Die Aufgabe der vorliegenden Arbeit bestand in der Herstellung von Essigsäureethylester und Essigsäurebutylester. Dieser erfolgte zum einen im Labormaßstab an der Technischen Hochschule Georg Agricola in Bochum und zum anderen im Technikumsmaßstab im Chemiepark Marl bei Evonik.
Essigsäurebutylester und Essigsäureethylester sind Produkte, die weltweit benötigt werden. Es sind notwendige Bestandteile in der Lösungsmittelindustrie. Essigsäureethylester wird zusätzlich für die Herstellung von Parfüms und Klebstoffen benötigt. Die Herstellung von beiden Produkten erfolgt durch eine Veresterungsreaktion in einem Batchreaktor. In dem Technikumsversuch wurden die zu erwartenden prozentualen Umsätze ermittelt. Hierbei wurde ein Umsatz bei Essigsäurebutylester von ungefähr 56% und 71% bei Essigsäureethylester erreicht. Zur finanziellen Betrachtung werden die Versuche in der Technikumsanlage zugrunde gelegt.
Neben den eigentlichen Labor- und Technikumsversuchen standen auch die planungstechnischen Aufgaben, sowie die behördlichen Aspekte, im Fokus.
Die Planung umfasst eine Patentrecherche sowie die theoretische Betrachtung aller verwendeten Geräte und Verfahren. Des Weiteren wurde mithilfe des Programmes Chemcad die Herstellung von Essigsäureethylester simuliert.
Inhaltsverzeichnis
- EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG
- PATENTRECHERCHE
- ANLAGENPLANUNG
- STANDORTFINDUNG
- STANDORT DEUTSCHLAND
- Allgemeiner Überblick
- Genauere Standortbetrachtung innerhalb Deutschlands
- Standortvergleich auf europäischer Ebene
- Zusammenfassung
- BEHÖRDLICHE UND RECHTLICHE ASPEKTE
- WASSERHAUSHALTSGESETZ WHG
- VERORDNUNG ÜBER ANLAGEN ZUM UMGANG MIT WASSERGEFÄHRDETEN STOFFEN - AWSV
- PRODUKTSICHERHEITSGESETZ (PRODSG)
- BUNDES-IMMISSIONSSCHUTZGESETZ (BIMSCHG)
- IMMISSIONSSCHUTZRECHTLICHES GENEHMIGUNGSVERFAHREN
- SICHERHEIT VON ANLAGEN
- ARBEITSSCHUTZ
- EUROPÄISCHES ARBEITSSCHUTZRECHT
- DEUTSCHES ARBEITSSCHUTZRECHT
- Arbeitsschutzgesetz - ArbSchG
- Arbeitssicherheitsgesetz - ASIG
- Chemikaliengesetz - ChemG
- VERORDNUNGEN UND TECHNISCHE REGELN, RICHTLINIEN
- Arbeitsstättenverordnung
- Gefahrstoffverordnung
- Technisches Regelwerk
- Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung - DGUV
- Normen
- VDI Richtlinien
- Veröffentlichungen des Länderausschusses für Arbeitsschutz und Sicherheitstechnik (LASI)
- GEFAHREN IM BETRIEB
- ABGRENZUNG GEFAHR UND GEFÄHRDUNG
- EXPLOSIONSSCHUTZ-KONZEPT
- Grundlegende Zündquellenbewertung
- Schutzmaßnahmen durch Prozessleittechnik
- Organisatorische Maßnahmen
- Inspektions-, Wartungs-, Montage- und Reparaturarbeiten
- GEFÄHRDUNGSBEURTEILUNG
- ZIEL EINER GEFÄHRDUNGSBEURTEILUNG
- GESETZMÄBIGKEITEN UND RECHTSGRUNDLAGEN FÜR EINE GEFÄHRDUNGSBEURTEILUNG
- PRÜFZEITRAUM UND BEISPIELE FÜR DIE ERSTELLUNG EINER GEFÄHRDUNGSBEURTEILUNG
- Beispiele für die Erstellung einer Gefährdungsbeurteilung
- Prüfzeitraum einer Gefährdungsbeurteilung
- HILFESTELLUNGEN BEI DER DURCHFÜHRUNG VON GEFÄHRDUNGSBEURTEILUNG
- Ablauf der Gefährdungsbeurteilung nach TRGS 400
- STOP-Prinzip
- DURCHFÜHRUNG DER GEFÄHRDUNGSBEURTEILUNG
- Erfassung der Betriebsorganisation
- Erfassen der Tätigkeiten
- Ermitteln der möglichen Gefährdungen und Belastungen
- Beurteilen der Risiken
- Festschreiben von Schutzzielen und Maßnahmen
- Realisieren der Maßnahmen, Analyse und Wirksamkeitskontrolle
