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Experimentelle Untersuchung des flexiblen Betriebs multipler Trennwandkolonnen

Antragstellerin Dr.-Ing. Lena-Marie Ränger
Fachliche Zuordnung Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
Förderung Förderung von 2022 bis 2023
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504053756
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Destillation ist eines der energieintensivsten Trennverfahren und gleichzeitig auch das meistgenutzte in der chemischen Industrie. Schätzungen legen nahe, dass der Prozess insgesamt für 2,5 bis 10 % des Energieverbrauchs verantwortlich ist, somit leistet die Destillation auch einen erheblichen Anteil am menschengemachten Klimawandel. Die Minimierung dieses Einflusses ist das übergeordnete wissenschaftliche Ziel dieses Antrages. Ein in den letzten Jahren vermehrt untersuchter Ansatz zur Effizienzerhöhung chemischer Prozesse ist die Prozessintensivierung. Im Bereich Destillation stellen unter anderem Trennwandkolonnen einen vielversprechenden Kandidaten dar, wobei das vorliegende Projekt auf multiple Trennwandkolonnen mit mehr als einer Trennwand fokussiert. Multiple Trennwandkolonnen eröffnen die Möglichkeit, bei der Separierung von Mischungen aus vier Komponenten/Fraktionen im Vergleich zur konventionellen Destillationssequenzen um die 50 % Energie einzusparen. Die wissenschaftliche Literatur zu diesem Thema beschränkt sich bisher allerdings ausschließlich auf theoretische Betrachtungen. Im November 2021 wurde jedoch die erste multiple Trennwandkolonne weltweit an der Universität Ulm in Betrieb genommen. Im Rahmen des vorliegenden Antrags wurden erstmalig umfangreich experimentelle Validierungsuntersuchungen zum Betriebsverhalten multipler Trennwandkolonnen durchgeführt. Dabei lag der Fokus insbesondere auf dem Einfluss der Aufteilung der internen Ströme an den Trennwänden auf die zu erzielende Trennungsgüte. Laut Theorie gibt es ein gewisses Betriebsfenster, innerhalb dessen vergleichbare Produktreinheiten zu erwarten sind. Dieses Verhalten hat das Potential, einen stabilen und zuverlässigen Betrieb von multiplen Trennwandkolonnen zu erleichtern. Tatsächlich konnte das simulativ vorhergesagte Verhalten in den Experimenten bestätigt werden. Die erzielten Ergebnisse stellen einen ersten wichtigen Baustein für den Übergang von multiplen Trennwandkolonnen in die industrielle Anwendung dar. Des Weiteren vertritt die Antragstellerin die Meinung, dass eine wesentliche Hürde in Hinblick auf die industrielle Umsetzung von Trennwandkolonnen fehlendes Grundlagenverständnis ist. Daher wurden zusätzlich grundlegendere Arbeiten zur Erhöhung des Verständnisses interner Vorgänge in Destillationskolonnen und Trennwandkolonnen durchgeführt. Dabei wurde der Fokus vor allem auf die sich während der Trennung einstellende Temperaturprofile über die Höhe der Kolonnen gelegt. Aus den Profilen kann abgelesen werden, ob die Trennung so wie geplant funktioniert. Auch für Trennwandkolonnen ist dieses Wissen von großer Bedeutung, da nicht nur eine sondern drei oder im Falle der multiplen Trennwandkolonne sogar fünf verschiedene Trennungen gleichzeitig in einem Apparat durchgeführt werden. Es wurde insbesondere herausgearbeitet, wie die Profile zu lesen sind und was bei Entdecken einer Fehlfunktion als Gegenmaßnahme unternommen werden sollte. In Bezug auf Trennwandkolonnen wurde zusätzlich genauer untersucht, wie sich ungünstige interne Stromaufteilungen auf den Betrieb auswirken. Dieses Wissen ist von hoher Bedeutung, um einen möglichst optimalen Betrieb von Destillations- und Trennwandkolonnen sicherzustellen. Zur Untermauerung dieser Aussage wurden die Erkenntnisse bereits erfolgreich auf die Pilotanlage in Ulm angewendet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

 
 

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