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Dokumentenidentifikation DE4432482C2 19.12.2002
Titel Vorrichtung zur Trocknung gasförmiger Medien
Anmelder Membrana GmbH, 42289 Wuppertal, DE
DE-Anmeldedatum 13.09.1994
DE-Aktenzeichen 4432482
Offenlegungstag 14.03.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 19.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.2002
IPC-Hauptklasse B01D 53/22
IPC-Nebenklasse B01D 71/52   B01D 69/08   
IPC additional class // C08G 63/672,63/183,D01F 6/86,1/08  

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trocknung gasförmiger Medien, welche ein Gehäuse mit einem Feedstromeingang, einem Sweepstromeingang, einem Retentatstromausgang, einem Permeatstromausgang und eine wasserdampfdurchlässige, wasserdichte, vorzugsweise nichtporöse, Membran aufweist.

In der industriellen Praxis werden zur Trocknung von z. B. Druckluft die Kondensationstrocknung, die Absorptions- und Adsorptionstrocknung herangezogen. Diese Verfahren erfordern bekannterweise wegen des großen apparativen Aufwands und der Verwendung vieler mechanisch beweglicher Einrichtungen zusätzliche und dauernde Kontrollen und Wartungen, ganz abgesehen von dem Erfordernis, daß insbesondere für die Regenerierung der Ausgangsstoffe bei den Absorptions- und Adsorptionsverfahren ein sehr hoher Energiebedarf benötigt wird, so daß diese Verfahren zu einem verstärkten finanziellen Einsatz zwingen und deren industrielle Verwendbarkeit in Industrie und Labor einschränken.

Um die o. g. Nachteile zu beseitigen, schlägt die DE 33 44 917 A1 ein Verfahren zum direkten Überführen von Wasserdampf zwischen zwei Gasströmen vor, welches durch Strömenlassen der beiden Gasströme über gegenüberliegende Oberflächen einer gasundurchlässigen, Wasserdampf transportierenden Membran erfolgt, die die beiden Ströme voneinander trennt, wobei der eine Strom einen höheren Wasserdampfpartialdruck als der andere hat, wodurch Wasserdampf von dem einen Strom zum anderen transportiert wird. Dieser Stand der Technik zielt darauf ab, jede mögliche Membran, die aus Polymeren besteht, zu verwenden, sie muß nur das Erfordernis der Wasserdampftransporteigenschaften erfüllen.

Es wird hierbei vollkommen übersehen, daß eine Membran nur dann für diesen Einsatz geeignet ist, wenn sie nicht nur wasserdampfdurchlässig ist, sondern auch eine hohe Reißfestigkeit wegen der steten Druckbeaufschlagung, ein dauerhaftes Elastizitätsvermögen wegen der nicht zu verhindernden auch von der Temperatur abhängigen Druckschwankungen im Zuleitungssystem, und eine Gewährleistung des Feuchtigkeitsdurchtritts auch bei langandauernder Exposition einem feuchten gasförmigen Medium gegenüber, aufweist. Diese Schwierigkeiten werden von diesem Stand der Technik nicht erkannt, geschweige denn gelöst.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Trocknung gasförmiger Medien bereitzustellen, welche die o. g. Nachteile des Stands der Technik nicht aufweist. Darüber hinaus sollten auch die bei der industriellen Anwendung zu beachtenden Anforderungen wie hohe Lebensdauer der Membran und geringer Energieaufwand erfüllt werden. Überdies wäre ein Minimum an verschleißbaren Einrichtungen und beweglichen mechanischen Teilen und Einrichtungen zusätzlich wünschenswert, so daß die Ausgewogenheit an Wirkungsgrad und Platzbedarf sowie die Handhabbarkeit einen ubiquitären Einsatzbereich der Vorrichtung in Laboratorien, Meßgeräten, Herstellungsbetrieben und Privathaushalten eröffnen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung zur Trocknung gasförmiger Medien, welche ein Gehäuse mit einem Feedstromeingang, einem Sweepstromeingang, einem Retentatstromausgang, einem Permeatstromausgang und eine wasserdampfdurchlässige, wasserdichte, vorzugsweise nichtporöse, Membran aufweist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Membran aus einem Material besteht, welches ein Polymer auf der Grundlage von Copolyetherester enthält, als Hohlfäden ausgebildet ist und eine Austauschfläche gleich oder größer 2 m2 besitzt.