- BETRIEBSANWEISUNGEN
- GÜLTIGKEIT, SCHULUNG UND BEREITSTELLUNG VON BETRIEBSANWEISUNGEN
- BETRIEBSANWEISUNGEN NACH §14
- QUALITÄTSMANAGEMENT
- QUALITÄTSMANAGEMENTSYSTEM
- ANALYTIK IM LABOR
- GASCHROMATOGRAPHIE
- DURCHFÜHRUNG
- Gaschromatographie
- AUSWERTUNG
- Umsatz
- Massenspektroskopie
- DURCHFÜHRUNG DER REAKTION UND AUFZEICHNUNG DER SICHERHEITSRELEVANTEN ASPEKTE
- STOFFDATEN DER EDUKTE, KATALYSATOREN UND PRODUKTE DER KRISTALLISATION
- Edukte
- Produkte
- Katalysatoren und Stoffe zur Trocknung
- THEORETISCHE GRUNDLAGEN
- Chemische Reaktionen
- Kinetik
- Sicherheitstechnische Grundlagen
- CHEMISCHE GRUNDLAGEN
- Reaktionsweg
- VERSUCHE
- Berechnungen der Mengen
- Geräteliste
- Durchführung
- AUSWERTUNG
- Kinetik
- Sicherheitstechnische Aspekte
- Umsatz
- EINLEITUNG
- ALLGEMEINE GRUNDLAGEN
- Titrationsreaktionen
- Endpunktbestimmung
- EIGENE MESSUNGEN
- Vorbereitung
- Durchführung
- Ergebnisse und Diskussion
- THEORETISCHE GRUNDLAGEN
- GRUNDLAGEN DER REAKTIONSTECHNIK
- DISKONTINUIERLICH BETRIEBENER RÜHRKESSEL
- ANLAGENBESCHREIBUNG
- VERSUCHSDURCHFÜHRUNG
- BERECHNUNG DER THEORETISCHEN AUSBEUTE
- WÄRMETRANSPORT
- Wärmeleitung
- Konvektion
- Strahlung
- WÄRMEÜBERTRAGER
- Verschiedene Bauarten von indirekten Wärmeübertrager
- AUFHEIZEN UND KÜHLEN
- Berechnung der benötigten Wärmemenge zum Heizen des Thermalöls
- Berechnung des elektrischen Stroms
- Berechnung der benötigten Wassermenge zum Kühlen
- Kosten für die Technikumsanlage
- Kosten für die durchgeführten Versuche im Technikum
- THEORETISCHE GRUNDLAGEN
- Simulationssoftware
- Kontinuierlicher Prozess/Vergleich konti-, diskontinuierlicher Prozess
- Diskontinuierlicher Rührkessel (Batchreaktor)
- Kontinuierlicher Rührkessel (Continuous stirred tank reactor CSTR)
- Folgereaktion
- REAKTION 1. ORDNUNG
- SIMULATION
- Simulation der Aufgabenstellung
- Veränderung des Volumenstroms und somit der hydrodynamischen Verweilzeit
- Veränderung der Geschwindigkeitskonstanten
- Fall 1 k1 >> k2
- Fall 2 k2 >> k1
- Zusammenfassung und Auswertung der Ergebnisse Teil 2 → Geschwindigkeitskonstanten
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Projektarbeit "Herstellung von Esterverbindungen" befasst sich mit der Planung und Realisierung einer verfahrenstechnischen Anlage zur Produktion von Esterverbindungen. Dabei liegt der Fokus auf der Entwicklung eines detaillierten Konzepts, das die relevanten technischen, rechtlichen und sicherheitstechnischen Aspekte berücksichtigt.
- Planung und Realisierung einer Anlage zur Esterproduktion
- Standortwahl und Standortanalyse
- Rechtliche und behördliche Vorgaben im Zusammenhang mit der Anlage
- Arbeitsschutz und Sicherheitsvorkehrungen
- Gefährdungsbeurteilung und Sicherheitsmanagement
Zusammenfassung der Kapitel
- Die Einleitung beschreibt die Aufgabenstellung der Projektarbeit und stellt den Forschungsgegenstand dar.
- Das Kapitel "Patentrecherche" analysiert relevante Patente und Technologien im Bereich der Esterproduktion.
- Im Kapitel "Anlagenplanung" werden die wesentlichen Aspekte der Anlagenplanung beleuchtet, darunter die Standortwahl und die Berücksichtigung rechtlicher Vorgaben.
- Das Kapitel "Arbeitsschutz" beschäftigt sich mit den relevanten Vorschriften und Richtlinien im Bereich des Arbeitsschutzes im Zusammenhang mit der Esterproduktion.
