Von Abwasser bis Polymerschmelzen: Effiziente Produktversuche im GIG Karasek Technikum

Im GIG Karasek Technikum liegt der Fokus neben individuellen Tests, Scale-up- und F&E-Projekten auch auf den Chancen und Möglichkeiten im Bereich nachhaltiger Anwendungen, die zunehmend an Bedeutung gewinnen – von der effizienten Abtrennung unerwünschter Bestandteile bei Polymerschmelzen bis zur Rückgewinnung von Lösemitteln und dem Recycling von Altöl. 

Inhalte

1. State-of-the-Art Produktversuche im
GIG Karasek Technikum

1.1    Lösemittel - Reinigung und Rückgewinnung

1.2   Altöl - Recycling

1.3   Lecithin – Trocknung

1.4   Tallöl - Trennung und Reinigung

1.5   Biodiesel – Reinigung

1.6   Silikonöl - Trennung und Reinigung

1.7   Abwasser - Reduktion

1.8   Klärschlamm - Trocknung

1.9   Zellstoffindustrie - Nutzung von Nebenströmen

1.10  Phosphorsäure - Aufkonzentration

1.11   Milchsäure - Aufkonzentration

1.12  Ionische Flüssigkeiten - Aufkonzentration

1.13  Polymerschmelzen - Reinigung  

2. Musterproduktion / Lohndestillation

3. Klärung der Anforderungen

Abbildung 1: Auswertung einer Stoffprobe im Labor des Technikums © GIG Karasek

1. State-of-the-art Produktversuche im GIG Karasek Technikum

In der folgenden Übersicht präsentieren wir Ihnen 13 Produkte, die in unserem Technikum verarbeitet werden können. Wir erläutern die angewandte Technologie und gewähren Ihnen Einblicke in den Versuchsablauf im Rahmen der jeweiligen Zielsetzungen.

1.1 Lösemittel - Reinigung und Rückgewinnung

Lösemittel wie Isopropylalkohol (IPA) spielen eine wichtige Rolle in vielen industriellen Prozessen. Neben Versuchen zur effizienten Entfernung von Verunreinigungen gewinnt auch das Lösemittel-Recycling zunehmend an Bedeutung. Häufig kommen immer noch ältere Technologien wie diskontinuierlich arbeitende Rührkesselverdampfer zum Einsatz, um Lösemittel zurückzugewinnen. Obwohl diese Verfahren gut funktionieren, entsprechen sie nicht mehr dem heutigen Stand der Technik. Moderne kontinuierliche Technologien bieten eine zeitgemäße Alternative, die eine höhere Durchsatzrate und eine verbesserte Planbarkeit ermöglichen.

Abbildung 2: Das gereinigte Lösemittel kann in neuen Prozessen wiederverwendet werden und trägt dazu bei, Kosten einzusparen. © Adobe Stock

Technologie: Dünnschichtverdampfer, Fallfilmverdampfer, Destillation 

Im Technikum werden bei Lösemittelversuchen entsprechend der Art des Lösemittels und dessen spezifischen Eigenschaften die passenden Technologien ausgewählt. Bei niedrigviskosen und wenig verschmutzenden Medien kommen typischerweise Fallfilmverdampfer oder Destillationskolonnen zum Einsatz. Bei hochviskosen Begleitstoffen im Rückstand erweist sich der Dünnschichtverdampfer meist als bevorzugte Option. Auch die Kombinationen aller Technologien ist möglich, je nach Anwendungsfall beim Kunden.

Die Dünnschicht-Technologie ermöglicht eine effiziente und schonende Trennung des Lösemittels von Verunreinigungen oder Rückständen. Durch den kontinuierlichen Verdampfungsprozess im Dünnschichtverdampfer kann eine höhere Produktqualität und eine bessere Rückgewinnungsrate erzielt werden. Darüber hinaus bietet der Dünnschichtverdampfer den Vorteil einer verbesserten Prozesssteuerung und -optimierung.

Technikumversuch: Reinigung und Rückgewinnung

Bei den Versuchen im Technikum liegt der Fokus darauf, die Trennung und Rückgewinnung von Lösungsmitteln zu optimieren. Dabei werden Parameter wie Temperatur, Druck und Durchflussrate variiert, um die bestmöglichen Betriebsbedingungen für das Lösemittel zu ermitteln. Darüber hinaus werden auch wichtige Aspekte wie die erzielten Rückgewinnungsraten berücksichtigt und die Qualität des rückgewonnenen Lösungsmittels mittels einer externen Analyse überprüft.

Im Rahmen der Versuche werden Proben von Feedmaterial, Rückständen und Destillat entnommen und zur weiteren Analyse an den Kunden weitergegeben. Jede Probe wird begleitet von detaillierten Versuchsprotokollen und Messdaten, die dem Kunden eine präzise Zuordnung ermöglichen.

1.2. Altöl - Recycling

Im Rahmen einer nachhaltigen Kreislaufwirtschaft gewinnt die Entwicklung und Optimierung von Altöl-Recyclingverfahren zunehmen an Relevanz. Durch den Einsatz fortschrittlicher Technologien ist es möglich, Altöl in hochwertiges Basisöl umzuwandeln und beispielsweise als hochwertiges Schmiermittel in der Industrie oder als Brennstoff für Heizungsanlagen wiederzuverwenden.

