Die Leistungsfähigkeit einer Membrantrennanlage wird bestimmt durch

• die Permeatdurchflussmenge pro Einheit Membranfläche und
• die stoffbezogene Membranselektivität.

Die Festlegung dieser beiden Betriebsparameter im Auslegungsprozess bestimmt maßgeblich die Anlageneffizienz.

Quelle(n):

• WS Atkins Consultants Ltd (1997): Cost-Effective Membrane Technologies for Minimising Wastes and Effluents. Technology Best Practice Programm, Guide GG54, auch verfügbar als PDF: S. 10 Link

Membrantrennverfahren werden eingesetzt zur

• Aufkonzentrierung eines Produktes oder Hilfs-/Betriebsstoffs: Abtrennung der verdünnenden Substanz (z. B. Wasser oder Lösungsmittel)
• Aufreinigung eines Produkt-/Hilfs-/Betriebsstoffgemischs: Abtrennung von Verunreinigungen
• Fraktionierung eines Stoffgemisches in Wertstoffe und Verunreinigungen

Verschiedene Membrantrennverfahren stehen zur Verfügung. Die Auswahl richtet sich in erster Linie nach der Molekülgröße der zu separierenden Stoffe. Die verschiedenen Membrantrennverfahren werden durch die Porengröße der Membran charakterisiert. Typische Membrantrennverfahren (abnehmende Membranporengöße) sind im Folgenden dargestellt:

• Mikrofiltration
• Ultrafiltration
• Nanofiltration
• Umkehrosmose

Quelle(n):

• WS Atkins Consultants Ltd (1997): Cost-Effective Membrane Technologies for Minimising Wastes and Effluents. Technology Best Practice Programm, Guide GG54, auch verfügbar als PDF: S. 8 f. Link

 Neben den positiven Effekten sind folgende Herausforderungen zu meistern, um eine ressourceneffiziente Membrantrennung zu gewährleisten:

• Eine für die Trennaufgabe geeignete Membran muss im Rahmen eines zum Teil aufwendigen Membranscreening-Verfahrens gefunden werden.
• Membranfouling (Verschmutzung) kann während des Trennprozesses auftreten: Strategien für ein Monitoring und Maßnahmen zur Vermeidung bzw. Beseitigung müssen erarbeitet werden.
• Oftmals weisen Membrane eine geringe stoffbezogene Selektivität auf: Dies verlangt eine sehr gute Definition der Trennaufgabe und ein darauffolgend sorgfältiges Membranscreening.
• Die Begrenzung der Membranlebensdauer erfordert einen häufigeren Membranaustausch: Der Aufbau der Membrananlage sollte so gewählt sein, dass ein einfacher Wechsel möglich ist.

Quelle(n):

• WS Atkins Consultants Ltd (1997): Cost-Effective Membrane Technologies for Minimising Wastes and Effluents. Technology Best Practice Programm, Guide GG54, auch verfügbar als PDF: S. 7 Link

Die Prozessintensivierung verfolgt das Ziel, deutliche Effizienzsteigerungen in chemischen und biotechnologischen Verfahren durch die Anwendung innovativer Technologien zu erreichen. Im Bereich der Produktaufbereitung sind bisweilen Stoffsysteme zu handhaben, die besondere Anforderungen an den Trennprozess stellen. Mit Hilfe von Methoden der Prozessintensivierung kann in diesen Fällen häufig zu effizienten Produktionsverfahren gelangt werden. Beispiele zur Prozessintensivierung im Bereich der Produktaufbereitung sind die sogenannten hybriden Trennverfahren.

Der Einsatz prozessintensivierter Membrantechniken kann auch im Umfeld der Produktaufbereitung zu einer positiven Beeinflussung der Ressourceneffizienz führen. Die Membranen dienen hierbei in hybriden Systemen dem kontrollierten Massentransfer zwecks Erzeugung einer Übersättigung. Verschiedene "klassische" Verfahrenstechniken werden dabei durch Membransysteme ergänzt und erweitern deren Funktionalität.

Membranabsorption/-strippen

Dieses Membranverfahren eignet sich für die Durchführung verschiedener Trennprozesse. Im Bereich der Abgasreinigung findet sich die Membranabsorption als etabliertes Verfahren zur Abtrennung von CO₂ aus Rauchgasen. In der Biotechnologie kann es zur Abtrennung von DNA aus biotechnologischen Produkten eingesetzt werden. Es können sowohl Flüssigkeiten zum selektiven Entfernen von Inhaltsstoffen aus Gasen als auch Flüssig/Flüssig-Phasentrennungen realisiert werden. Ebenso kann ein Gas zum Strippen von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Eine spezielle Kunststoffmembran (z. B. aus Polyethersulfan), die auch chemisch modifiziert sein kann, dient dabei zum Aufbau einer Konzentrationsdifferenz. Ein kontrollierter Massentransfer durch die Membran hindurch hin zur Absorptionsflüssigkeit oder zum Stripgas ermöglicht hohe Fließraten und scharfe Trenngrenzen. Insbesondere aus energetischen Gesichtspunkten stellt dieses Trennverfahren eine interessante Alternative bei der Produktaufbereitung dar.

