hydrodynamik und stofftransport in einer miniplant-extraktionskolonne

2
struktiven Ausführung haben sich neben fest eingebauten Trennwänden Systeme mit losen, steckbaren Trennwande- lementen durchgesetzt. Sie ermöglichen den Ausgleich von Unrundheiten und Maûabweichungen des Kolonnenkör- pers. In Verbindung mit speziell hergestellten selbstzentrie- renden Kolonnenpackungen werden hohe Trennleistungen sichergestellt. In bestimmten Anwendungsfällen werden seitlich oder auch diagonal versetzte Trennwände einge- setzt. Die Auswahl hängt von der Zulaufzusammensetzung und dem Zustand des Zulaufgemisches bzw. des Seitenpro- duktes ab. Abbildung. Trennwandkolonnen. Für die Regelung von Trennwandkolonnen wur- den für verschiedene Anwendungsfälle robuste Regelungs- konzepte ausgearbeitet. Die rechnerische Auslegung kann mit herkömmlichen Simulationswerkzeugen erfolgen. Pro- gramme mit einer Matrizeninversion sind sequenziell arbei- tenden Systemen hinsichtlich der Konvergenzeigenschaften überlegen. Für die experimentelle Ausarbeitung stehen Apparaturen im Labormaûstab zur Verfügung. Bei der BASF werden derzeit etwa 40 Systeme mit Durchmessern von 0,6 bis 4 m industriell eingesetzt. Die erste Trennwandkolonne ging 1985 in Betrieb. Es ist zu er- warten, dass sich dieses Kolonnenkonzept zu einer Stan- dardlösung entwickeln wird. N.11 Hydrodynamik und Stofftransport in einer Miniplant-Extraktionskolonne Dipl.-Ing. P. Kolb* 1) E-Mail: [email protected] Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. H.-J. Bart 1) Dipl.-Ing. U. Bühlmann 2) Dr.-Ing. B. Schenkel 4) Dipl.-Ing. J. Jeisy 3) Dr. C. Rose 5) 1) Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, Universität Kaiserslautern; 2) Kühni AG, Verfahrenstechnik und Umwelttechnik, Allschwil, Schweiz; 3) Roche AG, Process Development, Sisseln, Schweiz; 4) Novartis Pharma AG, Technical R&D, Basel, Schweiz; 5) Lonza AG, Visp, Schweiz. Die chemische und insbesondere die pharmazeutische In- dustrie müssen unter dem Druck eines immer härteren Wettbewerbs ihre time-to-market-Zeiten nach der erfolg- reichen Entwicklung eines Produktes drastisch verkürzen. Erfolgreiche Forschungsprodukte müssen in rasanter Ge- schwindigkeit bis zur Marktreife entwickelt werden. Einen wesentlichen Fortschritt bringt hier die Miniplanttechnik bei der prozesstechnischen Realisierung von Produktions- verfahren. Die Miniplanttechnik ermöglicht die Abbildung eines Gesamtverfahrens im kleinstmöglichen Maûstab und stellt somit eine miniaturisierte Pilotanlage für Mengen- ströme von 0,1 L/h bis 10 L/h dar. Neben dem Vorteil gerin- gerer Mengen zeichnen sich Miniplantanlagen im Bereich der Feasibility (¹Machbarkeitsª-) Studien, Untersuchungen zur Rückführ- bzw. Wechselwirkungsproblematik, in der Bereitstellung von Kleinst-/Mustermengen und in der Ver- fahrensoptimierung aus. Es ist wünschenswert, dass die in den Units einer Miniplantanlage erzielten Ergebnisse zur Auslegung der späteren industriellen Anlage (Scale-up) ge- nutzt werden können. Als Folge der in Extraktionsapparaten erreichba- ren hohen flächenbezogenen Durchsätze kommen für die typischen Mengenströme in Miniplants von maximal 10 L/h nur Apparate mit sehr kleinen Abmessungen in Frage. Die Durchmesser von Extraktionskolonnen liegen somit in der Gröûenordnung von NW30, ein Bereich, in dem sich bereits die negativen Einflüsse der Kolonnenwand deutlich be- merkbar machen. Folglich existieren für diesem Bereich keine standardisierten Versuchskolonnen, und nach bishe- rigen Erfahrungen erlauben die in solchen Apparaten durchgeführten hydrodynamischen Untersuchungen kei- nen direkten Scale-up. Basierend auf experimentellen, hydrodynami- schen Untersuchungen konnte erfolgreich ein funktionsfä- 1166 Chemie Ingenieur Technik (75) 8|2003 Aufbereitungsverfahren

