Effiziente thermische Trennverfahren
Fluide Trennprozesse wie Rektifikation, Destillation, Absorption, Desorption und Extraktion sind zentrale Grundoperationen in praktisch allen Sparten der Prozessindustrie. Die Dampf-Flüssig-Trennoperationen stellen in der Regel die energieintensivsten Verfahrensschritte dar, da mehrfache Verdampfungs- und Kondensationsvorgänge involviert sind. Schätzungsweise 3 % des Weltenergiebedarfs entfallen auf thermische Trennprozesse und 40 % des Energiebedarfs der Prozessindustrie werden für Destillations- und Rektifikationsprozesse eingesetzt. Da der Energiebedarf linear mit der Kapazität einer Anlage skaliert, kann dieser bei Prozessen industriell relevanter Produktionskapazitäten oft 10 bis 100 MW betragen.
Der hohe Energie- und Ressourcenbedarf von thermischen Trennverfahren führt zu innovativen Optimierungsansätzen zur Intensivierung des Kontakts der beteiligten fluiden Phasen. Insbesondere Konzepte zur Erhöhung der Turbulenz in beiden Phasen sowie zur Vergrößerung der Phasengrenzfläche befördern die Stoff- und Wärmeübertragungsprozesse.
Der Komponententrennung nachgelagert ist die Dampf- und Flüssigphasentrennung, deren Effektivität entscheidend zur Reduktion unsicherheitsbedingter Zusatzausrüstungen ist. Aus trenntechnischen Gründen ist ein Verschleppen, wie beispielsweise der Mitriss von Tropfen in der Dampfphase, zu vermeiden, um die zuvor investierte Trennleistung nicht zu beeinträchtigen.
Entscheidend für ein besseres Gesamtprozessverständnis sowie zur Ableitung verlässlicher Auslegungsregeln sind detaillierte experimentelle und theoretische Untersuchungen elementarer Transportphänomene trennwirksamer Einbauten, wie beispielsweise Kolonnenböden.
Die gegenwärtigen Forschungsaktivitäten umfassen insbesondere: