DE3918429A1 - Einrichtung zur molekularen trennung von gemischen nach dem prinzip der sorption - Google Patents

Description

B. Beschreibung Stand der Technik

Aus Gründen des Umweltschutzes müssen flüchtige Flüssigkeiten, die verdunsten, mit der Luft ein Gemisch bilden und aus dem Prozeß aus­ treten oder abgesaugt werden, unschädlich gemacht werden. Solche Flüssigkeiten werden hier allgemein als Lösemittel bezeichnet.

Ein verbreitetes Verfahren, Lösemittel unschädlich zu machen, ist die Verbrennung, bei der jedoch das Lösemittel verloren geht. Der Gesetzgeber fordert in neuerer Zeit bereits die Vermeidung von Ab­ fällen, die bei Lösemittel u. a. durch eine Rückgewinnung realisier­ bar und auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten erstrebenswert ist.

Darüber hinaus besteht häufig auch die Aufgabe, aus der Prozeßat­ mosphäre Lösemittel abzuscheiden.

Neben Lösemitteln, die bei Raumtemperatur als Flüssigkeit vorlie­ gen, infolge ihres Dampfdrucks verdunsten (Dämpfe) und sich mit der Luft vermischen, müssen häufig auch Gasgemische getrennt werden, deren Siedepunkt unter der Raumtemperatur liegt, z. B. Stickstoff und Sauerstoff. Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die An- und Abreicherung (Trennung) gasförmiger Komponenten, die auch kurz als Stoffe bezeichnet werden. Die Beschreibung erfolgt stellvertre­ tend am Beispiel von Lösemitteln und gilt allgemein für Gemische von Gasen und Dämpfen, wobei Luft eine Gemischkomponente sein kann.

Die Adsorption von Lösemitteln mit nachfolgender Desorption zur Trennung des Lösemittels vom Adsorptionsmaterial, Sorption genannt, ist ein klassisches und vielfach angewandtes Verfahren. Als Adsorp­ tionsmaterial werden bevorzugt verwendet z. B. Aktivkohle, Aktivton­ erde, Silicagel, Molekularsiebe und Kohlenstoff-Molekularsiebe. Stellvertretend erfolgt die Beschreibung am Beispiel von Aktivkoh­ le.

Der Einsatz von Aktivkohle ist am verbreitetsten. Aktivkohle ist mikroporöser Kohlenstaub, der aus verschiedenen Rohstoffen herge­ stellt wird: Braunkohle, Steinkohle, Torf, Holz, und Kokosnußscha­ len. Die innere Porenoberfläche kann mehr als 1500 m²/g Aktivkohle betragen. Herstellformen sind Pulverkohle, granulierte Aktivkohle oder Formkohle. Einzelheiten können der einschlägigen Fachliteratur entnommen werden.

Beim Absorptionsvorgang kommt das Gemisch mit der Aktivkohle in Berührung. Durch Absorptionskräfte (van-der-Waal'sche Kräfte, Reibungskräfte, Kohäsionskräfte) werden die Gemischkomponenten in unterschiedlichem Maße angelagert, was als selektive Anlagerung bezeichnet wird. Bei der Adsorption erfolgt eine Kondensation des Lösemittels in den Poren der Aktivkohle.

Adsorption und Desorption laufen nach denselben physikalischen Ge­ setzen ab (Sorptionsisotherme). Über die Partialdrücke der Gaskom­ ponenten sowie die Gemischtemperatur kann gesteuert werden, ob Ad- oder Desorption erfolgt.

Unter der Annahme, die Aktivkohle habe durch den Desorptionsvorgang das angelagerte Lösemittel weitgehend abgegeben, lagert bei der gewählten Adsorptionstemperatur im Bereich der Raumtemperatur die Aktivkohle Teile des im Gemisch enthaltenen Lösemittels im Ver­ gleich zu Luft bevorzugt (selektiv) an, bis der Sättigungszustand erreicht ist und die Aktivkohle kein Lösemittel mehr aufnimmt.

Die Desorption kann bei der Adsorptionstemperatur erfolgen, wenn z. B. ein nicht mit Lösemittel beladener reiner Gasstrom über die Aktivkohle geleitet wird. Durch Temperaturerhöhung wird der Vorgang wirkungsvoll unterstützt. Es ist z. B. auch möglich, die Desorption durch Anlegen eines niedrigeren Drucks durchzuführen.

In der Praxis wählt man zur Desorption Wasserdampf oder erhitzte reine Luft sowie Inertgas, z. B. Stickstoff, in der Regel im Tem­ peraturbereich 100 bis 150°C, wozu erhebliche Energieaufwendun­ gen erforderlich sind, selbst wenn mit Wärmerückgewinnung gearbei­ tet wird. Der zur Desorption benötigte Volumenstrom ist deutlich kleiner als der Volumenstrom der Adsorption. Dadurch wird eine Aufkonzentration des Lösemittels im Vergleich zu dem zu reinigenden Lösemittel-Luft-Gemisch erreicht.

Bei der thermischen Desorption können bestimmte Lösemittel gespal­ ten werden, die u. U. hochgiftig sind oder zumindest keine Wieder­ verwendung ermöglichen.

Beträgt im zu reinigenden Gasgemisch die Lösemittelkonzentration z. B. 0,5 g/Nm³, so liegt diese im Desorptionsstrom z. B. bei 5 g/Nm³.

Die Anwendung der Aktivkohletechnik zur Lösemittelrückgewinnung er­ folgt in diskontinuierlich oder kontinuierlichen Verfahren.

Beim diskontinuierlichen Verfahren, auch Festbett-Sorptionsverfah­ ren bezeichnet, wird in einem ersten Behälter die Aktivkohle mit Lösemittel beladen, während gleichzeitig ein zweiter Behälter ther­ misch oder durch Druckerniedrigung desorbiert wird, wobei sich beide Effekte unterstützen. Belade- und Desorptionsvorgang müssen in derselben Zeit abgeschlossen sein, um einen unterbrechungsfreien Betrieb zu erhalten, was durch entsprechende Wahl der Menge der Aktivkohle erreicht werden kann. Die Aktivkohle liegt in der Regel als Formkohle vor.

