Membranverfahren zur Auftrennung von Gemischen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt, z. B. die Mikrofiltration die Ultra-und Nanofiltration, die Umkehrosmose, die Pervaporation und die Gas-bzw. Dampfpermeation. Bei praktisch allen Membranver- fahren wird mindestens einem Membranapparat ein zu trennendes Gemisch (Feed) zugeführt, welches in dem Apparat in jeweils mindestens einen die Membran hindurch tretenden Strom (Permeat) und einen nicht durch die Membran hindurch tretenden Strom (Retentat) aufgetrennt wird.

Bei Mikro-, Ultra-und Nanofiltration sowie bei der Umkehrosmose sind sowohl Feed- als auch Permeatstrom im wesentlichen flüssig (ggf. mit Beimengungen von Feststof- fen).

Bei der Pervaporation wird die Membran mit einem flüssigen Feedgemisch beauf- schlagt und es wird ein dampfförmiges Permeat abgezogen. Sie ist beispielsweise in M. Mulder, Basic Principles of Membrane Technology, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1991, S 234 ff beschriebene Bei der Gaspermeation und bei der Dampfpermeation sind alle in den Membranapparat eintretenden und ihn verlassenden Ströme gas-bzw. dampfförmig Erläuterungen dazu finden sich in M. Mulder, Basic Principles of Membrane Technology, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1991, S. 221 ff.

Häufig werden Membrantrennverfahren herangezogen, wenn es darum geht, aus ei- nem Gemisch, welche eine Komponente A enthält, diese möglichst selektiv bis zu einer vorgegebenen Restkonzentration zu entfernen. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, weil alle anderen, im Gemisch enthaltenen Komponenten Wertstoffe sind und möglichst rein zurückgewonnen werden sollen, oder weil die Komponente A ihrerseits für eine Weiterverwendung aus dem Gemisch möglichst rein erhalten werden soll.

Bei den verwendeten Membranen kann es sich um solche handeln, die nach dem so- genannten Lösungs-Diffusions-Mechanismus funktionieren, d. h. die Komponenten lö- sen sich in der Membran, z. B. einem Polymerfilm, diffundieren hindurch und desorbie- ren auf der anderen Seite wieder. Es kann sich aber beispielsweise auch um meso- oder mikroporöse Membranen handeln, bei denen an Stelle der Lösung eine Adsorpti- on auf der Innenseite der Poren, gefolgt von einer Oberflächendiffusion in den Poren stattfindet, oder um eine poröse Membran, die mittels Knudsen-Diffusion trennt, oder auch um eine Membran, die nach dem einfachen Größenausschluss (Siebeffekt) funk- tioniert. Erläuterungen dazu finden sich in M. Mulder, Basic Principles of Membrane Technology, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1991, Kap. V.

Generell findet die Auftrennung des als Feedstrom der Membran zugeführten Gemi- sches dadurch statt, dass die Durchlässigkeit der Membran für die Komponenten un- terschiedlich groß ist, dass diese also-in anderen Worten-eine Selektivität aufweist.

Für die Selektivität der Membran sind je nach Art des Membranverfahrens unterschied- liche Maßzahlen gebräuchlich.

Im Fall der Pervaporation sowie der Dampf-und Gaspermeation wird häufig als Maß für die Selektivität die sog. Permselektivität angegeben. Die Permselektivität ist defi- niert als der Quotient der Permeanzen zweier Komponenten, wobei üblicherweise die höhere Permeanz in den Zähler geschrieben wird, so dass die Permselektivität > 1 ist.

Die Permeanz wiederum ist definiert als der lokale flächenspezifische Fluss einer be- stimmten Komponente, geteilt durch die lokale transmembrane Differenz der Partial- drücke dieser Komponente (auf Feed-bzw. Permeatseite) bzw. die Fugazitäten dieser Komponente. Im Falle der Pervaporation kann die Permeanz ermittelt werden, indem für die Fugazität der Komponente deren Gleichgewichts-Dampfdruck bei der gegebe- nen Temperatur eingesetzt wird.

