AT401935B - METHOD FOR SELECTIVELY PREPARING OR DEPLOYING VOLATILE COMPONENTS OF A FLUID MIXTURE - Google Patents

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AT401935B
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Wilhelm Gudernatsch
Horst Chmiel
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Fraunhofer Ges Forschung
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Description

AT 401 935 BAT 401 935 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur selektiven An- oder Abreicherung flüchtiger Bestandteile eines Fluidgemisches mit einer Mehrzahl von Bestandteilen, bei dem das Fluidgemisch auf der einen Seite einer Membran vorbeiströmt, die für die an- bzw. abzureichernden Bestandteile sowie weitere Bestandteile permeabel ist, und bei dem auf der anderen Seite der Membran ein Fluidstrom strömt, der die anzureichernden Bestandteile enthält bzw. die abzureichernden Bestandteile entfernt und der die weiteren Bestandteile des Fluidgemisches, deren Menge in dem Fluidgemisch nicht geändert werden soll, in einer derartigen Konzentration enthält, daß die Permeation dieser Bestandteile in beiden Richtungen durch die Membran in etwa gleich ist.The invention relates to a method for the selective enrichment or depletion of volatile constituents of a fluid mixture with a plurality of constituents, in which the fluid mixture flows past on one side of a membrane which is permeable to the constituents to be enriched or depleted and further constituents, and on the other side of the membrane flows a fluid stream which contains the components to be enriched or removes the components to be depleted and which contains the other components of the fluid mixture, the amount of which should not be changed in the fluid mixture, in such a concentration that the Permeation of these components in both directions through the membrane is approximately the same.

Ein Verfahren zur selektiven An- oder Abreicherung flüchtiger Bestandteile eines Fluidgemisches ist beispielsweise aus dem Artikel Pervaporation: Ein neues Membrantrennverfahren und sein Anwendungspotential in der Bio- und Lebensmitteltechnologie , erschienen in den wissenschaftlichen Publikationen des Verbandes der Lebensmitteltechnologen e.V., 1987, Seite 107 bis 119 bekannt. Auf diesen Artikel wird im übrigen zur Erläuterung aller hier nicht näher erläuterten Begriffe ausdrücklich Bezug genommen.A method for the selective enrichment or depletion of volatile constituents of a fluid mixture is known, for example, from the article pervaporation: a new membrane separation method and its potential for use in bio and food technology, appeared in the scientific publications of the Association of Food Technologists, 1987, pages 107 to 119 . Reference is expressly made to this article for the explanation of all terms that are not explained in more detail here.

Das selektive Entfernen einer oder mehrerer Komponenten aus Vielkomponentengemischen ist ein Trennproblem, das sich in der Medizin-, Bio-, Lebensmittel- und Umwelttechnik in einer großen Variationsbreite stellt. Die bekannten Trennverfahren und insbesondere die Membran-Trennverfahren selektieren die einzelnen Komponenten eines Mehrkomponentengemisches nach bestimmten physikalischen oder chemischen Eigenschaften, wie Dampfdruck, Partikelgröße oder Löslichkeit. Dabei stellt sich häufig das Problem, daß die verwendeten Membranen ähnliche Selektivitäten für eine bestimmte Gruppe von Komponenten und damit keine scharfe Selektivität für bestimmte Komponenten haben. Dieses Problem verschärft sich insbesondere dann, wenn bei einem Trennvorgang gleichartige Komponenten teils zurückgehalten, teils ausgetragen werden sollen. Die Probleme treten sinngemäß auch auf, wenn Substanzen in einem Fluid angereichert werden sollen.The selective removal of one or more components from multi-component mixtures is a separation problem that arises in a wide range of variations in medical, bio, food and environmental technology. The known separation processes and in particular the membrane separation processes select the individual components of a multi-component mixture according to certain physical or chemical properties, such as vapor pressure, particle size or solubility. The problem often arises that the membranes used have similar selectivities for a certain group of components and thus no sharp selectivity for certain components. This problem is exacerbated in particular if, during a separation process, similar components are to be partly retained or partly removed. The problems also occur analogously when substances are to be enriched in a fluid.

