Hochdruck Extraktionsanlage mit Ex-Schutz Einhausung

Technische Universität Wien (TU Wien)

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Kurzbeschreibung

Bei der Hochdruck Extraktionsanlage mit Ex-Schutz Einhausung handelt es sich um eine vollautomatische Pilotanlage zur Behandlung von Biomasse mittels Extraktion bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen unter Einsatz von Lösungsmitteln oder Lösungsmittelgemischen.

Der Reaktor zur Durchführung der Extraktionen ist für Betriebsparameter bis 250 °C und 30 bar geeignet. Die feste Biomasse wird während der Extraktion im Reaktor vom Lösungsmittel durchströmt, wodurch bestimmte Inhaltsstoffe aus der Biomasse extrahiert werden. Am Ende des ein- oder mehrstufig durchgeführten Extraktionsprozesses wird die verbliebene feste Biomasse ausgepresst und aus dem Behälter ausgeschoben. Die flüssigen Extrakte werden in einem Sammelbehälter gesammelt.

In der angeschlossenen Dünnschicht-Verdampfungsanlage kann das Lösungsmittel bei niedrigen Temperaturen unter Vakuum bis leichtem Überdruck abgedampft und in den anschließenden Kondensatoren kondensiert werden. Das Kondensat wird für den Einsatz in weiteren Extraktionen in einem Behälter gesammelt. Das aufkonzentrierte Extrakt wird ebenfalls in einem Behälter gesammelt.

Die gesamte Anlage ist in einer explosionssicheren Einhausung aufgestellt. Sie besitzt Probenahmestellen für flüssige Proben bei den jeweiligen Betriebszuständen im Extraktor, im Sammelbehälter für das flüssige Extrakt und in der Eindampfanlage. Die Betriebsparameter (Drücke, Temperaturen, Durchflüsse, Stoffdichten) werden an mehreren Stellen innerhalb der Anlage gemessen und von der Anlagensteuerung aufgezeichnet. Weiters besteht die Möglichkeit der Implementierung von Online-Messgeräten.

Ansprechperson

Ao.Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Michael Harasek, Assistant Prof. Dipl.-Ing. Dr. Walter Wukovits

Research Services

- Versuche zur Verfahrensentwicklung für die Gewinnung von Wertstoffen aus Biomasse mittels Extraktion.
- Optimierung von Lösungsmittel, Betriebsbedingungen und Prozessführung (inklusiv Lösungsmittelrückgewinnung).
- Chemische Analyse der Extrakte und Feststoffe.
- Bilanzierung und Scale up des Prozesses.

Methoden & Expertise zur Forschungsinfrastruktur

Die Hochdruck Extraktionsanlage mit Ex-Schutz Einhausung ist dafür konzipiert, lignozellulosehaltige Biomasse mittels Organosolv Extraktion im Zuge von Bioraffinerie-Konzepten vorzubehandeln. Dabei werden mit organischen Lösungsmitteln/Lösungsmittel-Wasser-Gemischen und hohen Drücken und Temperaturen Hemicellulose und Ligninanteile sowie andere lösliche Stoffe aus der Biomasse extrahiert und in Lösung gebracht. Ziel kann dabei einerseits die Gewinnung von Wertstoffen (z.B. Zucker, Lignin) und andererseits die Entfernung von störenden Stoffen aus der Cellulosefraktion sein. Je nach eingesetzter Biomasse kann auch eine mehrstufige Extraktion angebracht sein, in der zunächst bioaktive oder andere hochwertige Inhaltsstoffe bei niedrigen Drücken und Temperaturen extrahiert werden, um sie nicht durch die harschen Betriebsbedingungen, die für die Extraktion von Hemicellulose und insbesondere Lignin erforderlich sind, zu zerstören. Es können auch unterschiedliche Lösungsmittel/Lösungsmittelgemische in den einzelnen Extraktionsstufen zum Einsatz kommen.

Im Dünnschichtverdampfer kann das gewonnene Extrakt bei Unterdruck bis leichtem Überdruck und niedrigen Temperaturen nachbehandelt werden. Dabei kommt es durch das Abdampfen des Lösungsmittels/Lösungsmittelgemisches zur Aufkonzentrierung der Inhaltsstoffe in den Extrakten. Das abgedampfte Lösungsmittel wird durch Kondensation zurückgewonnen und kann in weiteren Extraktionen genutzt werden.

Da die eingesetzten organischen Lösungsmittel meist leicht flüchtig sind, ist die Anlage aus Sicherheitsgründen explosionssicher ausgeführt und in einer explosionssicher ausgeführten Einhausung aufgestellt. Der Betrieb der Anlage erfolgt vollautomatisch, wobei die Betriebsparameter und Prozessabläufe vor der Versuchsdurchführung festgelegt werden können.

Die Anlage wird für Untersuchungen zur Verfahrensentwicklung eingesetzt. Dazu können an mehreren Stellen innerhalb der Anlage Proben bei den jeweiligen Betriebsbedingungen entnommen werden. Die Auswertung dieser Proben sowie die Daten der automatischen Aufzeichnung von Betriebsparametern wie Drücken, Temperaturen, Durchflüssen und Stoffdichten dienen zur Interpretation der Versuche, Bilanzierung und Verfahrensentwicklung.