- Das Kapitel "Gefahren im Betrieb" analysiert die potenziellen Gefahren und Risiken, die im Betrieb der Anlage auftreten können.
- Das Kapitel "Explosionsschutz-Konzept" stellt ein detailliertes Konzept zum Schutz vor Explosionen vor.
- Das Kapitel "Gefährdungsbeurteilung" befasst sich mit der systematischen Analyse der Gefährdungen und Risiken im Betrieb der Anlage.
- Das Kapitel "Betriebsanweisungen" erläutert die Bedeutung und den Inhalt von Betriebsanweisungen für die Anlage.
- Das Kapitel "Qualitätsmanagement" beschreibt die wichtigsten Aspekte des Qualitätsmanagements im Zusammenhang mit der Esterproduktion.
- Das Kapitel "Analytik im Labor" behandelt die analytischen Methoden, die zur Charakterisierung der Edukte, Produkte und Reaktionsbedingungen eingesetzt werden.
- Das Kapitel "Durchführung der Reaktion" beschreibt die praktische Durchführung der Esterproduktion und die relevanten Sicherheitsaspekte.
- Das Kapitel "Stoffdaten" stellt die wichtigsten Stoffdaten der Edukte, Katalysatoren und Produkte vor.
- Das Kapitel "Theoretische Grundlagen" behandelt die chemischen und physikalischen Grundlagen der Esterproduktion.
- Das Kapitel "Chemische Grundlagen" beschreibt die Reaktionsmechanismen der Esterproduktion.
- Das Kapitel "Versuche" erläutert die im Rahmen der Projektarbeit durchgeführten Versuche.
- Das Kapitel "Auswertung" analysiert die Ergebnisse der Versuche.
- Das Kapitel "Analytik im Technikum" beschreibt die analytischen Methoden, die zur Qualitätskontrolle der Produkte im Technikum eingesetzt werden.
- Das Kapitel "Verfahrensfliessbild" zeigt das schematische Verfahren der Esterproduktion.
- Das Kapitel "Apparateliste und Aufstellungsplan" listet die wichtigsten Apparate der Anlage auf und zeigt deren Anordnung.
- Das Kapitel "Inbetriebnahme" beschreibt die Inbetriebnahme des Batchreaktors.
- Das Kapitel "Dampf und Energieversorgung" erläutert die Energieversorgung der Anlage.
- Das Kapitel "Kostenschätzung" schätzt die Kosten für die Anlage und die Versuche.
- Das Kapitel "Simulation mittels Chem-CAD" beschreibt die Simulation des Produktionsprozesses mit Hilfe der Software Chem-CAD.
- Das Kapitel "Scale Up" behandelt die Skalierung des Produktionsprozesses.
Schlüsselwörter
Die Projektarbeit "Herstellung von Esterverbindungen" befasst sich mit zentralen Themen im Bereich der verfahrenstechnischen Planung und Realisierung, insbesondere im Zusammenhang mit der Produktion von Esterverbindungen. Wichtige Schlüsselwörter und Fokusbereiche umfassen:
- Esterproduktion
- Anlagenplanung
- Standortwahl
- Rechtliche Vorgaben
- Arbeitsschutz
- Gefährdungsbeurteilung
- Sicherheitsmanagement
- Simulation
- Scale Up
Häufig gestellte Fragen
Wie werden Essigsäureethylester und Essigsäurebutylester hergestellt?
Die Herstellung erfolgt durch eine Veresterungsreaktion in einem Batchreaktor, wobei im Technikumsmaßstab Umsätze zwischen 56% und 71% erreicht wurden.
Warum ist eine Gefährdungsbeurteilung in Chemieanlagen notwendig?
Sie dient der systematischen Ermittlung von Gefahren, um Schutziele festzulegen und die Sicherheit von Mensch und Umwelt gemäß Gesetzen wie dem BImSchG zu gewährleisten.
Was ist das STOP-Prinzip im Arbeitsschutz?
Das STOP-Prinzip legt die Rangfolge von Schutzmaßnahmen fest: Substitution, Technische Maßnahmen, Organisatorische Maßnahmen und Personenbezogene Maßnahmen.
Welche Rolle spielt die Simulation mit Chemcad?
Mit der Software wird der Produktionsprozess theoretisch durchgespielt, um Volumenströme, Verweilzeiten und Reaktionskonstanten vor dem Bau der Anlage zu optimieren.
Was bedeutet „Scale Up“ in der Verfahrenstechnik?
Scale Up bezeichnet die Übertragung eines chemischen Prozesses vom kleinen Labormaßstab auf den großen industriellen Produktionsmaßstab.
- Quote paper
- Arne Von Berswordt (Author), 2019, Esterverbindungen. Herstellung von Essigsäureethylester und Essigsäurebutylester, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1271794