Abbildung 3: Das Recycling von Altöl gewinnt zunehmend an Bedeutung, um Umweltauswirkungen zu reduzieren und Ressourcen zu schonen. © Adobe Stock

Technologie: Kurzwegverdampfer

Im Kurzwegverdampfer wird das Altöl bei niedrigem Druck und hohen Temperaturen über 300 Grad Celsius erhitzt, wodurch die flüchtigen Bestandteile verdampfen und anschließend am eingebauten Kondensator kondensieren. Sämtliche Crack-Produkte und langkettige Verbindungen werden hier abgeschieden und nicht mitverdampft. Das Verfahren ist bereits in den USA weit verbreitet, wo unsere Kurzwegverdampfer erfolgreich eingesetzt werden.

Technikumversuch: Eignung des Produkts

Im Technikum werden umfangreiche Tests durchgeführt, um die Eignung des Kurzwegverdampfers für das Altölprodukt zu überprüfen und die geeigneten Parameter zu ermitteln. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Widerstandsfähigkeit des Mediums gegenüber den hohen Temperaturen sowie dem Auftreten unerwünschter thermischer Abbauprozesse.

Das Ergebnis wird durch zwei entscheidende Faktoren bestimmt: die Ausbeute des recycelten Öls und die Unversehrtheit des Produkts. Auf Basis der Versuchsproben, die der Kunde erhält, kann die Qualität des recycelten Öls anschließend in einem externen Labor getestet werden.

1.3 Lecithin – Trocknung

Lecithin, eine natürliche ölige Substanz, wird aus verschiedenen Quellen wie Sojabohnen, Sonnenblumenkernen oder Raps extrahiert. Es enthält in der Regel Wasser aus dem Vorprozess, das entfernt werden muss, um das Lecithin für Futter- und Lebensmittel-Anwendungen geeignet zu machen. Dieser Schritt erfordert eine sorgfältige Trocknung des temperatursensiblen Lecithins. Das trockene Lecithin kann in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, z.B. als Emulgator, Stabilisator oder Trennmittel.

Abbildung 4: Lecithin ist ein Wertstoff, der als natürlicher Emulgator in der Futtermittel- und Lebensmittelproduktion zunehmend an Bedeutung gewinnt. © Adobe Stock

Technologie: Dünnschichttrockner

Der Einsatz von Dünnschichttrocknern bietet zahlreiche Vorteile hinsichtlich der Effizienz und schonenden Verarbeitung des Lecithins. Durch die große Oberfläche des dünnen Produktfilms wird eine schnelle Verdampfung ermöglicht, während gleichzeitig die thermische Belastung des Lecithins minimal ist. Dadurch bleiben die Qualität und die wertvollen Eigenschaften des Lecithins erhalten. Für Raps- und Sonnenblumenlecithin kommt in der Regel der horizontale Dünnschichttrockner zum Einsatz, während für die Trocknung von Sojalecithin der vertikale Dünnschichttrockner verwendet wird.

Technikumversuch: Massevergleich

Im Technikum wird ein besonderer Fokus auf die Bewertung der möglichen Durchsatzleistung gelegt. Bei der Behandlung von Lecithin erfolgt diese Bewertung anhand eines Massevergleichs, um genau festzustellen, wie viel Wasser verdampft, kondensiert und nicht verdampft wird.

Die Durchsatzleistung ist ein wichtiger Aspekt bei der Lecithin-Behandlung, da sie die Produktivität und Wirtschaftlichkeit des Prozesses beeinflusst. Durch den Massevergleich können genaue Informationen über die Ausbeute und Verluste gewonnen werden. Dies ermöglicht eine gezielte Optimierung des Verdampfungsprozesses, um eine maximale Ausbeute an hochwertigem Lecithin bei minimaler thermischer Belastung zu erzielen.

Die Eingangsfeuchten des Lecithins liegen üblicherweise zwischen 55% und 40%. Unser Trocknungsprozess zielt darauf ab, den Feuchtigkeitsgehalt auf unter 0,5% zu reduzieren. Die Analyse des Restfeuchtegehalts wird vom Kunden anhand der bereitgestellten Versuchsproben selbst durchgeführt.

Dank der fortschrittlichen Lecithin-Trocknungstechnologie können wir unseren Kunden in vielen Fällen das gewünschte Ergebnis auch ohne Durchführung spezifischer Versuche garantieren.

Ein Praxisbeispiel für eine gelungene Umsetzung einer Lecithin-Trocknungsanlage mit horizontalen Dünnschichttrocknern auf begrenztem Raum finden Sie in unserem Blogbeitrag „Maßarbeit bei Power Oil Rostock“.

