Prof. Dr. Jürgen Gmehling

Mitarbeiter der Arbeitsgruppe

 

Dr. Jürgen Rarey

Dr. Kai Fischer

Bernd Werner, TA

Rainer Bölts, TA

Jessica Schröder, TA

Kooperationspartner

DECHEMA, Frankfurt

Fachinformationszentrum (FIZ) Chemie, Berlin

Dr. J. Matous, Inst. of Chemical Technology, Prag

Prof. L. Kudryavtseva, Inst. für Chemie, Estnische Akademie der Wissenschaften, Tallinn

Prof. I. Shulgin, Technological University Minsk, Weißrußland

Prof. K. Tochigi, Prof. K. Kojima, Nihon University, Tokio, Japan

Univ.-Doz. Dr. H. Huemer, Technische Universität Graz, Österreich

Dr. H. Kehiaian, Universität Paris, Frankreich

Prof. D. Richon, Ecole de Mines, Fontainebleau, Frankreich

PD Dr. G. Figurski, Universität Halle

DDBST GmbH, Oldenburg

Doktoranden

 

Christian Rose, Lars Götze, Oliver Noll, Claudia Fiege, Martin Petri, Oliver AufderHaar, Arnold Schweer, Bernd Nienhaus, Ralph Joh, Hergen Gardeler, Stefan Sander, Sven Horstmann, Detlef Gruber, Jürgen Lohmann, Kai Buchholz

Diplomanden

 

Ingrid Mönnich, Bernd Strothmann, Jens Kreutz, Olaf Ahlhorn, Frank Wittwer, Robert Geisler, Michael Haacke, Matthias Regenbrecht, Birgit Schulte, Diana Langenheim, Magnus Topphoff, Dirk Hufschmidt, Thomas Röpke

Gastwissenschaftler

 

Prof. Dr. Jiding Li

Prof. Dr. Lisheng Wang

Dr. Weidong Yan

Fremdfinanzierungen

Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen e.V. (AiF)

Deutsche Gesellschaft für Chemisches Apparatewesen, Chemische Technik, Biotechnologie e.V. (DECHEMA)

Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF)

Chemische Industrie im In- und Ausland

Fonds der Chemischen Industrie (FCI)

Fachinformationszentrum (FIZ) Chemie, Berlin

DDBST GmbH, Oldenburg

Summary

 

The Chair of Industrial Chemistry is part of the Chemistry Department. Apart from different special courses the main fields of teaching are: Introduction to Chemical Engineering, Chemical Reaction Engineering, Unit Operations and Chemical Processes.

The main research activities are directed towards the synthesis and design of thermal separation processes. This includes:

1) development of reliable thermodynamic models ( gE-models, equations of state, group contribution methods ) for the prediction of phase equilibria and pure component properties.

development of computerized devices for the determination of physical properties.

measurement of phase equilibria, heats of mixing, pure component properties and kinetic data for chemical reactions.

development of software tools for the synthesis and design of separation processes and development of new computerized data bases.

experimental investigations involving various unit operations ( reactive distillation, adsorption, membrane processes, enzyme separation... ) and application of thermodynamic models to process development, environmental protection, biotechnology and labor safety.

600 m2 are available for offices and laboratories. The group comprises 33 staff members.

(6 Mitarbeiter, 15 Doktoranden, 3 Diplomanden, 6 HiWis, 3 Gastwissenschaftler)

Allgemeines

 

Im Fachgebiet Technische Chemie sind neben dem Hochschullehrer, Herrn Prof. Gmehling, derzeit 2 wissenschaftliche Mitarbeiter (Dr. J. Rarey und Dr. K. Fischer), 3 Gastwissenschaftler, 3 technische Angestellte, 15 Doktoranden, 3 Diplomanden und 6 studentische Hilfskräfte beschäftigt. Für Büro, Labor und Praktikum stehen ca. 600 m2 zur Verfügung. Die zweite Professorenstelle ( C3 ) ist durch Herrn Prof. Dr. Rößner besetzt. Für diese Arbeitsgruppe stehen weitere 550 m2 zur Verfügung.

Lehre

 

Das Fachgebiet Technische Chemie bildet Chemiestudenten nach dem Vorexamen in Technischer Chemie aus. Neben den Hauptvorlesungen ( jeweils 2 SWS ), wie der Einführung in die Technische Chemie, der chemischen Reaktionstechnik, den Grundoperationen und der chemischen Produktionstechnik mit begleitenden Übungen ( insgesamt 4 SWS ), können die Studenten ihre Kenntnisse in Technischer Chemie in verschiedenen Vertiefungsveranstaltungen wie z.B. Computeranwendung in der Technischen Chemie, Prozeßsimulation mit Hilfe des kommerziellen Simulationspakets ASPEN Plus, Umwelttechnik, Mechanische Verfahrenstechnik, .. erweitern. Daneben wird ein Praktikum in Technischer Chemie und Exkursionen in Chemiebetriebe angeboten. Das "Seminar in Technischer Chemie" und das "Kolloqium Technische Chemie", dienen in erster Linie der Weiterbildung der Doktoranden. Außerdem werden regelmäßig Weiterbildungskurse in Zusammenarbeit mit der GVT und der DECHEMA veranstaltet.

Forschung

 

Ziel der Forschungen ist die Synthese und Auslegung thermischer Trennprozesse. Dazu gehören:

1. Entwicklung und Weiterentwicklung zuverlässiger thermodynamischer Modelle ( gE-Modelle, Zustandsgleichungen, Gruppenbeitragsmethoden ) zur Korrelation und Vorausberechnung von Phasengleichgewichten und Reinstoffeigenschaften.

Entwicklung computergesteuerter Meßtechniken.

Experimentelle Bestimmung von Phasengleichgewichten, Mischungswärmen, Reinstoffeigenschaften und kinetischen Daten.

Erarbeitung von Softwaretools für die Entwicklung und Auslegung der verschiedenen thermischen Trennprozesse und Entwicklung neuer computergestützter Faktendatenbanken.

Experimentelle Untersuchung verschiedener Grundoperationen (reaktive Rektifikation, Membranverfahren, Enzymtrennung,...) sowie die Anwendung thermodynamischer Modelle in den Bereichen Umweltschutz, Biotechnologie, Arbeitsschutz und Chemische Industrie.

Die verschiedenen Forschungsaktivitäten werden im folgenden genauer dargestellt.

1. Modellentwicklung

 

Für die Synthese und Auslegung thermischer Trennprozesse und die Lösung von Problemen in den Bereichen Umweltschutz, Biotechnologie und Arbeitsschutz werden leistungsfähige thermodynamische Modelle zur Korrelation, Berechnung und sicheren Abschätzung von Reinstoff- und Gemischeigenschaften (Phasengleichgewichten, Exzeßgrößen) benötigt.

Deshalb wird in der Arbeitsgruppe intensiv an Test sowie der Weiter- und Neuentwicklung von thermodynamischen Modellen gearbeitet.

1.1 Aktivitätskoeffizientenmodelle

 

Neben umfangreichen Arbeiten zur Parameteranpassung unter Berücksichtigung verschiedener thermodynamischer Informationen und Nebenbedingungen wird auf der Basis des Gruppenbeitragskonzepts an der Entwicklung zuverlässiger und breit anwendbarer Methoden zur Abschätzung des realen Gemischverhaltens aus der Molekülstruktur ( UNIFAC, mod. UNIFAC, ASOG ) gearbeitet. Die Arbeiten an den Gruppenbeitragsmethoden UNIFAC und mod. UNIFAC werden durch ein internationales Konsortium aus mehr als 20 Chemieunternehmen und Ingenieurfirmen finanziert.

1.2 Zustandsgleichungen

 

Hierbei wird besonderes Gewicht auf die Analyse und Verbesserung von praxisrelevanten Gleichungen ( Soave-Redlich-Kwong, Peng-Robinson ) und die Entwicklung von leistungsfähigen Mischungsregeln gelegt. Eine in der Arbeitsgruppe entwickelte Kombinations-/Mischungsregel erlaubt die Verwendung allgemein verfügbarer gE-Modell-Wechselwirkungsparameter in Zustandsgleichungen. Auf dieser Basis wurde eine leistungsfähige Gruppenbeitrags- Zustandsgleichung ( PSRK ) entwickelt.

1.3 Octanol/Wasser-Verteilungskoeffizienten

 

Die in der Arbeitsgruppe entwickelte neue Methode zur Abschätzung von Octanol/Wasser-Verteilungskoeffizienten auf der Basis der Gruppenbeitragsmethode UNIFAC zeigt im Vergleich zur allgemein verbreiteten Vorausberechnungsmethode nach Leo und Hansch verschiedene Vorteile. So lassen sich neben den Octanol/Wasser-Verteilungskoeffizienten auch Henry-Koeffizienten und Wasserlöslichkeiten berechnen.

1.4 Elektrolytsysteme

 

Auf der Basis umfangreicher Tests bestehender Modelle zur Beschreibung von Elektrolytsystemen anhand einer Vielzahl gespeicherter Phasengleichgewichtsdaten wurde ein breit anwendbares Modell entwickelt, das eine gegenüber anderen Methoden verbesserte Beschreibung des Elektrolyteinflusses auf das Dampf-Flüssig-Gleichgewichtverhaltens elektrolythaltiger Lösungsmittelgemische und der Salzlöslichkeiten ermöglicht (LIQUAC).

1.5 Adsorptionsgleichgewichte

 

Es werden anhand einer großen Datenbasis verschiedene Ansätze zur Beschreibung von Gemischisothermen getestet und weiterentwickelt sowie eine Vorausberchnungsmethode entwickelt (PRAST). Zur Durchführung dieser Arbeiten wurde eine umfangreiche Datenbank sowie ein integriertes Berechnungssystem aufgebaut.

1.6 Reinstoffdaten

 

In Zusammenarbeit mit verschiedenen Gruppen im In- und Ausland wird eine umfangreiche Datenbank für thermodynamische Eigenschaften reiner Stoffe aufgebaut. Die vom BMBF geförderten Arbeiten, an denen mehr als 20 Wissenschaftler beteiligt sind, werden in Oldenburg koordiniert. Neben dem Aufbau der Datenbank wurden Programme zur Verarbeitung und Speicherung von Molekülstrukturen (Bindungstabellen) und zur Stoffdatenabschätzung entwickelt.

1.7 Wissensbasierte Systeme

 

Es wurde ein System entwickelt, welches es gestattet, aus Datenbankinformationen bzw. mit Hilfe von Gruppenbeitragsmethoden ( Aktivitätskoeffizienten bei unendlicher Verdünnung, azeotrope Punkte, Mischungslücken, Destillationsgrenzlinien,... ) Zusatzstoffe für thermische Trennverfahren auszuwählen. Daneben erlaubt das System die Analyse des Verhaltens von Multikomponentensystemen in Bezug auf das Auftreten homogener oder heterogener Azeotrope. Das System wird ständig erweitert und verfeinert.

2. Experimentelle Untersuchungen

 

In der Arbeitsgruppe werden umfangreiche experimentelle Techniken für die Bestimmung zuverlässiger Reinstoff- und Gemischeigenschaften entwickelt und eingesetzt. Im folgenden werden die wichtigsten Apparaturen mit den jeweiligen Anwendungs- und Meßbereichen vorgestellt.

2.1 Dampf-Flüssig-Gleichgewichte

 

Zur Bestimmung von Dampf-Flüssig-Gleichgewichten ( VLE ) stehen diverse, zum Teil selbst entwickelte Meßeinrichtungen zur Verfügung:

Statische Apparatur ( 20 - 150 °C, 0.02 - 120 bar ) Die statische Apparatur wird zur Zeit ausschließlich für Nichtelektrolytsysteme eingesetzt. Der große Meßbereich läßt Untersuchungen mit Flüssiggasen und leichtflüchtigen Komponenten zu. Insbesondere die durch langjährige Erfahrung und ständige Investitionen verbesserte hohe Genauigkeit in allen Meßgrößen ( +/- 0.01% in der Gesamtzusammensetzung, +/- 0.01 K in der Temperatur, +/- 0.4 mbar + 0.01% im Druck ) läßt bei gleichzeitig hoher Datendichte eine sehr sichere Bestimmung der Phasengleichgewichte binärer und ternärer Systeme sowie eine präzise Ableitung von azeotropen Punkten, Grenzaktivitätskoeffizienten und Mischungslücken zu.

Computergesteuerte statische Differenzdruckapparatur ( 20 - 90 °C, 0 - 1 bar ). Diese Apparatur wird für viele Messungen aufgrund der im Anwendungsbereich noch weiter erhöhten Genauigkeit und des aufgrund der Automatisierung verringerten Arbeitsaufwands für Systeme von technischem Interesse und zur Erweiterung der Datenbasis für die Weiterentwicklung von Gruppenbeitragsmethoden, etc. eingesetzt.

Dynamische Apparatur ( Sieg/Röck ) ( 10-170°C, 0 - 1 bar )

Diese Apparatur wird bevorzugt für Elektrolytsysteme verwendet. Dabei wird der Einfluß von Salzen auf den Trennfaktor binärer Lösungsmittelgemische untersucht. Die Auswahl der Systeme erfolgt nach dem Bedarf an speziellen Daten zur Entwicklung und Überprüfung von Gruppenbeitragsmethoden für Elektrolytsysteme.

Hochdruckapparatur mit gaschromatografischer Analyse der Phasenzusammensetzungen

Mit Hilfe dieser im Aufbau befindlichen Apparatur können Phasengleichgewichtsdaten im Bereich von 25 bis ca. 200oC bei Drücken bis 200 bar vermessen werden. Sie wird vordringlich für Messungen zur Modellentwicklung (PSRK) und zur Auslegung überkritischer Extraktionen (Supercritical Fluid Extraction) eingesetzt werden.

Daneben stehen noch verschiedene Ebulliometer und die Headspace-Gaschromatographie zur Messung von VLE-Daten zur Verfügung.

Gleichzeitig werden weitere Apparaturen mit vergrößertem Einsatzbereich ( Druck, Temperatur ), verbesserter Automatisierung ( Computersteuerung ) oder anderen Meßprinzipien ( z.B. direkte synthetische Methode, kurze Verweilzeit, ... ) entwickelt. Mit Hilfe einer Apparatur mit variablem Volumen der Gleichgewichtszelle sollen statische Messungen bis 120 bar möglich sein, wobei der Dampfraum soweit verkleinert wird, daß auf eine Korrektur der Flüssigphasenzusammensetzung verzichtet werden kann.

2.2 Azeotrope Daten

 

Zur Bestimmung azeotroper Zusammensetzungen (homogene und heterogene Azeotrope) bei Drücken bis zu 3 bar und im Temperaturbereich von 25 bis 150oC stehen 2 Drehbandkolonnen zur Verfügung.

2.3 Mischungsenthalpien

 

Mischungsenthalpien liefern quantitative Informationen über die Temperaturabhängigkeit der Phasengleichgewichte. Zur experimentellen Bestimmung werden zwei verschiedene Apparaturen eingesetzt:

Isothermes Durchflußkalorimeter der Fa. Hart Scientific.

In einem großen Zustandsbereich ( 0 - 200 °C, 1 - 150 bar ) können auch Messungen mit Flüssiggasen und überkritischen Komponenten durchgeführt werden. Die computergesteuerte Apparatur wird hauptsächlich für systematische Untersuchungen im Rahmen der Weiterentwicklung von Gruppenbeitragsmethoden eingesetzt.

Tian-Calvet-Mikrokalorimeter (SETARAM (BT 2.15 II))

Dieses Batch-Kalorimeter kann neben der Bestimmung von Mischungsenthalpien auch zur Messung von Schmelz- bzw. Umwandlungsenthalpien und -temperaturen, Reaktionsenthalpien und Molwärmen bei Drücken bis etwa 3 bar und im Temperaturbereich von -200 bis 200 oC eingesetzt werden. Zur Zeit werden vordringlich Mischungsenthalpien von Systemen vermessen, bei denen eine der Komponenten einen hohen Schmelzpunkt besitzt und die dadurch nicht mit Hilfe des Durchflußkalorimeters untersucht werden können.

2.4 Grenzaktivitätskoeffizienten

 

Bei der Auslegung thermischer Trennprozesse kommt den Grenzaktivitätskoeffizienten eine besondere Bedeutung zu. Für die experimentelle Bestimmung dieser Eigenschaft dienen die oben erwähnten statischen Apparaturen, Ebulliometer ( Typ a) Swietoslawski, b) Eckert ), und ein Gas-Flüssig-Chromatograph. Es wurden bisher mehr als 1000 Werte für die Modellentwicklung und die Auslegung thermischer Trennverfahren ( z.B. Entfernung von VOC durch Absorption ) vermessen. Mit Hilfe einer neu beschafften Dilutor-Apparatur sollen speziell Grenzaktivitätskoeffizienten in schwerersiedenden Lösungsmittelgemischen vermessen werden, wie sie als Extraktivlösungsmittel in der Praxis eingesetzt werden.

2.5 Fest-Flüssig-Gleichgewichte

 

Die Schmelzgleichgewichte von Mischungen sind beispielsweise für die Auslegung von Kristallisatoren oder die sicherheitstechnische Auslegung ( Zufrieren von Transportleitungen ) von großer Bedeutung. Gleichzeitig geben sie Auskunft über das reale Gemischverhalten bei tiefen Temperaturen ( Modellentwicklung ). Neben dem Aufbau einer entsprechenden Datenbank werden die publizierten Daten durch eigene Messungen abgerundet. Die Messung erfolgt durch die visuelle Bestimmung der Liquidus-Linie der untersuchten Gemische als Funktion der Zusammensetzung.

2.6 Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte

 

Zur Bestimmung von Flüssig-Flüssig-Gleichgewichten stehen verschiedene experimentelle Methoden zur Verfügung ( Schüttelkolbenmethode, Trübungstitration, Flüssig-Flüssig-Gegenstromchromatographie ( LLCCC ) ).

Mit Hilfe der LLCCC werden insbesondere Octanol/Wasser-Verteilungskoeffizienten sowie Enzymverteilungskoeffizienten in wäßrigen Zweiphasensystemen über die Retentionszeit ermittelt.

2.7 Adsorptionsgleichgewichte

 

Aufgrund immer strengerer gesetzlicher Auflagen werden zur Beseitigung der Verunreinigungen in Abluft- und Abwasserströmen verstärkt Adsorptionsprozesse eingesetzt. Als Adsorptionsmittel kommen kristalline oder amorphe feinkörnige Materialien mit großen inneren Oberflächen in Frage.

Mit Hilfe einer Adsorptionsapparatur ( Strömungsapparatur ) können Mehrkomponentenadsorptionsgleichgewichte über die Durchbruchskurven ermittelt werden. Als Adsorbentien werden dabei insbesondere dealuminierte Y-Zeolithe eingesetzt, deren Hydrophobie und damit die Selektivität für polare bzw. unpolare Komponenten über das Al/Si-Verhältnis beeinflußt werden kann.

2.8 Gaslöslichkeiten

 

Mit Hilfe einer statischen Apparatur werden nach dem indirekten Meßprinzip Löslichkeiten leichtflüchtiger Komponenten in flüssigen Lösungsmitteln und -gemischen gemessen. Die Daten werden einerseits für die Auslegung von Absorptionsprozessen, andererseits zur Erweiterung der Datenbasis für die PSRK - Methode benötigt. Umfangreiche Untersuchungen zielen auf die Vermessung selektiver Lösungsmittel ( NMP, Glykolether ) für Gaswäschen ( Absorber/Desorber ) ab.

2.9 Reinstoffdampfdrücke

 

Reinstoffdampfdrücke als Funktion der Temperatur spielen als Randinformation eine entscheidende Rolle bei der Berechnung von Trennfaktoren in Gemischen. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen an Dampf-Flüssig-Gleichgewichten ( s.o. ) sowie dem Aufbau einer Datenbank für Reinstoffeigenschaften werden diese Daten mit Hilfe von dynamischen bzw. statischen Methoden im großen Temperaturbereich vermessen. Zusätzlich wird eine Apparatur zur Bestimmung sehr niedriger Dampfdrücke nach dem Prinzip der Knudsen-Zelle aufgebaut.

2.10 Exzeßvolumina

 

Exzeßvolumina liefern Informationen über die Druckabhängigkeit des Phasengleichgewichts. Diese Information ist von praktischem Interesse für eine Reihe von Arbeitsschritten in der Chemischen Industrie und liefert zudem Aufschlüsse über die Struktur flüssiger Mischungen für die Entwicklung thermodynamischer Modelle. Zur Bestimmung dieser Daten stehen zwei Dichtemeßgeräte nach dem Biegeschwinger-Prinzip zur Verfügung. Eines der Geräte ist für Messungen bis 300oC und 600 bar geeignet (vgl. 2.12).

2.11 Flüssigviskositäten

 

Zur Bestimmung von Flüssigviskositäten bei Atmosphärendruck im Temperaturbereich von ca. 0 bis 90oC wird ein computergesteuertes Oswald-Viskosimeter entwickelt.

2.12 Dichten von reinen Flüssigkeiten und Gasen sowie Gemischen

 

Mit Hilfe eines computerisierten Biegeschwinger-Dichtemeßgeräts (Prototyp Institut für Meßtechnik, Dr. Stabinger, Graz) kann die Dichte im Zustandsbereich bis 600 bar und 300oC im Rahmen der Genauigkeit der Kalibrierungssubstanzen bestimmt werden. Durch gleichzeitige Bestimmung der Güte des mechanischen Schwingers erhält man weiterhin Informationen über die Viskosität des untersuchten Fluids.

3. Entwicklung von Softwaretools, Datenbanken

 

Zur Anpassung der benötigten Modellparameter und zum Test der verschiedenen in der Arbeitsgruppe entwickelten thermodynamischen Modelle ( -Modelle, Zustandsgleichungen, Gruppenbeitragsmethoden ) ist eine große Datenbasis sowie hochentwickelte Anpassungs- und Analyseprogramme von besonderer Bedeutung. Weiterhin ist für die Wissens- und Methodenpflege ( Erhalt des Know-How ) die computerisierte Codierung in Datenbanken und Berechnungsprogrammen unerläßlich.

