DE3334640A1 - Verfahren zum trennen eines fluessigkeitsgemisches oder einer loesung mittels einer poroesen trennwand - Google Patents
Verfahren zum trennen eines fluessigkeitsgemisches oder einer loesung mittels einer poroesen trennwandInfo
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Description
3334641.
A3GW32062
Verfahren zum Trennen eines Flüssigkeitsgemisches oder einer Lösung mittels einer porösen Trennwand
A k ζ ο GmbH
Wuppertal
Wuppertal
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen eines Flüssigkeitsgemisches oder einer Lösung durch überführen
eines Teils des Flüssigkeitsgemisches bzw. eines Teils des Lösungsmittels der Lösung in die Dampfphase und anschließendes
Kondensieren des erzeugten Dampfes, wobei das Flüssigkeitsgemisch bzw. die Lösung in Kontakt mit
einer (mikro-)porösen Trennwand gebracht wird, durch
deren Poren.der Dampf, nicht dagegen das Flüssigkeitsgemisch bzw. die Lösung hindurchtreten gelassen wird.
Voraussetzung für die Durchführung dieses bekannten Verfahrens war bisher, daß die poröse Trennwand durch
das Flüssigkeitsgemisch bzw. die Lösung nicht benetzbar, also lyophob oder hydrophob, war, da das Eintreten von
Flüssigkeit in die Poren der porösen Trennwand oder gar
333A640
■ ι
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ein Hindurchtreten von Flüssigkeit durch die poröse Trennwand unter allen Umständen vermieden werden muß. Aus diesem
Grund war das eingangs beschriebene, gattungsgemäße Verfahren bisher nicht für solche Flüssigkeitsgemische oder
Lösungen geeignet, die unter den gegebenen Verfahrensbedingungen die poröse Trennwand benetzen. Darüberhinaus
wurde das bekannte Verfahren stets so durchgeführt, daß
der Dampftransport durch die Poren der porösen Trennwand möglichst wenig oder gar nicht durch in den Poren vorhandenes
(d.h. verbliebenes und/oder eingeschlepptes) Gas behindert wurde.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren auch für solche Flüssigkeitsgemische und Lösungen geeignet zu machen, die die poröse
Trennwand benetzen.
Dies wird beim gattungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht,
daß erfindungsgemäß die Poren der porösen Trennwand mit
einem Gas oder Gasgemisch beaufschlagt werden und das Gas bzw. das Gasgemisch im Gegenstrom zum Dampf durch, die
Poren der porösen Trennwand geführt wird.
Die treibende Kraft beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Dampfdruckdifferenz zwischen der Flüssigkeitsgemischbzw.
Lösungsseite und der Destillatseite jeder der Poren der porösen Trennwand. Eine solche Dampfdruckdifferenz
wird beispielsweise durch ein entsprechendes Konzentrationsgefälle
oder dadurch erreicht, daß entweder das Destillat in dampfförmigem Zustand fortlaufend von der
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porösen Trennwand fortgeführt wird oder die Destillatseite der porösen Trennwand ständig mit einer Flüssigkeit beaufschlagt
wird, die eine niedrigere Temperatur als das Flüssigkeitsgemisch bzw. die Lösung hat und die das dann
auf der Destillatseite der Poren der porösen Trennwand kondensierende Destillat aufnimmt, also durch eine
Temperaturdifferenz zwischen dem Flüssigkeitsgemisch bzw. der Lösung und dem Kondensat. Vorzugsweise besteht diese
Kühl- oder Schleppflüssigkeit aus kondensiertem gekühltem Destillat selbst. Auf diese Weise wird ein Vermischen des
Destillats mit einer anderen Flüssigkeit vermieden. Dies ist insbesondere dann von großem Vorteil, wenn das
Destillat selbst das eigentliche Verfahrenserzeugnis ist.
Der das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnende Gasstrom
wird in vorteilhafter Weise durch Erzeugen einer Druckdifferenz zwischen der Destillatseite und der Flüssigkeitsgemisch-
bzw. Lösungsseite bewirkt, wobei der höhere Druck auf der Destillatseite eingestellt wird. Eine solche
Druckdifferenz kann durch Erzeuaen von Unterdruck auf
der Lösungs- bzw. Flüssigkeitsgeinischseite und/oder durch
Erzeugen von Überdruck auf der Destillatseite erzeugt werden. Dies gilt auch, wenn die Destillatseite der porösen
Trennwand mit Flüssigkeit, beispielsweise kondensiertem Destillat, beaufschlagt wird. In diesem Falle
kann ein ausreichender Gasstrom durch die Poren der porösen Trennwand beispielsweise dadurch erzeugt werden,
daß in die unter einem höheren Druck als das zu trennende Flüssigkeitsgemisch bzw. die Lösung stehende Flüssigkeit
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- Λ - A3GW32062
(Kondensat) das Gas oder Gasgemisch, wozu auch Luft oder Gas/Luft-Gemische zählen, in ausreichender Menge eingeleitet
wird.
