m i t Escherichia coli - Forschungszentrum Jülich

7 Integration der Reaktivextraktion in den Fermentationsprozess
Stoffübergang und Strömungsverhalten in den Flüssig-Flüssig-Zentrifugen
Die wichtigsten Ergebnisse der in den vorangegangenen Abschnitten dargestellten
Kreislauf-Extraktionsexperimente sind in Tab. 7.2 zusammengefasst dargestellt.
Tab. 7.2: Einfluss auf den Stoffübergang bei Extraktion und Rückextraktion in den Zentrifugen
durch die Erhöhung der Parameter (D=Donator, C=Carrier, O=organische Phase,
A=Akzeptor)
Parameter CD CC CA Drehzahl High mix ˙ VD
˙VO
˙VA
Stoffübertragung = ↑ = = ↑ ↑ ↑ =
Eine Erhöhung der Carrier-Konzentration, die Verwendung des ” High-Mix“-Einsatzes,
eine Erhöhung des Volumenstroms der Donatorphase und der organischen Phase hatten
eine Erhöhung der Extraktionsleistung zur Folge. Die anderen Parameter hatten den
Untersuchungen zufolge keinen Einfluss. Genauere Berechnungen zu Stoffübergang und
Hydrodynamik in den Zentrifugen waren nicht möglich, da turbulente Strömung anzunehmen
ist und die genauen Strömungsverhältnisse unbekannt sind (vgl. Abschnitt 3.3.4).
Die Tropfengröße und die Phasenverteilung in den einzelnen Bereichen der Zentrifuge sind
unbekannt. Zudem sind die Volumina der Phasen in den Zentrifugen nicht immer gleich,
sondern abhängig von der eingesetzten Wehrscheibe, d.h. je größer die Wehrscheibe,
desto kleiner das Verhältnis von wässriger zu organischer Phase. Darüber hinaus wird das
Phasenvolumen vom Volumenstrom beeinflusst.
Die Extraktionsexperimente wurden zur Charakterisierung der Extraktion und zur Identifizierung
von Einflüssen durchgeführt, um mit den gewonnenen Erkenntnissen eine Online-
Extraktion durchführen zu können. Die für eine Online-Extraktion wichtigen Punkte eines
stabilen Betriebes, sowohl mit Modelllösung als auch mit zell- und proteinfreiem Fermentationsüberstand
und die mögliche Aufkonzentrierung des L-Phenylalanins im Akzeptor
wurden gezeigt. Um einen Vergleich mit der Extraktion in Hohlfasermembranmodulen
[Maaß 2001] durchführen zu können, wurden die im Pilotmaßstab verwendeten Volumenströme
auf die Verwendung in Verbindung mit einem 20 l Bioreaktor anstelle eines 300 l
Bioreaktors umgerechnet. Bei Verwendung von 10 % D2EHPA in Kerosin und 1 M Schwefelsäure
wurden demnach bei einem Volumenstrom der Donatorphase von umgerechnet
20 l/h nach einer Stunde Extraktion 32 % L-Phenylalanin extrahiert, bei einem Volumenstrom
von 40 l/h wurden 42 % extrahiert. Dagegen konnten in den Zentrifugen bei nur 8 l/h
im gleichen Zeitraum 70 % und bei 4 l/h immer noch 45 % extrahiert werden. Demzufolge
war die Extraktionsleistung in den Zentrifugalextraktoren deutlich verbessert.
7.1.3 Parameterwahl für die Online-Extraktion
Bei einer Online-Abtrennung war eine Extraktionsrate zu gewährleisten, die mindestens
der Produktbildungsrate entsprach, um die Produktkonzentration im Bioreaktor konstant
zu halten. Dabei sollte der Volumenstrom jedoch nicht zu hoch sein, um Instabilitäten zu
vermeiden. Eine Carrier-Konzentration von 10 % D2EHPA wurde verwendet, da hierbei
kein negativer Einfluss durch den Eintrag von Carrier festgestellt wurde [Maaß 2001].
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