3.1 Programmpaket

 

Orientiert an den Erfordernissen der Modellentwicklung wurde eine Vielzahl von Programmen entwickelt, die seit einigen Jahren unter einer gemeinsamen Oberfläche und zusammen mit kommerziell entwickelten Funktionen von der DDBST GmbH gepflegt und auf verschiedenen Hardwareplatformen vertrieben werden. Der Arbeitsgruppe steht für die Forschung jeweils die aktuellste Version für die Methodenentwicklung zur Verfügung. Das Programmpaket ( Gesamtumfang ca. 300 000 Programmzeilen ) beinhaltet unter anderem:

· Programme zur Datenrecherche, -retrieval, graphischen Darstellung, Konsistenzprüfung, Korrelation, Vorausberechnung ... der verschiedenen Reinstoff- und Gemischdaten.

· Programme zur simultanen Korrelation von Reinstoff- und Gemischdaten.

· Berechnungsprogramme der für die Synthese und Auslegung thermischer Trennoperationen relevanten Größen wie azeotrope Daten in Multikomponentensystemen, Auswahl selektiver Lösungsmittel, ...

Neuere Entwicklungen beinhalten die:

· Grafische Eingabe und automatische Verarbeitung von Molekülstrukturen zur vereinfachten Anwendung von Gruppenbeitragsmethoden.

· Berechnung von Destillations- und Rückstandslinien in ternären Gemischen.

· Auswahl selektiver Lösungsmittel für die azeotrope und extraktive Rektifikation.

3.2 Datenbanken für Phasengleichgewichte sowie thermodynamische Daten von Reinstoffen und Gemischen.

 

Seit 1973 wird in der Arbeitsgruppe kontinuierlich am Aufbau und der Aktualisierung von Datenbanken gearbeitet, in denen experimentelle thermodynamische Daten von Reinstoffen und Mischungen in einheitlicher, computergerechter Form bereitgestellt werden. Diese Datenbanken sind ein unersetzliches Werkzeug bei der Optimierung und Entwicklung thermodynamischer Modelle, da praktisch sofort neue Ansätze an einer sehr umfangreichen Datenbasis überprüft werden können. Weiterhin ist es möglich, die für die Synthese, Optimierung und Auslegung von thermischen Trennprozessen benötigten Daten direkt abzurufen.

Den derzeitigen Stand der Datenbank (Mai 1997) zeigt die folgende Tabelle:

Reinstoffe

ca. 10 400

Komponenten

Literaturstellen

ca. 16 000

 

Dampf-Flüssig-Gleichgewichte

17 300

Datensätze

Dampf-Flüssig-Gleichgewichte für niedrig siedende Verbindungen

14 200

Datensätze

Dampf-Flüssig-Gleichgewichte für elektrolythaltige Gemische

1 700

Datensätze

Flüssig-Flüssig-Gleichgewichte

10 360

Datensätze

Mischungswärmen

12 800

Datensätze

Grenzaktivitätskoeffizienten

32 200

Datenpunkte

Gaslöslichkeiten

7 500

Datensätze

Exzeßmolwärmen

930

Datensätze

Exzeßvolumina

9 800

Datensätze

Azeotrope Daten

40 400

Datenpunkte

Fest-Flüssig-Gleichgewichte

6 900

Datensätze

Adsorptionsdaten

3 000

Datensätze

Reinstoffdaten

76 000

Datensätze

 

Seit einigen Jahren wird die Pflege und Erweiterung der Datenbanken von der DDBST GmbH durchgeführt. Die aktuelle Version steht der Arbeitsgruppe zur Verfügung. Der Aufbau neuer vom BMBF geförderter Faktendatenbanken findet weiterhin an der Hochschule statt. Die Daten sind als Inhouse-Version ( über das FIZ Chemie ( Berlin ), DECHEMA e.V. (Frankfurt) oder DDBST GmbH (Oldenburg) ), Online ( über STN, Datenbank DETHERM, Filesegment DDB ) ) und in gedruckter Form ( DECHEMA Chemistry Data Series, VCH Weinheim ) verfügbar. Ab 1997 werden die Faktendatenbanken zusätzlich von ASPEN Technology, Inc. über das Internet und als Inhouse-Version vertrieben.

4. Untersuchungen in halbtechnischen Anlagen

4.1 Reaktive Rektifikation

 

Der Einsatz der reaktiven Rektifikation als Verfahrensalternative ist insbesondere für reversible chemische Reaktionen interessant, da die gewünschten Produkte aus dem Reaktionsgemisch rektifikativ abgezogen und somit das Gleichgewicht zu höheren Umsätzen verschoben werden kann, was insbesondere die Aufarbeitung erleichtert.

In einer Technikumskolonne wurde unter Verwendung eines heterogenen Katalysators ( Katapak der Fa. Sulzer AG ) die Herstellung von Methylacetat untersucht. Die Untersuchungen zielen unter anderem auf einen Kriterienkatalog ab, anhand dessen die Einsatzmöglichkeit der reaktiven Rektifikation beurteilt werden kann. Auf der Basis thermodynamischer sowie reaktionskinetischer Daten werden die in der Technikumskolonne gewonnenen Daten per Simulation überprüft. Es wird ferner geprüft, welche Stofftransport- und Reaktormodelle geeignet sind, die komplexen Material- und Enthalpiebilanzen orts- und zeitabhängig zu lösen.

4.2 Bestimmung der Makrokinetik

 

Zur reaktionstechnischen Auslegung einer Reaktivrektifikationskolonne ist die genaue Kenntnis der Makrokinetik als Funktion der Einflußparameter auf die gewünschte Umsetzung, in diesem Fall die Veresterung von Essigsäure mit Methanol, erforderlich. Die Kinetik der chemischen Reaktion ist ein maßgebender Parameter für die benötigte Verweilzeit innerhalb des Reaktionsteils der Kolonne.

Durch die Verwendung verschiedener Reaktorformen mit unterschiedlichen Strömungsbedingungen sowie durch Variation der Katalysatormenge, der Katalysatorkorngröße, der Berieselungsdichte und der Gasbelastung soll geprüft werden, ob bzw. ab wann die Makrokinetik durch den Stofftransport limitiert wird und wie dies in den formalkinetischen Modellen berücksichtigt werden kann.

4.3 Auftrennung von Enantiomerengemischen

 

Fügt man einem flüssigen Zweiphasensystem stereospezifische Selektoren zu, so kann damit eine extraktive Trennung von Enantiomeren erreicht werden. Mit Hilfe der Flüssig-Flüssig-Gegenstromchromatographie (LLCCC) wird die Eignung dieser Systeme für die Enantiomerentrennung untersucht.

