DE10309832B4 - Method and device for obtaining a medium from a raw medium - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Gewinnung eines Mediums aus einem Rohmedium, wobei das Rohmedium mittels einer Membrantrenneinrichtung (30) in ein Permeat und ein Retentat getrennt wird und das Medium aus dem Retentat mittels einer Destillationseinrichtung (13) gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie für den Membrantrennprozess und für den Destillationsprozess mittels einer gemeinsamen Heizung (14) bereitgestellt wird.method for obtaining a medium from a raw medium, wherein the raw medium by means of a membrane separation device (30) into a permeate and a retentate is separated and the medium from the retentate by means of a distillation device (13), characterized in that the energy for the membrane separation process and for the distillation process by means of a common heating (14) provided.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Mediums aus einem Rohmedium, wobei das Rohmedium mittels einer Membrantrenneinrichtung in ein Permeat und ein Retentat getrennt wird und das Medium aus dem Retentat mittels einer Destillationseinrichtung gewonnen wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Gewinnung eines Mediums aus einem Rohmedium, wobei eine Membrantrenneinrichtung für die Trennung des Rohmediums in ein Permeat und ein Retentat und eine Destillationseinrichtung zur Gewinnung des Mediums aus dem Retentat vorgesehen sind.The The invention relates to a method for obtaining a medium a raw medium, wherein the raw medium by means of a membrane separation device is separated into a permeate and a retentate and the medium from the retentate is obtained by means of a distillation device. Furthermore, the invention relates to a device for obtaining a Medium from a crude medium, wherein a membrane separation device for the Separation of the crude medium into a permeate and a retentate and a distillation device are provided for recovering the medium from the retentate.
Die Rückgewinnung von Lösemitteln nimmt aus umwelttechnischen und wirtschaftlichen Gründen an Bedeutung zu. Mit Hilfe der konventionellen Destillation lässt sich jedoch nur eine begrenzte Anzahl von Lösemittelgemischen aufbereiten.The reclamation of solvents Adopted for environmental and economic reasons Meaning too. With the help of conventional distillation can be however, process only a limited number of solvent mixtures.
Zur Rückgewinnung von Lösemitteln aus Lösemittelgemischen, die bspw. in Großlaboratorien im Zuge analytischer, präparativer und trenntechnischer Arbeiten anfallen, müssen die Gemische von Verunreinigungen befreit werden. Zu diesen Verunreinigungen gehört häufig Wasser, das oft durch einfache Redestillation nicht beseitigt werden kann, weil die Gemische Azeotrope bilden oder stoffbedingt destillativ keine hohe Trennschärfe möglich ist. Bei großtechnischen Anlagen wird mit einer Abfolge von Destillationsschritten unter Einbeziehung der Schleppmitteldestillationen gearbeitet. Diese Verfahrenskombination erfordert für eine kostengünstige Bearbeitung größere Durchsätze und eine möglichst kontinuierliche Betriebsweise. Für Kleinmengen ist das Verfahren allerdings ungeeignet.to reclamation of solvents from solvent mixtures, for example in large laboratories in the course of analytical, preparative and separation work, the mixtures of impurities be freed. Often these impurities include water, which often passes through Simple redistillation can not be eliminated because the mixtures Azeotrope form or due to the substance by distillation, no high selectivity is possible. For large-scale Plants is under a sequence of distillation steps under Inclusion of the entrainer distillates worked. This process combination requires for a cost-effective Processing larger throughputs and one possible continuous operation. For Small amounts, the process is unsuitable.
Ferner wurden für die Rückgewinnung von Lösemitteln aus Gemischen Ausfriertechniken und Aussalzung in Kombination mit Destillation vorgeschlagen. Diese Verfahren haben sich jedoch kaum durchgesetzt, weil sie in der Handhabung mit toxischen Lösemitteln schwierig sind und Folgeprobleme mit den Reststoffen bestehen. Daher sind diese Verfahren nur bei Kleinstmengen bis 3 kg vernünftig durchführbar.Further were for the recovery of solvents from mixtures freezing techniques and salting out in combination with Proposed distillation. However, these procedures have barely prevailed because they are difficult to handle with toxic solvents and Follow-up problems with the residues exist. Therefore, these are methods reasonably practicable only for small quantities up to 3 kg.