Abbildung 5: Die Lecithin-Trocknungsanlage der Power Oil Rostock wurde in einer bestehenden Halle umgesetzt © GIG Karasek

1.4 Tallöl - Trennung und Reinigung

Rohtallöl ist ein Nebenprodukt, das bei der Herstellung von Zellstoff aus harzreichen Hölzern (z.B. Kiefer) anfällt. Es kann gereinigt und aufgetrennt werden, um wertvolle Fettsäuren zu gewinnen, die als Rohstoff für die Biodieselherstellung genutzt werden können. Darüber hinaus findet Tallöl Anwendung in der Herstellung von Farben, Lacken, Klebstoffen und Reinigungsmitteln. Die chemische Industrie nutzt die Fettsäuren des Tallöls zur Synthese verschiedener chemischer Verbindungen.

Technologie: Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer

Durch den Einsatz von zwei Verdampferstufen, Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer, kann die Trennleistung des Verfahrens optimiert werden. Die grobe Trennung der leichtflüchtigen Bestandteile erfolgt im Dünnschichtverdampfer und ermöglicht eine effizientere Verarbeitung im Kurzwegverdampfer. Die schwerflüchtigen Bestandteile werden im Kurzwegverdampfer unter Vakuumbedingungen und niedrigeren Temperaturen gezielt von den Fettsäuren getrennt, wodurch eine verbesserte Reinheit und Qualität der gewonnenen Fettsäuren erzielt werden kann.

Technikumversuch: Eignung und Qualität des Produkts

Der Technikum-Versuch ist ein komplexer Prozess, der aus mehreren Stufen besteht. In den ersten beiden Stufen liegt der Fokus auf der Abtrennung von Wasser und Terpene im Dünnschichtverdampfer. Das Ziel ist es, möglichst hohe Reinigungsraten zu erreichen und den Restgehalt dieser Bestandteile auf ein Minimum zu reduzieren.

Der entscheidende Schritt besteht in der Separation von Harzsäuren und Fettsäuren im Kurzwegverdampfer. Diese Trennung ist anspruchsvoll, da die Verdampfungspunkte und Temperaturen beider Komponenten sehr nah beieinander liegen. Die Effizienz dieser Trennung sowie der Gehalt an zurückbleibenden Fettsäuren und Harzsäuren werden eingehend untersucht, um die Trennleistung zu beurteilen und den Reinheitsgrad der gewonnenen Fraktionen einzuschätzen.

Die Ergebnisse dieser Versuche sind wesentlich, um die Eignung und Qualität des Produkts für nachfolgende Prozessschritte, wie beispielsweise die Biodiesel-Herstellung, zu bewerten. Nach Abschluss der Versuche werden dem Kunden die Proben und Ausgangsstoffe zur Verfügung gestellt, damit er eigene Untersuchungen und Analysen durchführen kann. Sie dienen als maßgebliche Grundlage für die Beurteilung, ob das Produkt die erforderlichen Anforderungen erfüllt und den gewünschten Standards entspricht.

1.5 Biodiesel – Aufreinigung

Die Rohstoffbasis für Biodiesel hat sich in den letzten Jahren erheblich verändert, da vermehrt Fettsäuren aus Rest- und Abfallstoffen verwendet werden. Dadurch steigen auch die Anforderungen an den Reinigungsprozess, um normgerechten Biodiesel herzustellen. Um die gewünschte Qualität zu erreichen, ist eine schonende destillative Reinigung im letzten Schritt des Prozesses erforderlich.

Technologie: Kurzwegverdampfer

Die Kurzweg-Technologie spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufreinigung von Biodiesel, um die geforderte Beimischungsqualität zu erreichen. Sie ermöglicht die Gewinnung von Biodiesel mit Estergehalten, die über den vorgeschriebenen Normen liegen. Ein besonderer Vorteil dieser Technologie ist ihre hohe Effizienz bei der Gewinnung von Fettsäuremethylestern (FAME). Der Verdampfer arbeitet äußerst rohstoffeffizient und erzielt eine FAME-Ausbeute von bis zu 99%.

Technikumversuch: Aufreinigung des Biodiesel-Grundstoffes

In unserer Technikum-Pilotanlage bieten wir Kunden die Möglichkeit, ihren Biodiesel-Grundstoff im Kurzwegverdampfer aufreinigen zu lassen, um die Qualität und Beimischungsfähigkeit ihres Einsatzstoffs zu überprüfen. Durch die Destillation werden unerwünschte Verunreinigungen wie freie Fettsäuren, Wasser, Methanol und andere Nebenprodukte entfernt.

Für die Versuchsreihen benötigen wir etwa 300 bis 500 Liter des Einsatzstoffes. Die Tests werden unter bewährten Druck- und Temperaturbedingungen durchgeführt. Nach Abschluss der Versuche stellen wir in der Regel 30 bis 40 Proben zur weiteren Analyse zur Verfügung. Die Versuchsprotokolle enthalten wichtige Testdaten wie Temperatur, Druck, Durchsatz und Energieverbrauch, die dem Anlagenbetreiber eine solide Grundlage zur optimalen Einstellung des Verdampfers für den jeweiligen Grundstoff bieten.

Abbildung 6: Roh-Biodiesel muss bei Verwendung von Rohstoffen mit niedriger Qualität eine destillative Endreinigung durchlaufen. Die Kurzwegdestillation hat sich als besonders effektiv zur Herstellung von normgerechtem Biodiesel erwiesen.