Diplomarbeiten (ab 1995)

 

Diplomanden (Abgabedatum)

Ingrid Mönnich (28.08.1995), Messung und Modellierung von Mehrkomponentenadsorptionsgleichgewichten an dealuminierten Y-Zeolithen

Bernd Strothmann (12.11.1995), Experimentelle Bestimmung von Dampf-Flüssig-Gleichgewichten mit einer statischen Apparatur und Korrelation der Meßergebnisse unter Verwendung von gE-Modellen

Claudia Fiege (22.12.1995), Messung von Fest-Flüssig-Phasengleichgewichten und Untersuchung des thermodynamischen Verhaltens von Systemen mit isomeren Verbindungen

Bernd Nienhaus (05.01.1996), Messung von Verteilungskoeffizienten mit der LLCCC und Modellierung von Flüssig-Flüssig-Gleichgewichten

Oliver Aufderhaar (14.03.1996), Experimentelle Bestimmung kalorischer Größen mit einem Calvet-Tian-Kalorimeter und Korrelation von Dampfdruckdaten reiner Stoffe mit einer erweiterten Antoine-Gleichung

Jens Kreutz (27.03.1996), Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Kristallisation eutektischer Systeme

Hergen Gardeler (26.04.1996), Messung und simultane Korrelation von Dampf-Flüssig-Gleichgewichten. Exzeßenthalpien und Aktivitätskoeffizienten bei unendlicher Verdünnung

Olaf Ahlhorn (02.05.1996), Überprüfung von Reinstofftemperaturabhängigkeitsfunktionen ausgewählter zweiparametriger, kubischer Zustandsgleichungen

Detlef Gruber (30.05.1996), Untersuchung der Trennleistung der Flüssig-Flüssig-Gegenstrom-chromatographie (LLCCC) am speziellen Trennproblem der chromatographischen Enantiomerentrennung

Frank Wittwer (14.06.1996), Messung von Dampf-Flüssig-Phasengleichgewichten elektrolythaltiger Multikomponentensysteme mittels der Headspace-Gaschromatographie und Ebulliometrie

Robert Geisler (14.06.1996), Messungen zur Kinetik einer heterogen katalysierten Veresterungs-reaktion in verschiedenen Reaktortypen

Michael Haacke (12.07.1996), Experimentelle thermodynamische Untersuchungen in realen binären Systemen

Matthias Regenbrecht (12.07.1996), Azeotrope - Messung und Überprüfung mit Gruppenbeitragsmethoden

Stefan Sander (20.07.1996), Modellierung und Messung von ternären Adsorptionsgleichgewichten an dealuminierten Y-Zeolithen

Jürgen Lohmann (18.11.1996), Fest-Flüssig-Phasengleichgewichte viskoser Systeme

Sven Horstmann (18.11.1996), Messung und Korrelation von Dampf-Flüssig-Gleichgewichten

Birgit Schulte (13.04.1997), Enantiomerentrennung mit Hilfe chromatographischer Methoden

Diana Langenheim (1997), Experimentelle und theoretische Untersuchungen zur Synthese thermischer Trennprozesse

Magnus Topphoff (24.10.1997), Untersuchung experimenteller Methoden als Grundlage für die Auslegung thermischer Trennverfahren

Dirk Hufschmidt (2.11.1997), Messung und Vorausberechnung des Einflusses von Elektrolyten auf Dampf-Flüssig-Gleichgewichte

Thomas Röpke (1997), Messung und Modellierung von Fest-Flüssig-Phasengleichgewichten

Tim Poepken (1997), Untersuchung der Makrokinetik von Veresterungsreaktionen in Reaktivrektifikationskolonnen

Dissertationen in der Technischen Chemie (ab 1995)

 

Antje Jakob (Juni 1995), Thermodynamische Grundlagen der Kristallisation und ihre Anwendung in der Modellentwicklung

Christian Möllmann (Juli 1996), Synthese thermischer Trennprozesse am Beispiel der Rektifikation mit Zusatzstoffen

Susanne Neumann (Oktober 1996), Modellierung und Messung von Transportgrößen am Beispiel der Viskosität reiner Flüssigkeiten

Aufenthalte Gastwissenschaftler 1995-1997

Name

Aufenthaltszeit

finanziert

Prof. Dr. Jiding Li; Tsinghua University, Beijing/China

Verschiedene Besuche

DAAD

Prof. Dr. Iwan Shulgin, Byelorussia Inst. of Technology Minsk/GUS

Verschiedene Besuche

 

Dr. Warren Moollan, Natal University, Durban/South Africa

1.4.96 - 31.3.97

DAAD

Prof. Dr. Li-Sheng Wang, Beijing Institute of Technology, Beijing/China

1.9.96 - 31.8.97

DAAD

Prof. Dr. Wei-Dong Yan, Zhejiang University, Hangzhou/China

1.3.96 - 28.2.98

DAAD

Ausgewählte Vorträge

J. Rarey, J. Gmehling, Computergestützte Messung von Dampf-Flüssig-Gleichgewichten mit Hilfe der statischen Methode, GVC-Fachausschußsitzung, Jena 1995

J. Gmehling, Thermodynamische Daten: Basis für die Synthese und Optimierung chemischer Prozesse, 25. GDCh-Hauptversammlung, Münster 10.-13. Sept. 1995

J. Rarey, J. Gmehling, Measurement of Precise VLE Data Using a Computer Driven Static Ebulliometer, AIChE 1995 ANNUAL Meeting, Miami, November 12th - 17th 1995

J. Gmehling, Stand von Gruppenbeitragsmethoden zur Synthese und Simulation von chemischen Prozessen, DECHEMA Jahrestagung, Wiesbaden 1996

J. Rarey, J. Gmehling, W. Cordes, Aufbau einer Faktendatenbank für Reinstoffdaten und Entwicklung von Korrelations- und Vorausberechnungsmethoden, GVC-Fachausschußsitzung, Luzern 1996

J. Gmehling, Process Synthesis with the Help of the Dortmund Data Bank (DDB) and the Integrated Program Package DDBSP, 12th International Congress of Chemical Process Engineering ( CHISA´96 ), 25-30 August, 1996

J. Rarey, H. Gardeler, Development and experimental results of a computer-driven static apparatus, CHISA-Conference, Prag, August 1996

J. Gmehling, Group Contribution Methods and Dortmund Data Bank - Ideal Tools for the Synthesis and Design of Chemical Processes, 11o Congresso Brasileiro de Engenharia Quimica, 17-20 September, 1996, Rio de Janeiro

J. Gmehling, C. Möllmann, Group Contribution Methods and Dortmund Data Bank - Ideal Tools for the Synthesis and Design of Chemical Processes, Distillation & Absorption, Maastricht 8-10 September 1997

J. Gmehling, Present Status of Group Contribution Methods for the Synthesis and Design of Chemical Processes Molecular Thermodynamics and Molecular Simulation, Hosei University, Tokyo 12-15 January 1997

K. Fischer, J. Li, J. Gmehling, Further Development of the PSRK Model for the Prediction of Gas Solubilities and Vapor-Liquid Equilibria at Low and High Pressures, European Congress on Chemical Engineering, Florence ( Italy ), May 4-7, 1997, Event 601 of EFCE

Literatur

 

J. Gmehling, B. Kolbe; Thermodynamik, 2. Auflage; VCH-Verlag, Weinheim 1992

J. Gmehling, B. Kolbe; Thermodynamik (japanische Übersetzung), Kodansha, Tokio 1993

J. Gmehling, J. Menke, J. Krafczyk, K. Fischer, Azeotropic Data, 2 parts, VCH-Verlag, Weinheim 1994

J. Gmehling, A. Brehm; Lehrbuch der Technischen Chemie - Grundoperationen; Thieme-Verlag, Stuttgart, 1996

D. Zudkevitch, A. K. S. Murthy, J. Gmehling, Thermodynamic Aspects of Reformulation of Automotive Fuels, Part 1. The Effects of Oxygenates on the Vapor Pressures and Volatilities of Gasolines Hydrocarbon Processing 93-100 ( June 1995 )

J. Gmehling, C. Möllmann, Group Contribution Methods and Dortmund Data Bank - Ideal Tools for the Synthesis and Design of Chemical Processes, Proceedings of the Meeting „Distillation & Absorption", Maastricht 97, Ed. R. Darton Institution of Chemical Engineers Symp. Ser. No. 142, 161 - 173 (1997)