Zum Erzeugen des Gasstroms durch die Poren der porösen Trennwand kann ein Gas oder Gasgemisch verwendet werden,
welches sich dem zu trennenden Flüssigkeitsgemisch bzw. der Lösung und dem Destillat gegenüber inert verhält
und/oder welches nur in geringen Mengen in den Flüssigkeiten löslich ist, mit welchen es in Berührung kommt.
Falls gewünscht, können jedoch auch solche Gase verwendet werden, die eine Veränderung des Flüssigkeitsgemisches bzw. der Lösung oder einer der Komponenten desselben
bewirken, also beispielsweise mit diesen chemisch reagieren. Bei Verwendung eines Gases, dessen Löslichkeit
in der auf der Destillatseite verwendeten Flüssigkeit sehr hoch ist, ist darauf zu achten, daß ein ausreichender
Gasüberschuß eingestellt wird, damit genügend ungelöstes Gas in der Flüssigkeit zum Erzeugen des Gasstroms durch,
die poröse Trennwand übrigbleibt. Durch eine hohe Löslichkeit des verwendeten Gases in dem zu trennenden Flüssigkeit
sgemisch wird der Gasstrom durch die poröse Trennwand gegebenenfalls noch verstärkt, was- unter Umständen von
Vorteil sein kann.
Die durch die Poren der porösen Trennwand dem Dampf entgegenströmende Gasmenge darf dabei verständlicher Weise
nicht so groß gewählt werden, daß der Dampfdurchtritt unnötig stark behindert wird, sondern sie braucht nur so
große zu sein, daß das Eintreten von Flüssigkeit (Flüssigkeitsgemisch oder Lösung) mit ausreichender
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Sicherheit vermieden wird. Die hierzu erforderliche Gasmenge/
die von der Größe der porösen Trennwand, der Größe der Poren, der Gesamtfläche der Poren-Querschnittsflächen,
der Benetzbarkeit der porösen Trennwand, der Temperatur, der Art des Gases und anderen Stoff- und Verfahrensparametern abhängt, läßt sich auf einfache Weise ermitteln
So beispielsweise, indem vor dem Beaufschlagen der porösen
Trennwand mit der zu behandelnden Flüssigkeit ein beliebig hoher Gasstrom eingestellt wird und dieser nach dem Beaufschlagen
der porösen Trennwand mit der Flüssigkeit und nach Erreichen der gewünschten Verfahrensparameter der
Gasstrom durch Absenken des Gasdruckes solange reduziert wird, bis ein geringfügiger Flüssigkeitsdurchtritt durch
die poröse Trennwand gerade einsetzt. Es liegt dann im Ermessen des Durchschnittsfachmannes, um welchen Betrag
er diesen nicht mehr ausreichenden Druck erhöht, um eine sichere Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu
gewährleisten.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so geführt werden,
daß der durch die Poren hindurchgetretene Dampf unmittelbar im Bereich der porösen Trennwand kondensiert. Dies
kann dadurch erreicht werden, daß die poröse Trennwand auch auf ihrer Destillatseite mit einer, möglichst dem
Dampfkondensat entsprechenden, Flüssigkeit beaufschlagt wird, die eine Temperatur hat, mit der die erfindungsgemäße
Verfahren bewirkende Dampfdruckdifferenz zwischen der Flüssigkeitsgemisch- bzw. Lösungsseite und der Kondensatseite
jeder Pore der porösen Trennwand erreicht wird. Voraussetzung für diese Art der Verfahrensführung ist, daß
die Flüssigkeit auf der Kondensatseite die poröse Trennwand nicht benetzt.
