Hybridverfahren: Rektifikation und Adsorption · 32 Verfahrensbeschreibung Pervaporation...
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4
Aufarbeitung der C8-Fraktion durch Adsorption (SMB-Technik)
Konzentration
p-Xylol
o-, m-Xylol
Extrakt
Feed
Raffinat
Desorbent
Ethyl- benzol
t = t 0
Konzentration
o-, m-Xylol
p-XylolExtrakt
Feed
Raffinat
Desorbent
Kreislauf- strom
Ethyl- benzol
t = t 1
Kreislauf- strom
SMB_C8_deu.cdr
5
SORBEX-Verfahren ( UOP )
• Abtrennung der n-Paraffine von verzweigten bzw. cyclischen Paraffinen MOLEX-Verfahren, leichte Paraffine als Eluierungsmittel )
• Abtrennung der Olefine von Paraffinen in weit siedenden Gemischen ( OLEX-Verfahren )
• Abtrennung von p-Xylol von den anderen C8-Aromaten(PAREX- Verfahren, Toluol als leicht flüchtiges bzw. p-Diethylbenzol als schwer
flüchtiges Eluierungsmittel,Temperatur ca. 150 oC, Ba-ausgetauschte Y-Zeolithe )
• Abtrennung von p-Diethylbenzol von den verschiedenen Diethylbenzolisomeren (p-DEB-Verfahren )
• Abtrennung von Ethylbenzol aus dem C8-Schnitt (EBEX-Verfahren, Toluol als Eluierungsmittel)
• Abtrennung der Fructose von den anderen Zuckern aus wäßriger Lösung ( SAREX-Verfahren, CaY-Zeolithe )
• Abtrennung von p-Cymol von den anderen Cymol-Isomeren ( Cymex-Verfahren )
• Abtrennung von p-Kresol bzw. m-Kresol aus dem isomeren Kresol-Gemisch ( CRESEX-Verfahren )
• Abtrennung von 1-Buten aus dem C4-Schnitt ( Sorbutene-Verfahren )
6Ausschleusung
SMB
Kristallisation
Kristallisation
R
S
Kreislauf
Feed
Lösungsmittel
Lösungsmittel
Lösungsmittel
Trennung von Enantiomeren (SMB + Kristallisation)
9
Prinzip von Membrantrennprozessen
Zulauf
Zulauf
Permeat
Permeat
Retentat
Retentat
Porenmembran
"Löslichkeits"- Membran
10
Membrantrennverfahren
Porengröße > 1 nm
(Porenmembran)
Aufkonzentrierung von Molke
Entfernung von Kolloiden
11
Membranmaterialien
Daneben auch anorganische Membranen:
•Metallische Membranen
•Glasmembranen (amorphes Silka)
•Kohlenstoffmembranen
•Keramikmembranen
12
Gewünschte Eigenschaften der Membran
• Hohe Selektivität
• Hohe Permeabilität
• Lange Standzeit
• Hohe mechanische, chemische und thermische Stabilität
• Geringer Preis
Probleme bei Membranverfahren
• Fehlstellen in der Membran
• Fouling-Prozesse*
Großer Aufwand bei der Vorbereitung des Zulaufstroms
13
Aufbau einer Composite-Membran
0.01 -0.05 μm
Daneben: Phaseninversionsmembranen, gleiches Material für aktive Schicht, ..
Löslichkeitsmembran:
15
Typische Einsatzgebiete von Membrantrennverfahren
•Trennung von Gasgemischen
•Rückgewinnung von Salzen
•Blutwäsche nierenkranker Patienten
•Überwindung azeotroper Punkte
•Entfernung von z.B. Wasser aus Reaktionsgemischen
•Absolutierung von Lösungsmittel
•Entfernung organischer Komponenten aus dem Abwasser
•Trinkwassergewinnung
•.....
durch Einsatz der unterschiedlichsten Membranen (hydrophil (z.B.PVA), hydrophob (z.B. PDMS), Metall, Keramik mit Zeolithen), .....)
16
Potentialdifferenz, beteiligte Phasen und Technische Anwendung der verschiedenen Membrantrennverfahren
Membrantrennverfahren Membrantyp Potentialdifferenz beteiligte PhasenZulauf/Permeat
Beispiele der technischen Anwendung
Mikrofiltration porös Druckdifferenz< 3 bar
S/L Abtrennung von Feststoffen aus Suspensionen, Farbpartikelrückgewinnung
Klärung und Konzentrierung von Getränken
Ultrafiltration porös Druckdifferenz< 10 bar
L/L AbwasseraufbereitungTrinkwasseraufbereitung
Nanofiltration porös/nichtporös
Druckdifferenz< 40 bar
L/L Aufarbeitung wässriger Systeme, organische NF zur Rückgewinnung von Homogenkatalysatoren oder
Aufbereitung von Erdölfraktionen
Umkehrosmose nichtporös Druckdifferenz< 80 bar (200 bar)
L/L TrinkwassergewinnungAbwasseraufbereitung
Dialyse porös/nichtporös
Konzentrations-Differenz
L/L Blutwäsche (künstliche Niere)Säurerecycling
Elektrodialyse nichtporös ElektrischesFeld orthogonal zur
Membran
L/L Abtrennung von Ionen aus wässrigen Lösungen
Gaspermeation nichtporös Fugazitätsdifferenz G/G Trennung von Gasgemischen, wie z.B. O2/N2, CO2/CH4, N2/H2, N2/C2H4 und C3H6, Luft/Benzindämpfe
Dampfpermeation nichtporös Fugazitätsdifferenz V/V Trennung azeotroper Systeme, Ausschleusung von Wasser aus Gleichgewichtsreaktionen
Pervaporation nichtporös Fugazitätsdifferenz L/V Trennung azeotroper Systeme, Absolutierung von Lösungsmitteln, Gewinnung organischer Wertstoffe aus
Fermentationsbrühen
17
Filtrationsverfahren
Zu unterscheiden:
Mikrofiltration (0.1 -10 μm)
Untrafiltration (0.01-0.1 μm)
Nanofiltration (< 0.01 μm)
Betriebsweisen:
•dead end filtration
•cross flow filtration mit intervallmäßiger Rückspülung
18
Vor- und Nachteile von Membranverfahren
Vorteile:
• einfacher modularer Aufbau• geringer Platzbedarf, Integration in individuelle Produktionsanlagen• leicht möglich• niedriger Energiebedarf• rein physikalisches Trennprinzip ohne chemische/thermische• Veränderung der zu trennenden Komponenten
Nachteile:
• begrenzte thermische*, chemische und mechanische Stabilität• Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung (fouling)
* bei Polymermembranen
19
Typische Membranmodule
Flächen ( m2/m3 )Schlauchmodul ca. 25
Kapillarmodul ca. 1 000
Hohlfasermodul ca. 10 000
Plattenmodul 100 - 600
Wickelmodul 500 - 1 000
20
Permeat-rohr
Membran-tasche
Druck-behälterFeed
Permeat Permeat
Retentat
Draufsicht einerMembrantasche
Feed
Per-meat
Umlenk-scheibe
O-Ring
310 mm
bis 2000 mm
Retentat
Permeat
21
Pervaporationsanlage
Wärme-tauscher
Vakuum-kammer
Permeat
Kühlung
Vakuumpumpe
Heizmedium
Zulauf
Retentat
22
x1
y1
P = 101.325 kPa
(1) 1-Propanol +(2) Wasser
Mod. UNIFAC (Do)exp. Daten
Feed
1-PropanolH O2
+ H O2
1-Propanol
Azeotrop 1-Propanol/H O2
Azeotrop 1-Propanol/H O2
PVA-MembranPervaporation
Trennung des Systems 1-Propanol (1) + Wasser (2) über Hybridverfahren
Trennung des Systems Isopropanol - Wasser durch Pervaporation ( Membran PERVAP® 2201 (Sulzer Chemtech) )
Permeatdruck P=0.3 mbar
Priv. Mitteilung, T. Sanz-Diez (2004)
28
Osmose
( ) ( )21 PfPf jj′′′ =
( ) ( )RT
PPvPx
RTPPv
Psj
Ljs
jsjjj
sj
Ljs
jsj
−=
− 21 expexp ϕγϕ
jjLj
xv
RTPP γln12 −=Π=−
( ) ( )( )∑ ∑ ∑≈−≈∑−=⇒⇒ Livixixixijj xx /ic ,1lnln ,1 ,1 γ
∑=Π icRT
Π osmotischer Druckj Lösungsmittel (z.B. H2O)i gelöster Stoffvj
L Molvolumen des Lösungsmittels (z.B. H2O)
ci Konzentration mol/dm3
29
Prinzip der Elektrodialyse
+ + + +
+
+++++++++++++++++
+++++++++++++++++
