DE8626226U1

DE8626226U1 - Vorrichtung mit Membranen

Info

Publication number: DE8626226U1
Application number: DE8626226U
Authority: DE
Original assignee: Gkss Forschungszentrum Geesthacht 2054 Geesthacht De GmbH
Current assignee: Gkss Forschungszentrum Geesthacht 2054 Geesthacht De GmbH
Priority date: 1986-10-01
Filing date: 1986-10-01
Publication date: 1988-01-14

Description

Beschreibung: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit Membranen, die I im Abstand zueinander in einem Gehäuse gestapelt sind und I zusammen ein zentrales durchgehendes Innenrohr bilden, zur I Abtrennung eines oder mehrerer Stoffe aus einem Stoffge- I misch, wobei das Stoffgemisch dem Innenraum des Gehäuses mit

;■ den Membranen zugeführt, die abzutrennenden Stoffe über

{ Anschlüsse an das Innenrohr gesammelt und abgeführt und das

k von den Stoffen abgereicherte Stoffaemisch wieder aus dem

I Gehäuse abgeführt wird. Eine derartige Membranstappleinheit

i ist prinzipiell in der DE-OS 28 11 826 beschrieben werden.

I Die Pervaporation stellt ein Membrantrennverfahren dar, das I im Unterschied zu anderen Membrantrennverfahren als Beson-

ji derheit den Phasenwechsel von der Flüssigphase zur Dampf-

S phase der durch die Membran permeierten Komponenten aufweist. Die treibende Kraft für den Stofftransport durch die

I Membran ist ein im Permeatraum aufrechtzuerhaltender niedri-

f gerer Partialdruck als der auf der Membranvorderseite. Durch

j den Permeatraumdruck werden der Permeatfluß und die Selekti-

I vität der Membran stark beeinflußt. Allgemein zeigt sich Lai I eigner Erhöhung des Druckes auf der Permeatseite eine Ernie-

i" drigung von Fluß und Selektivität. Weit entfernt vom thermo-

I dynamischen Gleichgewichtsdampfdruck ergibt sich für nia- I drige Drücke nur eine geringe Änderung der Permeationsrate.

\ In diesem Fall wird die Permeation durch den Transport durch

jj die Membran gesteuert. Nähert sich der Permeatraumdruck dem

j Dampfdruck der Reinkomponenten, nimmt der Fluß schnell ab.

I Von diesem Punkt an wird der Permeatfluß durch die Verdamp- I fungsrate in den Dampfraum zunohii<eiid beeinflußt.

; Die Partialdruckdifferenz wird im allgemeinen durch Anlegen | eines Vakuums oder durch einen Trägerstrom erzielt. Die Trennwirkung ergibt sich aus den unterschiedlichen Membranpermeabi litäten der einzelnen Gemischkomponenten. Das Per-

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meat wird gemäß einem Vorschlag aus der DE-ÖS 34 41 190 in einem der Membranzelie nachgesehalteten Permeätkönderisätor kondensiert, abgeführt und die für die Verdampfung notwendige Enthalpie dem luläufström entzogen* Zur AufrechterhaN tüng eines stationären Zust-äfides muß diese Wärme von außen zugeführt werden*

Mit dieser Art der Permeatabführung ist jedoch eine wirtschaftlich vertretbare Trennleistung der Membranen nicht zu erreichen, da sowohl die Druckverluste aufgrund der Länge der Einheit hoch sind und mit der nachgeschalteten Kondensatoreinheit der Permeatraumdruck kaum steuerbar ist.

Es ist zwar auch bekannt, eine mikroporöse Membranröhre zu verwenden, die konzentrisch in einem FlüssigkeitszufUhrungsgehäuse sitzt, wobei Dampf aus dir Flüssigkeit durch die Membran hindurchtritt (DE-OS 34 45 415). Der Dampf diffundiert hierbei und kühlt sich auf der Membranröiireninnenseite ausschließlich aufgrund von Verdunstungswärmeverlusten bis zur Kondensation ab. Eine direkte Einflußnahme auf die Kondensation bzw. Steuerung derselben ist hier jedoch nicht möglich.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nunmehr darin, die e. g. Vorrichtung derart auszugestalten, daß mit ihr die Trennleistung jeder Membran einer Membranstapeleinheit verbessert bzw. gesteuert und zugleich Druckverluste reduziert und Energie eingespart werden kann. Insbesondere soll diese Vorrichtung zur Abtrennung und Anreicherung einer Komponente aus Flüssigkeitsgemischen, z. B. zur Absolutierung von Ethanol geeignet sein.

Die Lösung ist im kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1 beschrieben.

Die weiteren Ansprüche geben vorteilhafte Weiterführungen bzw. Änwendungsbeispiele der Erfindung wieder.

3er besondere Vorteil der Erfindung liegt darin, daß der Pervaporator mit innen liegender Kühlung zur unmittelbaren Kondensation des Permeätdampfes direkt hinter den Membranen ausgebildet ist, wodurch die Partialdruckdifferenz gezielt z. B. über Temperaturgradientenbildung oder Temperaturausgleich steuerbar wird. Zugleich ist eine Wärmezufuhr von außen über z, B. Heizschlangen möglich, die auch im Mantel des Pervaporatorgehäuses untergebracht sein können und mit denen ebenfalls gezielt ein Temperäturprofil erzeugt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines schematischen Ausführungsbeispiels mittels der Figur erläutert, die im Schnitt einen Pervaporator darstellt.

Bei der Pervaporation mit dem erfindungsgemäßen Pervaporator muß im Permeatraum 10 als treibende Kraft ein Vakuum angelegt werden. Versuche haben gezeigt, daß die Trennleistung der Membranen umso größer ist, je niedriger das angelegte Vakuum unmittelbar hinter der Membran ist. Das bedeutet: der im Permeatraum 10 anfallende Permeatdampf muß möglichst druckverlustarm abgeführt oder, weil dieses schlecht zu realisieren ist, unmittelbar hinter der Membranen 1 kondensiert werden.

Als Grundlage dient ein Plattenmodul 11. Dieser Modul 11 hat als Aufbau runde Membrantaschen 1 mit einem Permeatmittelrohr 12, in dem eine Kondensationskühlschlange 3 eingebaut ist. Durch den runden Aufbau des Gehäuses läßt sich auch eine Wärmezufuhr über von außen aufgewickelte Heizschlangen 8 leicht realisieren, die auch in der Gehäusewandung 9 untergebracht sein können.

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Die Figur zeigt einen Plattenmodul als Plattenpervapörätor. Die Membranen 1 Werden beidseitig auf Trägerscheiben 13 aufgeklebt, die Durchführungskänäle zum Permöatmittelrohr haben* Im Permeatmittelrohr 12 liegt die von Kühlmittel durchfiossene Kühlschlange 3 als Permeatdampfkortdensator. Durch Anlegen eines Vakuums mittels der Vakuumpumpe 4 wird die Pervaporation in Gang gesetzt* Das Vakuum ist gleichzeitig eine ideale Isolierung zur Rohmediumkammer 5 hin. Durch die Kondensation des Permeatdampfes an der Kühlschlange 3 wird das Vakuum aufrechterhalten. Die Kühlmittelttemperatur wird so gewählt, daß das Permeat flüssig anfällt und nach unten an einem Auslaß 6 abfließen kann. Das Retentat (von Permeat abgereichertes Rohmedium 7) wird über die Ableitung 14 an der Unterseite des Gehäuses 11 abgeführt.

Der Temperaturverlust des durchfließenden Rohmediums 7 durch die Verdampfungspermeation kann durch die Heizschlänge 8, ausgeglichen werden. Das Heizmittel fließt durch die Zuleitung 15 zu und an der Oberseite des Gehäuses 11 über die Ableitung 16 ab.

Ein weiterer Vorteil ist, daß keine störenden Abstandshalter zwischen Kühlfläche und der Innenwand des Permeatrohres stehen, die tu Druckverlusten und unerwünschten Wärmeverlusten führen.

Claims

ansprüche:

1. Vorrichtung mit Membranen, die im Abstand zueinander in einem Gehäuse gestapelt sind and zusammen ein zentrales durchgehendes Innenrohr bilden, zur Abtrennung eines oder mehrerer Stoffe aus einem Stoffgemisch, wobei das Stoffgemisch dem Innenraum des Gehäuses mit den Membranen zugeführt, die abzutrennenden Stoffe über Anschlüsse an das Innenrohr gesammelt und abgeführt und das von den Stoffen abgereicherte Stoffgemisch wieder aus dem Gehäuse abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Innenrohr (12) eine Kondensationsanlage (3) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß im Innenrohr (i2) eine Kühlfläche angeordnet ist, mit der der Druck und/oi'sr die Temperatur über die Länge des Innenrohres (12) einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf oder im Außenrnantel (9) des Gehäuses eine Heizung (8) angeordnet ist.

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