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Fakultät 2
Lehrstuhl Anlagen- und Sicherheitstechnik Gastprof. Dr. Werner Witt

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

Rahmenbedingungen

Durchsatz: 10 000 t (Tensid)/a

Produktion: 300 Tage/a, Vollschichtbetrieb

Produkt: Sulfat

Produktqualität: gemäß üblicher Marktanforderung

LehrstuhlGruppe/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 Sicherheitstechnikca. 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

Zusammensetzung
Kettenlänge
Doppelbdg.		NameZssg.1, in %
Qu. /4/S.35		Zssg.2, in %
Qu. /1/S.119
C6:00,2-0,8
C8:0Caprylsäure6-98
C10:0Caprinsäure6-107
C12:0Laurinsäure46-5048
C14:0Mystrinsäure17-1917
C16:0Palmitinsäure8-109
C18:0Stearinsäure2-32
C18:1Ölsäure5-77
C18:2Linolsäure1-2,51

Kokosnuss

Farbe: Grün bis gelb

Gewicht: mind. 1kg schwer

Inhalt: Ca. 300ml Kokosmilch

Zusammensetzung
Compositionamount %
Moisture50
Oil34
Ash2.2
Fiber3
Protein3.5
Carbohydrates7.3
Traditionelle Gewinnung

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
Niederdruckverfahren

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

Mitteldruckverfahren

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