N - Gmehling

Fenske-Gleichung zur Ermittlung 

der minimalen Stufenzahl N min 

Annahme: α ij 

= 

konstant 

α 

12 

= 

y 

y 

1 

2 

/ x 

/ x 

1 

2 

= 

y1x 

y x 

2 

2 

1 

= 

γ1P 

γ P 

2 

S 

1 

S 

2 

1. Stufe (Sumpf B): 

⎛ x 

⎜ 

⎝ x 

1 

2 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

2 

⎛ y 

= 

⎜ 

⎝ y 

1 

2 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

1 

= α 

12 

⎛ x 

⎜ 

⎝ x 

1 

2 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

1 

2. Stufe: 

⎛ 

x 

⎜ 

⎝ x 

⎞ 

⎛ 

1 

y ⎞ ⎛ 

1 

x ⎞ 

1 2 

⎛ x ⎞ 

1 

⎟ = 

⎜ 

⎟ = α12 

⎜ 

⎟ = α12 

⎜ 

⎟ 

2 ⎠3 

⎝ y2 

⎠2 

⎝ x2 

⎠2 

⎝ x2 

⎠1 

Für N min Stufen gilt: 

⎛ x 

⎜ 

⎝ x 

1 

2 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

D 

= α 

Nmin 

12 

⎛ x 

⎜ 

⎝ x 

1 

2 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

B 

Durch Umstellung erhält man die Fenske-Gleichung: 

N 

min 

= 

( x1 

/ x2) 

( x / x ) 

⎡ 

log⎢ 

⎣ 1 

logα 

12 

2 

D 

B 

⎤ 

⎥ 

⎦ 

1

Anzahl theoretischer Stufenzahl als f(Trennfaktor, 

Produktreinheit) 

normale Rektifikation 

nicht mehr sinnvoll 

Propan-Propen- 

Splitter 

α ≈ 1.22 (1.15 .. 

1.30) 

ca. 10 4 bei 99 % Reinheit 

ca. 10 8 bei 99.99 % 

Reinheit 

von Kopf- und 

Sumpfprodukt 

2

Inhalt der Vorlesung „Grundlagen der Technischen Chemie“ 

Aufstellung und Lösung von Bilanzgleichungen 

Unterschied Labor - Technik 

a) Reaktionstechnik (CSTR, PFR) 

a) größerer Maßstab b) Wirtschaftlichkeit b) *Grundoperationen (z.B. 

Rektifikation) 

Geschichte der industriellen Chemie 

Thermische Trennverfahren 

Rohstoff und Energiesituation 

Grundbegriffe (Umsatz, Selektivität, 

Ausbeute) 

Rektifikation*, Extraktion, Absorption, 

Kristallisation, Adsorption, 

Membrantrennverfahren 

Produkte der chemischen Industrie 

Grundlagen 

Reaktionskinetik (homogen) 

Stofftransport 

Wärmetransport 

Thermodynamik 

a) Reaktionsenthalpie, chemisches 

Gleichgewicht 

b) Phasengleichgewicht 

c) Stoffdaten 

Herstellung der Grundchemikalien 

Erdöldestillation, Chemische Raffinerie 

Steamcracker (C4- und Aromatenaufarbeitung) 

Steamreforming 

Produktstammbäume 

Ausgewählte Chemische Prozesse 

Vinylchlorid 

Ethylenoxid 

Kostenrechnung 

3

Material- und Enthalpiebilanz für eine 

Gleichgewichtsstufe (MESH-Gleichungen) 

6.02.01 

M L& x V& y Fz & (L& 

S & )x 

L 

i,j 

= 

j+ 1 i,j+ 1 

+ 

j−1 i,j−1 + 

j i,j 

− 

j 

+ 

j i,j 

− (V& 

+ S & )y = 0 

V 

j j i,j 

Ei,j = yi,j − Ki,jxi,j 

= 0 

S 

x, j 

= ∑ 

x 

i, 

j 

− 

1.0 

= 

0 

⎛ 

⎜ 

K 

⎝ 

i, 

j 

= 

y 

x 

i, 

j 

i, 

j 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

S = ∑ y − 1.0 = 0 

y,j 

i,j 

H L& h V& h Fh & (L& 

S & )h 

L V L L 

j 

= 

j+ 1 j+ 1 

+ 

j−1 j−1 + 

j F,j 

− 

j 

+ 

j j 

− (V& 

+ S & )h + Q& 

= 0 

V V 

j j j j 

N(2n+3) Gleichungen und 

Unbekannte 

101 01 009a Bedeutung 

Für n = 4 Komponenten und N = 45 

Böden ergeben sich 495 

4 

Gleichungen

Trennung des Systems Methanol (1) - Wasser (2) - Ethanol (3) 

- Isobutanol (4) 

DESW 

01 01 004 Bedeutung 

5

Luftzerlegung: Feedzusammensetzung 

6

Luftzerlegung und VLE des Systems O 2 (1)-N 2 (2) 

exp. Daten 

PSRK 

N 2 

“untere Kolonne” 

80 K 

Temperatur r [K] 

P = 6.0 bar 

“obere Kolonne” 

O 2 

1.3 - 

1.5 bar 

92 K 

95 K 

fast reines N 2 

?Ar 

Seitenkolonne 

Siedepunkte: 

N 2 : 77.4 K 

O 2 : 90.1 K 

P = 1.3 bar 

Feed: 

vorgereinigte 

Luft 

5 - 6 bar 

99 K 

38% O 2 

Ar: 87.3 K 

x , y 

1 1 

7

Linde-Verfahren zur Luftzerlegung (gesamtes Verfahren) 

www.westfalenag.de/technische/schemaluftzerlegung.php 

8

Trennung azeotroper Systeme ohne Zusatzstoff 

1 

ohnesold.cdr, 15.06.2000 

Vakuum (Druck) - Rektifikation 

A 

A 

10 

atm 

oder 

0.1 

atm 

y A 

0 

1 

y A 

0 

1 

y A 

0 

2 

x A 

' 

LLE 

1 

P 1 

P 2 

P 1 

P 2 

0 x A 1 

1 

x A 

" 

B 

Heteroazeotrope Rektifikation 

1 

1 

Zweidruck-Rektifikation 

A+B 

A+B 

1 

atm 

B 

B 

x ' A 

x " A 

1 2 

10 

atm 

B 

1 Alternativen: 

Hybridverfahren, wie: 

A 

A 

Rektifikation + 

Membrantrennverfahren 

Rektifikation + Adsorption 

oder spezielle Verfahren: 

Azeotrope oder extraktive 

Rektifikation 

10

11.02.99 

Azeotrope und Extraktive Rektifikation 

10 00 007 Synthese 11

Trennung durch extraktive Rektifikation 

Zur Auswahl Entrainer benötigt: 

Kenntnis VLE-Verhalten 

S 

x γ P ≈ y P 

i i i i 

K 

α 

ij 

i 

y 

= = 

x 

γ P 

S 

i i i 

i 

P 

S 

Ki γ 

iPi 

= = = 1 ≈ 1 

S 

K γ P 

j j j 

( or ) 

Auswahlkriterium: 

∞ 

∞ γ 

i 

Sij , Entrainer 

= >> (

Absorptionsanlage 

(zu unterscheiden physikalische und chemische Absorption) 

Bei physikalischer 

Absorption: 

hoher Druck 

(x i H ij = p i ) 

niedrige Temperatur 

Bei physikalischer 

Absorption: 

niedriger Druck 

hohe Temperatur 

13

Ausgewählte Beispiele zum Einsatz der Absorption 

abzutrennende 

Komponente(n) 

Absorptionsmittel 

HCl Wasser (preußische Alkaliakte 1863) 

SO 3 

Schwefelsäure 

H 2 S, CO 2 (Erdgas) Methanol (Rectisol), NMP (Purisol), 

Glykolether 

(Selexol), Sulfolan (Sulfinol) 

H 2 O 

Triethylenglykol (Trocknung von Gasen) 

CO 2 

heiße K 2 CO 3 (Pottasche)-Wäsche, wäßr. 

Monoethanolamin-M. (10-20 Gew.%) 

H 2 S 

wäßr. Diethanolamin-M. (10- 25 Gew.%) 

H 2 S ( Kokereien ) kalte K 2 CO 3 (Pottasche)-Wäsche 

CO 2 , H 2 S 

NaOH (8 Gew.%) (nur bei kleinen Anlagen) 

SO 2 

wäßr. Ca(OH) 2 , CaCO 3 -Lösung, wäßr. 

Na 2 SO 3 - Lösung 

14

Typische Extraktionsanlage 

15

Typische Fest-Flüssig-Gleichgewichte 

(Schmelzkristallisation) 

m-Xylol (1) + p-Xylol (2) 

(eutektisches Verhalten) 

Anthracen (1) + Phenanthren (2) 

(ideale Löslichkeit) 

x i 

ca. 80% 

x i 

Liquiduslinie 

Temperatur [K] 

Liquiduslinie 

Temperatur [K] 

Soliduslinie 

Soliduslinie 

x 1 

x1 

16

Fallfilmkristallisationsverfahren der Firma Sulzer- 

Chemtech 

Einsatzstoff 

Fallfilmkristallisator 

a 

b 

Heiz- bzw. 

Kühlmedium 

Rohrwandung 

Rieselfilm 

Heiz- bzw. 

Kühlmedium 

Sammeltank 

Rieselfilm 

Schmelze 

Kristallschicht 

Rückstand 

Produkt 

17

Trennung durch Adsorption 

cm3/g 

Molekular-Sieb 5A 

T = 298 K 

Beladung mit Adsorbens 

N 2 

O 2 

Hg 

O 2 

Ar 

Adsorptionseffekte 

Beladung mit Adsor rbens 

H 3 C 

CH 3 

H 3 C 

Molekular-Sieb 

ZSM-5 T= 293 K 

CH 3 

CH 3 

CH 3 

Größeneffekte 

Beladungsfaktor 

Aktivkohle 

N 2 

Kinetische 

Effekte 

18

Aktivkohleprobe besitzt etwa gleiche Fläche wie das Münchner 

Olympiastadion 

19

Abluftreinigung (Lurgi) 

20

Prinzip von Membrantrennprozessen 

Zulauf 

Permeat 

Porenmembran 

bei Porendurchmessern > 1 nm 

Modellierung: 

Retentat 

ähnlich Filtration 

Zulauf 

Permeat 

"Löslichkeits"- 

Membran 

Modellierung „dichte“ 

Membran: 

Retentat 

Lösungs-Diffusions-Modell 

21

Pervaporationsanlage 

Retentat 

Heizmedium 

Zulauf 

Kühlung 

Vakuumpumpe 

Wärmetauscher 

Vakuumkammer 

Permeat 

22

Hybridprozess 

23

Erdöldestillation 

nach der Entsalzung 

26

Verfahren zur Herstellung der wichtigsten organischen 

Grundchemikalien 

33

Gibbssche Bildungsenthalpien (kJ (mol C) -1) verschiedener 

Kohlenwasserstoffe, Kohlenstoff und Wasserstoff als f (T) 

