Strukturelle Optimierung von Hybridprozessen aus Rektifikation und Pervaporation

Abstract:
Unter einem hybriden Trennverfahren versteht man die Verschaltung von mindestens zwei verschiedenen apparativ getrennten Grundoperationen, die auf unterschiedlichen physikalischen Trennphänomenen basieren. Das Ziel der Verschaltung ist dabei die Trennungen in den optimalen Arbeitsbereichen der Grundoperationen stattfinden zu lassen. Hybridverfahren aus Rektifikation und Membranverfahren, deren Trennwirkung nicht auf Dampf-Flüssig-Gleichgewichten basiert, sind insbesondere bei der Trennung von engsiedenden und azeotropen Gemischen von Vorteil, da diese durch rein destillative Verfahren entweder nur unter hohen Kosten oder gar nicht auftrennbar sind. Diesem Vorteil steht allerdings die erhöhte Komplexität bei der Auslegung eines solchen hybriden Prozesses gegenüber. In dieser Arbeit werden rigorose Modelle für Rektifikationskolonnen und Membrannetzwerke für die Optimierung verschiedener Verschaltungen der beiden Grundoperationen verwendet und erweitert. Als Anwendungsbeispiele werden eine Ethanol-Wasser Trennung und eine Buten-MTBE-Methanol Trennung betrachtet. Es wird jeweils eine entsprechende Superstruktur des Gesamtprozesses erstellt. Die Beispielprozesse wurden in vorangegangenen Arbeiten (Bausa und Marquardt 2000) bereits mittels Shortcut-Verfahren untersucht, welche auf bestimmten Annahmen basieren. Zu der strukturellen Optimierung der Prozesse mit der rigorosen Modelllen erfolgt auch eine Überprüfung der Annahmen für die Shortcut Berechnung mittels der Ergebnisse der rigorosen Optimierung.

Keywords:
Optimierung, Pervaporation, Rektifikation, Hybrid