+++++++++++++++++
+ + +
+ + ++ + + +
+ -
RohlösungElektroden-spüllösung
Elektroden-spüllösung
KathodeAnode
KonzentratDiluat
Anionentauscher-membran
Kationentauscher-membran
30
Permeation durch Polymermembranen
Dichte Trennschicht
Poröse Stützschicht
Vlies
Hoher Druck(Feed/Retentat)
Niedriger Druck(Permeat)
Partialdruck
Lösung
DiffusionDesorption
( )iP,iR,M
Ni,M,
i ffAV
L−⋅
=&
Permeanz:
31
• Lösungs-Diffusions-mechansimus:
– Lösung des Molekülsim Polymer
– Diffusion durch das Polymer
– Desorption auf derMembranrückseite
• Triebkraft ist die Differenz des chemischen Potentials
• Konzentrationspolarisation– Transportwiderstand der
feedseitigen Grenzschicht• Permeatseitige Transport-
widerstände– Druckverluste
PSR RM PM P
BevorzugtpermeierendeKomponente i
Zurück-gehalteneKomponente k
Gesamt-druck
pR
yR,i
yR,k
pP
yP,i
yP,k
yRM,k
yRM,i
yPM,i
yPM,k
Lösung
Desorption
Diffusion
Retentat-grenzschicht
Trenn-schicht
Stütz-schicht
Permeat-grenzschicht
δBL,R δBL,PδAL δSL
iP,n ′′&
kP,n ′′&
Feed/Retentat
Permeat
Permeation von Gasen und Dämpfen durch Polymermembranen
32
Verfahrensbeschreibung
Pervaporation DampfpermeationFeed (fl) Retentat (fl)
Permeat (g)
Permeatkondensat
Inert-gase
( )FSF pp ϑ≥
( )RP
FSiiP
pppp
<<
<< ϑ,
Feed (g) Retentat (g)
Permeatkondensat
Inert-gase
( )FSF pp ϑ≤
Permeat (g)( )
RP
FSiiP
pppp
<<
<< ϑ,
• Feed/Retentat flüssig• Permeat dampfförmig⇒ Verdampfung des Permeats⇒ Abkühlung auf der Feed/Retentat-
seite: Verdampfungsenthalpie • nicht-isotherm
• Feed/Retentat dampfförmig• Permeat dampfförmig• Betrieb nahe dem Sattdampfzustand• gut geeignet für Verschaltung mitRektifikation
• isotherm
( )
PRiP,i
R,i
P,i
R,ii ppv
aa
TRff
TRΔμ −⋅+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅⋅=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅⋅= lnlnTriebkraft:
vernachlässigbarfür DP und PV
33
Hybridverfahren: Rektifikation und Dampfpermeation
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
xEtOH [-]
y EtO
H [-
]
Rektifikation
DP
/PV
Ethanol/Wasser
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
xIPA [-]
y IPA
[-]
DP
/PV
Isopropanol/Wasser
K1
K1 K1
K1 K2
K2
DPDP
EtOH/H2O
H2O
EtOH
IPA/H2O
H2O IPA
34
Grundoperationen Inhaltsverzeichnis
Bedeutung und Einteilung von Grundoperationen
Thermische Grundoperationen
Thermodynamische Grundlagen
Phasengleichgewichte
Grundlagen, Hilfsgrößen
Berechnung von Dampf-Flüssig-GleichgewichtenZustandsgleichungengE-Modelle
Berechnung von Flüssig-Flüssig-GleichgewichtenBerechnung von GaslöslichkeitenBerechnung von Fest-Flüssig-Gleichgewichten
35
Grundoperationen - Inhaltsverzeichnis
Reinstoffdaten
I Kontinuierliche Rektifikation 2) Konzept der Übertragungseinheit
1) Konzept der idealen Trennstufe Technische Auslegung von RektifikationskolonnenBodenkolonnenPackungskolonnen
McCabe Thiele-Verfahrenshort cut-Methoden Druckverlust, Belastungsgrenzen
Wang-Henke-Verfahren BodenwirkungsgradNaphtali-Sandholm-Verfahren
Spezielle Rektifikationsverfahren
II Diskontinuierliche Rektifikation
Einfache Destillationmehrstufige Rektifikation
36
Grundoperationen - Inhaltsverzeichnis
Weitere technisch interessante thermische Trennverfahren
AbsorptionFlüssig-Flüssig-ExtraktionFest-Flüssig-ExtraktionExtraktion mit überkritischen GasenKristallisationAdsorptionMembrantrennverfahren
Mechanische Grundoperationen ( Vertiefungsveranstaltung )
FiltrationZerkleinerungFördern von Gasen und Flüssigkeiten............
