Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4524
Main Title: Dampfpermeation mit Polymermembran für die Entwässerung von Ethanol und anderen organischen Flüssigkeiten
Subtitle: Ein Technologiepaket
Translated Title: Vapour permeation with polymer membrane for dewatering ethanol and other organic solvents
Translated Subtitle: a technology package
Author(s): Wusterhausen, Meik
Advisor(s): Wozny, Günter
Referee(s): Repke, Jens-Uwe
Brinkmann, Torsten
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Ein wachsender Markt für biogene Lösungsmittel und Kraftstoffe erfordert effiziente Produktionsprozesse. Innerhalb der Produktion verbraucht der Reinigungsprozess einen erheblichen Anteil der Gesamtprozessenergie. Die wichtigsten Vorteile der Dampfpermeation in einem Rektifikations-Hybridverfahren, im Vergleich zu konkurrierenden Verfahren, sind geringere Betriebskosten und eine stationäre Fahrweise. Nachteile der Entwässerung mit organischen Membranen auf dem Stand der Technik sind Sensibilität, Unzuverlässigkeit und dadurch eine unzureichende Produktqualität. In dieser Arbeit wurde eine organische Membran, auf Basis von Polyvinylalkohol verbessert. Sie verhält sich in Langzeitversuchen mit herkömmlichen organischen Lösungsmitteln, bei Temperaturen bis 140 ◦C und einem Feedmassenanteil von 0,17 kg/kg Wasser, stabil. Die verbesserte Membran kann einfach und kostengünstig in großtechnischem Maßstab produziert werden. Die Membran-Charakterisierung erfolgte durch Dampfpermeationsanlagen im Technikum- und Pilotmaßstab. Filmkondensation auf der Retentatseite der Membran, als ein bisher nicht diskutiertes Phänomen, wurde während der Experimente festgestellt und durch ein Simulationsmodell validiert. Ein Taschenmembranmodul mit einer hohen Packungsdichte und niedrigem Druckverlust des Retentats, wurde in den letzten Jahren entwickelt. Aufgrund seines geringen Wirkungsgrads während der Experimente, wurden die auslösenden Parameter dazu untersucht. Nach der Identifizierung des Permeat-Druckverlusts als eine mögliche Ursache, wurde das Modul und die Taschenmembran modifiziert, um die Effizienz zu steigern. Die Herausforderung für einen Technologietransfer von der Forschung in die Industrie besteht in der ungenügenden Erfahrung beim Membran-Anlagenbau. Ein Konzept für ein Auslegungswerkzeug wurde entwickelt, um Ingenieure bei der Auslegung von Membrananlagen mit grundlegenden Designparametern zu unterstützen. Das Auslegungswerkzeug verwendet eine freie grafische Benutzeroberfläche und eine Tabellenkalkulation für die Berechnung und Präsentation der numerischen Ergebnisse eines VBA-Makros.
A growing market of biogenous fuels and solvents requires efficient production processes. Within the production, the purification process consumes a higher rate of the overall process energy. Major advantages of the vapour permeation in a distillation hybrid process in comparison to competing processes are lower operating costs and steady state behaviour. Disadvantages of state-of-the-art organic membrane dewatering technology are sensibility, unreliability and insufficient purified product quality. In this work, an organic membrane, based on polyvinyl alcohol has been improved. It is longterm stable to common organic solvents, temperatures up to 140 ◦C and 0.17 kg/kg mass fraction water in the feed. The improved membrane can be easily and cheaply produced in industrial scale. The membrane characterisation was done with bench- and pilot-scale vapour permeation facilities. Film condensation on the retentate side of the membrane, as a up-to-now undiscussed phenomena, was discovered during the experiments and validated by a simulation model. An envelope type membrane module has been developed in recent years with a high packing density and low retentate pressure drop. Due to a decreased degree of efficiency during the experiments, the crucial parameters were investigated. After identifying the permeate pressure drop as the potential major cause, the envelope type membrane and module was modified to improve the efficiency. The challenge for a technology transfer from research to industry is insufficient ex- perience in the industry. A software tool concept has been developed to support the engineers, designing membrane facilities with its basic design parameters. This basic engineering tool uses a free graphical user interface and a spreadsheet for initial designing and presenting the numerical results from a VBA macro.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus4-68038
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/4821
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-4524
Exam Date: 26-Jun-2015
Issue Date: 28-Jul-2015
Date Available: 28-Jul-2015
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
660 Chemische Verfahrenstechnik
Subject(s): Entwässerung
Dehydrierung
Absolutierung
Dampfpermeation
Pervaporation
Membran
Ethanol
Butanol
Propanol
Lösungsmittel
Dewatering
dehydration
absolution
vapour permeation
pervaporation
membrane
ethanol
butanol
propanol
solvent
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/
Appears in Collections:Institut für Prozess- und Verfahrenstechnik » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
wusterhausen_meik.pdf15.19 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons