DE3818919A1 - Verfahren und vorrichtung zur selektiven entnahme von zumindest einem bestandteil aus dem gasgemisch - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur selektiven entnahme von zumindest einem bestandteil aus dem gasgemischInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung
zur selektiven Entnahme von zumindest einem Bestandteil
aus einem Gasgemisch, insbesondere zur Trocknung eines
Gases mit einer für polare Moleküle durchlässigen und als
Trennwand dienenden Membran.
Man kennt bereits ein Verfahren zur Separierung von Gasen
oder Gasgemischen, bei dem nach dem Permeationsprinzip als
Trennwand eine polare Membran verwendet wird, die vor allem
für polare Moleküle durchlässig ist. Während bei diesem
vorbekannten Permeationstrennverfahren auf der einen Seite
das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch durch die Membran
hindurchgeleitet wird, wird die Membran auf der anderen
Seite mit Luft oder gegebenenfalls einem Gas umspült.
Nachteil dieser bekannten Verfahrensweise ist jedoch, daß
nur sehr unpolare Bestandteile des zu behandelnden Gases
oder Gasgemisches zurückgehalten werden und auch andere
Inhaltsstoffe beispielsweise eines Dampfgemisches ebenfalls
durch die Membran permeieren können.
Es ist erwünscht, daß dieses vorbekannte Trennverfahren beispielsweise
bei der Abgasuntersuchung von Kraftfahrzeugmotoren zur
Trocknung des zu untersuchenden Abgases eingesetzt wird. Durch
die Membran permeiert jedoch nicht nur der Wasserdampf,
sondern vielmehr beispielsweise auch organische Bestandteile,
die in dem Abgas nur in Spuren enthalten sind und deren
zumindest teilweise Permeation durch die Membran das spätere
Untersuchungsergebnis entsprechend nicht unerheblich ver
fälscht.
Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen,
mit welchem gezielt einzelne Bestandteile aus Gasen oder
Gasgemischen entnommen werden können und welches sich
insbesondere zur selektiven Trocknung von Gasen, ohne
größeren Verlust anderer Gasbestandteile, eignet.
Die erfindungsgemäße Lösung bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art
besteht insbesondere darin, daß die Membran auf der dem
Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite von einer Spülflüssig
keit umspült wird, die eine bevorzugte Affinität für das zu
selektierende Bestandteil aufweist.
Überraschenderweise können durch die Wahl bestimmter Spül
flüssigkeiten, die die Membran auf der dem zu behandelnden
Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite umspülen, gezielt
Selektionen erreicht werden. Dabei diffundiert in die Spül
flüssigkeit bevorzugt diejenige polare Komponente, zu der
die Spülflüssigkeit eine bevorzugte Affinität aufweist,
während unpolare Bestandteile oder weniger polare Ver
bindungen im Gas oder Gasgemisch verbleiben oder nur zu
einem unerheblichen Anteil durch die Membran hindurchtreten.
Wählt man beispielsweise eine hygroskopische Flüssigkeit
als Spülflüssigkeit, so können Gase ohne wesentlichen
Verlust anderer Komponenten getrocknet werden. Ammoniak
bzw. flüchtige Amine wiederum lassen sich durch Umspülen
mit einer Säure, saure Inhaltsstoffe dagegen durch Um
spülen mit einer basischen Flüssigkeit abtrennen.
Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beispielsweise
vorteilhaft allgemein bei der Trocknung von Luft und anderen
Gasen sowie bei der infrarotspektroskopischen oder gas
chromatographischen Spurenanalyse etwa im Rahmen von Arbeits
platz- oder Abgasuntersuchungen einsetzen. Ebenfalls kann
es bei der selektiven Abreicherung von Ammoniak oder
flüchtigen Aminen aus alkalisch gestellten Prozeßwässern
anstelle des Strippens sowie zur Abreicherung saurer Kompo
nenten aus Gasen und Dämpfen, zur Abreicherung von Kohlen
dioxid aus Biogas oder aus Raumluft und auch zur selektiven
Entschwefelung von Biogas verwendet werden.
Dabei wird die Spülfüssigkeit entsprechend der zu selek
tierenden Komponente ausgewählt. Vorteilhaft ist es, wenn
eine Spülflüssigkeit verwendet wird, die mit dem zu
selektierenden Bestandteil eine chemische Verbindung ein
geht, beispielsweise unter Bildung eines Additionsproduktes,
einer Säure-Base-Beziehung, eines Charge-Transfer-Komplexes,
einer Solvolyse oder durch Umsetzung unter Nutzung des
Le Chatelierschen Prinzips durch Entzug einer Komponente
infolge Gas- oder Niederschlagsbildung. Vorteilhaft kann
auch eine Spülflüssigkeit verwendet werden, die mit dem zu
selektierenden Bestandteile Solvate bildet, beispielsweise
Hydrate und Alkoholate, Ammoniakate und Aminate.
Zur Förderung der Permeationsgeschwindigkeit und der
Permeationsausbeute auch bei gleichzeitig kleinerer Dimen
sionierung der Membran ist es vorteilhaft, wenn das zu
behandelnde Gas oder Gasgemisch unter Druck gegen und/oder
durch die Membran geleitet wird, vorzugsweise mit einem
Druck von 1,1 bis 10×105 Pa.
Ein Vorschlag gemäß der Erfindung von eigener schutzwürdiger
Bedeutung, der die Trocknung eines Gases oder Gasgemisches
betrifft, sieht vor, daß das Verfahren sich in verschiedene
Trennphasen unterteilt, daß dabei die zeitlich erste Trenn
phase eine Heißphase ist, die vorzugsweise bei einer Temperatur
von 30 bis 90° Celsius betrieben wird und daß die nach
folgenden Trennphasen Kaltphasen sind, die vorzugsweise bei
gegebenenfalls abnehmenden Temperaturen von +10 bis -30°
Celsius betrieben werden.
Zweckmäßigerweise wird das erfindungsgemäße Verfahren unter
einem geringen Druck von beipielsweise 1,1 bis 10×105 Pa
betrieben. Auf diese Weise läßt sich auch eine verhältnis
mäßig kleine dimensionierte Membran verwenden und dennoch
eine gute Permeationsgeschwindigkeit und Permeationsausbeute
erzielen. Der Druck jedoch begünstigt eine Kondensation
des in einem Gas enthaltenen Wasserdampfes. Da der an der
Membran kondensierte Wasserdampf eine Permeation weiteren
Wasserdampfes in die auf der gegenüberliegenden Seite der
Membran befindliche, hygroskopische Spülflüssigkeit
behindern könnte, ist es vorteilhaft, wenn die Druckan
hebung durch anfänglich heißere Temperaturphasen und eine
Erhöhung des Sättigungswertes des Gases zumindest ausge
glichen wird. Dabei hat sich als vorteilhaft erwiesen,
wenn die Trennphasen mit abnehmender Temperatur hinterein
andergeschaltet betrieben werden und wenn die erste Trenn
phase bei einer Temperatur von etwa 10 bis 80° über Umgebungs
temperatur sowie alle folgenden Trennphasen etwa 10 bis 50°
Celsius unter Umgebungstemperatur betrieben werden. Diese
Trenn- oder Kaltphasen mit gegebenenfalls unterschiedlichen,
abnehmenden Temperaturen begünstigen wiederum den
Permeationsprozeß und insbesondere eine chemische Reaktion
der Spülflüssigkeit mit der zu selektierenden Komponente.
Es besteht auch die Aufgabe eine einfache Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Lösung besteht bei der Vorrichtung der
eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß die Vor
richtung zumindest ein die Membran enthaltendes Permeations
modul hat und daß sich auf der dem Gas oder Gasgemisch
abgewandten Seite der Membran eine Spülflüssigkeit befindet,
die eine bevorzugte Affinität für das zu selektierende
Bestandteil aufweist.
Während die Spülflüssigkeit die Selektion bestimmter Kompo
nenten aus dem Gas oder Gasgemisch begünstigt, erleichtern
einzelne Permeationsmodule die Unterteilung des Verfahrens
etwa in verschiedene Trennphasen mit unterschiedlichen,
nacheinander abnehmenden Temperaturen.
Eine einfache und vorteilhafte Ausführung gemäß der Er
findung sieht vor, daß die Membran im wesentlichen aus
einer vorzugsweise schraubenlinienförmig angeordneten Hohl
faser besteht und daß gegebenenfalls mehrere Membranen zu
einem Hohlfaserbündel zusammengefaßt sind. lnsbesondere
eine schraubenlinienförmig angeordnete Hohlfaser bietet eine
große Umspülungsfläche für die Spülflüssigkeit bei dennoch
vergleichsweise geringen Abmessungen der Membran.
Zweckmäßigerweise dient dabei die als Hohlfaser ausge
bildete Membran als Gasleitung für das im Inneren der Hohl
faser durchströmende Gas oder Gasgemisch, während die
Außenseite der Hohlfaser durch die Spülflüssigkeit umspült
wird.
Möglich ist auch, die Membran zylinderförmig auszubilden
oder als flache Membran rahmenartig zu umfassen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung von eigener schutzwürdiger
Bedeutung kann darin bestehen, daß die Vorrichtung
mehrere miteinander verbundene Permeationsmodule aufweist,
die in Durchströmrichtung des Gases oder Gasgemisches
hintereinander angeordnet sind. Enthalten diese "in Reihe"
miteinander verbundenen Permeationsmodule dieselbe Spül
flüssigkeit, so läßt sich die Permeationsausbeute steigern.
Permeationsmodule mit unterschiedlichen Spülflüssigkeiten dagegen
können vorteilhaft zur Selektion mehrerer Bestandteile aus
einem Gasgemisch eingesetzt werden.
Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen aufgeführt.
Nachstehend wird diese anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in Ver
bindung mit den Figuren noch näher erläutert.
Es zeigen, stärker schematisiert:
Fig. 1 und 2 eine auseinandergezogen und perspektivisch dargestellte Ansicht
einer einstufigen sowie eine im Schnitt gehaltene Ansicht einer
zweistufigen Flüssigphasen-Trennvorrichtung,
Fig. 3 und 4 eine Versuchsanordnung und Chromatogramme zum 1. Beispiel,
Fig. 5 bis 7 Versuchsanordnung und Chromatorgramme zum 2. Beispiel und
Fig. 8 und 9 Chromatogramme zum 3. Beispiel.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein im ganzen
mit 1 bezeichnetes Permeationsmodul einer einstufigen
Trennvorrichtung. Das Permeationsmodul 1 weist ein
äußeres, isolierendes Schutzgehäuse 2 auf, in dessen
Innenraum der die Spülflüssigkeit enthaltende Behälter 3
angeordnet ist. Das Schutzgehäuse 2 wird durch eine Ab
deckung 4 an seiner Oberseite verschlossen, die mit einer
als Hohlfaser ausgebildeten und schraubenlinienförmig
angeordneten Membran 5 verbunden ist. Während in Gebrauchs
stellung des Permeationsmoduls 1 die Membran 5 in den
Behälter 3 und die darin enthaltene Spülflüssigkeit ein
taucht, ragen die beiden freien Enden 6 und 7 über die
Oberseite der Abdeckung 4 nach außen und dienen als An
schlüsse für die als Gasleitung des zu behandelnden Gases
oder Gasgemisches ausgebildete Membran 5.
Zur besseren Übersichtlichkeit ist in Fig. 1 die Abdeckung
4 vom Schutzgehäuse 2 abgehoben dargestellt. Deutlich
erkennbar ist in Fig. 1 das - nur schematisch darge
stellte - Regelventil 8, das gleichzeitig einen Durch
flußmesser für das in Durchströmrichtung Pf 1 durch die
Membran 5 geleitete Gas oder Gasgemisch enthält.
Erfindungsgemäß befindet sich auf der dem Gas oder Gas
gemisch abgewandten Außenseite der an sich bekannten,
polaren Membran 5 eine Spülflüssigkeit, die eine bevor
zugte Affinität für das zu selektierende Bestandteil
aufweist. Durch die Wahl einer bestimmten Spülflüssigkeit
kann aus einem mit polaren Komponenten beladenen Gas
oder Dampf nach dem Permeationsprinzip ein bestimmtes
Bestandteil selektiv abgetrennt werden, und zwar ohne
wesentlichen Verlust an anderen Komponenten. Beispiels
weise ist durch eine hygroskopische Spülflüssigkeit die
Trocknung von Gasen oder Gasgemischen möglich. Durch
Umspülen der Membran 5 mit einer Säure können Ammoniak
bzw. flüchtige Amine abgetrennt und umgekehrt saure
Inhaltsstoffe durch Umspülen mit einer basischen Flüssig
keit aus einem Gas oder Gasgemisch entnommen werden.
Zur Förderung der Permeationsgeschwindigkeit und der
Permeationsausbeute ist es vorteilhaft, wenn das zu
behandelnde Gas oder Gasgemisch unter Druck durch die
Membran 5 geleitet wird.
In Fig. 2 ist in einer schematischen Ansicht eine zwei
stufige Flüssigphasen-Trennvorrichtung dargestellt, die
zwei miteinander verbundene Permeationsmodule 1 aufweist,
die in Durchströmrichtung Pf 1 des zu behandelnden
Gases oder Gasgemisches hintereinander "in Reihe" ange
ordnet sind. Die Flüssigphasen-Trennvorrichtung in Fig. 2
dient dabei der Trocknung eines durch die Membranen 5
der Permeationsmodule geleiteten Gases oder Gasgemisches.
Dazu weisen die Permeationsmodule 1 in ihren Behältern
3 jeweils eine hygroskopische Spülflüssigkeit auf, die
die Membranen 5 an ihrer dem Gas oder Gasgemisch abge
wandten Außenseite umspült.
Das zu behandelnde Gas oder Gasgemisch wird unter einem
Druck von vorzugsweise 1,1 bis 10×105 Pa durch die Membran
5 geleitet. Um eine Kondensation des im Gas oder Gas
gemisch enthaltenen Wasserdampfes zu vermeiden, wird das
in Durchströmrichtung Pf 1 erste Permeationsmodul 1 bei
einer Temperatur von 10 bis 80° über Umgebungstemperatur
betrieben. Dazu weist das in Fig. 2 rechte Permeationsmodul
1 eine Heizvorrichtung 9 auf, die die Spülflüssigkeit
auf eine Temperatur von 30 bis 900C erwärmt.
Um die Permeation des Wasserdampfes durch die für polare
Komponenten durchlässigen Membran 5 in die im Behälter 3
befindliche Spülflüssigkeit zu be
günstigen, wird das in Durchströmrichtung Pf 1 nachfol
gende, in Fig. 2 linke Permeationsmodul 1 bei einer
Temperatur von 10 bis 50°C unter Umgebungstemperatur
betrieben. Das in Fig. 2 linke Permeationsmodul 1 weist
dazu eine Kühlvorrichtung 10, beispielsweise ein Peltier
element auf, welches die Spülflüssigkeit auf eine Temperatur
von etwa 10 bis -30°C abkühlt. Dabei ist das Schutz
gehäuse 2 des in Fig. 2 linken Permeationsmoduls 1 zur
besseren Isolation stärker dimensioniert.
Während also in dem in Fig. 2 rechten Permeationsmodul
1 eine Heißphase durchgeführt wird, durchläuft das zu
behandelnde Gas oder Gasgemisch in dem in Fig. 2 linken
Permeationsmodul eine Kaltphase.
Zur Regelung der Durchflußmenge und des Druckes des zu
trocknenden Gas oder Gasgemisches weist die in Fig. 2
dargestellte Flüssigphasen-Trennvorrichtung ein Regelven
til 8 sowie einen zwischen den beiden Permeations
modulen 1 angeordneten Durchflußmesser 11 auf.
Auch die Membranen 5 der in Fig. 2 dargestellten
Permeationsmodule 1 sind als Hohlfaser ausgebildet und
schraubenlinienförmig im Behälter 3 angeordnet. Möglich
wäre aber auch, die Membranen 5 zylinderförmig auszubilden
oder als flache Membranen rahmenartig beispielsweise
von ebenen Flächen zu umfassen.
Mit dem erfindungsgemäßen Trennverfahren
und den in Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen können
gezielt einzelne Bestandteile aus Gasen oder Gasgemischen
entnommen und insbesondere derartige Gase oder Gasgemische
ohne größeren Verlust anderer Gasbestandteile getrocknet
werden.
Als Membran-Werkstoff kommt ein solcher Werkstoff in Frage,
wie er zum Beispiel unter dem Handelsnamen "Nafion®" im
Handel erhältlich ist.
Nachfolgend werden Beispiele zur Anwendung der Permeations
trocknung von Gasen für analytische Zwecke (Gas-Chromato
graphie und Gasphasen-I-R-Spektroskopie) detaillierter
beschrieben.
Perchlorethylen (nachstehend auch kurz "Per"genannt) ent
haltende Luft wird üblicherweise über Aktivkohlefilter ge
reinigt. Dabei hängt die Beladungskapazität der Aktivkohle
wesentlich davon ab, wieviel Feuchtigkeit in der Luft zu
sätzlich enthalten ist. So gilt beispielsweise für den Ex
tremfall der Absorption von Per aus trockener Luft eine
Beladungskapazität bis ungefähr 30%, wohingegen bei der
Beladung von Aktivkohle mit Per aus wäßriger Lösung maxi
mal bis zu 3% aufgenommen werden.