Benthalp.ppt,03.012.01 

34

Reaktionen im Steamcracker 

(radikalischer Mechanismus)* 

Primärreaktionen 

C-Kettenspaltung 

Dehydrierung 

Isomerisierung 

Cyclisierung 

Aromatisierung 

Sekundärreaktionen 

Olefinpolymerisation 

Aromatenkondensation 

Rußbildung 

*ca. 850 °C, Verweilzeit ca. 0.5 s 

P = 2-3 atm bei Anwesenheit von H 2 O- 

Dampf (LeChatelier) 

35

Thermische Spaltung von Kohlenwasserstoffen 

36

BASF Aktiengesellschaft Ludwigshafen 

Einfluss der Cracktemperatur auf die 

Spaltgaszusammensetzung (Naphtha-Spaltung) 

37

BASF Aktiengesellschaft Ludwigshafen 

Einfluss der Verweilzeit und der Cracktemperatur auf 

die Ethenausbeute (Naphtha-Spaltung) 

38

Ausbeute von Spaltprodukten nach Fahrweise 

100 

Einsatzrohstoff: 

Naphtha 

90 

80 

26 

31 

Sonstiges (CH 4 , H 2 ) 

% 

70 

60 

50 

16 

14 

12 9 

C 5 und Höhere 

C 4 - Schnitt 

40 

30 

27 

22 

Propylen 

20 

10 

19 

24 

Ethylen 

0 

low severity 

820°C 

high severity 

845°C 

roe 98-06-23-07 

39 

Quelle: EC/Petrochemie

Ausbeutespektrum des Crackers in Abhängigkeit 

von dem eingesetzten Rohstoff 

0.59 

Kracköl 

0.11 

0.10 

0.14 

0.40 

0.15 

0.34 

0.21 

Aromaten 

Butadien 

0.03 

0.77 

0.56 

0.70 

Propen 

1.00 

1.00 1.00 1.00 

Ethen 

Ethan LPG Naphtha Gasöl 

Spez. Verbrauch je t Ethylen 

1,2 2,4 3,2 3,8 

roe 98-06-23-08 

40 

Quelle: EC/Petrochemie

Einführung in die Chemische Produktionstechnik 

41

Der Steamcracker 2 im Werk Ludwigshafen der 

BASF (C 5+ Erdölraffinerie Mannheim) 

42 

roe 98-06-23-11 BASF Unterrichtshilfe, 1996

Naphtha-Cracker der Firma Sabic 

in Geleen/Holland 

43 

roe 98-06-23-11 BASF Unterrichtshilfe, 1996


(Prozesswasser) 

44

Ethylene Plant (Hot Section) 

Furnace 

Oil Quench/Primary 

Fractionator 

Water 

Quench 

3-Stage Gas 

Compression 

CO 2 /H 2 S 

Removal 

4th-Stage 

Gas Compr. 

Feedstock (e.g. Naphtha, Gas oil, 

Ethane) 

Olefins 

Steam 

Water 

Solvent 

T = 60 F 

P = 550 psig 

Fuel Oil 

Aromatics 

Water to Dilution 

Steam System 

Dehydration Unit: 

• Activated alumina 

• Molsieves 

• TEG System 

Refrigeration Unit 

to Cold Section, 

i.e. De-methanizer 

45

Ethylene Plant (Cold Section) 

C2H2 Acetylene 

C2 Splitter 

T = -25 F 

P = 245 psig 

C3 

Splitter 

Deethanizer 

Demethanizer 

Depropanizer 

Debutanizer 

T = -140 F 

P = 400 psig 

Acetylene Recovery 

catalytic hydrogenation 

C2H4 Ethylene 

C3H6 Propylene 

CH4, H2 

T = 0 F 

P = 340 psig 

T = 63 F 

P = 110 psig 

from Refrigeration unit 

C2Hx 

C3Hx 

T = 20 F 

P = 410 psig 

C2+ 

T = 160 F 

P = 350 psig 

C2H6 

Ethane 

recycle 

C3+ 

T = 15F 

P = 255 psig 

T = 160 F 

P = 120 psig 

C3H8 

Propane 

C4+ 

C5+ 

46

Typische Produktverteilung beim Steamcracking 

48


99.95 % 

nach Wasserabtrennung 

49

Typische Zusammensetzung des C 4 -Schnitts beim Naphtha- 

Steamcracken und Gasöl-Katcracken (in Gew.-%) 

Spaltprodukt Steamcracken Steamcracken Katcracken (FCC) 

