Download - Organophile mikroporöse Membranen zur ... - fs-journal.de · eine wirtschaftlich vertretbare Permeabilität zu erzielen, unterzieht man sie einer Hydrophilisierungsprozedur. Hydrophobe

1. Einleitung

Aus der täglichen Praxis beim Einsatz von Membranen weißman, dass deren bei weitem häufigste Applikation dem Abtrennenvon Wasser dient (z.B. Membranbioreaktor), wobei überwiegendhydrophobe Membranmaterialien verwendet werden. Um dennocheine wirtschaftlich vertretbare Permeabilität zu erzielen, unterziehtman sie einer Hydrophilisierungsprozedur.

Hydrophobe Polymermembranen werden beispielsweise vordem ersten Einsatz für einige Stunden in Methanol gelagert, umihre Benetzbarkeit für Wasser zu verbessern und dadurch diePermeabilität zu erhöhen [3]. Hier dient die Oberflächen -modifikation der Membran also nur der Leistungssteigerung, nichtaber der Erhöhung der Selektivität. Chmiel [4] schlägt deshalb vor,zur Abtrennung des in einer apolaren Flüssigkeit, wie z. B. Öl,Biodiesel oder Lösungsmittel emulgierten Wassers eine hydro -phobe Membran für mehrere Stunden in der reinen apolarenFlüssigkeit zu lagern. Die Grundlagen dazu basieren auf derkapillaren Benetzungskinetik [2]. Die so präparierte mikroporöseMembran wird von der apolaren Flüssigkeit anschließendvollständig benetzt, während ein Wassertropfen darauf einenBenetzungswinkel > 90° bildet (s. Abb. 1).

Aus dem oben Genannten geht hervor, dass das unterschiedlicheBenetzungsverhalten der Komponenten eines Organik/Wasser-Gemisches zu deren Trennung genutzt werden kann [4]. Dabeiwird von der Überlegung ausgegangen, dass die Membran dann diehöchste Selektivität für die organische Komponente erreicht, wenndie Grenzflächenspannung zwischen den beiden minimal wird,d.h. vollständige Benetzung vorliegt. Eine solche mikroporöseMembran soll im Folgenden „organophile Membran“ genanntwerden.

In Labor- und Technikumsversuchen wurden Mikro fitrations -membranen aus Polypropylen und hydrophobisierter Keramik, dienach o.g. Prozedur behandelt wurden, erfolgreich zur Emulsions -trennung von Wasser in Öl und Wasser in Methylester eingesetzt[2]. Die Experimente in Crossflow-Betriebsweise zeigtenaußerordentlich hohe Selektivitäten und Permeabilitäten, bei

gleichzeitig sehr niedrigen transmembranen Drücken. Die hohenPermeabilitäten der sehr gut benetzenden apolaren Fluide auf derhydrophoben Membran sind auf eine im Vergleich zu Wasserdeutlich geringere Haftkraft auf der Oberfläche zurückzuführen.Die vielversprechenden Untersuchungen wurden mit industriellhochrelevanten Fragestellungen verglichen und erste Unter -suchungen dazu erfolgreich auf Technikumsmaßstab erprobt [2].Das neue membrangestützte Verfahren sollte nun vor Ort imtechnischen Maßstab demonstriert werden.

Als Anwendungsbeispiel wurde die Entfernung des Restwassersbei der Biodieselproduktion von ca. 1 % auf < 0,2 % gewählt, diederzeit mittels Fallfilmverdampfer erfolgt.

2. Trocknung von Biodiesel mittels organophiler Membranen

Biodiesel lässt sich praktisch aus allen pflanzlichen Ölen undtierischen Fetten gewinnen. Während sich unter europäischenVerhältnissen Raps als ertragsreichste Ölpflanze darstellt, spielenin anderen Weltregionen Soja - oder Palmöl die herausragendeRolle.

Chemisch gesehen ist Biodiesel ein Fettsäuremethylester(FAME). Er entsteht durch einen Umesterungsprozess vonPflanzenöl [6]. Bei der Umesterung von Pflanzenöl zu Biodieselwerden die drei Rohstoffe Pflanzenöl, Methanol und anorganischerKatalysator in einem Reaktor gemischt. Lässt man basenkata -lysiert einen Alkohol auf einen Ester einwirken (in diesem Falldem Triglyzerid), so tritt Umesterung unter Bildung einerGleichgewichtsmischung der Edukt- und Produktester ein. ImReaktor entsteht ein Gemisch aus FAME und Glyzerin. Die Phasentrennen sich prinzipiell voneinander aufgrund ihrer unter -schiedlichen Dichte und Polarität. Jedoch führen Störstoffe imGemisch dazu, dass die Spaltung mit mechanischen Verfahren(Zentrifugation) unterstützt werden muss [7].

