Trennverfahren in chemischen Produktionsverfahren

Zu den einzelnen Themen  in der Prozessvisualisierung haben wir nützliche Informationen in unterschiedlichen Kategorien – Projektbeispiele, Gute Praxis und Videos – für Sie gesammelt. Fahren und klicken Sie mit der Maus über die Verfahrensicons und erfahren Sie, wie sich Ihre Prozesse optimieren lassen.

Membrantrennung

Gute Praxis

Anlageneffizienz

Die Leistungsfähigkeit einer Membrantrennanlage wird bestimmt durch

  • die Permeatdurchflussmenge pro Einheit Membranfläche und
  • die stoffbezogene Membranselektivität.

Die Festlegung dieser beiden Betriebsparameter im Auslegungsprozess bestimmt maßgeblich die Anlageneffizienz.

Quelle(n):

  • WS Atkins Consultants Ltd (1997): Cost-Effective Membrane Technologies for Minimising Wastes and Effluents. Technology Best Practice Programm, Guide GG54, auch verfügbar als PDF: S. 10 Link

Anwendungsgebiete

Membrantrennverfahren werden eingesetzt zur

  • Aufkonzentrierung eines Produktes oder Hilfs-/Betriebsstoffs: Abtrennung der verdünnenden Substanz (z. B. Wasser oder Lösungsmittel)
  • Aufreinigung eines Produkt-/Hilfs-/Betriebsstoffgemischs: Abtrennung von Verunreinigungen
  • Fraktionierung eines Stoffgemisches in Wertstoffe und Verunreinigungen

Verschiedene Membrantrennverfahren stehen zur Verfügung. Die Auswahl richtet sich in erster Linie nach der Molekülgröße der zu separierenden Stoffe. Die verschiedenen Membrantrennverfahren werden durch die Porengröße der Membran charakterisiert. Typische Membrantrennverfahren (abnehmende Membranporengöße) sind im Folgenden dargestellt:

  • Mikrofiltration
  • Ultrafiltration
  • Nanofiltration
  • Umkehrosmose

Quelle(n):

  • WS Atkins Consultants Ltd (1997): Cost-Effective Membrane Technologies for Minimising Wastes and Effluents. Technology Best Practice Programm, Guide GG54, auch verfügbar als PDF: S. 8 f. Link

Herausforderungen

 Neben den positiven Effekten sind folgende Herausforderungen zu meistern, um eine ressourceneffiziente Membrantrennung zu gewährleisten:

  • Eine für die Trennaufgabe geeignete Membran muss im Rahmen eines zum Teil aufwendigen Membranscreening-Verfahrens gefunden werden.
  • Membranfouling (Verschmutzung) kann während des Trennprozesses auftreten: Strategien für ein Monitoring und Maßnahmen zur Vermeidung bzw. Beseitigung müssen erarbeitet werden.
  • Oftmals weisen Membrane eine geringe stoffbezogene Selektivität auf: Dies verlangt eine sehr gute Definition der Trennaufgabe und ein darauffolgend sorgfältiges Membranscreening.
  • Die Begrenzung der Membranlebensdauer erfordert einen häufigeren Membranaustausch: Der Aufbau der Membrananlage sollte so gewählt sein, dass ein einfacher Wechsel möglich ist.

Quelle(n):

  • WS Atkins Consultants Ltd (1997): Cost-Effective Membrane Technologies for Minimising Wastes and Effluents. Technology Best Practice Programm, Guide GG54, auch verfügbar als PDF: S. 7 Link

Hybride Membransysteme

Die Prozessintensivierung verfolgt das Ziel, deutliche Effizienzsteigerungen in chemischen und biotechnologischen Verfahren durch die Anwendung innovativer Technologien zu erreichen. Im Bereich der Produktaufbereitung sind bisweilen Stoffsysteme zu handhaben, die besondere Anforderungen an den Trennprozess stellen. Mit Hilfe von Methoden der Prozessintensivierung kann in diesen Fällen häufig zu effizienten Produktionsverfahren gelangt werden. Beispiele zur Prozessintensivierung im Bereich der Produktaufbereitung sind die sogenannten hybriden Trennverfahren.

Der Einsatz prozessintensivierter Membrantechniken kann auch im Umfeld der Produktaufbereitung zu einer positiven Beeinflussung der Ressourceneffizienz führen. Die Membranen dienen hierbei in hybriden Systemen dem kontrollierten Massentransfer zwecks Erzeugung einer Übersättigung. Verschiedene "klassische" Verfahrenstechniken werden dabei durch Membransysteme ergänzt und erweitern deren Funktionalität.

Membranabsorption/-strippen

Dieses Membranverfahren eignet sich für die Durchführung verschiedener Trennprozesse. Im Bereich der Abgasreinigung findet sich die Membranabsorption als etabliertes Verfahren zur Abtrennung von CO2 aus Rauchgasen. In der Biotechnologie kann es zur Abtrennung von DNA aus biotechnologischen Produkten eingesetzt werden. Es können sowohl Flüssigkeiten zum selektiven Entfernen von Inhaltsstoffen aus Gasen als auch Flüssig/Flüssig-Phasentrennungen realisiert werden. Ebenso kann ein Gas zum Strippen von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Eine spezielle Kunststoffmembran (z. B. aus Polyethersulfan), die auch chemisch modifiziert sein kann, dient dabei zum Aufbau einer Konzentrationsdifferenz. Ein kontrollierter Massentransfer durch die Membran hindurch hin zur Absorptionsflüssigkeit oder zum Stripgas ermöglicht hohe Fließraten und scharfe Trenngrenzen. Insbesondere aus energetischen Gesichtspunkten stellt dieses Trennverfahren eine interessante Alternative bei der Produktaufbereitung dar.

Membrankristallisation

Bei der Membrankristallisation werden die Prozesse der Kristallisation und der Verdampfung unter Verwendung spezieller Membranen miteinander kombiniert. Dabei trennt die Membran den Verdampfungs- und Kondensationsabschnitt voneinander und stellt eine physikalische Basis für das stattfindende Kristallwachstum dar. Diese Methode der Kristallisation zeichnet sich durch die milden Verfahrensbedingungen sowie das hohe Niveau der resultierenden Kristallqualität aus. Die Entwicklung industrietauglicher Membranen für diese Verfahren stellt eine besondere Herausforderung dar. Die Membrankristallisation bietet sich aufgrund der erreichbaren hohen Produktqualitäten insbesondere für die Herstellung hochreiner Stoffe an. 

Membrandestillation

Durch die Kombination eines thermischen Trennprozesses mit einer Membrantrennung – auch Pervaporation oder Dampfpermeation – entsteht ein Hybridprozess, der als Alternative zur Umkehrosmose und zu Verdampfungsprozessen betrachtet werden kann. Hierbei wird durch einen Temperaturunterschied und eine sich hieraus ergebende Dampfdruckdifferenz ein Stoffaustausch eingeleitet. Das "abgebende" Medium ist durch eine Membran von dem "aufnehmenden" Medium getrennt. Neben der Entwässerung von Lösungsmitteln entstehen durch die Membrandestillation deutliche Kapazitätserweiterungen klassischer Trennkolonnen.

Membranextraktion

Die Membranextraktion stellt einen Prozess zur Verfügung, der eine zuverlässige Trennung von gelösten Stoffen zulässt. Neben dem Einsatz in der Abwassertechnik und dem klassischen Feld der analytischen Produktaufbereitung findet die Membranextraktion in der Biotechnologie ein ideales Anwendungsgebiet. Die Abtrennung eines Produktes aus Fermetationsflüssigkeiten oder die Trennung von Enantiomeren kann mit diesem Verfahren sicher durchgeführt werden. Eine Steigerung der Ressourceneffizienz erfolgt durch die leistungsfähige Separation von Produkt und Abfallstoff.

Quelle(n):

  • ProcessNet - Fachsektion Prozessintensivierung (2008): Prozessintensivierung - Eine Standortbestimmung. ProcessNet - Eine Initiative von Dechema und VDI-GVC, auch verfügbar als PDF unter: Link
  • Action Group PI (2009): European roadmap for process intensification, Appendix 1 "PI Technologies Description and Review" , S. 24 ff.

Planung und Umsetzung

Um einen material- und energieeffizienten Betrieb einer Membrananlage zu gewährleisten, sollten folgende Schritte beachtet werden:

  • Definition der Trennaufgabe
  • Membranscreening: Suche und Auswahl einer Membran, die dem Trennproblem gerecht wird
  • Ausgewählte Membran: Nachweis Erfüllung Trennaufgabe
  • Auslegung und Bau der Membrananlage
  • Funktionsprüfung und Vergabe einer Prozessgarantie
  • Optimierung der Betriebsparameter während der Inbetriebnahme
  • Bei stabilem Betrieb Überprüfung der Erhöhung der Behandlungskapazität

Quelle(n):

  • Sulzer Chemtech (kein Datum): Membrane Technology. Sulzer Chemtech, Allschwil (Schweiz), auch verfügbar als PDF: S. 5 Link

Vorteile

Der Einsatz von Membrantrennverfahren bietet folgende Vorteile:

  • Geringen Energieverbrauch, verglichen mit anderen Trennverfahren wie beispielsweise Destillation
  • Anwendbarkeit in einem großen Bereich von Herstellungsprozessen
  • Wartungsarmes Trennverfahren: wenige bewegende Apparateteile
  • Flexible Betriebsweise möglich: kontinuierlich und diskontinuierlich
  • Produkte oder Hilfs-/Betriebsstoffe werden nicht chemisch verändert
  • Membrantrennanalgen sind modular und kompakt aufgebaut und somit flexibel einsetzbar
  • Membraneigenschaften sind variabel einstellbar
  • Permeatqualität ist oftmals unabhängig von den Feedstrom-Konzentrationen

Quelle(n):

  • WS Atkins Consultants Ltd (1997): Cost-Effective Membrane Technologies for Minimising Wastes and Effluents. Technology Best Practice Programm, Guide GG54, auch verfügbar als PDF: S. 7 Link

Projekte

Entwicklung einer neuen Verfahrenskombination zur abfallarmen Entfettung von Metalloberflächen

Prozesseigenschaften:
  • Aufreinigung tensidhaltiger Entfettungsbäder durch Abtrennen von Kohlenwasserstoffen mittels eines Membranbioreaktors
  • Tensidrückgewinnung beträgt 46 %
  • Verfahren ist ab einem Abwasseranfall von 0,04 m3/h wirtschaftlich
  • Kosteneinsparung gegenüber konventionellen Verfahren (Ultrafiltration) liegt zwischen 40 % und 80 %
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Herstellung und Auslegung von Zeolithmembranen für die technische Aufbereitung von Erdgas und Erdölbegleitgas

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung neuartiger Silikalithmembran zur Abtrennung langkettiger Kohlenwasserstoffe aus Erdgas und Erdölbegleitgas
  • Kostengünstige Herstellung
  • Herstellung auch für Kapillarmembranen geprüft
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Hochpermeable, selektive Siliconmembranen auf textilen Trägern

Prozesseigenschaften:
  • Membranlaminate aus kostengünstigen textilen Trägern mit anwendungsspezifisch modifizierbarer aktiver Schicht
  • Erhöhung der Energieeffizienz von Gastrennprozessen
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Keramische Membrankomponenten für die Sauerstofferzeugung in Rauchgasen

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines 7-Kapillarbündels mit Cordierit-Schutzrohr
  • Aufweisen einer mehr als dreifach höheren Sauerstoffpermeation gegenüber einem herkömmlichen 10-mm-Membranrohr
  • Erhöhung der Trennleistung
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KMU-innovativ Verbundprojekt LEMEDIS: Einsatz der Membrandestillation unter besonderer Berücksichtigung geringer Energieverbräuche

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung neuer Membrantechnologien für die Membrandestillation
  • Entwicklung von 100 % chlor- und fluorfreien Polymermembranen für maritime Anwendungen
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Kreislaufführung stark oxidierender Beizlösungen mittels neuartiger Kombination von Solventextraktion und Membrantrennung

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung von Verfahren zur Aufbereitung von mit Metallanionen verunreinigten Beizsäuren-Wasserstoffperoxyd-Gemischen
  • Verfahrenskombination aus Extraktion (Eisenausbeute 40 – 55 %) und Nanofiltration (Eisenrückgehalt 89 %)
  • Anwendung: Kreislaufführung für eisenbelastete Beizlösungen
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Neues Kombinationsverfahren zur selektiven Metallabtrennung durch Membrankontaktoren aus Prozessbädern und Spülwässern

Prozesseigenschaften:
  • Verfahren zur selektiven Metallabtrennung und Wiederverwertung des Spülwassers
  • Verwendung von metallselektiven Extraktionsmitteln und einem Membrankontaktor mit Hohlfasermembranen
  • Beeinflussung des pH-Werts vom Prozesswasser führt zur Steigerung der Extraktionsausbeute
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Organophile Nanofiltration für die nachhaltige Produktion in der Industrie

Prozesseigenschaften:
  • Rückgewinnung von Edelmetallkatalysatoren aus organischem Lösemittel mittels Membranen
  • Ressourcenschonendes und energieeffizientes Trennverfahren
  • Abtrennung von niedermolekularen Verbindungen aus organischen Lösemitteln
  • Anwendungsbeispiel: homogen katalysierte Hydroformylierung
  • Hohe Edelmetalleinsparpotenziale – Edelmetallrückhalt von bis zu 95 %
  • Verwendete Membranen nicht auf die organophile Nanofiltration beschränkt
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Produktgewinnung und Katalysatorrückführung bei Reaktionsführung in mizellaren Systemen und Mikroemulsionen

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines Verfahrens zur Katalysatorrückgewinnung bei Reaktionen in wässrigen Tensidlösungen (micellare Systeme) und Mikroemulsion
  • Verfahrenskombination aus Phasentrennung und Ultrafiltration
  • Bestimmung der Betriebsparameter zur optimalen Zusammensetzung der fluiden Katalysatoren
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Umweltgerechte Behandlung von nitrathaltigen Abwässern

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer Verfahrenskombination aus Filtration, Ionenaustausch, Umkehrosmose, Eindampfer und Kristallisation zur Rückgewinnung von hochreinem Natriumnitrat aus dem Abwasser
  • Reduzierung des Klärschlammaufkommens und der Gewässerbelastung durch organische Neutralisationschemikalien
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Ionenaustausch

Gute Praxis

Gegenstrom-Austauscher

  • Beladung und Regeneration in entgegengesetzter Fließrichtung
  • Anlage enthält einen Kationen- und Anionenaustauscher und Harz zwischen oberem und unterem Düsenboden (γ < 10 µS/cm)
  • Beim Schwebebett-Verfahren ist die Beladung im Aufstrom und die Regeneration im Abstrom
  • Beim Abstrom-Gegenstrom-Verfahren ist die Beladung im Abstrom und die Regeneration im Aufstrom

Vorteile

  • Hohe Entsalzungsraten
  • Kompakte Bauweise
  • Geringer Eigenwasserverbrauch
  • Austauscherharz lässt sich sehr variabel auswählen
  • Gute Ausnutzung des Regenerierungsmittels
  • Sehr ökonomisch
  • Bei Abstrom-Gegenstrom-Verfahren geringerer Ionenschlupf und bessere Ausnutzung des Regeneranten, aber längere Regenerationszeit

Nachteile

  • Für das Schwebebett-Verfahren ist eine Vorreinigung des Wassers erforderlich (darf keine Eisen-, Mangan- und Schwebestoffe enthalten)
  • Das Abstrom-Gegenstrom-Verfahren hat eine aufwendige Technik, einen höheren Verbrauch an Regeneriermitteln und die Bedienung und Automatisierung sind schwieriger

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 250

Gleichstrom-Austauscher

  • Beladung und Regeneration in gleicher Fließrichtung

Vorteile

  • Robustes Verfahren: widerstandsfähig bei mechanischen Verschmutzungen des Rohwassers
  • Einfache Bedienung und Automatisierung
  • Niedrige Investitionskosten

Nachteile

  • Hoher Chemikalienverbrauch
  • Mittelmäßige Entsalzungsraten
  • Lange Regenerationszeiten
  • Großes Behältervolumen
  • Großer Wasserbedarf
  • Höchster Ionenschlupf

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 250

Mischbett-Filter

  • Stark saures Kationen- und stark basisches Anionenaustauscherharz in einem Bett gemischt
  • Einsatz als "Polizeifilter" zum Feinreinigen (Polishing) nach einer Vollentsalzung oder Umkehrosmose (γ < 0,1 µS/cm)

Vorteile

  • Hochreines Wasser als Produkt (kann noch vorhandene Ionen aus dem Ablauf einer Vollentsalzungsanlage beseitigen)
  • Geringer Abrieb sorgt für eine lange Harzlebensdauer
  • Minimaler Regenerationsmittel- und Waschwasserverbrauch

Nachteil

  • Kationen- und Anionenaustauscherharze müssen zur Regeneration nach dem Dichteprinzip getrennt werden

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 250

Multistep-Filter

  • Kationen- und Anionenaustauscher in einer Säule, aber in getrennten Kammern
  • Einsatz als "Polizeifilter" zur Feinreinigung (Polishing) nach Vollentsalzung (γ < 0,05 µS/cm)

Vorteile

  • Geringer Verrohrungsaufwand und Platzbedarf
  • Einfache und zuverlässige vollautomatische Steuerung
  • Kostengünstige Alternative zum Mischbettverfahren

Nachteil

  • Durch größeren Ionenschlupf durch den Kationaustauscher oft zwei Kationenaustauscher erforderlich

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 250

Retardation

Retardation ist eine Trenntechnik zur Rückgewinnung von verbrauchten Säuren, die auf dem Ionenaustausch beruht. Das Retardationsverfahren wird in erster Linie zur Regeneration von verbrauchten Beizen und zur Konstanthaltung des Aluminiumgehalts beim Anodisieren eingesetzt. In der ersten Stufe wird eine hochkonzentrierte metallhaltige (oder eine saure Salze enthaltende) Lösung im Aufstrom durch ein Ionenaustauscherharzbett gepumpt, wo der größte Teil der Säure vom Ionenaustauscherharz adsorbiert wird, während die Metallkationen elektrostatisch abgestoßen werden und vorbeiströmen. In einer zweiten Stufe wird Wasser im Abstrom durch das Harzbett gepumpt, das die freigesetzte Säure aufnimmt. Die zurückgewonnene Säure kann wiederverwendet werden. Abhängig von der Art der Säure und des Metalls lässt sich eine Abreicherungsrate von 40 – 60 % erzielen.

Das Retardationsverfahren kann eingesetzt werden für:

  • Säuren, die bei der Regeneration von Kationenaustauschern anfallen
  • Schwefelsaure Elektrolyte zum Anodisieren von Aluminium
  • Schwefel- oder Salpetersäurebeizen, Ätzlösungen oder Glanzbeizen für Kupfer und Messing
  • Salpeter-/Flusssäurebeizen für die Edelstahlbehandlung
  • Phosphor- und/oder Schwefelsäurebeizen für Edelstahl oder das Elektropolieren von Aluminium
  • Schwefel- oder Salzsäurebeizen für blanken oder feuerverzinkten Stahl

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005c): Merkblatt über Beste Verfügbare Techniken in der Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: S. 309 Link

Projekte

Herstellung und Charakterisierung beschichteter Membranen mit schaltbaren Trenneigenschaften

Prozesseigenschaften:
  • Laboruntersuchung von mit leitfähigem Polymer beschichteten Filtrationsmembranen
  • Erzeugung elektrochemisch schaltbarer Trenneigenschaften durch das Hinzufügen von Gegenionen
  • Verringerung von Verblockung
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Videos

Entscheidung im Eloxalbad

Flüssig/Flüssig-Extraktion

Gute Praxis

Anwendungsgebiete

Flüssig/Flüssig-Extraktionen werden angewendet, wenn gängige, direkte Trennverfahren wie Destillation oder Kristallisation nicht herangezogen werden können – beispielsweise, wenn diese zu hohe Betriebskosten aufgrund hoher Energieverbräuche verursachen oder die zu trennenden Stoffkomponenten einen zu hohen Siedepunkt aufweisen bzw. zu hitzeempfindlich sind und sich bei Hitzeeinwirkung aufspalten.