Bei Mengen ab etwa 100 kg Lösemittelgemischen ist als Trennverfahren die Pervaporation wirtschaftlich einsetzbar. Allerdings kann diese keine analytisch reinen Lösemittel hervorbringen. Aus den Veröffentlichungen von Therre, Brüschke, Chemie Technik, 20. Jg., 1991, Nr. 3, S. 63 f. oder aus Raiser, Steinhauser, Chemie Technik, 23. Jg., 1994, Nr. 7, S. 44 ff., ist bekannt, dass die Entwässerung organischer Flüssigkeiten mit Azeotropbildung durch Kopplung von Destillation mit anschließender Pervaporation des Destillats durchgeführt wird. Bei diesen Verfahren wird destillativ bis zum Azeotrop angereichert und dieses anschließend durch eine Pervaporation so weit im Wassergehalt gesenkt, dass als Retentat die gewünschte Konzentration an organischer Komponente entsteht. Das Retentat bildet das Erzeugnis der Anordnung.at Quantities from about 100 kg solvent mixtures As a separation process, pervaporation can be used economically. However, this can not produce analytically pure solvents. Out the publications from Therre, Brüschke, Chemie Technik, 20th ed., 1991, No. 3, p. 63 f. or from Raiser, Steinhauser, Chemie Technik, 23 rd., 1994, No. 7, p. 44 ff., It is known that the drainage organic liquids with azeotrope formation by coupling of distillation with subsequent pervaporation of the distillate becomes. In these methods is enriched by distillation to azeotrope and this afterwards by pervaporation so far lowered in water content that as Retentate the desired Concentration of organic component arises. The retentate forms the product of the arrangement.
Die Reinheit des Endproduktes (Retentat) dieser Anlagen ist für technische Zwecke ausreichend gut. Zum Einsatz im Reinstbereich der Analytik sind jedoch weitere Behandlungen indes nötig, weil das Produkt im Membranprozess über zahllose Dichtungen und Oberflächen der Membranen geführt werden muss und dabei nicht kontaminationsfrei bleibt.The Purity of the final product (retentate) of these plants is for technical Purposes sufficiently well. For use in the purest range of analysis are However, further treatments are necessary, because the product in the membrane process over countless Seals and surfaces the membranes are guided must and does not remain contamination free.
In
In
Überdies
ist aus
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Lösemitteln aus Gemischen bereitzustellen, so dass ein Lösemittel mit einer hohen Reinheit auf einfache Weise gewonnen wird und wobei es möglich sein soll, dass kleinere tägliche Mengen von ca. 10 kg bis 100 kg an Lösemittelgemisch wirtschaftlich am Ort der Entstehung verarbeitet und gereinigt werden können.outgoing from this prior art, it is an object of the present invention a method and apparatus for recovering solvents from mixtures to provide a solvent with a high purity is obtained in a simple way and where it should be possible that smaller daily Quantities of about 10 kg to 100 kg of solvent mixture economically can be processed and cleaned at the place of origin.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, dass die Energie für den Membrantrennprozess und für den Destillationsprozess mittels einer gemeinsamen Heizung bereitgestellt wird.Is solved this task according to the inventive method in that the energy for the membrane separation process and for provided the distillation process by means of a common heating becomes.
Beide Funktionsteile, Membrantrenneinrichtung und Destillationseinrichtung, sind hierfür zu einer Einheit gekoppelt und beziehen gemeinsam ihre benötigte Prozessenergie aus der Sumpfumlaufbeheizung der Destillation. Die neben den Zielprodukten naturgemäß als Nebenprodukte entstehenden, nicht ausreichend getrennten Gemische jeder Stufe verbleiben im Prozess und werden jeweils von der anderen Stufe zur Aufarbeitung übernommen. Die trennaktiven Schritte, destillative Rektifikation und Membranseparation, werden vorzugsweise diskontinuierlich in koordinierten parallelen und seriellen Programmschritten derart betrieben, dass die interne Übertragung von Stoffströmen auf die jeweils andere Stufe jeweils immer dann erfolgt, wenn diese in der erreichten Konzentration für die weitere Ruftrennung einen höheren Wirkungsgrad erlangt. Somit wird ein Verfahren bereitgestellt, bei denen durch eine Destillation mit integriertem Membrantrennkreis das Trenngemisch und die Nebenstromgemische des Verfahrens in ein Permeat und ein Retentat getrennt werden und das reine Medium als Destillat des Retentats gewonnen wird.Both Functional parts, membrane separation device and distillation device, are for this coupled to a unit and collect together their required process energy from the bottom circulation heating of the distillation. The next to the target products naturally as by-products resulting, not sufficiently separated mixtures of each stage remain in the process and are each taken over by the other stage for processing. The separation-active steps, distillative rectification and membrane separation, are preferably discontinuous in coordinated parallel and serial program steps operated such that the internal transmission of material flows on the other level always takes place, if this in the achieved concentration for the further call separation one higher Achieved efficiency. Thus, a method is provided in those by distillation with integrated membrane separation circuit the separation mixture and the side stream mixtures of the process in a Permeate and a retentate are separated and the pure medium as Distillate of the retentate is recovered.