Ein umfassendes Whitepaper zum Thema Biodiesel Destillation finden Sie hier: Whitepaper Biodiesel. Es behandelt verschiedene Aspekte der Biodiesel-Destillation und beleuchtet die Vor- und Nachteile traditioneller und innovativer Destillationsverfahren.

1.6 Silikonöl - Trennung und Reinigung

Silikonöle sind synthetische Öle, die auf Silizium basieren und vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen bieten. Um die gewünschte Qualität der Silikonöle zu erhalten, ist eine Verarbeitung in Verdampfern erforderlich. In der Industrie finden Silikonöle breite Verwendung als Schmiermittel, Dichtungsmittel, Trennmittel, Dämpfungs-mittel und Wärmeübertragungsflüssigkeiten.

Abbildung 7: Die Verarbeitung von Silikonölen in Verdampfern ist entscheidend, um ihre Verwendung in verschiedenen Branchen sicherzustellen. © Adobe Stock

Technologie: Kurzwegverdampfer/Hochviskosverdampfer

Die Versuche mit Silikonölen erfolgen hauptsächlich im Kurzwegverdampfer. Die Kurzweg-Verdampfung ermöglicht eine effiziente und schonende Trennung bei niedrigen Drücken. Für die Verarbeitung hochviskoser Silikonöle kommt der Hochviskosverdampfer (VISCOFILM-Verdampfer) zum Einsatz. Mit diesem Verdampfer können hochviskose Medien bis zu einer Viskosität von 5.000.000 Millipascalsekunden (5.000 Pa·s) verarbeitet werden.

Technikumversuch: Trennung der Kettenlängen und Aufreinigung

Silikonöle werden in verschiedenen Kettenlängen hergestellt, wobei jede Kettenlänge unterschiedliche Eigenschaften wie Temperaturbeständigkeit und Schmiereigenschaften aufweist. Während des Produktionsprozesses entsteht hauptsächlich eine spezifische Kettenlänge, jedoch ist der Prozess nicht selektiv genug, um sicherzustellen, dass keine anderen Kettenlängen im Endprodukt vorhanden sind. Daher ist es erforderlich, nach der Produktion die höherkettigen von den niedrigkettigen Silikonölen durch thermische Trennung zu separieren, um die gewünschten Kettenlängen in der erforderlichen Qualität zu erhalten.

Darüber hinaus werden im Technikum spezifische Versuche durchgeführt, um bestimmte Inhaltsstoffe effizient aus dem Silikonöl abzutrennen. Ein gängiges Beispiel sind Schaummittel, die dem Silikonöl zugesetzt werden und deren Menge reduziert werden soll. Des Weiteren werden Versuche durchgeführt, um sowohl die verschiedenen Kettenlängen der Silikonöle als auch die Reinigung bestimmter Bestandteile zu testen. Dabei wird die Effizienz der angewendeten Trennverfahren bewertet, um die gewünschten Reinheitsgrade zu erreichen. Diese Versuche dienen der Leistungs-bewertung der Prozesse und der Identifizierung möglicher Optimierungs-potenziale.

1.7 Abwasser - Reduktion

Kläranlagen in Industriebetrieben haben eine begrenzte Aufnahme-kapazität für Abwasser und können nur eine bestimmte Menge hydraulisch durch ihr System leiten. Um eine Überlastung zu vermeiden, ist es erforderlich, die Wassermenge, die in das Klärsystem eingeleitet wird, zu reduzieren.

Eine effektive Methode zur Reduzierung der Wassermenge besteht darin, das belastete Abwasser zu verdampfen. Durch den Verdampfungsprozess wird die verbleibende Flüssigkeit auf eine höhere Konzentration gebracht, wodurch weniger Wasser in die Kläranlagen eingeleitet wird.

Anzumerken ist, dass die Verdampfung des Wassers durch den Einsatz von Energie im Vergleich zum Betrieb mehrerer kostenintensiver Kläranlagen die wirtschaftlichere Lösung darstellt. Durch die Verdampfung wird die Beladung der Kläranlagen erhöht, wodurch die vorhandene Kapazität effizient genutzt und gleichzeitig Kosten gesenkt werden können. Anstatt in teure neue Kläranlagen zu investieren, bietet die Wasserverdampfung eine kostengünstige Alternative, um die Belastung der bestehenden Anlagen zu bewältigen.

Abbildung 8: Die Reduktion von Abwasser in Kläranlagen bietet den Vorteil einer umweltfreundlicheren und kosteneffizienteren Abwasserbehandlung. © Adobe Stock

Technologie: Fallfilmverdampfer/Kurzweg- und Dünnschichtverdampfer

Der Fallfilmverdampfer spielt eine zentrale Rolle bei der Konzentrierung von Abwasser, da er große Wassermengen entfernt und somit die Konzentration erhöht. Um jedoch spezifische Konzentrationen für weitere Verarbeitungsschritte zu erreichen, wird der Fallfilmverdampfer oft in Kombination mit anderen Technologien eingesetzt. Ein Beispiel für eine solche Kombination ist die Verwendung eines Dünnschicht- oder Kurzwegverdampfers zur Weiterverarbeitung des aufkonzentrierten Zwischenprodukts, das zuvor mit dem Fallfilmverdampfer erzeugt wurde.