Upload: p-kolb

Post on 11-Jun-2016

214 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

��������� ���� ��� ��� ��� ��� ���� ���������������� ������� ��� ����� ��������� �������������� ���� �������� ��� �������� � �� ������� �� ��� ���� �� !�"������ ��� ��� #��������$���� % &������� ��� �$������ ����������� ����������������� #����$������ ����� � � �������������� ����������� % ��������� ����������� ������������ ���� ��� ������� ��������� ������� ����������� '�� ���� � ��� �� ��� (�������������������� ��� (����� ��� (����������� �� ���� ��� �����$��������� ���

������������������������

)�� ��� *������ �� ����������� ������ ��� ����� ����� ����������� ������� *������������$�� �������������� '�� ��� ����� � ������� ����� ��������� � ������������������� �������� +��������� ��� ���� !������������� ��� ��,������� ���������� ������� ���� ���� ��� #������������� ������������� )�� ��� �-$���������� ���������� ��� �$$������� �� .������"���� ��� &��������

/�� ��� /�) ����� ������� ���� 01 ���������� '��� ������ �� 1�2 ��� 0 � ���������� ���������� '������� ����������� ��� 3456 � /������� 7� ��� �� ��������� ���� ��� ������ #��������$� �� ���� ������������� �������� �����

����

���������� ��� � ��� ������� ����� ������ ��� �� ���������

� � � � � � � � � �� �� � � � �

7�!���8 $����9�����������

� � � � � � � � � � � � � � � �� � ! " � � � � � # � $ � � �

� � � � � � � � � %� $ &" �� ��� '

� �� � � � � � $� � ! " � � � � (

� � � � � � � � � # � # � � � )

� �� * � + � � � ,

3: .� ���� � ��� � ������ � &���� ������ ��� ���������#������������;

<: #� � =� &���� ������ �� �� �������� ������� ���� �� ����;

>: *�� � =� +������ '�����$���� ������� �� ����;

0: ?������� + ���� =� ��� ���� *@'� /����� �� ����;

6: .��� =� &��$� �� �����

'�� � ����� � �� ���������� ��� $ ����������� � %�������� ����� ���� ��� '���� ���� ����� ������A���������� � �� ���������������(���� �� ��� ����������� � 7�������� ���� +�������� �������� ���������7��������� � )���� ���$������� ����� � ������� =���� ��������� ��� ��� !��������� ��������� ������ 7���������� � )����� ���� ����� ��� ��� !��$������ ����� ��� $��������� ��� � *���������� �� +��������������� ��� '�� !��$������ �� �������� � ��� ����������� =���������� ��� �� ������������ � !�"���� �������� ����� ��� �������������� +��������� ��� !���������� �� 1�3 .B ��� 31 .B ���� ?��� ��� &������ ���������� !��� ���� � ��� !��$�������� �� /����� ��� )���������� CD!�� ��������E�: ������� ������ ������ *����� �� ���� A�� ����������$����������� � ���/������������ �� #������B!��������� �� � ��� &����� ����$�������� ���� 7� ��� ���� ������� ���� ��� ��� ��� ���� !��$�������� �������� 7�������� ���������� ��� �$����� ����������� ���� C�������$: ������� ����� ����

�� )���� ��� � 7-���������$$����� ������ ����� � � ���� �������� '��� ����� ����� ��� �����$��� � !��������� � !��$���� �� ��-���� 31 .B �� $$����� ��� �� � ����� �������� � )����� '��'��� ������ �� 7-������������� ����� ����� � ���=��"������ �� ?A>1� �� /����� � � ��� ��� ���������� ������� 7������� ��� #������� ������� ���������� ��� �� )������ �-������� ��� ������ /����� ���� �������������� &����� ������� �� �� ��� ������ 7��� ���� ������� ��� � ���� � $$��������� ���� ��� ����������� � ������ ��� ����� ������� �������$�

/������� ��� �-$����������� ������������ � ������ ��� ���� ���������� �� ����������

