Trennungen sind meistens weder einfach noch angenehm, zumindest in zwischenmenschlichen Beziehungen. In der Verfahrenstechnik geht es wesentlich schmerzloser zu. Müssen zwei Stoffe voneinander getrennt werden, ist die Destillation oft ein geeignetes Verfahren. Sie trennt flüssige Stoffgemische durch Nutzung von Dampfdruckunterschieden bei gleicher Temperatur in einzelne Stoffkomponenten. Man erhitzt das Stoffgemisch, zieht den entstehenden Dampf ab und verflüssigt ihn in einem Kondensator durch Abkühlen wieder. Gig Karasek erarbeitet bereits jahrzehntelang abgestimmte Destillations-Anlagenkonzepte: meist Kombinationen von Verdampfern und Kolonnen in unterschiedlichen Ausführungen. Das Unternehmen bietet Verdampfer und Anlagen für die Kurzweg-Molekulardestillation, die Rektifikation und die Reaktivdestillation an.
Niedrige Temperatur, kurze Verweilzeiten
Die Kurzweg-Molekulardestillation wird überall dort eingesetzt, wo es auf eine besonders schonende Behandlung des zu destillierenden Stoffgemisches ankommt, zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie, der Pharmazie oder der Biotechnologie. Aber auch die Herstellung von hochwertigen Polymeren, Spezialchemikalien und Biokraftstoffen oder die Rückgewinnung von Wertstoffen aus Abfällen sind typische Anwendungsfälle. Um eine thermische Schädigung des zu trennenden Stoffgemisches zu vermeiden oder den Trennerfolg zu erhöhen, wird die Destillation oft im Feinvakuumbereich, also kleiner als 1mbar, betrieben. Die Kurzweg-Molekulardestillation wird unter sehr tiefen Vakuumdrücken betrieben, zeichnet sich daher durch niedrige Verdampfungstemperaturen aus. Hinzu kommen äußerst kurze Verweilzeiten im Destillierapparat - das Stoffgemisch wird nur kurzzeitig erhitzt. Prinzipiell spricht man von Molekulardestillation, wenn der Druck so weit abgesenkt ist, dass ein verdampftes Molekül mit größerer Wahrscheinlichkeit auf die gekühlte Kondensatorfläche trifft als auf ein benachbartes Molekül. Dazu muss die mittlere freie Weglänge des Dampfmoleküls größer sein als der geometrische Abstand zwischen Verdampfer und Kondensator. Eine technisch eingesetzte und verbreitete Ausführung der Kurzweg-Molekulardestillation ist der sogenannte Kurzwegverdampfer. Er besteht aus einem zylindrischen Verdampfer mit konzentrisch angeordnetem Kondensator. Das zu destillierende Stoffgemisch wird stetig von oben eingefördert und über eine rotierende Verteilerscheibe gleichmäßig am Umfang verteilt. Ein Wischsystem wälzt den dünnen abwärts strömenden Film um. Die zugeführte Wärmeleistung und der Vakuumdruck im Apparat bestimmen die Verdampfungsrate. Die Dämpfe treffen nach kurzem Weg auf den Kondensator, die kondensierenden Dampfbestandteile fließen abwärts und verlassen den Apparat über den Destillatstutzen, während die nicht-kondensierbaren Gase abkühlen und über den Vakuumstutzen abgesaugt werden. Die nichtverdampften Bestandteile des Stoffgemisches werden am unteren Ende des zylindrischen Verdampfers gesammelt und fließen durch den Rückstandstutzen ab. Beheizen kann man den Verdampfer mit Druckwasser, Dampf oder Wärmeträgeröl. Der Kondensator wird mit Sole, Wasser oder Thermalöl gekühlt. Ob in der Chemie, Pharmazie, der Oleochemie oder bei der Herstellung von Polymeren, man kommt um die Rektifikationstechnik nicht herum. Dabei kommt es zu einem direkten Stoffaustausch zwischen der Flüssigkeit und der im Gegenstrom geführten Gasphase, sodass mehrere Destillationsschritte hintereinander folgen.
Direkter Stoffaustausch im Konti-Betrieb
Die wesentlichen Vorteile der Rektifikation sind, dass die Anlage kontinuierlich betrieben werden kann und dass der Trenneffekt im Vergleich zur Destillation um ein Vielfaches höher, beziehungsweise bei vielen Stoffgemischen erst möglich ist. Der Dampf reichert sich mit leichtflüchtigen Komponenten, die Flüssigkeit mit Schwersiedern an. Die Kontaktflächen zwischen Dampf- und Flüssigkeitsphase werden durch Einbauten wie Glockenböden, Füllkörper oder geordnete beziehungsweise ungeordnete Packungen erhöht. Die Rektifikationskolonne kann zudem mit einem Dünnschichtverdampfer als vorgeschaltetem Aufkocher oder mit unterschiedlichen Energiesparpaketen ausgestattet werden. Dabei entscheidet die Siededifferenzen zwischen Kopf und Sumpf sowie die thermodynamischen Eigenschaften des Kopfprodukts, ob eine Mechanische Brüdenverdichtung (MBV), Thermische Brüdenverdichtung (TBV) oder Mehrstufenschaltung anwendbar ist. Die Kombination von chemischer Reaktion und Destillation, die Reaktivdestillation, findet bisher bei Veresterungsreaktionen Anwendung. Eine Verknüpfung ist hier möglich, weil die Eigenschaften der beteiligten Komponenten es zulassen. Ein oder mehrere Produkte können während der Reaktion durch Verdampfen entfernt werden. Dadurch wird das chemische Gleichgewicht immer neu eingestellt und zum Zwecke der Bilanzarithmetik in die gewünschte Richtung verschoben. Neben der besonders guten Ausbeute und Umsetzung ist das Verfahren vor allen Dingen betriebswirtschaftlich optimal. Anstelle eines Reaktors und einer Destillationseinrichtung ist der Betrieb nur eines Apparats notwendig.Bei temperaturempfindlichen Produkten oder um die Bildung höher molekularer Komponenten zu vermeiden, wäre es günstig, eine kürzere und vor allem definierte Verweilzeit einzustellen. Für viele Anwendungsfälle bieten sich daher Rektifikationskolonnen mit speziellen Kolonneneinbauten an. Eine Vielzahl von Trennstufen erlaubt es, die Produkte in der gewünschten Reinheit abzuziehen. Nachteil der Kolonne ist die Verweilzeitverteilung der darin befindlichen Stoffe. Ganz anders sind die Verhältnisse im idealen Strömungsrohr, in dem eine Kolbenströmung vorherrscht. Die Verhältnisse im Dünnschichtverdampfer gleichen denen im Strömungsrohr. Für jedes Teilchen ist die Verweildauer gleich lang. Gig Karasek optimiert die Betriebsbedingungen mithilfe von Labor- und Pilotversuchen. Die eingesetzte, über Jahrzehnte bewährte Apparatetechnik wie Dünnschichtverdampfer, Kurzwegverdampfer, Rektifikationskolonnen liefert beste Resultate. Das Unternehmen bietet ein komplettes Leistungspaket bis hin zur Montage und Inbetriebnahme.
