Osmotisches Dcstillationsvcrfahrcn zum Konzentrieren einer kochsalzhaltigen Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft ein osmotisches Destillationsverfahren zum Konzentrieren einer kochsalzhaltigen Flüssigkeit. Die Erfindung betrifft insbesondere ein Aufarbeitungsverfahren für kochsalzhaltiges Reaktionsabwasser erhalten aus der Produktion von Polymeren. Die Erfindung geht aus von an sich bekannten osmotischen Destillationsverfahren, die üblicherweise den Übergang von Wasser aus einer beispielsweise kochsalzhaltigen Flüssigkeit durch eine Membran in eine Zuglösung vorsehen.

Bei der klassischen Osmotischen Destillation ( OD ) nach dem Direktkontaktprinzip wird ein Flüssigkeitsgemisch (Feed) mit einer flüchtigen Komponente durch eine mikroporöse, nicht von der Flüssigkeit benetzbare Membran von einer zweiten flüssigen Phase (Zuglösung) getrennt, die die flüchtige Komponente absorbieren kann. Das Kernstück der bekannten OD ist die hydrophobe Membran. Wässrige Lösungen können die Membran nicht benetzen, sie können aber an der Membranoberfläche (Feedseite) Wasserdampf abgeben, der durch die Poren der Membran permeiert und auf der Zuglösungsseite der Membran kondensiert. Die treibende Kraft der OD ist die Dampfdruckdifferenz zwischen dem jeweiligen Dampfdruck über der Feed- und der Zugiösung. Die Membran dient dabei als eine Barriere zur Phasentrennung.

Die OD benötigt als solche keine zusätzliche Wärme oder die Anwendung einer Druckdifferenz als treibende Kraft und eignet sich somit im Allgemeinen zur Aufkonzentrierung von wässrigen Lösungen und insbesondere von empfindlichen Produkten aus der Lebensmittel-, Chemie- und Pharmaindustrie.

Die bis jetzt für OD erforschten und oder verwendeten Module nutzen al le ausschließlich das Prinzip des direkten Kontakts der beiden Fluide ( Feed- und Zuglösung ) mit einer Membran.

Ansätze zur Nutzung von NaCl-haltigen Prozessabwässern für die Elektrolyse sind zwar grundsätzlich bekannt. Die für die Chlor-Elektrolyse benötigte NaCl-Konzentration wird aber durch Lösen frischen Salzes in dem gereinigten Prozessabwasser erreicht. Auf diese Weise kann allerdings nur ein Teil des gesamten Abwassers aufgrund der Wasserbilanz der Elektrolyse recycelt werden.

Um das gesamte Abwasser recyceln zu können, ist eine Aufkonzentrierung notwendig. Diese kann z. B. du ch therm ische Eindampfung (WO/2001/38419) erfolgen. Weiterhin sind folgende Methoden zur Erhöhung der NaCl-Konzentration bekannt: 1) Energie der M ikrow ellc (US 4267026); 2) Kombination aus Ausfrieren, Zentrifugieren und Umkehrosmose (US 4592768); 3) Kristal l isation der Hydrate (US 3655333). A lle diese Verfahren sind jedoch energieintensiv und kostspielig. Die Nutzung von NaOH als Zuglösung ist zwar grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt (siehe WO/2005/1 181 14). Dabei handelt es sich jedoch um die Verwendung der OD zur A u fko nze n t ri e ru n g von NaCl-Sole im Anolytkreislauf. Dort finden MicroZa® und

Gore-Tex® tubuläre Mikrofiltrationsmodule als Kontaktoren nach dem Direktkontaktprinzip Anwendung. Ein schwerwiegendes Problem des bekannten OD- Verfahrens nach dem Direktkontaktprinzip ist jedoch die Kontamination der Zuglösung mit NaCi.

Ein weiteres H indernis in der Verwendung von kochsalzhaltigem Prozesswasser zur bekannten OD-Verfahrcn besteht noch in der Belastung der Lösung mit organ ischen Verunrein igungen. Es ist zwar denkbar die organischen Verunrein igungen mittels z. B. Aktivkohle zu entfernen.