Das Wanderbett-Sorptionsverfahren und Absorberräder arbeiten konti­ nuierlich.

Beim Wanderbettverfahren wird die Aktivkohle durch einen aufwendi­ gen Transportmechanismus vom Adsorptionsbereich in den Desorptions­ bereich bewegt. Die Desorption kann thermisch oder durch Drucker­ niedrigung erfolgen. Die Aktivkohle, die in der Regel als granu­ lierte Aktivkohle vorliegt, unterliegt bei Transport mechanischem Verschleiß.

Das Adsorberrad hat die Form einer Trommel, befindet sich in einem dichten Gehäuse und rotiert langsam. Das Adsorberrad besteht aus einer Vielzahl kleiner Kanäle, die in Richtung Zylinderdrehachse oder in radialer Richtung angeordnet sind. Die Kanäle werden i. R. durch gasundurchlässige Tragwände, z. B. aus Metall oder Keramik gebildet, auf deren Oberflächen Aktivkohleschichten aufgebracht sind und die von dem zu reinigenden Stoffgemisch in der vollen Oberflä­ che überströmt werden. Selbsttragende Kanäle aus Aktivkohle sind bei entsprechender Formgebung ebenfalls möglich.

In Strömungsrichtung gesehen wird über einen ersten feststehenden Zuführkanal, der an der Gehäusewand des Adsorberrads endet, eine erste Teilfläche der Kanalöffnungen mit dem zu reinigenden Löse­ mittel-Luft-Gemisch angeströmt. An den Kanalenden der ersten Teil­ fläche tritt das Lösemittel-Luft-Gemisch aus und strömt in einen feststehenden ersten Abluftkanal ein, der an der Gehäusewand des Adsorberrads beginnt. Dabei nimmt die Aktivkohle einen Großteil der Lösemittelmenge auf. Das austretende Lösemittel-Luft-Gemisch weist eine deutlich kleinere Lösemittelkonzentration auf als das eintre­ tende Lösemittel-Luft-Gemisch.

In Strömungsrichtung gesehen wird eine zweite, versetzt angeordnete Teilfläche der Kanalöffnungen über einen feststehenden zweiten Zu­ führkanal, der an der Gehäusewand des Adsorberrads endet, z. B. mit dem Desorptionsstrom beaufschlagt.

Der Desorptionsstrom kann eine Restkonzentration an Lösemittel auf­ weisen. Die Desorption kann thermisch oder durch Druckerniedrigung erfolgen, wobei sich beide Effekte unterstützen. Der Desorptions­ strom ist deutlich kleiner als das zu reinigende Lösemittel-Luftge­ misch, so daß der austretende Desorptionsstrom eine deutlich höhere Konzentration als das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch auf­ weist.

Der Desorptionsstrom tritt an den Kanalenden auf einer entsprechen­ den zweiten Teilfläche wieder aus und strömt in einen feststehenden zweien Abluftkanal ein, der an der Gehäusewand des Adsorberrads beginnt.

Durch die Drehung des Adsorberrads wandert die zweite Teilfläche, durch die der Desorptionsstrom tritt, in den Bereich der ersten Teilfläche, durch die das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch ein- und ausströmt. Dabei wandert auch die bei der thermischen De­ sorption erwärmte Zone in den Bereich des Adsorptionsstroms, was durch Kühlung verhindert werden muß, um Adsorption zu ermöglichen.

In Drehrichtung des Adsorberrads gesehen liegt zwischen den Teil­ flächen von Desorption und Adsorption der Kühlbereich. In Strö­ mungsrichtung gesehen wird über einen dritten feststehenden Zuführ­ kanal, der an der Gehäusewand des Adorberrads endet, eine dritte Teilfläche der Kanalöffnungen mit einem kalten Luft- oder Stick­ stoffstrom angeströmt. An den Kanalenden der dritten Teilfläche tritt der Luft- bzw. Stickstoffstrom aus und strömt in einen fest­ stehenden dritten Abluftkanal ein, der an der Gehäusewand des Ad­ sorberrads beginnt und in der Regel mit dem ersten feststehenden Zuführkanal für das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch verbunden ist.

In Drehrichtung gesehen weisen die ersten, zweiten und dritten Kanäle Abstände auf. Diese Zwischenräume erbringen keinen Beitrag zur Adsorption, Desorption und Kühlung und vergrößern letztlich nur das Bauvolumen. Die Dichte der im Adsorberrad installierten Aktiv­ kohlemenge ist infolge des Kanalaufbaus relativ klein, so daß auch die Menge des adsorbierten Lösemittels bezogen auf das Bauvolumen klein ist. Daraus ergibt sich zwangsläufig, daß für ein bestimmtes Bauvolumen des Adsorberrads bzw. für eine bestimmte installierte Aktivkohlemenge die Eingangskonzentration des zu reinigenden Löse­ mittel-Luft-Gemischs nach oben begrenzt ist, wenn eine vorgegebene Restkonzentration im Reingas erreicht werden soll.

Konstruktionsbedingt weist das rotierende Adsorberrad im Gehäuse Spalte auf, so daß es unvermeidbar ist, daß infolge der Undichthei­ ten ein Teil des Adsorptionsstroms auf die Seite der Desorption ge­ langt und umgekehrt. Dies ist unerwünscht, weil dadurch der Anrei­ cherungseffekt gemindert wird. Außerdem werden zu dieser Art der thermischen Desorption erheblich Energiemengen benötigt, die teil­ weise jedoch wieder über Wärmetauscher reduziert werden können.

Da die Adsorptions- und Desorptionszeiten i. R. unterschiedlich sind, ergibt sich eine Baugröße für das Adsorberrad, die wesentlich größer ist, als zur alleinigen Aufnahme des Lösemittels notwendig wäre, was die Kosten unnötig ansteigen läßt.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Nachteile der be­ kannten Sorptionsverfahren zu vermeiden, indem eine Vorrichtung vorgeschlagen wird, die

• - kontinuierlich arbeitet,
• - zur Desorption keine von außen zugeführte Wärmeenergie benötigt,
• - thermischen Zerfall der Lösemittel vermeidet,
• - im Vergleich zu diskontinuierlich arbeitenden Verfahren keine weiteren Behälter mit Umschaltvorrichtung benötigt und
• - im Vergleich zu kontinuierlich arbeitenden Verfahren keine beweg­ ten Teile aufweist und
• - die installierte Aktivkohlemenge optimal nutzt.

C. Beschreibung der Erfindung C1. Funktionsbeschreibung

Der Gedanke der Erfindung liegt darin, die Aktivkohle in Form einer Wand auszubilden, die das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch mit niedriger Konzentration vom angereicherten Gemisch trennt und die Desorption durch Druckabsenkung durchzuführen, die evtl. durch moderate Temperaturerhöhung unterstützt wird.

Auf der Seite des zu reinigenden Lösemittel-Luft-Gemischs wird das Lösemittel, das Kontakt zur Aktivkohleschicht hat, selektiv adsor­ biert und somit dem Gemisch entzogen. Die Aktivkohle lädt sich all­ mählich mit Lösemittel auf und erreicht die Aufnahmegrenze, wobei sich das aufgenommene Lösemittel innerhalb der Aktivkohle verteilt und insbesondere bis zur zweiten Grenzfläche der Aktivkohleschicht wandert. Legt man in dem Raum, der durch die Aktivkohlewand von dem zu reinigenden Lösemittel-Luft-Gemisch abgetrennt wurde, einen kleineren Druck an als auf der Seite des Lösemittel-Luft-Gemischs, so wird Lösemittel desorbiert. Aus Gründen der Kontinuität wandert das Lösemittel in der Aktivkohlewand von der Seite des zu reini­ genden Lösemittel-Luft-Gemischs auf die andere Seite der Aktivkoh­ lewand.

Neben Lösemittel tritt auch ein gewisser Anteil des Trägergases, in diesem Fall Luft, ebenfalls durch die Aktivkohlewand. Da Aktivkohle auf Luft eine kleinere Anlagerungswirkung ausübt als Lösemittel, tritt durch die Aktivkohlewand bevorzugt Lösemittel hindurch, so daß auf der Seite des kleineren Drucks die Lösemittelkonzentration höher liegt als die des zu reinigenden Lösemittel-Luft-Gemischs, wodurch der Aufkonzentrationseffekt erreicht wird.

C2. Legende

Die Schicht aus Aktivkohle, mit und ohne Stützkonstruktion, wird hier abkürzend als Wand bezeichnet, wenn es auf eine Unterscheidung des Schichtaufbaus nicht ankommt.

Fig. 1.1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Funktionselements des Adsorbers in ebener Bauform ohne zusätzliche Stütz­ konstruktion im Querschnitt.

Fig. 1.2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Funktionselements des Adsorbers in ebener Bauform mit zusätzlicher außenlie­ gender Stützkonstruktion im Querschnitt.

Fig. 1.3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Funktionselements des Adsorbers in ebener Bauform mit zusätzlicher mittig angeordneter Stützkonstruktion im Querschnitt.

Fig. 1.4 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Stützkonstruktion im Querschnitt.

Fig. 2.1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Funktionselements des Adsorbers in Rohrbauform ohne zusätzliche Stützkon­ struktion.

Fig. 2.2 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Funktionselements des Adsorbers in Rohrbauform mit zusätzlicher, im Rohr liegender Stützkonstruktion.

Fig. 2.3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Funktionselements des Adsorbers in Rohrbauform mit zusätzlicher, mittig an­ geordneter Stützkonstruktion.

Fig. 2.4 zeigt den grundsätzlichen Aufbau eines Funktionselements des Adsorbers in Rohrbauform mit zusätzlicher außen am Rohr liegender Stützkonstruktion.

Fig. 3 zeigt die Zusammenfassung mehrerer Wände in Rohrbauform zu einem Rohrmodul im Querschnitt.

Fig. 4.1 zeigt die Zusammenfassung mehrerer Wände in ebener Bauform zu einem Platten- oder Kissenmodul im Längsschnitt.

Fig. 4.2 zeigt die Zusammenfassung mehrerer Wände in ebener Bauform zu einem Platten- oder Kissenmodul im Querschnitt.

Fig. 5.1 zeigt die Zusammenfassung von zwei Wänden mit dazwischen­ liegender Stützschicht in ebener Bauform in der Drauf­ sicht.

Fig. 5.2 zeigt die Zusammenfassung von zwei Wänden mit dazwischen­ liegender Stützschicht in ebener Bauform im Querschnitt.

Fig. 5.3 zeigt den Wickelmodul im Längsschnitt.

Fig. 5.4 zeigt den Wickelmodul im Querschnitt.

C3. Aufbau der Wände

Die folgenden Ausführungen am Beispiel einer ebenen Wand (Fig. 1.1 bis 1.4) gelten gleichermaßen für eine Wand in Rohrbauform (Fig. 2.1 bis 2.4).

Fig. 1.1: Es ist ein Teil einer ebenen Wand aus Aktivkohle (1) dargestellt. Im Raum (3) herrscht ein kleinerer Druck als in Raum (2), und das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch ströme in Raum (2). Das Lösemittel wird wenigstens teilweise an der Grenfläche (4) der Wand (1) selektiv adsorbiert, wandert (5) infolge des Par­ tialdruckgefälles von Raum (2) nach Raum (3) in der Wand (1) zur anderen Grenzfläche (6) und wird dort infolge des kleineren Par­ tialdrucks desorbiert.

Falls die Eigenstabilität der Wand aus Aktivkohle vergrößert werden muß, kann dies zusätzlich durch eine Stützkonstruktion erfolgen, wobei folgende Schichtfolgen möglich sind:

• 1. Stützkonstruktion (3) an der Oberfläche (5) der Aktivkohle (4):
  Fig. 1.2.
• 2. Aktivkohle (6) in und um Stützkonstruktion (7) angelagert: Fig. 1.3.

Die Stützkonstruktion (3, 7) kann z. B. aus einem ein- oder mehrla­ gigen Gewebe oder Gestrick unterschiedlicher Bindungsarten z. B. aus Metall-, Kohle-, Kunststoff-, Mineral-, Metalloxid- oder Glasfa­ sern bestehen, wobei es nicht schädlich ist, wenn die Fasern selbst in einem bestimmten Grad gasdurchlässig sind.

Darüber hinaus ist für die Stützkonstruktion auch ein gerüstartiger Hohlraumaufbau aus denselben oder ähnlichen Stoffen möglich. In den Hohlräumen erfolgt die teilweise oder vollständige Anlagerung der Aktivkohleschicht statt.

Fig. 1.4 zeigt einlagiges Gewebe mit einer einfachen Bindungs­ art, das gemäß Fig. 1.3 innerhalb der Aktivkohleschicht liegt. (30) stellt einen Kettfaden dar, (31) einen im Abstand dahinterliegenden Kettfaden. (32) und (33) sind die Schußfäden, die von den Kettfäden (30, 31) wechselweise umschlungen werden und dadurch sich gegensei­ tig Halt geben. Anstelle des Gewebes (30, 31, 32, 33) in Fig. 1.4 kann ein Gestrick treten. Dieses besteht aus verschlungenen Faser­ schleifen und ist hinreichend von gestrickten Kleidungsstücken aus dem Alltag her bekannt (nicht dargestellt).

Bei dem Wandaufbau Aktivkohle mit Tragkonstruktion füllt die Aktiv­ kohle die Lufthohlräume des Gewebes oder Gestricks. Dadurch wird verhindert, daß die Fasern gegeneinander verrutschen können, was die Stabilität und Tragfunktion bewirkt. Die verschiedenen Bin­ dungsarten von Gewebe und Gestrick führen zu unterschiedlich großen Lufthohlräumen zwischen den Fasern und weisen unterschiedliche fle­ xible Eigenschaften auf.

Auch durch spezielle Verfahren, wie z. B. Ätzen oder Laser- bzw. Elektronenstrahlbearbeitung, kann eine zunächst homogene Stützkon­ struktion z. B. aus Metall, Kohle, Kunststoff, Mineralstoff, Metall­ oxid oder Glas mit Öffnungen versehen oder die Öffnungen durch Aus­ waschen oder Herausätzen eingelagerter Stoffe erzeugt werden. Sol­ che Stützkonstruktionen in Rohrform sind sehr starr, während die ebene Bauform in Richtung der Flächennormalen weniger starr ist.

Die Stützkonstruktion (3, 7) soll für den Gasdurchtritt von Raum 1 (20) nach Raum 2 (21) ein großes Flächenverhältnis des Öffnungs­ querschnitts zwischen den Fasern zum vorhandenen tragenden Mate­ rialquerschnitt aufweisen, damit die Strömung durch die Aktivkohle­ wand nicht oder höchstens nur geringfügig beeinträchtigt wird. Das Hohlraumvolumen der Stützkonstruktion soll möglichst viel Aktivkoh­ leanlagerung möglichen. Geflechte und Gestricke aus multifilen Fäden eignen sich bevorzugt als Stützkonstruktion, da die multifi­ len Fäden im kleinen gesehen selbst wieder räumliche Gebilde mit hohem Hohlraumanteil darstellen, die hervorragend eine Anlagerung, Haftung und Verbindung der Aktivkohle an der Oberfläche der Stütz­ konstruktion ermöglichen.

Raum 1 (20) kann auf der Seite (23) der Stützschicht (3) liegen oder alternativ auf der Seite (22) der Aktivkohle (6), siehe Fig. 1.3. Das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch kann auf der Seite (23) der Stützschicht (3) strömen oder auf der Seite (22) der Aktivkohle (4), siehe Fig. 1.3.

Bei der Rohrbauweise der Wand gibt es folgende Ausführungsformen:

In Fig. 2.1 zeigt (10) die Wand aus Aktivkohle. Das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch kann im Rohr (35) oder außerhalb (36) strö­ men von (20) nach (21).

In Fig. 2.2 liegt die Stützkonstruktion (37) innen und die Wand (38) außen. Bei Fig. 2.3 ist die Stützkonstruktion (37) in die Wand (38) eingebettet, analog zu Fig. 1.4. Darüber hinaus kann die Stützkonstruktion (37) außen und die Wand (38) innen liegen, siehe Fig. 2.4.

Gewebe und Gestricke lassen sich relativ kostenkünstig herstellen. Vorzugsweise werden ebene Wandflächen mit gewobener Stützkonstruk­ tion verstärkt, weil ein Gewebe weniger elastisch und flexibel ist als ein Gestrick. Rohrförmige Wände werden aus herstelltechnischen Gründen vorzugsweise mit gestrickten Stützkonstruktionen verstärkt.

Erwähnt sei, daß im Falle explosiver Lösemittel-Luft-Gemische die Gefahr elektrostatischer Aufladungen gegeben ist, die bei Funken­ entladung eine Zündung bewirken können. Bei Verwendung von Wänden, die neben sorptiven außerdem elektrich leitende Eigenschaften aufweisen, können die Ladungen über eine Erdung abgeleitet werden. Dieser Effekt kann unterstützt werden, wenn zusätzlich die Stütz­ konstruktion aus elektrisch leitendem Material besteht.

Die Erfindung kann sinngemäß auch auf dampf- und gasförmige Stoff- Gemische angewandt werden, die kein Lösemittel darstellen. Ein Bei­ spiel sei Wasserdampf in Luft bei der Anwendung Trocknung. Das Ad­ sorptionsmittel sei z. B. Silicagel, welches den Wasserdampf auf­ nimmt. Außerdem ist es möglich, z. B. mit Aktivkohle erfindungsgemäß Sauerstoff und Stickstoff zu trennen und dadurch die Komponenten aufzukonzentrieren.

Eine weitere Anwendung ist bei Flüssigkeitsgemischen möglich, die auf der einen Seite der Aktivkohlewand vorbeigeführt werden. Dabei werden selektiv in der Aktivkohle Flüssigkeitskomponenten angela­ gert, die nach demselben beschriebenen Vorgang durch Druckabsenkung auf der anderen Seite der Aktivkohlewand desorbiert werden. Ein Beispiel ist die Abtrennung von Lösemittel in Wassergemischen.

C4. Zusammenfassung mehrerer Wände zu einem Rohrmodul

In Fig. 3 zeigt den Querschnitt eines Rohrmoduls. Ein oder mehrere Rohre (40), die kleinsten handhabbaren Wandeinheiten, sind in einem Gehäusekörper (41) untergebracht, der die Öffnungen (43) aufweist. Der Zwischenraum der Rohre (40) ist an beiden Enden des Gehäusekör­ pers (41) mit zusätzlichen Wänden (42) ausgefüllt, die die Rohre (40) dicht umschließen und außerdem zum Gehäusekörper (41) dicht abschließen. Dadurch wird der Raum außerhalb der Rohre (44) vom Raum innerhalb der Rohre (45) bis auf die gewollte Gasdurchlässig­ keit der Rohre (40) dicht abgetrennt.

Der Gehäusekörper (41) hat die Aufgabe, ein Rohr (40) oder mehrere Rohre (40) und die Wände (42) zu halten sowie eine Begrenzungsflä­ che zu schaffen für den Innenraum (44) des Gehäusekörpers (41) zur Atmosphärenluft.

Das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch strömt bei (46) in die Rohre (40) ein und verläßt diese am anderen Ende (47). Dabei kommt es mit den Wänden in Kontakt. Wird an den Öffnungen (43) des Ge­ häusekörpers (41) ein kleinerer Druck als auf der Seite des zu rei­ nigenden Lösemittel-Luft-Gemisch angelegt, laufen die beschriebe­ nen Vorgänge der Sorption ab. An den Öffnungen (43) wird angrei­ chertes Lösemittel-Luft-Gemisch abgezogen. Bei (47) tritt abgerei­ chertes Lösemittel-Luft-Gemisch aus.

C5. Zusammenfassung mehrerer Wände zu einem Platten- oder Kissen­ modul

Fig. 4.1 zeigt den Längsschnitt durch einen Platten- oder Kissenmo­ dul: Gehäusekörper (50) mit stirnseitigen Öffnungen (51.1, 51.2); rohrförmiger Kanal (52) mit Öffnungen in der Wand (53) und den Aus­ trittsöffnungen (59.1, 59.2); kleinsten handhabbaren Wandeinheiten (54.1, 54.2), als Platten oder Kissen gezeichnet, die zueinander um 180° versetzt eingebaut sind, mit Wandpaar (55.1) mit stützender und durchlässiger Zwischenschicht (55.2) (als Stützschicht abge­ kürzt bezeichnet), die am äußeren Begrenzungsrand (56.1, 56.2) durchgehend dicht miteinander verbunden und am inneren Begrenzungs­ rand (57.1, 57.2) keine Verbindung miteinander aufweisen, mit Rück­ sprung (58.1, 58.2); Distanzring außen (60.1), Distanzring innen (60.2).

Fig. 4.2 zeigt den Querschnitt durch den Platten- oder Kissenmodul:
Gehäusekörper (69.1), rohrförmiger Kanal (69.2) mit Öffnungen (69.3) in der Wand; Wandpaar mit dazwischenliegender Stützschicht (65.1), die am äußeren Begrenzungsrand (66.1) durchgehend dicht miteinander verbunden und am inneren Begrenzungsrand (67) keine Verbindung miteinander aufweisen, mit Einsprung (68.1); dahinter­ liegendes Wandpaar mit dazwischenliegender Stützschicht (65.2), um 180° eingebaut [die Distanzringe (60.1, 60.2) sind nicht darge­ stellt], die am äußeren Begrenzungsrand (66.2) durchgehend dicht miteinander verbunden sind und am inneren Begrenzungsrandrand (67) keine Verbindung miteinander aufweisen; Rücksprung der Kontur (68.2).

Der Gehäusekörper (50, 69.1) hat die Aufgabe, ein oder mehrere Wandpaare mit Stützschicht (54.1, 54.2), den rohrförmigen Kanal (52, 69.2) sowie die Distanzringe (60.1, 60.2) zu halten sowie eine Begrenzungsfläche zu schaffen für den Innenraum des Gehäusekörpers (50, 69.1) zur Atmosphärenluft.

Das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch (61.1) strömt durch die stirnseitige Öffnung (51.1) in den Gehäusekörper (50) hinein. Die Strömung (61.3) verläßt diesen wieder durch Öffnung (51.2). Im Gehäusekörper strömt das Lösemittel-Luft-Gemisch in den durch die Distanzringe (60.1, 60.2) und die äußeren Oberflächen der Wände (55.1) gebildeten Zwischenräume (64.1, 64.2). Über den Randeinzug (58.1, 58.2, 68.1, 68.2) gelangt die Strömung (61.2) vom einen Zwischenraum (64.1) in den nächsten (64.2). Dabei kommt das Löse­ mittel-Luft-Gemisch mit den Wänden in Kontakt.

Wird im rohrförmigen Kanal (52) des Gehäusekörpers (50) ein klei­ nerer Druck als auf der Seite des zu reinigenden Lösemittel-Luft- Gemischs (51.1, 51.2) angelegt, laufen die beschriebenen Vorgänge der Sorption ab. Im rohrförmigen Kanal (52) wird angereichertes Lösemittel-Luft-Gemisch abgezogen. Aus dem Gehäusekörper (50) tritt durch Öffnung (51.2) abgereichertes Lösemittel-Luft-Gemisch aus.

Damit die unerwünschte Vermischung der auf- und abgereicherten Lösemittel-Luft-Gemische vermieden wird, müssen die inneren Distanzringe (60.2) mit einem gewissen Druck dichtend an den beiden Wänden mit dazwischenliegender Stützschicht (54.1, 54.2 usw.) (49.1) und an den Stirnflächen (49.2) des Gehäusekörpers (50) anliegen.

Die äußeren Distanzringe (60.1) müssen an den beiden Wänden mit dazwischenliegender Stützschicht (54.1, 54.2, usw.) (63.2) und an den Stirnflächen (63.1) des Gehäusekörpers (50) nur soweit abdich­ ten, daß das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch von Zwischenraum zu Zwischenraum (64.1, 64.2) strömt und nicht am Außendurchmesser des äußeren Distanzrings (60.1) und der beiden Wände mit dazwi­ schenliegender Stützschicht (54.1, 54.2, usw.) entlang strömt.

C6. Zusammenfassung mehrerer Wände zu einem Wickelmodul

Fig. 5.2 zeigt den Querschnitt zweier Wände mit stützendem und durchlässigem Material (als Stützschicht abgekürzt bezeichnet) vor dem Spiralwickeln, das elastische oder plastische Verformbarkeit voraussetzt: Wandpaar (70); Stützschicht (71); Verbindungsrand (73), der Wandpaar (70) mit Stützschicht (71) dicht verbindet.

Fig. 5.1 zeigt die Draufsicht auf zwei Wände mit Stützschicht: Be­ grenzungsrand (73); dichter Verbindungsrand (74) an drei Seiten des Begrenzungsrandsrand (73); offener Begrenzungsrand (75).

Das Wandpaar (70) mit der dazwischenliegenden Stützschicht (72) sowie die äußere Stützschicht (85, 96) stellen die kleinste hand­ habbare Wandeinheit dar.

Fig. 5.4 zeigt den Querschnitt eines Wickelmoduls: Gehäusekörper (80) mit stirnseitigen Öffnungen (81), rohrförmiger Kanal (82) mit radialen Öffnungen (83); spriralförmig aufgewickeltes Wandpaar mit dazwischenliegender Stützschicht (84) gemäß Fig. 5.1, mit dichten Begrenzungsrändern an drei Seiten (86) und an der vierten Begren­ zung offen (87); mit einer spiralförmig aufgewickelten äußeren Stützschicht (85) als Zwischenlage, die auf der offenen Seite (87) des spiralförmig aufgewickelten Wandpaars mit dazwischenliegender Stützschicht (84) stirnseitig verschlossen ist (88).

Fig. 5.3 zeigt den Längsschnitt: Gehäusekörper (80) mit stirnseiti­ gen Öffnungen (81), rohrförmiger Kanal (82) mit radialen Öffnungen (83), spiralförmig aufgewickeltes Wandpaar (94) mit durchlässigem Material (95) innen gemäß Fig. 5.1, mit dichten Begrenzungsrändern an drei Seiten (im Schnitt sind die beiden stirnseitigen (93) er­ kennbar) und an der vierten Begrenzung offen (nicht dargestellt), mit Abdichtung (97) zu den stirnseitigen Wänden des Gehäusekörpers (80), mit durchlässigem Material außen (96) als Zwischenlage.

Die Kontur der Wände (70) sowie der Stützschichten innerhalb (71) und außerhalb (85, 96) der Wände (70) werden vorzugsweise in Recht­ eckform ausgeführt. Die Breite (75) der Wände (70) sowie der Stützschichten innerhalb (71) und außerhalb (85, 96) der Wände (70) werden vorzugsweise gleich groß gewählt.

Die Länge (76) der Wände (70) sowie der Stützschicht innerhalb (71) der Wände (70) werden vorzugsweise gleich groß gewählt, während die Länge der Stützschicht außerhalb der Wände (70) vorzugsweise größer ist als die der Wände (70). Am Außendurchmesser des Wickels enden die Wände (70) mit der dazwischenliegenden Stützschicht (85, 96) z. B. bei (99), während die äußere Stützschicht (85, 96) z. B. bis (100) weitergeführt wird. Die in Achsrichtung des Wickels verlau­ fenden Begrenzungen im Zentrum des Wickels bei (87, 88) enden zweckmäßigerweise in derselben radialen Ebene, so daß sich um den rohrförmigen Kanal (82) der Freiraum (101) ausbildet, in dem das durch den rohrförmigen Kanal (82) austretende angereicherte Löse­ mittel-Luft-Gemisch (90) sammeln kann.

Der Gehäusekörper (80) hat die Aufgabe, ein oder mehrere Wandpaare mit Stützschicht (54.1, 54.2), die äußere Stützschicht (85, 96) sowie den rohrförmigen Kanal (82) zu halten sowie eine Begrenzungs­ fläche zu schaffen für den Innenraum des Gehäusekörpers (80) zur Atmosphärenluft.

Das Wandpaar (70) mit der dazwischenliegenden Stützschicht (72) sowie die äußere Stützschicht (85, 96) stellen die kleinste hand­ habbare Wandeinheit dar. Eine oder mehrere kleinste handhabbare Wandeinheiten können spiralförmig aufgewickelt werden.

Das zu reinigende Lösemittel-Luft-Gemisch (91) strömt durch die stirnseitigen Öffnungen (81) in den Gehäusekörper (80) ein, durch­ strömt die spiralförmige gewickelte äußere Stützschicht (85, 96) in axialer Richtung (98) und verläßt diese durch die Öffnungen (81) in der anderen Stirnwand des Gehäusekörpers bei (92). Dabei kommt das Lösemittel-Luft-Gemisch mit den Wänden in Kontakt.

Wird im rohrförmigen Kanal (82) des Gehäusekörpers (80) ein kleine­ rer Druck als auf der Seite des zu reinigenden Lösemittel-Luft-Ge­ mischs angelegt, laufen die beschriebenen Vorgänge der Sorption ab.

Im rohrförmigen Kanal (82) wird angereichertes Lösemittel-Luft- Gemisch (90) abgezogen. Bei (92) tritt abgereichertes Lösemittel- Luft-Gemisch aus.

Beansprucht werden die oben angegebenen Patentansprüche.

Claims (10)

1. Einrichtung zur molekularen Trennung von Gemischen nach dem Prinzip der Sorption, dadurch gekennzeichnet, daß

• - das sorptionsfähige Material (1, 4, 6, 10, 38) wandförmig ausgebildet ist,
• - die Wände aus sorptionsfähigem Material (1, 4, 6, 10, 38) mit der einen Grenzfläche (z. B. 4) das zu reinigende und abzurei­ chernde Stoffgemisch begrenzen,
• - die Wände aus sorptionsfähigem Material an der Grenzfläche zum zu reinigenden und abzureichernden Stoffgemisch Stoffe selektiv adsorbieren,
• - die Wände aus sorptionsfähigem Material (1, 4, 6, 10, 38) auf der anderen Grenzfläche (z. B. 6) Stoffe desorbieren,
• - die Wände aus sorptionsfähigem Material für Stoffe durchläs­ sig sind (20-21),
• - in den Wänden aus sorptionsfähigem Material (1, 4, 6, 10, 38) Stoffe in Richtung des Druckgefälles transportiert werden (20-21).

2. Einrichtung zur molekularen Trennung von Gemischen nach dem Prinzip der Sorption, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Wände aus sorptionsfähigem Material (1, 4, 6, 10, 38) (Fig. 1.1, 2.1) zusätzlich eine Stützkonstruktion (3, 7, 30, 31, 32, 33, 37) aufweisen (Fig. 1.2-1.5, 2.2-2.4),
• - die Stützkonstruktion (3, 7, 30, 31, 32, 33, 37) für die Stoffe durchlässig ist.

3. Einrichtung zur molekularen Trennung von Gemischen nach dem Prinzip der Sorption, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Wände aus sorptionsfähigem Material (1, 4, 6, 10, 38) in einem Gehäuse (41, 50, 80) untergebracht sind,
• - die Wände aus sorptionsfähigem Material (1, 4, 6, 10, 38) in dem Gehäuse (41, 50, 80) zusammen mit weiteren anderen Ele­ menten (42, 60.1, 60.2) oder ohne diese (Fig. 5.3, 5.4) min­ destens zwei Räume (44 und 46/47; 57.1/57.2/59.2/62.1/62.2 und 61.1/61.2/61.3; 89/90/101 und 85/91/92/96/98) körperlich be­ grenzen,
• - die von den Wänden aus sorptionsfähigem Material (1, 4, 6, 10, 38) begrenzten Räume aus dem Gehäuse durch Öffnungen (43, 45, 51.1, 51.2, 59.1, 59.2, 90, 91, 92) nach außen herausge­ führt werden.

4. Einrichtung zur molekularen Trennung von Gemischen nach dem Prinzip der Sorption, nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Wände eben ausgeführt sind (Fig. 1.1-1.4, Fig. 4.1, 4.2).

5. Einrichtung zur molekularen Trennung von Gemischen nach dem Prinzip der Sorption, nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Wände Rohrform aufweisen (Fig. 2.1-2.4).

6. Einrichtung zur molekularen Trennung von Gemischen nach dem Prinzip der Sorption, nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Wände Spiralform aufweisen (Fig. 5.3, 5.4).

7. Einrichtung zur molekularen Trennung von Gemischen nach dem Prinzip der Sorption, nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Wände die Form einer ebenen Fläche aufweisen,
• - zwei Wände (55.1) mit einer Schicht stützenden und durchläs­ sigem Materials (Stützschicht abgekürzt) (55.2) auf Abstand gehalten werden,
• - die Stützschicht (55.2) dieselbe Konturen aufweist wie die Wände (55.1),
• - mindestens zwei Wände und eine Stützschicht miteinander ver­ bunden werden (54.1, 54.2),
• - Wände und Stützschicht mindestens zwei Begrenzungsränder auf­ weisen (68.3/68.4 und 68.5),
• - zwei geschichtete Wände mit Stützschicht an mindestens einem Begrenzungsrand dicht miteinander verbunden sind,
• - der dicht verbundene Begrenzungsrand an mindestens einer Stelle gegenüber dem Konturverlauf einen Rücksprung aufweist,
• - zwei geschichtete Wände mit Stützschicht, die miteinander am ersten Begrenzungsrand dicht verbunden sind, an dem zweiten Begrenzungsrand oder den restlichen Begrenzungsrändern nicht miteinander verbunden sind,
• - mindestens zwei Wände mit Stützschicht in einem Gehäusekörper untergebracht sind,
• - der Gehäusekörper Öffnungen aufweist,
• - mindestens zwei Wände mit Stützschicht, die miteinander verbundenen sind, am äußeren und inneren Begrenzungsrand mit Distanzringen auf Abstand zueinander und zu den Stirnflächen des Gehäusekörpers gehalten werden und gleichzeitig an den Berührungsflächen abdichten,
• - zusätzlich zum Gehäusekörper ein rohrförmiger Kanal mit oder ohne Öffnungen in der Rohrwand vorhanden ist,
• - der rohrförmige Kanal gerade in die Kontur des Innenrands paßt,
• - paarweise geschichtete Wände mit Stützschicht, Gehäusekörper, rohrförmiger Kanal und Distanzringe so zwei Teilräume begren­ zen, die bis auf die geschichteten Wände zueinander dicht sind.