Ein Beispiel hierfür ist der Alkoholentzug C02-haltiger Getränke, wie beispielsweise der Alkoholentzug bei Bier oder Sekt: Das klassische Verfahren zur Entalkoholisierung wässriger Lösungen ist die Destillation (CH-PS 44 090). Sollen die Lösungen während der Entalkoholisierung auf einer niedrigen Temperatur gehalten werden, so wird gemäß dem Stand der Technik ein Vakuum-Destillations-Verfahren verwendet. Hierbei stellt sich das Problem, daß bei der Vakuum-Destillation der wässrigen Lösung sowohl CO2 als auch (unerwünschter Weise) eine Vielzahl flüchtiger Aromakomponenten entfernt werden. Zwar ist es möglich, CO2 nach dem Alkoholentzug in einem weiteren Verfahrensschritt wieder zuzumischen, die Zugabe der flüchtigen Aromakomponenten ist jedoch in der Regel nicht möglich, so daß der Geschmack des alkoholreduzierten Bieres oder Sektes leidet.An example of this is the withdrawal of alcohol from beverages containing CO 2, such as the withdrawal of alcohol from beer or sparkling wine: the classic process for dealcoholization of aqueous solutions is distillation (CH-PS 44 090). If the solutions are to be kept at a low temperature during dealcoholization, a vacuum distillation process is used according to the prior art. The problem that arises here is that vacuum distillation of the aqueous solution removes both CO2 and (undesirably) a large number of volatile aroma components. Although it is possible to add CO2 again after the alcohol has been withdrawn in a further process step, the addition of the volatile aroma components is generally not possible, so that the taste of the reduced-alcohol beer or sparkling wine suffers.

Auch bei Verwendung des Membran-Trennverfahrens "Dialyse” werden unerwünschter Weise wichtige und vor allen auch nicht flüchtige Komponenten entfernt. Diesem Problem kann nur durch aufwendiges Vorlegen von bereits entalkoholisiertem Getränk als Dialysierflüssigkeit begegnet werden.Even when using the membrane separation process “dialysis”, important and above all non-volatile components are removed in an undesirable manner. This problem can only be countered by the complex presentation of already dealcoholized beverage as a dialysis fluid.

Das in der DE-OS 23 36 310 zur Herstellung von alkoholreduzierten Bier vorgeschlagene Membran-Trennverfahren "Umkehrosmose" ist nur beschränkt selektiv für Ethanol und weist ein nur geringes Rückhaltevermögen für Aromakomponenten auf.The membrane separation process " reverse osmosis " proposed in DE-OS 23 36 310 for the production of reduced-alcohol beer. is only selectively selective for ethanol and has only a low retention capacity for aroma components.

Die Anwendung des Membran-Trennverfahrens Pervaporation bei der Alkoholreduzierung von Getränken verspricht zwar hohe Selektivitäten gegen Wasser und höhermolekulare Aromakomponenten, wird aber immer aufgrund der hohen Gaspermeabilität der bekannten Lösungs-Diffusionsmembranen bei herkömmlicher Verfahrensführung CO2 mit entfernen.The use of the membrane separation process pervaporation in the alcohol reduction of beverages promises high selectivities against water and higher molecular flavor components, but will always remove CO2 due to the high gas permeability of the known solution diffusion membranes with conventional process control.

