DE2553623A1 - PROCESS FOR THE OSMOTIC SEPARATION OF SOLUTIONS INTO SOLVENTS AND CONCENTRATE WITH A GAS SOLUBLE UNDER PRESSURE - Google Patents
PROCESS FOR THE OSMOTIC SEPARATION OF SOLUTIONS INTO SOLVENTS AND CONCENTRATE WITH A GAS SOLUBLE UNDER PRESSUREInfo
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Description
28. November 1975November 28, 1975
Mohammed 1'hoeni
GrazMohammed 1'hoeni
Graz
Verfahren zur osmotischen 'i'rennung von Lösungen in Lösungs= mittel und Konzentrat mit einem unter Druck löslichen Gas _. fi» Process for the osmotic separation of solutions into solution medium and concentrate with a gas soluble under pressure _. fi »
Die hier beschriebene Vorrichtung und das entsprechende Verfahren dienen der Gewinnung von Konzentraten und rei= nen Lösungsmitteln,beispielsweise aus Milch Kondensmilch und Wasser,oder aus Abwasser verwertbare Lösungen und reines Wasser.The device described here and the corresponding process are used to obtain concentrates and rei = solvents, for example condensed milk from milk and water, or solutions usable from wastewater and pure water.
Derzeit werden zu diesem Zweck Apparaturen eingesetzt, in denen das Lösungsmittel verdampft und anschließend kondensiert wird.Diese Verfahren haben aber die Nachs teile,daß einerseits ein hoher Prozentsatz an Verdamp= fungsenßrgie nicht mehr zurückgewonnen werden kann und andererseits auch andere flüchtige Bestandteile übergehen. Diese Nachteile werden bei Verfahren des Ausfrierens wohl weitgehend umgangen,sind aber nur bei,im.festen Zustand unmischbaren Stoffpaaren anwendbar.Ein neues Verfahren,bei dem der osmotische Druck einer Lösung durch einen,ihm entgegengesetzten mechanischen Druck überwunden wird,ist durch den Mangel,daß der aufzuwen= dende Druck wesentlich über dem theoretischen MinimumApparatus are currently used for this purpose in which the solvent evaporates and then is condensed. However, these processes have the consequences share that on the one hand a high percentage of evaporation energy can no longer be recovered and on the other hand, other volatile constituents also pass over. These drawbacks become apparent with freeze-out processes probably largely bypassed, but are only at, im.festen Condition applicable to immiscible pairs of substances. A new one Process in which the osmotic pressure of a solution is overcome by a mechanical pressure opposite to it, is due to the lack that the expended = end pressure significantly above the theoretical minimum
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zu liegen, hat und nicht wieder verwertet werden kann, behaftet. has to lie and cannot be recycled.
Diese Nachteile werden mit der hier beschriebenen Vorrichtung, bezw. Verfahren dadurch umgangen, daß ein Arbeitsgas durch einen, an sich bekannten Gasdruckerzeuger (Kompressor, Gasbombe etc.) in einer Absorptionskammer unter einem solchen Druck gehalten wird, daß es sich in einem, eine semipermeable Membran bedeckenden Lösungsmittelfilm in einem solchen Ausmaß löst, daß der osmotische Druck dieses Filmes jenen, der hinter dieser Membran befindlichen ursprünglichen Lösung übersteigt, womit durch diese Membran Lösungsmittel, das dann durch eine entsprechende Anordnung (Pumpe, Gefälle) aus derem Bereich entfernt wird, diffundiert. Da nach Verlassen des Diffusionsbereiches auf der semipermeablen Membran das Arbeitsgas desorbiert werden kann, kann dieses bei entsprechender Führung ständig neu eingesetzt werden. Das dabei frei werdende Arbeitsgas wird ,, einen umso größeren Druck aufweisen, je höher der, zur Absorption"erforderliche Druck war. Das heißt, daß ein in einer kontinuierlich laufenden Anlage eingesetzter Kompressor nur geringfügig Arbeit zu leisten hat. Darüberhinaus treten hier keine, den bekannten Verfahren anhaftenden Mangel auf.These disadvantages are with the device described here, respectively The method is circumvented in that a working gas is passed through a gas pressure generator known per se (compressor, Gas bomb etc.) is kept in an absorption chamber under such a pressure that it is in a, a solvent film covering a semipermeable membrane to such an extent that the osmotic pressure dissolves it The film exceeds that of the original solution behind this membrane, thus passing through this membrane Solvent, which is then removed from their area by an appropriate arrangement (pump, slope), diffused. Since the working gas is desorbed after leaving the diffusion area on the semipermeable membrane can, this can constantly be renewed with appropriate guidance can be used. The working gas that is released will have "a greater pressure, the higher the pressure required for absorption" Pressure was. This means that a compressor used in a continuously running system has little work to do. In addition, there are no adhering to the known processes Lack on.