Technikumversuch: Erreichung maximaler Konzentrationsbereiche

Im Technikum werden Versuche durchgeführt, um die maximal erreichbaren Konzentrationsbereiche zu bestimmen, die mit dem Fallfilmverdampfer erreicht werden können. Ebenso wird geprüft, ob das Produkt durch den Einsatz von Dünnschicht- oder Kurzwegverdampfer noch weiter aufkonzentriert werden kann.

Ziel ist es, durch Verdampfung leichtflüchtiger Komponenten einen bestimmten Trockengehalt zu erreichen, um das Endprodukt weiterverarbeiten zu können. Die spezifischen Konzentrationsziele variieren je nach den individuellen Anforderungen und Zielen unserer Kunden.

Beispiele

Ein Beispiel für die Anwendung der Abwasserreduktion ist eine Bioraffinerie, die während ihres Prozesses belastetes Abwasser erzeugt. Durch die Eindampfung des Abwassers kann eine höhere Konzentration erreicht werden, um das produzierte Destillat anschließend wieder in den Prozess rückführen zu können.

Parameter

Bei den Versuchen im Technikum werden neben der Erhöhung des Trockengehalts auch andere relevante Parameter untersucht. Dazu gehören die Messung der Siedepunkterhöhung, die Bestimmung der Neigung zu Schaumbildung und Ablagerung an der Verdampferfläche, die Aufzeichnung von Temperatur und Dichte sowie Destillat- und Konzentratmengen.

Ebenfalls erfolgt eine umfangreiche Stabilitätsuntersuchung des Produkts während des Aufkonzentrationsprozesses, da es bei bestimmten Konzentrationen zu möglicher Instabilität und Ausfällungen kommen kann. Zum Beispiel können bei einem Produkt mit einem anfänglichen Festgehalt von 10% im Konzentrationsbereich von etwa 20% oder 30% bestimmte Ausfällungen auftreten. Sobald jedoch die Konzentration über diesen kritischen Bereich hinaus erhöht wird, löst sich das Produkt wieder auf. Diese Veränderungen im Produkt während der Aufkonzentration werden sorgfältig überwacht, um potenzielle Eigenschaftsänderungen und besondere Merkmale zu identifizieren.

Durch kontinuierliche Aufzeichnung dieser Parameter während des gesamten Versuchs können Massenbilanzen, Energiebilanzen und andere wichtige Kennzahlen berechnet werden. Diese Erkenntnisse dienen dazu, Großanlagen entsprechend auszulegen und den Kunden sichere und effiziente Lösungen anzubieten.

1.8 Klärschlamm - Trocknung

Nachdem das Abwasser den Klärungsprozess in der Kläranlage durchlaufen hat und gereinigt wurde, verbleibt Klärschlamm als Rückstand. In der Regel wird dieser Klärschlamm in der Kläranlage mit Dekanter-Zentrifugen entwässert, um den Trockenmasseanteil auf etwa 20% bis 25% zu erhöhen. Wenn eine weitere Verwertung oder eine Verbrennung des Klärschlamms unter Abwesenheit einer Stützflamme geplant ist, bedarf es einer weiteren Trocknung, um den Feuchtigkeitsgehalt weiter zu reduzieren.

Technologie: Horizontaler Dünnschichttrockner

Der Dünnschichttrockner ermöglicht eine effektive Trocknung des Klärschlamms, indem ein großer Teil des enthaltenen Wassers entfernt wird. Dadurch wird der Klärschlamm auf eine niedrigere Feuchtigkeit reduziert, typischerweise auf Werte von etwa 40% bis 85% Trockenmasse. Der getrocknete Klärschlamm kann anschließend für verschiedene Zwecke weiterverwendet werden, beispielsweise als Dünger, Brennstoff oder zur Bodenverbesserung.

Technikumversuch: Ermittlung der optimalen Auslegung

Die Versuche im Technikum spielen eine zentrale Rolle bei der optimalen Auslegung des Dünnschichttrockners für die Klärschlammtrocknung. Im Rahmen dieser Versuche werden dem Kunden wichtige Daten bereitgestellt, die für den Trocknungsprozess relevant sind. Hierzu zählen Parameter wie Temperatur, Druck und Feedmenge, die zur Bestimmung der erforderlichen Trocknungsfläche dienen, um das Material in der gewünschten Menge effektiv zu trocknen.

Des Weiteren werden dem Kunden Informationen zur Temperatur des von ihm verwendeten Energieträgers zur Verfügung gestellt. Falls der Kunde den Trocknungsprozess nicht mit Dampf, sondern mit Warmwasser durchführen möchte, wird die Temperatur entsprechend angepasst.