Deshalb ist zu erwarten, daß bei der üblichen Absorption
von Per aus Luftproben an Aktivkohle-Probenahmeröhrchen je
nach dem noch zusätzlich enthaltenen Wasserdampfanteil auch
deutlich fehlerhafte Bestimmungen gemacht werden können.
Die Luft im Kopfraum eines Aktivkohle-Festbettreaktors für
den biologischen Abbau von Perchlorethylen wurde mit und
ohne Permeationstrocknung über ein Aktivkohle-Probenahme
röhrchen geleitet und anschließend gaschromatographisch
untersucht.
Die Versuchs-Einrichtung zur Gas-Permeationstrocknung bestand
aus zwei gleichen Einheiten, wobei die erste für den Betrieb
bei Raumtemperatur (und eventuell auch höher bis max. 90°C)
und die zweite bei unter den Gefrierpunkt abgekühlten Tempe
raturen (bis maximal -30°C) vorgesehen ist.
Für die Untersuchung wurden jeweils 1 Liter beladener Luft
mit einem Fluß von 150 ml/min über Aktivkohleröhrchen ge
leitet. Zur gaschromatographischen Untersuchung wurde das
Aktivkohleröhrchen mit 3 ml Hexan kalt im Ultraschallbad
extrahiert und per Kapillar-Gas-Chromatographie auf einer
unpolaren Säule (SE-54, 25 m) mit Helium als Trägergas und
ECD-Detektion quantitativ bestimmt. Bei Anwendung des
Trockners wurde 55 mal mehr Per gefunden als direkt aus dem
Reaktor ohne Trocknung.
In einem zweiten Versuch wurde die zweite Trocknungszeit auf
0°C abgekühlt und auf diese Weise sogar der 150fache Per-
Gehalt ermittelt.
Die Versuchsanordnung und Chromatogramme sind in Fig. 3 und
4 dargestellt. Dabei ist darauf zu achten, daß die getrocknete
Probe für die Bestimmung 1 : 50 verdünnt werden mußte.
Bei der Verbrennung von Treibstoffen entsteht aus den Kohlen
wasserstoffen des Treibstoffes Wasser. Bei kälteren Außen
temperaturen wird dies unmittelbar nach Verlassen des Aus
puffes bereits als "Auspuffnebel" sichtbar. Das Wasser stört
die analytischen Abgasuntersuchungen, weil sämtliche Sorptions
prozesse durch Wasserdampf beeinträchtigt werden.
Je 1 Liter Abgas eines Ottomotors (Fiat Ritmo Abarth), ent
nommen mit einer Flußgeschwindigkeit von 150 ml/min, mit und
ohne Trocknung, wurden über zwei hintereinander geschaltete
Kieselgel-Probenahmeröhrchen (Dräger) geleitet und an
schließend nach Desorption mit n-Hexan gaschromatographisch
untersucht (Hewlett Packard GC 5890 A; Kapillare HP 1 mit
250 µ I.D., Detektion durch Quadrupol-MSD im scan-mode).
Die Versuchsanordnung mit den hintereinandergeschalteten
"Trocken 1 D und 2 D" und "Feucht 1 D und 2 D" ist in der Fig. 5
schematisch dargestellt. In den dazugehörigen Chromato
grammen (vgl. Fig. 6 und Fig. 7) bezieht sich die nach oben
aufgetragene Spur jeweils auf die getrocknete und die nach
unten aufgetragene Spur auf die feucht belassene Probe.
Ferner ist bei Fig. 6 im linken oberen Teil das Totalchromatogramm
des ersten Röhrchens bis 44 Minuten aufgetragen und rechts oben
das entsprechende Chromatogramm des nachgeschalteten
2. Röhrchens. Darunter befinden sich vergrößerte Aus
schnitte von der 4. bis zur 16. Minute.
Allein der visuelle Vergleich der Chromatogramme läßt er
kennen, daß die Komponenten des getrockneten Abgasstromes
bereits im ersten Adsorptionsröhrchen nahezu vollständig ge
bunden werden, während die Komponenten im feucht belassenen
Abgasstrom erst im 2. Röhrchen abgebunden werden, also der
Wasserdampf das Festhalten der Komponenten behindert. Bei
der genaueren massenspektrometrischen Untersuchung er
wiesen sich die Verbindungen des ersten Chromatorgrammab
schnittes bis zu 15. Minute als ein- und mehrfach alkylierte
Benzolderivate.