Die Biodiesel-Phase wird nach der Phasentrennung derWaschung zugeführt. Da im Biodiesel immer noch geringeMengen an Methanol, Seifen und Katalysatorreste gelöst sind,wird er zunächst mit 0,3-0,7 w-% wässriger Schwefelsäure (10-%)und ca. 5 % Wasser versetzt [8]. Dadurch werden die Seifengespalten und in freie Fettsäuren überführt. Nach dem Abziehendes schwefelsauren Waschwassers wird noch mit 3 bis 6 (10) %Wasser neutralgewaschen [7, 8]. Nach diesem zweiten Wasch -schritt sind alle Verunreinigungen außer festen Partikeln, Wasserund teilweise Methanol in ausreichendem Maße entfernt. Nach derWaschung und einem letzten Sedimentationsschritt wird derBiodiesel zunächst in einem Fallfilmverdampfer (ca. 250 mbar, ca.135 °C im Sumpf) und anschließender Flashverdampfung (ca. 25

12 F & S Filtrieren und Separieren Jahrgang 23 (2009) Nr. 1

Schwerpunktthemen

Organophile mikroporöse Membranen zur Trennung von Organik/Wasser-Gemischen H. Chmiel 1), M. Kaschek2), M. Mohrdieck3), H. Kalpen4), A. Pech4)

Der weit überwiegende Teil aller technisch relevanten Mem branverfahren trennt Lösungen, Emulsionen oder Suspen -sionen nach Partikel-, Tröpfchen- bzw. Molekülgröße und/oder Ladungs differenz [1]. Hierzu gehören z.B. die Dialyse,die Mikro-, Ultra- und Nanofiltration, die Umkehrosmose und die Elektrodialyse. Im Folgenden soll über Membrantrenn -prozesse berichtet werden, deren Selektivität auf den unterschiedlichen Wechselwirkungen der zu trennenden Kompo -nenten an der Grenzfläche Membran/Fluid beruht und die eine interessante Marktnische schließen könnten. DerTrennmechanismus ist abhängig von der Oberflächenbenetzung und der Kapillarität der porösen Membran [2]. Diesenallein mit hydrophil/hydrophob zu beschreiben wäre viel zu grob, auch wenn dies in der Literatur häufig geschieht.

1) H. Chmielaudita Unternehmensberatung GmbH, Haslangstrasse 28, D-80689 München

2) M. KaschekItN Nanovation AG, Untertürkheimer Straße 25, D-66117 Saarbrücken

3) M. MohrdieckWACKER-Chemie AG, Zentrale Ingenieurtechnik, Process Development &Simulation, Johannes-Hess-Str. 24, 84489 Burghausen

4) H. Kalpen, A. PechCampa GmbH & Co. KG, Jahnstrasse 2, D-97199 Ochsenfurt

03 schwerpunktthemen 0109:03 schwerpunktthemen 0109 15.02.2009 19:53 Uhr Seite 12

mbar) vom Wasser und den Methanol -resten befreit, um zuletzt durchmechanische Separation vorhandene festeBestandteile abzutrennen [7]. Betriebenwird die Anlage bei der Firma Campa mitDampf (165°C, 6 bar).

3. Zielsetzung

Ziel dieses – von der DBU (DeutscheBundesstiftung Umwelt) geförderten –Forschungsvorhabens war es, diese auf -wendige Separationskette energetischgünstiger zu gestalten. Insbesondere sollteder Fallfilmverdampfer möglichst voll -ständig durch ein von Chmiel [4]beschriebenes – neuartiges Membranver -fahren ersetzt werden.

An dem Forschungsvorhaben sollte derökologische Nutzen und die Wirtschaft -lich keit gegenüber dem bisherigen Ver -fahren geprüft werden. Es beteiligten sichdie Unternehmen Campa GmbH Co&KG(Ochsenfurt), A. Junghans (Frankenberg)und die audita UnternehmensberatungGmbH (München).