Die Permselektivität als ist als Maßzahl auch für Mischungen mit mehr als zwei Kom- ponenten aussagekräftig, sofern entweder die beiden berücksichtigten Komponenten bei weitem den Hauptanteil der Mischung darstellen (Beispiel : Sauerstoff-Abtrennung aus Luft) oder für die Trennaufgabe ein bestimmtes Komponentenpaar kritisch ist.

Im Falle der Pervaporation ist als Maß für die Selektivität der sog. Trennfaktor a ver- breiteter der wie folgt definiert ist : a= (XA/Xs)/ (YA/YB) mit Xi = lokaler Molen-oder Massenbruch der Komponente i im Feed,

Yì = lokaler Molen-oder Massenbruch der Komponente i im Permeat.

Bei Mikro-, Ultra-und Nanofiltration sowie bei der Umkehrosmose ist die gebräuchliche Maßzahl für die Selektivität die sog. Rückhaltung R, die wie folgt definiert ist : R = 1-CB, P/CB, R wobei cB, P und CB, R die Konzentrationen der Komponente B im Permeat und Retentat sind.

Für die Bestimmung dieser Selektivität müssen unabhängig von der Wahl der Maßzahl für die Selektivität bestimmte Vorgaben erfüllt sein. So muss, wie dem Fachmann be- kannt, die Überströmung der Membran definiert durch die Reynolds-Zahl hinreichend groß sein und die abgezogene Permeatmenge muss so klein sein, dass die Zusam- mensetzung des Retentats sich nicht wesentlich von der des Feeds unterscheidet, da- mit die Selektivität als nur von der Membran und nicht vom Membranapparat abhängi- ge. Größe bestimmt wird.

Die für die Bestimmung der Selektivitäten zu verwendenden Apparate und Versuchs- bedingungen sind dem Fachmann an sich bekannt.

Für den Fall, dass die Permselektivität oder der Trennfaktor gemäß den o. g. Definitio- nen größer als 1 ist, trennt die Membran selektiv die Komponente A mittels des Per- meatstromes aus dem Gemisch ab. Für Selektivitätswerte kleiner als 1 verschieben sich die Anteile im Permeatstrom entsprechend hin zur Komponente B.

Generell wird die Selektivität durch die Wahl des Membranmaterials, der Art und der Zusammensetzung der zu trennenden Komponenten sowie Druck und Temperatur beeinflusst.

Sofern höhere Abreicherungsraten aus dem Gemisch hinsichtlich der Komponente A erforderlich sind, erweist sich eine Auftrennung mittels lediglich einer Membranstufe häufig als nicht wirtschaftlich.

Welche Trennung mit dem Membranverfahren tatsächlich erzielt wird, d. h. welche Konzentrationen bzw. Reinheiten in den das Verfahren verlassenden Strömen erreicht werden, hängt nicht allein von den Membraneigenschaften, sondern auch vom Aufbau des Verfahrens und den in diesem eingestellten Prozessparametern ab.

Im allgemeinen enthält ein Membranverfahren mindestens eine Membranstufe.

Dabei bezeichnet der Begriff Membranstufe eine Membraneinheit, bestehend aus ei- nem oder mehreren Membranapparaten, innerhalb derer erstens nur eine Membranart enthalten ist und zweitens Feed-und Permeatseite jeweils zusammenhängende, we- der durch Druckerhöhungseinrichtungen noch durch Membranen unterteilte Räume darstellen.

Eine Membranstufe kann z. B. aus einem einzelnen Membranapparat bestehen, wie sie dem Fachmann bekannt sind, also z. B. Apparate, die Membranen in Form von Flach-, Rohr-, Kapillar-, Kissen-oder Spiralwickelmodulen enthalten. Sie kann aber auch meh- rere parallel und/oder hintereinander geschaltete Einzelapparate enthalten.

Falls sie mehrere Membranapparate aufweist, können die der Membranstufe zuzu- rechnenden Membranapparate parallel von der jeweiligen Feedmischung angeströmt werden. (oder die aus einem Membranapparat oder mehreren parallel geschalteten Membranapparaten austretende Retentatmischung als Feed in einen Membranapparat oder mehrere parallel geschaltete Membranapparate geführt wird, was im Prinzip in- nerhalb einer Membranstufe beliebig oft, in der Praxis aber, bedingt durch den dabei auftretenden Druckverlust, wirtschaftlich maximal ca. 10 mal wiederholt werden kann.