37
Schema einer typischen Produktionsanlage in der chemischen Industrie
01 01 002 Bedeutung
11.02.99
Vorbereitung Reaktion AufarbeitungEdukteA + B
Produkte C + D
Inerten-AusschleusungRückführung von A und B
evtl. auftretendeNebenprodukte E + F
A + B C + D
Anlsched.cdr
38
Allgemeines Schema eines Trennprozesses
Trennhilfsmittel Trennprozess
Energie
Energie + Lösungsmittel
Membran + elektrisches Feld
Azeotrope Rektifikation Extraktive Rektifikation
Lösungsmittel, etc.
Elektrodialyse
AbsorptionExtraktion: Flüssig-Flüssig-, Fest-Flüssig-, überkritisches Gas AdsorptionMembran-Trennprozess
···
VerdampfungKondensationRektifikationKristallisation
StufeFeed
Trennhilfsmittel
Ströme unterschiedlicher Zusammensetzung
39
Grundprinzip (Theoretische Stufe eines Trennprozesses)
Phase
Phase
β
α
z , z , ....1 2
z , z , ....1 2
β β
α α
Druck Temperatur
Stufe j
Energie / Zusatzstoff Trennhilfsmittel
Trennprozess Phase α Phase β benötigteInformation
Rektifikation Extraktion Kristallisation ...
flüssigflüssigfest...
Dampfflüssigflüssig...
VLELLESLE...
40
Typische Fragestellung eines Chemie-Ingenieurs: Ki als f(T, P, xi)?
Phase
Phase
β
α
z , z , ....1 2
z , z , ....1 2β β
α α
Druck
TemperaturTheoretical Stage_d.cdr
Typisches Dampf-Flüssig-Gleichgewicht :
Problembei einem
41
Zu berücksichtigende Aspekte bei der Auslegung von Trennprozessen
101 01 012 Bedeutung
18.09.03
Trenn-Prozess ?
?
?
?
?
Nth=?
?x1
x1
y1
Tα12 =
γ1 1sP
γ2 2sP
≈ 1
Geeignetes Lösungsmittelfür die extraktive oder
azeotrope Rektifikation ?
?ABCD
AB
CD
A
B
C
D
S =n[2(n-1)]!n! (n-1)! Tn-1
Rektifikation ? Kristallisation ?
Trennprobleme ?
Trennsequenz ?
Kolonnenhöhe ?
sepproc5.cdr
Wasser (3)Ethanol (1)
Benzol (2)
Rückstandskurven
42
Möglichkeiten zur Berechnung von Dampf-Flüssig-Gleichgewichten
03 00 024 VLE
11.02.99
ln ln,v,
ϕ∂∂i
i T nvRTPn
RTv
dv PvRT
j
=⎛⎝⎜
⎞⎠⎟ −
⎡
⎣
⎢⎢
⎤
⎦
⎥⎥
−∞
∫1
Weg A Weg B
x P = y Pi i i iγ S
x f = y Pi i i iγ ϕ0 iv
x P Poy = y Pi i i iγ ϕ ϕS is
i iv
benötigt:
1) Zustandsgleichung für die Berechnung des PVTn - Verhaltens beider Phasen: Soave-Redlich-Kwong Peng-Robinson ...
i
benötigt:
1) Ausdruck für (T, P, n )
a) g -Modell (g = RT x ln ) : Wilson, NRTL, UNIQUAC, ... b) Gruppenbeitragsmethode: UNIFAC, Mod. UNIFAC (Do), ...