Low Severity High Severity Zeolithkatalyse 

1,3-Butadien 26 47 0.5 

Isobuten 32 22 15 

1-Buten 20 14 12 

trans-2-Buten 7 6 12 

cis-2-Buten 7 5 11 

Butan 4 3 13 

Isobutan 2 1 37 

Vinylacetylen 

Ethylacetylen 2 2 - 

1,2-Butadien 

} 

} 

52

Aufarbeitung des C4-Schnitts 

1-Buten, i-Butan 

C 4 

H 2 

* ** *** 

i-Butan 

T S = 261.4 K 

C 4 

NMP 

MTBE 

CH 3 OH H 2 

1-Buten 

T S = 275 K 

T S = 272.6 K 

2-Buten 

n-Butan 

T S = 266.8 K 

C 8 ,C 12 ,C 16 

Butadien-1,3 

* Raffinat 1 < 0.1% Butadien 

** Raffinat 2 

*** Raffinat 3 

H 2 

n-Butan 

Alternative: Metathese 

CH 3 -CH=CH-CH 3 + 

CH 2 =CH 2 

2 CH 2 =CH-CH 3 

55 

H.J.Arpe, Industrielle Organische 

Chemie, Wiley-VCH, Weinheim 2007

Normalsiedepunkte und Schmelzpunkte 

der C 6 -C 8 - Aromaten 

Normalsiedepunkt 

°C 

Schmelzpunkt 

°C 

C 6 Benzol 80.1 + 5.5 

C 7 Toluol 110.6 - 95.0 

C 8 Ethylbenzol 136.2 - 95.0 

o-Xylol 144.4 - 25.2 

m-Xylol 139.1 - 47.8 

p-Xylol 138.4 + 13.2 

Styrol 145.1 - 30.6 

roe 98-06-23-15 

58

Aufarbeitung des Pyrolysebenzins 

Nichtaromaten, 

Vergaserkraftstoff 

C H 

6 6 

Pyrolyse.ppt 03.12.01 

Pyrolysebenzin 

Selektive 

Hydrierung 

BTX 

C H ,C H 

6 6 7 8 

Ethylbenzol 

C H 

7 8 

Aromaten 

C 8 

m/p-Xylol 

Kristallisation 

Isomerisierung 

C 9+ 

p-Xylol 

oder PAREX-Verfahren 

Xylole 

o-Xylol 

Hydrierung Extraktion Rektifikation Kristallisation Isomerisierung 

59

Verwendung des Ethens 

Polyethylen (HDPE) 

17 %/2200 kt 

Ethylbenzol 

7 %/900 kt 

Polyethylen 

(LDPE/LLDPE) 

38 %/5000 kt 

Ethylenoxid 

10 %/1300 kt 

Ethylendichlorid 

18 %/2400 

Sonstige 

5 %/650 kt 

Acetaldehyd/Ethanol 

5 %/650 kt 

Westeuropa 1987 

63

Verwendung des 

Propens 

Propylenoxid 

11 %/900 kt 

Acrylnitril 

17 %/1300 kt 

Oxo-Alkohole 

12 %/900 kt 

Cumol 

8 %/600 kt 

Isopropylalkohol 

6 %/500 kt 

Olgimere/ 

Sonstige 

10 %/800 kt 


Polypropylen 

36 %/2800 kt 

65

Verwendung des Benzols 


Cyclohexan 

21 %/1100 kt 

Nitrobenzol 

7 %/370 kt 

Ethylbenzol 

44 %/2400 kt 

Alkylbenzol 

4 %/200 kt 

Cumol 

15 %/780 kt 

Sonstige 

9 %/350 kt 

67

Verfahren zur Herstellung der wichtigsten organischen 

Grundchemikalien 

*Unterschiedliche 

CO-H 2 - 

Verhältnisse 

benötigt 

70

18.03.99 

Gleichgewichtskonzentrationen des Simultangleichgewichts des 

Steamreforming-Verfahrens als Funktion der Temperatur bei 40 atm 

4 2 2 R 

2 2 2 R 

( ) 

( ) 

CH + H O CO + 3H ∆ h = 206.13kJ/mol 25° 

C 

CO + H O CO + H ∆ h = − 41.14kJ/mol 25° 

C 

0.8 

Molanteil 

0.6 

0.4 

n 

n 

H 2 O 

CH 4 

= 

3.2 

CH4 

H2O 

CO 

H2 

0.2 

CO2 

0 

600 800 1000 1200 1400 

Temperatur, K 

72

Erzeugung des Synthesegases ( N 2 + H 2 ) für die NH 3 - 

Synthesedurch Steamreforming 

73

AMMONIAKHERSTELLUNG: Prinzipschema für das 

Verfahren mit Druckwechsel-Adsorption 

Erdgas 

Ammoniak 

Ent- 

Primär- 

HT-CO- 

Druckwechsel- 

Ammoniakschwefelung 

Reformer Konvertierung Adsorption 

Synthese 

Angereicherte Luft 

N 2 

Luft 

Luftzerleger 

roe 99-06-22-01 

74

Herstellung von 

Wasserstoff 

Vergleich des 

klassischen und 

des modernen 

Verfahrens 

75

Typischer Komplex für die Herstellung von Synthesegas (CO+H 2 ) 

Bilanz (t und kJ/Jahr). 

76

Herstellung von Vinylchlorid aus Acetylen und Ethylen 

80

Kombinationsprozeß zur Herstellung von Vinylchlorid 

81

Herstellung von Ethylenoxid (EO) 

früher Chlorhydrin-Verfahren: 

CH 2 =CH 2 + Cl 2 + H 2 O 

HO-CH 2 CH 2 -Cl + HCl (50-60°C) 

2 HO-CH 2 CH 2 -Cl + Ca(OH) 2 2 EO + CaCl 2 

Nebenreaktionen: 

CH 2 =CH 2 + Cl 2 CH 2 Cl-CH 2 Cl 

2 HO-CH 2 CH 2 -Cl Cl-CH 2 -CH 2 -O-CH 2 -CH 2 -Cl + H 2 O 

EO CH 3 CHO 

(pro 100 kg EO, 10-15 kg DCE, 7-9 kg Ether, 300-350 kg CaCl 2 

ab 1975 ausschließlich Direktoxidation (Explosionsgefahr)* 

• Luft 

• Sauerstoff 

• ähnliche Entwicklung PO (jedoch H 2 O 2 ) 

82

Ethylenoxid-Herstellung durch Luftoxidation 

83

Ethylenoxid-Herstellung durch Sauerstoffoxidation 

84

Grundfließbild: Ethylenoxid-Herstellung durch Sauerstoffoxidation 

85

Reaktor zur katalytischen Oxidation von Ethen mit O 2 

86

Ethylenoxid-Chemie 

87

Gewinn = Erlös - Herstellkosten 

Erlös: 

Verkaufte Produktmenge * Preis/Mengeneinheit 

Gewinn 

Herstellkosten: 

Rücklagen 

Dividenden 

Steuern ca. 65% 

fixe und variable Kosten 

Rohstoffe 

Energien 

Löhne, Gehälter 

Investitionen 

Betriebskosten 

Vertriebskosten, .... 

teilweise auch 

Gutschriften 

weitere Kosten: 

Kantine, Feuerwehr, 

Werksbus, Generalia, 

Straßen, IHK, 

Overhead, 

Berufsgenossenschaft, 

Sport, FuE, Abfall, .... 

Zu unterscheiden sind folgende Verfahren: 

1. rohstoffintensive (z.B. Naturstoffe) 

2. energieintensive (z.B. elektrochemische Verfahren) 

3. investitionsintensive (z.B. Petrochemie) 

4. arbeitsintensive (selten in der chem. Industrie) 

89

Gewinn (bzw. Verlust) aus einer Produktion 

Erlöse 

Fall I 

Gewinn 

Gesamtkosten 

Verkaufskosten 

Generalia 

Forschungskosten 

Fall II 

Verlust 

Erlöse 

Ärger mit Aktionären 

(evtl. keine 

Ausschüttung) 

müssen aus 

Rücklagen gedeckt 

werden (nur über 

wenige Jahre 

möglich) 

Konsequenz: Kosten 

senken oder Anlage 

stilllegen 

Herstellkosten 

90

Ermittlung Herstellkosten (Kalkulation)* 

Vorkalkulation: 

Berechnung der Herstellkosten für ein neues Produkt 

Nachkalkulation: 

a) Kontrolle der Produktionskosten 

b) Verbrauchszahlen (Energie, Material): 

wichtige Indikatoren ob Verfahren wie geplant läuft 

Ermittlung der Kosten dient: 

a) Rentabilitätskontrolle 

b) Wirtschaftlichkeitsanalyse 

c) Vergleich verschiedener Verfahrensvarianten 

und liefert Hinweise zur Verbesserung und Rationalisierung des Verfahrens 

* üblicherweise auf bestimmte Menge des Produkts (z.B. 1 t) bezogen 

91


Beschäftigungsfixe Kosten 

(von Produktionsleistung unabhängig) 

1. Abschreibung für Anlage oder 

Anlagenmiete (Leasing) 

2. Kalkulatorische Zinsen für 

investiertes Kapital, 

Versicherungskosten für Anlage 

3. Vermögensabhängige Steuern in 

Abhängigkeit von der Höhe des 

Betriebsvermögens (z.B. 

Katalysator Pt, ..) 

4. Gehälter und Löhne des Stammpersonals 

der Produktionsstätte 

Beschäftigungsvariable Kosten 

(etwa proportional der Produktionsleistung) 

1. Rohstoffe 

2. Energiekosten 

3. Löhne für zusätzliche Arbeitskräfte 

4. Sonstige Betriebskosten (z.B. 

Wasser) 

5. Vertriebskosten (z.B. 

Transportkosten) 

6. Umweltschutzkosten, (sog. 

„pollution control costs“) soweit 

nicht in Investitionen enthalten 

7. Analytik 

92

Fragen bei der Ermittlung der Herstellkosten (Kalkulation)* 

•Höhe Kapitalbedarf ? 

•Rohstoffkosten ? 

•Energiekosten ? 

•Personalkosten ? 

Richtwerte Chemische Industrie 

Investitionen 15 – 30 % (20 %) 

Energie 10 – 40 % (15 %) 

Rohstoffe 30 – 90 % (45 %) 

Gehälter, Löhne 5 – 25 % ( 20 %) 

93

Ermittlung des Kapitalbedarfs 

Anlagenkapital (ca. 80-85%): 

Mittel für die Planung und Errichtung der Anlage einschließlich 

Gebäuden, für Erwerb von Grundstücken, Abwicklung des Projekts 

Umlaufkapital (ca. 15-20%): 

1. Vorräte an Roh- und Hilfsstoffen ( Katalysator, Absorptionsmittel, .. ) 

2. Lagerbestände an Zwischen- und Endprodukten 

3. Forderungen für nicht bezahlte Produkte 

4. Barmittel zur Aufrechterhaltung der Zahlungsbereitschaft (Löhne, 

Gehälter, Rechnungen) 

94

Ermittlung der Investitionskosten einer 

Chemieanlage 

Neuanlage* bzw. bereits existierende Anlage: 

• Anfrage bei Anlagebauern ( Linde, Lurgi, Krupp-Uhde, ... ) 

• Haupt- und Zuschlagfaktor 

• Gesamtfaktor 

• Umrechnung auf andere Kapazitäten: 

(Degressionskoeffizient) 

• bei ähnlichen Verfahren (Preisindex, Länderindex) 

* schwierige Aufgabe für den Technischen Chemiker bzw. Chemieingenieur 

95

Zuschlagfaktoren zur Ermittlung des Anlagenkapitals 

Hauptpositionen: 

Apparate und Maschinen 1,00 

Direkte Nebenpositionen: 

Zuschlagfaktor 

Schwankungsbreite 

Genaue Angaben vom Hersteller, 

z.B. für Reaktor, Trennkolonnen 

Apparatemontage 0,15 0,10...0,25 

Rohrleitungen und Armaturen 0,60 0,40...1,00 

Mess- und Regeltechnik 0,35 0,20...1,20 

Elektrotechnik 0,20 0,20...0,50 

Bauleistungen (Gebäude, Fundamente, Gerüste) 0,65 0,30...1,00 

Verschiedenes (Isolierungen, Feuerschutz, 0,15 0,10...0,25 

Anschlußleitungen für Energien) 

Zwischensumme Z 3,10 

Indirekte Nebenpositionen: 

Planung (Engineering) 0,40 0,25...0,50 

Unvorhergesehenes 0,20 0,15...0,30 

Gesamtfaktor G 3,70 2,90...4,50 

Spezialisten berechnen G auf wenige % 96genau

Möglichkeit zur Berechnung der Investitionskosten 

bei Erweiterung der Anlagenkapazität 

Preis für Anlage 

Preis für Anlage 

1 

2 

= 

⎛ Kapazität der 

⎜ 

⎝ Kapazität der 

Anlage 1 ⎞ 

⎟ 

Anlage 2 ⎠ 

χ 

χ Degressionskoeffizient (oftmals 0.6 - 0.7) 

Beispiel: Tank (vereinfacht als Kugel angenommen) 

Kapazität C proportional dem Volumen V (V=4/3 Π r 3 ) 

Preis P proportional der Oberfläche A (A=4 Π r 2 ) 

(Materialpreis) 

2 

2 / 3 

P r 

3 

2 

1 = 

1 C1 

r ⎛ 

1 

C ⎞ 

1 

r1 

2 = ⇒ 

3 

2 

P2 

r2 

C r 

⎜ = 

C 

⎟ 

r 

2 2 

2 

2 

⎝ 

⎠ 

P 

P 

1 

2 

⎛ C 

= ⎜ 

⎝ C 

1 

2 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

2 / 3 

97

Abhängigkeit der Investitionen von der 

Anlagenkapazität 

d.h. Einstranganlagen insbesondere bei kleinen Degressionskoeffizienten 

98

Ethylen-Herstellkosten einschl. 12% Rendite 

in Abhängigkeit von der Anlagenkapazität 

99

Rohöl- 

Weltmarktpreis 

www.tecson.de/prohoel.htm 

102

Rohöl-Weltmarktpreis 

www.tecson.de/poelhist.htm 

103

Abhängigkeit des Erdgaspreises vom Standort 

Wo wird man NH 3 - oder Kunstdünger-Anlagen bauen? 

104

Prices of Some Bulk Chemicals in Europe and the 

USA (US $/t), January 1999 a 

Chemical Europe, spot Europe, contract 

USA, 

contract 

Ethene 320 – 330 (cif, nom) 404 335 – 340 (Oct) 

Propene b 230 – 250 (cif, nom) 265 276 (Oct) 

Butadiene 200 – 210 (fob, nom) 288 331 (Nov) 

Benzene 207 – 212 (fob) 222 239 (Nov) 

Toluene 170 – 175 (fob, nom) 184 204 (Nov) 

p-Xylene 225 – 230 (fob) 315 325 (Q4) 

o-Xylene 228 – 237 (fob) 243 287 (Q4) 

Styrene 390 – 400 (T2, fob, nom) 467 – 492 507 – 520 (Oct) 

Methanol 90 – 95 (T2, fob) 105 103 – 108 (Oct) 

80 – 85 (T1, cif, nom) 

MTBE 168 – 170 (fob, nom) n.a. n.a. 

Ammonia 105 – 110 (CFR) n.a. n.a. 

a Source: European Chemical News, 11 – 18 January 1999. fob = free-on board; cif = cost, 

insurance and freight; T1 = imported material subject to EC common external tariffs; T2 = EC 

material, not dutiable; nom = initial but unfixed negotiating range; n.a. = not available 

b Polymer grade. 

105

Rohstoffpreise (DM/t) und Dollarkurs 1988/1989 

PRODUKT J F M A M J J A S O N D QUELLE 

DOLLARKURS 1988 1.6517 1.6976 1.6780 1.6733 1.6934 1.7557 1.8440 1.8874 1.8669 1.8215 1.7497 1.7555 

1989 1.8403 1.8521 1.8653 1.8704 1.9503 1.9809 1.8941 1.9260 1.9526 1.8400 1.8304 

ROHÖL 1988 215.48 213.99 205.86 202.15 209.78 218.50 215.71 219.19 205.43 184.77 180.02 199.10 

1989 225.32 244.52 251.41 274.14 276.82 272.10 255.68 245.37 254.80 261.34 

NAPHTHA 1988 240 255 229 250 271 268 258 253 241 227 228 239 

1989 279 294 318 334 343 329 297 291 298 283 286 

ETHYLEN V 1988 835 820 815 815 838 835 908 908 1019 1060 1060 1060 

ECN - LC 

1989 1220 1220 1238 1240 1240 1240 1131 1115 1115 1059 945 

S 1988 824 820 863 897 988 1076 1075 1103 1240 1406 1525 1538 

ICIS 

1989 1513 1509 1573 1638 1628 1292 1064 1031 968 909 812 

PROPYLEN V 1988 620 620 610 586 588 588 621 626 787 840 840 840 

FCN - LC 

1989 950 973 1060 1060 1060 1060 966 825 825 743 716 

S 1988 562 559 542 556 627 636 634 712 930 993 1069 1138 

ECN 

1989 1222 1167 1192 1132 1141 975 790 742 769 653 542 

BENZOL V 1988 435 435 508 580 580 580 570 570 593 660 660 660 

ECN - LC 

1989 998 1000 963 850 850 800 650 650 656 663 660 

S 1988 429 526 594 545 532 532 572 619 652 623 719 994 

ECN 

1989 1041 872 864 853 780 666 525 614 666 734 831 

TOLUOL V 1988 317 351 360 406 460 470 470 470 483 520 520 520 

ECN - LC 

1989 635 750 750 720 690 690 561 529 526 518 518 

S 1988 344 394 443 433 437 437 463 496 526 503 572 683 

ECN 

1989 710 604 651 686 657 543 449 449 486 538 518 

p-XYLOL V 1988 627 610 610 705 800 800 868 940 1005 1070 1070 1070 

ECN - LC 

1989 1165 1170 1170 1198 1225 1225 1225 1225 1225 1225 1225 

S 1988 629 822 1030 1006 1016 1015 1070 1159 1230 1404 1576 1605 

ECN 

1989 1700 1459 1487 1392 1274 1264 1155 1238 1261 1196 1128 

o-XYLOL V 1988 480 480 480 533 585 585 583 580 630 780 780 865 

ECN – LC 

1989 954 965 955 925 925 874 720 720 703 650 650 

S 1988 472 538 564 566 559 567 610 662 754 858 959 1027 

ECN 

1989 1102 1039 927 838 852 777 600 609 633 595 575 

METHANOL V 1988 293 293 293 311 311 311 338 338 338 338 338 338 PLATTS 

1989 318 318 318 318 318 318 253 253 253 180 155 PETROSCAN 

S 1988 304 301 304 313 320 334 343 343 339 332 324 319 

1989 315 315 314 307 289 257 220 168 135 150 165 

STYROL V 1988 2220 2220 2220 2220 2350 2350 2475 2550 2550 2600 2600 2600 

ECN – LC 

1989 2495 2460 2460 2060 2060 2060 1660 1660 1575 1320 1320 

S 1988 2382 2684 2671 2717 3092 3329 3528 3535 2847 2561 2334 2386 

ECN 

1989 2315 2213 2052 1913 1568 1622 1297 1333 1351 1230 1195 

H O E C H S T A G RESSORT BESCHAFFUNG / G H I + K-PLOT 06.12.1989 V = Vertragspreis S = Spotpreis 106 

DEUTSCHE 

BUNDESBANK 

BUNDESANT. 

FÜR GEW. 

WIRTSCHAFT. 

PLATTS-MARKETSCAN

Mittlere Energiepreise für Industrieverbraucher in Deutschland 

(2005) 

elektrischer Strom 0,05 - 0,06 € kWh -1 

Dampf: 

Niederdruckdampf (3-5 bar) ca. 16,- € t -1 

Mitteldruckdampf (15-25 bar) ca. 18,- € t -1 

Hochdruckdampf (80-120 bar) 

ca. 20 - 25 € t 

-1 

Erdgas 200 - 250 € t -1 

Kühlwasser 0,04 - 0,08 € m -3 

Prozesswasser 0,30 - 0.60 € m -3 

Trinkwasser 1,20 - 2,50 € m -3 

entsalztes Wasser 2,00 - 3,00 € m -3 

Druckluft 5,00 -20,00 € pro 1000Nm 3 

M. Baerns, et al., Technische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim 

2006 

107

Aus: Forschung & Lehre 7/2003 

S. 348 

108 

Freizeit-Weltmeister Deutschland

Personalkosten Deutschland 

Lohn bzw. Gehalt einschließlich Zuschläge und 

Werksgemeinkostenanteil: 

Facharbeiter Normalschicht € a -1 64 000 

Facharbeiter Wechselschicht € a -1 70 000 

Techniker € a -1 72 000 

Betriebsführer € a -1 110 000 

109

Herstellkosten ( ausführliche und vereinfachte 

Kalkulation ) 

Ausführliche Kalkulation 

A Material 

Rohstoffe, Hilfsstoffe (Katalysatoren, Lösungsmittel, Adsorptionsmittel, usw.) 

Vereinfachte Kalkulation 

A Material 

B Energien 

Elektrischer Strom, Dampf, Gas, Wasser, Kühlsole, Druckluft 

B Energien 

C Personal 

C‘ Personal - und personalabhängige Kosten 

Löhne und Gehälter 

Löhne und Gehälter 

Zuschläge (Sozialversicherung, Schicht - und Feiertags - Zuschläge 

Zulagen, Urlaubsgeld, Betriebsprämien usw.) 

5...15 % der Löhne und Gehälter 

D Werksgemeinkosten 

Innerbetrieblicher Transport, Straßen, Sicherheit, Feuerschutz 

Sozialeinrichtungen (Umkleideraum, Kantine, Sanitätsstation) 

Werksverwaltung 

EInvestitionskapital 

Abschreibung des Anlagenkapitals 

Zinsen auf Anlagen- und Umlaufkapital 

E‘Kapital-und kapitalabhängige Kosten 

1-3% des Anlagenneuwerts 

10 % des Anlagenneuwerts 

6-8% des Anlagenneuwerts 

FReparaturen und Wartung 

G Steuern und Versicherungen 

Vermögenssteuer und andere ertragsunabhängige Steuern, Versicherungen 

H Verschiedene Kosten 

Analysen, Verpackung und Versand (ohne Fracht) 

Abwasser und 

- 

Abluftreinigung 

3- 5% des Anlagenneuwerts 

1,5% des Anlagenneuwerts 

21,5...27,5% des Anlagenneuwerts 

HVerschiedene Kosten 

2...10% von (A + B + C‘ + E‘) 

Quelle: Baerns et al, Technische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim 2006 

113

Daten für eine Anlage zur Herstellung von Ethylenoxid (EO) 

durch Direktoxidation von Ethylen 

Produktionskapazität 180 000 t EO a -1 = 22.5 t EO h -1 

bei 8000 Betriebsstunden pro Jahr 

Anlagenkapital (Deutschland 2005) 

112 Mio. € = 622.22 €/t EO/a 

Rohstoffbedarf 

• Ethylen 0.790 t (t EO) -1 

• Sauerstoff 0.800 t (t EO) -1 

+ Katalysator, Hilfsstoffe ( 15 € + 5 € pro t EO) 

Energiebedarf 

• elektrischer Strom 600 kWh (t EO) -1 

• Kühlwasser 300 m 3 (t EO) -1 

Energieerzeugung 

• Mitteldruckdampf (19 bar, 210 °C) 0.1 t (t EO) -1 

Nebenprodukt 

• Ethylenglykol (roh) 0.05 t (t EO) -1 

Quelle: Baerns, Technische Chemie, Wiley-VCH, Weinheim 2006 

114

Personal- und personalabhängige Kosten 

Personalbedarf Lohn bzw. Gehalt einschl. € a -1 

Zuschläge und Werksgemeinkosten 

(€ a -1 ) 

5 Schichten 

• 3 Facharbeiter/Schicht 64 000 960 000 

• 1 Schichtführer/Schicht 70 000 350 000 

• 1 Techniker 72 000 72 000 

• 1 Betriebsführer 110 000 110 000 

Insgesamt 1 492 000 

115

Kalkulation der Herstellkosten von Ethylenoxid (€ t -1 EO); 

Anlagenkapazität 180 000 t EO a -1 ; Kostenbasis Deutschland 2005 

Kostenart Einheitspreis € t -1 EO 

A Material 

Rohstoffe 

0.790 t Ethylen 760 € t -1 600.40 

0.800 t Sauerstoff 60 € t -1 48.00 

Katalysator 15.00 

Hilfsstoffe (Methan, sonst. Chemikalien) 5.00 

0.05 t Ethylenglykol (roh) 300 € t -1 -15.00 

B 

Energien 

653.40 

600 kWh elektrischer Strom 0.06 € kWh -1 36.00 

300 m 3 Kühlwasser 0.07 € m -3 21.00 

0.1 t Dampf (19 bar, 210°C)(Gutschrift) 14.00 € t -1 - 1.40 

55.60 

116

Kalkulation der Herstellkosten von Ethylenoxid (€ t -1 EO); 

Anlagenkapazität 180 000 t EO a -1 ; Kostenbasis Deutschland 2005 

Kostenart Einheitspreis € t -1 EO 

C‘ Personal- und personalabhängige 

Kosten 1 492 000 € a -1 8.30 

E‘ Kapital- und kapitalabhängige Kosten 

pro Jahr: 23 % von 112 Mio. € 25 760 000 € a -1 143.10 

H Verschiedene Kosten 

3 % von (A + B + C‘ + E‘) 25.80 

Herstellkosten 886.20 

117

Ermittlung des Gewinns aus einer Ethylenoxidproduktion; 

Auslastung 100 %; Kostenbasis: Deutschland 2005 

Mio. € a -1 

€ t -1 EO 

Erlöse 1100 €/t EO (Umsatz) 198.000 1 100.00 

- Verkaufskosten (5 % vom Umsatz) 9.900 55.00 

- Generalia (3 % vom Umsatz) 5.940 33.00 

- Lizenzgebühren (1 % vom Umsatz) 1.980 11.00 

- Herstellkosten (886.20 € . 180000) 159.516 886.20 

= Gewinn 20.664 114.80 

118

Fixe und proportionale Kosten einer Ethylenoxidanlage für 180 000 t a -1 

bei einer Auslastung von 100 %; Kostenbasis: Deutschland 2005 

Fixe Kosten 

Kostenanteil Mio. € a -1 

• Personal- und personalabhängige Kosten 100 % 1.492 

• Kapital- und kapitalabhängige Kosten 100 % 25.760 

• Verschiedene Kosten 50 % 2.322 

• Verkauf 25 % 2.475 

• Generalia 100 % 5.940 

Summe 37.989 

Proportionale Kosten 

• Materialien 100 % 117.612 

• Energien 100 % 10.008 


• Verkauf 75 % 7.425 

• Lizenzgebühren 100 % 1.980 

Summe 139.347 119

Fixe und proportionale Kosten einer Ethylenoxidanlage für 180 000 t a -1 

bei einer Auslastung von 100 %; Kostenbasis: Deutschland 2005 

Fixe Kosten 

Kostenanteil Mio. € a -1 

• Personal- und personalabhängige Kosten 100 % 1.492 

• Kapital- und kapitalabhängige Kosten 100 % 25.760 


• Verkauf Gesamtkosten = fixe Kosten + variable 25 % 2.475 

• Generalia Kosten 

100 % 5.940 

Summe = 37.989 + 139.347 X (Mio. € a -1 ) 

37.989 

Proportionale Kosten 

• Materialien 100 % 117.612 

Erlöse = 198 X (Mio. € a -1 ) 

• Energien 100 % 10.008 


• Verkauf 75 % 7.425 

• Lizenzgebühren 100 % 1.980 

Summe 139.347 120

Kostendiagramm: vereinfachte Darstellung mit linearer Abhängigkeit der 

Kosten 

sollte 1211 

sein

Kostendiagramm: Nichtlineare Abhängigkeit der Kosten vom 

Auslastungsgrad 

Break-even point 

shut down point 

sollte 1221 

sein

Sensitivitätsanalyse 

20 

18 

Investitionskosten 

Auslastung 


Produktpreis 

Rendite in % 

16 

14 

12 

10 

-20 -10 0 10 20 

Änderung in Prozent 

123

Anforderungen an den Standort 

•gute Verkehrsanbindung ( Antwerpen, Rotterdam, .. ) 

•qualifizierte Arbeitskräfte 

•gesicherte und günstige Rohstoffversorgung 

•gesicherte und preiswerte Energieversorgung 

•Nähe von Abnehmern 

•gesetzliche Vorschriften ( Umweltschutz, Sicherheit, .. ) 

Ausschlaggebend für Rentabilität: 

•Steuergesetze 

•Ein- und Ausfuhrzölle 

•politische Situation 

•Möglichkeit des Transfers von Gewinnen 

126

N - Gmehling

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?