Der Hexan-Extrakt des jeweils ersten Röhrchens, getrocknet
und feucht belassen, wurde ein zusätzlich auf einem zweiten
GC-System untersucht (Carlo-Erba Mega, 250 µ I.D.), Filmdicke
1 µ OV 1,30 m lang, Detektion durch FID). Die FID-Detektion
reagiert auf Kohlenwasserstoffe empfindlicher als die massen
spektrometrische Detektion im scan-mode. Die dazugehörigen
Chromatogramme sind zusammen mit einer auf analoge Weise
genommene Dieselabgasprobe in Fig. 7 zusammengestellt. Die
deutlich bessere Resorption auf Kieselgel bei den getrockneten
Gasströmen wird für beide Fälle ohne weiteres sichtbar. Beim
Abgas des Benzinmotors werden die Komponenten bis zu 15. Mi
nute des Chromatogrammes im feucht belassenen Abgasstrom
durchschnittlich nur zwischen 25 und 65% besser festgehalten,
in einigen Fällen sogar nahezu überhaupt nicht.
Die IR-Spektroskopie ist eine leistungsfähige Methode zur
Identifizierung organischer Verbindungen. Zumindest läßt
sich auf diesem Wege leicht eine Aussage über funktionelle
Gruppen finden und damit die Verbindung ihrer Substanzklasse
zuordnen. Was den Einsatz in der Analytik gasförmiger Proben
betrifft, so liefert diese Methode nur in Teilbereichen
wirklich befriedigende Resultate, weil große Teile des Gesamt
spektrums durch den in Luft stets weit überwiegenden Wasser
dampf verdeckt werden.
Aus einem Raum, in dem mit Acrolein hantiert wurde, wurden
1,8 Liter Raumluft in eine evakuierte IR-Gas-Küvette von ca.
4 l Inhalt mit Mehrfach-Reflektion und insgesamt etwa 35 m
Lichtweg eingezogen.
Einmal wurde die Luft direkt in die Küvette gezogen und ein
weiteres Mal zuvor über den Permeationstrockner (Strömungs
geschwindigkeit 150 ml/min). Die Feuchtigkeit der Raumluft
betrug 50%.
Die für Acrolein charakteristische und intensive Carbonyl
schwingung um 1700 cm-1 wird nur bei der getrockneten Luft
probe sichtbar (siehe Fig. 8 u. 9).
Wie bereits erwähnt, ist eine wesentliche erfindungsgemäße
Ausgestaltung des anmeldungsgemäßen Verfahrens bzw. der
entsprechenden Vorrichtung, daß die zu messende Luft zu
nächst komprimiert und gleichzeitig erwärmt wird, damit der
Taupunkt nicht unterschritten wird. In der ersten Trocknungs
stufe durchströmt die Luft ein nur für Wasserdampf durch
lässiges Filter, wird anschließend in einer zweiten Stufe
auf wenige Grade über dem Nullpunkt abgekühlt und nochmals
in der gleichen Weise gefiltert.
Man erreicht dadurch, daß die Luft auf einen Taupunkt
von ca. -30°C abgekühlt wird. Das entspricht einem Wasser
gehalt von ca. 350 mg H2O/m3, und dies ohne organische
Inhaltsstoffe der Luft zu verlieren.
Anwendungsbereiche eines solchen Luftproben-Trockners bzw.
des entsprechenden Verfahrens dazu sind zum Beispiel
IR-spektroskopische und gaschromatographische Spurenbe
stimmungen in feuchter Luft, Arbeitsplatzuntersuchungen,
Abgasanalysen bei Kraftfahrzeugen.
Alle vorbeschriebenen oder in den Ansprüchen aufgeführten
Einzelmerkmale können einzeln oder in beliebiger Kombi
nation miteinander erfindungswesentlich sein.
