BioLLsteht für „Biobasiertes Laurinlactam“

Laurinlactam ist die Basis für Polyamid 12 – einem wichtigen

Hochleistungskunststoff, der in vielen Bereichen Verwendung findet

Schuhsolen für die Sportindustrie Pulver-beschichtungen für Geschirrkörbe Offshore-Leitungen Bremsdruck-leitungen

4. Dezember 2013 | F&E-Pressegespräch | Kunststoffe aus nachwachsenden Rohstoffen Seite 3

Biobasiertes Laurinlactam als

alternative Basis für Polyamid 12

(18)

Rohölbasierter LL-Prozess Biobasierter Prozess (BioLL) Rohöl Naphtha-Benzin Crack-C4-Fraktion Butadien Laurinlactam PA12 5 weitere chemische Stufen

Ökonomie und Ökologie sind kein

Widerspruch

Fermentationsprozesse lohnen sich, wenn die Anzahl der

chemischen Stufen stark verringert wird LL-equivalent (ALS) Palmkerne Palmkernöl Laurinsäuremethylester (LSME) 12-Aminolaurinsäure-methylester (ALSME) PA12 Fermentation

(19)

Herausforderung

Stammentwicklung Stabiler Stamm mit hoher Produktivität, Selektivität

Prozess-entwicklung

Stabiler Prozess mit geringem Kapitalbedarf, geringem Strom- und Dampfverbrauch

Aufarbeitung Einfache Aufarbeitung, die hochreines Produkt für _{Polymerisationen erzeugt (Polymer Grade)}

Problem:

Das gewünschte Produkt war inhibitorisch für die Zellen. Dies ist ähnlich der

alkoholischen Gärung, wo der Alkohol ab einer gewissen Konzentration toxisch für die Hefen ist.

Komplette Neuentwicklung eines

biotechnologischen Prozesses

(20)

Gebündelte Technologiekompetenz

Fermentations-technologie Polymer-wissen Stamm-entwicklung Patentschutz-erlangung Prozesswissen Aufarbeitung Neue Technologien & Prozesse

(21)

Evonik-Standort Fermas, Slovakei

Fermentationsreakor

Mit einer Investitionssumme von mehreren Millionen € wurde am Standort Slovenska Lupca eine Pilotanlage zur Herstellung von BioLL errichtet.

• Etablierter Evonik-Standort für Fermentationen mit guter

Infrastruktur

• Personal am Standort mit hoher Motivation und

Kenntnissen für Fermentationen

Ziele der Pilotanlage sind die Verschaltung von

Fermentation und Aufarbeitung und die Skalierung des Prozesses.

Seit 2013: Pilotanlage zur

Herstellung von BioLL

(22)

• Es wurde eine neue Fermentationstechnologie entwickelt, das Produkt wird in situ extrahiert.

• Dies war nur durch fachübergreifende Zusammenarbeit möglich.

• Evonik hat ungefähr 20 Patentfamilien auf dem Gebiet BioLL

angemeldet.

• Langfristig kann das neue Verfahren die erdölbasierte Produktion von

PA12 ergänzen.

Die Entwicklung der fermentativen Herstellung der Polyamidvorstufe ω-Amino-Laurinsäure (ALS) wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Zusammenfassung und Ausblick

(23)

26 general process flow sheet

Reactor

Product

Fermentation media feedback

Purification

Reactant

(24)

27

Option Criterion 1 Criterion 2 Overall performance Criterion 3 Component flow

Additional process needed Good Acceptable Inadmissible Not tested Performance

option tree

(25)

28 separation efficiency

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 20 40 60 80 100 s e parati on eff ic ienc y pH model experimental data , , organic phase: kerosene + X,X wt% D2EHPA 2,5 5,0 10,0 20,0 100,0 aqueous phase: 1,0 g/l 1,6-diamino hexane phase ratio: 1/1 temperature: 30°C

(26)

29 option trees

liquid-liquid extraction physical extraction reactive extraction

criterion 1: phase separation

alternative extractant kerosene criterion 2: extraction criterion 1: toxicity bis(2-ethylhexyl)-phtalate kerosene benzyl benzoate methyl laurate cis-9-octadecene-1-ol bis(2-ethylhexyl)-phtalate kerosene benzyl benzoate methyl laurate cis-9-octadecene-1-ol bis(2-ethylhexyl)-phtalate extractant DEHPA no diluent

(27)

30 crud basics

aqueous phase

organic phase

crud

Crud:

Chalk River Undefined Deposit

(28)

31 what is crud?

solid particles induce crud:

1. hindered coalescence

2. formation of stable dispersions

+

=

clean system

real system

solids

(29)

Das Produkt wird in der Fermentation durch andere Flüssigkeit extrahiert

Die Lösung: 2-Phasen-Fermentation

Vor Reaktion Während Reaktion Nach Reaktion

Bakterien

Edukt

Bakterien

(30)

LA BioLL 21.05.2014 STC BioLL, Dece Page | 33