Flüssig/Flüssig-Extraktionen werden zum Entfernen von Verunreinigungen und Schadstoffen sowie zur Wertstoffwiedergewinnung eingesetzt. Einsatz-Schwerpunkt:

  • Wiedergewinnung oder Entfernung von leicht flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) wie beispielsweise Lösemittel oder
  • Wiedergewinnung oder Entfernung von wässrigen oder organischen Mutterlaugen

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 26

Apparate

Typische Apparate für Flüssig/Flüssig-Extraktion sind:

  • Gegenstromkolonnen
  • Zentrifugalextraktor
  • Mixer-Settler
  • Rührkessel

Die Effizienz von Flüssig/Flüssig-Extraktionsapparaten kann gesteigert werden, indem eine der beiden Phasen in der anderen dispergiert. Dies vergrößert die Phasengrenzfläche. Dadurch wird der Stofftransport deutlich verbessert.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 26

Mehrstufige Aufkonzentration

Der Einsatz mehrstufiger Verdampfer erhöht die Verfahrenseffizienz und verringert den Energieeinsatz.

Quelle(n):

  • cefic (2009): Energy Efficiency Handbook for Chemical SMEs - Energy Efficiency Best Practices. The European Chemical Industry Council, auch verfügbar als PDF: S. 89 Link

Reaktive Extraktion zur Wertstoffrückgewinnung

Organische Säuren können mit einer geeigneten in Kohlenwasserstoffen gelösten organischen Base in Abhängigkeit des pH-Wertes selektiv als Wertstoff aus wässrigen Lösungen extrahiert werden. Die Base ist in der Regel ein tertiäres Amin. Die Säure und die Base bilden in der organischen Phase eine stabile Komplexverbindung. Nach der Trennung der Komplexphase von der wässrigen Phase wird der Komplex durch die Zugabe von wässriger Natronlauge wieder aufgespalten. Die Säure wird als Natriumsalz gewonnen und kann als Produkt verwertet bzw. als Edukt oder Hilfsstoff in einem anderen Prozess wieder eingesetzt werden. Die Base und die Kohlenwasserstoffe werden im geschlossenen Kreislauf gefahren.

Vorteile

  • Rückgewinnung von Edukten oder Produkten
  • Reduktion der organischen Fracht im Abwasser
  • Senkung der Kosten für die Abwasserbehandlung

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 165

Projekte

Elektrolyteinfluss auf Flüssig/Flüssig-Gleichgewichte für Extraktionsprozesse

Prozesseigenschaften:
  • Untersuchung des Einflusses von Salz auf das Flüssig/Flüssig-Phasengleichgewicht
  • Bestimmung des quantitativen Nutzens von Salz bei Extraktionsprozessen
  • Untersuchungsergebnisse ermöglichen eine thermodynamische Optimierung
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Extraktion von Diesel aus Kunststoffkraftstoffbehältern mit überkritischem CO2

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines Verfahrens zur Extraktion von Dieselkraftstoff aus kontaminierten Kunststoffbehältern
  • Einsatz von überkritischem Kohlendioxid ermöglicht eine preiswerte, nicht toxische und wiederaufbereitbare Alternative zu gängigen Lösungsmitteln für unpolare Stoffe
Zur kompletten Projektbeschreibung

Mobile Öl-Aufbereitungsanlage "miniclean"

Prozesseigenschaften:
  • Mobile Ölaufbereitungsanlage "miniclean" für gebrauchte Hydrauliköle, Wärmeträgeröle und Spülöle
  • Aufbereitung von insgesamt bis zu 600 Kubikmeter Öl pro Jahr im Rahmen von 30 Einsätzen
  • 10- bis 20-fache Verlängerung der Öl-Einsatzzeit
  • Trennung von Öl-Wasser-Gemischen aus Ultrafiltrations- und Emulsionsspaltanlagen ebenfalls möglich
    - Verwertung des wiedergewonnenen Öls als Brennstoff
    - Betriebsinterne Weiterverwendung des abgetrennten Wassers
Zur kompletten Projektbeschreibung

Schließung von Nickelkreisläufen in Galvanoprozessen durch extraktive Aufbereitung organik- und chloridhaltiger Nickelbäder

Prozesseigenschaften:
  • Kontinuierliche Nickelabtrennung aus Spülbädern der Vernickelung mittels Flüssigextraktion
  • Nickelgehalt im Spülwasser wird von 2,8 g/l auf 0,0025 g/l gesenkt
  • Elektrolytische Rückgewinnung von insgesamt 77 % der Nickelfracht im Spülwasser
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Fest/Flüssig-Extraktion

Projekte

Hochselektive Adsorbentien für die Festphasenextraktion von Edelmetallen aus Prozess- und Recyclingwässern

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines Verfahrens zur Rückgewinnung von Edelmetallen aus Prozess- und Recyclingwässern
  • Anwendung: Katalysatorrückgewinnung bei der Chemikalienherstellung oder Wertstoffrückgewinnung im Automobilbau und in der elektronischen Bauteilfertigung
  • Materialeinsparung durch Generierung geschlossener Stoffkreisläufe
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Adsorption

Gute Praxis

Kolonnenpackung

  • Geringerer Druckverlust als bei Schüttfüllkörperkolonnen
  • Geringstmöglicher Druckverlust – eignet sich für Vakuumdestillation und Absorption
  • Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Verschmutzungsgrad ist von der Packung abhängig
  • Beste Trennwirkung unter den Kolonneneinbauten
  • Sehr gut geeignet bei Neigung zu Schaumbildung

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 251

Vergleich von Füllkörpern

Allgemeine Eigenschaften

  • Geringerer Druckverlust als bei Siebbödenkolonnen
  • Eng begrenzter Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis aus Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Relativ große Verschmutzungsanfälligkeit
  • Höhere Trennwirkung als Bodenkolonnen
  • Alle Werkstoffe möglich
  • Aufwändige Reinigung

Zylindrische Gitterfüllkörper

  • Hohe Trennleistung
  • Geringes Gewicht (ermöglicht große Schütthöhen)
  • Hohe Porosität (ermöglicht große Volumenströme)
  • Unempfindlich gegen Ablagerungen und Verstopfungen
  • Geringe Randgängigkeit
  • Gleichmäßige Durchströmung
  • Relativ hohe Festigkeit

VSP®-Füllkörper

  • Ähnliche Eigenschaften wie zylindrische Gitterfüllkörper
  • Besonders für kleine und mittlere Kolonnen geeignet
  • Hohe hydraulische Belastbarkeit
  • Bessere Trennleistung und geringerer Druckverlust als Pall-Ringe
  • Billiger als Pall-Ringe
  • Gut geeignet für die Umrüstung mit Pall-Ring-Kolonnen

TOP®-Füllkörper

  • Die Trennleistung ist ähnlich gut, wie bei VSP®- und zylindrischen Gitterfüllkörpern
  • Besonders für mittlere und große Kolonnen geeignet
  • Gute Trennleistung auch bei kleinen Belastungen

Sattel-Füllkörper, Berl®-Sättel

  • Günstig für regenerative Wärmeaustausche
  • Gute chemische Beständigkeit durch glatte Oberfläche
  • Hohe Festigkeit des einzelnen Füllkörpers
  • Sattel-Füllkörper sind günstig, (Berl®-Sättel teurer)
  • Verbreitetster Keramik-Füllkörper (universeller Einsatz)
  • Neigung zu Nachverdichtung (ansteigender Druckverlust)

Pall®-, Raflux®- und Modifizierte Pallringe

  • Universelle Füllkörper mit breitem Anwendungsbereich
  • Gleichmäßige Berieselung in der Schüttung
  • Liegen in der Trennleistung und dem Druckverlust zwischen zylindrischen Ringen und Gitterkörpern
  • Gute Flüssigkeitsrückverteilung
  • Ungünstig bei Ablagerungen

Zylindrische Ringe

  • Einfacher und preiswerter Standardfüllkörper
  • Mit allen Werkstoffen möglich
  • Gute rechnerische Erfassung möglich
  • Relativ kleine spezifische Oberfläche
  • Hoher Druckverlust
  • Geringe Porosität
  • Geringere Trennleistung als andere zylindrische Füllkörper

Igel®-Füllkörper

  • Besonders große spezifische Oberfläche

Interpak®-Füllkörper

  • Besonders preiswert durch hohe Fertigungsleistung
  • Geringer Druckverlust
  • Gute Trennleistung

Hacketten®-Füllkörper

  • Sehr geringer Druckverlust
  • Besonders geringe Verschmutzungsanfälligkeit

Kugeln

  • Bevorzugt als Katalysatorträger, Strömungsgleichrichter und Wärmespeicher eingesetzt
  • Gleichmäßigste Schüttung
  • Kleinste Porosität
  • Kleine spezifische Oberfläche
  • Hoher Druckverlust

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 252

Vergleich von Kolonnenböden

Einsatzbereich von Bodenkolonnen

  • Schlecht benetzenden Flüssigkeiten
  • Mehreren erforderlichen Zu- und Abgängen am Kolonnenschuss
  • Großen erforderlichen Kolonnendurchmessern für große Durchsätze
  • Starken Druckschwankungen
  • Häufigen Reinigungszyklen

Glockenböden

  • Hoher Druckverlust
  • Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Verschmutzungsanfälligkeit abhängig von der Glockenform, zum Teil groß
  • Gute Trennwirkung
  • Universell für nahezu alle Medien einsetzbar

Ventilböden

  • Mittlerer Druckverlust
  • Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Sehr geringe Verschmutzungsanfälligkeit
  • Höchster Wirkungsgrad unter den Bodenkolonnen
  • Größte Durchsätze möglich
  • Relativ korrosionsanfällig
  • Ungeeignet bei Neigung des Mediums zu Verkrustungen

Siebböden

  • Geringer Druckverlust
  • Eng begrenzter Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis aus Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Verschmutzungsanfälligkeit nimmt mit kleiner werdenden Bohrlöchern zu
  • Gute Trennwirkung
  • Sehr einfach Konstruktion
  • Wenn der Dampfstrom unterbrochen wird, muss die Kolonne häufig neu angefahren werden

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 251

Projekte

Energieeffiziente trockene CO2-Abtrennung aus Abgasen am Beispiel der Zementindustrie

Prozesseigenschaften:
  • CO2-Bindung mittels immobilisierter Amine an porösen Materialien
  • Energieeffizente Alternative zum gängigen Amin-Wäscheverfahren
  • CO2-Menge im Abgas konnte von ca. 15 Vol.-% auf 0,6 – 1,5 Vol.-% gesenkt werden
  • Keine nennenswerte Degradation des Adsorbens feststellbar
Zur kompletten Projektbeschreibung

Entwicklung eines adsorptiv-katalytischen Kombinationsverfahrens zur effizienten dezentralen Abluftreinigung