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Es ist jedoch auch möglich, den Dampf nach Austritt aus den Poren der porösen Trennwand wegzuführen oder zunächst
durch einen mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllten Raum zu führen oder diffundieren zu lassen und ihn danach entweder
an einer gekühlten Fläche zu kondensieren oder ihn zunächst durch die Poren einer zweiten porösen Trennwand
zu führen bzw. diffundieren zu lassen, durch deren Poren ggf. ein Gas oder Gasgemisch im Gleichstrom mit oder im
Gegenstrom zu dem Dampf geführt wird, und ihn erst danach an beliebiger Stelle zu kondensieren.
Wie bereits oben ausgeführt, kann die das Verdampfen bewirkende Dampfdruckdifferenz in den meisten Fällen durch
eine Temperaturdifferenz zwischen der Lösungs- bzw. Flüssigkeitsgemischseite (wärmere Seite) und der Destillatseite
(kältere Seite) erzeugt werden. Die poröse Trennwand wirkt hierbei in vorteilhafter Weise zusätzlich als
wärmeisolierende Schicht, wobei bei horizontaler Anordnung der porösen Trennwand und einer Strömungsführung, bei
der sich die warme Seite oberhalb der kälteren befindet, zusätzlich der Vorteil besteht, daß eine den Dampftransport
auf der Destillatseite störende natürliche Konvektion in dem an die poröse Trennwand grenzenden mit einem Gas
oder Gasgemisch und dem Destillatdampf gefüllten Raum fast völlig unterbunden wird. Eine solche störende Konvektion
tritt auf, wenn zwischen der Oberfläche der Lösung bzw. des Flüssigkeitsgemisches und dem Dampfraum ein ungehinderter
Wärme- und Stoffaustausch stattfinden kann, so wie dies beispielsweise in üblichen Destillationsgefäßen oder -blasen und ganz besonders in sog. Fallfilmverdampfern der
Fall ist. Bei der Beaufschlagung der Destillatseite der porösen Trennwand mit Flüssigkeit, beispielsweise kondensiertem Destillat,
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statt mit dampfförmigem Destillat besteht der Vorteil in
der Verwendung einer porösen Trennwand unter anderem darin, daß die Diffusionswege für den Destillatdampf verhältnismäßig
kurz sind und das erforderliche Getrennthalten von zu trennendem Flüssigkeitsgemisch bzw. Lösung und Kondensat
dabei mit großer Sicherheit zeitlich unbegrenzt gewährt ist.
Zur Durchführung des Verfahrens ist es nicht erforderlich, daß in dem zu trennenden Flüssigkeitsgemisch bzw. der
Lösung Siedezustand herrscht.
Obwohl das erfindungsgeroäße Verfahren selbstverständlich
auch für solche Fälle geeignet ist, bei denen weder die
Lösung bzw. das Flüssigkeitsgemisch noch das Kondensat die poröse Trennwand benetzen, scheint es hierfür weniger
vorteilhaft zu sein, da der dem Dampf entgegengerichtete Gasstrom hierbei eher als unnötige Behinderung der
Dampfdiffusion wirkt.
Der aus Lösungen austretende Dampf besteht bekanntlich im allgemeinen fast ausschließlich aus reinem Lösungsmittel,
z.B. Wasser, während die gelösten (festen) Stoffe darin allenfalls in Spuren zu finden sind und
praktisch vollständig in der Lösung zurückbleiben.
Anders dagegen verhält es sich üblicherweise bei Flüssigkeitsgemischen.
Bei Zweistoffflüssigkeitsgemischen beispielsweise besteht auch der daraus austretende Dampf
aus beiden Komponenten. Hat dabei der eine Stoff einen
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niedrigeren Siedepunkt als der andere, so stellt dieser in der Regel die flüchtigere Komponente dar.
Läßt man über einem solchen Flüssigkeitsgemisch ein Dampfgemisch entstehen, so ist die Konzentration des flüchtigeren
Stoffes in der Dampfphase im allgemeinen höher als in dem in der flüssigen Phase verbliebenen restlichen
Flüssigkeitsgemisch, d.h. er ist dort angereichert. Wird dieser Dampf kondensiert, so erhält man ein Flüssigkeitsgemisch, welches dieselbe Zusammensetzung aufweist wie
der Dampf, d.h. in welcher der flüchtigere Stoff ebenfalls angereichert ist. Dieses Verhalten von Flüssigkeitsgemischen
bietet die Möglichkeit, durch wiederholtes Destillieren der auf diese Weise erhaltenen Fraktionen
mit unterschiedlicher Zusammensetzung Flüssigkeitsgemische in ihre Komponenten zu zerlegen, also zu trennen.·
Diese Art des Trennens von Flüssigkeitsgemischen ist allgemein unter dem Begriff fraktionierte Destillation und
bei kontinuierlicher Fahrweise als Rektifikation bekannt. Flüssigkeitsgemische, bei denen die Zusammensetzung, also
der Anteil jeder der Komponenten, in dem aus dem Gemisch austretenden Gemischdampf die gleiche ist wie .in dem
Gemisch selbst werden azeotrope Gemische genannt. Solche Gemische lassen sich nicht ohne weiteres durch Destillieren
in ihre reinen Komponenten oder in Fraktionen mit anderen Zusammensetzungen zerlegen. Die Zusammensetzung in der
jeweiligen Dampfphase läßt sich aber in jedem Fall durch Veränderung des Druckes oder der Temperatur verändern.