J. Gmehling, U. Onken, J.Rarey, Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection, Bd. IVa, DECHEMA Chemistry Data Series, Frankfurt 1996

1.1 J. Gmehling, From UNIFAC to Modified UNIFAC to PSRK with the Help of DDB, Fluid Phase Equilibria 107, 1-29 (1995)

J. Gmehling, Present Status of Group Contribution Methods for the Synthesis and Design of Chemical Processes, Fluid Phase Equilibria, accepted

1.2 K. Fischer, I. Shulgin, J. Gmehling, Direct Calculation of SRK Parameters from Experimental PvT-Data in the Saturation State, Fluid Phase Equilibria 103, 1-10 (1995)

K. Fischer, J. Gmehling, Further Development, Status and Results of the PSRK-Method for the Prediction of Vapor-Liquid Equilibria and Gas Solubilities , Fluid Phase Equilibria 112, 1 ( 1995 )

Jiding Li, K. Fischer, J. Gmehling, Prediction of Vapor-Liquid Equilibria for Asymmetric Systems at Low and High Pressures with the PSRK Model, Fluid Phase Equilibria, acceptef

Lisheng Wang, H. Gardeler, J. Gmehling, The Performance of EOS Models in the Prediction of Vapor-Liquid Equilibria in Asymmetric Natural Gas Mixtures, Chin. J. Chem. Eng., accepted

Lisheng Wang, H. Gardeler, J. Gmehling, Model and Experimental Data Research of Natural Gas Storage for Vehicular Usage, Gas Separation & Purification, accepted

J. Gmehling, Jiding Li, K. Fischer, Further Development of the PSRK Model for the Prediction of Gas Solubilities and Vapor-Liquid Equilibria at Low and High Pressures II, Fluid Phase Equilibria, accepted

1.3 G. Wienke, J. Gmehling, Prediction of Octanol-Water Partition Coefficients, Henry-Coefficients and Water Solubilities Using UNIFAC, Toxicological and Environmental Chemistry, accepted

1.6 J. Rarey, W. Cordes, S. Neumann, M.A. Krähenbühl, J. Gmehling, Entwicklung von Modellen und Korrelationen zur Beschreibung von Reinstoffeigenschaften, Chem.-Ing.-Tech. 67, 907-912 (1995)

1.7 G. Schembecker, K.H. Simmrock, T. von Trotha, G. Hradetzky, S. Jung, D.A. Lempe, J. Gmehling, R. Sass, U. Westhaus, Auswahl von Daten und Berechnungsmethoden für Reinstoffe und Gemische mit Hilfe eines heuristisch-numerischen Beratungssystems, Chem.-Ing.-Tech. 68, 1307 (1996)

C. Möllmann, J. Gmehling, Auswahl selektiver Zusatzstoffe für die Rektifikation durch kombinierten Zugriff auf experimentelle und vorausberechnete Gleichgewichtsdaten, Chem.-Ing.-Tech. 69, 324 (1997)

2.1 A. de Haan, A. Heine, K. Fischer, J. Gmehling, Vapor-Liquid Equilibria and Excess Enthalpies for Octane + N-Methylacetamide, Cyclooctane + N-Methylacetamide, and Octane + Acetic Anhydride at 125 °C, J. Chem. Eng. Data 40, 1228-1232 (1995)

K. Fischer, J. Gmehling, Vapor-Liquid Equilibria, Activity Coefficients at Infinite Dilution and Heats of Mixing for Mixtures of N-Methylpyrrolidone-2 with C5 or C6 Hydrocarbons and for Hydrocarbon Mixtures, Fluid Phase Equilibria 119, 113-130 (1996)

K. Fischer, I. Shulgin, J. Rarey, J. Gmehling, Vapor-Liquid Equilibria for the System Water + tert. Pentanol for 4 Temperatures, Fluid Phase Equilibria 120, 143-165 (1996)

A. Heine, K. Fischer, J. Gmehling, Various Thermodynamic Properties for Binary Systems with Tertiary Ethers, AIChE - DIPPR 1996

O. Noll, K. Fischer, J. Gmehling, Vapor-Liquid Equilibria and Enthalpies of Mixing for the Binary System Water + N-Methyl-2-Pyrrolidone in the Temperature Range 80 - 140 °C, J. Chem. Eng. Data 41, 1434-1438 (1996)

A.B. de Haan, R. Bölts, J. Gmehling, Vapor-Liquid Equilibria and Excess Enthalpies for Binary Mixtures of Acrylonitrile with Hexane, Cyclohexane, Benzene, Toluene, 2-Butanone, and Acetonitrile, J. Chem. Eng. Data 41, 1155-1159 (1996)

Weidong Yan, C. Rose, J. Gmehling, Isothermal Vapor-Liquid Equilibrium Data for the Ethanol-Ethyl Acetate-Sodium Iodide System at Five Temperatures, J. Chem. Eng. Data accepted

A.B. De Haan, K. Fischer, M. Haacke, J. Gmehling, Vapor-Liquid Equilibria and Excess Enthalpies for Binary Mixtures of N-Methylacetamide with 1-Octene, Dipropylamine, Triethylamine, Pyridine and Methanol at 125 °C, J. Chem. Eng. Data 42, 597 - 602 (1997)

A. de Haan, K. Fischer, M. Haacke, O. Aufderhaar, M. Petri, J. Gmehling, Vapor-Liquid Equilibria and Heats of Mixing for Binary Mixtures of N-Methylacetamide with Aniline, Decane, Ethylene Glycol, Naphthalene, Phenol and Water, J. Chem. Eng. Data 42, 875 - 881 (1997)

K. Fischer, S.-J. Park, J. Gmehling, Vapor-Liquid Equilibria for Binary Systems Containing Methanol or Ethanol, tert-butyl methyl ether or tert-amyl methyl ether, and butane or 2-methylpropene at 363 K, Int. Electron. J. Phys.-Chem. Data 2, 135-148 (1996)

2.2 J. Gmehling, R. Bölts, Azeotropic Data for Binary and Ternary Systems at Moderate Pressures, J. Chem. Eng. Data 41, 202-209 (1996)

2.3 G. Avedis, B. Meents, J. Gmehling, Excess Molar Enthalpies of Aniline with Alkanes and Alkenes at 363.15 K, J. Chem. Thermodyn. 27, 939-944 (1995)

J. Gmehling, B. Krentscher, The Excess Enthalpy of Tetrahydrofuran ( Oxolane ) + Water, a Binary Liquid Mixture with Closed Miscibility Curve, below ( 343.15 K ), between ( 383.15 K ), and above ( 416.29 K ) the Consolute Temperature, Int. Electron. J. Phys.-Chem. Data 1, 291-296 (1995)

J. Gmehling, B. Krentscher, Excess Enthalpies of 12 Binary Liquid Mixtures Containing Cyclohexane at Elevated Temperatures and Pressures ( up to 416 K and 1.9 MPa ), Int. Electron. J. Phys.-Chem. Data 1, 181-190 (1995)

A. B. de Haan, J. Gmehling, Excess Enthalpies for Various Binary Mixtures with N-Methylacetamide or Acetic Anhydride, J. Chem. Eng. Data 41, 474-478 (1996)

J. Gmehling, Excess Enthalpies of tert.-butyl methyl ether (MTBE) + butane at 323.15 K and 1.8 MPa and of tert-amyl methyl ether (TAME) + methanol at 363.15 K and 2.4 Mpa, Int. Electron. J. Phys.-Chem. Data 2, 131-134 (1996)

2.4 Z. Atik, J. Gmehling, Activity Coefficients at Infinite Dilution of Fluorobenzene, 1’,1’,1’-Trifluortoluene and Iodoethane in Toluene, J. Soc. Alger. Chim. 5(2), 81-87 (1995)

C. Möllmann, J. Gmehling, Measurement of Activity Coefficients at Infinite Dilution Using Gas-Liquid Chromatography. 5. Results for N-Methylacetamide, N,N-Dimethylacetamide, N,N-Dibutylformamide and Sulfolane as Stationary Phases", J. Chem. Eng. Data 42, 35-40 (1997)

D. Gruber, D. Langenheim, W. Moollan, J. Gmehling, Measurement of Activity Coefficients at Infinite Dilution Using Gas-Liquid Chromatography, 6. Results for Systems Exhibiting Gas-Liquid Interface Adsorption with 1-Octanol as Solvent, J. Chem. Eng. Data, 42, 882 - 885 (1997)

2.5 A. Jakob, R. Joh, C. Rose, J. Gmehling, Solid-Liquid Equilibria in Binary Mixtures of Organic Compounds, Fluid Phase Equilibria 113, 117 (1995).