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung und Erprobung eines neuartigen Verfahrensansatzes für stark schwankende Schadstoffemissionen organischer Verbindungen
  • Kombination von Adsorption und thermischer Regenerierung mit dielektrischer Erwärmung
  • Anwendung der Radiowellentechnologie unter praxisnahen Bedingungen
  • Betrachtung von Betriebssicherheitsaspekten
Zur kompletten Projektbeschreibung

Experimentelle Untersuchung von Koadsorptionsgleichgewichten binärer und ternärer Gasgemische auf neuen Adsorbentien bei mittleren und hohen Temperaturen

Prozesseigenschaften:
  • Ermittlung von Adsorptionsisothermen technischer Gase und einzelner Binär- und Temärgemische beim Einsatz neuer Sorbentien
  • Entwickung eines neuen Messverfahrens für Sorptiongleichgewichte binärer Gasgemische mittels Druck- und Gasdichtemessungen
  • Verwendung der Sorptiongleichgewichtsdaten zur Vorausberechnung von Gemischsorptionsdaten mittels Reinstoffdaten
  • Durch neu entwickeltes Verfahren wird eine verbesserte Auslegung adsorptiver Gastrennverfahren ermöglicht, dies führt zur Steigerung von Energie- und Materialeffizienz im Adsorptionsbetrieb
Zur kompletten Projektbeschreibung

Rückgewinnung von Lösemitteln durch mikrowelleninduzierte Regenerierung von Adsorbentien auf der Basis schaumkeramischer Komposite (CERA-MW-REG)

Prozesseigenschaften:
  • Regeneration der Adsorbentien mit Hilfe von Mikrowellen ermöglicht eine vereinfachte Lösemittelrückgewinnung und einen effektiven Energieeinsatz
  • Entwicklung neuer Adsorbentien aus schaumkeramischen Kompositen, die sich für eine Mikrowellen-Regeneration eignen
  • Technische Umsetzbarkeit wurde mittels Berechnungsmodell nachgewiesen
Zur kompletten Projektbeschreibung

Absorption

Gute Praxis

Gegenstromproduktwäsche

Organische Produkte werden zur Entfernung von Verunreinigungen in einem Reinigungsschritt mit einer wässrigen Phase gewaschen (Absorption). Eine hohe Effizienz in Kombination mit niedrigem Wasserverbrauch bei gleichzeitig verringertem Abwasseraufkommen kann mit einer einstufigen oder mehrstufigen Gegenstromwäsche erzielt werden.

Vorteile

  • Rückgewinnung von Wertstoffen oder individuelle Behandlung von nicht thermostabilen Stoff-Fraktionen
  • Verringerter Wasserverbrauch
  • Verringertes Abwasseraufkommen, dadurch geringerer Verbrauch an Abwasserbehandlungschemikalien und geringerer Energieverbrauch während der Abwasserbehandlung (z. B. Reduzierung der Pumpenenergie)

Der Optimierungsgrad des Waschvorgangs hängt von der Größenordnung des Volumenstroms, der Art des Stoffgemisches und Konzentration der zu entfernenden Stoffe ab. Die Gegenstromwäsche ist besonders bei großen Produktionsanlagen wirtschaftlich, da aufgrund einer kontinuierlichen Betriebsweise und produktionsspezifischen Parametereinstellung der Gegenstromwäscher nahe an seinem betrieblichen Optimum und somit energie- und stoffeffizient betrieben werden kann. Bei kleinen Volumenströmen, Versuchschargen, kurzen oder seltenen Produktionskampagnen können Gegenstromwäscher nicht effizient werden.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 160

Kolonnenpackung

  • Geringerer Druckverlust als bei Schüttfüllkörperkolonnen
  • Geringstmöglicher Druckverlust – eignet sich für Vakuumdestillation und Absorption
  • Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Verschmutzungsgrad ist von der Packung abhängig
  • Beste Trennwirkung unter den Kolonneneinbauten
  • Sehr gut geeignet bei Neigung zu Schaumbildung

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 251

Vergleich von Füllkörpern

Allgemeine Eigenschaften

  • Geringerer Druckverlust als bei Siebbödenkolonnen
  • Eng begrenzter Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis aus Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Relativ große Verschmutzungsanfälligkeit
  • Höhere Trennwirkung als Bodenkolonnen
  • Alle Werkstoffe möglich
  • Aufwändige Reinigung

Zylindrische Gitterfüllkörper

  • Hohe Trennleistung
  • Geringes Gewicht (ermöglicht große Schütthöhen)
  • Hohe Porosität (ermöglicht große Volumenströme)
  • Unempfindlich gegen Ablagerungen und Verstopfungen
  • Geringe Randgängigkeit
  • Gleichmäßige Durchströmung
  • Relativ hohe Festigkeit

VSP®-Füllkörper

  • Ähnliche Eigenschaften wie zylindrische Gitterfüllkörper
  • Besonders für kleine und mittlere Kolonnen geeignet
  • Hohe hydraulische Belastbarkeit
  • Bessere Trennleistung und geringerer Druckverlust als Pall-Ringe
  • Billiger als Pall-Ringe
  • Gut geeignet für die Umrüstung mit Pall-Ring-Kolonnen

TOP®-Füllkörper

  • Die Trennleistung ist ähnlich gut, wie bei VSP®- und zylindrischen Gitterfüllkörpern
  • Besonders für mittlere und große Kolonnen geeignet
  • Gute Trennleistung auch bei kleinen Belastungen

Sattel-Füllkörper, Berl®-Sättel

  • Günstig für regenerative Wärmeaustausche
  • Gute chemische Beständigkeit durch glatte Oberfläche
  • Hohe Festigkeit des einzelnen Füllkörpers
  • Sattel-Füllkörper sind günstig, (Berl®-Sättel teurer)
  • Verbreitetster Keramik-Füllkörper (universeller Einsatz)
  • Neigung zu Nachverdichtung (ansteigender Druckverlust)

Pall®-, Raflux®- und Modifizierte Pallringe

  • Universelle Füllkörper mit breitem Anwendungsbereich
  • Gleichmäßige Berieselung in der Schüttung
  • Liegen in der Trennleistung und dem Druckverlust zwischen zylindrischen Ringen und Gitterkörpern
  • Gute Flüssigkeitsrückverteilung
  • Ungünstig bei Ablagerungen

Zylindrische Ringe

  • Einfacher und preiswerter Standardfüllkörper
  • Mit allen Werkstoffen möglich
  • Gute rechnerische Erfassung möglich
  • Relativ kleine spezifische Oberfläche
  • Hoher Druckverlust
  • Geringe Porosität
  • Geringere Trennleistung als andere zylindrische Füllkörper

Igel®-Füllkörper

  • Besonders große spezifische Oberfläche

Interpak®-Füllkörper

  • Besonders preiswert durch hohe Fertigungsleistung
  • Geringer Druckverlust
  • Gute Trennleistung

Hacketten®-Füllkörper

  • Sehr geringer Druckverlust
  • Besonders geringe Verschmutzungsanfälligkeit

Kugeln

  • Bevorzugt als Katalysatorträger, Strömungsgleichrichter und Wärmespeicher eingesetzt
  • Gleichmäßigste Schüttung
  • Kleinste Porosität
  • Kleine spezifische Oberfläche
  • Hoher Druckverlust

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 252

Vergleich von Kolonnenböden

Einsatzbereich von Bodenkolonnen

  • Schlecht benetzenden Flüssigkeiten
  • Mehreren erforderlichen Zu- und Abgängen am Kolonnenschuss
  • Großen erforderlichen Kolonnendurchmessern für große Durchsätze
  • Starken Druckschwankungen
  • Häufigen Reinigungszyklen

Glockenböden

  • Hoher Druckverlust
  • Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Verschmutzungsanfälligkeit abhängig von der Glockenform, zum Teil groß
  • Gute Trennwirkung
  • Universell für nahezu alle Medien einsetzbar

Ventilböden

  • Mittlerer Druckverlust
  • Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Sehr geringe Verschmutzungsanfälligkeit
  • Höchster Wirkungsgrad unter den Bodenkolonnen
  • Größte Durchsätze möglich
  • Relativ korrosionsanfällig
  • Ungeeignet bei Neigung des Mediums zu Verkrustungen

Siebböden

  • Geringer Druckverlust
  • Eng begrenzter Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis aus Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Verschmutzungsanfälligkeit nimmt mit kleiner werdenden Bohrlöchern zu
  • Gute Trennwirkung
  • Sehr einfach Konstruktion
  • Wenn der Dampfstrom unterbrochen wird, muss die Kolonne häufig neu angefahren werden

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 251

Destillation + Rektifikation

Gute Praxis

Alternative Trennverfahren

Bei der Neuplanung einer Produktionsanlage sollte überprüft werden, ob eine eingeplante Destillations-/Rektifikationsanlage gegen weniger energieintensive Trennapparate ersetzbar wäre. Folgende Trennverfahren kämen dafür in Frage:

  • Evaporation in Kombination mit Membrantrennverfahren
  • Multi-Effekt Vakuum-Destillation

Quelle(n):

  • SPICE3 (2014): Best practice in destillation [online]. The European Chemical Industry Council, 02. Sept. 2014 [abgerufen am: 15. Nov. 2017], verfügbar unter: Link

Auslegung von Destillations-/Rektifikationsanlagen

Die Auslegung einer neuen Destillations-/Rektifikationsanlage zur Lösung eines konkreten Trennproblems unter Einhaltung produktionsspezifischer Spezifikationen erfordert viel Erfahrung sowie eine technologische Wissensbasis – insbesondere dann, wenn ein optimales Prozessdesign hinsichtlich einer maximalen Energieeffizienz angestrebt wird. Folgende grundlegende Entscheidungen beim Auslegungsprozess sind zu treffen:

  • Kolonnentyp und Art der Einbauten: Füllkörperkolonne (z. B. VFF-NetBall, Raschig-Ring oder Pall-Ring) oder Bodenkolonne (z. B. Sieb-, Glocken- oder Ventilböden) oder Kolonne mit strukturierten Packungen (z. B. Gewebepackungen, Keramikpackungen oder Hochleistungspackungen)
  • Rücklaufverhältnis
  • Anzahl der Trennstufen
  • Auswahl und Auslegung des Verdampfers
  • Auslegung und Verschaltung der Wärmeübertrager

Bei komplexen Trennproblemen sind mehrere Kolonnen notwendig. Während des Auslegungsprozesses sind die Bestimmung der Anzahl und Konfiguration der Kolonnen gerade in Bezug auf die Energieeffizienz der Gesamtanlage entscheidend.