Die DE-AS 2 924 283 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von vergorenen Getränken mit reduziertem Alkoholgehalt. Dabei wird eine Dialysemembran benützt, die für Moleküle mit einem Molekulargewicht von mehr als 100 eine geringe Permeabilität aufweist. Dialysemembranen sind nach allgemeinem Verständnis symmetrische Porenmembranen mit Porendurchmessern von 50 bis 500 nm, die vorzugsweise aus Cellulosederivaten hergestellt sind. Die treibende Kraft bei der Dialyse ist nur die Konzentrationsdifferenz zwischen den beiden durch die Membran getrennten Phasen. Der wesentliche Unterschied zu Lösungs-Diffusionsmembranen beispielsweise besteht darin, daß es sich bei diesen Membranen um ein homogenes Polymer oder ein Polymer mit Poren von 1 bis 5 nm handelt. Die dabei benutzten Membranen sortieren die einzelnen Komponenten nicht ausschließlich nach ihrer Molekülgröße, sondern werden in der mehr oder weniger homogenen Polymerschicht, in der sich die einzelnen Komponenten entsprechend ihres Verteilungskoeffizienten lösen, per Diffusion fortbewegt.DE-AS 2 924 283 relates to a process for the production of fermented beverages with a reduced alcohol content. A dialysis membrane is used which has a low permeability for molecules with a molecular weight of more than 100. According to the general understanding, dialysis membranes are symmetrical pore membranes with pore diameters of 50 to 500 nm, which are preferably made from cellulose derivatives. The driving force in dialysis is only the concentration difference between the two phases separated by the membrane. The main difference to solution diffusion membranes, for example, is that these membranes are a homogeneous polymer or a polymer with pores of 1 to 5 nm. The membranes used do not only sort the individual components according to their molecular size, but are diffused in the more or less homogeneous polymer layer in which the individual components dissolve according to their distribution coefficient.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur selektiven An- oder Abreicherung flüchtiger Bestandteile eines Fluidgemisches· mit einer Mehrzahl von Bestandteilen anzugeben, mit dem selektiv einzelne Komponenten entfernt werden können, ohne daß andere Komponenten mit für die Trennung ähnlichen relevanten Eigenschaften aus dem Fluidgemisch abgereichert würden. 2The invention is based on the object of specifying a method for the selective enrichment or depletion of volatile constituents of a fluid mixture with a plurality of constituents, with which individual components can be selectively removed without other components having similar properties for the separation from the fluid mixture would be depleted. 2nd

AT 401 935 BAT 401 935 B

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Überraschenderweise gelingt eine Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe dadurch daß von der sogenannten Spülfluid-Membran-Trennung ausgegangen wird. Bei der Spülfluid-Membran-Trennung, zu der auf den Artikel "Die Entwicklung von Lösungsmittel-selektiven Membranen und ihre Anwendung für die Gastrennung und Pervaporation" in Chem.-Ing.-Tech. 60 (8) (1988) 590 verwiesen wird, strömt auf der Rückseite der Membran ein Fluidstrom entlang, der die durch die Membran hindurchgetretenen Dampfmoleküle aufnimmt und konvektiv von der Membranrückseite entfernt. Bei genügender Spülgeschwindigkeit lassen sich Selektivitäten erreichen, die an Vakuum-Pervaporationswerte heranreichen.An inventive solution to this problem is specified in claim 1. Developments of the invention are the subject of the dependent claims. Surprisingly, the object according to the invention is achieved by starting from the so-called rinsing fluid-membrane separation. In the purge fluid membrane separation referred to in the article " The Development of Solvent-Selective Membranes and Their Application for Gas Separation and Pervaporation " in Chem.-Ing.-Tech. 60 (8) (1988) 590, a fluid stream flows along the back of the membrane, which absorbs the vapor molecules that have passed through the membrane and removes them convectively from the back of the membrane. With a sufficient rinsing speed, selectivities can be achieved which are close to vacuum pervaporation values.

Erfindungsgemäß enthält der Fluidstrom, der an der Rückseite der Membran entlangströmt, die weiteren Bestandteile des Fluidgemisches, deren Menge in dem Fluidgemisch nicht geändert werden soll, in einer derartigen Konzentration, daß die Permeation dieser Bestandteile in beiden Richtungen durch die Membran in etwa gleich ist. Hierdurch wird die Triebkraft zur Membran-Permeation bei entsprechender Einstellung der Konzentration auf der Membranrückseite auf Null gebracht. Damit ist es möglich, ausgesuchte Komponenten eines Mehrkomponentengemisches bei gleichzeitiger vollständiger Rückhaltung anderer und chemisch ähnlicher Komponenten zu entfernen. Diese Rückhaltung geschieht - wie bereits ausgeführt - durch das selektive Unterdrücken der Fugazitätsdifferenzen für die rückzuhaltenden Komponenten. Anders ausgedrückt, wird bei Komponenten, die nicht schon von der Membran Zurückgehalten werden, selektiv die Triebkraft für die Permeation durch die Membran auf Null gebracht. Ohne Triebkraft findet aber kein Nettotransport aus dem Fluidgemisch statt, da durch die Erhöhung der Fugazität einzelner Komponenten der Aufnehmerphase über ihre Fugazität im Ausgangsgemisch Triebkräfte in entgegengesetzte Richtungen erzeugt werden.According to the invention, the fluid stream flowing along the back of the membrane contains the further constituents of the fluid mixture, the amount of which is not to be changed in the fluid mixture, in such a concentration that the permeation of these constituents in both directions through the membrane is approximately the same. As a result, the driving force for membrane permeation is brought to zero with a corresponding adjustment of the concentration on the back of the membrane. This makes it possible to remove selected components of a multi-component mixture while at the same time completely retaining other and chemically similar components. As already stated, this restraint is achieved by selectively suppressing the differences in the joint capacities for the components to be retained. In other words, for components that are not already retained by the membrane, the driving force for permeation through the membrane is selectively brought to zero. Without driving force, however, there is no net transport from the fluid mixture, since increasing the fugacity of individual components of the transducer phase generates driving forces in opposite directions via their fugacity in the starting mixture.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat darüberhinaus den Vorteil, daß mindestens zwei Selektivitäts-Mechanismen simultan vorliegen, nämlich einmal die Membranselektivität und zum anderen die Triebkraftselektivität. Tritt zusätzlich zur Permeation noch ein Phasenübergang flüssig/gasförmig auf, so tritt dessen Selektivität zu den genannten Selektivitäts-Mechanismen hinzu. Hierdurch können qualitativ bessere Stofftrennungen erfolgen, bei denen in der Regel Nachbehandlungs-Schritte und Energie eingespart werden.The process according to the invention also has the advantage that at least two selectivity mechanisms are present simultaneously, namely the membrane selectivity and the driving force selectivity. If a liquid / gaseous phase transition occurs in addition to permeation, its selectivity is added to the selectivity mechanisms mentioned. In this way, qualitatively better material separations can take place, which generally save post-treatment steps and energy.

Deshalb ist es von Vorteil, wenn der Fluidstrom, der die Aufnehmerphase bildet, ein Gasstrom ist. Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die gasförmigen Bestandteile, für die die Membran permeabel ist, und deren Konzentration in dem Fluidstrom nicht geändert werden soll, den Fluidstrom bilden (Anspruch 2). Verwendet man nämlich als Spülgas diejenige Gassorte oder Gasmischung, die in der Flüssigkeit zurückgehalten werden soll, so wird die Triebkraft zur Membranpermeation verringert und bei adäquater Einstellung des Spülgasdruckes gänzlich auf Null gebracht.Therefore, it is advantageous if the fluid stream that forms the transducer phase is a gas stream. It is particularly advantageous if the gaseous components for which the membrane is permeable and whose concentration in the fluid stream is not to be changed form the fluid stream (claim 2). If the gas type or gas mixture to be retained in the liquid is used as the purge gas, the driving force for membrane permeation is reduced and, if the purge gas pressure is adequately set, is brought to zero entirely.

Hierbei ist zu beachten, daß das erfindungsgemäße Verfahren mit Gas als Aufnehmerphase in Art eines "Membranstrippers" arbeitet, so daß alle Anwendungen, die mittels "Strippern" (Entferung von gelösten Dämpfen und Gasen in Flüssigkeiten durch Einblasen von Gasen) ausgeführt werden können, auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt werden können. Ein Beispiel hierfür ist die Entfernung von Fluorkohlenwasserstoffen (FCKW) aus Abwasser.It should be noted here that the method according to the invention with gas as the receiver phase in the manner of a " membrane stripper " works so that all applications using " strippers " (Removal of dissolved vapors and gases in liquids by blowing in gases) can also be carried out with the method according to the invention. An example of this is the removal of fluorocarbons (CFCs) from waste water.