Es zeigt

Fig. 1 ein Verfahrensfließbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Trocknung gasförmiger Medien.

Es hat sich gezeigt, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung gegenüber herkömmlichen Entfeuchtungsverfahren wie Kondensations-, Absorption- und Adsorptionstrocknungsverfahren insbesondere aber herkömmlichen Druckluftmembrantrocknungsverfahren, beispielsweise DE 33 44 917 A1 gegenüber eine hohe Abtrennung der Feuchtigkeit aus feuchtigkeitsenthaltenden gasförmigen Medien gewährleistet. Zudem ist festzustellen, daß die Vorrichtung aufgrund der wenigen zu verwendenden, verschleißfähigen, mechanisch beweglichen Einrichtungen und der gasdichten, reißfesten Membran nur in geringer Weise störanfällig ist, und damit einen kontinuierlichen Betrieb ohne hohe Wartungs- und Kontrollerfordernisse ermöglicht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgegenstands liegt vor, wenn die Austauschfläche der Membran gleich oder größer 10 m2 ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich in vorteilhafter Weise, insbesondere zur Trocknung von Druckluft, ist aber auch zur Trocknung anderer, Feuchtigkeit enthaltender Gase, wie beispielsweise Erdgas, einsetzbar.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, daß ein Teil des über den Retentatstromausgang des Gehäuses hinausgeführten Retentatstroms als Sweepstrom über den Sweepstromeingang des Gehäuses in die Vorrichtung eingeführt wird.

Die Hohlfäden können mit ihrem ersten Längsende mit dem Feedstromeingang und mit ihrem zweiten Längsende mit dem Retentatstromausgang über eine oder mehrere Zuleitungen verbunden sein. In dieser Ausführungsform wird folglich der zu entfeuchtende Feedstrom in den Innenraum der Hohlfäden eingeführt und das entfeuchtete nicht durch die Membran permeierte Gas über den Retentatstromausgang als Retentatstrom abgeleitet; wohingegen die Feuchtigkeit über die Hohlfadenmembran in den die Hohlfäden umgebenden Innenraum des Gehäuses der Vorrichtung permeiert und mittels des Sweepstroms, welcher über den Sweepstromeingang in den Innenraum des Gehäuses der Vorrichtung geleitet wird, über den Permeatstromausgang als der mit Feuchtigkeit angereicherte Permeatstrom nach außen geführt wird.

Alternativ können die Hohlfäden mit ihrem ersten Längsende mit dem Sweepstromeingang und mit ihrem zweiten Längsende mit dem Permeatstromausgang über eine oder mehrere Zuleitungen verbunden sein. Hierbei wird das zu entfeuchtende gasförmige Medium in den die Hohlfäden umgebenden Innenraum des Gehäuses der Vorrichtung eingebracht. Die Feuchtigkeit permeiert in den Innenraum der Hohlfäden und kann mit Hilfe des in den Innenraum der Hohlfäden eingebrachten Sweepstroms nach außen abgeleitet werden.

Vorteilhaft ist es, wenn die Hohlfäden verstreckt sind, um eine eventuell durch Wassermolekülanlagerung erfolgte Naßlängung oder eine Trockenschrumpfung derselben zu verhindern. Die Hohlfäden können als axiale Bündel und/oder gewickelte Bündel im Gehäuse vorliegen, wobei gewickelte Bündel bevorzugt werden. Bei letzteren liegen die Hohlfäden nicht achsparallel, sondern weisen untereinander einen oder mehrere Kreuzungspunkte auf. Die Stromführung des Feedstroms und die des Sweepstroms können im Gegen-, Kreuz- oder Gleichstrom erfolgen, wobei es sich gezeigt hat, daß das Gegenstromprinzip wirkungsvoller ist, weil die Konzentrationsunterschiede über die gesamte Länge der Hohlfäden genutzt werden können. Dadurch wird ein höherer Trennfaktor bzw. ein ausgezeichneter Wirkungsgrad erreicht.

Vorzugsweise stimmen die Temperaturen des Feedstroms mit der des Sweepstroms überein. Als Vorzug hat sich eine Temperatur gezeigt, die bei oder unterhalb von 50°C liegt; bevorzugterweise kann ein Temperaturbereich zwischen 20 bis 40°C, besonders bevorzugt bei 25 oder 35°C, liegen. Der Umstand, daß es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sonach nicht erforderlich ist, den Feedstrom zu erhitzen, sondern die Umgebungstemperatur ausreicht, um eine hinreichende Entfeuchtung zu erreichen, führt dazu, daß weniger Energie verbraucht wird.

Auch können am Feedstromeingang ein Filter zur Verhinderung des Eintritts von z. B. Feststoffen und/oder ein Tropfenabscheider, vorzugsweise einer mit nicht abrasiven Füllstoffen gefüllter, gekoppelt werden, um einen Eintrag von Schmutz, Öl oder flüssigem Wasser in die Vorrichtung zu vermeiden.

Vorzugsweise ist der Retentatstromdruck größer als der Sweepstromdruck, wobei der Retentatstromdruck zwischen 2 bis 20, vorzugsweise bei 8 bar, liegen kann. Auch hierbei orientiert sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung der anzuwendende Druck nach den üblichen Erfordernissen des Hauptanwendungsbereichs der Drucklufttrocknung, nämlich der im industriellen Bereich.

Die Wandstärke der Hohlfäden kann 5 bis 50 µm, vorzugsweise bei 10 bis 40 µm, betragen. Dabei zeigt sich, daß ein erhöhter Wirkungsgrad an Trocknung mit einer geringeren Wandstärke erzielt wird. Günstig ist es dabei auch, wenn der mittlere innere Hohlfadendurchmesser 50 bis 300 µm, vorzugsweise 60 bis 200 µm, beträgt.

Darüber hinaus zeigt es sich energiemäßig, von den Betriebs- und Unterhaltskosten, und somit wirtschaftlich sinnvoll, wenn der Feedstrom zwischen 1 bis 30000 m3n/h, vorzugsweise zwischen 2 bis 1000 m3n/h, beträgt.

Auch zur Erhöhung der Wirksamkeit erweist sich das Hintereinanderschalten und/ oder Nebeneinanderschalten mehrerer Vorrichtungen als sehr wirtschaftlich; dabei wird im ersten Fall der Retentatstromausgang der einen Vorrichtung mit dem Feedstromeingang der anderen Vorrichtung verbunden; im zweiten Fall haben die Feedstromeingänge von mindestens zwei Vorrichtungen eine gemeinsame Zuleitung.

Als Membran werden Copolyetherester-Polymere verwendet, die sich von längerkettigen Polyglykolen, kurzkettigen Glykolen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen und Dicarbonsäuren ableiten. Vorteilhaft ist es, wenn das Polymer ein Copolyetherester ist, der aus einer Vielzahl von wiederkehrenden intralinearen langkettigen und kurzkettigen Estereinheiten besteht, die statistisch über Esterbindungen Kopf an Schwanz verknüpft sind, wobei die langkettigen Estereinheiten der Formel