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass einem wasserhaltigen Rohmedium, das Wasser mittels der Membrantrenneinrichtung entzogen wird und dem verbleibenden Gemisch mit dem Lösemittel in einem kombinierten Schritt das Lösemittel in einer hohen Reinheit entzogen wird. Durch die Art der integrativen Kombination einer Destillationseinrichtung mit einer Membrantrenneinrichtung wird eine wirtschaftliche Rückgewinnung von Lösemitteln auch in kleintechnischem Maßstab erreicht. Hierbei werden aus sporadisch anfallenden Gemischen reine Lösemittel gewonnen, wobei die Gemische Azeotrope bilden können und in der Zusammensetzung stark schwanken. Die im Aufbau einfache Anlage kann durch vorhandenes Laborpersonal leicht betrieben und bedient werden.The Invention is based on the idea that a hydrous crude medium, the water is removed by means of the membrane separation device and the remaining mixture with the solvent in a combined Step the solvent is extracted in a high purity. By the nature of the integrative Combination of a distillation device with a membrane separator will be an economic recovery of solvents also on a small scale reached. Here, sporadic mixtures are pure solvent obtained, wherein the mixtures can form azeotropes and in the composition vary greatly. The plant simple in construction can by existing Laboratory staff easily operated and operated.
Außerdem werden toxische Abfälle vermieden. Erfindungsgemäß wird an der Destillationseinrichtung das Lösemittel gewonnen. Ein Austrag des Lösemittels durch die Membrantrenneinrichtung erfolgt nicht.In addition, will toxic waste avoided. According to the invention is at the distillation device recovered the solvent. A discharge of the solvent does not occur through the membrane separator.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Permeat kondensiert, wobei im Permeat enthaltene, nicht kondensierte Fraktionen in das Retentat zurückgeführt werden. Dadurch werden Lösemittelbestandteile des wasserreichen Membranpermeats zurückgeführt, so dass im Effekt nur Wasser mit der Membrantrenneinrichtung ausgetragen bzw. entzogen wird. Es wird somit gewährleistet, dass das Lösungsmittel nicht über die Membrantrenneinrichtung entfernt wird.According to one advantageous development of the invention, the permeate is condensed, wherein the non-condensed fractions contained in the permeate in the Retentate be recycled. As a result, solvent components the water-rich membrane permeates, so that in effect only Water discharged with the membrane separation device or withdrawn becomes. It is thus ensured that the solvent no over the membrane separator is removed.
Da das Retentat der Membrantrennstufe als Lösemittelkonzentrat ein Zwischenerzeugnis bildet, das von der Destillationsstufe aufgearbeitet wird und auch die geringen Lösemittelanteile des Permeats als Zwischenprodukt in den Prozess rücküberführt werden, gibt die Membranstufe kein Lösemittel (Medium) nach außen ab. Vorteilhafterweise werden die Permeate einer fraktionierenden Stufenkondensation unterzogen.There the retentate of the membrane separation step as a solvent concentrate an intermediate product forms, which is worked up by the distillation stage and also the low solvent content of the permeate are recycled as an intermediate in the process, the membrane stage does not give any solvent (Medium) to the outside from. Advantageously, the permeates of a fractionating Subjected to step condensation.
Liegt der Wassergehalt im Rohmedium sehr hoch, z.B. über 20 %, ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung den Vorteil, zur Senkung der Betriebsenergie eine Kosten mindernde Vorbehandlung durchzuführen. Dabei wird zunächst im Destillationsteil das Rohgemisch im Wassergehalt auf einen solchen Wert gemindert, bei dem die Abscheidung reinen Wassers im Sumpf der Destillation noch gewährleistet ist. Diese Vorbehandlung führt zu einem Trennmedium für die nachfolgenden Schritte, dessen Wassergehalt bereits nahe der Höhe des Azeotrops liegt.Lies the water content in the crude medium is very high, e.g. over 20%, allows the inventive arrangement the advantage of reducing the operating energy costs Pretreatment. It will be first in the distillation part, the crude mixture in the water content to such Value diminished, in which the separation of pure water in the swamp the distillation still guaranteed is. This pretreatment leads to a separation medium for the subsequent steps, whose water content is already close to the Height of Azeotrope lies.