Campa, bei der die Pilotanlage imBypass betrieben wurde, stellte währendder knapp ein Jahr laufenden Versuchs-undAuswertungsphase 100 000 to/a Biodieselaus Rapsöl her. Der Anlagebauer Junghanswar für die Konstruktion und den Bau derMembranmodule zuständig. Die auditaUnternehmensberatung GmbH war für dieKoordination der Versuche, deren Aus -wertung und die Wirtschaftlichkeits -betrachtung verantwortlich.

4. Membranmodule für dieBiodieseltrocknung

Ziel waren Entwicklung und Bau vonMembranmodulen, die im großtechni -schen Maßstab (>1.000 m2 Membran -fläche) niedrige Investitionskosten verur -sachen und mit möglichst geringemEnergieaufwand betrieben werden kön -nen.

Wie in [2] dargelegt werden konnte,stellt die Crossflow-Betriebsweise für dasneuartige Verfahren mit den organophilenMembranen aufgrund energetischer Nach -teile nicht die optimale Betriebsweise dar.Da jedoch im technischen Maßstab undunter realen Bedingungen (Verun reini -gungen im Biodiesel, Permeabilität alsFunktion der Betriebsdauer, Langzeit -stabilität der eingesetzten Membran -materialien etc.) noch keine Erfahrungenvorlagen, wurden von der Fa. Junghans inZusammenarbeit mit der audita Unter -nehmensberatung GmbH drei verschie -dene Module mit ansteigendem Aufwandbezüglich Fertigung und/oder Betriebentwickelt, gebaut und dem PartnerCampa zur Verfügung gestellt. Hier sollnur der einfachste Modul vorgestelltwerden.

F & S Filtrieren und Separieren Jahrgang 23 (2009) Nr. 1 13

Schwerpunktthemen

Abb. 1: Randwinkel einer benetzenden Flüssigkeit (Organik) und einer nicht benetzendenFlüssigkeit (Wasser) mit einer organoselektiven Membran [5]

Abb. 2: Dead-End Polypropylenmodul mit einer Membranfläche von 4,8 m 2

Schematische Darstellung des Polypropylen-Hohlfaser-Moduls „Dead-End“

Edelstahlgehäuse des Polypropylen-Hohlfaser-Moduls „Dead-End“

Abb. 3 Modifizierte Pilotanlage zur Filtration von Biodiesel mit dem neuen Dead-End-Modul


Bei den Membranen handelte es sich um Polypropylen-Hohlfasern mit einem Innen-Durchmesser von 0,6 mm und einemPorendurchmesser von 0,1 bis 0,2 μm. Der Polypropylenmodulnach [4] mit einer Membranfläche von 4,8 m2 ist in Abb. 2, linksschematisch dargestellt. Das Feedgemisch wird dem Modul radialzugeführt (1). Dieser wird im Dead-End-Modus betrieben. Das ausEdelstahl gefertigte Druck gehäuse (2) ist in Abb. 2, rechts als Fotodargestellt. Darin befinden sich die Membranbündel (3) inSchlaufen. Die Enden der Membranbündel werden in einerLochplatte (4) mittels O-Ring-Dichtungen fixiert (siehe Abb. 2,Seite 357). Das Permeat verlässt den Modul im oberen Bereichdurch die Hohlfaserenden (5) über Flansche (7). Das Retentatsammelt sich im konischen Ablauf des Moduls (6) und wird überein Kugelventil als wässrige Phase ab gezogen und verlässtschließlich den Modul über den Flansch (8).

5. Pilotversuche im Bypassbetrieb einer laufenden Biodieselproduktion

Die eigens entwickelte Pilotanlage zur Filtration [2] musste fürdie vor Ort Versuche mit dem Biodiesel so modifiziert werden,dass diese im Bypass zur Produktionsanlage der Fa. Campa undmit dem oben beschriebenen Modul betrieben werden konnte(siehe Abb. 3, Seite 357).

Während der Anfahrphase und einem damit verbundenenTemperaturanstieg um 5 °C konnte ein logarithmischer Anstieg desWassergehalts beobachtet werden. Insgesamt blieb jedoch derermittelte Wassergehalt im Permeat unterhalb der Grenze derWasserlöslichkeit des Bio diesels. Damit konnte ein noch besseresErgebnis erzielt werden, als dies sich aus den Techni kums -versuchen ergeben [2] und zu erwarten gewesen wäre. DieserSachverhalt ist in Abbildung 4 veranschaulicht.