Die graphische Darstellung der Dampfkonzentration über
der Flüssigkeitskonzentration ist allgemein unter der
• /M-
-/9 - A3GW32062
Bezeichnung McCabe-Thiele-Diagramm bekannt. Sie kann durch Messungen oder Berechnungen ermittelt werden. Die Verfahren
hierzu sind bekannt (beispielsweise E. Kirschbaum, Destillier- und Rektifiziertechnik, Springer-Verlag 1960;
Lueger, Lexikon der Technik, Deutsche Verlagsanstalt Stuttgart 1960, Band I, siehe "Azeotroper Punkt" und
"Rektifikation", Band IV, siehe "Destillation" und Band 16, siehe "McCabe-Thiele-Diagramm", "Rektifikation",
"Rektifikation mit Hilfsstoffen", "Rektifizierapparat"
und "Siedegleichgewicht"; desgleichen Ulimanns Encyklopädie der technischen Chemie, Verlag Chemie Weinheim/
Berstraße, Band 1 Allgemeine Grundlagen der Verfahrensund Reaktionstechnik 1972, Band 2 Verfahrenstechnik I
(Grundoperationen) 1972 und Band 3 Verfahrenstechnik II und Reaktionsapparate 1973).
Es wurde nun überraschend gefunden, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei Flüssigkeitsgemischen
eine von der im Gleichgewichtszustand herrschenden abweichende Dampfzusammensetzung einstellen läßt, das heißt,
daß sich eine andere Gleichgewichtskurve im McCabe-Thiele-Diagramm ergibt, als bei der üblichen Destillation ohne
entgegengerichteten Gasstrom. Dies bedeutet, daß es somit in vorteilhafter Weise möglich ist, mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren nunmehr auch solche Gemische auf einfache Weise zu trennen, die bei den angewendeten
Verfahrensparametern (Druck, Temperatur) üblicherweise azeotropes Verhalten zeigen, da das hierbei anfallende
/a·
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Destillat eine andere Zusammensetzung hat als das übrigbleibende Flüssigkeitsgemisch (= Rückstand). Die beiden
hierbei anfallenden Gemischfraktionen des ursprünglichen Flüssigkeitsgemisches können.dann beispielsweise mit herkömmlichen
Destillations- oder Rektifikationsverfahren weiter zerlegt werden.
Flüssigkeitsgemische wiederum/ die bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens azeotropes Verhalten zeigen,
lassen sich im allgemeinen ohne weiteres nach herkömmlichen Verfahren trennen. Dies läßt sich folgendermaßen
erklären:
Ermittelt man für Zweistoff-Flüssigkeitsgemische in herkömmlicher Weise die Dampfzusammensetzung (Dampfkonzentration)
für unterschiedliche Gemischzusammensetzungen (Flüssigkeitskonzentrationen), also das sogenannte
McCabe-Thiele-Diagramni/ und trifft man dabei auf eine
Gemischzusammensetzung mit azeotropem Verhalten, so gibt es im allgemeinen noch eine weitere Gemischzusammensetzung,
bei welcher nur beim erfindungsgemäßen Verfahren Azeotropie auftritt.
Der bei herkömmlichen Destillations- bzw. Rektifikationsverfahren
gegebenenfalls auftretende azeotrope Punkt läßt sich somit also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
umgehen und umgekehrt.
Die Tatsache, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen
Verfahrens das Destillat eine andere Zusammensetzung aufweist als bei Anwendung herkömmlicher Verfahren, kann
ßl-
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unter Umständen in vorteilhafter Weise auch dazu benutzt werden/ die Bodenzahl in Rektifizierkolonnen zu reduzieren,
dann nämlich, wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits zwei Gemischfraktionen erhalten werden, die bei
herkömmlichen Verfahren erst nach mehreren Stufen erreicht werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird im Vergleich zu
üblichen Destillationsverfahren die Anreicherung der flüchtigeren Gemischkomponente durch eine Anreicherung
derjenigen Komponente überlagert, die das geringere Molekulargewicht aufweist. Dies hat zur Folge, daß beispielsweise
bei einem Gemisch aus Wasser und einem niedriger siedenden Alkohol die üblicherweise stattfindende
Anreicherung des Alkohols im Dampf und dem daraus gebildeten Kondensat beim erfindungsgemäßen Verfahren in
einem weniger ausgeprägten Maße erfolgt; d.h. das beim erfindungsgemäßen Verfahren anfallende Kondensat enthält
vergleichsweise weniger Alkohol, als es unter sonst gleichen Temperatur- und Druckbedingungen ohne den erfindungsgemäß
entgegengerichteten Gasstrom enthalten würde. Bei einem Flüssigkeitsgemisch, bei dem die
flüchtigere Komponente auch das geringere Molekulargewicht aufweist, müßte demzufolge mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren eine verstärkte Anreicherung dieser Komponente zu erreichen sein.
Unter Flüssigkeitsgemisch bzw. Lösung werden im Sinne der vorliegenden Erfindung auch Säuren, Flüssigkeiten, die
organische oder anorganische Teilchen in ungelöster Form,
/ft
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auch im submikroskopischen Bereich, Mikroorganismen und dergleichen enthalten, Extrakte, Emulsionen und dergleichen
verstanden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist demnach zum Behandeln, all derjenigen Flüssigkeiten geeignet,
bei denen unter den zuvor genannten Bedingungen wenigstens ein teilweises Abtrennen wenigstens eines
Bestandteils dieser Flüssigkeit erfolgt. Dabei kann das gewünschte Endprodukt die aufkonzentrierte Lösung bzw.
das von wenigstens einer Komponente ganz oder teilweise befreite Flüssigkeitsgemisch und/oder das dampfförmige
oder kondensierte Destillat sein.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignete Trennwand kann in ebener oder nichtebener, beispielsweise gewölbter, gewellter oder geschlossener
Form vorliegen, also beispielsweise plattenförmig, schlauchförmig, rohrförmig oder als Hohlfaden bzw.
Hohlfaser, wobei mehrere solcher Körper die poröse. Trennwand bilden können. Die poröse Trennwand kann demnach
also beispielsweise auch in Form wenigstens eines Rohr- oder Hohlfadenbündels vorliegen.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignete poröse Trennwand kann aus einem metallischen oder nichtmetallischen Werkstoff wie Keramik, Asbest,
Silikaten, Mineralstoffen, Cellulose, Celluloseacetat, Nylon, Polypropylen, Polytetrafluoräthylen, Polyäthylen,
Polyvinylidenfluorid, Polyvinylchlorid usw. oder Mischungen daraus, bestehen.
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Als poröse Trennwand können insbesondere auch künstlich hergestellte poröse oder mikroporöse Membranen verwendet
werden, die als Flachmembran (Flachfolie), Schlauchmembran (Schlauchfolie), Rohr oder Hohlfaden bzw. Hohlfaser
vorliegen können.
Die am erfindungsgemäßen Verfahren beteiligten Flüssigkeiten
können im wesentlichen ruhen oder durch Rühreinrichtungen bewegt werden und/öder strömen, wobei auch hier
die üblichen Strömungsformen wie Gleichstrom, Gegenstrom, Kreuzstrom oder jeder sich daraus ergebende Mischstrom,
welcher auch immer sich davon als zweckmäßig erweist, eingestellt werden kann.
Die gegebenenfalls notwendige Aufheizung oder Kühlung der
am erfindungsgemäßen Verfahren beteiligten Flüssigkeiten,
Dämpfe oder Gase kann im Bereich der porösen Trennwand, aber auch an beliebiger anderer Stelle erfolgen. Auch ist
eine wenigstens teilweise Rückgewinnung der durch die gegebenenfalls durchgeführte Kondensation des Destillatdampfes
freiwerdenden Wärmemenge, beispielsweise zum Vorwärmen des Flüssigkeitsgemisches bzw. der Lösung, möglich.