Sofern einerseits höhere Abreicherungsraten aus dem Gemisch hinsichtlich der leichter permeierenden Komponente A erforderlich sind und andererseits entweder für mindes- tens einen Teil des anfallenden Permeats eine Mindestkonzentration für A oder für die Komponente B im Retentat eine Mindestmenge (Ausbeute) festgelegt ist, erweist sich häufig eine Auftrennung mittels lediglich einer Membranstufe als nicht wirtschaftlich. In diesem Fall ist eine zweistufige Anordnung vorteilhaft, bei der das Retentat aus der ersten Membranstufe in eine zweite Membranstufe geführt wird. Das dort anfallende Permeat kann, wenn die wirtschaftlichen, technischen und gesetzlichen Rahmenbedin- gungen es zulassen, verworfen, also z. B. einem Abgas-oder Abwasserstrom zuge- führt, werden ; es kann aber auch zwecks Rückgewinnung wertvoller Komponenten vor die erste Membranstufe zurück geführt werden. Derartige Anordnungen sind z. B. be- schrieben in M. Mulder, Basic Principles of Membrane Technology, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 1991, S. 323. Es sind natürlich prinzipiell auch Anordnungen mit mehr als zwei Membranstufen möglich.

Es bleibt aber auch bei zwei-oder mehrstufigen Anordnungen das Problem, dass bei geringen Konzentrationen an A, die besonders in der zweiten bzw. den letzten Memb- ranstufen der zwei-bzw. mehrstufigen Anordnung gegeben sind, die Triebkraft für die Permeation (allgemein ausgedrückt durch die Differenz der Chemischen Potenziale beidseitig der Membran) von A sehr klein wird, was, wie allgemein bekannt, zu einem geringen Partialfluss von A und somit, bei gegebenem Abreicherungsziel, zu einem hohen Bedarf an Membranfläche führt. Dieser hohe Bedarf an Membranfläche macht das Verfahren verfahrenstechnisch aufwendig und wenig effektiv.

Es stellte sich somit die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zu finden, welches den genannten Nachteilen abhilft und welches eine effektive Auftrennung bei geringer Membranfläche in verfahrenstechnisch einfacher und effektiver Art und Weise ermög- licht. Demgemäß wurde ein Verfahren zur Auftrennung eines Gemisches mittels min- destens zweier hintereinandergeschalteter Membranstufen gefunden, wobei man a) das Gemisch als Feedstrom der ersten Membranstufe zuführt, dort ein im wesent- lichen die Komponente A enthaltendes Gemisch als Permeat abzieht und das be- züglich der Komponente A verarmte restliche Gemisch als Retentat abzieht und b) diesen Retentatstrom der ersten Membranstufe als neuen Feedstrom der zweiten Membranstufe zuführt, in welcher dieses aufgegebene Gemisch durch Abfuhr ei- nes die Komponente A enthaltenden Permeatstromes so verändert wird, dass das als Retentatstrom aus der zweiten Membranstufe abgezogene Gemisch in seiner Konzentration bezüglich der Komponente A noch weiter verringert wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die zweite Membranstufe eine geringere Selektivität bezüglich der Komponente A auf- weist als die erste Membranstufe.

Bisher wurden mehrstufige Membrantrennverfahren so betrieben, dass die Selektivität hinsichtlich der abzutrennenden Komponente A bei den Membranstufen gleich war, dies ist beispielsweise in McCandless, Sep. Sci. Technol. 31 (1996) 729 ff. beschrieben.