In Abbildung 5 ist die Entwicklung des Wassergehaltes inAbhängigkeit der Betriebsdauer dargestellt. Nach dem Tempera -turanstieg von 5 °C, stabilisierte sich die Temperatur bei 25 °C.Der Wassergehalt stabilisierte sich daraufhin auch, blieb weiterhinauch unterhalb der Grenze für die Wasserlöslichkeit von Biodiesel.Der Wassergehalt blieb während der gesamten Betriebsdauerunterhalb der Grenze für die Wasserlöslichkeit von Biodiesel. Dasbedeutet, dass nicht nur der gesamte emulgierte Teil, sondern auchein Teil des gelösten Wassers entfernt wurde.

Entgegen den Befürchtungen, dass Methanol die Benetzungs -eigenschaften der Membran verändert, konnte der Methanolgehaltdes jeweiligen Feeds halbiert werden. Methanol ist in derWasserphase löslicher als im Biodiesel. Aufgrund der Verringerungdes Methanolgehaltes konnte auch der Flammpunkt positivbeeinflusst werden.

Mit Hilfe unterschiedlicher Feedwassergehalte sollte dieStabilität der Polypropylenmembran im Bezug auf ihre Selektivitätgetestet werden. In Abbildung 6 sind die Ergebnisse dargestellt.Trotz erheblichen Schwankungen im Feedwassergehalt konntenstabile Wassergehalte im Permeat ermittelt werden. EineBeeinflussung durch den Feedwassergehalt kann somit aus -geschlossen werden, wie dies bereits in den Technikumsversuchenfestgestellt werden konnte [2].

In Langzeitversuchen mit einer Betriebsdauer von 155 Stundenbei einer Temperatur von 30 °C und 0,85 bar zeigte sich, dass dieMembran einen nahezu konstanten Fluss aufwies. Die Ent -wicklung des Wassergehaltes im Permeat als Funktion derBetriebsdauer ist in Abb. 7 dargestellt. Es ergibt sich ein Mittelwertdes Wassergehaltes im Permeat von 0,18 %. In Abb. 8 ist diePermeabilität als Funktion der Betriebsdauer aufgetragen. Nachanfänglicher Verringerung der Permeabilität, hier verursacht durchden Anfahrvorgang, stellte sich eine stabile Permeabilität von ca.15 l/m2hbar ein.

6. Energie- und Wirtschaftlichkeits betrachtung

Als Basisdaten für eine Energie- und Wirtschaftlichkeits -betrachtung werden die in Tabelle 1 gelisteten Werte verwendet.Sie entsprechen weitestgehend den Rahmenbedingungen wie siebei Campa bestehen.

6.1 Wärmebilanz der konventionellen Trocknung

Der konventionelle Trocknungsprozess für Biodiesel ist in Abb.9 dargestellt. Er besteht aus Wärmetauscher, Hauptverdampfer undFlashverdampfer. Die Wärmebilanzierung wird überschlägig mitvereinfachenden Annahmen durchgeführt. So wird z.B. imHauptverdampfer eine konstante Temperatur angenommen. Fürden konventionellen Trocknungsprozess ist der Energieverbrauchin der Realität höher als der hier veranschlagte. Eine detailliertereBilanzierung erfolgt bei [2].


Schwerpunktthemen

Abb. 6: Wassergehalt im Permeat des Biodiesels als Funktion desFeedwassergehalts

Abb. 5: Wassergehalt im Permeat des Biodiesels beim Polypropylen -membranmodul im Dead-End-Betrieb sowie der Wasserlöslichkeit inAbhängigkeit der Betriebsdauer bei 20 C bis 25 C

Abb. 4: Wassergehalt im Permeat des Biodiesels beim Polypropylen -membranmodul im Dead-End-Betrieb sowie die Wasserlöslichkeit inAbhängigkeit der Temperatur


Erster Schritt bei der Trocknung desBiodiesels ist die Erwärmung des nassenBiodiesels von 30°C auf 122,5°C. Dies er -folgt in einem Gegenstrom wärme tauscher.