Zu diesem Zweck können beispielsweise auch Wärmepumpen eingesetzt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch mehrstufig durchgeführt
werden, d.h. der in einer Stufe anfallende Rückstand (aufkonzentrierte Lösung bzw. an flüchtiger
Komponente verarmtes Flüssigkeitsgemisch) und/oder das
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kondensierte Destillat können in einer nachgeschalteten Stufe wiederum dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen
werden. Darüberhinaus kann es auch als Vor-, Zwischen- oder Endstufe eines anderen üblichen Verfahrens
eingesetzt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Umgehung des azeotropen
Punktes eines Flüssigkeitsgemisches verwendet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die zum Durchführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, besteht im wesentlichen wenigstens aus einem Behälter, einer
porösen Trennwand,'die den Behälter in zwei Kammern unterteilt, wovon die eine Kammer zur Aufnahme des Flüssigkeitsgemisches
bzw- der Lösung und die andere Kammer zur Aufnahme des dampfförmigen oder flüssigen (kondensierten)
Destillates (Kondensates) bestimmt ist, und weist erfindungsgemäß eine Einrichtung zum Zuführen von Gas in
die Kammer zur Aufnahme des aus der porösen Trennwand austretenden Destillates auf.
In weiterer Ausgestaltung kann der Behälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch zwei oder mehr poröse Trennwände in drei oder mehr hintereinandergeschaltete Kammern
unterteilt sein.
Darüberhinaus kann wenigstens eine Kammer der erfindungsgemäßen Vorrichtung an eine Unter- oder Überdruck erzeugende
Einrichtung angeschlossen sein und/oder Rohrleitungen zum Zu- bzw. Abführen der am erfindungsgemäßen
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Verfahren beteiligten Flüssigkeiten, Dämpfe oder Gase aufweisen, wobei alle mit Unter- oder Überdruck betriebenen
Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung in nach außen geschlossener
Bauform ausgeführt sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann darüberhinaus die
je nach Bedarf erforderlichen Meß-, Regel- und überwachungseinrichtungen
aufweisen, die dem Fachmann bekannt sind und in beliebiger Auswahl zur Verfügung stehen. Das
gleiche gilt für gegebenenfalls erforderliche Fördermittel zum gegebenenfalls erwünschten Zu- oder Abführen der am
Verfahren beteiligten Flüssigkeiten, Dämpfe und Gase.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann so ausgebildet sein,
daß die Lösung bzw. das Flüssigkeitsgemisch und/oder das Kondensat einmal oder mehrmals, das heißt im Kreislauf,
an der porösen Trennwand vorbeigeführt bzw. durch die entsprechenden Kammern hindurchgeführt werden und nur
Teilströme der auf diese Weise erzeugten ümwälzmengen zugeführt bzw. abgezweigt werden.
Die Einrichtungen zum Aufheizen und/oder Kühlen der am erfindungsgemäßen Verfahen beteiligten Flüssigkeiten,
Dämpfe und Gase können innerhalb oder außerhalb der hierfür jeweils vorgesehenen Kammer(n) angeordnet sein.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch aus mehreren
parallel geschalteten Kammern für die einzelnen am Verfahren beteiligten Flüssigkeiten, Dämpfe und Gase
bestehen, so wie dies beispielsweise bei einem Rohrbündel der Fall ist.
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Auch können Rühreinrichtungen in den Kammern angeordnet sein, wenn sich beispielsweise das Umpumpen einer Flüssigkeit
als nicht zweckmäßig erweisen sollte.
Die poröse Trennwand der erfxndungsgemäßen Vorrichtung
ist hinsichtlich' ihrer Form und ihres Werkstoffes vorzugsweise in der bei der Beschreibung des erfxndungsgemäßen
Verfahrens bereits beschriebenen Weise ausgebildet.
Die Größe der erfxndungsgemäßen Vorrichtung unterliegt
im Rahmen üblicher Abmessungen keinen Beschränkungen.
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- /l - A3GW32062
Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen
für die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutert.
Es zeigt: Figur 1 in vereinfachter schematischer Darstellungsweise
eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer porösen Trennwand, Figur 2 in vereinfachter
schematischer Darstellungsweise eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei porösen
Trennwänden, Figur 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt, bei welcher
die porösen Trennwände rohrförmig ausgebildet sind.