Es kann auch dann, wenn die Substanzen, deren Austrag aus dem Fluidgemisch verhindert werden soll, in den Fluidgemisch in flüssiger Phase vorliegen, mit einem Gasstrom als Aufnehmerphase gearbeitet werden: In diesem Falle werden die Substanzen, die durch die Membran nicht zurückgehalten werden, deren Austrag aber verhindert werden soll, dem Gasstrom dampfförmig beigemischt.If the substances whose discharge from the fluid mixture is to be prevented are present in the fluid mixture in the liquid phase, it is also possible to work with a gas stream as the receiver phase: in this case, the substances that are not retained by the membrane become their Discharge to be prevented, however, is admixed in vapor form to the gas stream.

Im Anspruch 1 ist auch gekennzeichnet, daß der Gasstrom zur blasenfreien Begasung des Fluidgemisches entsprechende Gasbestandteile enthält: Setzt man das Spülgas unter einen Druck, der die Fugazität dieses Gases in der Flüssigkeit übersteigt, so erhält man einen Permanentgastransport in die Flüssigkeit bei gleichzeitigem Austrag derjenigen Dämpfe, deren Permeation die Membran zuläßt.In claim 1 is also characterized in that the gas stream for the gas-free gassing of the fluid mixture contains corresponding gas components: If the purge gas is under a pressure that exceeds the fugacity of this gas in the liquid, a permanent gas transport into the liquid is obtained with the simultaneous discharge of those vapors whose permeation the membrane allows.

Damit kann beispielsweise bei Verwendung von wasserselektiven Membranen eine Aufkonzentrierung von Getränken oder ähnlichen Lösungen unter Gaszufuhr erfolgen. Bei Unterdrückung des Flüssigkeitstransportes durch die Membran wird ein blasenfreies Begasen von Flüssigkeiten ermöglicht. Auf diese Weise läßt sich effizient eine Karbonisierung beliebiger Flüssigkeiten durchführen. Auch ein Gasaustausch, beispielsweise CO2 gegen O2 kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kontrolliert und definiert durchgeführt werden.For example, when using water-selective membranes, beverages or similar solutions can be concentrated with the addition of gas. If liquid transport is suppressed by the membrane, bubble-free fumigation of liquids is made possible. In this way, any liquids can be carbonated efficiently. A gas exchange, for example CO 2 for O 2, can also be carried out in a controlled and defined manner by means of the method according to the invention.

Selbstverständlich ist aber auch gemäß Anspruch 3 eine Begasung unter gleichzeitigem Flüssigkeitsaustausch in Gegenrichtung möglich.Of course, fumigation with simultaneous liquid exchange in the opposite direction is also possible.

In jedem Fall ist es von Vorteil, wenn sowohl das Fluidgemisch auf der einen Membranseite als auch der Fluidstrom und insbesondere der Gasstrom, der die Aufnehmerphase bildet, auf der anderen Membranseite und Überdruck an der Membran vorbeiströmen (Anspruch 4). 3In any case, it is advantageous if both the fluid mixture on one side of the membrane and the fluid stream and in particular the gas stream which forms the transducer phase flow past the membrane on the other side of the membrane and excess pressure (claim 4). 3rd

Claims (4)

