Forschung/Projekte
Studienprojekt 98/99
Aufgabe
Im Rahmen der Projektarbeit ist unter Einbezug der Aufarbeitung des Kokosöls die Auslegung einer technischen Produktionsanlage zu verfolgen. Dabei ist die Trocknung des Tensids einzubeziehen.
Organisation:
Betreuungskoordinator Gesamtprojekt: L. Döhring
Studentischer Koordinator: NN
Durchsatz: 10 000 t (Tensid)/a
Produktion: 300 Tage/a, Vollschichtbetrieb
Produkt: Sulfat
Produktqualität: gemäß üblicher Marktanforderung
| Lehrstuhl | Gruppe/zeitlicher Aufwand | |
|---|---|---|
| Teilabschnitt 1 Vorplanung (Feasibility Study) | LS Anlagen und Sicherheitstechnik, L. Döhring | Gruppe 1,2/ ca. 25% |
| Teilabschnitt 2 Anlagenentwurf Auslegung ausgewählter Prozesseinheiten und energetischer Prozessoptimierung | Gr.1: LS Anlagen- und Sicher-heitstechnik Gr.2: LS Prozeß-systemtechnik Gr.3: LS Aufberei-tungstechnik Gr.4: LS Chemische Reaktionstechnik, Verfahrenstechnik Gr.5: LS Thermodynamik, Thermische VT Gr.6: LS Mechanische Verfahrenstechnik | Gruppe 1,2/ ca. 50%Gruppe 3-6/ ca. 75% |
| Teilabschnitt 3 Zusammenfassung und Präsentation der Arbeitsergebnisse | LS Anlagen- und Sicherheitstechnik | ca. 25% |
Gruppe 1: Anlagenkonzeption, Projektmangement (erweitertes Verfahrensfließbild / RI-Fließbild, Regelungskonzept, Aufstellungsplanung)
Gruppe 2: Energetische Prozeßoptimierung
Gruppe 3: Kokosölgewinnung
Gruppe 4: Berechnung ausgewählter Reaktionsprozesse
Gruppe 5: Auslegung ausgewählter Destillations-/Rektifikationsstufen
Gruppe 6: Trocknung der wäßrigen Sulfatlösung
Ergebnisse
Erster Zwischenbericht:
- im zweiten Teilabschnitt: mehrere Themenkreise parallel bearbeitet werden
- Untersuchungsschwerpunkte untergliedern sich in:
- das Basic Design der Tensidherstellung auf Basis des angelieferten Rohöls
- der energetischen Optimierung des in der Vorplanung definierten Verfahrens
- den Detailauslegungen
- die Schwerpunkte betreffen:
- die Rohölgewinnung
- die Reaktorgestaltung
- die Dimensionierung der Rektifikationsanlagen
- den Trocknungsprozeß
- aus zeitlichen Gründen müssen in den einzelnen Schwerpunkten hinsichtlich Umfang und Untersuchungstiefe Einschränkungen vorgenommen werden
- eine Abstimmung zwischen den Gruppen sollte - soweit möglich - verfolgt werden
Zweiter Zwischenbericht, Diskussion:
- im dritten Teilabschnitt sind die erarbeiteten Einzelergebnisse zu diskutieren und in das Verfahrens- und Anlagenkonzept – soweit möglich – einzuarbeiten
- Zusammenfassender Abschlußbericht, Abschlußbesprechung (Vorträge, Bewertung)
Kokosöl
Schmelzpunkt: 23-26°C
Verseifungszahl: 250-264
Jodzahl: 7,5-10,5
| Kettenlänge Doppelbdg. | Name | Zssg.1, in % Qu. /4/S.35 | Zssg.2, in % Qu. /1/S.119 |
| C6:0 | 0,2-0,8 | ||
| C8:0 | Caprylsäure | 6-9 | 8 |
| C10:0 | Caprinsäure | 6-10 | 7 |
| C12:0 | Laurinsäure | 46-50 | 48 |
| C14:0 | Mystrinsäure | 17-19 | 17 |
| C16:0 | Palmitinsäure | 8-10 | 9 |
| C18:0 | Stearinsäure | 2-3 | 2 |