Membrankristallisation

Bei der Membrankristallisation werden die Prozesse der Kristallisation und der Verdampfung unter Verwendung spezieller Membranen miteinander kombiniert. Dabei trennt die Membran den Verdampfungs- und Kondensationsabschnitt voneinander und stellt eine physikalische Basis für das stattfindende Kristallwachstum dar. Diese Methode der Kristallisation zeichnet sich durch die milden Verfahrensbedingungen sowie das hohe Niveau der resultierenden Kristallqualität aus. Die Entwicklung industrietauglicher Membranen für diese Verfahren stellt eine besondere Herausforderung dar. Die Membrankristallisation bietet sich aufgrund der erreichbaren hohen Produktqualitäten insbesondere für die Herstellung hochreiner Stoffe an. 

Membrandestillation

Durch die Kombination eines thermischen Trennprozesses mit einer Membrantrennung – auch Pervaporation oder Dampfpermeation – entsteht ein Hybridprozess, der als Alternative zur Umkehrosmose und zu Verdampfungsprozessen betrachtet werden kann. Hierbei wird durch einen Temperaturunterschied und eine sich hieraus ergebende Dampfdruckdifferenz ein Stoffaustausch eingeleitet. Das "abgebende" Medium ist durch eine Membran von dem "aufnehmenden" Medium getrennt. Neben der Entwässerung von Lösungsmitteln entstehen durch die Membrandestillation deutliche Kapazitätserweiterungen klassischer Trennkolonnen.

Membranextraktion

Die Membranextraktion stellt einen Prozess zur Verfügung, der eine zuverlässige Trennung von gelösten Stoffen zulässt. Neben dem Einsatz in der Abwassertechnik und dem klassischen Feld der analytischen Produktaufbereitung findet die Membranextraktion in der Biotechnologie ein ideales Anwendungsgebiet. Die Abtrennung eines Produktes aus Fermetationsflüssigkeiten oder die Trennung von Enantiomeren kann mit diesem Verfahren sicher durchgeführt werden. Eine Steigerung der Ressourceneffizienz erfolgt durch die leistungsfähige Separation von Produkt und Abfallstoff.

Quelle(n):

• ProcessNet - Fachsektion Prozessintensivierung (2008): Prozessintensivierung - Eine Standortbestimmung. ProcessNet - Eine Initiative von Dechema und VDI-GVC, auch verfügbar als PDF unter: Link
• Action Group PI (2009): European roadmap for process intensification, Appendix 1 "PI Technologies Description and Review" , S. 24 ff.

Um einen material- und energieeffizienten Betrieb einer Membrananlage zu gewährleisten, sollten folgende Schritte beachtet werden:

• Definition der Trennaufgabe
• Membranscreening: Suche und Auswahl einer Membran, die dem Trennproblem gerecht wird
• Ausgewählte Membran: Nachweis Erfüllung Trennaufgabe
• Auslegung und Bau der Membrananlage
• Funktionsprüfung und Vergabe einer Prozessgarantie
• Optimierung der Betriebsparameter während der Inbetriebnahme
• Bei stabilem Betrieb Überprüfung der Erhöhung der Behandlungskapazität

Quelle(n):

• Sulzer Chemtech (kein Datum): Membrane Technology. Sulzer Chemtech, Allschwil (Schweiz), auch verfügbar als PDF: S. 5 Link

Der Einsatz von Membrantrennverfahren bietet folgende Vorteile:

• Geringen Energieverbrauch, verglichen mit anderen Trennverfahren wie beispielsweise Destillation
• Anwendbarkeit in einem großen Bereich von Herstellungsprozessen
• Wartungsarmes Trennverfahren: wenige bewegende Apparateteile
• Flexible Betriebsweise möglich: kontinuierlich und diskontinuierlich
• Produkte oder Hilfs-/Betriebsstoffe werden nicht chemisch verändert
• Membrantrennanalgen sind modular und kompakt aufgebaut und somit flexibel einsetzbar
• Membraneigenschaften sind variabel einstellbar
• Permeatqualität ist oftmals unabhängig von den Feedstrom-Konzentrationen

Quelle(n):

• WS Atkins Consultants Ltd (1997): Cost-Effective Membrane Technologies for Minimising Wastes and Effluents. Technology Best Practice Programm, Guide GG54, auch verfügbar als PDF: S. 7 Link

• Entwicklung säurebeständiger Beschichtungen für Rohrmembranmodule für die Aufbereitung von partikelhaltigen Prozesswässern
• Einsatz neuer Beschichtungsverfahren wie der generativen Nanofabrikation und der reaktiven Grenzflächenpolymerisation sowie numerischer Strömungsimulation
• Simulationsvalidierung mittels nichtinvasiver Messung und Testung als Industriemodul
  

• Umbau der Enteisungsanlagen und Entwicklung einer neuen Membrananlage für die Veredlung von Textilien
• Mechanische Trennung von Karbonaten und Salzen durch Umkehrosmose und Nanofiltration in der Anlage
  