1.9 Zellstoffindustrie - Nutzung von Nebenströmen

Bei der Zellstoffherstellung entstehen neben dem Hauptprodukt Zellstoff auch Nebenprodukte, die in Nebenströmen gelöst sind. Diese biogenen Rückstände bieten das Potenzial zur Gewinnung verschiedener nützlicher Chemikalien, die als End- oder Zwischenprodukte auf dem Markt angeboten werden können. GIG Karasek kann hier unterschiedliche Lösungen bis hin zur Erprobung und Entwicklung neuer Prozesse anbieten, um Nebenströme zu separieren und ein Wertprodukt daraus zu gewinnen.

Technologie: Alle GIG Karasek Trenntechnologien - Abhängig vom Nebenstrom

Die eingesetzten Technologien für die Versuche im Technikum sind eng mit den jeweiligen Nebenströmen bzw. Zellstoff-Derivaten verbunden. Jedes Produkt besitzt einzigartige Eigenschaften und Anforderungen, die eine maßgeschneiderte Herangehensweise erfordern, um optimale Ergebnisse zu erzielen.

Technikumversuch: Produktversuche und Prozesslösungen

In unseren Pilotanlagen bieten wir die Möglichkeit, sowohl neue Prozesslösungen als auch Probematerialien von Nebenströmen umfassend zu testen und zu skalieren. Durch intensive Versuchsreihen mit Kundenprobematerial liefern wir eine solide Datenbasis, um zu beurteilen, ob ein rentables Wertprodukt aus dem Nebenstrom gewonnen werden kann. Ebenso können sekundäre Zellstoffprodukte im Technikum getestet werden wie zum Beispiel Hemizellulose, die zur Produktion von Kleidung eingesetzt werden soll.

Weiterführende Informationen zu möglichen Wertprodukten aus Sulfitablauge finden Sie in unserem Whitepaper „Eindampftechnologien in der Zellstoffindustrie im Sulfitverfahren“.

Abbildung 9: Gewinnung von Nebenprodukten in der Zellstoffindustrie, beispielhafte Darstellung @ GIG Karasek

1.10 Phosphorsäure - Aufkonzentration

Die Aufkonzentration von Phosphorsäure ist relevant für verschiedene Anwendungsbereiche wie die Herstellung von Düngemitteln, industrielle Prozesse, Wasserbehandlung und analytische Zwecke. Durch die Aufkonzentration kann der Phosphorgehalt erhöht werden, um die Produktqualität zu verbessern, die Effizienz von Prozessen zu steigern oder spezifische Anforderungen zu erfüllen.

Technologie: Fallfilmverdampfer

Die Anlage im Technikum besteht aus einem kompakten Fallfilmverdampfer. Phosphorsäure ist bekannt für ihre korrosiven Eigenschaften und kann bei unzureichender Materialbeständigkeit zu Schäden an den Anlagenkomponenten führen. Daher besteht der Verdampfer sowie das gesamte Rohrleitungssystem, einschließlich der produktberührenden Komponenten wie Umwälzpumpe und Verschraubungen aus Materialien, die gegenüber Phosphorsäure beständig sind. Die Anlage kann auch für andere Säuren verwendet werden, wenn das Material als beständig gegenüber den angefragten Säuren eingestuft wird.

Abbildung 10: Die korrosiven Eigenschaften der Phosphorsäure erfordern eine hohe Materialbeständigkeit der Anlagenausstattung. © Adobe.com

Technikumversuch: Maximale Konzentration und Materialbeständigkeit

Im Technikum werden unter strengen Sicherheitsmaßnahmen Experimente durchgeführt, um die maximale Konzentration der Phosphorsäure zu bestimmen. Zur Überprüfung der Materialbeständigkeit werden Probeplättchen am Kopfteil der Anlage plaziert. Nach Abschluss des in der Regel 1-2 Tage dauernden Versuchs werden die Proben entnommen, gründlich gespült und erneut gewogen, um den Grad des Materialabriebs durch die Phosphorsäure zu ermitteln.

Ein konkretes Beispiel für ein Versuchsszenario ist die Konzentrationserhöhung einer Mischung aus Phosphorsäure und Schwefelsäure, die von einem Abwasserunternehmen als Produkt verwendet wurde. Das Ziel bestand darin, diese Mischung auf eine höhere Konzentration zu bringen. Während des Versuchs wurden verschiedene Materialien in die Anlage eingebracht, um die Auswirkungen der siedenden Phosphorsäure auf die Materialien zu beobachten und zu bewerten.

1.11 Milchsäure - Aufkonzentration

Die Aufkonzentrierung von Milchsäure ist ein entscheidender Schritt zur Erzielung einer höheren Konzentration und Reinheit der Säure, die für verschiedene industrielle Anwendungen erforderlich ist. Ein prominentes Beispiel ist die Herstellung von Polylactiden (Biokunststoffen), bei der hochkonzentrierte Milchsäure als Ausgangsstoff dient. Darüber hinaus findet Milchsäure vielfältige Anwendungsbereiche in Branchen wie Lebensmittel, Kosmetik, Pharmazie, Landwirtschaft und Umwelttechnik, um nur einige Beispiele zu nennen.

Abbildung 11: Die Aufkonzentration von Milchsäure spielt eine zentrale Rolle bei der Herstellung von Biokunststoffen, Lebensmitteln, Kosmetikprodukten und in zahlreichen weiteren Industrien.