γ
γi i
E Ei iΣ
2) Zuverlässige Mischungsregeln 2) P (T) (z.B. Antoine, Wagner)iS
f = fiL i
V
ln ln,v,
ϕ∂∂i
i T nvRTPn
RTv
dv PvRT
j
=⎛⎝⎜
⎞⎠⎟ −
⎡
⎣
⎢⎢
⎤
⎦
⎥⎥
−∞
∫1
x P = yi iL i i
Vϕ ϕ P
vereinfacht:
Standardzustand:reine Flüssigkeitbei T und P:
WegAWegB.cdr
∫∞
−⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡−⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛∂∂
=ϕv n,v,Ti
i RTPvlndv
vRT
nP
RT1ln
j
43
Gruppenbeitragsmethoden (UNIFAC, mod. UNIFAC, ..)
08 00 003 GC-gE
08.05.00
Restanteil
Kombinatorischer Anteil
-CH2 -CH2
-OH
-CH3
-CH2
-OH
-CH2
-OH-CH3
-CH3 -CH3
-CH2
-CH2 -CH2-CH2 -CH2
Ethanol:
n-Hexan:
( )∑ Γ−Γ= )()( lnlnln ikk
ik
Ri νγ
EEE Tshg −=
Ci
Rii γγγ lnlnln +=
),,( nmiik aqxf=Γ
( )iiiCi rqxf ,,ln =γUNIFAC: Aa. Fredenslund, R.L. Jones, J.M. Prausnitz, AIChE J 21, 1086 (1975)
Mod. UNIFAC, U. Weidlich, J. Gmehling, Ind. Eng. Chem. Res. 26, 1372 (1986)
44
Zu lösende Fragen bei der Auslegung kontinuierlicher Rektifikationskolonnen
• Art der Kolonne (Boden- bzw. Füllkörperkolonne)• bei welchem Druck soll die Kolonne arbeiten (üblicherweise:
Atmosphärendruck)• Anzahl der benötigten theoretischen (praktischen) Stufen (bzw. Höhe) der
Kolonne• Festlegung der Destillatmenge• Rücklaufverhältnis• Feedströme
– wo– welche Mengen– thermischer Zustand
• flüssige (dampfförmige) Seitenströme?– wo– welche Mengen
• welche Energiemengen müssen zu- (Verdampfer) bzw. abgeführt (Kondensator) werden
• DurchmesserAblauf B
Rücklauf L R
Zulauf (Feed) F
Heizmedium(oft H O-Dampf)2
Kühlmedium(oft Kühlwasser)
Verdampfer
Kondensator
Destillat Devtl.
evtl.
evtl.
evtl.
45
Material- und Enthalpiebilanz für eine Gleichgewichtsstufe
0)(
)(M
,
,,1,11,1,
=+−
+−++= −−++
jiVjj
jiLjjjijjijjijji
ySV
xSLzFyVxL&&
&&&&&
0E ,,,, =−= jijijiji xKy⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
ji
jiji x
yK
,
,,
0)(
)(H ,1111j
=++−
+−++= −−++
jV
jV
jj
Lj
LjjjFj
Vjj
Ljj
QhSV
hSLhFhVhL&&&
&&&&&
(MESH-Gleichungen)101 01 009a Bedeutung
4.06.99
00.1S ,, =−= ∑ jijy y
01.0xS ji,jx, =−= ∑
47
Short-cut-Methoden
2,1
21
21
min log
log
α
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⋅⋅
=dbbd
N&&
&&
min2,1
2
21 N
ii
bd
fbα⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=
&
&
&&
1) Fenske
Annahme: ai,j = konstant
2) Underwood
∑ −=−
θαα
2,
,2,1i
Fii zq
∑ −=+
θαα
2,
,2,min 1
i
Dii xv
2,11 αθ <<
3) Gilliland
4801 01 004 Bedeutung
Trennung des Systems Methanol (1) - Wasser (2) - Ethanol (3) -Isobutanol (4)
DESW
49
Stoffübergangs-Modell
( ) ( ) AAAOGAAAOLA dyVAdhyyadxLAdhxxand &&& =−==−=
**
ββ
a spezifische Phasengrenzfläche (m2/m3)
A Querschnittsfläche (m2)OGOL ββ , Overall-Stoffübergangskoeffizient
(kmol/m2s)
( )∫ ∫−
==H
AA
A
OG
AT
AB
y
y yydy
aAVdhH
0*β
&
HTUOG NTUOG
( )∫ ∫−
==H
AA
A
OL
AB
AT
x
x xxdx
aALdhH
0*β
&
NTUOLHTUOL
B (bottom), T (top)
50
Azeotrope und Extraktive Rektifikation
Cyclohexan Benzol
Entrainer
Cyclohexan+ Benzol