Die Art des Arbeitsgases richtet sich in erster Linie nach da DJ Lösungsmittel und dessen Verwendungszweck, da es in vielen Fällen vorteilhaft sein dürfte, nicht restlos desorbiertes Arbeitsgas im Lösungsmittel zu belassen. Beispielsweise können für Trinkwasser als Arbeitsgas COp, für Kesselspeisewasser NH7, für zahlreiche organische Lösungsmittel niedere Alkane usw. verwendet werden.The type of working gas depends primarily on the DJ solvent and its intended use, since in many cases it should be advantageous not to leave completely desorbed working gas in the solvent. For example, COp can be used as the working gas for drinking water, NH 7 for boiler feed water, lower alkanes etc. for numerous organic solvents.
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Die Zeichnung stellt das Schema einer kontinuierlich ar= leitenden Ausführungsform dar.In dieser "bedeutet (1) die Lösungsßinfüllöffnungjdie mit einer Pumpe versehen,oder "bei chargenweiser Führung nach der Füllmng der Konzentra= tionskammer (2) mit der ursprünglichen Lösung verschlossen werden kann.Bei kontinuierlicher Führung des Verfahrens hat die Konzentrationskainmer (2) weiters über einen Kon= zentratausfluß (10) zu verfügen,aus dem laufend Konzentrat gegen den V/iderstand einer Drossel (11) ausfließt.Die Konzentrationskammer (2) ist gegen eine angrenzende Absorp= tionskammer (3) durch eine,in zahlreiche Falten gelegte, oder in Form von Schläuchchen ausgebildete,semipermeable Membran (4) abgegrenzt.In dem,diese (4) bedeckenden Lo= sungsmittelfilm (5) löst sich das,unter Druck stehende, Arbeitsgas,wobei der osmotische Druck dieses Filmes steigt und damit Lösungsmittel aus der ursprünglichen Lösung in die Absorptionskammer diffundiert.Die so gebildete Gas= lösung fließt von der Membran (4) ab und kann entweder in einem Lösungsmitteltopf gesammelt werden,bis das Gas ent= spannt wird oder wird durch eine,mit einem Strönnkngshin= dernis (12) versehene Gaslösungsableitung (6) in eine Desorptionskammer (7),in der auf Grund eines niedereren Druckes und/oder höherer Temperatur,das Arbeitsgas entbun= den wird.Bei Wiederverwendung des Arbeitsgases wird die= ses durch einen,als Pumpe ausgebildeten Druckgasförderer (8) in die Absorptionskammer (3.) befürdert.The drawing represents the scheme of a continuously ar = conductive embodiment. In this "(1) means the Solution filling opening provided with a pump, or "with batch management after filling the concentration = tion chamber (2) sealed with the original solution If the process is carried out continuously, the concentration chamber (2) also has a con = centrate outlet (10) to have from the ongoing concentrate flows out against the resistance of a throttle (11) Concentration chamber (2) is against an adjacent absorption chamber (3) by a, laid in numerous folds, or in the form of small tubes, semipermeable Membrane (4) delimited.In that Lo = The solvent film (5) dissolves the pressurized working gas, whereby the osmotic pressure of this film increases and thus solvent diffuses from the original solution into the absorption chamber. The gas formed in this way = solution flows off the membrane (4) and can either be collected in a solvent pot until the gas is ent = is or is tensioned by a, with a Strönnkngshin = dernis (12) provided gas solution discharge line (6) in a desorption chamber (7), in which due to a lower Pressure and / or higher temperature, the working gas entbun = When the working gas is reused, this is done by a pressurized gas conveyor (8) designed as a pump. conveyed into the absorption chamber (3.).