| C18:1 | Ölsäure | 5-7 | 7 |
| C18:2 | Linolsäure | 1-2,5 | 1 |
Kokosnuss
Farbe: Grün bis gelb
Gewicht: mind. 1kg schwer
Inhalt: Ca. 300ml Kokosmilch
| Composition | amount % |
|---|---|
| Moisture | 50 |
| Oil | 34 |
| Ash | 2.2 |
| Fiber | 3 |
| Protein | 3.5 |
| Carbohydrates | 7.3 |
Copra (getrocknete Kernmasse) Gewinnung
Sonnentrocknung:
- schälen
- spalten
- trocknen bis sich Copra löst
- weitere 6-8 Tage trocknen
- bei Regen mit Plane abdecken
Feuertrocknung:
- schälen
- spalten
- auf Bambusgrill trocknen
- Kerne trocknen und trennen sich von der Schale
- Copra und dessen Öle bekommen dabei eine leichte braune Färbung
- traditionelle Methode (billig und simpel)
Heißlufttrochnung:
- Spezialöfen, die mit Hülsen und Schalen der Kokosnuß beheizt werden
- Stahlplatte trennt Nüsse vom Rauch des Brennstoffes
- Produkt wird reiner, Copra weißer
Öl-Gewinnung:
- getrocknetes Cobra zerstampfen
- 20 min bei 115C° kochen (Feuchtigkeit sinkt von 10-12% auf ca. 3%)
- aus der Masse das Öl herauspressen
Umesterung
- Triglyceride -> Diglyceride -> Monoglyceride (bei jeder Spaltung wird 1mol Methylester frei)
- Es sind bedingt durch das Reaktionsgleichgewicht mehrere Reaktionsstufen zu berücksichtigen (Glyzerin in Methanol nicht löslich)
- Abtrennung von Fettsäuremethylester (FSME)
- Trennung Methanol-FSME/Glyzerin: Glyzerin scheidet sich als Unterschicht ab
Die Umesterung mit dem Niederdruckverfahren ist nur bei sehr reinem Öl möglich, da der Umsatz stark von der Verunreinigung des Öles abhängt.
Umsatz: 67-84% bei reinem (natürlichen) Öl, 94-97% bei raffiniertem Öl.
Katalysator (Ätznatron) reagiert mit den freien Fettsäuren.
Vorbehandlung:
Aufarbeitung/Vorbehandlung des Rohöles:
- Eiweißentfernung alkalisch (alternativ: Entfernen von Eiweißbestandteilen unter Einsatz von 35%iger Kochsalzlösung bei erhöhter Temperatur; Trennung Rohöl/Kochsalzlösung mittels Abscheider)
- Entsäuerung durch Vorveresterung mit Alkohol (alternativ: Entfernung der freien Fettsäuren durch Raffination mit Natronlauge) à Fettsäureanteil < 0,3%
- raffiniertes Öl
Umesterung:
Semi-Konti-Verfahren (Rührreaktion)
Reaktionsbedingungen:
- T: 50-70°C (am Siedepunkt)
- p: Umgebungsdruck (1bar)
- Reinheitsanforderung an Methanol: 99,7 %ig
- Reaktion bei Methanolüberschuß (33Ma% MeOH); Stöchiometrie: 3mol Methanol auf 1mol Triglyceride
- Mehrphasensystem
- Reaktionszeit: einige Minuten (nicht geschwindigkeitsbestimmend)
- Katalysator: Alkylat z.B. Methylat (alternativ 0,1 - 0,5% Ätznatron; Nachteil-Reaktionsbeeinträchtigung durch Wasserbildung)
Löslichkeit Glyzerin / Methanol: schlecht
Löslichkeit FSME / Glyzerin: schlecht
Löslichkeit raff. Kokosöl / Glyzerin: schlecht
Doppelreaktorsystem:
- Reaktor 1: 10bar; 60-100°C; ~91% Umsatz
- Anschließend Glyzerinabtrennung
- Reaktor 2: restlicher Stoffumsatz bei verminderter Temperatur
- Hochdruckverfahren
- Vorteil: bis zu 20% Fettsäuren können im Ausgangsstoff enthalten sein