Quelle(n):

  • SPICE3 (2014): Best practice in destillation [online]. The European Chemical Industry Council, 02. Sept. 2014 [abgerufen am: 15. Nov. 2017], verfügbar unter: Link

Effizienter Stoff-/Energietransport

Um die Effizienz einer Destillations-/Rektifikationskolonne zu maximieren, sollte der Stoff-/Energietransport innerhalb des Trennapparates optimiert werden. Folgende Maßnahmen gewährleisten einen effizienten Stoff-/Energietransport:

  • Auswahl der effizientesten Kolonneneinbauten (Schüttungen, Böden oder Packungen) in Abhängigkeit zur Trennaufgabe
  • Regelmäßige Detektion und Beseitigung von Verschmutzungen und Verstopfungen (Fouling) bei Füllkörperschüttungen und Kolonnenböden
  • Gewährleistung einer gleichmäßigen und kontrollierten Flüssigkeitsverteilung auf Füllkörperschüttungen
  • Vertikale Positionierung von Füllkörperkolonnen zur Gleichverteilung der Flüssigkeit
  • Bei schwankender Zusammensetzung des Feedstroms sollten mehrere Kolonneneintrittspunkte verfügbar sein
  • Einsatz von effizienten Tropfenabscheidern

Quelle(n):

  • SPICE3 (2014): Best practice in destillation [online]. The European Chemical Industry Council, 02. Sept. 2014 [abgerufen am: 15. Nov. 2017], verfügbar unter: Link

Energetisch gekoppelte Destillation

Wird eine Destillation zwei- oder mehrstufig ausgeführt (zwei oder mehr Kolonnen), können die Destillationskolonnen energetisch gekoppelt werden. Beispielsweise wird der Dampf vom Kopf der ersten Kolonne durch einen Wärmetauscher am Fuß der zweiten Kolonne geführt.

Vorteile

  • Reduktion des Dampfverbrauches bis zu 50 % möglich
  • Reduktion der Energiekosten

Nachteilig bei der energetischen Kopplung einer oder mehrerer Kolonnen ist, dass sich Prozessinstabilitäten der ersten Kolonne auf die anderen Kolonnen auswirken. Ein an diese Problematik angepasste Prozesssteuerung kann die Übertragung der Instabilitäten ausgleichen bzw. unterbinden.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 144

Kolonnenpackung

  • Geringerer Druckverlust als bei Schüttfüllkörperkolonnen
  • Geringstmöglicher Druckverlust – eignet sich für Vakuumdestillation und Absorption
  • Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Verschmutzungsgrad ist von der Packung abhängig
  • Beste Trennwirkung unter den Kolonneneinbauten
  • Sehr gut geeignet bei Neigung zu Schaumbildung

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 251

Lastabhängiger Dampfeinsatz dampfbeheizter Destillationskolonnen

Fehlt bei dampfbeheizten Destillationskolonnen mit stark schwankenden Zuflussmengen eine Regelung der Dampfmenge, dann ist der Kolonnenbetrieb insgesamt nicht energieeffizient. Denn für die Dampfmenge ist in der Regel ein fester Sollwert festgelegt, der im stabilen Betriebsbereich die Einhaltung der Spezifikation gewährleistet. Sinkt oder steigt die Feedmenge, wird zu viel oder zu wenig Dampf bereitgestellt. Dies führt zu einem unnötigen Energieverbrauch oder zum Abbruch des Trennverfahrens (ggf. auch des Produktionsverfahrens) aufgrund nicht eingehaltener Spezifikation. Folglich müssen die zu behandelnden Stoffmengen verworfen werden.

Um die Ausschuss-Stoffströme zu vermeiden, empfiehlt sich eine automatische Anpassung des Dampfeinsatzes an den benötigten Dampfeinsatz. Die Regelung der Dampfmenge in Abhängigkeit des Feedstroms ist eine Möglichkeit, den Energieeinsatz bei gleichzeitiger Stabilisierung des Anlagenbetriebs zu minimieren. Für die Umsetzung dieser Maßnahme werden ein Messsystem zur Erfassung der Feedmenge, ein Regelventil und ein Regelkonzept benötigt. Der zeitliche und finanzielle Aufwand für die Umsetzung dieser Maßnahme wird als gering bis mittel eingeschätzt, je nachdem, ob ein Messsystem oder Regelventil in der Anlage bereits vorhanden ist.

Quelle(n):

  • NAMUR (2012): Vorgehensweise zur Steigerung der Energieeffizienz in chemischen Anlagen – Beitrag der Automatisierungstechnik. Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie (NAMUR), Arbeitskreis 4.17 "Energieeffizinez", Arbeitsblatt NA 140. S. 50 f.

Minimierung von Abgasvolumenströmen aus Destillationen/Rektifikationen

Abgasvolumenströme aus Destillationen/Rektifikationen sind vermeidbar, wenn die Auslegung der Kondensatoren (kopfseitig) eine ausreichende Wärmeabfuhr erlaubt. Sind im Zulauf allerdings nichtkondensierbare Gase gelöst (z. B. Inertgase), sollten dementsprechend Maßnahmen beim Anfahren der Destillation/Rektifikation zur Handhabung des zusätzlichen Volumens ergriffen werden.

Vorteile

  • Vollständige Rückgewinnung von Wertstoffen möglich
  • Entlastung von Abgasreinigungsanlagen
  • Kosteneinsparung

Beispiel

Trennaufgabe: Trennung eines Gemisches aus Ethanol, Diethylether und Wasser. Die erste Kolonne trennt den Diethylether von Wasser und Ethanol, die zweite Kolonne ergibt ein Kopfprodukt aus 94 % Ethanol und ungefähr 6 % Wasser und Wasser als Sumpfprodukt. Die Kondensation wird mit einer Wasserkühlung (10 – 12 °C) betrieben. Zusätzlicher Vorteil: Der Energieverbrauch wird durch Wärmeaustausch zwischen dem Sumpfprodukt und dem Zulauf optimiert.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 156

Prozessintensivierung

Die Prozessintensivierung verfolgt das Ziel, deutliche Effizienzsteigerungen in chemischen und biotechnologischen Verfahren durch die Anwendung innovativer Technologien zu erreichen. Im Bereich der Produktaufbereitung sind bisweilen Stoffsysteme zu handhaben, die besondere Anforderungen an den Trennprozess stellen. Azeotrope Gemische oder Gemische mit eng aneinanderliegenden Siedepunkten sind hier beispielhaft zu benennen. Mit Hilfe von Methoden der Prozessintensivierung kann in diesen Fällen häufig zu effizienten Produktionsverfahren gelangt werden. Beispiele zur Prozessintensivierung im Bereich der Produktaufbereitung stellen die sogenannten hybriden Trennverfahren dar: 

Extraktive Destillation

Diese Verfahrenstechnik wird häufig eingesetzt, um Gemische, die aufgrund ähnlicher Siedepunkte oder der Bildung von Azeotropen schwer (thermisch) trennbar sind, aufzubereiten. Zu diesem Zweck wird durch das Hinzufügen eines schwersiedenden Hilfsstoffes in Form eines Lösungsmittels das Phasengleichgewicht einer Komponente selektiv verschoben. Nach der Trennung des Produktes kann das Lösungsmittel in einem weiteren thermischen Prozess abgetrennt und erneut verwendet werden. Neben der einfacheren Trennung von Gemischen geht die extraktive Destillation mit einer Verringerung des Energiebedarfs einher.

Membrandestillation

Durch die Kombination eines thermischen Trennprozesses mit einer Membrantrennung – auch Pervaporation oder Dampfpermeation – entsteht ein Hybridprozess, der als Alternative zur Umkehrosmose und zu Verdampfungsprozessen betrachtet werden kann. Hierbei wird durch einen Temperaturunterschied und eine sich hieraus ergebende Dampfdruckdifferenz ein Stoffaustausch eingeleitet. Das "abgebende" Medium ist durch eine Membran von dem "aufnehmenden" Medium getrennt. Neben der Entwässerung von Lösungsmitteln ergeben sich durch die Membrandestillation deutliche Kapazitätserweiterungen klassischer Trennkolonnen.

Reaktivdestillation/-rektifikation

Gleichgewichtslimitierte Reaktionen sowie Reaktionen, bei denen Azeotrope zu handhaben sind, können mit Hilfe einer apparativen Kombination von Reaktionsteil und thermischer Stofftrennung mit hoher Umsatzleistung durchgeführt werden. Diese Verfahrenstechnik wird bereits erfolgreich in verschiedenen produzierenden Unternehmen eingesetzt. Im Bereich der Methylacetat-Synthese kann so der apparative Aufwand und der damit einhergehende Invest erheblich reduziert werden. Im Vergleich zur konventionellen Verfahrenstechnik wird zudem eine Verbesserung des Stoffübergangs erreicht.

HIGEE-Technologie

Bei den sogenannten "Rotating-Packed-Bed"-Apparaten handelt es sich im Prinzip um eine Füllkörperkolonne, deren Packung in Rotation versetzt werden kann. Insbesondere bei anspruchsvollen Aufgaben, die auf einen effektiven Stoff- bzw. Massentransfer angewiesen sind, lassen sich durch den Einsatz dieser Technologie Vorteile erzielen. Insbesondere Destillations- und Absorptionsverfahren sowie Flüssig/Flüssig-Extraktionen werden durch die auftretenden hohen Zentrifugalkräfte intensiviert und lassen eine deutliche Steigerung des Massentransfers zu. Verschiedene Phasenkombinationen können auf diese Weise effizient verarbeitet werden; unterschiedlichste Packungssysteme können zur Anwendung kommen.

Bei der Kombination unterschiedlicher unit operations ist die Wechselwirkung der Systeme untereinander zu berücksichtigen. Um die synergetischen Effekte zu maximieren, werden bei der Ausführung der Anlagen im Vorfeld spezifische Modelle erstellt. Diese lassen eine spezielle, auf den jeweiligen Prozess abgestimmte räumliche Anordnung der Komponenten zu. In Abhängigkeit des spezifischen Anwendungsfalles sind durch die Nutzung von Methoden aus dem Bereich der Prozessintensivierung deutliche Positiveffekte zu erzielen. Höhere Produktqualitäten, größere Ausbeuten und der verringerte Rohstoffeinsatz sind in diesem Zusammenhang in aller Regel feststellbar. Im Vergleich zu konventionellen Anlagen werden Kosteneinsparungen im Bereich von 50 bis 70 % beschrieben.

