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Wissensbasierte Designmethode zur Auslegung von maßgeschneiderten Feststoffextraktoren auf der Basis von Laborversuchen

IGF-Nr. 16146 N

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung einer Heuristik, die eine systematische Auslegung von Fest-Flüssig-Extraktoren ermöglicht, da die Auslegung in der industriellen Praxis heute zumeist nur erfahrungsbasiert erfolgt.

Zunächst wurde ein Fragebogen entwickelt, um den Stand des Wissens in der Industrie in Erfahrung zu bringen. Es wurde daher nach den Vorbehandlungs- u. Aufschlussmethoden, den verwendeten Lösungsmitteln und Extraktoren gefragt. Die Ergebnisse der Umfrage dient als Grundlage für das weitere Vorgehen.

Basierend auf der Umfrage wurden verschiedene Vorbehandlungsmethoden anhand der Pflanzenmaterialien Baldrianwurzeln, Melissenblätter und Pfefferkörner systematisch untersucht. Diese Pflanzen weisen unterschiedliche Eigenschaften auf und besitzen Relevanz für die industrielle Praxis. Dabei zeigt sich, dass nicht nur, wie vermutet, die Partikelgröße, sondern auch die Wahl einer geeigneten Mühle großen Einfluss auf die Extraktionskinetik und das Gleichgewicht hat. Zwar können hinsichtlich der Vorbehandlungsmethoden keine allgemeingültigen Aussagen getroffen werden. Allerdings zeigt sich, dass Trocknung, Mikrowellenbehandlung, Ultraschallbehandlung und Zerkleinerung zu einer Verbesserung des Extraktionsverhaltens führten. Erwärmung, Trockeneisvermahlung und die Verwendung größerer Partikelgrößenfraktionen hatten keinen Einfluss oder führten zu einer Verschlechterung.

Des Weiteren wurde eine Lösungsmitteldatenbank erstellt, in der 90 Lösungsmittel aufgeführt sind. Diese Datenbank gibt eine Hilfestellung bei der Auswahl eines geeigneten Lösungsmittels. Dazu sind die Grenzwerte für die verschiedenen Anwendungsgebiete, Arbeitsplatzgrenzwert, die Polarität und der Preis aufgeführt.

Als Bewertungskriterium für das Optimum eines Extraktionsprozesses wurden die Gesamtprozesskosten herangezogen, da in der industriellen Praxis die Wirtschaftlichkeit und nicht eine Verbesserung von Kinetik oder Ausbeute im Vordergrund steht. Die Methoden der Modellbasierten experimentellen Analyse (MEXA) wurden daher für ein Kostenmodell angewandt. Mit Hilfe von Kosten-MEXA ist es möglich, unter Berücksichtigung der Auswahl geeigneter Vorbehandlungsmethoden und Lösungsmittel, die Kosten für einen Extraktionsprozess auf ein Minimum zu reduzieren.

Damit wurde das Ziel des Projektes erreicht, eine Heuristik zur Auslegung von Feststoffextraktoren zur Phytoextraktion zu entwickeln.

Bearbeitet wurde das Forschungsthema vom 07/09 bis 12/11 an der RWTH Aachen, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (Wüllnerstraße 5, 52062 Aachen, Tel.: 0241/80-95490) unter der Leitung von Prof. Dr. A. Pfennig (gleichzeitig Leiter der Forschungsstelle). 

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BMWi-Logo Das IGF-Vorhaben Nr. 16146 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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