C. Fiege, R. Joh, M. Petri, J. Gmehling, Solid-Liquid Equilibria for Different Heptanones with Benzene, Cyclohexane and Ethanol, J. Chem. Eng. Data 41, 1431-1433 (1996)

R. Joh, J. Kreutz, J. Gmehling, Measurement and Prediction of Ternary Solid-Liquid Equilibria, J. Chem. Eng. Data, 42, 886 - 889, (1997)

J. Lohmann, R. Joh, J. Gmehling, Solid-Liquid Equilibria of Viscous Binary Mixtures with Alcohols, J. Chem. Eng. Data, accepted

2.6 D. Harms, J. Gmehling, Wäßrige Polymer/Salz-Zweiphasensysteme - Bestimmung der Phasengleichgewichte unter Berücksichtigung der Polydispersität, Chem.-Ing.-Tech. 67, 473-476 (1995).

2.7 M. Sakuth, J. Meyer, J. Gmehling, Adsorption Equilibria for the Binary System Toluene-Propanol, J. Chem. Eng. Data 40, 895-899 (1995)

2.9 M. Krähenbühl, J. Gmehling, The Vapor Pressures of 2-Methyl-1-Butanol and 3-Methyl-1-Butanol, Brazilian Journal of Chemical Engineering 12(4), 228 (1995)

2.10 So-Jin Park, J. Gmehling, Excess Molar Volumes at 308.15 K for Constituent Binaries of n-Decane, n-Dodecane, 1-ol and 1-Dodecanol, Korean J. of Chem. Eng. 12(2) 152-155 (1995)

3.2 J. Gmehling, J. Menke, J. Krafczyk, K. Fischer, A Data Bank for Azeotropic Data-Status and Applications, Fluid Phase Equilibria 103, 51-76 (1995)

 

Priv. Doz. Dr. Axel Brehm

Mitarbeiter der Arbeitsgruppe

 

Dipl.-Chem. Uwe Antons

Andreas Prasse

Alexander Bekurds

Diplomarbeiten

Uwe Antons

„Untersuchungen zur katalytischen Behandlung von Trinkwasser unter Verwendung einer Rührzelle"

Manuela Knauß

„Untersuchungen zur Immobilisierung von zeolithischen Katalysatoren"

Christopher Isemer

„Verkapselung von Hirsutella rhossiliensis zur biologischen Bekämpfung des Zucker-rübennematoden Heterodera schachtii"

Jessica Schmidt

„Entwicklung von Polymernetzwerken zur Immobilisierung 1,3-Propandiol produzierender Zellen"

Frank Browatzki

„Selektive Hydrierung von Fettsäure-methylestern an zeolithischen Katalysatoren mit unterschiedlichen Porenradien"

Forschung

 

Chemische Reaktionstechnik

Untersuchungen zur Beeinflussung der kinetisch limitierenden Teilschritte im Dreiphasensystem Gas/Flüssigkeit/Feststoff sowie zu den Wechselwirkungen zwischen diesen Teilschritten

Es wurden sehr umfangreiche Untersuchungen zur Beeinflussung des Stoffübergangs Gas/Flüssigkeit durch kleine Feststoffteilchen durchgeführt. Der Schwerpunkt der Untersuchungen lag dabei auf der Verwendung von inerten Feststoffteilchen, d.h. Feststoffteilchen, die weder an einer chemischen Reaktion beteiligt waren noch ein erhöhtes Adsorptionsvermögen gegenüber der Gaskomponente besaßen.

 

Stand: abgeschlossen

 

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Die Verwendung von Zeolithen als Katalysator-Trägermaterial

 

in Hinblick auf:

eine selektive Reaktionslenkung

Untersuchungen zum Stofftransport

die Immobilisierung zeolithischer Materialien (unter Verwendung von sprühgelierten Perlen, Polymerperlen sowie geordneten Stahlpackungen)

Als Modellreaktionen dienten:

die Isomerisierung von mittelkettigen Kohlenwasserstoffen in flüssiger Phase mit suspendiertem pulverförmigen Katalysator (mit Platin beladenen Zeolithen)

die Hydrierung von 1-Alkenen mittlerer Kettenlänge (C6-C20) sowohl an Katalysatoren auf Basis des Y-Zeolithen als auch des ZSM-5

die Reduktion von Gelöst-Sauerstoff

Stand: Die Untersuchungen zur Isomerisierung von mittelkettigen Kohlenwasserstoffen sind abgeschlossen, sonst laufend

 

Kooperation bzw. Zusammenarbeit mit

der Technischen Chemie der Universität Stuttgart (Arbeitsgruppe von Herrn Prof. Weitkamp)

der Bundesanstalt für Landwirtschaft FAL (Braunschweig - Institut für Technologie (unter Leitung von Prof. Vorlop)

der Solvay AG

der Sulzer AG

Selektive Umsetzungen von oleochemischen (nachwachsenden) Rohstoffen

Ziel war die selektive Hydrierung von mehrfach ungesättigten Fettsäuremethylestern. Der Begriff Selektivität bezieht sich einerseits auf den Grad der Hydrierung (gewünschtes Produkt war der einfach ungesättigte Fettsäuremethylester) sowie auf die Vermeidung unerwünschter Nebenreaktionen (wie zum Beispiel der cis/trans-Isomerisierung)

 

Stand: laufend

 

Kooperation bzw. Zusammenarbeit mit

der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. J. Gmehling

der Sulzer AG

European Project (ASHI I/AIR 1-Programme)

Auf dem Gebiet der Umweltchemie

 

Untersuchungen zum Gaseintrag und zur selektiven Reaktionslenkung bei der chemisch-katalytischen Brunnen- und Brauchwasseraufbereitung

Stand: laufend

 

Kooperation bzw. Zusammenarbeit mit

der Solvay AG

Veröffentlichungen und Schriften

 

A. Brehm; V. Busch; J. Wilken: zur Kinetik der Hydrierung von 1-Olefinen mittlerer Kettenlänge, Chem.-Ing.-Tech. 65, S. 573,1993

A. Brehm: Zur Methodik der Ermittlung kinetischer Daten von Dreiphasenreaktionen am Beispiel der Hydroisomerisierung von n-Octan, Erdöl und Kohle - Erdgas - Petrochemie 46, S.187,1993

A. Brehm; R. Müller: Selective Hydrogenation of Methyl Linoleate on suspended Cu/Zn/Pd-HZSM-5, Proceedings der 7. Deutschen Zeolith-Tagung 1995

A. Brehm; U. Antons: Kinetische und hydrodynamische Messungen zur Sauerstoffentfernung aus Brunnenwasser, (Vortrag auf der Chemiedozententagung 1995), Publikation in Vorbereitung

A. Brehm; U. Antons:Untersuchungen an fluidisierten, zeolithaltigen Katalysatoren, Publikation in Vorbereitung, eingereicht bei Chem.-Ing.-Tech.