Quelle(n):

  • ProcessNet - Fachsektion Prozessintensivierung (2008): Prozessintensivierung - Eine Standortbestimmung. ProcessNet - Eine Initiative von Dechema und VDI-GVC, auch verfügbar als PDF unter: Link
  • Action Group PI (2009): European roadmap for process intensification, Appendix 1 "PI Technologies Description and Review" S. 22 ff.

Rückgewinnung von VOCs aus Destillation/Rektifikation

Die Kondensation von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) aus Destillationen/Rektifikationen wird durch indirekte Kühlung von hoch beladenen Abgasen erreicht, bevor diese einer nachgeschalteten Abgasbehandlung zugeführt werden. Auf die Kondensation folgt die Trennung der Gas- und Flüssigphase. Abhängig von der jeweiligen Situation (z. B. Rückflussverfahren oder erforderliches Temperaturprofil der Destillationskolonne) wird das Kondensat danach in den Prozess zurückgeführt oder zur Wiederverwendung gelagert. Die Anzahl der Kühlschritte und die angewandte(n) Temperatur(en) hängen vom jeweiligen Lösemittel ab. Folgende Vorteile ergeben sich:

  • 70 – 95 % Rückgewinnungsquote der VOCs
  • Reduktion und Wiederverwendung der VOC-Fraktion vor Vermischung mit anderen Abgasströmen
  • Verringerte Reinigungsleistung nachgeschalteter Trennverfahren

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 238

Vergleich von Füllkörpern

Allgemeine Eigenschaften

  • Geringerer Druckverlust als bei Siebbödenkolonnen
  • Eng begrenzter Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis aus Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Relativ große Verschmutzungsanfälligkeit
  • Höhere Trennwirkung als Bodenkolonnen
  • Alle Werkstoffe möglich
  • Aufwändige Reinigung

Zylindrische Gitterfüllkörper

  • Hohe Trennleistung
  • Geringes Gewicht (ermöglicht große Schütthöhen)
  • Hohe Porosität (ermöglicht große Volumenströme)
  • Unempfindlich gegen Ablagerungen und Verstopfungen
  • Geringe Randgängigkeit
  • Gleichmäßige Durchströmung
  • Relativ hohe Festigkeit

VSP®-Füllkörper

  • Ähnliche Eigenschaften wie zylindrische Gitterfüllkörper
  • Besonders für kleine und mittlere Kolonnen geeignet
  • Hohe hydraulische Belastbarkeit
  • Bessere Trennleistung und geringerer Druckverlust als Pall-Ringe
  • Billiger als Pall-Ringe
  • Gut geeignet für die Umrüstung mit Pall-Ring-Kolonnen

TOP®-Füllkörper

  • Die Trennleistung ist ähnlich gut, wie bei VSP®- und zylindrischen Gitterfüllkörpern
  • Besonders für mittlere und große Kolonnen geeignet
  • Gute Trennleistung auch bei kleinen Belastungen

Sattel-Füllkörper, Berl®-Sättel

  • Günstig für regenerative Wärmeaustausche
  • Gute chemische Beständigkeit durch glatte Oberfläche
  • Hohe Festigkeit des einzelnen Füllkörpers
  • Sattel-Füllkörper sind günstig, (Berl®-Sättel teurer)
  • Verbreitetster Keramik-Füllkörper (universeller Einsatz)
  • Neigung zu Nachverdichtung (ansteigender Druckverlust)

Pall®-, Raflux®- und Modifizierte Pallringe

  • Universelle Füllkörper mit breitem Anwendungsbereich
  • Gleichmäßige Berieselung in der Schüttung
  • Liegen in der Trennleistung und dem Druckverlust zwischen zylindrischen Ringen und Gitterkörpern
  • Gute Flüssigkeitsrückverteilung
  • Ungünstig bei Ablagerungen

Zylindrische Ringe

  • Einfacher und preiswerter Standardfüllkörper
  • Mit allen Werkstoffen möglich
  • Gute rechnerische Erfassung möglich
  • Relativ kleine spezifische Oberfläche
  • Hoher Druckverlust
  • Geringe Porosität
  • Geringere Trennleistung als andere zylindrische Füllkörper

Igel®-Füllkörper

  • Besonders große spezifische Oberfläche

Interpak®-Füllkörper

  • Besonders preiswert durch hohe Fertigungsleistung
  • Geringer Druckverlust
  • Gute Trennleistung

Hacketten®-Füllkörper

  • Sehr geringer Druckverlust
  • Besonders geringe Verschmutzungsanfälligkeit

Kugeln

  • Bevorzugt als Katalysatorträger, Strömungsgleichrichter und Wärmespeicher eingesetzt
  • Gleichmäßigste Schüttung
  • Kleinste Porosität
  • Kleine spezifische Oberfläche
  • Hoher Druckverlust

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 252

Vergleich von Kolonnenböden

Einsatzbereich von Bodenkolonnen

  • Schlecht benetzenden Flüssigkeiten
  • Mehreren erforderlichen Zu- und Abgängen am Kolonnenschuss
  • Großen erforderlichen Kolonnendurchmessern für große Durchsätze
  • Starken Druckschwankungen
  • Häufigen Reinigungszyklen

Glockenböden

  • Hoher Druckverlust
  • Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Verschmutzungsanfälligkeit abhängig von der Glockenform, zum Teil groß
  • Gute Trennwirkung
  • Universell für nahezu alle Medien einsetzbar

Ventilböden

  • Mittlerer Druckverlust
  • Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Sehr geringe Verschmutzungsanfälligkeit
  • Höchster Wirkungsgrad unter den Bodenkolonnen
  • Größte Durchsätze möglich
  • Relativ korrosionsanfällig
  • Ungeeignet bei Neigung des Mediums zu Verkrustungen

Siebböden

  • Geringer Druckverlust
  • Eng begrenzter Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis aus Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
  • Verschmutzungsanfälligkeit nimmt mit kleiner werdenden Bohrlöchern zu
  • Gute Trennwirkung
  • Sehr einfach Konstruktion
  • Wenn der Dampfstrom unterbrochen wird, muss die Kolonne häufig neu angefahren werden

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 251

Verhinderung von Fouling im Wärmeübertrager- und Verdampfersystem

Eine regelmäßige Überprüfung von Wärmeübertrager- und Verdampfungssystem mit einer Infrarot-Wärmebildkamera kann zu deren energieeffizienten Betriebsweise beitragen. Verstopfungen und Ablagerungen (Fouling) sind durch die Analyse des Temperaturprofils der Wärmeübertrager-Oberfläche identifizierbar. Eine frühzeitige Erkennung und Beseitigung von Verstopfungen und Ablagerungen verhindern eine Verschlechterung des Wärmeübergangs und damit eine Erhöhung des Energieverbrauchs, um beispielsweise die gewünschte Verdampfungsleistung zu gewährleisten. Alternativ kann bei Vorhandensein einer kontinuierlichen Instrumentierung von Temperatur (Ein- und Ausgang) und Durchflussmenge der Wärmeübergang online detektiert werden, vorausgesetzt, die Wärmeübergangskoeffizienten der verwendeten Medien sind bekannt. Diese Methode ist gut geeignet, um schnell einsetzende Ablagerungsprozesse zu erkennen.

Quelle(n):

  • SPICE3 (2014): Best practice in destillation [online]. The European Chemical Industry Council, 02. Sept. 2014 [abgerufen am: 15. Nov. 2017], verfügbar unter: Link
  • Jung, T. (2012): Ehe ein Fehler zum Problem wird. CITplus, 15. Jahrgang, 05. Jun. 2012, Ausgabe 6. S. 38 f.

Wärmeintegration

Eine Wärmeintegration innerhalb der Destillations-/Rektifikationsanlage oder der gesamten Produktionsanlage erhöht die Energieeffizienz des energieintensiven Destillations-/Rektifikationsprozesses. Die Anwendung der Pinch-Analyse ermöglicht eine optimale Wärmeintegration. Bei Wärmeströmen mit niedrigerem Energieniveau wird eine Überprüfung des Einsatzes von Wärmepumpen empfohlen.

Pinch-Analyse

Die sogenannte Pinch-Analyse stellt ein Werkzeug dar, welches es ermöglicht, sich gegenseitig beeinflussende Prozessgrößen überschaubar darzustellen und hieraus eine Optimierung der Investitions- und Betriebskosten abzuleiten. Insbesondere bei dem Einsatz von Wärme lässt diese Art der Gegenüberstellung von "Angebot" und "Nachfrage" eine gezielte Verringerung von energetischen oder stofflichen Verlusten zu. Neben energetischen Größen können zudem stoffliche Prozessgrößen wie beispielsweise Wasser analysiert werden.

Im Falle der Wärmeintegration werden durch das Ermitteln von Summenkurven heißer und kalter Ströme innerhalb der betrachteten Systemgrenzen und das Übertragen in ein Diagramm Wärmesenken und Wärmequellen erkennbar. Als Bezugsgröße wird die Temperatur über der Enthalpie aufgetragen. Maximale Heiz- und Kühlbedarfe sowie zur Verfügung stehende Wärmemengen werden erkennbar. Für diese Art der Optimierung der Energiebilanz eines Standortes ist eine umfangreiche Datenerhebung notwendig. Detaillierte Messungen und die genaue Kenntnis zeitlicher Verläufe der betrachteten Prozessgröße (z. B. Wärmestrom) innerhalb der jeweiligen Prozesse sind unabdingbar. Der Einsatz dieser Methode eignet sich in erster Linie für kontinuierlich arbeitende Anlagen.

Quelle(n):

  • SPICE3 (2014): Best practice in destillation [online]. The European Chemical Industry Council, 02. Sept. 2014 [abgerufen am: 15. Nov. 2017], verfügbar unter: Link
  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 141 ff.