und die kurzkettigen Estereinheiten der Formel





entsprechen, worin G einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von endständigen Hydroxylgruppen aus mindestens einem langkettigen Glykol eines mittleren Molekulargewichts von 600 bis 6000 und eines Atomverhältnisses von Kohlenstoff zu Sauerstoff zwischen 2,0 und 4,3 zurückbleibt, wobei mindestens 20 Gew.-% des langkettigen Glykols ein Atomverhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff zwischen 2,0 und 2,4 besitzen und 15 bis 50 Gewichtsprozent des Copolyetheresters ausmachen, R einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von Carboxylgruppen aus mindestens einer Dicarbonsäure eines Molekulargewichts von weniger als 300 zurückbleibt, und D einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von Hydroxylgruppen aus mindestens einem Diol eines Molekulargewichts von weniger als 250 zurückbleibt, wobei mindestens 80 Mol.% der verwendeten Dicarbonsäure aus Terephthalsäure oder ihren esterbildenden Äquivalenten und zumindest 80 Mol.% des Diols mit dem kleinen Molekulargewicht aus 1,4-Butandiol oder dessen esterbildenden Äquivalenten besteht, die Summe der Molprozente der Dicarbonsäure, die keine Terephthalsäure oder deren esterbildenden Äquivalente darstellt, und des Diols mit einem kleinen Molekulargewicht, das kein 1,4- Butandiol oder dessen esterbildenden Äquivalente darstellt, höchstens 20% beträgt und die kurzkettigen Estereinheiten 40-80 Gew.-% des Copolyetheresters betragen.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Polymer ganz oder teilweise ein Copolyetherester, worin mindestens 70 Mol.% der verwendeten Dicarbonsäure 2,6- Naphthalindicarbonsäure oder deren Ester bildenden Äquivalente sind und bei dem mindestens 70 Mol.% des verwendeten Diols mit einem kleinen Molekulargewicht 1,4- Butandiol oder dessen esterbildenden Äquivalente ist und die Summe der Molprozente der Dicarbonsäure, die keine 2,6-Naphthalindicarbonsäure oder deren Ester bildende Äquivalente ist und des Diols mit einem kleinen Molekulargewicht, das kein 1,4-Butandiol oder dessen Ester bildende Äquivalente ist, höchstens 30% beträgt und die Estereinheiten mit kurzen Ketten 35 bis 80 Gew.-% des Copolyetheresters ausmachen.

Vorzugsweise ist das Polymer ein Copolyetherester, worin der aus einer Vielzahl von wiederkehrenden intralinearen langkettigen und kurzkettigen Estereinheiten besteht, die statistisch über Esterbindungen Kopf an Schwanz verknüpft sind, wobei die langkettigen Estereinheiten der Formel





und die kurzkettigen Estereinheiten der Formel





entsprechen, wobei G einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von endständigen Hydroxylqruppen aus mindestens einem langkettigen Glykol eines mittleren Molekulargewichts von 600 bis 4000 und eines Atomverhältnisses von Kohlenstoff : Sauerstoff zwischen 2 und 4,3 zurückbleibt, wobei mindestens 20 Gew.-% des langkettigen Glykols ein Atomverhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff zwischen 2,0 und 2,4 besitzen und 15 bis 50 Gew.-% des Copolyetheresters ausmachen, R einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von Carboxylgruppen aus mindestens einer Dicarbonsäure eines Molekulargewichts von weniger als 300 zurückbleibt und D einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von Hydroxylgruppen aus mindestens einem Diol eines Molekulargewichts von weniger als 250 zurückbleibt, wobei mindestens 70 Mol.% der verwendeten Dicarbonsäure aus 2,6-Naphthalindicarbonsäure oder ihrer esterbildenden Äquivalente besteht und mindestens 70 Mol.% des Diols mit dem kleinen Molekulargewicht aus 1,4 Butandiol oder dessen esterbildenden Äquivalenten besteht und die Summe der Molprozente von der Dicarbonsäure, die keine 2,6-Naphthalindicarbonsäure oder ihrer esterbildenden Äquivalente ist und des Diols mit einem kleinen Molekulargewicht, das kein 1,4-Butandiol oder dessen esterbildende Äquivalente ist, höchstens 30% beträgt und die Estereinheiten mit kurzen Ketten 35 bis 80 Gew.-% des Copolyetheresters betragen.