Benzol +Entrainer
Bildung eines niedrigsiedenden binären oder ter- nären (Hetero-) Azeotrops
1 2α12 =γ1 1
sPγ2 2
sP≈ 1
Azeotrope Rektifikation
Extraktive Rektifikation
Cyclohexan in Anilin
Benzol in Anilin
1000 / T[K]
ln γi
8 Mod. UNIFAC (Do)exp. Daten
Pyridin (3)115.23°C
Wasser (1)100.00°C
109.98°C
95.36°C
84.63°C
M
A
S
Toluol (2)110.61 °C
F
A A
S
F
Pyridin Wasser
Toluol
1 2
>>1 (<<1)S = 12
γ1,entrainer
8
γ2,entrainer
8
8 Entrainer
Entrainerspezdesd.cdr, 19.07.99
51
Heteroazeotrope Rektifikation: Gewinnung von reinem Ethanol durch Verwendung von Benzol als Zusatzstoff
Wasser (3)100.00°C
69.60°C
78.14°C
64.76°C
67.96°C
Ethanol (1)78.30°C
Benzol (2)80.10°C
A B
B = leichtsiedendes heteroazeotropesGemisch
E
C
C
D
D
E
B
B
A
EthanolWasser
Ethanol/Wasser
Benzol
1 2 3
1117431d.cdr, 19.07.99
52
HOAc
MeOH
Extraktive Rektifikation1m Sulzer BX
Rektifikation1m Sulzer BX
Rektifikation1m Sulzer BX
MeOAc
H2O
1
25
v = 2
Rektifikation &Reaktion2 m Katapak-S
Klassisches Verfahren Reaktive Rektifikation
HOAcMeOH
H2SO4
MeOAcHOAc
(Zusatzstoff)
MeOH
H2O
HOAc
Schwersieder
Höhere Ether(Zusatzstoff)H2O
Reaktor(zweistufig)
Extraktion
Heteroazeotrope Rektifikation
Extraktive Rektifikation
1
2
3
4
56 7
8
reaktive Rekt.ppt
Technische Methylacetatsynthese
54
Typische Bodenkolonne
a Siebboden
b Ablaufschacht
c Ablaufwehr
d Zulaufwehr
e Mannloch
f Bodenhalterung
55
Typische Packungs-kolonne
a) Flüssigkeitsverteiler
b) Flüssigkeitssammler
c) Packung
d) Tragerost
e) Mannloch
f) Flüssigkeitswiederverteiler
g) Niederhalterost
56
Mellapak 250.X
Flüssigkeitsbelastung:× 0 5 25 � 50 + 100 m3/m2h
1m Kolonnendurchmesser / 3 m BetthöheTestsystem: Luft / Wasser
2
2
duHP ρλ=Δ
ln ΔP ∼ 2 ln u
( )GuPRTDvd
Π+
=&14
57
MELLAPAK 250.X MELLARING VSP 40
1 m Kolonnendurchmesser / 6 m BetthöheTestsystem: Chlor-/Ethylbenzol
60
Fallfilmkristallisationsverfahren der Firma Sulzer-Chemtech
RieselfilmSchmelze
RieselfilmHeiz- bzw.Kühlmedium
Heiz- bzw.Kühlmedium
Rohrwandung
Kristallschicht
ProduktRückstand
Einsatzstoff
Fallfilm-kristallisator
Sammeltank
ab
61
Trennung durch Adsorption
Adsorptions-effekte
N2
O2
Ar
Molekular-Sieb 5AT = 298 K
Hg
cm3 /
gB
elad
ung
mit
Ads
orbe
ns
N2
O2
AktivkohleKinetischeEffekteB
elad
ungs
fakt
or
CH3H3C
CH3
CH3
CH3H3C
Molekular-SiebZSM-5 T= 293 K
Größen- effekte
Bel
adun
g m
it A
dsor
bens
64
Prinzip von Membrantrennprozessen
Zulauf
Zulauf
Permeat
Permeat
Retentat
Retentat
Porenmembran
"Löslichkeits"- Membran
66
Fragenkatalog
•Nennen Sie vier Möglichkeiten zur Absolutierung von Ethanol
•Nennen Sie zwei Wege zur Gewinnung von reinem p-Xylol aus dem Gemisch mit m-Xylol bzw. C8-Aromaten-Schnitt
•Nennen Sie zwei Möglichkeiten zur Gewinnung von reinem Isobuten aus dem C4-Schnitt
•Nennen Sie zwei Möglichkeiten zur Trocknung der Gasströme nach dem Steamcracker
•Wie würden Sie Aliphaten und Aromaten aus dem C6+-Schnitt trennen?