Ein Tei l der Verunreinigungen verbleibt aber dennoch in Konzentration im ppm-Bereich in den Abwässern. Diese Verunreinigungen führen zur Entstehung und zum Wachstum von hydroph i len„Hot-Spots" an der hydrophoben Membran während des Betriebs, welche dort eine Benetzung der Membran und somit den Durchbrach der Lösungen durch die Membran zur Folge hat. Dieses Phänomen führt schließl ich zu dem unerwünschten Effekt der Kontamination der NaOH -Lösung.

Die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Osmotischen Destillation nach dem Direktkontaktprinzip sind zusammengefasst: · Entstehung und Wachstum von hydrophi len Stellen an der hydrophoben Membran während des Betriebs aufgrund der in der Feedlösung vorhandenen benetzenden Substanzen oder Auskristall isierung der Salze, w elche zum Durchbruch der Lösungen durch die Membran führt.

• Gegenseitige Kontamination der Fluidströme bei Benetzung oder Undichtigkeit der Membran.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein osmotisches Destillationsverfahren zum Konzentrieren einer kochsalzhaltigen Flüssigkeit bereitzustellen, das die vorstehend beschriebenen Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur osmotischen Destillation überwindet und insbesondere eine betriebssichere Konzentrierung von kochsalzhaltigen wässrigen Lösungen bzw. Verdünnung der Zuglösung ermöglicht.

Gegenstand der Erfindung ist ein osmotisches Destillationsverfahren zum Konzentrieren einer kochsalzhaltigen wässrigen Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit eine Konzentration von bis zu 20 Gew.-% Kochsalz, bevorzugt 2 bis 18 Gew.-% Kochsalz aufweist, das wenigstens die folgenden Schritte aufweist, a) gegebenenfalls Vorreinigung der Flüssigkeit von organischen Nebenbestandteilen ( insbesondere Phenol, Bisphenol A, Isopropylphenol, Butylphenol, Chlorbenzol, Bichl ormethan, Ethylpiperidin und andere), insbesondere bis zu einem Gesamtgehalt der organischen Nebenbestandteile von 20 ppm, insbesondere bevorzugt bezüglich des Gehalts an Ethylpiperidin bis zu einem Gehalt von Ethylpiperidin von maximal 5 ppm. b) Einleitung der gereinigten Flüssigkeit in eine erste Zone (V erdampfungszone), die von einer an diese erste Zone angrenzenden Diffusionszone durch eine wasserdampfdurchlässige hydrophobe erste Membran getrennt ist, c) Diffusion von Wasserdampf aus der kochsalzhaltigen Flüssigkeit durch die Membrane in die Diffusionszone, d) weitere Diffusion von Wasserdampf aus der Diffusionszone durch eine zweite wasserdampfdurchlässige hydrophobe Membran in eine an die Diffusionszone angrenzende Strippzone und Aufnahme des Wasserdampf in eine Zuglösung, die in der Strippzone kontinuierlich ausgetauscht wird.

Als Zuglösung können beliebige Lösungen mit hohem osmotischem Druck, insbesondere wässrige Lösungen von Alkalihydroxiden, insbesondere von NaOH, oder von NaCI, CaCb, MgCh, Polyglykole etc. verwendet werden. Als besonders bevorzugte Zuglösung hat sich eine wässrige Lösung von NaOH erwiesen.

Eine bevorzugte Variante des neuen Verfahrens ist somit dadurch gekennzeichnet, dass als Zuglösung eine konzentrierte Alkalilauge, insbesondere konzentrierte Natronlauge eingesetzt wird.

Besonders bevorzugt wird eine Zuglösung mit einer Konzentration an Alkalihydroxid, besonders bevorzugt an NaOH, von 10 Gew.-% bis 50 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von 15 Gew.-% bis 35 Gew.-%, insbesondere besonders bevorzugt 20 Gew.-% bis 33 Gew.-% eingesetzt.

Ein Vorteil der Verwendung von Natronlauge besteht darin, dass ein eventuell anfallendes Gemisch von Natronlauge und Kochsalz sich eventuell einfach zu Kochsalz recyclieren las st, das weiterverwendet werden kann.

In einer bevorzugten Variante des neuen Verfahrens wird nämlich eine Diffusionszone angewendet, die eine Dränage zur Abführung von Flüssigkeit aufweist und Kondensat, insbesondere mit störenden Anionen, insbesondere bevorzugt mit störenden Chloridanionen belastetem Kondensat oder von gegebenenfalls durch die Membran in die Diffusionszone durchtretende Flüssigkeit oder durchtretende Zuglösung abgeführt wird. Das Kondensat kann abgelassen werden um zum Beispiel eine Kontamination der Zuglösung (z.B. im Falle von Natronlauge) mit Chloridanionen zu vermeiden. Bei Belastungen mit einem Gehalt von mehr als 100 ppm Chloridionen in der Natronlauge kann es zu verstärkter Korrosion der produktberührten

Vorrichtungsteile kommen.

In dem neuen Verfahren wird bevorzugt als kochsalzhaltige wässrige Flüssigkeit ein Produktionsabwasser aus einem Verfahren zur Herstellung von Polymeren, insbesondere zur Herstellung von Polycarbonaten oder von Polyurethanvorprodukten verwendet. Nachfolgend werden beispielhaft aus dem Stand der Technik bekannte Prozesslösungen genannt die für die Anwendung des neuen Verfahrens speziell zum Einsatz kommen können:

Natriumchlorid-haltige Reaktionsabwasserlösung anfallend bei der Herstellung von Polycarbonat wie beispielhaft in EP2286898 AI beschrieben;

Natriumchlorid-haltige Reaktionsabwasserlösung anfallend bei der Herstellung von Diarylcarbonat wie beispielhaft in EP2241550A1 beschrieben;

Alkalichlorid-haltige Lösung anfallend bei der Synthese von Di- und Polyaminen der Diphenylmethanreihe zur Herstellung von Methylen-diphenyl-diisocyanaten wie beispielhaft in DE102008012037A1 beschrieben.

In einer bevorzugte Ausführung des neuen Verfahrens werden als Material für die erste und die zweite Membran unabhängig voneinander auf einem hydrophoben Polymeren basierende

Materialien verwendet, insbesondere Materialien auf Basis von Polypropylen und /oder von Polytetraflourethylen (PTFE). Besonders bevorzugt werden Membranen aus PTFE eingesetzt.

Derzeit werden nur poröse Membranen in der aus dem Stand der Technik bekannten Osmotischen Destillation verwendet. Die am häufigsten verwendeten Membranen sind Flach-, Hohlfaser- und Kapi llarmembranen. Die Porengröße, die für OD-Membranen benötigt wird, beträgt üblicherweise etwa 10 um bis 1 μηι. Eine optimale Porengröße muss für jede einzelne Anwendung in Abhängigkeit von der Art der Feediösung bestimmt und den folgenden Anforderangen gerecht werden: 1) Die Membranporen müssen groß genug sein, um den erforderlichen Flux zu ermöglichen. 2) Die Membranporen müssen klein genug sein, um das Eindringen von Flüssigkeit unter den vorgesehenen Betriebsbedingungen zu verhindern. Der Bereich der maximalen Porengröße, die eine Benetzung der Membranporen durch die Feedlösung vermeidet, liegt zwischen 0, 1 und 0,6 um. Für Membranen, die für die OD angewandt werden, ist jedoch die Porengrößenverteilung der aussagekräftigere Parameter, da keine einheitliche Porengröße existiert.

Bevorzugt wird daher für das neue Verfahren eine Membran mit einer möglichst engen Porengrößenvertei lung der OD-Membran eingesetzt.

Wie auch bei anderen Membranprozessen ist die Membrandicke umgekehrt proportional zum Stoff- und auch zum Wärmetransport, weil sie für beide Transportvorgänge einen Widerstand darstellt, der mit der Dicke der Membran ansteigt.

Grundsätzlich ist auch die Anwendung anderer Membranmaterialien, die aus dem Stand der Technik bekannt sind für die Durchführung des neuen Verfahrens grundsätzlich geeignet.

In den vergangenen Jahren wurden beispielsweise keramische,

Kohlenstoffnanoröhrchenhaltige und metallische Membranen untersucht. In den Anfängen der OD wurden Nylonfasern und mit Silikon beschichtete Glasfasern auch als OD- Membranen getestet.

Die Verwendung dünner, nicht poröser (dichter) hydrophoben Kompositmembranen für

OD sind beispielsweise in der DE60025256T2 beschrieben. Die beschriebenen Polymermaterialien sind Poiytrimethylsilylpropin (PTMSP) und Perfluor-2,2-dimethyl- 1,3-dioxol (Teflon AF). Aufgrund des Kontakts mit insbesondere Alkalilauge sind folglich die inerten Materialien Polytetraflourethylen (PTFE) und Polypropylen (PP) besonders als M embranmaterial geeignet.

Die am häufigsten für die bekannten OD-Vcrfahren untersuchten Membranen sind Flachmembranen, die als Plattenmodul ( Plate and Frame Module ) zum Einsatz kommen. Diese Bauform wird auch für die Durchführung des neuen Verfahrens bevorzugt eingesetzt. Aufgrund der besonders einfachen Handhabung, der Vielseitigkeit durch die Austauschmöglichkeit der Membranen (z. B. bei Defekten ), der einfachen Konstruktion, I nstal lation und Wartung, bietet dieser m dulare Aufbau deutliche Vortei le. Die Verwendung der Plattenmodule bietet außerdem in H insicht auf die Handhabung hochviskoser Flüssigkeiten Vorteile. Des Weiteren werden in den Plattenmodulen dünnere Membranen eingebaut als in Kapi liarmodulen, was sich günstig auf den Stofftransport auswirkt.

Zur Umsetzung des neuen OD- Verfahrens eignen sich bevorzugt PP- unststoffrahmen.

Diese Rahmen enthalten Öffnungen verschiedener Größen, die insbesondere nach einem Re i bsch we i ßprozess zu Strömungskanälen für verschiedene Fluide werden. Die Kanäle bieten, je nach Rahmenkonfiguration, Zugang zum Innenvolumen eines Rahmens oder zum Volumen zwischen zwei Rahmen. Wird zusätzlich eine Fol ie oder eine Membran auf einen Rahmen gesiegelt, so können Strömungskanäle m it großen Flächen für Wärme- und Stoffübergang geschaffen w erden. Werden die H a u p t be h a n d I u n szo n e n unter Unterdruck gestellt, so werden die Blöcke durch den Atmosphärendruck zusammengepresst und fest v erbunden. Sind Öffnungen in den Platten, die die einzelnen Blocke abschließen, vorgesehen, so können die Strömungskanäle zweier Blöcke intern und ohne w eiteren V e rro h ru n s a u f w and miteinander v erbunden werden. Die Verwendung reibgeschweißter Module ohne Einsatz von Klebstoffen und Dichtungsmaterialien bietet Vorteile beim Einsatz von Natronlauge als Zuglösung. Im weiteren aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannten sogenannten Spiralwickclmodul ( Spiral Wound Module) wird ebenfalls eine Flachmembran eingesetzt. Für die OD kommt diese Modulgeometrie aufgrund der erhöhten Foulingtcndcnz jedoch seltener zur Anwendung und ist daher weniger bevorzugt im neuen Verfahren einzusetzen.

I n der Kategorie der rohrtormigen Membranmodule existieren für die konventionelle OD sowohl Rohr- und Hohifaser-, als auch Kapi l larmodule (siehe z.B.: US4781837 A, W09717128 A 1 , WO 200101 2304 A 1 . WO20051 181 14 AI). Die höchste Packungsdichte bieten die Hohlfasermodule mit 3000 m ² /m ³ . Durch kleine Membrandurchmesser von 50 bis 500 Lim verschmutzen sie jedoch leichter und neigen stärker zum Fouling. Vorteile, wie eine hohe Druckstabilität, eine kostengünst ige Produktion und ein geringer Platzbedarf v erleihen i hnen dennoch ein hohes kommerzielles Potential und machen sie nach den Plattenmodulen zu den am häufigsten v erwendeten OD- M embranmodu len. Für die Anw endung des neuen Verfahrens kommen sie gegebenenfalls in Frage. Das neue OD- Verfahren wird gewöhnlich unter Umgebungsdruck durchgeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Druck in den verschiedenen Zonen (Verdampfungszone, Diffusionszone, Strippzone) jedoch unabhängig voneinander weniger als der Umgebungsdruck, besonders bevorzugt von 10 bis 600 mbar. Das Verfahren wird gewöhnlich bei Raumtemperatur in den verschiedenen Zonen (V erdampfungszone, Diffusionszone, Strippzone) durchgeführt. Bevorzugt ist eine Ausführung, bei der die verschiedenen Zonen (V erdampfungszone, Diffusionszone, Strippzone) unabhängig voneinander bei einer Temperatur von 10 bis 80°C besonders bevorzugt von 20 bis 60°C gehalten werden. Ein besonders bevorzugtes Verfahren ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur in der Verdampfungszone größer ist als in den an die Verdampfungszone angrenzenden Zonen, der Diffusionszone und der Strippzone. Diese Variante hat den Vorteil, dass eine höhere Dampfdruckdifferenz zu einer höheren Verdampf ungs rate führt

Eine vorteilhafte Variante des neuen Verfahrens besteht darin, dass die kochsalzhaltige Flüssigkeit in der Verdampfungszone und die Zuglösung in der Stripzone zueinander im Gegenstrom an den jeweiligen Membranen vorbeigeführt werden. Diese Variante bringt den Vorteil einer konstanten Dampfdruckdifferenz zwischen Abgabe- und Aufnahmelösung.

Die Effektivität des neuen Verfahrens lässt sich in einer bevorzugten Ausführung weiter steigern, wenn die kochsalzhaltige wässrige Flüssigkeit im Bereich der Verdampfungszone turbulent strömt. Wie oben beschrieben wird als kochsalzhaltige wässrige Flüssigkeit beispielsweise ein kochsalzhaltiges Produktionsabwasser aus einer Polymerproduktion verwendet.

Eine besondere Ausführung des neuen Verfahrens ist demnach dadurch gekennzeichnet, dass als Zuglösung Alkalilauge verwendet wird, die aus einem gekoppelten Elektrolyseprozess zur Elektrolyse von Alkalichlorid entnommen wird und nach Aufnahme des Wasserdampfs in der Strippzone in einen gekoppelten chemischen Produktionsprozess, insbesondere zur Herstellung von

Polymeren abgegeben wird.

Vorteilhaft ist auch eine andere Ausführung des neuen Verfahrens, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die kochsalzhaltige wässrige Flüssigkeit aus einem gekoppelten chemischen Produktionsprozess, insbesondere einem Prozess zur Herstellung von Polymeren entnommen wird und nach Aufkonzentrierung in der Verdampfungszone in einen gekoppelten Elektrolyseprozess zur Elektrolyse von Alkalichlorid abgegeben wird. Hierbei kann es insbesondere erforderlich sein die im Zuge der Aufkonzentration ebenfalls angereicherten organischen Nebenbestandteile mittels grundsätzlich bekannter Trennverfahren von der Salzlösung abzutrennen, bevor diese der Elektrolyse zugeführt wird.

I n einer ganz besonders bevorzugten Ausführung werden die beiden vorgenannten verschiedenen Kopplungsvarianten miteinander kombiniert. Die Verfahrens s chritte b), c) und d) werden in einer bevorzugten Variante des neuen Verfahrens in mehreren Stufen durchgeführt, wobei die Zuglösung und die kochsalzhaltige wässrige Flüssigkeit bevorzugt im Gegenstrom geführt werden. Hierbei wird mindestens eine weitere Kombination von Verdampfungszone, Diffusionszone und Strippzone angewendet. So wird beispielsweise die aus der ersten Verdampfungszone austretende konzentriertere kochsalzhaltige wässrige Flüssigkeit in einer zweiten Verdampfungszone weiter aufkonzentriert. Die in einer zweiten Strippzone der zweiten Stufe anfallende verdünntere Zuglösung wird im Gegenstrom in der ersten Strippzone der ersten Stufe durch aufgenommenes Kondensat weiter verdünnt.

Ein weiterer wichtiger Aspekt für die Durch führung des neuen OD-Verfahrens und ein den Prozess kontrollierender Faktor ist der Wärmetransport. Bei der konventionellen OD wird das treibende Potential für das notwendige Dampfdruckgefäl le durch osmotischen Unterschied der Lösungen bei gleicher Temperatur erzeugt. Die latente Wärme des Wasserdampfs führt beim Verdampfen zu einer Abküh lung der Feedlösung ( z. B. NaCl) und bei der Kondensation zu einer Erwärmung der Zuglösung ( z. B. NaOH ). Außerdem trägt die Verdünnung der NaOH mit Wasser aufgrund der freiwerdenden Lösungsenthalpie eben fal ls zur Erhöhung der Temperatur bei. Dieser Wärmetransport verringert die treibende Dampfdruckd i fferenz für den Stofftransport.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist es daher eine besondere Variante des neuen Verfahrens zu finden, die das besondere Problem des Wärmetransports lösen kann.

Eine energiesparende bevorzugte Variante der vorgenannten Ausführungen des neuen Verfahrens mit zwei oder mehr gekoppelten Anordnungen aus Verdampfungszone, Diffusionszone und Strippzone ist daher dadurch gekennzeichnet, dass die aus der ersten osmotischen Destillationsanordnung aus der Verdampfungszone austretende konzentriertere kochsalzhaltige wässrige Flüssigkeit vor Einleitung in eine nachfolgende weitere osmotische Destillationsanordnung zur Einstellung der Betriebstemperatur einem Wärmeaustausch unterzogen wird.

In einer bevorzugten Variante kann unabhängig von der vorgenannten Aus führungs form die aus der ersten osmotischen Destillationsanordnung aus der Strippzone austretende Zuglösung vor Einleitung in eine nachfolgende weitere osmotische Destillationsanordnung zur Einstellung der B etrieb stem eratur einem Wärmeaustausch unterzogen werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren durch die Beispiele, welche jedoch keine Be- schränkung der Erfindung darstellen, näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße DVD (Osmotische Vakuum

Destillations) -Anordnung

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine mögliche Verschaltung mehrerer OVD-Module mit zwischengeschalteten Wärmetauschern (Beispiel für gleichwarme Feed- und

Zuglösung)

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine mögliche Verschaltung mehrerer OVD-Module mit zwischengeschalteten Wärmetauschern (Beispiel für kalte Feed- und warme Zuglösung)

In den Figuren haben die Bezugszeichen die nachstehende Bedeutung:

1 Zuglösungskammer (Strippzone)

2 Einlass für konzentrierte Zuglösung

3 Auslass für verdünnte Zuglösung 4 Feedkammer (V erdampfungszone)

5 Einlass für Feedlösung

6 Auslass für konzentrierte Feedlösung

7 Dampfkammer (Diffusionszone)

8 Damm (für Dränage) 9 erste Membran für den Kontakt mit Zuglösung

10 zweite Membran für den Kontakt mit Feedlösung 11, I Ia Ablauf für gegebenenfalls durch die Membran 9 durchtretende Zuglösung

12, 12a Ablauf für gegebenenfalls durch die Membran 10 durchtretende Feedlösung 13 Vakuumleitung

14, 14a Wärmeübertrager

15, 15a gesamtes erfindungsgemäßes OVD-Modul

16, 16a Polypropylen-Trenn-Folie im Wärmeübertrager 14, 14a

Beispiele

Beispiel 1

Ein Schwerpunkt der Erfindung ist die Nutzung einer neuen Anordnung zur StotYtrennung, die sog. Osmotische Vakuum Destillation (OVD-Modul ). zur Verllinderung einer Flüssigkeitsvermischung im Falle der M c mb ra n be netzun . Das Konzept der Modulanordnung ist in Fig. 1 dargestellt. Diese neue Anordnung ermöglicht die Trennung der Flüssigkeiten (Feedlösung und Zuglösung) mithilfe zweier hydrophober Membranen 9 und 10 zwischen denen ein Dampfkanal 7 angeordnet ist, der auch für die Abführung evtl. eingedrungener Flüssigkeiten sorgt. Zum Prozessstart wird der Systemdruck mit einer Vakuumpumpe über die Leitung 13 auf einen Druck von 20 mbar (20 hPa) gesenkt. H ierdurch kann der Stofftransport deutlich verbessert werden, da der Transport von Wasserdampf durch die Membranporen und, in der Dampfkammer 7, durch etwaige Inertgase behindert werden kann. Feedlösung (NaCl 10 Gew.- %, Temperatur 50°C, Wasserdampfpartiaidruck 1 10 mbar) wird über den Einlas s 5 in die Fcedkammer 4 eingelassen. Über die Membran 10 mit der aktiven Fläche von 0,5 m ' wird Wasserdampf an die Dampfkammer 7 (Diffusionszone) abgegeben. Der Dampfilux durch die Membran 10 beträgt 3 kg/ ^' h-m ² . Die konzentrierte Feedlösung (NaCl 10, 1 Gew.-%, Temperatur 41°C, Was s e rd a m p fp a rt i a I d ruc k 70 mbar) verlässt die Fcedkammer 4 über den Auslass 6. Die am Einlass 2 eintretende konzentrierte Zuglösung (NaOH 30 Gew.- %, Temperatur 50°C, Wasserdampfpartiaidruck 64 mbar) nimmt Wasserdampf auf, der durch die Membrane 9 in die Zuglösungskammer 1 (Strippzone) eintritt. Der Dampfilux durch die Membran 9 beträgt ebenfalls 3 kg/h-m ² . Die verdünnte Zuglösung ( NaOH 29,6 Gew.-%, Temperatur 60°C, Wasserdampfpartiaidruck 100 mbar) verlässt die Zuglösungskammer 1 über den Auslass 3. Ein Damm 8 sorgt in dem Dampfkanal 7 zusätzlich dafür, dass eine Vermischung von etwaiger durch die Membranen 9 bzw. 10 durchgetretener Feed- und Zuglösung nicht möglich ist. Diese werden über die Leitungen 1 1 und 12 getrennt abgeführt und gegebenenfalls zurückgeführt.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Anordnung liegt darin, dass zwei unterschiedlich beschaffene Membranen 9 und 10 je nach Anforderungen an Feed- und Zuglösung verwendet werden können. Vorteilhafterweise kann eine Membran 9 mit folgenden Eigenschaften eingesetzt werden: • aktive Schicht: PTFE, Schichtdickc ca. 25 μηι, Porengröße 0.2 μηι, Wassereindringdruck 3,5 bar;

* Stützschicht: PP, Schichtdicke ca. 200 μιη.

Die latente Wärme des Wasserdampfs kühlt die Feedlösung 6 aufgrund der Verdampfung ab und erwärmt die Zuglösung 3 aufgrund der Kondensation. Dieser Wärmetransport verringert jedoch die treibende Dampfdruckdi ferenz für den Massentransport.

Beispiel 2

Fig. 2 stellt beispielhaft eine Anordnung mit zwei gekoppelten Modulen 1 , 15 a dar, die für eine 50°C konzentrierte Zuglösung und eine 50°C dünne Feedlösung angewendet wird. Die Anordnung besteht aus zwei Membranmodulen 15, 15 a und zwei Wärmeübertragern

14, 14 a. Die Wärmeübertrager 14, 14 a sind als rahmenförmige Einsätze gestaltet, die Zu- und Ableitungen für die Flüssigkeiten (Feed- und Zuglösung) aufweisen, und die seitlich durch die Module 15, 15 a bzw. durch eine Endplatte geschlossen sind. Auf je einen der Rahmen der Wärmeübertrager 14, 14 a werden dünne (ca. 25 μηι ) Polypropylen-Folien 16 bzw. 16 a (Fig. 2) aufgebracht, weiche als Wärmeübertragerfläche dienen. Die auf diese Weise entstehenden Wärmeübertrager 14, 14 a werden mit den O V D- M cm bra n in od u I en

15, 15a abwechselnd zu einem Block geformt. Das innovative Konzept, alle Funktionen in einem Block zu realisieren, bietet Vorteile hinsichtlich der Vermeidung von zusätzlichen externen Wärmetauschern und einer Rüekverrohrung. In den Wärmeübertragern 14, 14a kommt es zum Wärmetausch zwischen der jeweiligen abgesicherten Zug- und angereicherter Feedlösung (Wärmerückgew innung).