Im Falle der Verwendung vorkomprimierter,oder chemisch frei zu setzender Gasegehen diese nach Arbeitsleistung ins Freie. Der Druckgasförderer (8) stellt dann deren Speicher dar undIn the case of using pre-compressed, or chemically free The gases to be set go outside after work. The compressed gas conveyor (8) then represents their memory and
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ist dann nur mit der Absorptionskaimner (3) verbunden. Zur Ergänzung des nicht vollständig desorbierten Arbeitsgases, bezw,zur Füllung der Vorrichtung damit,ist eine Gaseinlaß= öffnung (9) vorgesehen,die vorteilhafterweise in die Desorp= tionskammer (7) mündet.Das reine Lösungsmittel wird durch einen Lösungsmittelaustrag (13) weggeschafft.is then only connected to the absorption chamber (3). To supplement the working gas which is not completely desorbed, or to fill the device with it, a gas inlet is = Opening (9) is provided, which advantageously opens into the desorption chamber (7). The pure solvent is passed through removed a solvent discharge (13).
3ei der Süßxvassergewinnung aus Meerwasser auf Schiffen oder an Küsi?en,wo einerseits unbegrenzte Mengen an Meerwasser zur Verfügung stehen und andererseits die Entfernung konzentrier= ter Salzlösungen kein Problem darstellt,genügt es,wenn dem herangezogenen Meerwasser nur wenige Prozente reines Wasser entzogen werden.Meerwasser mittlerer Breiten weist einen osmotischen Druck von 26 atm auf,was einer Aktivität der ge= lösten Stoffe von 2o/22,4- entspricht.Wird dem herangezogenen Meerwasser 5# der Wassermenge entzogen,go besitzt das,ins Meer zurückfließende Konzentrat eine Aktivität von 26/22,4·. 1/0,95= i,2J an gelösten Stoff en. Diese Aktivität muß auch der V/asser= film an der Membran (4·) besitzen. Wird- die Apparatur druck= fest gestaltet,so kann COp als Arbeitsgas verwendet werden. Um mit CO- diese Aktivität zu erreichen,ist,wenn die Bildung von H+,HCO^",COζ eine Zunahme der Molzahl um 24$ bedingt und der Aktivitätskoeffizient für diese Konzentration 0,87 beträgt,ein Druck von 29,3 atm erforderlich.jiei Entspannen dieser COp-Lösung auf !Normaldruck werden also 28,3/29,3 des eingesetzten Gases frei,die nach neuerlicher Kompression wieder eingesetzt werden können.Erfolgt die Desorption in einer Entspannungskolonne,an deren oberen Ende ein Druck von 2^,$ atm,am unteren Ende 1 atm hez*rsclit und wird 1. . ... die gewonnene COp-Lösurig von oben eingebracht,so kann ein wesentlicher l'eil der Kompressionsenergie eingespart werden.When extracting fresh water from sea water on ships or on kisses, where on the one hand unlimited amounts of sea water are available and on the other hand the removal of concentrated salt solutions is not a problem, it is sufficient if only a few percent of the pure water is withdrawn from the sea water middle latitudes has an osmotic pressure of 26 atm, which corresponds to an activity of the dissolved substances of 2o / 22.4- If 5 # of the amount of water is withdrawn from the seawater, the concentrate flowing back into the sea has an activity of 26 / 22.4 ·. 1 / 0.95 = 1.2% of solutes. The water film on the membrane (4 ×) must also have this activity. If the apparatus is designed to be pressure = fixed, COp can be used as the working gas. In order to achieve this activity with CO-, if the formation of H + , HCO ^ ", COζ causes an increase in the number of moles by $ 24 and the activity coefficient for this concentration is 0.87, a pressure of 29.3 atm is required When this COp solution is expanded to! normal pressure, 28.3 / 29.3 of the gas used is released, which can be used again after further compression. If the desorption takes place in an expansion column, at the upper end of which a pressure of 2 ^, $ atm, at the lower end 1 atm hez * rsclit and if 1. ... the COp solution obtained is introduced from above, a substantial part of the compression energy can be saved.