Technologie: Fallfilmverdampfer, Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer

Die Kombination aus Fallfilmverdampfer, Dünnschicht- und Kurzwegverdampfer bietet eine schonende und effiziente Methode zur Aufkonzentrierung von Milchsäure.

Hohe Temperaturen über längere Zeiträume können zu einem Abbau und Zerfall der Milchsäure führen. Insbesondere in der Lebensmittelindustrie ist es wichtig, einen Gelbstich zu vermeiden, der durch den Abbau der Milchsäure entstehen kann.

Durch kurze Verweilzeiten, niedrige Temperaturen und sehr niedrige Drücke wird die thermische Belastung der Milchsäure minimiert, um eine Beeinträchtigung der Qualität durch Zersetzung oder Abbau zu vermeiden.

Technikumversuch: Optimale Parameter für die Verarbeitung

Im Technikum werden verschiedene Parameter wie Temperatur, Druck, Durchflussrate und Verweilzeit systematisch getestet, um den optimalen Verarbeitungsprozess für die Aufkonzentrierung von Milchsäure zu ermitteln. Durch die Variation dieser Parameter können sowohl die Effizienz des Prozesses als auch die Qualität des Endprodukts verbessert werden.

Der Prozess der Milchsäureaufkonzentrierung erfolgt in drei aufeinanderfolgenden Stufen:

• Zunächst wird die Milchsäure vorkonzentriert
• Anschließend wird der Dünnschichtverdampfer eingesetzt, um die Restfeuchte aus der Milchsäure zu entfernen.
• Zuletzt erfolgt die Trennung des Milchsäuremonomers von Begleitstoffen und polymerisierten Bestandteilen. Durch diesen Schritt können die gewünschten Monomere effizient ausgedampft und kondensiert werden.

Der Kunde erhält einen umfassenden Versuchsbericht mit allen relevanten Prozessdaten wie eingesetzten Feedmengen, Drücken sowie Temperaturen (Beheizungstemperatur und Temperaturen für die einzelnen Konzentrationsstufen).

Zusätzlich werden Informationen zum Verhältnis von Rückstand zu Destillat bereitgestellt. Es ist jedoch zu beachten, dass es Einschränkungen gibt, insbesondere wenn zuvor nur geringe Mengen (im Bereich von 1 bis 0,5 %) abgetrennt wurden. In solchen Fällen ist eine genaue Gewichtsermittlung mit Waagen aufgrund der Unsicherheit nicht sinnvoll und daher nicht empfehlenswert.

Anmerkung: Abstimmung von Prozesskomponenten

Eine harmonische Abstimmung aller Prozesskomponenten ist von entscheidender Bedeutung, um eine optimale Funktionalität bei der Aufkonzentrierung von Milchsäure sicherzustellen. Besonderes Augenmerk gilt den Kondensatoren, die in der ersten Stufe des Prozesses zum Einsatz kommen. Es ist von essenzieller Bedeutung, dass diese Kondensatoren die richtigen Dimensionen und Temperaturen aufweisen.

Häufig treten Probleme auf, wenn Kunden Kondensatoren von anderen Anbietern beziehen oder diese selbst herstellen und dabei unzureichende Dimensionierungen oder zu hohe Temperaturen verwenden. Als Folge davon kann es zu einer Beeinträchtigung der Prozesseffizienz und -stabilität kommen. Eine sorgfältige Abstimmung der Kondensatoren ist daher von hoher Relevanz, um einen reibungslosen und effizienten Ablauf des Aufkonzentrierungsprozesses zu gewährleisten.

1.12 Ionische Flüssigkeiten

Ionische Flüssigkeiten sind Salze, die aufgrund ihrer chemischen Struktur bereits bei niedrigen Temperaturen flüssig sind und keine konventionellen Lösungsmittel wie Wasser enthalten. Dadurch weisen sie einzigartige Eigenschaften auf, die eine vielfältige Anwendungspalette ermöglichen. Sie dienen unter anderem als alternative Lösungsmittel, Elektrolyte in Batterien, Zusatzstoffe in Schmierstoffen, Klebstoffen oder Kühlmitteln sowie in Trennverfahren und der Wärmeübertragung.

Technologie und Technikumversuch

Die Anlagentechnik im Technikum ist flexibel und vielseitig einsetzbar, um eine breite Palette von Versuchen mit ionischen Flüssigkeiten abzudecken. Die Bandbreite reicht von niedrigviskosen Anwendungen, bei denen die Flüssigkeit abgedampft wird, bis hin zu hochviskosen Anwendungen, bei denen sie aus biologischen Mengengemischen abgetrennt wird.

Denkbar sind beispielsweise auch Versuche, um Verunreinigungen wie Restgehalte an Wasser oder Säuren aus ionischen Flüssigkeiten zu entfernen. Ein Beispiel hierfür wäre, dass der Ausgangsstoff einen Trockengehalt von 5% aufweist, während das Endprodukt, das Konzentrat, einen Trockengehalt von 95% hat.