AT 401 935 B Die Membran kann im Prinzip in beliebiger Weise ausgebildet und beispielsweise eine Porenmembran sein. Besonders bevorzugt ist jedoch die Verwendung von Lösungs-Diffusionsmembranen oder von Kompo-sit-Membranen, die insbesondere aus einer Lösungs-Diffusionsmembran mit einer porösen Unterstruktur bestehen kann. Bei der Spülgas-Pervaporation über Kompositmembranen tritt durch das Vorhandensein von Permanentgas in der porösen Unterstruktur ein weiterer diffusiver Selektivitätseffekt auf, der insbesondere nach Molekülgröße selektiert. Dieser Effekt hat zur Folge, daß größere organische Moleküle (>C3) einen weiteren Permeationswiderstand erfahren und deshalb besser zurückgehalten werden. Die vorstehend für die Pervaporation beschriebenen Vorgänge gelten analog für andere Membrantrennprozesse, wie Gastrennung oder Membrandestillation. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben, das ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens die Entalkoholisierung von Getränken betrifft. Die Entalkoholisierung von Getränken erfordert ein Trennverfahren, das im Idealfall ausschließlich selektiert für Ethanol ist. Die Trennverfahren gemäß dem Stand der Technik weisen nur eine beschränkte Ethanolselektivität gegen Wasser auf. Die besten Selektivitäten werden bei Pervaporations-Trennverfahren erreicht, bei dem je nach Membrantyp Anreicherungen bis zum Faktor 12 und größer bei einem Ethanolgehalt von 5 Gew.% erreicht werden. Hierbei ist zu beachten, daß hohe Anreicherungsfaktoren wenig Wasserverlust während der Entalkoholisierung bedeuten. Dagegen beträgt bei der Vakuumverdampfung der maximale Anreicherungsgrad etwa 7. Alle bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie gleichzeitig in hohem Maße selektiv für CO2 sind. Der simultane Austrag von CO2 während der Entalkoholisierung ist generell unerwünscht. In Falle von Sekt ist er gemäß der einschlägigen Gesetzgebung in der Bundesrepublik Deutschland sogar untersagt. Ein zur Entalkoholisierung von Sekt zulässiges Verfahren muß also das CO2 in der Flüssigkeit halten. Bei der Entalkoholisierung von Bier, die bei hohen Durchsätzen bereits großtechnisch durchgeführt wird, können andererseits erhebliche Zusatzkosten eingespart werden, wenn das CO2 nicht zunächst entfernt wird und anschließend wieder zudosiert werden muß. Ähnliche Probleme treten bei flüchtigen Aromastoffen auf, wie sie in den vorgenannten Flüssigkeiten typischerweise enthalten sind. Erfindungsgemäß wird deshalb zur gegen Wasser selektiven Entfernung von Ethanol beispielsweise eine geeignete Lösungs-Diffusionsmembran verwendet. Dieser Membrantyp, der insbesondere als Kompo-sitmembran bestehend aus einer Lösungs-Diffusionsmembran und einer porösen Struktur ausgeführt sein kann, kann unter anderem aus verschiedenen trennaktiven Polymeren hergestellt werden. Die selektivsten, derzeit bekannten Polymere sind PTMSP mit einem Anreicherungsfaktor von 15 bei 5 Gew.% Ethanol in der Lösung, sowie Copolymere mit PPO und PDMS (Polydimethylsiloxan), die Anreicherungsfaktoren bis zu 20 aufweisen. Diese Membrantypen erlauben eine Ethanolanreicherung, die wesentlich über der durch Vakuumverdampfung erreichbaren liegt. Hierdurch wird weniger Lösungsmittel (Wasser) unnötig über die Membran abtransportiert. Erfindungsgemäß weist die aufnehmende Phase CO2 sowie gegebenenfalls Wasser auf. Hierdurch wird die Triebkraft bei der Membranpermeation für CO2 verringert und bei adequater Einstellung des Spülgasdruckes gänzlich auf Null gebracht. Damit ist eine Entalkoholisierung von CO2-haltigen Getränken möglich, ohne daß ein C02-Verlust auftritt. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur zur Entalkoholisierung von CO2-haltigen Getränken mittels Pervaporation verwendbar: In der Bio-Technik sind beispielsweise Oxygenierun-gen von Fermentationsbrühen sicher und ohne Folgeprobleme ausführbar. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei insbesondere dann von Vorteil, wenn gleichzeitig noch dampfförmige Substanzen aus der Fermentationsbrühe ausgetragen werden sollen. Weiterhin können anstelle von Pervaporations-Vorgängen auch andere Membrantrennprozesse, wie Gastrennung oder Membrandestillation verwendet werden. Patentansprüche 1. Verfahren zur selektiven An- oder Abreicherung flüchtiger Bestandteile eines Fluidgemisches mit einer Mehrzahl von Bestandteilen, bei dem das Fluidgemisch auf der einen Seite einer Membran vorbeiströmt, die für die an- bzw. abzureichernden Bestandteile sowie weitere Bestandteile permeabel ist, und bei dem auf der anderen Seite der Membran ein Fluidstrom strömt, der die anzureichernden Bestandteile enthält bzw. die abzureichernden Bestandteile entfernt und der die weiteren Bestandteile des Fluidgemisches, deren Menge in dem Fluidgemisch nicht geändert werden soll, in einer derartigen Konzentration enthält, daß die Permeation dieser Bestandteile in beiden Richtungen durch die Membran in etwa gleich ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidstrom ein Gasstrom ist, der dampfförmig die Substanzen, deren Austrag aus dem Fluidgemisch verhindert werden soll, und die durch die Membran, die entweder eine Lösungs-Diffusions- und/oder eine Kompositmembran ist, nicht zurückgehalten werden, und der 4 AT 401 935 B zusätzlich zur blasenfreien Begasung des Fluidgemisches entsprechende Gasbestandteile enthält.AT 401 935 B In principle, the membrane can be designed in any way and can be, for example, a pore membrane. However, it is particularly preferred to use solution diffusion membranes or composite membranes, which can in particular consist of a solution diffusion membrane with a porous substructure. In purging gas pervaporation over composite membranes, the presence of permanent gas in the porous substructure results in a further diffusive selectivity effect, which selects in particular