Masterstudiengang Chemie Vortrag im Rahmen des Moduls „Verfahrensentwicklung und Prozesssimulation“, WiSe 2014/15 Modelling of a forward osmosis using Ammonium Bicarbonate Raoul Schaper, Nils Frerichs

Inhalt -Einführung -Problemstellung -Problembehandlung -Ergebnisse -Zusammenfassung -Ausblick

Einführung [1] 1

Einführung [2] 2

Einführung – Salzgehalt der Meere [3] 2

Einführung – Multi-Effect Distillation [4] 3

Einführung – Reverse Osmosis -Filtration über Membranen -Hohe Drücke von 60 bis 80 bar in Meerwasserentsalzungsanlagen [5] 4

Einführung – Forward Osmosis [6] 5

Problemstellung -Simulation einer Meerwasserentsalzungsanlage -Prinzip der Forward Osmosis [7] M. Elimelech, Membrane Technology 2007, 1, 7-8. doi: /S (07)

Problemstellung -Einsatz einer Ammoniumhydrogencarbonat-Lösung -Leicht herzustellen -Leicht zu entfernen -Erreichbar durch Zugabe von Ammoniak und Kohlenstoffdioxid zum Wasser -Annahme zur Vereinfachung: 3.5 % NaCl gelöst im Meerwasser 7

Problemstellung 8

Problembehandlung Grundaufbau der Anlage 9

Simulation der Membran -Einstellung des Wasserstroms über die split fraction -Berechnung der split fraction über einen Calculator 10

Simulation der Membran - Calculator Berechnung der Fugazitäten aus dem Produkt von Dampfdruck und Molenbruch [8] P. Sukitpaneenit, T.-S. Chung, Environ. Sci. Technol. 2012, 46, Gamma Wasser SALTIN1 Dampfdruck Wasser SALTIN [bar]0, Molenbruch Wasser SALTIN0, Gamma Wasser COLDCONC1, Dampfdruck Wasser COLDCONC [bar]0, Molenbruch Wasser COLDCONC0, Moleflow Wasser gesamt SALTIN1975,28933 Fläche der Membran [m^2]10000Fugazität Wasser SALTIN [bar]0, Membrankonstante [l/m^2*bar*h]32,1Fugazität Wasser COLDCONC[bar]0, Delta Fugazität [bar]0, berechneter Moleflow Wasser WATERIN [kmol/h]787, berechnete Splitfraction im Separator0,

Der Membrankreislauf -Kühlung der draw solution auf 20 °C -Druck bei 3 bar -CO2 und NH3 Zuführung zum Ausgleich von Verlusten 12

Der Membrankreislauf Hier den Calculator ADD-IN rein??? 13

Wassergewinnung und Recycling der Gase 14

Wassergewinnung und Recycling der Gase Berechnung der split fraction des Splitters Richtung Membran mittels Calculator Berechnung der bottoms rate der Kolonne mittels Calculator (WATERIN = WATEROUT) 15

Probleme -Calculator stört die Konvergenz der Berechnungen Beispiel: -Kreisprozesse führen zu Problemen in der Simulation 16

Probleme Beweis: Ohne Calculator läuft die Kolonne ohne Probleme bei gleicher FEED-Zusammensetzung 17

Lösung der Probleme -Festgelegter Wasserstrom -Dadurch nur noch zwei Calculator nötig -Berechnung der Membranfläche aus den gegebenen und simulierten Werten 18

Endgültiges Flowsheet 19

Ergebnisse Wasserqualität: [9] 20 KomponenteMassfracKonzentration [mg/l]Trinkwasserverordnung [mg/l] Wasser0, ,2626 NaCl00 NH32,09E-0519, CO24,77E-090, NH4HCO300 H3O+3,95E-113,71788E-05 Na NH4+2,90E-062, ,5; in Ausnahmefällen bis zu 30 OH-2,25E-062, Cl HCO3-1,56E-061, CO3--5,96E-080, Gesamtflow [kg/h]3358,54 Gesamtflow [l/h]3568,764 KomponenteMassfracKonzentration [mg/l]Trinkwasserverordnung [mg/l] Wasser0, ,2626 NaCl00 NH32,09E-0519, CO24,77E-090, NH4HCO300 H3O+3,95E-113,71788E-05 Na NH4+2,90E-062, ,5; in Ausnahmefällen bis zu 30 OH-2,25E-062, Cl HCO3-1,56E-061, CO3--5,96E-080, Gesamtflow [kg/h]3358,54 Gesamtflow [l/h]3568,764

Berechnung der benötigten Membranfläche e 21

Kostenanalyse e 22

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