Nach erfolgreichem Abschluss der Versuchsreihen übergeben wir dem Kunden die Proben und Ausgangsstoffe. Diese stehen zur freien Verfügung, um eigene Untersuchungen und Analysen durchzuführen. Sie bilden die Basis für die kritische Beurteilung, ob das Produkt den Anforderungen und gewünschten Qualitätsstandards entspricht.

1.13 Polymerschmelzen - Reinigung

Die Polymerindustrie ist stark von regulatorischen Vorschriften geprägt, insbesondere hinsichtlich der Verwendung von recycelten Kunststoffen in spezifischen Anwendungen wie der Lebensmittelverpackung. Die gezielte Entfernung von Verunreinigungen spielt daher eine entscheidende Rolle, um die Einsatzmöglichkeiten von recycelten Kunststoffen zu erweitern.

Technologie: VISCOFILM-Dünnschichtverdampfer

Der Hochviskosverdampfer ist für Polymerschmelzen besonders geeignet aufgrund seiner hohen Effizienz bei der Entfernung von Verunreinigungen:

• Durch das Vakuumverdampfungsverfahren und die spezielle Konstruktion des Verdampfers wird eine große Oberfläche geschaffen, die den Stoffaustausch zwischen der Schmelze und der Verdampfungsoberfläche optimiert.
  
  
• Der Hochviskosverdampfer ermöglicht eine präzise Steuerung der Temperatur und des Vakuums, um den Prozess an die spezifischen Anforderungen des Polymers anzupassen.

Abbildung 12: Die Reinigung von Polymerschmelzen im Hochviskosverdampfer stellt ein effizientes Verfahren dar, um die Wiederverwendbarkeit von Kunststoff-Recyclaten sicherzustellen. © Adobe Stock

Technikumversuch: Abtrennung unerwünschter Bestandteile

Der Schmelzprozess erfolgt in einem beheizbaren und gerührten Vorlagebehälter mit einer Kapazität von etwa 200 bis 250 Litern und dauert mehrere Stunden. Anschließend wird die geschmolzene Polymermasse in einen Hochviskosverdampfer geleitet, der in der Lage ist, das Material innerhalb einer bis anderthalb Stunden zu verarbeiten. Durch diese effiziente Verdampfung können Verunreinigungen und andere unerwünschte Bestandteile vom Polymer getrennt werden, wodurch eine qualitativ hochwertige Ausgangsmasse für weitere Verarbeitungsschritte erhalten wird.

Im Rahmen der Tests im Technikum wird untersucht, welche Bestandteile aus den Polymer-Schmelzen unter Vakuum abgetrennt werden können. Im Rahmen einer externen Analyse erfolgt eine sorgfältige Prüfung, um herauszufinden, welche Verunreinigungen effektiv entfernt werden können und welche Rückstände möglicherweise im Hochviskosverdampfer verbleiben. Das Ziel besteht darin, eine möglichst hohe Reinheit und Qualität des Endprodukts zu erreichen.

2. Musterproduktion / Lohndestillation

In der Musterproduktion werden typischerweise kleinere Produktionschargen von 5 bis 10 Litern hergestellt, um die Effektivität und Leistungsfähigkeit einer geplanten Anlage zu demonstrieren. Diese Vorgehensweise dient insbesondere Anlagenbauunternehmen, die unser Equipment erwerben und maßgeschneiderte Gesamtlösungen für ihre Kunden entwickeln. Sie ermöglicht es dem Endkunden, vor der Investition in eine umfangreichere Produktionsanlage Musterprodukte zu erhalten und diese auf ihre spezifischen Anforderungen und Qualitätskriterien zu prüfen. Darüber hinaus bietet die Musterproduktion Kunden die Möglichkeit, bereits frühzeitig Preise und Marktakzeptanz für das Produkt abzufragen.

Im Technikum bieten wir neben Musterproduktionen auch die Möglichkeit zur Durchführung von Lohndestillationen. Bei einer Lohndestillation wird das Produkt kontinuierlich in einem 3-Schichtbetrieb destilliert und direkt in bereitgestellte IBC-Container abgefüllt. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Lohndestillationen nicht zum Kerngeschäft von GIG Karasek gehören und nur in sehr begrenztem Umfang durchgeführt werden.

3. Klärung der Anforderungen

Mit einem starken Fokus auf Kundenbedürfnisse arbeiten unsere erfahrenen Experten eng mit Kunden zusammen, um deren individuelle Anforderungen zu verstehen und maßgeschneiderte Lösungen zu entwickeln. Eine entscheidende Rolle für erfolgreiche Technikumversuche spielt dabei das Verständnis der zu erwartenden Viskositäten und anderer relevanter Faktoren.

Um eine detaillierte Einschätzung zu ermöglichen, bitten wir unsere Kunden, einen Fragebogen  mit Stoffdaten auszufüllen. Durch diese Herangehensweise sind unsere Experten im Technikum in der Lage, das Vorhaben des Kunden besser zu verstehen und bereits im Erstgespräch eine fundierte Beratung anzubieten, die auf seine spezifischen Bedürfnisse zugeschnitten ist.

Kontaktieren Sie uns gerne für weitere Informationen und zur Klärung Ihrer Anforderungen.