according to the size of the molecules. This effect means that larger organic molecules (> C3) experience a further permeation resistance and are therefore better retained. The processes described above for pervaporation apply analogously to other membrane separation processes, such as gas separation or membrane distillation. The invention is described in more detail below with reference to an exemplary embodiment which relates to dealcoholization of beverages without restricting the general inventive concept. The dealcoholization of beverages requires a separation process that is ideally only selected for ethanol. The separation processes according to the prior art have only a limited ethanol selectivity against water. The best selectivities are achieved with pervaporation separation processes, in which, depending on the membrane type, enrichments up to a factor of 12 and greater are achieved with an ethanol content of 5% by weight. It should be noted that high concentration factors mean little water loss during dealcoholization. In contrast, the maximum degree of enrichment in vacuum evaporation is about 7. However, all known processes have the disadvantage that they are at the same time highly selective for CO2. The simultaneous discharge of CO2 during dealcoholization is generally undesirable. In the case of sparkling wine, it is even prohibited under the relevant legislation in the Federal Republic of Germany. A process permissible for dealcoholization of sparkling wine must therefore keep the CO2 in the liquid. In the dealcoholization of beer, which is already carried out on an industrial scale at high throughputs, considerable additional costs can be saved if the CO2 is not first removed and then has to be added again. Similar problems arise with volatile flavors, as are typically contained in the aforementioned liquids. According to the invention, a suitable solution diffusion membrane is therefore used, for example, to remove ethanol selectively against water. This type of membrane, which can be designed in particular as a composite membrane consisting of a solution diffusion membrane and a porous structure, can be produced, inter alia, from various separating-active polymers. The most selective polymers currently known are PTMSP with an enrichment factor of 15 at 5% by weight ethanol in the solution, and copolymers with PPO and PDMS (polydimethylsiloxane) which have up to 20 enrichment factors. These membrane types allow an ethanol enrichment that is significantly higher than that achievable by vacuum evaporation. As a result, less solvent (water) is unnecessarily removed via the membrane. According to the invention, the receiving phase has CO2 and optionally water. This reduces the driving force in membrane permeation for CO2 and, if the purge gas pressure is adequately set, is brought to zero entirely. This makes it possible to dealcoholize CO2-containing beverages without loss of CO2. Of course, the method according to the invention can not only be used for dealcoholization of CO2-containing beverages by means of pervaporation: in bio-technology, for example, oxygenation of fermentation broths can be carried out safely and without any subsequent problems. The method according to the invention is particularly advantageous when vaporous substances are to be discharged from the fermentation broth at the same time. Furthermore, other membrane separation processes, such as gas separation or membrane distillation, can also be used instead of pervaporation processes. 1. A method for the selective enrichment or depletion of volatile constituents of a fluid mixture with a plurality of constituents, in which the fluid mixture flows past on one side of a membrane which is permeable to the constituents to be enriched or depleted and further constituents, and in which on the other side of the membrane flows a fluid stream which contains the components to be enriched or removes the components to be depleted and which contains the other components of the fluid mixture, the amount of which should not be changed in the fluid mixture, in such a concentration that the permeation of these components in both directions through the membrane is approximately the same, characterized in that the fluid stream is a gas stream which is in vapor form the substances whose discharge from the fluid mixture is to be prevented and those through the membrane which either have a solution diffusion and / or or is a composite membrane, not t are retained, and the 4 AT 401 935 B contains gas components in addition to the bubble-free gassing of the fluid mixture. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasförmigen Bestandteile, für die die Membran permeabel ist, und deren Konzentration in dem Fluidgemisch nicht geändert werden soll, den Fluidstrom bilden.2. The method according to claim 1, characterized in that the gaseous constituents for which the membrane is permeable and whose concentration in the fluid mixture is not to be changed form the fluid flow. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begasung unter gleichzeitigem Flüssigkeitsaustrag in Gegenrichtung stattfindet.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the gassing takes place with simultaneous liquid discharge in the opposite direction. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Fluidgemisch auf der einen Membranseite als auch der Fluidstrom auf der anderen Membranseite unter Überdruck an der Membran vorbeiströmen. 54. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that both the fluid mixture on one side of the membrane and the fluid flow on the other side of the membrane flow past the membrane under excess pressure. 5
AT0166090A 1989-12-07 1990-08-07 METHOD FOR SELECTIVELY PREPARING OR DEPLOYING VOLATILE COMPONENTS OF A FLUID MIXTURE AT401935B (en)

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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5501722A (en) * 1992-11-04 1996-03-26 Membrane Technology And Research, Inc. Natural gas treatment process using PTMSP membrane
WO1997036671A1 (en) * 1996-09-16 1997-10-09 Andrei Igorevich Shevchenko Nonton osmotic device or method for generating an oriented flow of a substance through a permissive membrane surface
EP2053121A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-29 Inoxpa, S.A. Methods and an apparatus for controlling concentrations of substances within wine

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2924283B1 (en) * 1979-06-15 1981-01-22 Akzo Gmbh Reduced alcohol fermented beverages through dialysis
WO1981002745A1 (en) * 1980-03-14 1981-10-01 Akzo Gmbh Method for reducing by dialysis the alcohol content of fermented drinks
US4816407A (en) * 1985-10-11 1989-03-28 Sepracor Inc. Production of low-ethanol beverages by membrane extraction

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3430924A1 (en) * 1984-08-22 1986-02-27 Gesellschaft für Biotechnologische Forschung mbH (GBF), 3300 Braunschweig Process and apparatus for bubble-free introduction of gas into liquids, in particular culture media for growing tissue cultures
AU5102490A (en) * 1989-01-12 1990-08-13 Sepracor, Inc. Process of treating alcoholic beverages by vapor-arbitrated pervaporisation

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2924283B1 (en) * 1979-06-15 1981-01-22 Akzo Gmbh Reduced alcohol fermented beverages through dialysis
WO1981002745A1 (en) * 1980-03-14 1981-10-01 Akzo Gmbh Method for reducing by dialysis the alcohol content of fermented drinks
US4816407A (en) * 1985-10-11 1989-03-28 Sepracor Inc. Production of low-ethanol beverages by membrane extraction

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