Motivation hierbei war, dass ja gerade die Komponente A möglichst vollständig aus dem Gemisch abgezogen bzw. als möglichst reiner Permeatstrom entnommen werden sollte. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens, bei welchem die nachgeschaltete Membranstufe eine im Vergleich zur vorgehenden Membranstufe ge- ringere Selektivität hinsichtlich der Komponente A aufweist (aufweisen), verringert sich zwar naturgemäß die Konzentration der Komponente A im Permeat der nachgeschalte- te Membranstufe gegenüber einer dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung, bei der anstelle der erfindungsgemäßen Anordnung entweder eine einzige Membran- stufe steht oder die nachgeschaltete Membranstufe die gleiche Membranart wie die erste Membranstufe enthält, vorausgesetzt, dass entweder die Retentat-Endkon- zentration oder die Membranfläche in beiden Fällen gleich sind. Ein Vorteil des erfin- dungsgemäßen Verfahrens ist hierbei, dass, die Komponente A, sofern ihre Permeanz mindestens gleich groß ist wie in der ersten Membranstufe, bei gleicher Membranfläche stärker abgereichert wird, oder dass bei gegebener Konzentration an A in der zweiten Membranstufe weniger Membranfläche benötigt wird als wenn man in der zweiten Membranstufe eine Membran mit gleicher oder höherer Selektivität für A einsetzt. Es lassen sich somit vorteilhafterweise höhere Endreinheiten in dem Gemisch bezüglich

der Komponente A erreichen oder bei vorgegebenem Reinheitsgrad kann die benötigte Membranfläche verringert werden.

Die Werte für Permselektivität oder Trennfaktor der bei dem erfindungsgemäßen Ver- fahren verwendeten Membranen liegen hinsichtlich der Komponente A generell über 1, da eine Abreicherung dieser Komponente erwünscht ist. Üblicherweise liegen die Se- lektivitätswerte in einem Bereich von etwa 1,5 bis 10000, bevorzugt 2 bis 5000, beson- ders bevorzugt 2 bis 1000. Die jeweiligen konkreten Zahlenwerte werden von der vor- gegebenen Trennaufgabe (eingesetzte Membran, enthaltene Komponenten, verfah- renstechnische Parameter) beeinflusst. Die erfindungsgemäße Verringerung der Selek- tivität der nachgeschalteten, zweiten Membranstufe bewirkt man durch Auswahl ent- sprechender Membranen. Die Auswahl erfolgt dabei aufgrund von allgemein zugängli- chen Selektivitätsdaten von erhältlichen Membranen. Bei Bedarf können die benötigten Selektivitätsdaten auch aufgrund von Messungen mit dem zu trennenden Stoffgemisch vom Fachmann ermittelt werden.

Üblicherweise verringert man die Selektivität der in der zweiten Stufe enthaltenen Membranart hinsichtlich der Komponente A auf maximal 80 % bezogen auf die Selek- tivität in der vorgeschalteten Membranstufe, bevorzugt auf etwa 50 % der Selektivität, welche die in der ersten Membranstufe verwendete Membranart bezüglich der Kompo- nente A aufweist.

Im Fall eines zweistufigen Membranverfahrens kann das bei der zweiten Membranstu- fe anfallende Permeat, wenn die wirtschaftlichen, technischen und gesetzlichen Rah- menbedingungen es zulassen, verworfen, also z. B. einem Abgas-oder Abwasserstrom zugeführt, werden ; es kann aber auch zwecks Rückgewinnung wertvoller Komponen- ten vor die erste Membranstufe zurück geführt werden. Es können sich auch Anord- nungen mit mehr als zwei Membranstufen besonders empfehlen. Die konkrete Ausges- taltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird von der jeweiligen Trennaufgabe be- einflusst. Im Fall der Verwendung von mehr als zwei Membranstufen bei dem erfin- dungsgemäßen Verfahren kann es sich bei der ersten Membranstufe, welche im Ver- gleich zur zweiten, nachgeschalteten Membranstufe eine Membran mit höherer Selek- tivität bezüglich der Komponente A enthält, auch um die zweite, dritte oder vierte Stufe bezogen auf das gesamte Trennverfahren handeln. Wesentlich ist, dass die einer be- trachteten ("ersten") Membranstufe nachgeschaltete ("zweite") Membranstufe hinsicht- lich der Selektivität verringert wird.

Es kann unter bestimmten Voraussetzungen vorteilhaft sein, mindestens einen der Permeat-bzw. Retentatströme weiteren an sich bekannten Trennoperationen zu un- terwerfen wie z. B. Destillation, Extraktion, Adsorption, Absorption, Kristallisation oder mindestens einem weiteren Membrantrennschritt. Im letztgenannten Fall kann eine Membranart eingesetzt werden, wie sie in dem vorgeschalteten, erfindungsgemäßen

Verfahren verwendet wird. Es kann sich aber auch besonders empfehlen, eine andere Membranart zu verwenden, z. B. eine Membranart, welche sich hinsichtlich ihrer Selek- tivität von den vorgeschalteten, erfindungsgemäß ausgestalteten Membranen unter- scheidet. Diese Unterscheidung hinsichtlich der Selektivität kann auch so zu verstehen sein, dass die nachgeschaltete Membran eine Selektivität für mindestens eine der au- ßer der Komponente A in der Ausgangsmischung vorhandenen Komponenten auf- weist, wobei die hier betrachtete Selektivität ebenfalls im Sinne der oben gegebenen Definition zu verstehen ist. Dies Verschaltung kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass ein aus dem erfindungsgemäßen Verfahren als Permeatstrom (vorzugswei- se das Permeat aus der ersten Membranstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens) ausgeschleuster, im wesentlichen die Komponente A enthaltender Strom einer Memb- ranstufe zugeführt wird, welche eine oder mehrere Membranen aufweist, deren Perm- selektivität bzw. Trennfaktor hinsichtlich der Komponente A nun kleiner als 1 ist und für eine weitere, enthaltene Komponente B größer als 1 ist, d. h. anteilig wird an dieser Stelle nun bevorzugt die Komponente B als neuer Permeatstrom abgezogen und das restliche Gemisch verlässt als Retentat diese Membranstufe in höherer Konzentration bezogen auf die Komponente A. Das Permeat aus dem letztgenannten Schritt wird z. B. vor die erste oder zweite Membranstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens zurück geführt.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung, des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Figur 1 dargestellt. Sie weist zwei erfindungsgemäße Membranstufen (I) und (II) auf und das Permeat aus der zweiten Membranstufe (II) wird über Leitung (4) auf eine wei- tere, dritte Membranstufe (III) geführt. Diese dritte Membranstufe weist die gleiche Membranart wie die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens auf und besitzt somit die gleiche Selektivität hinsichtlich der Komponente A wie die erste Membranstu- fe. Das Retentat aus der dritten Membranstufe wird vor die erste Membranstufe ge- führt.

Die in den erfindungsgemäßen Membranapparaten eingesetzten Membranen können aus einer Vielzahl dem Fachmann bekannter geeigneter Materialien wie Polymere, Kohlenstoff, Metall oder Keramik oder auch aus Kompositen der Materialien gefertigt sein.

Besonders vorteilhaft lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren einsetzen bei Memb- ranverfahren, die nach dem Prinzip der Pervaporation, der Dampfpermeation oder der Gaspermeation arbeiten, wobei die jeweils üblichen und in einer Vielzahl von Veröffent- lichungen beschriebenen Prozessbedingungen eingestellt werden können.

Anwendungen sind hier beispielweise die Entwässerung von Luft oder von organischen Komponenten bzw. Gemischen (z. B. Absolutierung von organischen Lösungsmitteln wie z. B. Ethanol), die Entfernung von organischen Komponenten aus Gas-oder Was-

serströmen wie oder die Trennung von Gasgemischen wie z. B. die Abtrennung von Sauergasen aus Erd-oder Biogas, die Luftzerlegung oder die Abtrennung von Was- serstoff aus Prozessgassströmen. So lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren vor- teilhaft einsetzen z. B. für die Rückgewinnung von Wasserstoff, Ethylen oder Propylen aus Purgegasströmen, die in chemischen oder petrochemischen Prozessen anfallen (z. B. Herstellprozesse für Ammoniak, Ethylenoxid oder Polyolefinen). Es kann aber auch eingesetzt werden für die Auftrennung von Edukt-oder Produktströmen wie z. B. bei der Auftrennung von Mischungen aromatischer und nichtaromatischer Kohlenwas- serstoffe, von Olefin/Alkan-Gemischen oder Mischungen linearer und verzweigter Koh- lenwasserstoffe, in allen drei genannten Fällen bevorzugt von Gemischen, bei denen die zu trennenden Kohlenwasserstoffe die gleiche Anzahl von Kohlenstoffatomen je Molekül aufweisen.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise angewendet, dass das in der zweiten und/oder dritten und/oder vierten etc. Stufe anfallende Permeat vor mindes- tens eine vorhergehende Membranstufe zurück geführt wird, so muss der Zustand des jeweiligen Permeats in geeigneter Weise konditioniert werden ; d. h. im Falle der Perva- poration muss das Permeat kondensiert und mittels einer Pumpe auf einen Druck grö- ßer oder gleich dem Eingangsdruck an der Stelle, an die zurück geführt wird, gebracht werden. Gleiches gilt für die Dampfpermeation ; hier ist zu beachten, dass die Rückfüh- rung des kondensierten Permeats vor den der Membranstufe vorgeschalteten Ver- dampfer erfolgen sollte.

Im Falle der Gaspermeation muss das Permeat mittels eines Verdichters auf einen Druck größer oder gleich dem Eingangsdruck an der Stelle, an die zurück geführt wird, gebracht werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet eine verfahrenstechnisch einfache und effekti- ve Möglichkeit der Auftrennung von Gemischen. Hierbei können relativ hohe Reinhei- ten bei niedrigen Membranflächen erzielt werden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch die nachfolgenden Beispiele veranschaulicht.

Alle genannten Beispiele beziehen sich auf die Trennung eines binären Gemischs mit- tels Gaspermeation.

Die hierbei ermittelten Werte und errechneten Größen finden ihre Definitionen in den Ausführungen von"M. Mulder, Basic Principles of Membrane Technology, Kluwer Aca- demic Publishers, Dordrecht, 1991, S. 223 wieder, welche auf den folgenden Grund- gleichungen basieren :

il = Qi (Xi,R pR - Xi,P pP) Xi, p Ji/ (Ja+Jb) mit ji = lokaler flächenspezifischer Fluss der Komponente i, Qj = const. = Permeanz der Komponente i, (i = a oder b) x = lokaler Molenbruch, p = Druck, Indices : a, b = Komponente a bzw. b R = Retentatseite P = Permeatseite.

Beispiel 1 : Es wird eine Verschalung von zwei Membranstufen gem. Figur 2 untersucht.

Vom Ausgangsgemisch 1, das 20 Mol-% der leichtpermeierenden Komponente A ent- hält, wird in zwei aufeinander folgenden Membranstufen Permeat abgetrennt.

Die Anlage wird so ausgelegt und betrieben, dass das Permeat aus der erste Stufe 60 Mol-% und das Retentat aus der zweiten Stufe 1 Mol-% A enthält.

In der nachfolgenden Tabelle sind die wesentlichen Ausiegungs-und Prozessdaten aufgelistet für zwei Fälle, wobei Fall 1 das Vergleichsbeispiel und Fall 2 ein erfindungs- gemäßes Beispiel darstellt. Membrandaten : Fall 1 Fall 2 Qa m3N/m2/h/bar 10 10 Stufe 1 Qb m3N/m2/h/bar 0,4 0,4 Permselektivität = Qa/Qb 25 25 Membranfläche m2 32, 2 32, 6 Qa m3N/m2/h/bar 10 10 Qb m3N/m2/h/bar 0,4 1 Stufe 2 Permselektivität = Qa/Qb 25 10 Membranfläche m2 39,5 23,6 Stromdaten für Strom Nr. Xa mol/mol 0,2 0,2 1 Menge m3N/h 1000 1000 p bar abs. 10 10 xa mot/mot 0,60 0,60 2 Menge m3N/h 273 275 p bar abs. 1 1 mol/mol 0,05 0, 05 3 Menge m3N/h 727 725 p bar abs. 10 10 Xa mol/mol 0,18 0,13 4 Menge m3N/h 172 240 p bar abs. 1 1 Xa mol/mol 0,01 0,01 5 Menge m3N/h 555 p bar abs. 10 10

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren (Fall 2) wird die Selektivität (hier Permselektivi- tät genannt) in der zweiten Stufe gegenüber dem Vergleichsbeispiel von 25 auf 10 ver- ringert. Um die gleiche, gewünschte Reinheit des Retentatsroms von 1 Mol-% an A zu erhalten, wird eine deutlich geringere Membranfläche 23,6 m2 statt 39, 5 m2 benötigt.