A. Brehm; U. Antons; M. Knauss: Preparation of ZSM-5 zeolite film on wire gauze - structured packings, eingereicht bei ZEOLITES

A. Brehm; U. Antons; M. Knauss: Preparation of ZSM-5 zeolite film on copper support, Publikation in Vorbereitung

R. Geisler; L. Götze; A. Brehm; J. Gmehling: Kinetics of Acetic Acid Esterification and Methylacetate Hydrolysis over Ion Exchange Catalysts, Publikation in Vorbereitung

ferner

 

"Verfahren zur Entfernung des Sauerstoff-, Nitrit- und/oder Nitratgehalts in Wasser",

Industriepatent - angemeldet am 10.07.1993 unter dem Aktenzeichen P 43 23 085.7 (incl. Auslandsanmeldungen PCT/EP94/00585), Erfinder: Mitarbeiter der Solvay-Deutschland GmbH sowie A. Brehm

Lehrbuch der Technischen Chemie (Band 2) - Grundoperationen;

J. Gmehling & A. Brehm, Georg Thieme Verlag, Stuttgart/New York, 1996

 

Prof. Dr. Frank Rößner

Mitarbeiter der Arbeitsgruppe

 

Dr. Anke Hagen

Kerstin Esser TA

 

Diplomanden

Ute Freese

Jörg Heemsoth

Kirsten Müller

Forschung

 

Heterogene Katalyse

Aromatisierung von Ethan

 

Die stoffliche Verwertung von kurzkettigen Alkanen stellt eine neue interessante Alterative zur Verbreiterung der Kohlenstoffbasis der Chemie dar. Mit Hilfe von zinkmodfizierten Zeolithen des ZSM-5 Types gelingt in der Gasphase die Umwandlung von Ethan in flüssige Produkte (z.B. Benzen, Toluen, Xylene).

 

Förderung:

DFG

Mechanistische Untersuchungen zum Ablauf bifunktioneller Kohlenwasserstoffumwandlungsreaktionen

Umfangreiche theoretische Betrachtungen wurden zur Interpretation der Wirkungsweise von bifunktionellen Katalysatoren, die sich durch die räumliche Trennung von aciden und hydrieraktiven Zentren auszeichnen, durchgeführt. Das neue Modell impliziert eine separate Aktivierung des Wasserstoffs an dem metallischen Zentrum und die Adsorption des Alkans am aciden Zentrum. Die gegenseitige Beeinflussung wird durch die Oberflächenmobilität des aktivierten Wasserstoffs erklärt. Ziel weiterer Untersuchungen ist das zielgerichtete Design von giftresistenten Katalysatoren unter Ausnutzung dieses Wasserstoffspilloverkonzepts.

 

Zusammenarbeit:

Institut für Organische Chemie der Akademie der Wissenschaften Rußlands, Moskau

Institut für Technische Chemie der Universität Leipzig

Anwendung heterogener Katalysatoren zur umwelt-freundlicheren Gestaltung von chemischen Prozessen für die Herstellung von organischen Zwischenprodukten

Friedel-Crafts-Acylierungen werden technisch mit Aluminiumtrichlorid durchgeführt. Dessen Abtrennung und Entsorgung ist mit einem hohen Aufwand verbunden. Diese Nachteile können mit Hilfe von zeolitschen Katalysatoren überwunden werden. Als Modellreaktion wurde die Acylierung von Anisol mit Acetanhydrid an einem H-Beta Zeolith untersucht. Die relativ schnelle Desaktivierung konnte durch Neugestaltung des Reaktors verzögert werden.

 

Zusammenarbeit:

Hoechst AG

 

Publikationen:

1. Hagen A., Weingart I., Roessner F., Spliethoff B.,

Synthesis of iron containing ZSM-5 zeolites and its application to the conversion of ethane into aromatic compounds

ZEOLITES, 1995, 15, 270

2. Roland U., Braunschweig T., Roessner F., Salzer R., Winkler H.,

Investigation on hydrogen spillover:

I. Electrical conductivity studies on titanium dioxide

J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1995, 91 , (7) 1091

3. Roessner F., Roland U., Braunschweig T.,

Investigation on hydrogen spillover:

II Hydrocarbon conversion on bifunctional catalysts

J. Chem. Soc., Faraday Trans., 1995, 91, (10) 1539

4. Roessner F., Staudte B.,

Spectroscopic characterization of zeolite P contained in erionite

Z. Phys. Chem., 1995, 190, 9

5. Hagen A.,. Hallmeier K.-H., Hennig C., Szargan R., Inui T., Roessner F.,

State of zinc in MFI type zolites characterized by XANES and EXAFS

in " Catalysis by Microporous Materials" (Stud. Surf. Sci. Catal.. 94), ed. by H.K. Beyer, H. G. Karge, I. Kiricsi, and J.B. Nagy, Elsevier, Amsterdam, 1995, p. 195.

6. Roessner F., Hagen A., Dmitriev R.V.

Spillover assistet catalytic effects on zeolites: Influence of the carrier gas on hexane cracking

in, Catalysis by Microporous Materials" (Stud. Surf. Sci. Catal. 94), ed. by H.K. Beyer, H. G. Karge, I. Kiricsi, and J.B. Nagy, Elsevier, Amsterdam, 1995, p. 473.

7. Schütze F.-W., Rößner F.,

Quantitative Charakterisierung von Adsorbatsystemen mit Fourier-Transform-Infrarot-spektroskopie: CO-Chemisorption an Pt/H-Erionit und Pt/H-ZSM-5 Zeolithen

Z. Phys. Chem., 1995, 191, 271

8. Hagen A., Roessner F., Reschetilowski W.

Aromatization of ethane on modified ZSM-5 zeolites: a study of the selectivity as a function of reaction media

Chem. Eng. Techn. , 1995, 18, 414

9. Hagen A., Roessner F.,

The role of active centers in the conversion of ethane into aromatic hydrocarbons on ZSM-5 zeolites modified with zinc

in „Zeolite Science 1994: Recent Progress and Discussions" (Stud. Surf. Sci. Catal. 98), ed. by H. G. Karge and J. Weitkamp, Elsevier Science B.V., Amsterdam, 1994, p.182

10. Hagen A., Keipert O., Roessner F.,

Activation of ethane on modified ZSM-5 zeolites studied under transient conditions

in „Proc. 11th International Congress on Catalysis - 40th Anniversary" (Stud. Surf. Sci. Catal. 101), ed. J.W. Hightower, W.N. Delgass, E. Iglesia and A.T. Bell, Elsevier Science, B.V., Amsterdam, 1996, p. 781

11. Roessner F., Roland U.,

Hydrogen spillover in bifunctional catalysis

J. Mol. Catal., 1996, 112, 401

12. Roessner F., Hagen A., Klepel O.,

A new route to syngas - combined conversion of carbon dioxide and ethane on zeolites

in „Natural Gas Convesion IV" (Stud. Surf. Sci. Catal. 107), ed. M. de Pontes, R. L. Spinoza, C.P Nicolaides, J. H. Scholtz and M.S. Scurell, Elsevier Science B.V., Amsterdam, 1997, p. 517.