Projekte

Anfahren heterogen katalysierter Reaktivdestillationsprozesse

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einen lizenzfreien Java-Simulationstools zum Anfahren von Reaktivdestillation anhand typischer Beispielprozesse
  • Die dynamische Simulation ermöglicht eine Verringerung der Anfahrzeit von über 50 %

 

Zur kompletten Projektbeschreibung

Entwicklung einfacher Bewertungsmethoden zur Beurteilung der Trennleistung von dreiphasigen Packungskolonnen

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer qualitativen Short-Cut-Methode zur Berechnung von HTU- und NTU-Werten für Mehrkomponenten und Mehrphasen-Systeme
  • Beurteilung der Trennleistung von dreiphasigen Packungskolonnen
  • Einfache Methode für die Bestimmung von Grenzdestillationslinien
Zur kompletten Projektbeschreibung

Entwicklung, Validierung und Evaluation reaktivrektifikativer Sonderverfahren (Kombination von Reaktivrektifikation mit Membrantrennung, extraktiver oder azeotroper Rektifikation)

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung, Validierung und Evaluation (Bestimmung von Reaktionsgleichgewicht und ‑kinetik) eines Reaktivrektifikationsverfahrens
  • Umsätze oberhalb des Reaktionsgleichgewichts ermöglichen die Herstellung der gleichen Produktmenge mit geringerer (Edukt- bzw.) Einsatzstoffmenge
Zur kompletten Projektbeschreibung

EProMiT : Energieeffiziente Prozesse durch Mikro-Trenntechnik

Prozesseigenschaften:
  • Steigerung von Energieeffizienz und Trennleistung bei der Destillation durch den Einsatz mikrostrukturierter Apparate
  • Vorgeschaltete Flüssig/Flüssig-Extraktionen oder Membrantrennverfahren erhöhen zusätzlich die Effizienz des Destillationsverfahrens
Zur kompletten Projektbeschreibung

Kleindestillationsanlagen

Prozesseigenschaften:
  • Betriebsinterne Aufbereitung gebrauchter Lösemittel durch Kleindestillationsanlagen
  • Wirtschaftliche Vorteile ab 200 l verunreinigter Lösemittel
Zur kompletten Projektbeschreibung

Neuartige Einbauten zur Unterdrückung der Maldistribution in Packungskolonnen

Prozesseigenschaften:
  • Untersuchung und Modifikation von Kolonneneinbauten zum Erreichen einer optimalen Packungsstruktur
  • Untersuchungsziel: gleichmäßige Verteilung des Stoffstroms über den Kolonnenquerschnitt und Unterdrückung von Maldistribution in Packungskolonnen
  • Ermittlung der Abhängigkeit zwischen Temperaturdaten und lokalen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten
Zur kompletten Projektbeschreibung

Trocknung

Gute Praxis

Auswahlkriterien

Die Trocknerauswahl richtet sich nach

  • Dem stofflichen Zustand (z. B. agglomeriert, feucht oder frei fließend) sowie den Stoffeigenschaften des zu trocknenden Guts
  • Der Spezifikation des getrockneten Guts
  • Der Energieeffizienz des Trockners
  • Der Verfügbarkeit und den Kosten der jeweiligen Heizmedien
  • Der Integrierbarkeit des Trockners in den bestehenden Prozess

Quelle(n):

  • SPICE3 (2014): Best practice in solid drying [online]. The European Chemical Industry Council, 02. Sept. 2014 [abgerufen am: 15. Nov. 2017], verfügbar unter: Link

Bandtrockner

Betriebsart

  • Kontinuierlich

Geeignet für

  • Rieselfähige Gut
  • Stückiges Gut
  • Paströses Gut

Vorteile

  • Geringe Betriebskosten
  • Geringer Reinigungsaufwand
  • Für Konvektions- und Kontakttrockner geeignet
  • Kombination von Fördern und Trocknen möglich

Nachteile

  • Hohe Investitionskosten
  • Hoher Wartungsaufwand
  • Großer Stellplatzbedarf

Zusätzliche Information

  • Für durchströmbare Güter mit geringem Staubanteil
  • Bei Ausführung als Kontakttrockner auch für pastöse Stoffe geeignet

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 238

Dünnschichtverdampfertrockner

Betriebsart

  • Kontinuierlich

Geeignet für

  • Flüssiges Gut

Vorteile

  • Hohe spezifische Trocknungsleistung
  • Kurze Trocknungszeiten
  • Geringe Betriebskosten
  • Geringer Wartungsaufwand
  • Für Kontakttrocknung geeignet
  • Schonende Trocknung

Nachteile

  • Hohe Investitionskosten
  • Hoher Reinigungsaufwand
  • Ungeeignet für Konvektionstrocknung

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 239

Effizienzvergleich

Je nach technischer Spezifikation und Anwendungsgebiet weisen Trockner verschiedene Energieeffizienzen auf. Das heißt, die zum Verdampfen einer definierten Wassermenge notwendige Energie variiert zwischen den Trocknertypen. Im Folgenden sind einige Trockner und die zugehörigen Trocknereffizienzen aufgeführt:

Trocknertyp Effizienz (%)
Sprühtrockner 50 – 80
Rotationstrommeltrockner 40 – 70
Bandtrockner 40 – 60
Stromtrockner 50 – 75
Tunneltrockner 35 – 40
Wirbelschichttrockner 40 – 80
Zylindertrockner 90 – 92
Infrarottrockner 30 – 60
Dielektrischer Trockner 60

Positive Effekte auf den Energieverbrauch von Trocknern werden hervorgerufen durch

  • Hohe Trocknungstemperaturen
  • Direkt beheizte Trockner
  • Einen hohen Feuchtegehalt der Trocknungsluft am Trocknerausgang
  • Eine geringe Trocknungslufttemperatur am Trocknerausgang
  • Vorwärmung von sehr feuchtem Trocknungsgut

Quelle(n):

  • SPICE3 (2014): Best practice in solid drying [online]. The European Chemical Industry Council, 02. Sept. 2014 [abgerufen am: 15. Nov. 2017], verfügbar unter: Link

Horden- bzw. Kammertrockner

Betriebsart

  • Diskontinuierlich

Geeignet für

  • Rieselfähiges Gut
  • Stückiges Gut
  • Paströses Gut
  • Flüssiges Gut

Vorteile

  • Geringe Investitionskosten
  • Geringer Reinigungsaufwand
  • Geeignet für Konvektionstrockner
  • Gut geeignet bei häufigem Produktwechsel

Nachteile

  • Hohe Betriebskosten
  • Hoher Wartungsaufwand
  • Ungeeignet für Kontakttrockner
  • Personalaufwändig
  • Meist lange Trocknungszeiten

Zusätzliche Informationen

  • Auch als Vakuum-, Gefrier- und Hochleistungstrocker anwendbar

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 238

Minimierung VOC-Emissionen (Wertstoffverlust) in einem Nutschtrockner

Bei der Abtrennung eines festen Produktes oder Zwischenproduktes von einer flüchtigen Komponente (i. d. R. Lösemittel oder wässrige Komponente) durch Trocknung in einem Nutschtrockner kann die Gas- oder Dampfphase unkontrolliert in die Umgebung gelangen. Durch folgende im Anschluss des Trocknungsprozesses durchgeführte Maßnahmen kann ein unkontrollierter Wertstoffverlust vermieden werden:

  • Entnahme des Produktes anhand eines hydraulischen Systems
  • Ausblasen von Produktresten mit N2 und Zurückgewinnung des Produktes mit einem Zyklon
  • Geschlossenen Anlagenbetrieb

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 155

Schaufeltrockner

Betriebsart

  • Diskontinuierlich

Geeignet für

  • Rieselfähiges Gut

Vorteile

  • Große Produktmengen möglich
  • Für temperaturempfindliche Stoffe geeignet
  • Geringe Betriebskosten
  • Geringer Wartungsaufwand
  • Für Kontakttrocknung geeignet

Nachteile

  • Hoher apparativer Aufwand
  • Hohe Investitionskosten
  • Hoher Reinigungsaufwand
  • Nicht für Konvektionstrocknung geeignet

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 239

Stromtrocknung

Betriebsart

  • Kontinuierlich

Geeignet für

  • Rieselfähiges Gut

Vorteile

  • Sehr kurze Trocknungszeit
  • Hohe Trocknungsleistung
  • Kombination von Fördern und Trocknen möglich
  • Geringe Investitions- und Betriebskosten
  • Geringer Wartungs- und Reinigungsaufwand
  • Für Konvektionstrocknung geeignet
  • Geringer Stellplatzbedarf
  • Für temperaturempfindliche Stoffe geeignet

Nachteile

  • Nicht für Kontakttrocknung geeignet
  • Mechanische Beanspruchung des Trockengutes

Quelle(n):

  • Bind, O. (2012): Berechnung der Energieeffizienz von Beleuchtungen in Gebäuden - Deutschlands verschiedene Wege. Ingenieurbüro Bind für Lichtplanung und Elektrotechnik, auch verfügbar als PDF unter: S. 239 Link

Teller- bzw. Etagentrockner

Betriebsart

  • Kontinuierlich und diskontinuierlich

Geeignet für

  • Rieselfähiges Gut

Vorteile

  • Geringe Betriebskosten
  • Geringer Wartungsaufwand
  • Als Konvektions- und Kontakttrockner geeignet
  • Geringer Stellplatzbedarf
  • Exakte Temperaturführung möglich
  • Günstiger spezifischer Energiebedarf

Nachteile

  • Hohe Investitionskosten
  • Hoher Reinigungsaufwand
  • Großer apparativer Aufwand

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 238

Trommeltrockner

Betriebsart

  • Kontinuierlich

Geeignet für

  • Rieselfähiges Gut
  • Stückiges Gut

Vorteile

  • Hohe spezifische Trocknungsleistung
  • Breite Anwendungsmöglichkeiten
  • Hohe Temperaturen möglich
  • Gut anzupassen an schwankenden Feuchtegehalt
  • Kurze bis mittlere Trocknungszeit
  • Geringer Wartungsaufwand
  • Geeignet für Konvektions- und Kontakttrockner

Nachteile

  • Hohe Investitions- und Betriebskosten
  • Hoher Reinigungsaufwand
  • Empfindlich bei anbackendem Gut

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 238

Walzentrockner

Betriebsart

  • Kontinuierlich

Geeignet für

  • Flüssiges Gut

Vorteile

  • Sehr kurze Trocknungszeit
  • Kompakte Bauweise
  • Geringe Betriebskosten
  • Für Kontakttrockung geeignet
  • Geringer Stellplatzbedarf

Nachteile

  • Hohe Investitionskosten
  • Nicht für Konvektionstrockung geeignet

Sonstige Informationen

  • Zum Teil zum Granulieren geeignet
  • Wenig geeignet für temperaturempfindliche Stoffe bei bestimmten Ausführungen
  • Wartungs- und Reinigungsaufwand ist von der Ausführung abhängig

