Kontinuierlich arbeitende Pervaporationsanlagen

Die meisten Pervaporationsanlagen werden kontinuierlich betrieben.
Der flüssige Prozeßstrom wird in einem Rekuperator vorgeheizt und mit einem nachfolgenden Erhitzer auf Arbeitstemperatur gebracht. Danach durchströmt er mehrere Stufen von Pervaporationsmodulen und dazwischen geschalteten Wärmetauschern. Die Module sind in einem oder mehreren Vakuumbehältern installiert. Das Wasser wird als Permeat durch die Membran entfernt, innerhalb des Vakuumbehälters kondensiert und als Flüssigkeit periodisch abgepumpt. Die Vakuumpumpe dient nur dazu, nicht kondensierbare Gase zu entfernen. Die Lösemittel durchströmen eine bestimmte Anzahl von Membranmodulen, bis sie die gewünschte Restfeuchtigkeit erreicht haben.
Die Zwischenaufheizung ist notwendig, um den bei der Entwässerung durch das Verdampfen des Permeates auftretenden Wärme- und Temperaturverlust auszugleichen.

Batch-Pervaporationsanlage für kleine Mengen

Pervaporationsanlagen können auch im Batchbetrieb arbeiten. Solche Anlagen enthalten nur einen Erhitzer, sind einfacher aufgebaut und daher flexibler zu handhaben als kontinuierliche Pervaporationsanlagen. Bei Leistungen bis zu einigen hundert kg pro Tag bringt der vereinfachte Aufbau der Anlage eine starke Reduktion der Investitionskosten mit sich.

Batch-Pervaporationsanlagen rezirkulieren kontinuierlich den Inhalt eines Puffertankes über die Membran. Das Retentat enthält nach jeder Überströmung weniger Wasser und wird kontinuierlich in den Puffertank zurückgeführt. Auf diese Weise läßt sich der Inhalt des Puffertankes innerhalb einer vorgegebenen Zeit mehr und mehr entwässern, bis die gewünschte Restkonzentration erreicht ist.

Dampfpermeationsanlagen

Die Dampfpermeation ist ein Verfahren, das in vielen Fällen entscheidende Vorteile gegenüber der Pervaporation bietet. Der Entwässerungsprozeß ist bei beiden Verfahren ähnlich. Es werden auch die gleichen Membranen eingesetzt, jedoch mit folgenden Unterschieden:

• Der Prozeßstrom wird total verdampft und kommt mit den Membranen als Sattdampf in Berührung.

• Da alle Ströme in Kontakt mit den Membranen in der Dampfphase vorliegen, gibt es keinen Phasenwechsel bei Durchtritt des Permeates durch die Membran und daher keinen Abkühlungseffekt wie bei der Pervaporation. Zwischenwärmetauscher werden nicht benötigt.

• Die Membrananlage selbst ist einfacher aufgebaut und verursacht geringere Investitionskosten als eine kontinuierliche Pervaporationsanlage. Sofern das Feed jedoch flüssig vorliegt, muß es zunächst verdampft werden, bevor es mit den Membranen in Kontakt gebracht werden kann.

Die Dampfpermeation ist dann besonders vorteilhaft, wenn das Feed als Kopfprodukt einer Destillationskolonne anfällt. Destillation und Dampfpermeation lassen sich so optimal kombinieren, daß die Kolonne den größeren Teil der zu entfernenden Wassermenge abtrennt und die Dampfpermeationsanlage die Restentwässerung übernimmt. Dampfpermeationsanlagen werden auch eingesetzt, wenn im Feed gelöste oder suspendierte Verunreinigungen vorliegen, die bei der Entwässerung ausfallen können. Durch die Verdampfung des Prozeßstroms lassen sich diese nicht flüchtigen Verunreinigungen komplett entfernen und am Sumpf des Verdampfers durch einen flüssigen Abzug ausschleusen.