System zur Simultanbestimmung von Reaktionswärmen und Partikelgrößen in Echtzeit (SiPRE)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das System zur Simultanbestimmung von Reaktionswärmen und Partikelgrößen in Echtzeit (SiRPE) ermöglicht die Bestimmung von Wärmetönungen chemischer Reaktionen im Besonderen auch deren Einfluss auf Lösungs- und Fällungsreaktionen. Die Bestimmung der Reaktionswärmen, die bei Lösungs- und Fällungsreaktionen entstehen, aber auch die Möglichkeit der Durchführung von Reaktionen unter adiabatischen Bedingungen stellen eine wichtige Basis für die Prozessauslegung und das up-Scaling dar. Durch den Einsatz von SiRPE wurden zum einen Erkenntnisse über chemische Aufschlussreaktion von Reststoffen wie Klärschlamm oder Erzen wie beispielsweise Zinnwaldit und zum anderen Informationen über die temperaturabhängige Partikelbildung bei Eisenoxiden gesammelt. Neben der Partikelbildung wurden auch wichtige Erkenntnisse über das Agglomerationsverhalten von Feinstpartikeln, die zum Beispiel aus der Fällung von Eisenoxiden stammen, detektiert. Die gewonnenen Daten der Wärmetönung wurden dabei genutzt, um die nötigen Prozesswärmen bzw. die Abführung dieser auch für das up-Scaling zu bestimmen. Durch die hohe Auflösung der Messtechnik von SiRPE konnten zudem zahlreiche Untersuchungen im Bereich der Biotechnologie zum Beispiel zur simultanen Verzuckerung und Fermentation (SSF) von Einjahrespflanzen, bei der Ganzzellbiotransformation oder auch der enzymatischen Hydrolyse von Klärschlämmen und Gärresten durchgeführt werden. Bei diesen Verfahren wurden erwartungsgemäß sehr geringe Wärmetönungen nachgewiesen, die aber bei der Auslegung von technischen Prozessen aufgrund der Maßstabserhöhung von entscheidender Bedeutung sind, da minimale Änderungen der Prozesstemperaturen durchaus erhebliche Auswirkungen auf das Produktspektrum und Produktausbeuten haben (z.B. bei der Ethanolgewinnung im SSF-Prozess). Auch der Nachweis von Effekten wie die temperaturabhängige Agglomeration von Zellen wurde durch den Einsatz von SiRPE ermöglicht. Mit SiRPE gelang es zudem, zahlreiche Optimierungsuntersuchungen zur Flockung von biogenen Stoffströmen wie Gärresten und Klärschlämmen in Abhängigkeit von der Temperatur durchzuführen. Dabei stellte gerade die in-situ-Partikelsonde ein wunderbares Tool dar, welches die Bestimmung der Partikelgröße aber auch Partikelstabilität erlaubte. Ohne das System war es bisher am Institut für Technische Chemie nicht möglich in diesem Maße Informationen über die Veränderung der Partikelgrößenverteilung zum Beispiel in Abhängigkeit von der Temperatur und der Einsatzmenge von polymeren Flockungsmitteln zu bestimmen. Der Einsatz von SiRPE gestattete Untersuchungen zur Scherstabilität von gebildeten Flocken, so dass grundlegende Informationen für ein up-Scaling aber auch für die Prozessauslegung hinsichtlich der Einmischung der polymeren Flockungsmittel gewonnen werden konnten.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Production of Ferrihydrite and Schwertmannite Using a Microjet Mixer Device. Chem. Eng. Res. Des. 2015
L. Reichelt, M. Bertau
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.cherd.2015.04.008) - Wertstoffgewinnung aus Kraftwerksaschen Teil I: Charakterisierung von Braunkohlenkraftwerksaschen zur Gewinnung strategischer Metalle. Chem. Ing. Tech. 2015
B. Brett, D. Schrader, K. Räuchle, G. Heide, M. Bertau
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/cite.201500052) - Wertstoffgewinnung aus Kraftwerksaschen, Teil II: Thermische und chemische Behandlung von Braunkohlenkraftwerksaschen zur Gewinnung strategischer Metalle. Chem. Ing. Tech 2015
B. Brett, D. Schrader, K. Räuchle, G. Heide, M. Bertau
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/cite.201500138) - Alginit – ein effektives Adsorbens für die Entfernung endokrin wirksamer Substanzen aus Wässern. Chem. Ing. Tech. 2017
R. Tröbs, M. Bertau
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/cite.201600170) - Integrated process for lithium recovery from zinnwaldite; Int. J. Min. Process. 2017
G. Martin, C. Pätzold, M. Bertau
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.minpro.2017.01.005) - Lithium extraction from the mineral zinnwaldite. Part II: Lithium carbonate recovery by direct carbonation of sintered zinnwaldite concentrate. Min. Eng. 2017
G. Martin, A. Schneider, W. Voigt, M. Bertau
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.mineng.2017.04.009) - Rückgewinnung Seltener Erden aus FeNdB- Dauermagneten mittels Feststoffchlorierung. Chem. Ing. Tech. 2017
T. Lorenz, P. Fröhlich, M. Bertau
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/cite.201600171)
