Mit sieben Loops

Ziel des Prozesswasseraufbereitungsverfahrens ist es, NMP quantitativ zurückzugewinnen, wobei eine mehrstufige Destillation die Konzentrierung und Gewinnung übernimmt. Die Voraussetzung für die effektive Durchführung dieses thermischen Prozesses ist die vorherige Reinigung des NMP-haltigen Prozesswasserstroms. Die Reinigung erfolgt durch eine keramische Ultrafiltrationsmembran, die zum einen die notwendige Lösemittel- und Temperaturbeständigkeit und zum anderen die erforderliche Trenngrenze von 1000 g/mol aufweist.

Für die Reinigung dieses lösemittelhaltigen Prozesswassers hat Amafilter im Jahr 2003 zwei Ultrafiltrationsanlagen gebaut und in Betrieb genommen (Bild 1). Der Prozess läuft stabil bei einem Lösemittelgehalt von etwa 7,5 Gew.% und einer Temperatur von 90 bis 95 °C. Die beiden Anlagen weisen Verarbeitungskapazitäten von 7 m³/h bzw. 3,5 m³/h auf. Sie verfügen über eine Membranfläche von 200 m² bzw. 100 m² Membranfläche, die in sieben Rezirkulationsloops nach dem sogenannten Feed & Bleed-System angeordnet sind. In den aufeinander folgenden Loops wird das Medium sukzessive aufkonzentriert, wodurch die installierte Membranfläche optimal ausgenutzt wird. Im Gegensatz dazu wurde bei einer bereits bestehenden Anlage die Membranfläche weniger effektiv genutzt. Große Teile der Fläche waren in dieser Anlage zu einer Stufe zusammengefasst. Die eingestellte Ausbeute in dieser Stufe führte zu einer hohen Belastung aller Membranelemente und zu einem relativ niedrigen spezifischen Permeatfluss (Bild 2).

Entscheidend für die Gesamtwirtschaftlichkeit des Verfahrens ist, dass der als Sonderabfall zu entsorgende Konzentratstrom minimal ist. Die besondere Herausforderung lag also in der Zielsetzung einer Gesamtausbeute von 99 % entsprechend einem Konzentrierungsfaktor von 100. Das Permeat enthält das gereinigte Lösemittel, das nach der Wasserentfernung durch mehrstufige Destillation zum Wiedereinsatz in den Produktionsprozess zurückgeführt wird. Die mittels der Rezirkulationspumpen für den notwendigen Crossflow eingetragene Energie wird äußerst effektiv ausgenutzt, indem mittels Permeat eine Vorwärmung des Feeds durchführt wird und das dadurch abgekühlte Permeat zur Kühlung der Rezirkulationsloops dient. Durch dieses Abkühlen und erneute Erwärmen des Permeates kann auf eine Kühlung des Prozesses mit kostenintensivem Fremdkühlmedium im Regelbetrieb verzichtet werden. Ein Anschluss an das vorhandene Kühlwassersystem ist zwar weiterhin vorhanden; er dient jedoch nur noch zur Absicherung des Prozesses.

Die Anlage ist im April des Jahres 2003 in Betrieb gegangen und bestätigt bisher in vollem Umfang die Auslegungsdaten. Insbesondere im Vergleich zu einer bestehenden älteren Anlage wird der Unterschied deutlich. Während in der Altanlage über viele manuelle Eingriffe für eine Ausbeutemaximierung gesorgt werden musste, garantiert nun ein intelligentes Regelungskonzept, dass auch ein nicht auslegungskonformes Medium maximal konzentriert wird. Hierbei dient der letzte Loop, in dem die Endkonzentrierung erreicht wird, als Indikator. Immer wenn hier entweder die Viskosität einen Maximalwert erreicht hat, oder der Permeatfluss minimal wird, erfolgt vollautomatisch eine Anpassung der Konzentratabfuhr. Daneben findet eine kurze und effektive Reinigung einzelner Loops bei laufendem Betrieb der restlichen Anlage jeweils präventiv statt, woraus eine sichere Prozessbeherrschung mit ständig hoher Verfügbarkeit der Anlage resultiert.

cav 440