h1

000960420 001__ 960420
000960420 005__ 20251021094716.0
000960420 0247_ $$2HBZ$$aHT030066026
000960420 0247_ $$2Laufende Nummer$$a42327
000960420 0247_ $$2datacite_doi$$a10.18154/RWTH-2023-06247
000960420 037__ $$aRWTH-2023-06247
000960420 041__ $$aGerman
000960420 082__ $$a620
000960420 1001_ $$0P:(DE-82)IDM03283$$aHoltz, Arne Matthias$$b0$$urwth
000960420 245__ $$aModellbasierte Untersuchung der Prozessführung von pH-shift Kristallisationen von Itaconsäure$$cvorgelegt von Arne Holtz$$honline
000960420 246_3 $$aModel-based investigation of the process control in pH-shift crystallizations of itaconic acid$$yEnglish
000960420 260__ $$aAachen$$bRWTH Aachen University$$c2023
000960420 300__ $$a1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme
000960420 3367_ $$02$$2EndNote$$aThesis
000960420 3367_ $$0PUB:(DE-HGF)11$$2PUB:(DE-HGF)$$aDissertation / PhD Thesis$$bphd$$mphd
000960420 3367_ $$2BibTeX$$aPHDTHESIS
000960420 3367_ $$2DRIVER$$adoctoralThesis
000960420 3367_ $$2DataCite$$aOutput Types/Dissertation
000960420 3367_ $$2ORCID$$aDISSERTATION
000960420 500__ $$aVeröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
000960420 502__ $$aDissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023$$bDissertation$$cRheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen$$d2023$$gFak04$$o2023-06-02
000960420 5203_ $$aCarbonsäuren können durch Aufschluss von Biomasse und nachfolgende Fermentation nachhaltig hergestellt und vielfältig eingesetzt werden. Die bestehenden biotechnologischen Prozesse laufen zur Steigerung der Produktivität allerdings meist bei pH-Werten ab, bei denen die gebildeten Carbonsäuren am Ende in der Fermentationsbrühe gelöst und in dissoziierter Form vorliegen. Zur Gewinnung des Zielprodukts muss die Säure protoniert werden, bevor sie durch die deutlich niedrigere Löslichkeit in dieser Form kristallisiert werden kann. Die pH-shift Kristallisation ermöglicht die Protonierung und Kristallisation der Carbonsäure in einem Apparat. Die Vielzahl beteiligter Komponenten und ablaufender Phänomene erschwert die Entwicklung von pH-shift Kristallisationsprozessen und es gibt bislang nur wenige Veröffentlichungen dazu. Wichtige Aspekte, wie der Einfluss der sich während des Prozesses in der Lösung akkumulierenden Elektrolyte auf die Löslichkeit und die Dissoziation der Zielkomponente sowie auf die Kristallisationskinetiken, wurden in bisherigen Studien nur beiläufig betrachtet. Die Prozessführung bei pH-shift Kristallisationen allgemein und insbesondere hinsichtlich der kontinuierlichen Betriebsweise ist kaum erforscht. In dieser Arbeit wird die pH-shift Kristallisation von Itaconsäure aus wässrigen Natriumitaconatlösungen mit Salzsäure untersucht. Es werden sowohl die pH-abhängigen Löslichkeiten als auch die Dissoziationsgleichgewichte und die Kristallisationskinetiken von Itaconsäure experimentell gemessen. Diese Daten werden anschließend in ein neues Berechnungsmodell für pHshift Kristallisationen integriert, mit dem unterschiedliche Prozesse bzgl. Raum-Zeit-Ausbeute und Produkt Kristallgrößenverteilung verglichen werden können. Abschließend erfolgt eine modellbasierte Optimierung der Prozessführung im Hinblick auf die Raum-Zeit-Ausbeute. Die Entwicklung einer Apparatur zur automatisierten Messung von Löslichkeiten ermöglicht die Bestimmung der Itaconsäure-Löslichkeiten in Abhängigkeit der relevanten Prozessparameter sowie die Aufstellung einer Funktion zur Beschreibung dieses Löslichkeitsverhaltens. Die Verschiebung der Dissoziationsgleichgewichte durch Natriumchlorid wird durch das ePC-SAFT Modell gut abgebildet. Die Kristallwachstumskinetiken deuten eine Erhöhung der Wachstumsgeschwindigkeit von Itaconsäure mit steigender Natriumchlorid-Konzentration an. Nach erfolgreicher Validierung des Berechnungsmodells werden mit dem Modell einstufige diskontinuierliche sowie mehrstufige kontinuierliche Prozesse gegenübergestellt. Es wird das Potential mehrstufiger kontinuierlicher Prozesse für eine optimierte Raum-Zeit-Ausbeute aufgezeigt.$$lger