• Wiederverwendbarkeit von bis zu 90 % des eingesetzten Wassers für die Produktion
• Einsparung von 6.400 ml/a Wasser, 300 t/a Natriumchlorid, 71.000 kWh/a Energie und 5 t/a Chemikalien
  

• Aufreinigung tensidhaltiger Entfettungsbäder durch Abtrennen von Kohlenwasserstoffen mittels eines Membranbioreaktors
• Tensidrückgewinnung beträgt 46 %
• Verfahren ist ab einem Abwasseranfall von 0,04 m³/h wirtschaftlich
• Kosteneinsparung gegenüber konventionellen Verfahren (Ultrafiltration) liegt zwischen 40 % und 80 %

• Entwicklung und Optimierung eines Aufbereitungsverfahrens von industriellem Abwasser mithilfe von Simulationen
• Erprobung einer Piltotanlage mit dem Einsatz von Umkehrosmose, Nanofiltration, Elektrodialyse und Membrandestillation sowie alternativer Destillation/Kristallisation zur Salzrückgewinnung
• Ergebnis: Wasserrecyclingraten von über 95 % und bis zu 40 % Salzrückgewinnung
  

• Entwicklung neuartiger Silikalithmembran zur Abtrennung langkettiger Kohlenwasserstoffe aus Erdgas und Erdölbegleitgas
• Kostengünstige Herstellung
• Herstellung auch für Kapillarmembranen geprüft

• Membranlaminate aus kostengünstigen textilen Trägern mit anwendungsspezifisch modifizierbarer aktiver Schicht
• Erhöhung der Energieeffizienz von Gastrennprozessen

• Entwicklung von keramischen Membranen aus Siliciumcarbid und Aluminiumoxid in Form von Waben und Hohlfaserbündeln mit hydrophoben Makroporen für die Membrandestillation und hydrophilen Nanoporen für die Nanofiltration
• Entwicklung der Membranelemente mithilfe von CFD-Simulationen und Laborexperimenten
• Praxistestung der Membranelemente in einer Pilotanlage zur Aufbereitung von Salzsolen im Bergbau
  

• Entwicklung eines 7-Kapillarbündels mit Cordierit-Schutzrohr
• Aufweisen einer mehr als dreifach höheren Sauerstoffpermeation gegenüber einem herkömmlichen 10-mm-Membranrohr
• Erhöhung der Trennleistung

• Entwicklung neuer Membrantechnologien für die Membrandestillation
• Entwicklung von 100 % chlor- und fluorfreien Polymermembranen für maritime Anwendungen

• Entwicklung von Verfahren zur Aufbereitung von mit Metallanionen verunreinigten Beizsäuren-Wasserstoffperoxyd-Gemischen
• Verfahrenskombination aus Extraktion (Eisenausbeute 40 – 55 %) und Nanofiltration (Eisenrückgehalt 89 %)
• Anwendung: Kreislaufführung für eisenbelastete Beizlösungen

• Funktionalisierung und Erweiterung von Ultrafiltrationsmembranen für die Absorptionsbindung von gelösten Stoffen zusätzlich zur Filtrationsfunktion
• Entwicklung neuer Beschichtungsmaterialien und Additive für die Membranintegration
• Einsatz und Erprobung von Mixed-Matrix-Membranadsorbern für die Bindung unterschiedlicher Stoffgruppen
  

• Verfahren zur selektiven Metallabtrennung und Wiederverwertung des Spülwassers
• Verwendung von metallselektiven Extraktionsmitteln und einem Membrankontaktor mit Hohlfasermembranen
• Beeinflussung des pH-Werts vom Prozesswasser führt zur Steigerung der Extraktionsausbeute

• Rückgewinnung von Edelmetallkatalysatoren aus organischem Lösemittel mittels Membranen
• Ressourcenschonendes und energieeffizientes Trennverfahren
• Abtrennung von niedermolekularen Verbindungen aus organischen Lösemitteln
• Anwendungsbeispiel: homogen katalysierte Hydroformylierung
• Hohe Edelmetalleinsparpotenziale – Edelmetallrückhalt von bis zu 95 %
• Verwendete Membranen nicht auf die organophile Nanofiltration beschränkt

• Entwicklung eines Verfahrens zur Katalysatorrückgewinnung bei Reaktionen in wässrigen Tensidlösungen (micellare Systeme) und Mikroemulsion
• Verfahrenskombination aus Phasentrennung und Ultrafiltration
• Bestimmung der Betriebsparameter zur optimalen Zusammensetzung der fluiden Katalysatoren

• Errichtung einer Prozesswassernachbehandlungsanlage
• Verwendung einer speziell konfigurierten Membranbiologie
• Verringerung des Abfallaufkommens und Energieeinsparungen

• Entwicklung einer Verfahrenskombination aus Filtration, Ionenaustausch, Umkehrosmose, Eindampfer und Kristallisation zur Rückgewinnung von hochreinem Natriumnitrat aus dem Abwasser
• Reduzierung des Klärschlammaufkommens und der Gewässerbelastung durch organische Neutralisationschemikalien