Vorteilhafterweise werden die im Permeat enthaltenen, nicht kondensierten Fraktionen kondensiert.advantageously, are the non-condensed fractions contained in the permeate condensed.
Liegt der Wassergehalt im Rohmedium über einem festen Wert, z.B. 20 %, ist es von Vorteil, wenn das Rohmedium mittels der Destillationseinrichtung vorbehandelt wird. Dadurch wird erreicht, dass der Wassergehalt des Rohmediums auf einen niedrigeren Wert abgesenkt wird.Lies the water content in the raw medium over one fixed value, e.g. 20%, it is beneficial if the raw medium is pretreated by means of the distillation device. Thereby is achieved that the water content of the raw medium to a lower Value is lowered.
Insbesondere wird das Rohmedium als wässriges Rohmedium bereitgestellt.Especially the raw medium becomes aqueous Raw medium provided.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Membrantrenneinrichtung nach dem Prinzip der Pervaporation und Dämpfepermeation betrieben.According to one advantageous embodiment of the method, the membrane separation device after operated on the principle of pervaporation and vapor permeation.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird das Permeat in seinem Wassergehalt erhöht und das Retentat in seinem Wassergehalt erniedrigt.In a preferred embodiment, the permeate is increased in its water content and the Re tentat in its water content lowered.
Zur Gewinnung des Lösungsmittels aus dem Retentat wird insbesondere der Wassergehalt des Retentats auf einen vorbestimmten Wert reduziert.to Recovery of the solvent from the retentate, in particular, the water content of the retentate reduced to a predetermined value.
Bevorzugterweise wird das Medium nach Erreichen eines vorbestimmten Wertes des Wassergehaltes im Retentat gewonnen.preferably, the medium becomes after reaching a predetermined value of the water content recovered in the retentate.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird aus einem lösemittelhaltigen Rohmedium wenigstens ein Lösemittel als Endprodukt gewonnen.at an advantageous embodiment of the method is from a solvent-based Raw medium at least one solvent recovered as end product.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das im Wassergehalt eingestellte Retentat einer destillativen Behandlung zugeführt und wenigstens ein reines Lösemittel als Endprodukt gewonnen.at An advantageous development of the method is the water content adjusted retentate fed to a distillative treatment and at least one pure solvent recovered as end product.
Der einzustellende Restwassergehalt des Retentats wird bei Azeotrope bildenden Gemischen vorzugsweise so gewählt, dass der verbleibende Restwassergehalt bei der destillativen Behandlung als Vorlauf noch wirtschaftlich herausgeschnitten werden kann.Of the The residual water content of the retentate to be adjusted becomes azeotropic forming mixtures are preferably chosen so that the remaining residual water content in the distillative treatment as a lead still economical can be cut out.
Der einzustellende Restwassergehalt des Retentats wird bei nicht Azeotrope bildenden Gemischen vorzugsweise so gewählt, dass das Restwasser bei der destillativen Behandlung von Leichtsiedermedien im Destillationsrückstand oder bei Hochsiedermedien als Vorlauf noch herausgeschnitten werden kann.Of the to be adjusted residual water content of the retentate is not azeotropic forming mixtures preferably chosen so that the residual water at the distillative treatment of low-boiling media in the distillation residue or in high-boiling media as a lead still be cut out can.
Ferner wird die Aufgabe gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch gelöst, dass für die Membrantrenneinrichtung und die Destillationseinrichtung eine gemeinsame Heizung vorgesehen ist. Hierfür sind eine Membrantrenneinrichtung für die Trennung des Rohmediums in ein Permeat und ein Retentat, und dass eine Destillationseinrichtung zur Gewinnung des Mediums aus dem Retentat vorgesehen. Diese trennaktiven Stufen sind dadurch gekoppelt; dass sie Funktionsteile gemeinsam nutzen, insbesondere das Heizsystem, Sammelbehälter für Zwischenprodukte, Prozesssteuerung und Verrührung und unabhängig von der Art des Rohmediums auch eine gemeinsame Kühlmittelversorgung.Further The object is achieved according to the device according to the invention solved by that for the Membrane separation device and the distillation device a common Heating is provided. Therefor are a membrane separation device for the separation of the raw medium in a permeate and a retentate, and that a distillation device intended to recover the medium from the retentate. These separating active Stages are linked by it; that they share functional parts in common use, in particular the heating system, collecting tanks for intermediates, process control and agitation and independent the type of raw medium also a common coolant supply.