Beide Lösungen, Zug- 2 und Feedlösung 5 werden im Gegenstrom geleitet. Der Systemdruck wird zum Prozessstart auf 20 mbar gesenkt. Die Zuglösung (NaOH, 30,00 Gew .- %, Temperatur 50 °C, 100 kg/h) tritt über Einlass 2 in das OV D-Modul 1 5 ein. Die Feedlösung ( aCl, 9,85 Gew.- %, Temperatur 50 °C, 101 ,5 kg/h) tritt über Einlass 5 in einen Wärmeübertrager 14a. Die Zuglösung verlässt Modul 15 und wird nach Durchgang durch Wärmetauscher 14 in die Zugkammer von Modul 15 a geleitet. Aus Modul 15 a austretende weiter abgercicherte Zuglösung wird nach Durchgang durch den weiteren Wärmetauscher 14 a abgeleitet ( Leitung 3). Um einen optimalen Stoffaustausch zwischen Feed- und Zuglösung zu erreichen werden eine Vielzahl der in diesem Beispiel 2 genannten Zwe i m od u I a nord n u n gen. hintereinander geschaltet, wobei die Zahl der verwendeten Zweimodulanordnungen in der Größenordnung von 20 bei einer Steigerung der Konzentration der Feedlösung von 100 kg/h von 7 Gew.- % auf 20 Gew.- % liegt. Die prozessrelevanten Parameter können der Tabelle 1 und 2 entnommen werden.

Tabelle 1

Parameter Membranmodule

Modul 15 Modul 15 a

NaOH NaCI NaOH NaCI

Flux [kg/hm ² ] 3 3 3 3

Membranfläche [m ² ] 0,5 0,5 0,5 0,5

Tein [°C] 50,0 56,0 53,0 58,5

Taus [°C] 59,9 47,4 62,5 50,0

Masse nstrom_e in [kg/h] 100,0 100,0 101,5 101,5

Massenstrom_aus [kg/h] 101,5 98,5 103,0 100,0

Konzentration_ein [Gew. %] 30,00 10,00 29,56 9,85

Konzentration_aus [Gew. %] 29,56 10,15 29,13 10,00

Dampfdruck_ein [mbar] 63 140 68 165

Dampfdruck_aus [mbar] 100 95 120 108

Cp [J/kgK] 3590 4180 3590 4180

Tabelle 2

Parameter Wärmeübertrager

Wärmeübertrager 14 Wärmeübertrager 14a

NaOH NaCI NaOH NaCI

Fläche [m ² ] 0,25 0,4

k [W/m ² K] 800 800

Tein [°C] 59,9 50,0 62,6 50,0

Taus [°C] 53,0 56,0 52,6 58,5

Beispiel 3

Der modulare Aufbau ist sehr flexibel und kann durch Änderung der Reihenfolge für Wärmetauscher- und Membranblöcke leicht gewechselt werden. Fig. 3 stellt beispielweise eine Abwandlung der Anordnung nach Beispiel 2 dar, die für eine warme konzentrierte Zuglösung (NaOH, 30 Gew .- %, Temperatur 70°C, 100 kg/h) und eine dünne kalte Feedlösung (NaCI, 9,85 Gew.- %, Temperatur 40°C, 101 ,5 kg/h) konzipiert ist. In diesem Fall werden beide Lösungen 2 und 5 zunächst in einem, dem ersten Modul 15 vorgeschalteten Wärmeübertrager 14 zum Wärmeaustausch zugeführt. Die auf 60°C aufgewärmte Feedlösung fließt in das Modul 15a. Die auf 50°C abgekühlte NaOH strömt in das Modul 1 5. Danach werden beide Lösungen analog dem Beispiel 2 im Gegenstrom durch die Module 1 5, 15a und den Wärmetauscher 14 geleitet.