Claims (12)
1. Verfahren zur selektiven Entnahme von zumindest einem
Bestandteil aus einem Gasgemisch, insbesondere zur
Trocknung eines Gases mit einer für polare Moleküle
durchlässigen und als Trennwand dienenden Membran,
dadurch gekennzeichnet, daß die Membran
(5) auf der dem Gas oder Gasgemisch abgewandten Seite
von einer Spülflüssigkeit umspült wird, die eine
bevorzugte Affinität für das zu selektierende Bestand
teil aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Spülflüssigkeit verwendet wird, die mit dem zu
selektierenden Bestandteil eine chemische Verbindung
eingeht, beispielsweise unter Bildung eines Additions
produktes, einer Säure-Base-Beziehung, eines Charge-
Transfer-Komplexes, einer Solvolyse oder durch Um
setzung unter Nutzung des Le Chatelierschen Prinzips
durch Entzug einer Komponente infolge Gas- oder
Niederschlagsbildung.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Spülflüssigkeit verwendet wird, die mit dem
zu selektierenden Bestandteil Solvate bildet,
beispielsweise Hydrate und Alkoholate, Ammoniakate und
Aminate.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß das zu behandelnde Gas
oder Gasgemisch unter Druck gegen und/oder durch die
Membran geleitet wird, vorzugsweise mit einem Druck
von 1,1 bis 10×105 Pa.
5. Verfahren zur Trocknung eines Gases oder Gasgemisches
nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da
durch gekennzeichnet, daß das Verfahren sich in ver
schiedene Trennphasen unterteilt, daß dabei die zeit
lich erste Trennphase eine Heißphase ist, die vorzugs
weise bei einer Temperatur von etwa 30 bis 90°C betrieben
wird und daß die nachfolgenden Trennphasen Kalt
phasen sind, die vorzugsweise bei gegebenenfalls
abnehmenden Temperaturen von etwa +10° bis -30°C be
trieben werden.
6. Vorrichtung zur selektiven Entnahme von zumindest
einem Bestandteil aus einem Gasgemisch, insbesondere
zur selektiven Trocknung eines Gases mit einer für
polare Moleküle durchlässigen und als Trennwand dienen
den Membran, insbesondere zur Durchführung des Ver
fahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zumindest ein
die Membran (5) enthaltendes Permeationsmodul (1)
aufweist und daß sich auf der dem Gas oder Gasgemisch
abgewandten Seite der Membran (5) eine Spülflüssigkeit
befindet, die eine bevorzugte Affinität für das zu
selektierende Bestandteil aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (5) im wesentlichen aus einer vor
zugsweise schraubenlinienförmig angeordneten Hohlfaser
besteht und daß gegebenenfalls mehrere Membranen (5)
zu einem Hohlfaserbündel zusammengefaßt sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die als Hohlfaser ausgebildete Membran
(5) als Gasleitung für das im Inneren der Hohlfaser
durchströmende Gas oder Gasgemisch dient.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6
bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (5)
zylinderförmig ausgebildet oder als flache Membran
rahmenartig umfaßt ist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6
bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Permeations
modul (1) im wesentlichen aus einem die Spülflüssig
keit enthaltenden Behälter (3) besteht, in dem eine
als Gasleitung dienende und als vorzugsweise schrauben
linienförmige Hohlfaser ausgebildete Membran (5)
angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6
bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung
mehrere miteinander verbundende Permeationsmodule (1)
aufweist, die in Durchströmrichtung (Pf 1) des Gases
oder Gasgemisches hintereinander angeordnet sind.
12. Vorrichtung zur Trocknung eines Gases oder Gasge
misches, insbesondere nach einem oder mehreren der
Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das
in Durchströmrichtung (Pf 1) erste Permeations
modul (1) eine Heizvorrichtung (9) aufweist und daß
die in Durchströmrichtung (Pf 1) folgenden Permeations
module (1) eine Kühlvorrichtung (10) aufweisen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883818919 DE3818919A1 (de) | 1988-06-03 | 1988-06-03 | Verfahren und vorrichtung zur selektiven entnahme von zumindest einem bestandteil aus dem gasgemisch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19883818919 DE3818919A1 (de) | 1988-06-03 | 1988-06-03 | Verfahren und vorrichtung zur selektiven entnahme von zumindest einem bestandteil aus dem gasgemisch |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3818919A1 true DE3818919A1 (de) | 1989-12-14 |
Family
ID=6355783
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19883818919 Withdrawn DE3818919A1 (de) | 1988-06-03 | 1988-06-03 | Verfahren und vorrichtung zur selektiven entnahme von zumindest einem bestandteil aus dem gasgemisch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3818919A1 (de) |
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