Die Vorteile, die durch die erfindungsgemäße Vorrichtungslösung erreicht werden, entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verfahrenslösung genannt worden sind. Für die im Permeat enthaltenen, nicht kondensierten Fraktionen, ist wenigstens eine Kondensationseinrichtung für das Permeat vorgesehen.The Advantages achieved by the inventive device solution These are essentially the benefits that are related above called with the process solution according to the invention have been. For the non-condensed fractions contained in the permeate is at least one condensation device for the permeate is provided.
Vorteilhafterweise sind Rückführungsmittel für im Permeat enthaltene, nicht kondensierte Fraktionen zum Retentat ausgebildet.advantageously, are recycling agents for in the permeate included, uncondensed fractions formed to retentate.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, auf die im übrigen bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen.The Invention will be described below without limiting the general inventive concept of exemplary embodiments with reference to the drawings, to the rest with respect to all not closer in the text explained details of the invention expressly is referenced. Show it.
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Elemente bzw. Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.In the figures are the same or similar elements or parts with provided with the same reference numerals, so that of a new idea each is apart.
In
Die
in die Destillationseinrichtung
Das
aus der Membrantrenneinrichtung
Mittels
der Membrantrenneinrichtung
Da
das austretende Permeat neben Wasser auch geringe Mengen Restbestandteile
bspw. von Lösungsmitteln
aufweist, wird das Permeat über
eine Leitung
In
dem Behälter
Eine
Besonderheit der Membrantrenneinrichtung
In
Als Membranen werden insbesondere lösemittelstabile Membranen mit einem selektiven Wassertransport eingesetzt. Diese Membranen können mit Membrantrennschichten auf der Basis organischer Polymere oder Copolymere sowie aus anorganischen Materialien in Form von selektiven Keramikschichten oder Keramik-Metall-Kombinationen bestehen.When Membranes are particularly solvent-stable Membranes used with a selective water transport. These Membranes can with Membrane separation layers based on organic polymers or copolymers and inorganic materials in the form of selective ceramic layers or ceramic-metal combinations consist.
In
Während der
Abtrennung des Wassers aus dem im Behälter
In
Der
Kondensator
Die
Destillationseinrichtung
Beispiel 1example 1
Ein
Gemisch von Acetonitril mit 50 % Wassergehalt soll mit einer Vorrichtung
gemäß
Dem
Inhalt des Behälters
Das über die
Membrantrenneinrichtung
In
die freie, trockene Destillationseinrichtung
Beispiel 2Example 2
Gemäß dem in
Die
Restfraktion des Permeats von 1,7 kg mit 55 % Wasser und 45 % Acetonitril
tropft in den Behälter
Bei
einem Rücklaufverhältnis von
0,5 und geringer Destillationsleistung wird ein Vorlaufdestillat mit
ca. 14 % Wassergehalt über
die Leitung
Im
Behälter
Sofern sich Rückstände von Solids oder Hochliedern in der Destillationseinrichtung angesammelt haben, werden diese über eine Leitung in einen üblichen Entsorgungsbehälter für organische Abfälle zur Verbrennung abgelassen.Provided residues from Solids or high songs in the distillation device accumulated have, these are over a line in a usual disposal containers for organic Waste to Combustion drained.
Beispiel 3Example 3
Gemäß dem in
Der
Inhalt des Behälters
Die
Destillationseinrichtung
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1111
- zu trennende Flüssigkeitto separating liquid
- 1212
- Zwischenbehälterintermediate container
- 1313
- Destillationseinrichtungdistillation device
- 1414
- Heizungheater
- 1515
- Leitungmanagement
- 1616
- Kondensatorcapacitor
- 1717
- Leitungmanagement
- 1818
- Leitungmanagement
- 2020
- Behältercontainer
- 2121
- Pumpepump
- 2222
- Pumpepump
- 2323
- Wärmetauscherheat exchangers
- 3030
- MembrantrenneinrichtungMembrane separation unit
- 3131
- PermeatableitrohrPermeatableitrohr
- 3232
- ZulaufIntake
- 3333
- Ablaufprocedure
- 3434
- Membranmembrane
- 3838
- Gehäusecasing
- 4040
- Permeatleitungpermeate
- 4141
- Kondensatorcapacitor
- 4242
- Leitungmanagement
- 4343
- Leitungmanagement
- 4444
- Kondensatorcapacitor
- 4545
- Verdichtercompressor
- 5050
- Behältercontainer
- 5151
- Leitungmanagement
- 5555
- Leitungmanagement
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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