• Entwicklung einer Recycling-Technologie für seltene Erden aus industriellen Abwässern und Bergbaurückständen
• Einsatz eines Mixes aus bekannten und neuen Verfahren zur Rückgewinnung von Gallium und Indium
• Erprobung einer Verfahrenskette mit hochbeständigen keramischen Membransystemen und elektrochemischer Abscheidung
• Test der Funktionsfähigkeit mit realen Prozesswässern der Nickelhütte Aue

• Optimierung von Filtermembranmodulen für die Verlängerung von Wartungsintervallen und der Alterungsbeständigkeit
  
• Erzeugung eines elektrischen Feldes zur Verhinderung des Bildens von durchflussverringernden Deckschichten
• Einbringung von Elektroden und Substrat auf Membranen per Druck
  

• Entwicklung eines Membranverfahrens für die Wiederverwendung von Reinigungswasser
• Abscheidbarkeit von allergieauslösenden Eiweißen durch hochporöse Membran
  
• Einsparung von 52 l Frischwasser pro Jahr und Heizwärmebedarf
  

• Beladung und Regeneration in entgegengesetzter Fließrichtung
• Anlage enthält einen Kationen- und Anionenaustauscher und Harz zwischen oberem und unterem Düsenboden (γ < 10 µS/cm)
• Beim Schwebebett-Verfahren ist die Beladung im Aufstrom und die Regeneration im Abstrom
• Beim Abstrom-Gegenstrom-Verfahren ist die Beladung im Abstrom und die Regeneration im Aufstrom

Vorteile

• Hohe Entsalzungsraten
• Kompakte Bauweise
• Geringer Eigenwasserverbrauch
• Austauscherharz lässt sich sehr variabel auswählen
• Gute Ausnutzung des Regenerierungsmittels
• Sehr ökonomisch
• Bei Abstrom-Gegenstrom-Verfahren geringerer Ionenschlupf und bessere Ausnutzung des Regeneranten, aber längere Regenerationszeit

Nachteile

• Für das Schwebebett-Verfahren ist eine Vorreinigung des Wassers erforderlich (darf keine Eisen-, Mangan- und Schwebestoffe enthalten)
• Das Abstrom-Gegenstrom-Verfahren hat eine aufwendige Technik, einen höheren Verbrauch an Regeneriermitteln und die Bedienung und Automatisierung sind schwieriger

Quelle(n):

• Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 250

• Beladung und Regeneration in gleicher Fließrichtung

Vorteile

• Robustes Verfahren: widerstandsfähig bei mechanischen Verschmutzungen des Rohwassers
• Einfache Bedienung und Automatisierung
• Niedrige Investitionskosten

Nachteile

• Hoher Chemikalienverbrauch
• Mittelmäßige Entsalzungsraten
• Lange Regenerationszeiten
• Großes Behältervolumen
• Großer Wasserbedarf
• Höchster Ionenschlupf

Quelle(n):

• Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 250

• Stark saures Kationen- und stark basisches Anionenaustauscherharz in einem Bett gemischt
• Einsatz als "Polizeifilter" zum Feinreinigen (Polishing) nach einer Vollentsalzung oder Umkehrosmose (γ < 0,1 µS/cm)

Vorteile

• Hochreines Wasser als Produkt (kann noch vorhandene Ionen aus dem Ablauf einer Vollentsalzungsanlage beseitigen)
• Geringer Abrieb sorgt für eine lange Harzlebensdauer
• Minimaler Regenerationsmittel- und Waschwasserverbrauch

Nachteil

• Kationen- und Anionenaustauscherharze müssen zur Regeneration nach dem Dichteprinzip getrennt werden

Quelle(n):

• Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 250

• Kationen- und Anionenaustauscher in einer Säule, aber in getrennten Kammern
• Einsatz als "Polizeifilter" zur Feinreinigung (Polishing) nach Vollentsalzung (γ < 0,05 µS/cm)

Vorteile

• Geringer Verrohrungsaufwand und Platzbedarf
• Einfache und zuverlässige vollautomatische Steuerung
• Kostengünstige Alternative zum Mischbettverfahren

Nachteil

• Durch größeren Ionenschlupf durch den Kationaustauscher oft zwei Kationenaustauscher erforderlich

Quelle(n):

• Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 250

Retardation ist eine Trenntechnik zur Rückgewinnung von verbrauchten Säuren, die auf dem Ionenaustausch beruht. Das Retardationsverfahren wird in erster Linie zur Regeneration von verbrauchten Beizen und zur Konstanthaltung des Aluminiumgehalts beim Anodisieren eingesetzt. In der ersten Stufe wird eine hochkonzentrierte metallhaltige (oder eine saure Salze enthaltende) Lösung im Aufstrom durch ein Ionenaustauscherharzbett gepumpt, wo der größte Teil der Säure vom Ionenaustauscherharz adsorbiert wird, während die Metallkationen elektrostatisch abgestoßen werden und vorbeiströmen. In einer zweiten Stufe wird Wasser im Abstrom durch das Harzbett gepumpt, das die freigesetzte Säure aufnimmt. Die zurückgewonnene Säure kann wiederverwendet werden. Abhängig von der Art der Säure und des Metalls lässt sich eine Abreicherungsrate von 40 – 60 % erzielen.