000960420 520__ $$aCarboxylic acids can be produced sustainably by biomass fractionation and subsequent fermentation and then used in a variety of ways. However, existing biotechnological processes are usually operated at elevated pH values in order to increase productivity. At the end of the processes the produced carboxylic acids are present in the fermentation broth in their dissociated form. To obtain the target product, the acid must be protonated before it can be crystallized in this form due to its significantly lower solubility. The pH-shift crystallization allows the protonation and crystallization of the carboxylic acid in one apparatus. The large number of components involved and phenomena taking place complicates the development of pH-shift crystallization processes. There are only few publications on this topic. Important aspects, such as the influence of the electrolytes - accumulating in the solution during the process - on the solubility and dissociation of the target component as well as on the crystallization kinetics, were given little consideration in previous studies. Compared to evaporation and cooling crystallizations, the process control of pH-shift crystallizations is poorly understood in general and in particular with respect to the continuous mode of operation. In this work, the pH-shift crystallization of itaconic acid from aqueous sodium itaconate solutions using hydrochloric acid is studied. Relevant physical properties, such as the pH dependent solubilities and the dissociation equilibria and crystallization kinetics of itaconic acid, are measured experimentally. This data is then integrated into a new computational model for pH-shift crystallizations, which can be used to compare different processes in terms of space-time yield and product crystal size distribution. Finally, a model-based optimization of the process control with respect to the space-time yield is performed. The development of an apparatus for the automated measurement of solubilities allows the determination of itaconic acid solubilities as a function of the relevant process parameters. It also enables the development of a mathematical function to describe this solubility behavior. The shift in dissociation equilibria due to sodium chloride is well represented by the ePC-SAFT model. The crystal growth kinetics indicate an increase in the growth rate of itaconic acid with increasing sodium chloride concentration. After successful validation of the computational model, the model is used to compare single-stage discontinuous as well as multistage continuous processes. The potential benefits of multistage continuous processes for optimized space-time yield are demonstrated.$$leng
000960420 591__ $$aGermany
000960420 653_7 $$aCarbonsäuren
000960420 653_7 $$aKristallisation
000960420 653_7 $$akontinuierliche Betriebsweise
000960420 653_7 $$apH-shift
000960420 7001_ $$0P:(DE-82)IDM01256$$aJupke, Andreas$$b1$$eThesis advisor$$urwth
000960420 7001_ $$0P:(DE-82)IDM00653$$aLeonhard, Kai$$b2$$eThesis advisor$$urwth
000960420 8564_ $$uhttps://publications.rwth-aachen.de/record/960420/files/960420.pdf$$yOpenAccess
000960420 8564_ $$uhttps://publications.rwth-aachen.de/record/960420/files/960420_source.zip$$yRestricted
000960420 909CO $$ooai:publications.rwth-aachen.de:960420$$popenaire$$popen_access$$pVDB$$pdriver$$pdnbdelivery
000960420 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-82)IDM03283$$aRWTH Aachen$$b0$$kRWTH
000960420 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-82)IDM01256$$aRWTH Aachen$$b1$$kRWTH
000960420 9101_ $$0I:(DE-588b)36225-6$$6P:(DE-82)IDM00653$$aRWTH Aachen$$b2$$kRWTH
000960420 9141_ $$y2023
000960420 915__ $$0StatID:(DE-HGF)0510$$2StatID$$aOpenAccess
000960420 9201_ $$0I:(DE-82)416310_20151215$$k416310$$lLehrstuhl für Fluidverfahrenstechnik$$x0
000960420 961__ $$c2023-07-13T11:25:26.487964$$x2023-06-26T20:49:35.433792$$z2023-07-13T11:25:26.487964
000960420 9801_ $$aFullTexts
000960420 980__ $$aI:(DE-82)416310_20151215
000960420 980__ $$aUNRESTRICTED
000960420 980__ $$aVDB
000960420 980__ $$aphd