Von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in Figur 1
dargestellt: Der Behälter 1, der durch die poröse Trennwand 2 in eine erste Kammer 3 zur Aufnahme des Flüssigkeitsgemisches
bzw. der Lösung und in eine zweite Kammer zur Aufnahme des dampfförmigen oder flüssigen (kondensierten)
Destillates unterteilt ist, eine Zuführleitung 5 und eine Abführleitung 6 für das Flüssigkeitsgemisch bzw. die
Lösung, eine Zuführleitung 7 und eine Abführleitung 8 für dampfförmiges oder flüssiges (kondensiertes) Destillat
oder ein anderes Fluid sowie erfindungsgemäß eine Zuführleitung 9 für Gas und eine Mischeinrichtung 10 zum Verteilen
des Gases in der Flüssigkeit, welches auf diese Weise anschließend der Kammer 4 zugeführt wird. Zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Kammer 4 ganz oder teilweise mit Flüssigkeit, beispielsweise
Destillat, gefüllt sein. Die die Kondensation des durch die Poren der porösen Trennwand 2 diffundierten Dampfes
bewirkende Flüssigkeit kann bereits mit einer entsprechend niedrigen Temperatur der Kammer 4 zugeführt werden, es
ist jedoch auch möglich, ihr erst in der Kammer 4 Wärme
- MT- A3GW32062
- ΛΟ -
zu entziehen. Auch ist es möglich, die Kondensation des Dampfes an der Behälterwand 11 erfolgen zu lassen, indem
diese Wand entsprechend gekühlt wird. In diesem zuletzt genannten Fall und auch, wenn das Destillat dampfförmig
aus der Kammer 4 weggeleitet werden soll, kann die Zuführungsleitung 7 mit einem nicht dargestellten vor der
Mischeinrichtung 10 angeordneten Absperrorgan verschlossen werden. Die Zufuhr des Gases in die Kammer 4 wird
dadurch nicht unterbrochen. Je nach Fahrweise kann ein Teil des der Kammer 4 zugeführten Gases auch durch die
Abführleitung 8 abgeführt werden.
Bei Verwendung einer nichtbenetzenden Flüssigkeit zum Kondensieren des aus den Poren der porösen Trennwand
austretenden Dampfes kann die Kammer 4 teilweise aber auch ganz gefüllt sein, wobei im zuletzt genannten Fall
die Flüssigkeit die poröse Trennwand 2 ohne weiteres berühren kann. Bei Verwendung einer die poröse Trennwand
benetzenden Kühlflüssigkeit darf diese die poröse Trennwand 2 nicht berühren, das bedeutet, daß zwischen der
Flüssigkeitsoberfläche und der porösen Trennwand 2 ein mit Dampf und Gas gefüllter Zwischenraum eingestellt werden
muß.
Die in Figur 2 dargestellte Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung weist folgende Teile auf: Den Behälter 1, der durch die erste poröse Trennwand 2
und die zweite poröse Trennwand 12 in eine erste Kammer zur Aufnahme des Flüssigkeitsgemisches bzw. der Lösung,
in eine zweite Kammer 13 zur Aufnahme des Gases und des dampfförmigen Destillates und in eine dritte Kammer 4 zur
3334S4C
- f5 - A3GW32062
Aufnahme des dampfförmigen oder flüssigen (kondensierten) Destillates unterteilt ist, die Zuführleitung 5 und die
Abführleitung 6 für das Flüssigkeitsgemisch bzw. die Lösung,
die Zuführleitung 9 zum Zuführen von Gas in die Kammer 13 sowie die Zuführleitung 7 und die Abführleitung
8 für das dampfförmige oder flüssige (kondensierte) Destillat. Bei dieser Ausfuhrungsform kondensiert der Destillatdampf
erst beim Berühren der porösen Trennwand 12 oder erst, nachdem er durch die Poren der porösen Trennwand
12 hindurchdiffundiert ist. Im übrigen gilt für die Beaufschlagung der Kammer 4 mit Flüssigkeit dasselbe
wie für die Kammer 4 der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung. Je nach Fahrweise kann das der Kammer 13 zugeführte
Gas nur durch die Poren der porösen Trennwand 2 hindurchtreten gelassen werden oder aber ein Teil kann
auch durch die Poren der porösen Trennwand 12 hindurchtreten gelassen werden.
Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
eignet sich insbesondere für solche die poröse Trennwand 2 benetzenden Flüssigkeitsgemische bzw. Lösungen,
bei denen auch das kondensierte Destillat die poröse Trennwand 2 benetzt.
Die in Figur 3 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Vorrichtung entspricht vom Prinzip her der in Figur 2 dargestellten, wobei hierbei die poröse Trennwand
2 und die poröse Trennwand 12 durch Rohre gebildet werden. Die die beiden porösen Trennwände 2 und 12 bildenden
Rohre sind dabei konzentrisch zueinander angeordnet.