Die notwendigen Energiemengen fürdie Verdampfung von Wasser undMethanol im Hauptverdampfer sindproportional zu der im Hauptverdampferjährlich zu verdampfenden Menge –1950 to Wasser und 790 to Methanol [9] –und benötigen hierfür 46,4% bzw. 10,2%der gesamten thermischen Energie.

Im Flashverdampfer sind die Mengenan verdampftem Wasser und Methanolwesentlich geringer als im Haupt ver -dampfer (30 to Wasser und 10 to Metha nol).Entsprechend geringer ist auch die hierfüraufgewendete Energie [9].

Nach dem Verdampfen des Wassersverbleiben Salze im Biodiesel, die mittelsZentrifuge entfernt werden müssen. Bei denInvestitionskosten werden 3 Zentri fugenberücksichtigt während bei der Energie -bilanz 2 Zentrifugen betrachtet werden.

In Summe werden für die gesamtekonventionelle Trocknung 2.637 MWhthermische Energie und 608 MWh elektri -sche Energie pro Jahr veranschlagt [9].Bezogen auf die produzierte Bio diesel -menge sind dies 26,4 kWh/to Biodieselthermische und 6,1 kWh /to Biodieselelektrische Energie. Zum Vergleich: EineTonne Biodiesel hat einen thermischenEnergiegehalt von ca. 10.330 kWh.


Schwerpunktthemen

Abb. 8: Permeabilität als Funktion der Betriebsdauer mit derPolypropylenmembran im Dead-End-Betrieb bei 30 C und 0,85 bar

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Abb. 7: Wassergehalt als Funktion der Betriebsdauer bei einerPolypropylenmembran im Dead-End-Betrieb bei 300 C und 0,85 bar


6.2 Wärmebilanz der membrangestützten Trocknung

Im Wesentlichen wird der Hauptverdampfer durch ein Dead-endMembranverfahren ersetzt (s. Abb. 11). Da die Wasser -konzentration nach der Membranstufe jedoch höher liegt als diesim konventionellen Prozess nach dem Hauptverdampfer der Fallist, muss auch der nachgeschaltete Flashverdampfer angepasstwerden, um auf die selben Ablaufwerte bezüglich Wassergehalt zukommen.

Der angepassten Flashverdampfer wird nun nicht mit einemWassergehalt von 0,05 % sondern mit 0,18 % beschickt, wie sievom Membranverfahren erreicht werden. Die Werte am Austrittdes Verdampfers sind identisch mit den Werten des konven -tionellen Prozesses. Die zu verdampfenden Mengen betragen beidiesem Verfahren 155 to Wasser und 400 to Methanol. Der hierfürnotwendige Energieeinsatz beträgt pro Jahr 97 MWh bzw. 136MWh. In Summe liegt nun der Einsatz thermischer Energie bei1105 MWh/a.

Da die Membrananlage mit sehr niedrigen Drücken von ca. 1bar auskommt, können sehr sparsame Pumpen zum Einsatzkommen, die im Energieverbrauch im selben Bereich liegen wiedie standardmäßig eingesetzten Förderpumpen. Im Dead-end-Betrieb entfällt die bei Membranen sonst übliche Cross-Flow-Pumpe. Das Permeat wird durch die Druckpumpe der Mem -branstufe auch durch den Wärmetauscher und in den Verdampferhinein gefördert.

Da das Wasser durch eine Mikrofiltration zurückgehalten wird,sind die wasserlöslichen Salze nach wie vor im Wasser und werden

damit gleichzeitig mit dem Wasser abgetrennt; evtl. vorhandenenSchwebstoffe werden ebenfalls durch die Membranfiltrationzurück gehalten. Die Zentrifugen entfallen daher.

6.3 Energetischer Vergleich

Stellt man die Energiebilanzen der beiden konkurrierendenVerfahren „2-stufige Verdampfung mit Partikelabtrennung überZentrifugen“ und „Membrantrocknungsverfahren mit nachgeschaltetem Verdampfer“ gegenüber, erhält man Tabelle 2. DaWärme und elektrische Energie nur bedingt miteinander zuvergleichen sind, werden sie in dieser Tabelle getrennt betrachtet.Für beide Energiearten ergeben sich jedoch ähnlich hoheEinsparungen von 58 % bzw. 53%. Da der Einsatz von thermischerEnergie um ca. den Faktor 5 höher ist als der der elektrischenEnergie sind die Gesamteinsparungen bei ca. 57 %.

