Analyse thermisch gekoppelter Rektifikationssequenzen ohne Dampftransfer (Liquid-Only-Transfer)

Die Rektifikation ist eine der wichtigsten Methoden zur Aufreinigung von Stoffgemischen in der chemischen Industrie, weißt aber einen hohen Energiebedarf auf. Der Energiebedarf von Rektifikationssequenzen kann gesenkt werden, indem eine thermische Kopplung durch das Ersetzen von Wärmeübertragern am Kopf oder Sumpf der Kolonnen mit bidirektionalen Dampf-Flüssig Transferströmen eingeführt wird. Aufgrund des signifikanten Energieeinsparungspotentials von thermisch gekoppelten Sequenzen, zeigt sich die thermische Kopplung als etablierte Intensivierungsmöglichkeit welche bereits hundertfach industriell eingesetzt wird. Allerdings ist sowohl die Auslegung als auch der Betrieb von thermisch gekoppelten Sequenzen herausfordernder als bei ungekoppelten Sequenzen. Dies ist in erster Linie auf den dampfförmigen Transferstrom zurückzuführen. Dieser ist normalerweise ungeregelt, hat aber einen großen Einfluss auf das Einsparungspotential der Sequenz. Darüber hinaus ist die individuelle Einstellung des Betriebsdruckes durch die dampfförmige Verbindung eingeschränkt. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, kann der dampfförmige Transferstrom zwischen den Kolonnen durch eine Duplikation und gezielte Neuanordnung von Kolonnensegmenten eliminiert werden. Es entstehen sogenannte Liquid-Only-Transfer Sequenzen (LOT), welche thermodynamisch äquivalent zur ihren Ausgangsstrukturen sind und somit deren Energieeinsparungspotential beibehalten. Die folgende Graphik zeigt die Entwicklung einer LOT-Sequenz aus einer konventionell thermisch gekoppelten Sequenz.

Im Rahmen dieses Projektes werden LOT-Sequenzen sowohl modellbasiert als auch experimentell untersucht. Hierfür werden zum einen Methodiken zur optimalen Auslegung (Grassroot und Retrofit) entwickelt, zum anderen liegt der Fokus auf der praktischen Betreibbarkeit von LOT-Sequenzen. Hierfür wird eine LOT-Sequenz im Technikumsmaßstab betrieben und umfassend analysiert.