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Sind beispielsv/eise 5 Kompresjorstufen abwechselnd mit Sieb= boden, die etwa mi υ iiaschig-Kirigen belegt sind, angeordnet, so vermindert sich die aufzuwendende Ünergie auf 3/5 einer e'in= stufigen Kompression.Der Energieaufwand beträgt dann 3/5.1,15-H.T.In29,3/1 kcal/1 Wasser,was bei 23°C 4,2 kcal/1 entspricht.For example, if there are 5 compressor stages alternating with sieve = floors, which are covered with about mi υ iiaschig-kirigen, arranged, see above the energy to be expended decreases to 3/5 of an e'in = The energy expenditure is then 3 / 5.1.15-H.T.In29.3 / 1 kcal / 1 water, which is 4.2 kcal / 1 at 23 ° C is equivalent to.
Da in der Konzentrationskammer (2) derselbe Druck herrschen soll,wie in der Absorptionskammer (p),isc es erforderlich, daß das Meerwasser mit einem Druck von 29,3 atm eingepumpt wird.Die hierzu nouige Energie kann aber nahezu vollständig zurückgewonnen werden,wenn die Drosseln (11) und (12) als Turbinen ausgebildet v/erden.Because the pressure in the concentration chamber (2) is the same should, as in the absorption chamber (p), it is necessary that the sea water is pumped in at a pressure of 29.3 atm The energy required for this can, however, be almost completely can be recovered if the throttles (11) and (12) are designed as turbines.
Die i-iembran (4) kann beispielsweise aus einem,ulic Kollodium imprägnierten Jüü"C2:gewebe,das eine Maschenweite von etwa 1 -2 mm aufweist,besbuhen.The i-membrane (4) can, for example, consist of a ulic collodion impregnated Jüü "C2: fabric with a mesh size of about 1-2 mm, besbuhen.
Bei einer Schichtdicke des ITiliaes (5) von 0,2 mm und COp als Arbeitsgas werden bei 23 G stündlich euwa 20 1 V/asserWith a layer thickness of the ITiliaes (5) of 0.2 mm and COp the working gas at 23 G is euwa 20 1 V / water per hour
je m i-iembranflache gewonnen.Voraussetzung hierfür ist aber, daß entweder die,jenseits der Membxian (4) gelösten teilchen geringere Molekular-,Ionengewichüe etc.haben,als die Gas= moleküle,oder,daß in der Konaentrationskammer (2) i'urbu= lenzen erzeugt werden,die die Diffusion in diesem Raum unter= stützen.Letzeres kann dadurch erreicht werden,daß die,zu kon= zentrierende Lösung zwischen zwei nahe zueinander,parallel angeordnete und gefaltete Membrane geleitet wird.In einer solchen Anordnung ist es beispielsweise möglich,iiilch mit Hilfe von Ammoniak,der dabei lediglich einen Druck von 1atm aufzuweisen hat,im Verhältnis 20/1 zu konzentrieren.each m i-iembranflache gewonnen.Voraussetzung this purpose, however, is that either the beyond the Membx, i in (4) dissolved particles smaller molecular, Ionengewichüe etc.haben, molecules than the gas =, or that in the Konaentrationskammer (2) i'urbu = lenzen can be generated, which support the diffusion in this space. The latter can be achieved that the solution to be concentrated is passed between two close, parallel arranged and folded membranes. In such an arrangement It is possible, for example, to concentrate milk in a ratio of 20/1 with the help of ammonia, which only has a pressure of 1 atm.
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