6.4 Vergleich der Wirtschaftlichkeit

Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung umfasst sowohl dieInvestitionskosten als auch die Kosten für den Betrieb. Personal-und Wartungskosten werden durch den angesetzten Betrag von 5%der Investition abdeckt.

Die Investkosten für den Verdampfer wurden durch die Fa.Campa festgelegt. Der Invest für die Membrananlage setzt sich ausder Membran, den Membranmodulen und der Anlagentechnikzusammen. Bei der Membran wird mit einer Permeabilität von 16l/m?hbar gerechnet. Bei einem Transmembrandruck von 0,85 barergibt sich für 100.000 to/a eine Membranfläche von ca. 1000 m2.Bei geschätzten 15 €/m2 liegen die Membrankosten bei 15 T€.Die zugehörigen Module liegen bei 30 T€. Die Anlagentechnik istsehr einfach, besteht aus Pumpe (5 T€), Messtechnik (15 T€),Steuerung (15 T€), Rohrleitung und Montage (30 T€). In Summewerden hier 65 T€ angesetzt. Der Gesamtinvest für die Membran -anlage liegt damit bei 110 T€.

Tabelle 3 zeigt die Gegenüberstellung aller anfallenden Kosten.Die Investitionssumme für das Membrantrocknungsverfahren liegtum 41% unterhalb der der konventionellen Trocknung. Diesschlägt sich in entsprechend niedrigeren laufenden Kapitalkosten(AfA, Zins) nieder. Löwenanteil bei den Einsparungen sind jedochdie verminderten Energiekosten von in Summe 155.277 €/a.Ledig lich bei den Wartungskosten schlagen die jährlichen Kostenfür Membranersatz mit 5.350 €/a mehr zu Buche als dies für diekonventionelle Biodieseltrocknung veranschlagt wird.

Im Summe können bei einer Standardanlage von 100.000 to/aBiodieselproduktion mit dem Membrantrocknungs-Verfahren174.000 €/a eingespart werden.

7. Zusammenfassung

Ziel des Einsatzes der Membrananlage war es, die Verdampfer -kolonne zu ersetzen. Resultierend daraus, sollte die Filtrations -anlage den Wassergehalt von ca. 0,8 bis 2 % auf im Idealfall0,05 % reduzieren.

Die Anlage wurde in mehrwöchigen Versuchsphasen vor Ortgetestet und dabei die Prozessstabilität des Verfahrens sowie diePermeatqualität evaluiert.

Dabei wurden durchweg positive und zum Teil überraschendeErgebnisse registriert. - Bei einer Gesamtversuchsdauer von ca. 20 Wochen hat keine der

verwendeten Membranen einen Funktionsverlust gezeigt.- Das Permeat enthielt stets nur soviel Wasser, wie es der

Löslichkeit im Biodiesel bei der jeweiligen Betriebstemperaturentsprach: d. h. das im Biodiesel emulgierte Wasser wurdepraktisch zu 100% entfernt und zwar unabhängig von derFeedkonzentration. Die Ergebnisse der Technikumsversuchekonnten somit bestätigt werden [2].


Schwerpunktthemen

Tab. 2: Vergleich des Energieeinsatzes zwischen konventionellerTrocknung und Membrantrocknung

Tab. 3: Kostenbetrachtung

Tab.1: Basisdaten der Bilanzierung


- Das Methanol im Wasser führte nicht -wie befürchtet - zu einer Minderung derMembranselektivität, sondern es wurdeim Gegenteil durch schnittlich um 50%reduziert.

- Die Polypropylenmembran hatte nach 30Betriebsstunden Durchschnitts permea -bili täten von 15 l/m2hbar. Da für einenCross-Flow-Betrieb eine höhere Pump -leistung erforderlich ist und die Poly -propylenmembran sehr preisgünstig sind,ist der Dead-End-Modus zu bevor zugen[2].

- Durch die Tatsache, dass nur das nichtgelöste Wasser von den Membranenabgetrennt wird, waren noch Restwasser -gehalte von ca. 0,18 % vorhanden.Dadurch ist eine komplette Einsparungdes Fallfilmverdampfers nicht möglich.Um zu überprüfen, ob der Einsatz einesFlashverdampfers im Anschluss an dieMembranen genügen würde, wurdenVerdampfungsversuche im Labor mitRestwassergehalten von 0,18 % durch -geführt. Der Grenzwert von 500 ppmWasser konnte in diesen Versuchenerreicht werden. Dieses Ergebnis muss inweiteren Technikumsversuchen bestätigtwerden.

