Ethylacetatgewinnung durch ein kombiniertes Verfahren aus Strippung und Membrantrennung

  • Ziel dieser Arbeit war es, verschiedene Membranarten auf Ihre Trenneigenschaften bezüglich der Abtrennung von Ethylacetat aus einen Strippgasvolumenstrom von Stickstoff zu testen. Zur Durchführung wurde ein Stripping-Prozess mit nachgeschaltetem Membranprozess verwendet, wobei die praktischen Versuche an einer Anlage im Labormaßstab durchgeführt wurden. Als Membranen fanden drei verschiedene Arten Anwendung. Dies waren absorptionsselektive Silikonmembranen sowie Kompositmembranen aus einer Silikonmatrix, in der entweder ZIF-8-Partikel oder MFI-Zeolith-Partikel eingebracht wurden. Im ersten Schritt wurde mit den drei Membranarten ein Screening durchgeführt, um herauszufinden, welcher Membrantyp sich am besten für weitere Untersuchungen eignet. Dabei fanden alle Messungen bei selben Bedingungen statt, nur beim Permeatdruck gab es eine Variation. Es wurde aufgrund der limitierende Saugleistung der Membranpumpe immer der niedrigste mögliche Druck eingestellt. Im Ergebnis zeigte sich, dass die MFI-Kompositmembranen von der Trennleistung und dem Fluss den ZIF-8-Kompositmembranen leicht überlegen waren. Die Silikonmembranen zeigten, bis auf zwei, auch einen Permeatfluss auf, allerdings war dieser geringer und die Trennleistung bis auf eine Ausnahme ebenso schlechter. Aus diesem Grund wurde eine durchschnittliche MFI-Kompositmembranen für die weiteren Messungen ausgewählt. In den folgenden Schritten wurden mit der Membran MFI-4 eine Vielzahl von Prozessvariationen durchgeführt. Es erfolgte im ersten Schritt eine Variation des Strippgasvolumenstromes, um festzustellen, inwieweit dieser einen Einfluss auf die Trennleistung und den Permeatfluss der Membran hat. Es stellte sich heraus, dass dieser nur Einfluss auf den Permeatfluss und nicht auf die Trennleistung der Membran hat. Als nächstes erfolgte die Variation des Permeatdruckes, wobei hier auch Augenmerk auf die Massebilanzen gelegt wurde. Der eingestellte Permeatdruck betrug bei den Versuchen immer 100 mbar, 200 mbar und 300 mbar. Allerdings wurde zum einen mit zwei und zum anderen mit drei Permeatkühlfallen gemessen. Es wurde festgestellt, dass bei den Messungen mit drei Permeatkühlfallen eine geringere Differenz an Ethylacetat zwischen der Einwaage und der Summe aller entnommenen Proben, sowie dem Feedende festgestellt werden konnte. Zwei Kühlfallen waren somit nicht genug für eine hinreichende Kondensation des Ethylacetats. Im letzten Schritt erfolgte noch ein Vergleich zwischen N2 und CO2 als Strippgas. Es zeigte sich, dass der Permeatfluss unter Verwendung von Stickstoff leicht erhöht scheint, im Vergleich zum Kohlenstoffdioxid. Weiterhin sollten wiederholte Versuche unternommen werden, wie sich die Membranen beim Einsatz von CO2 als Strippgas verhalten. In Zukunft sollte der Einsatz der Membranen an dem Reaktor mit der Fermentationsbrühe erfolgen. Es treten dort andere verfahrensspezifische Bedingungen als an der Laboranlage auf. So werden sich unter diesen realen Bedingungen noch andere Stoffe wie Aceton oder Ethanol im Strippgas lösen. Es sollte dementsprechend untersucht werden, wie sich die Trennleistung der Membranen sowie der Permeatfluss verhalten. Auch sollten die ZIF-8-Kompositmembranen hier nochmals charakterisiert werden, da noch unbekannt ist, wie sich diese bei Kontakt mit Ethanol oder Aceton verhalten. Ebenso ist ein weiteres Augenmerk bei den zukünftigen Versuchen an dem Bioreaktor auf die mechanische und chemische Stabilität der Membranen zu legen, um den geeignetsten Typ bei Langzeitversuchen festzustellen.

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Metadaten
Author:Michael Rieß
Advisor:Hans-Dieter Schnabel
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Name:Fraunhofer IKTS
Michael-Faraday-Straße, 07629 Hermsdorf
Date of Publication (online):2021/07/07
Year of first Publication:2021
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Release Date:2021/10/08
Tag:Stripping, Dampfpermeation
Page Number:100
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik