Bei Produkten des Pharma- und LifeScience-Bereiches ist seit vielen Jahren ein Trend hin zu natürlichen Produkten zu verzeichnen, deren Inhaltsstoffe mittels Pflanzenextraktion oder Fermentation gewonnen werden. Die Herstellung der häufig als Reinstoff eingesetzten Wirk- und Inhaltsstoffe erfolgt bisher in komplexen Prozessen, an deren Ende ein Feststoff erzeugt wird.
Die Kristallisation ist eines der bedeutenden Verfahren zur Herstellung von Feststoffen. Die Anwendung der Kristallisation im industriellen Maßstab erfolgt bisher entweder zur Erzeugung des reinen Feststoffes oder zur Trennung einzelner Nebenkomponenten. Dabei wird jedoch das Aufreinigungspotential, welches auf Grund der hohen Selektivität der Kristallisation gegeben ist, nicht vollständig ausgenutzt.
Ziel dieser Arbeit ist die Erschließung des Aufreinigungspotentials der Kristallisation mit einer modellbasierten Methode zur Auslegung des Kristallisationsprozesses. Dabei wird eine Prozesssimulation mit experimenteller Modellparameterbestimmung im miniaturisierten Labormaßstab für reale komplexe Gemische angestrebt.
Die Modellierung der Kristallisation erfolgt mit einem eindimensionalen Populationsbilanzmodell. In Experimenten werden die zugehörigen Modellparameter bestimmt. Zur Validierung des Modells werden in weiteren Experimenten verschiedene Betriebsparameter variiert. Alle Experimente werden am Beispiel einer Fermentationsbrühe durchgeführt.
Mit diesen Ergebnissen ist das Modell für die Prozessoptimierung der Kristallisationebenso wie für die Integration der Kristallisation in einen Aufreinigungsprozess für ein komplexes Feedgemisch einsetzbar. Abhängig von den Eigenschaften des zu trennenden Gemisches können ein oder mehrere Trennschritte vor der Kristallisation eingespart werden.
Aktualisiert: 2020-01-27
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Der Lösungsansatz zur zieldeterminierten Gestaltung von Produktionssysteme in der Arbeit bildet eine systemorientierte Methodik mit drei Modulen. Das erste Modul umfasst die Erhebung und Beschreibung des Status quo von Produktionssystemen, das zweite Modul die zieldeterminierte Analyse von Produktionssystemen und das dritte Modul die zieldeterminierte Simulation von Produktionssystemen. Die Neuartigkeit der Methodik zeigt sich insbesondere durch die kontinuierliche Kombination ingenieurwissenschaftlicher sowie entscheidungs- und systemtheoretischer Aspekte zur Gestaltung von Produktionssystemen. Im Rahmen der Arbeit wird ein prozessorientiertes Simulationsmodell entwickelt, das die Wirkung von zwölf in der Praxis und Wissenschaft etablierten Methoden auf fünf definierte Zielgrößen der Zieldimensionen Zeit, Flexibilität, Wirtschaftlichkeit und Qualität quantitativ und dynamisch beschreibt. Das entwickelte Simulationsmodell kann über eine qualitative Parametrisierung (z. B. durch Methodenreifegrade) und eine quantitative Parametrisierung (z. B. durch Prozessdaten und Zielgrößen) unternehmens- und entscheidungsträgerspezifisch realisiert und angewendet werden.
Aktualisiert: 2020-07-14
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