Simulation einer Reaktivdestillationskolonne am Beispiel der MTBE/TAME‐Synthese

Abstract

1138 I R e a k t i v d e s t i l l a t i o n I Chemie lngenieur Technik 9 I 9 5 gangs von ungeordneten zu geordneten Packungen oder der Modifikation des Katalysators sein.Die Abb. zeigt Simulationsergebnisse fiir den technisch interessanten Fall der Synthese von MTBE (Methyl-tert-butylether) aus Isobuten und Methanol in einer Fullkorperreaktionskolonne. Dieser Ether dient neben TAME (tert-Amylmethylether) und ETBE (Ethyl-tert-butylether) heute zur Steigerung der Klopffestigkeit und ermoglicht die Herstellung bleifreier Ottokraftstoffe. Diese AntiMopfmittel werden unter Zuhilfenahme eines sauren Ionenaustauscherharzes erzeugt. Die Katalysatoren wirken hoch selektiv und ermoglichen damit den Einsatz industrieller C4bm. C5-Fraktionen.Fur eine zuverlassige Vorausberechnung benotigt man neben dem fur die reine Destillation notwendigen Grundlagenwissen zusatzlich detaillierte Angaben zur Mikro-und Makrokinetik chemischer Umsetzungen. Im Falle heterogen katalysierter Reaktionen sind Sorptions-und Diffusionsvorgange innerhalb und an der PuReren Oberflache der aktiven Fullkorper zu beriicksichtigen.Die angesprochenen Phanomene haben bei den dargestellten Rechenergebnissen Eingang gefunden, indem ein vollstandig kinetisch basiertes Simulationsmodell fur die Fullkorperreaktionskolonne benutzt wurde. Die Rechenergebnisse zeigen eine gute hereinstimmung mit parallel hierzu durchgefuhrten Experimenten. Die Vorteile der Kombination von Reaktion und Destillation in einem Apparat sind lange bekannt. Durch die simultane Abtrennung des Produktes im Moment der Entstehung konnen bei Gleichgewichtsreaktionen hohe Umsatze erzielt werden. Die exotherme katalytische Synthese von MTBE/TAME in der flussigen Phase an einem sauren Ionenaustauscherharz stellt ein geeignetes Reaktionssystem fur die Reaktivdestillation dar, da zum einen die Exothermie fur die Destillation genutzt wird, und zum anderen das Katalysatorpackungsmaterial gleichzeitig als Fullkorper die Trennaufgabe ubernimmt. Die hohe Anzahl an Variablen die fur die Beschreibung eines solchen Systems sowie die Auswahl einer geeigneten Kolonnenkonfiguration machen die Auslegung solcher Apparate zu einem nicht trivialen Problem und erfordern die Hilfe computergestutzter Simulationsrechnungen. Die speziellen Vorgange des Warmetransports sowie des inneren und augeren Stofftransports fordern eine umfangreiche und komplexe Betrachtungsweise und konneninsbesondere bedingt durch die Reaktionmit einem einfachen Gleichgewichtsmodell, welches durch Korrekturfaktoren der Realitat angepaRt wird, nur unzureichend wiedergegeben werden. Das bei dem vorliegenden System zu beriicksichtigende reale Verhalten der Phasen sowie die Koppelung von Destillation und uberlagerter Reaktion verlangt somit die Formulierung des Problems durch ein Stoffaustauschmodell, das auf fundierten Erkenntnissen der Transporttheorie basiert und die Modellierung der komplexen Vorgange in der Reaktivdestillationskolonne erlaubt. Das vorgestellte multikomponenten Nicht-Gleichgewichtsmodell beriicksichtigt neben den Bilanzgleich...