8. Einrichtung zur molekularen Trennung von Gemischen nach dem Prinzip der Sorption, nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zwei geschichtete Wände (55.1) mit Stützschicht (55.2), Ge­ häusekörper (50), rohrförmiger Kanal (52), Distanzringe (60.1, 60.2) Kreisform aufweisen,
• - zwei geschichtete Wände mit Stützschicht (55.1, 55.2), Ge­ häusekörper (50), rohrförmiger Kanal (52), Distanzringe (60.1, 60.2) konzentrisch angeordnet sind,
• - vorzugsweise zwei Wände (55.1) mit Stützschicht (55.2) am äußeren Begrenzungsrand (56.2) dicht miteinander verbunden sind und auf dem äußeren Begrenzungsrand (56.2) den Rück­ sprung (58.1, 65.2, 68.2) aufweist,
• - vorzugsweise zwei Wände (55.1) mit Stützschicht (55.2) am inneren Begrenzungsrand (57.1, 57.2, 67) nicht dicht ver­ bunden sind,
• - der Gehäusekörper (50, 69.1) an seinen beiden Enden minde­ stens jeweils eine Öffnung (51.1, 51.2) aufweist,
• - der rohrförmige Kanal (52, 69.2) aus dem Gehäusekörper (50, 69.1) mindestens an einer Stelle aus dem Gehäusekörper (62.1, 62.2) herausgeführt wird,
• - der rohrförmige Kanal (52, 69.2) in der Rohrwand Öffnungen (53, 69.3) aufweist, die den offenen inneren Begrenzungsrand (57.1, 57.2) zweier Wände und dazwischenliegende Stützschicht (55.1, 55.2) mit dem Kanalinnenraum (62.1, 62.2) verbinden,
• - mindestens zwei geschichtete Wände mit dazwischenliegender Stützschicht (55.1, 55.2), Gehäusekörper (50, 69.1), der rohrförmige Kanal (52, 69.2) und Distanzringe (60.1, 60.2) zwei Räume (61.1-61.3, 62.1-62.2) so begrenzen, daß diese bis auf die geschichteten Wände (55.1) mit dazwischenliegen­ der Stützschicht (55.2) zueinander dicht sind.

9. Einrichtung zur molekularen Trennung von Gemischen nach dem Prinzip der Sorption, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Wände zunächst die Form einer ebenen Fläche aufweisen (Fig. 5.1, 5.2),
• - mindestens zwei Wände (70) geschichtet werden,
• - zwei Wände (70) mit stützendem und durchlässigem Material (Stützschicht abgekürzt) (71) auf Abstand gehalten werden,
• - zwei geschichtete Wände (70) mit dazwischenliegender Stütz­ schicht (71) nur einen äußeren Begrenzungsrand (73) aufwei­ sen,
• - auf einer Außenseite der Wände (70) mit dazwischenliegender Stützschicht (71) eine weitere Stützschicht (85, 96) vor­ handen ist,
• - die Stützschicht (71) zwischen Wänden (70) dieselbe Kontur besitzt wie die Wände (70),
• - zwei geschichtete Wände (70) mit Stützschicht (71) zwischen den Wänden am Begrenzungsrand (73) nur auf einer Teillänge (74) des Begrenzungsrands (73) miteinander dicht verbunden sind und auf der restlichen Teillänge (75, 87) offen sind,
• - die Stützschicht auf der Außenseite (85, 96) der zwei ge­ genüberliegenden Wände (70) mit dazwischenliegender Stützschicht (71) entlang ihrer offenen Teillänge (75, 87) stirnseitig verschlossen (88) und dadurch undurchlässig ist,
• - die offene Teillänge (75, 87) der zwei geschichteten Wände (70) mit dazwischenliegender Stützschicht (71) zwischen den Wänden und die außerhalb liegende verschlossene dichte Teil­ länge (88) der Stützschicht (85, 96) parallel verlaufen,
• - die verschlossene dichte Teillänge (88) der außerhalb liegen­ den Stützschicht (85, 96) auf der Fläche der zwei geschichte­ ten Wände (70) mit dazwischenliegender Stützschicht (71) zu liegen kommt,
• - mindestens zwei geschichtete Wände (70) mit dazwischenliegen­ der Stützschicht (71) und die außerhalbliegende Stützschicht (85, 96) spiralförmig aufgewickelt werden (Fig. 5.4),
• - die verschlossene dichte Teillänge (88) der außerhalb liegen­ den Stützschicht (85, 96) sowie die offene Teillänge (75, 87) der zwei Wände (70) mit dazwischenliegender Stützschicht (71) im Zentrum des Wickels zu liegen kommen und die Richtung der Wickelachse (90-90) aufweisen,
• - der Spiralwickel in einen Gehäusekörper (80) eingebaut ist,
• - der Gehäusekörper (80) an seinen Enden in Richtung der Achse (90-90) des Spiralwickels jeweils mindestens eine Öffnung (81) aufweist,
• - die beiden stirnseitigen Flächen des Wickels die beiden Stirnflächen des Gehäusekörpers berühren und an den Berühr­ flächen (97) dicht anliegen,
• - zusätzlich zum Gehäusekörper (80) im Zentrum des Wickels ein rohrförmiger Kanal (82) vorhanden ist,
• - der rohrförmige Kanal (82) aus dem Gehäusekörper (80) minde­ stens an einer Stelle des Gehäusekörpers (80) herausgeführt wird (90),
• - der rohrförmige Kanal (82) Öffnungen (83, 89) in der Wand aufweist, die den Kanalinnenraum (90) mit der offenen Teil­ länge (75, 87) der zwei Wände (94) mit dazwischenliegender Stützschicht (86, 96) verbinden,
• - Spiralwickel, Gehäusekörper (80), rohrförmiger Kanal (82) so angeordnet sind, daß die zwei geschichteten Wände (94) mit der dazwischenliegenden Stützschicht (85, 96) zwei Räume (90, 91-92) trennen,
• - die Räume (90, 91-92) zueinander bis auf die geschichteten Wände (94) mit dazwischenliegender Stützschicht (95) zueinan­ der abgedichtet sind.

10. Einrichtung zur molekularen Trennung von Gemischen nach dem Prinzip der Sorption nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die zwei Wände (94) mit dazwischenliegender Stützschicht (95) Rechteckform aufweisen (Fig. 5.1, 5.2),
• - die außerhalbliegende Stützschicht (85, 96) Rechteckform aufweist,
• - die außerhalbliegende Stützschicht (85, 96) höchstens diesel­ be Breite (75) aufweist wie die zwei Wände (94) mit dazwi­ schenliegender Stützschicht (95),
• - die außerhalbliegende Stützschicht (85, 96) vorzugsweise min­ destens dieselbe Länge (75) aufweist, wie die zwei Wände (94) mit dazwischenliegender Stützschicht (95).