3322� ���� ��������� ��� ��� ���� � � ����

� � � � � � � � � � � � � � � � � �

���� ���� ���� !��$����-������� ��� ��$ #� � ������� %����� ������ �� >< �� ��������� ������'��� �������� ����������� &��������� ��� 7������C����� F����� �������� �� G��$������ � � ����: ��������� 7������ ��� ��� H���������� ������� �� �������������������� � ��� ��� 7)G7���������������� /����������BA�����B���� ������ �� ������� ���$�������� *����������� ���������� ��� ������� ������� ������������ &������� ��� +���������� 7-$���������� �� �������� � ������ ��� CG)': ��� /���� ��� '��$�������������� ��������� ����� /�����

I3J =� =������ ������������ � !�� � �����

��������������� ��� ������������ �� �� ������������ ����� ��!���"#���$����#�% ��& ��� �� '��� ( ��� )��(������"*� ��"+���� ,-.�

���� ����

-�� .-�&����/�������0 1��!"���.�� �� �� ��� /��!���� � ��������� ��� "��������� 2�� ���������� �� �� �� � � �!"�� ���������!"�� ���!����������

�� � � � � � � � � /� * � 3 � � � � � � � � � � � �

7�!���8 � �����$ ������������9����������� ���

� � � � � � � � � �� + � 4 � � '

3: 7�H .����������������� ���� .)K 73<�<��� ������������"� 4� GH�514< (���� � �� ����;

<: H7%?#7. =� =�������=���������"� 3�'�L0><3 /����� ����/�������

)�� ��� ����� ���� ���$���� � � �� �������� ������� /���������� ��� �� ��� $ ��������� � =���$�����$ �� ������ ���� �� A������� � ��� ��� ���� � ��� ������ � �������� �� ��� &�������� '�� � ������� � ������������� �� ��� �������� ��� ��� ����� � )������������������ �� � ������������� �� ������� =��� ���� �� ���� � ���� ��� )����������������� ������ �� ���"� ���� ��� )���������� ��� ��� ����� �� A�� �� ����� �� 7�� ������ ��� K$��������

��� ������� ���$�������� ��� ��� �� ������� M��������$��� ��� ��� ���� � ��� � ������ � �������� ��� �� ��������� % N������ (��� ��� ��� #��������������� ��� ��� ��� � ���� &���� ������� ����� ���������� �� ������ ��� ���� � �� � ������ � +��������� ����� ��� &��������� ��� )������������������ ���)��������� �������� ������ ��������� ������ '�� &������� ������ ��� ���� �� ������ � +��������� �� &������� �� �� ����������� &���� ��� ����� � ���� ������� ��������� *������� �� ��� +��������

'�� #���$� ��� �$������ (����������� �������� ��� M���������� �� ������� �� '���� �� (��������������� '�� �$������ (����������� ������ ����� ���#�������� �� ������������ (���������� �� '�������������� ���� '�� =������������������ � ��� (���������������� ���� ��� ����� ����� ������ ��� ���� ������� �� ���$���� )�������� ������ � ������ &����� ������� �� ������ C#�������������� ��:� '���������� %��� ��� ������� � =������������������ ��(������������� �������� � ��� ������� � '��� �������C)���B)������������� )�������� ����� ��B��-��������:� 7��������� �� ������� �� $����� !�����'���� ����� ��� ������ ��� ��� ������� �+�������� ��� �� (������������� � ��� /����� � '��� ��������� 7��������� �� ������� �����������

!�� H���� ���� �� ����������� !�������������� ���� ��� 7������ ���� ������� � .��������� ����� 7����������� �� ��������������� �� ���� �������� $����� !���� ������� � ������ '���� �������� ���� ������� � ���� ������� � =������� ��� ����-���� 6 ��� �� ���� +������,��� ��� �� <�6 H� ������������ )�� ����� &����� � ����� ���� ����� ����� !������������� �������� C�� ���:

���������/�� ���� #�� ( ���� ��� ��� ����0 ����� � ����������� 1�� �� �2 +� ��$������!����#��3 )� �� �����&�� ��4��� !(�� (��$����3 �� ���� ��4������ ����$�������

=���������� �� ���� �� ����������� 7������ ��� +��G��������� C+�������������G�������������������: ��� ����� ������ ��� � )��-�������� �� (��������� �������� �� � � ������ ?��� ��� �������� �(����������� ����� ������� ���� (����������������'��$����� � �� 7-�������� ��� (�������� ���� ����� ��� '�� 7������ �� ������� � '����������� ��������� �� ����� ������ ������� ������� G ��� ���K$�������� ������������ +������� ��� /���� ��� ���� ���� ���� ��� ��� � .������

� � � � � � � � � � � � � � � � � � 332L� ���� ��������� ��� ��� ���� � � ����