•Wie lässt sich Reinstbenzol gewinnen?
•Nennen Sie mehrere Möglichkeiten zur Abtrennung organischer Verunreinigungen aus dem Abwasserstrom
•Nennen Sie eine Möglichkeit zur Enantiomerentrennung
67
Fragenkatalog
Welche thermodynamische Modelle würden Sie für:
•Absorptionsprozesse
•überkritische Extraktion
•für Extraktionsprozesse
•für Rektifikationsprozesse
•im Rahmen der Verfahrensentwicklung
heranziehen?
Welche Größen haben einen großen Einfluss auf die Löslichkeit von Feststoffen in Lösungsmitteln?
69
Entwicklung thermodynamischer Modelle:UNIFAC, Mod. UNIFAC (Do), PSRK, VTPR,LIFAC, ...
Software-Entwicklung:Auswahl selektiver Zusatzstoffe,Grenzdestillationslinien,empfohlene Modell-Parameter,Umwelt- und Arbeitsschutz, CAMD, ...
Versuche in Pilotanlagen:z.B. Reaktive Rektifikation
Methanol
Essigsäure
Methylacetat
Wasser
Reaktion
Extraktive Rektifikation
Methanol-Stripper
}}
}
uebrsht3.cdr, 18.04.2002
x P = y Pi i i iγ S f = fiL i
Vx = yi i
L i iVϕ ϕ
(z.B. VLE)
Forschungs- aktivitäten
DECHEMA
Thermodynamik
Dortmunder Datenbank:VLE, h , ...
P , , c
E
is
v PΔh , ...
Messung von Phasengleichgewichten, Exzessgrößen, Reinstoffdaten, kinetischen Daten, ... in einem weiten Temperatur- und Druckbereich
Entwicklung zuverlässiger Messtechniken:
TP
www.uni-oldenburg.de/tchemie
Untersuchung alternativer LM:Sc-CO , Ionische Flüssigkeiten,perfluorierte Verbindungen
2
Computergestützte Synthese, Auslegungund Optimierung chemischer Prozesse
COSMO-RS(Ol)
71
Status of the Dortmund Data Bank* (Feb. 2006) 86970 References, 3250 Journals, 20700 Compounds
DDB
26245 (VLE)
5500 (ELE)
24720 (HPV)
VLE**
(total: 56465 data sets)
* detailed information is available via internet (www.ddbst.de) ** including unpublished VLE data from the Chemical Industry
17110 data sets for non-electrolytes
16040 data sets
LLE
48850 data points
azeotr. data
3460 data sets
ADS
26925 data setsvE
2100 data setscPE
17860 data setshE
17300 data sets for non-electrolytes
14450 data sets for electrolytes
(E)SLE
46740 data points for pure solvents
cPη ρPi S
149380 data sets
(E)GLE
1050 data sets for electrolytes
1030 data sets for solvent mixtures
1225 data sets
CRI
Pure Component Properties
7250 data points
KOWKOW
01 01 016 Bedeutung
11.02.04
Polymers NEW15410 data sets
73
Berechnungs- Programme
Parameter- Anpassung
ReinstoffdatenPräsentations- Programme
DDB - GemischdatenbankVLE h ACT GLE LLE AZD SLE ...E
DDB - ReinstoffdatenbankP c crit. T h i
sP m fusη Δ
Empfohlene Modell-ParameterEmpfohlene Modell-Parameter
VorhersageVorhersage
Wilson NRTL UNIQUAC SRK PR ...
UNIFAC Mod. UNIFAC (Do) ASOG PSRK ...
...
PhasengleichgewichteSimulationsprogrammeFlash-BerechnungenProzesssynthese
UNIFACMod. UNIFAC (Do)PSRKLIQUAC
experimentellkorreliertvorausberechnetDiagramme
Tabellen
DDBSP_jumpstart_d.cdr; 11.10.2001
Software-Paket (DDBSP)
20.02.02