- Ein großer Teil der Verunreinigungen desaus der Produktion kommenden Bio -diesels wurde von der Membran zurück -gehalten und konnte mit dem Retentatabgeführt werden.

- Ein weiterer Aspekt, der sich über -raschend durch die Versuche ergab, wardie eventuelle Einsparung des Separa -tors. Dazu wurden Proben der Volumen -ströme der Polypropylenmembran in einFremdlabor geschickt, um sie aufAlkaligehalte, Schwefelgehalte undPhosphorgehalte zu testen. Die Alkali -gehalte lagen alle in der Biodieselnorm.Auch die Phosphorgehalte lagen in derBiodieselnorm. Somit ist die Einsparungeines Separators durchaus denkbar, mussaber auch in einem Technikumsversuchnochmals untersucht werden.

- Energieeinsparungen sowohl auf derthermischen als auch auf der elektrischenSeite von über 50% sind realistisch.

- Die Kosten können gegenüber demkonventionellen Prozess ebenfalls um ca.50% gesenkt werden.

Diese überaus positiven Resultatesollten Anlass dafür sein, zu prüfen, obdieses Verfahren nicht auch für dieAufarbeitung (Trocknung und Reinigung)und Wiederverwendung anderer Löse -mittel angewandt werden kann.

DanksagungDas Forschungsvorhaben wurde dankenswerterWeise von der Deutschen Bundesumweltstiftung(DBU) gefördert.

Literatur[1] Chmiel, H. (Hrsg.) 2006 : Bioprozesstechnik –

Einführung in die Bioverfahrenstechnik. 2., neubearbeitete Aufl., Elsevier-Verlag, Heidelberg 2006

[2] Mohrdieck, M. 2009 : Ein Beitrag zur Entwicklung undErprobung der organophilen Mikrofiltration für dieProzesstechnik, Dissertation, Universität des Saarlandes2009.

[3] Britz, T. 2004 : Einsatz einer neuartigen Hohlfaser-Polymermembran in der kommunalenAbwasserreinigung. Entwicklung und Erprobung einesgetauchten Membransystems. Dissertation, Universitätdes Saarlandes, 2004. upt-Schriftenreihe, Bd. 3, ISBN:3-98009528-2-7.

[4] Chmiel, H. 2008 : Entfernung von hydrophilenSubstanzen aus Ölen mit Membranen. Patent DE 102006 023 990 B4, Anmeldetag: 22.05.2006,

Patenterteilung: 03.07.2008.[5] Mohrdieck, M.; Schroller, S.; Kaschek, M.; Verplancke,

S. 2007 : Charakterisierung keramischerMikrofiltrations-, Ultrafiltrations- undNanofiltrationsmembranen für die Prozesstechnik. upt-Schriftenreihe, Band 9, ISBN: 978-3-9809528-8-0,Saarbrücken 2007.

[6] Kaltschmitt, M.; Hartmann, H. (Hrsg.) 2001 : Energieaus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren.Springer-Verlag 2001.

[7] Kopf, M.H.; Bergjohann, G. 2007 : Biodiesel – DieBedeutung der Trenntechnik für die Energiegewinnungaus erneuerbaren Ressourecen. Filtrieren undSeparieren 21 (2007), Nr. 2, S. 6673.

[8] Pech, A. 2008 : Charakterisierung und Abtrennung von3-Methoxy-1,2-propandiol aus dem Glyzerindestillat derFirma Campa Biodiesel GmbH & Co. KG in Ochsenfurtund Untersuchung verschiedener Membranfiltermodulezur Wasserabtrennung aus Biodiesel. Diplomarbeit,Hochschule Wismar.

[9] Abschlußbericht DBU 2008 : Entwicklung einesVerfahrens zur Trocknung und Reinigung von Biodieselsmittels organoselektiver poröser Membran, 26317-21/2.


Schwerpunktthemen

Abb. 9: Verdampfungsprozess für die Biodieseltrocknung

Abb. 10: Membran-Trocknungsverfahren für Biodiesel


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