Das Retardationsverfahren kann eingesetzt werden für:

• Säuren, die bei der Regeneration von Kationenaustauschern anfallen
• Schwefelsaure Elektrolyte zum Anodisieren von Aluminium
• Schwefel- oder Salpetersäurebeizen, Ätzlösungen oder Glanzbeizen für Kupfer und Messing
• Salpeter-/Flusssäurebeizen für die Edelstahlbehandlung
• Phosphor- und/oder Schwefelsäurebeizen für Edelstahl oder das Elektropolieren von Aluminium
• Schwefel- oder Salzsäurebeizen für blanken oder feuerverzinkten Stahl

Quelle(n):

• Umweltbundesamt (2005c): Merkblatt über Beste Verfügbare Techniken in der Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: S. 309 Link

• Laboruntersuchung von mit leitfähigem Polymer beschichteten Filtrationsmembranen
• Erzeugung elektrochemisch schaltbarer Trenneigenschaften durch das Hinzufügen von Gegenionen
• Verringerung von Verblockung

Flüssig/Flüssig-Extraktionen werden angewendet, wenn gängige, direkte Trennverfahren wie Destillation oder Kristallisation nicht herangezogen werden können – beispielsweise, wenn diese zu hohe Betriebskosten aufgrund hoher Energieverbräuche verursachen oder die zu trennenden Stoffkomponenten einen zu hohen Siedepunkt aufweisen bzw. zu hitzeempfindlich sind und sich bei Hitzeeinwirkung aufspalten.

Flüssig/Flüssig-Extraktionen werden zum Entfernen von Verunreinigungen und Schadstoffen sowie zur Wertstoffwiedergewinnung eingesetzt. Einsatz-Schwerpunkt:

• Wiedergewinnung oder Entfernung von leicht flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) wie beispielsweise Lösemittel oder
• Wiedergewinnung oder Entfernung von wässrigen oder organischen Mutterlaugen

Quelle(n):

• Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: S. 26 Link

Typische Apparate für Flüssig/Flüssig-Extraktion sind:

• Gegenstromkolonnen
• Zentrifugalextraktor
• Mixer-Settler
• Rührkessel

Die Effizienz von Flüssig/Flüssig-Extraktionsapparaten kann gesteigert werden, indem eine der beiden Phasen in der anderen dispergiert. Dies vergrößert die Phasengrenzfläche. Dadurch wird der Stofftransport deutlich verbessert.

Quelle(n):

• Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: S. 26 Link

Der Einsatz mehrstufiger Verdampfer erhöht die Verfahrenseffizienz und verringert den Energieeinsatz.

Quelle(n):

• cefic (2009): Energy Efficiency Handbook for Chemical SMEs - Energy Efficiency Best Practices. The European Chemical Industry Council, auch verfügbar als PDF: S. 89 Link

Organische Säuren können mit einer geeigneten in Kohlenwasserstoffen gelösten organischen Base in Abhängigkeit des pH-Wertes selektiv als Wertstoff aus wässrigen Lösungen extrahiert werden. Die Base ist in der Regel ein tertiäres Amin. Die Säure und die Base bilden in der organischen Phase eine stabile Komplexverbindung. Nach der Trennung der Komplexphase von der wässrigen Phase wird der Komplex durch die Zugabe von wässriger Natronlauge wieder aufgespalten. Die Säure wird als Natriumsalz gewonnen und kann als Produkt verwertet bzw. als Edukt oder Hilfsstoff in einem anderen Prozess wieder eingesetzt werden. Die Base und die Kohlenwasserstoffe werden im geschlossenen Kreislauf gefahren.

Vorteile

• Rückgewinnung von Edukten oder Produkten
• Reduktion der organischen Fracht im Abwasser
• Senkung der Kosten für die Abwasserbehandlung

Quelle(n):

• Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: S. 165 Link

• Untersuchung des Einflusses von Salz auf das Flüssig/Flüssig-Phasengleichgewicht
• Bestimmung des quantitativen Nutzens von Salz bei Extraktionsprozessen
• Untersuchungsergebnisse ermöglichen eine thermodynamische Optimierung

• Entwicklung eines Verfahrens zur Extraktion von Dieselkraftstoff aus kontaminierten Kunststoffbehältern
• Einsatz von überkritischem Kohlendioxid ermöglicht eine preiswerte, nicht toxische und wiederaufbereitbare Alternative zu gängigen Lösungsmitteln für unpolare Stoffe

• Mobile Ölaufbereitungsanlage "miniclean" für gebrauchte Hydrauliköle, Wärmeträgeröle und Spülöle
• Aufbereitung von insgesamt bis zu 600 Kubikmeter Öl pro Jahr im Rahmen von 30 Einsätzen
• 10- bis 20-fache Verlängerung der Öl-Einsatzzeit
• Trennung von Öl-Wasser-Gemischen aus Ultrafiltrations- und Emulsionsspaltanlagen ebenfalls möglich
  - Verwertung des wiedergewonnenen Öls als Brennstoff
  - Betriebsinterne Weiterverwendung des abgetrennten Wassers