Beispiel 2 : Es wird eine Verschaltung von zwei Membranstufen gem. Figur 3 untersucht.

Vom Ausgangsgemisch 1, das 20 Mol-% der leichtpermeierenden Komponente A ent- hält, wird in zwei aufeinander folgenden Membranstufen Permeat abgetrennt, das Permeat aus der zweiten Stufe wird vor die erste Stufe zurück geführt.

Die Anlage wird so ausgelegt und betrieben, dass das Permeat aus der erste Stufe 70 Mol-% und das Retentat aus der zweiten Stufe 1 Mol-% A enthält.

In der nachfolgenden Tabelle sind die wesentlichen Auslegungs-und Prozessdaten aufgelistet für zwei Fälle, wobei Fall 1 das Vergleichsbeispiel und Fall 2 ein erfindungs- gemäßes Beispiel darstellt : Membrandaten : Fall 1 Fall 2 pa m N/m/h/bar 10 10 Stufe 1 Qb m3N/m2/h/ba 0,4 0,4 Permselektivität = Qa/Qb 25 25 Membranfläche m2 25, 3 25,2 Qa m3N/m2/h/ba 10 10 Qb m3N/m2/h/bar 0,4 1 Stufe 2 Permselektivität = Qa/Qb 25 10 Membranfläche 70, 4 54,9 Stromdaten für Strom Nr. mol/mol 0,2 0,2 1 Menge m3N/h 1000 1000 p bar abs. 10 10 mol/mol 0, 70 0,70 2 Menge m3N/h 276 276 p bar abs. 1 1 mol/mol 0,09 0,10 3 Menge m3N/h 1064 1331 p bar abs. 10 10 mol/mol 0,26 0,21 4 Menge m3N/h 340 607 p bar abs. 1 1 moi/mol 0,01 0,01 5 Menge m3N/h 724 724 bar abs. 10 10

Auch hier zeigt sich die Verringerung der benötigten Membranfläche.

Beispiel 3 : Dieses Beispiel entspricht Beispiel 2 mit der Ausnahme, dass bei gleicher Permselekti- vität wie in Beispiel 2 die Permeanzen für die Komponenten A und B höher sind. Dieser Sachverhalt reflektiert den häufig anzutreffenden Fall, dass eine niedrigere Permselek-

tivität verbunden ist mit einer höheren Permeanz für alle im Gemisch vorhandenen Komponenten.

In der nachfolgenden Tabelle sind die wesentlichen Auslegungs-und Prozessdaten aufgelistet für zwei Fälle, wobei Fall 1 das Vergleichsbeispiel und Fall 2 ein erfindungs- gemäßes Beispiel darstellt : Membrandaten : Fall 1 Fall 2 Qa m3N/m2/h/ba 10 10 Stufe 1 Qb m3N/m2/h/ba 0,4 0,4 Permselektivität = Qa/Qb 25 25 Membranfläche m2 25, 3 25,2 Qa m3N/m2/h/bar 10 20 Qb m3N/m2/h/bar 0,4 1 Stufe 2 Permselektivität = Qa/Qb2510 Membranfläche m 70,4 27,4 Stromdaten für Strom Nr. mol/mol 0,2 0,2 /h 1000 1000 p bar abs. 10 10 mol/mol 0,70 0,70 2 Menge m3N/h 276 276 p bar abs. 1 1 Xa mol/mol 0,09 0,10 Menge m3N/h 1064 1331 p bar abs. 10 10 mol/mol 0,26 0,21 4 Menge m3N/h 340 607 p bar abs. 1 1 mol/mol 0,01 0, 01 5 Menge m3N/h 724 724 p bar abs. 10 10

Allen drei Beispiele zeigen, dass das erfindungsgemäße Verfahren bei gleicher Menge und Qualität der das Verfahren verlassenden Ströme zu einem geringeren Bedarf an Membranfläche führt als in zweistufigen Anordnungen, bei denen die Membran in bei- den Membranstufen die gleiche Selektivität aufweist.