Projektierungskurs
2015

Gruppe 1 - Kristallisation

Melanie Eßl, Thomas Streja, Jan Gläsel, Markus Kaiser,
Gunnar Ganzer, Michael Wohlfart, Marlene Schnittker

Zeolithe sind kristalline, mikroporöse Alumosilikate mit einer dreidimensionalen Gitterstruktur. Ihre Anwendung finden Zeolithe in Ionenaustauschern, Adsorbentien und Katalysatoren. Der größte Anteil entfällt hierbei auf Waschmittel, in denen Zeolithe als Wasserenthärter eingesetzt werden (Ullmann, 2012). Katalytische Anwendungen sind hauptsächlich beim Cracken als FCC-Katalysatoren (Fluid Catalytic Cracking) und bei Isomerisierungsreaktionen zu finden.

Ziel der Gruppe 1 ist es zunächst eine modifizierte Synthesevorschrift, basierend auf einer Rezeptur für High-Alumina ZSM-5 Zeolithe aus der Datenbank der International Zeolite Association, zu entwickeln bzw. eine Aluminium- und Siliciumquelle festzusetzen. Im Weiteren besteht die Aufgabe darin, die Kristallisatoren reaktionstechnisch auszulegen. Hierbei soll die jährliche Produktionskapazität 1000 t bei einer durchschnittlichen Betriebszeit von 8000 h/a betragen. Die Kristallisatoren werden als Batch-Reaktoren ausgelegt. Zudem wird eine kontinuierliche Auslegung des Kristallisationsprozesses erörtert. Abschließend wird ein alternativer Prozess untersucht, bei dem kein Templat notwendig ist und nicht das unerwünschte Natriumsulfat anfällt.


Gruppe 2 - Viskosität

Eva-Maria Habermann, Christina Durst, Matthias Holzer, Ante Radosevic,
Nan Chen

Um eine Anlage für die industrielle Zeolitherstellung auszulegen, ist es unbedingt erforderlich die auftretenden Viskositäten abzuschätzen. Eine hohe Viskosität erschwert Transport und Rührvorgänge oder macht diese sogar unmöglich. Um eine gute Durchmischung während des Prozesses zu erreichen, sind Dimension und Rührerart genauestens auf das Fließverhalten abzustimmen. Bei der Herstellung von ZSM5-Zeolith entsteht beim Mischvorgang der Ausgangsstoffe eine hochviskose Suspension. Eine Abschätzung und ein daraus resultierender richtiger Umgang mit dieser, ist Aufgabe der Gruppe 1 des Lehrstuhles für Strömungsmechanik während des Projektierungskurses WS 2015/2016.


Gruppe 3 - Thermische Behandlung

Lisa Kohles, Jan Gläsel, Markus Kaiser, Gunnar Ganzer,
Franziska Zenges, Hui Hou, Victoria Nette

Die Aufgabe besteht darin, geeignete Apparate für zwei Kalzinierungsschritte auszuwählen und deren reaktionstechnische Auslegung durchzuführen. Die Apparate sollen für einen Batch- und kontinuierlichen Betrieb ausgelegt werden. Im ersten Kalzinierungsschritt soll der Wassergehalt unter 5% und der TPA-Gehalt unter 200 ppm gesenkt werden. Im zweiten Kalzinierungsschritt soll das Ammoniak vollständig entfernt und die Formkörper stabilisiert werden.


Gruppe 4 - Ionenaustausch

Eric Ethevenaux, Jonas Siegel, Alexander Günther, Jessica Tschernich,
Christian Dicke

Mit Hilfe des Ionenaustauschprozesses soll die nach der ersten thermischen Behandlung vorliegende Natriumform (Na-ZSM-5) des Zeolithen in die Ammoniumform überführt werden (NH4-ZSM-5). Aus dem NH4-ZSM-5 kann anschließend in der zweiten thermischen Behandlung durch Ammoniakabspaltung die Zielform H-ZSM-5 erzeugt werden. Der Ionenaustausch findet zwischen der ersten thermischen Behandlung und dem Formgebungsschritt statt.

Beim Ionentausch soll das im Prozessabwasser anfallende Natriumsulfat auf eine minimale Menge reduziert werden, oder durch Verwendung von sulfatfreien Alternativen überhaupt nicht anfallen. Die Menge an Ionenaustauschmedium und die Menge an Abwasser soll möglichst minimiert werden.

Für die nach dem Ionenaustausch folgende Formgebung muss der ausgetauschte Zeolith vom restlichem Ammoniumsulfat entfernt und auf einen entsprechenden Wassergehalt eingestellt werden. Bei der Auswahl eines geeigneten Verfahrens soll eine kontinuierliche Prozessauslegung einer Batchproduktion vorgezogen werden.


Gruppe 5 - Natriumsulfat

Detlef Freitag, Julia Born, Stephan Moser, Daniela Fischer,
Katheesan Lingeswaran

Bei der Zeolithsynthese fallen sowohl nach der Kristallisation als auch nach dem Ionenaustausch große Mengen Natriumsulfat an. Diese können nicht einfach in das Abwasser gegeben werden. Natriumsulfat kann durch verschiedene Prozessschritte aus dem Abwasser entfernt werden. Ziel hierbei ist, das Natriumsulfat als Wertstoff zu gewinnen. Zusätzlich ist es wünschenswert, das Ammoniumsulfat aus dem Waschstrom des Ionenaustauschers wieder in diesen Prozess zurückzuführen.


Gruppe 6 & 7 - Abwasserreinigung

Hannes Engelhardt, Andreas Höfler, Ynxin Xie, Marina Heinke, Vanessa Pfennig, Josef Taucher, Fabian Utzmann,
Thomas Doll, Maximilian Rothmayr, Kilian Stadler, Marcus Heilmann

Das Templat zur Zeolith-Herstellung, Tetrapropylammoniumbromid (TPABr), ist aufgrund seiner biologisch toxischen Wirkung hoch wassergefährdend. Da ein größerer Teil des eingesetzten Edukts durch Waschprozesse ins Abwasser gelangt ist eine gründliche Abwasserbehandlung zwingend erforderlich.

Dazu stehen verschiedene gängige Methoden zur Auswahl. Eine biologische Aufarbeitung des Abwassers ist nur schlecht praktikabel, da für die Mikroorganismen essenzielle Substrate wie beispielsweise Phosphor im Abwasser nicht verfügbar sind.

Auch andere herkömmliche Abwasserreinigungsmethoden wie Umkehrosmose und Filtration sind nicht praktikabel, da es mit diesen Methoden nicht möglich ist die komplette Stoffmenge aus dem Abwasser zu entfernen, was aufgrund der hohen Wassergefährdungsklasse des TPAs zwingend erforderlich ist.

Aus diesem Grund wurde, angelehnt an Informationen aus Sekundärliteratur, der Fokus auf nass- und elektrochemische Methoden gelegt, um das TPA zu ungefährlichen Stoffen wie Kohlenstoffdioxid und Wasser zu oxidieren.

Auch wurde eine alternative Aufarbeitungsmöglichkeit durch Adsorption an Silikaten genauer untersucht.

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