Γ ' "~Ί
- 20" - A3GW32062
. -ΛΑ-
Alle übrigen Teile entsprechen ihren Positionszahlen gemäß den in den Figuren 1 und 2 dargestellten und bereits
oben beschriebenen Teilen. Darüber hinaus besitzt die in Figur 3 dargestellte Vorrichtung einen Doppelmantel
14, der zum Beheizen oder Kühlen der Kammer 13 dient. Mit dem Ventil 15 kann Kammer 13 an dieser Stelle
fluiddicht verschlossen werden oder mit weiteren nicht dargestellten Einrichtungen verbunden werden. Werden die
Zuführleitungen und die Abführleitungen für das Flüssigkeitsgemisch bzw. die Lösung und das Destillat vertauscht,
so erfolgt der Dampftransport in umgekehrter Richtung.
Auch die Bedeutung der Kammern und der porösen Trennwände ändert sich dann entsprechend, was in Figur 3 durch
die in runde Klammern gesetzten Positionszahlen verdeutlicht wird. Die übrigen. Teile 1, 9, 13, 14 und 15 behalten
dabei ihre Bedeutung bei.
Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte horizontale Anordnung
der porösen Trennwände ist zwar nicht zwingend, sie bewirkt jedoch in vorteilhafter Weise, daß eine den
Dampftransport durch die Kammer 13 bzw. 4 gegebenenfalls
störende natürliche Konvektion weitestgehend unterbunden wird.
Die in Figur 3 dargestellten einen Ringraum bildenden flüssigsundurchlässigen Trennwände 16 verhindern einen
Kontakt der in der Kammer 3 (4) befindlichen Flüssigkeit mit den die poröse Trennwand bildenden Rohren 12 (2),
was besonders dann erforderlich ist, wenn die in der Kammer 3 (4) befindliche Flüssigkeit andernfalls zu einer
Benetzung der Rohre 12 (2) und damit gegebenenfalls zu
33346_4C
-IfX- A3GW32062
• <23·
einer Rückvermischung mit der durch diese Rohre 12 (2)
strömenden Flüssigkeit führen würde. Die Rohrboden 17,
wie sie beispielsweise auch bei Rohrbündelwärmetauscher!!
üblich sind, bilden die fluiddichten Trennwände zwischen den Kammern 3 (4), 4 (3) und 13.
Claims (5)
1. Verfahren zum Trennen eines Flüsigkeitsgemisches oder
einer Lösung durch überführen eines Teils des Flüssigkeitsgemisches
bzw. eines Teils des Lösungsmittels der Lösung in die Dampfphase und anschließendes Kondensieren
des erzeugten Dampfes, wobei das Flüssigkeitsgemisch bzw die Lösung in Kontakt mit einer (mikro-)porösen Trennwand
gebracht wird, durch deren Poren der Dampf, nicht dagegen das Flüssigkeitsgemisch bzw. die Lösung hindurchtreten
gelassen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren der porösen Trennwand mit einem Gas
oder Gasgemisch beaufschlagt werden und das Gas bzw. Gasgemisch im Gegenstrom zum Dampf durch die Poren der
porösen Trennwand geführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Poren der porösen Trennwand austretende
Dampf vor dem Kondensieren durch einen mit einem Gas oder Gasgemisch gefüllten Raum diffundieren gelassen
wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf vor dem Kondensieren durch
wenigstens eine weitere poröse Trennwand diffundieren
- 2 - ' A3GW32062
gelassen wird, durch deren Poren gegebenenfalls ein Gas oder Gasgemisch im Gleichstrom mit oder im Gegenstrom
zu dem Dampf geführt wird.
4. Vorrichtung, geeignet zum Durchführen des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, bestehend wenigstens aus
einem Behälter, einer porösen Trennwand, die den Behälter in zwei Kammern unterteilt, wovon die eine
Kammer zur Aufnahme des Flüssigkeitsgemisches oder der Lösung und die andere Kammer zur Aufnahme des
dampfförmigen oder flüssigen (kondensierten) Destillates (Kondensates) bestimmt ist, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zum Zuführen von Gas in die Kammer zur Aufnahme des aus der porösen Trennwand austretenden
Destillates.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Behälter durch wenigstens eine weitere poröse Trennwand in wenigstens eine weitere Kammer unterteilt
ist. '
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