• Kontinuierliche Nickelabtrennung aus Spülbädern der Vernickelung mittels Flüssigextraktion
• Nickelgehalt im Spülwasser wird von 2,8 g/l auf 0,0025 g/l gesenkt
• Elektrolytische Rückgewinnung von insgesamt 77 % der Nickelfracht im Spülwasser

• Entwicklung eines Verfahrens zur Rückgewinnung von Edelmetallen aus Prozess- und Recyclingwässern
• Anwendung: Katalysatorrückgewinnung bei der Chemikalienherstellung oder Wertstoffrückgewinnung im Automobilbau und in der elektronischen Bauteilfertigung
• Materialeinsparung durch Generierung geschlossener Stoffkreisläufe

• Entwicklung von scale-up fähigen und kontinuierlichen Apparaten für die Erprobung kontinuierlicher Prozesse im Labormaßstab
• Entwurf, Realisierung und Testung einer modularen Pilotanlage mit den Schritten Eindampfung, Kristallisation durch Abkühlung und Fest-flüssig-Trennung
• Prozessverfolgung sowie -steuerung mittels integrierter Sensorik und Prozessentwicklung mithilfe einer integrierten numerischen Simulation
• Skalierung des neuartigen Rohrkristallisators in Technikumsmaßstab
• Energieeinsparungen von 3 bis 5 % des Gesamtenergiebedarfs
  

• Geringerer Druckverlust als bei Schüttfüllkörperkolonnen
• Geringstmöglicher Druckverlust – eignet sich für Vakuumdestillation und Absorption
• Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
• Verschmutzungsgrad ist von der Packung abhängig
• Beste Trennwirkung unter den Kolonneneinbauten
• Sehr gut geeignet bei Neigung zu Schaumbildung

Quelle(n):

• Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 251

Allgemeine Eigenschaften

• Geringerer Druckverlust als bei Siebbödenkolonnen
• Eng begrenzter Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis aus Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
• Relativ große Verschmutzungsanfälligkeit
• Höhere Trennwirkung als Bodenkolonnen
• Alle Werkstoffe möglich
• Aufwändige Reinigung

Zylindrische Gitterfüllkörper

• Hohe Trennleistung
• Geringes Gewicht (ermöglicht große Schütthöhen)
• Hohe Porosität (ermöglicht große Volumenströme)
• Unempfindlich gegen Ablagerungen und Verstopfungen
• Geringe Randgängigkeit
• Gleichmäßige Durchströmung
• Relativ hohe Festigkeit

VSP®-Füllkörper

• Ähnliche Eigenschaften wie zylindrische Gitterfüllkörper
• Besonders für kleine und mittlere Kolonnen geeignet
• Hohe hydraulische Belastbarkeit
• Bessere Trennleistung und geringerer Druckverlust als Pall-Ringe
• Billiger als Pall-Ringe
• Gut geeignet für die Umrüstung mit Pall-Ring-Kolonnen

TOP®-Füllkörper

• Die Trennleistung ist ähnlich gut, wie bei VSP®- und zylindrischen Gitterfüllkörpern
• Besonders für mittlere und große Kolonnen geeignet
• Gute Trennleistung auch bei kleinen Belastungen

Sattel-Füllkörper, Berl®-Sättel

• Günstig für regenerative Wärmeaustausche
• Gute chemische Beständigkeit durch glatte Oberfläche
• Hohe Festigkeit des einzelnen Füllkörpers
• Sattel-Füllkörper sind günstig, (Berl®-Sättel teurer)
• Verbreitetster Keramik-Füllkörper (universeller Einsatz)
• Neigung zu Nachverdichtung (ansteigender Druckverlust)

Pall®-, Raflux®- und Modifizierte Pallringe

• Universelle Füllkörper mit breitem Anwendungsbereich
• Gleichmäßige Berieselung in der Schüttung
• Liegen in der Trennleistung und dem Druckverlust zwischen zylindrischen Ringen und Gitterkörpern
• Gute Flüssigkeitsrückverteilung
• Ungünstig bei Ablagerungen

Zylindrische Ringe

• Einfacher und preiswerter Standardfüllkörper
• Mit allen Werkstoffen möglich
• Gute rechnerische Erfassung möglich
• Relativ kleine spezifische Oberfläche
• Hoher Druckverlust
• Geringe Porosität
• Geringere Trennleistung als andere zylindrische Füllkörper

Igel®-Füllkörper

• Besonders große spezifische Oberfläche

Interpak®-Füllkörper

• Besonders preiswert durch hohe Fertigungsleistung
• Geringer Druckverlust
• Gute Trennleistung

Hacketten®-Füllkörper

• Sehr geringer Druckverlust
• Besonders geringe Verschmutzungsanfälligkeit

Kugeln

• Bevorzugt als Katalysatorträger, Strömungsgleichrichter und Wärmespeicher eingesetzt
• Gleichmäßigste Schüttung
• Kleinste Porosität
• Kleine spezifische Oberfläche
• Hoher Druckverlust

Quelle(n):

• Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 252

Einsatzbereich von Bodenkolonnen

• Schlecht benetzenden Flüssigkeiten
• Mehreren erforderlichen Zu- und Abgängen am Kolonnenschuss
• Großen erforderlichen Kolonnendurchmessern für große Durchsätze
• Starken Druckschwankungen
• Häufigen Reinigungszyklen

Glockenböden

• Hoher Druckverlust
• Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
• Verschmutzungsanfälligkeit abhängig von der Glockenform, zum Teil groß
• Gute Trennwirkung
• Universell für nahezu alle Medien einsetzbar

Ventilböden

• Mittlerer Druckverlust
• Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
• Sehr geringe Verschmutzungsanfälligkeit
• Höchster Wirkungsgrad unter den Bodenkolonnen
• Größte Durchsätze möglich
• Relativ korrosionsanfällig
• Ungeeignet bei Neigung des Mediums zu Verkrustungen

Siebböden

• Geringer Druckverlust
• Eng begrenzter Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis aus Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
• Verschmutzungsanfälligkeit nimmt mit kleiner werdenden Bohrlöchern zu
• Gute Trennwirkung
• Sehr einfach Konstruktion
• Wenn der Dampfstrom unterbrochen wird, muss die Kolonne häufig neu angefahren werden

Quelle(n):

• Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 251

• Entwicklung und Praxistest von Textilien die Edelmetalle in industriellem Maßstab aus Abwässern filtern können
• Die Textilfilter sind deutlich energieeffizienter als Alternativen
• Eigenen sich auch für Abwässer mit geringem Metallgehalt
• Die Filtereigenschaften des Textils sind auch auf Schadstoffe wie Arsen oder Cadmium anwendbar

• CO₂-Bindung mittels immobilisierter Amine an porösen Materialien
• Energieeffizente Alternative zum gängigen Amin-Wäscheverfahren
• CO₂-Menge im Abgas konnte von ca. 15 Vol.-% auf 0,6 – 1,5 Vol.-% gesenkt werden
• Keine nennenswerte Degradation des Adsorbens feststellbar

• Entwicklung und Erprobung eines neuartigen Verfahrensansatzes für stark schwankende Schadstoffemissionen organischer Verbindungen
• Kombination von Adsorption und thermischer Regenerierung mit dielektrischer Erwärmung
• Anwendung der Radiowellentechnologie unter praxisnahen Bedingungen
• Betrachtung von Betriebssicherheitsaspekten

• Ermittlung von Adsorptionsisothermen technischer Gase und einzelner Binär- und Temärgemische beim Einsatz neuer Sorbentien
• Entwickung eines neuen Messverfahrens für Sorptiongleichgewichte binärer Gasgemische mittels Druck- und Gasdichtemessungen
• Verwendung der Sorptiongleichgewichtsdaten zur Vorausberechnung von Gemischsorptionsdaten mittels Reinstoffdaten
• Durch neu entwickeltes Verfahren wird eine verbesserte Auslegung adsorptiver Gastrennverfahren ermöglicht, dies führt zur Steigerung von Energie- und Materialeffizienz im Adsorptionsbetrieb

• Regeneration der Adsorbentien mit Hilfe von Mikrowellen ermöglicht eine vereinfachte Lösemittelrückgewinnung und einen effektiven Energieeinsatz
• Entwicklung neuer Adsorbentien aus schaumkeramischen Kompositen, die sich für eine Mikrowellen-Regeneration eignen
• Technische Umsetzbarkeit wurde mittels Berechnungsmodell nachgewiesen

Organische Produkte werden zur Entfernung von Verunreinigungen in einem Reinigungsschritt mit einer wässrigen Phase gewaschen (Absorption). Eine hohe Effizienz in Kombination mit niedrigem Wasserverbrauch bei gleichzeitig verringertem Abwasseraufkommen kann mit einer einstufigen oder mehrstufigen Gegenstromwäsche erzielt werden.

Vorteile

• Rückgewinnung von Wertstoffen oder individuelle Behandlung von nicht thermostabilen Stoff-Fraktionen
• Verringerter Wasserverbrauch
• Verringertes Abwasseraufkommen, dadurch geringerer Verbrauch an Abwasserbehandlungschemikalien und geringerer Energieverbrauch während der Abwasserbehandlung (z. B. Reduzierung der Pumpenenergie)

Der Optimierungsgrad des Waschvorgangs hängt von der Größenordnung des Volumenstroms, der Art des Stoffgemisches und Konzentration der zu entfernenden Stoffe ab. Die Gegenstromwäsche ist besonders bei großen Produktionsanlagen wirtschaftlich, da aufgrund einer kontinuierlichen Betriebsweise und produktionsspezifischen Parametereinstellung der Gegenstromwäscher nahe an seinem betrieblichen Optimum und somit energie- und stoffeffizient betrieben werden kann. Bei kleinen Volumenströmen, Versuchschargen, kurzen oder seltenen Produktionskampagnen können Gegenstromwäscher nicht effizient werden.

Quelle(n):

• Umweltbundesamt (2005a): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für die Herstellung organischer Feinchemikalien. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: S. 160 Link

• Geringerer Druckverlust als bei Schüttfüllkörperkolonnen
• Geringstmöglicher Druckverlust – eignet sich für Vakuumdestillation und Absorption
• Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
• Verschmutzungsgrad ist von der Packung abhängig
• Beste Trennwirkung unter den Kolonneneinbauten
• Sehr gut geeignet bei Neigung zu Schaumbildung

Quelle(n):

• Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 251

Allgemeine Eigenschaften

• Geringerer Druckverlust als bei Siebbödenkolonnen
• Eng begrenzter Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis aus Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
• Relativ große Verschmutzungsanfälligkeit
• Höhere Trennwirkung als Bodenkolonnen
• Alle Werkstoffe möglich
• Aufwändige Reinigung

Zylindrische Gitterfüllkörper

• Hohe Trennleistung
• Geringes Gewicht (ermöglicht große Schütthöhen)
• Hohe Porosität (ermöglicht große Volumenströme)
• Unempfindlich gegen Ablagerungen und Verstopfungen
• Geringe Randgängigkeit
• Gleichmäßige Durchströmung
• Relativ hohe Festigkeit

VSP®-Füllkörper

• Ähnliche Eigenschaften wie zylindrische Gitterfüllkörper
• Besonders für kleine und mittlere Kolonnen geeignet
• Hohe hydraulische Belastbarkeit
• Bessere Trennleistung und geringerer Druckverlust als Pall-Ringe
• Billiger als Pall-Ringe
• Gut geeignet für die Umrüstung mit Pall-Ring-Kolonnen

TOP®-Füllkörper

• Die Trennleistung ist ähnlich gut, wie bei VSP®- und zylindrischen Gitterfüllkörpern
• Besonders für mittlere und große Kolonnen geeignet
• Gute Trennleistung auch bei kleinen Belastungen

Sattel-Füllkörper, Berl®-Sättel

• Günstig für regenerative Wärmeaustausche
• Gute chemische Beständigkeit durch glatte Oberfläche
• Hohe Festigkeit des einzelnen Füllkörpers
• Sattel-Füllkörper sind günstig, (Berl®-Sättel teurer)
• Verbreitetster Keramik-Füllkörper (universeller Einsatz)
• Neigung zu Nachverdichtung (ansteigender Druckverlust)

Pall®-, Raflux®- und Modifizierte Pallringe

• Universelle Füllkörper mit breitem Anwendungsbereich
• Gleichmäßige Berieselung in der Schüttung
• Liegen in der Trennleistung und dem Druckverlust zwischen zylindrischen Ringen und Gitterkörpern
• Gute Flüssigkeitsrückverteilung
• Ungünstig bei Ablagerungen

Zylindrische Ringe

• Einfacher und preiswerter Standardfüllkörper
• Mit allen Werkstoffen möglich
• Gute rechnerische Erfassung möglich
• Relativ kleine spezifische Oberfläche
• Hoher Druckverlust
• Geringe Porosität
• Geringere Trennleistung als andere zylindrische Füllkörper

Igel®-Füllkörper

• Besonders große spezifische Oberfläche

Interpak®-Füllkörper

• Besonders preiswert durch hohe Fertigungsleistung
• Geringer Druckverlust
• Gute Trennleistung

Hacketten®-Füllkörper

• Sehr geringer Druckverlust
• Besonders geringe Verschmutzungsanfälligkeit

Kugeln

• Bevorzugt als Katalysatorträger, Strömungsgleichrichter und Wärmespeicher eingesetzt
• Gleichmäßigste Schüttung
• Kleinste Porosität
• Kleine spezifische Oberfläche
• Hoher Druckverlust

Quelle(n):

• Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 252

Einsatzbereich von Bodenkolonnen

• Schlecht benetzenden Flüssigkeiten
• Mehreren erforderlichen Zu- und Abgängen am Kolonnenschuss
• Großen erforderlichen Kolonnendurchmessern für große Durchsätze
• Starken Druckschwankungen
• Häufigen Reinigungszyklen

Glockenböden

• Hoher Druckverlust
• Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
• Verschmutzungsanfälligkeit abhängig von der Glockenform, zum Teil groß
• Gute Trennwirkung
• Universell für nahezu alle Medien einsetzbar

Ventilböden

• Mittlerer Druckverlust
• Großer Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis von Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
• Sehr geringe Verschmutzungsanfälligkeit
• Höchster Wirkungsgrad unter den Bodenkolonnen
• Größte Durchsätze möglich
• Relativ korrosionsanfällig
• Ungeeignet bei Neigung des Mediums zu Verkrustungen

Siebböden

• Geringer Druckverlust
• Eng begrenzter Arbeitsbereich (Belastungsbereich: Verhältnis aus Dampf- zu Flüssigkeitsbelastung)
• Verschmutzungsanfälligkeit nimmt mit kleiner werdenden Bohrlöchern zu
• Gute Trennwirkung
• Sehr einfach Konstruktion
• Wenn der Dampfstrom unterbrochen wird, muss die Kolonne häufig neu angefahren werden

Quelle(n):

• Bierwerth, W. (2011): Tabellenbuch Chemietechnik. 8. erweiterte Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten. S. 251