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 239

Wartung

Um eine Verschlechterung der Trocknereffizienz zu vermeiden, sollten folgende Wartungsarbeiten regelmäßig durchgeführt werden:

  • Durchführung notwendiger Reparaturen, z. B. Beseitigung von Leckagen in Rohrleitungen und in der Trocknerapparatur
  • Kontrolle der Isolierung auf Beschädigung mit anschließender Reparatur der schadhaften Stellen
  • Kalibrierung von Messeinrichtungen (z. B. Temperatursensoren)
  • Überprüfung der Basisregelung des Trockners

Quelle(n):

  • SPICE3 (2014): Best practice in solid drying [online]. The European Chemical Industry Council, 02. Sept. 2014 [abgerufen am: 15. Nov. 2017], verfügbar unter: Link

Wirbelschichttrockner

Betriebsart

  • Kontinuierlich und diskontinuierlich

Geeignet für

  • Rieselfähiges Gut

Vorteile

  • Sehr intensiver Wärme- und Stoffübergang
  • Geringe Betriebskosten
  • Geringer Wartungs- und Reinigungsaufwand
  • Für Konvektionstrocknung geeignet

Nachteile

  • Hohe Investitionskosten
  • Für Kontakttrockung ungeeignet
  • Hoher Stellplatzbedarf
  • Für die Trocknung von klebrigem Gut oder hohem Feuchteanteil ungeeignet

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 238

Zerstäubungs- bzw. Sprühtrockner

Betriebsart

  • Kontinuierlich

Geeignet für

  • Pastöses Gut
  • Flüssiges Gut

Vorteile

  • Sehr kurze Trocknungszeit
  • Produktschonend
  • Geringe Investitions- und Betriebskosten
  • Geringer Wartungsaufwand
  • Für Konvektionstrocknung geeignet
  • Geringer Stellplatzbedarf

Nachteile

  • Hoher Reinigungsaufwand
  • Nicht für Kontakttrocknung geeignet

Zusätzliche Informationen

  • Wird häufig in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie verwendet

Quelle(n):

  • Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 239

Eindampfen

Gute Praxis

Mehrstufige Verdampfer

Die Auswahl und Auslegung mehrstufiger Verdampfer steigern die Verfahrenseffizienz und verringern den Energieverbrauch pro Volumeneinheit erzeugten Dampfes.

Quelle(n):

  • cefic (2009): Energy Efficiency Handbook for Chemical SMEs - Energy Efficiency Best Practices. The European Chemical Industry Council, auch verfügbar als PDF: S. 88 f. Link

Vorgeschaltetes Trennverfahren

Um die zu verdampfende Wassermenge und damit die erforderliche Energiemenge zu reduzieren, sollte die Vorschaltung einer Membrantrennung geprüft werden. Durch die Membran könnte der Wassergehalt und damit die für die Aufkonzentrierung erforderliche Energie deutlich reduziert werden.

Quelle(n):

  • cefic (2009): Energy Efficiency Handbook for Chemical SMEs - Energy Efficiency Best Practices. The European Chemical Industry Council, auch verfügbar als PDF: S. 88 Link

Wärmerückgewinnung

Zur Steigerung der Energieeffizienz des Eindampfprozesses sollte die Wärmeenergie des entstandenen Wasserdampfes wiedergewonnen werden. Dazu wird die bei der Kondensation des Wasserdampfes abgegebene Wärme im Kondensator an ein wärmeübertragendes Medium abgegeben und in einem anderen Prozessschritt mit niederkalorischem Wärmebedarf wiederverwendet.

Quelle(n):

  • cefic (2009): Energy Efficiency Handbook for Chemical SMEs - Energy Efficiency Best Practices. The European Chemical Industry Council, auch verfügbar als PDF: S. 88 f. Link

Projekte

Abfalleliminierung im Flexofarbdruck

Prozesseigenschaften:
  • Aufbereitungsverfahren für Farbwaschwasser aus einem Flexo-Farbdruckverfahren
  • Kosteneinsparung durch Vermeidung der Entsorgung: Es entstehen nutzbares Waschwasser und ein Feststoff mit hohem Brennwert
Zur kompletten Projektbeschreibung

Filtration

Gute Praxis

Minimierung VOC-Emissionen (Wertstoffverlust) in einem Feststoff-Flüssigkeits-Filter

Bei der Abtrennung eines festen Produktes oder Zwischenproduktes von einer Flüssigkeit durch Filtration können diffuse VOC-Emissionen (i. d. R. Lösemittel) freigesetzt werden. Die Freisetzung erfolgt beim Öffnen der Anlage, um den nassen Filterkuchen für die weitere Verarbeitung oder zum Trocknen zu entnehmen. Dies kann bei einer Druck-Filter-Nutsche durch folgende Maßnahmen verhindert werden:

  • Entnahme des nassen Filterkuchens anhand des hydraulischen Systems
  • Wiederverwendung des festen Produktes bei der nächsten Charge, indem es wieder gelöst wird oder einfach im Filter verbleibt
  • Einen geschlossenen Anlagenbetrieb

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau S. 155

Projekte

Abtrennung und Entfeuchtung biologischer Mikropartikel aus großen Mengen gering konzentrierter Suspensionen durch energieeffiziente Dünnschichtfiltration

Prozesseigenschaften:
  • Neues energiesparendes Trennverfahren zur Abtrennung von biologischen Mikropartikeln aus wässrigen Kulturmedien
  • Aufbau einer kontinuierlich arbeitenden Pilotanlage
  • Entwicklung von Kriterien zum Einsatz der Trennverfahren im biologischen Mikropartikel-Bereich
Zur kompletten Projektbeschreibung

Anschwemmfiltration hoher viskoser Systeme

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines Verfahrens zur Anwendung von Cellulose als Filterhilfsmittel für die Anschwemmfiltration hoher viskoser Systeme
  • Cellulosefasern verhindern eine Druckveränderung, die eine Redispergierung begünstigt
  • Vorteil: Celluloseabfall ist als Wertstoff verwertbar
Zur kompletten Projektbeschreibung

Entwicklung und Umsetzung neuer Filterdesigns mittels Ultrakurzpulslasern für Anwendungen in der Mikrofiltration

Prozesseigenschaften:
  • Flexibles Herstellverfahren von Mikrofiltern auf Laserbasis
  • Hohe Trennschärfe, weniger Verblockung und maßgeschneiderte Anfertigung ermöglichen die Anwendung für verschiedene Trennaufgaben
  • Eine vollständige Reinigung sowie eine hohe chemische und thermische Beständigkeit ermöglichen eine lange Lebensdauer
Zur kompletten Projektbeschreibung

Filtration von Suspensionen mittels autodynamischer hochfrequenter Rückspülung an rotierenden Filterscheiben

Prozesseigenschaften:
  • Autodynamische hochfrequente Rückspülung bei Filtration mit rotierenden Filterscheiben
  • Periodische Rückspülung reinigt die Filterfläche stetig 
  • Steigerung der Wirtschaftlichkeit durch ein größeres effektiv anfallendes Filtratvolumen
Zur kompletten Projektbeschreibung

Methode zur Auslegung von optimierten Tiefenfiltern

Prozesseigenschaften:
  • Erstellung eines Modells zur Berechnung komplexer Tiefenfiltermedien
  • Tiefenfilter können simulationsgestützt ausgelegt und optimiert werden
  • Erhöhung der Effizienz des Auslegungsprozesses
Zur kompletten Projektbeschreibung

Sedimentation + Flotation

Projekte

Entwicklung und Optimierung biobasierter Flockungsmittel für öl- und fetthaltige Abwässer

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung von modifizierten Chitosanen und Pektinen für die Ausflockung von Fetten und Ölen aus dem Abwasser
  • Verbesserung der Koagulationseigenschaften
  • Biopolymere sind im Vergleich zu herkömmlichen anorganischen Flockungsmitteln ökologisch unbedenklich
Zur kompletten Projektbeschreibung

Verfahren zur kontinuierlichen Abscheidung von Belastungsstoffen aus Emulsionen, Suspensionen und kolloidalen Lösungen

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer Flotationsanlage zur Aufbereitung von Waschwasser als Alternative zum energieintensiven Druckkesselverfahren
  • Einsatz von Bentonit als Flockungsmittel ermöglicht die flotative Abtrennung von hydrophilen Feinstoffen (Partikeldurchmesser < 5 mm)
  • Einsparung von 80 % Frischwasser
Zur kompletten Projektbeschreibung

Zentrifugieren

Projekte

Untersuchung der Strömungsbedingung in Röhrenzentrifugen

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer Röhrenzentrifuge mit Laser-Doppler-Anemometrie-Messsystem zur Detektion der Strömungssituation
  • Anpassung der Einlaufgeometrie an die Strömungsverhältnisse zur Erhöhung der Trenneffizienz
  • Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Füllgrad, Durchsatz und Produktverlust mit dem Ziel, die Anlageneffizienz weiter zu erhöhen
Zur kompletten Projektbeschreibung

Videos

Ein Netz aus Wärme

Sortierung + Klassierung

Projekte

Rückgewinnung feinkörniger NE-Metallphasen aus Shredder-Sanden

Prozesseigenschaften:
  • Ausweitung der Recyclingmöglichkeiten auf die Feinfraktion von Shredder-Sanden (Partikeldurchmesser < 1 mm)
  • Rückgewinnung von feinkörnigen NE-Metallphasen aus der Shredder-Sand-Feinfraktion
  • Anteil der Shredder-Sand-Feinfraktion entspricht 60 % und ist mit den gängigen Recyclingverfahren (z. B. Wirbelstromabscheidung) nicht aufbereitbar
Zur kompletten Projektbeschreibung

Weiterentwicklung von Magnetabscheidern zur Abtrennung feinster Partikel aus Schmier- und Hydraulikölen unter Berücksichtigung anwendungsspezifischer Einflussgrößen

Prozesseigenschaften:
  • Untersuchung an Magnetabscheidern zur Partikelabscheidung aus Schmier- und Hydraulikölen
  • Ermittlung relevanter Prozessparameter für eine optimale Abscheidung
Zur kompletten Projektbeschreibung

Videos

Ein Netz aus Wärme

Alles raus aus dem Schrott

Perfekter Stoffkreislauf für Aluminium

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