1

Hybridverfahren: Rektifikation und Adsorption

2

Adsorptionsverfahren

3

Ausnutzung des Gegenstromprinzips bei der Adsorption (PAREX)

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)

7

Annulare Chromatographie

www.morbidelli-group.ethz.ch

Nachteil SMB: nur zwei Produktströme

8

Allgemeines Schema eines Membrantrennprozesses

Zulauf Permeat

Retentat

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:

14

Aufbau und Konzentrationsprofil in anorganischen Membranen

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

23

Hybridprozess

24

Kombination von Rektifikation und Pervaporation

Trennung des Systems Isopropanol - Wasser durch Pervaporation ( Membran PERVAP® 2201 (Sulzer Chemtech) )

Permeatdruck P=0.3 mbar

Priv. Mitteilung, T. Sanz-Diez (2004)

26

Beispiel: Veresterungsreaktion (Membranreaktor)

27

Prinzip der Haemodialyse

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, =−= ∑

46

McCabe-Thiele-Verfahren für das System Methanol-Wasser

1+min

D

vx

v = 1.4 vmin

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

53

Rektifikative Trennung eines 5-Stoffgemisches

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

58

Absorptionsanlage

59

Typische Extraktionsanlage

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

62

Ausnutzung des Gegenstromprinzips bei der Adsorption (PAREX)

63

Annulare Chromatographie

www.morbidelli-group.ethz.ch

Nachteil SMB: nur zwei Produktströme

64

Prinzip von Membrantrennprozessen

Zulauf

Zulauf

Permeat

Permeat

Retentat

Retentat

Porenmembran

"Löslichkeits"- Membran

65

Hybridprozess

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?

68

Schema einer Vinylacetatanlage

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)

70

LTP GmbH DDBST GmbH

Ausgründungen

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

72

Sponsoren des UNIFAC-Konsortiums (Januar 2006)

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

74

Azeotrope und Extraktive Rektifikation

10 00 007 Synthese

11.02.99

7501 01 004 Bedeutung

Trennung des Systems Methanol (1) - Wasser (2) - Ethanol (3) -Isobutanol (4)

DESW