Die in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendete Membran verfügt über eine hohe Reißdehnungsfähigkeit und ausreichende Festigkeit. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einem niedrigen Sweepgasstrom und hohen Drücken oder mit niedrigeren Drücken aber höherem Sweepgasstrom gefahren werden, um eine hinreichende Trocknung gasförmiger, Feuchtigkeit enthaltender Medien zu garantieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sonach mit hohen Drucken oder mit höheren Volumenstromverhältnissen betrieben werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß ein Einreißen der Membran z. B. aufgrund des auf Seiten des Feedstroms bewirkten erhöhten Drucks oder wegen der verstärkten Sweepstromgeschwindigkeit erfolgt. Das bedeutet, daß die Vorrichtung auch gegenüber Druckschwankungen, wie sie im großtechnischen Anwendungsmaßstab kaum zu vermeiden sind, tolerant ist und dauerhaft eine ausreichende Entfeuchtung gewährleistet, so daß einem vielfältigen industriellen Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung kaum Grenzen gesetzt sind; zumal die erfindungsgemäße Vorrichtung alle möglichen gasförmigen Medien wie Luft, insbesondere auch technische Gase, zu trocknen vermag.

Überdies ist festzustellen, daß die Membran aufgrund ihrer ausgezeichneten Festigkeit sowie der dauerhaften Gewährleistung des Feuchtigkeitsdurchtritts und der annähernd absoluten Dichtigkeit gegenüber anderen Gasen nicht nur die Lebensdauer der Vorrichtung erhöht sondern auch nur einen geringen Energieaufwand erforderlich macht. Gerade dieser Eigenschaften wegen bietet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung im Gegensatz zu herkömmlichen Trocknungsverfahren an, die Betriebskosten niedrig zu halten.

Die o. g. Nachteile des Stands der Technik bez. der Druckluftentfeuchtung wie Anfälligkeit für Reparaturen wegen der hohen Druckbeaufschlagung auf Seiten des Feedstroms, kurze Lebensdauer der Membran aufgrund des hohen Druckunterschieds bedingt durch z. B. das Anlegen eines Vakuums auf Seiten des Permeatstroms sowie großer Energieaufwand, um die Druckdifferenz zwischen Feed- und Sweepstrom aufrechtzuerhalten, werden durch die erfindungsgemäße Vorrichtung für den Fachmann unerwarteterweise in einer ausgewogenen Weise sonach gleichzeitig beseitigt.

Ausführungsbeispiel

Fig. 1 zeigt aufgrund der zeichnerischen Vereinfachung in schematischer Weise ohne Anspruch auf eine maßstabsgetreue Wiedergabe, daß die mit Feuchtigkeit beladene Luft mittels einer Pumpe über den Feedstromeingang 6 in die Vorrichtung 5 zur Lufttrocknung nach dem Gegenstromprinzip gepumpt wird. Der Eingangszustand der feuchten Luft wird in einer Meßstelle 1 erfaßt. Die Meßstelle 1 erfaßt die Feedstromgrößen Durchfluß, Druck, relative Feuchtigkeit, Temperatur und Taupunkt. Die relative Feuchtigkeit ist ein Maß für die Sättigung der Luft. Sie ist definiert als das Verhältnis von Wasserdampfpartialdruck zu Sättigungsdruck bei entsprechender Temperatur. Nach Durchströmung der Vorrichtung 5 wird am Retentatstromausgang 7 der Austrittszustand des Retentatstroms von einer Meßstelle 2 erfaßt. Diese Meßstelle erfaßt die Retentatstromgrößen Druck, Temperatur, relative Feuchtigkeit und Taupunkt. Am Punkt 10 wird der Retentatstrom in den Produktstrom und Sweepstrom aufgeteilt. Der Produktstrom wird über den Durchflußregler 11 eingestellt, steht als getrocknete Druckluft zur Verfügung und wird dem Verbrauch zugeführt. Über 12 erfolgt erforderlichenfalls ein Kondensatablaß.

Der Sweepstrom wird zunächst auf annähernd Umgebungsdruck entspannt und dann über die Meßstelle 3 der Vorrichtung 5 über den Sweepstromeingang 8 zugeführt. Die Meßstelle 3 erfaßt die Sweepstromgrößen Durchfluß, Druck und Temperatur. Die Druckmeßstelle 3 dient der Kontrolle der Drosselung auf Umgebungsdruck und kann nicht beeinflußt werden. Bei den angezeigten Werten handelt es sich um Überdruckwerte und nicht um die absoluten Drücke. Die Entspannung des Sweepstroms ist mit einer Volumenzunahme verbunden, womit der Sweepstrom eine größere Wassermenge aufnehmen kann als im komprimierten Zustand. Dieser Umstand ermöglicht die Erzeugung des Sweepstroms aus dem Retentatstrom. Es herrschen nahezu isotherme Verhältnisse vor, da die gesamte Anlage sich in einem abgeschlossenen temperierbaren Raum befindet. Der mit Feuchtigkeit angereicherte Permeatstrom 18 wird über den Permeatstromausgang 9 aus der Vorrichtung 5 nach außen abgeführt. Die Meßstelle 4 erfaßt die Permeatgrößen relative Feuchtigkeit und Temperatur.

Die Prozeßtemperatur am Vorrichtungseintritt beträgt 35°C. Im Ausführungsbeispiel werden Hohlfäden in Form gewickelter Bündel untersucht, welche im Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet sind. Die Hohlfäden bestehen aus einer wasserdichten, wasserdampfdurchlässigen, nicht porösen Membran aus einem Polymer auf Grundlage eines Copolyetheresters, das sich von längerkettigen Polyglykolen, kurzkettigen Glykolen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen und Dicarbonsäuren ableitet. Die Austauschfläche der in dem Gehäuse angeordneten Hohlfäden beträgt 2 m2. Die Wandstärke der Hohlfäden beträgt 38 µm und der mittlere innere Hohlfadendurchmesser weist einen Wert von 138 µm auf.

Bei der Drucklufttrocknung ist es allgemein üblich, den Zustand der getrockneten Druckluft in Bezug auf den Feuchtegehalt in Grad Taupunkttemperatur anzugeben. Die Taupunkttemperatur ist die Temperatur, bei der sich in einem bestimmten Temperaturbereich eines Gasgemischs das erste Kondensattröpfchen Wasser bildet. Als Versuchsmedium wird feuchte Luft benutzt. Feuchte Luft ist ein Gas-Dampfgemisch, in welchem einer der Bestandteile - hier die Luft - nur in gasförmiger Form und der andere als Wasser in gasförmiger Form vorkommen.

Der Wirkungsgrad η beurteilt den Trocknungseffekt. Er gibt an, wieviel % des in die Vorrichtung eingetretenen Wassers über die Membran entfernt wird und wird wie folgt definiert: η = 1 - (XFa/XFe); hierbei bedeuten XFa der Wassergehalt am Vorrichtungsaustritt und XFe der Wassergehalt am Vorrichtungseintritt.

Das vorliegende Ausführungsbeispiel zeigt, daß mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung größere Taupunkterniedrigungen erzielt werden als bekannterweise bei herkömmlichen Druckluftmembrantrocknungsvorrichtungen. Die Taupunkttemperatur sinkt deutlich auf weniger als 12°C bei größer werdendem Volumenstromverhältnis ab, welches als das prozentuale Verhältnis vom Sweepvolumenstrom zu Produktvolumenstrom definiert ist. Dabei hat man das Volumenstromverhältnis auf 20% erhöht. Es ist dabei zu erkennen, daß mit größer werdendem Volumenstromverhältnis - bei konstantem Produktstrom - u. U. ein besseres Trocknungsergebnis erzielt werden kann.

Ebenso demonstriert bei Prüfung des Wirkungsgrads η die erfindungsgemäße Vorrichtung hervorragende Ergebnisse. Bei einem Volumenstromverhältnis von 5% zeigt sich ein Wirkungsgrad von bereits über 60%. Dieser erhöht sich auf ca. 70% bei Verdopplung des Volumenstromverhältnisses und erreicht schließlich einen ausgezeichneten Wirkungsgrad von 75% bei einem Volumenstromverhältnis von 20%.

Sonach besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Trocknung gasförmiger Medien unter Verwendung der wasserdichten, wasserdampfdurchlässigen, nichtporösen Membran aus einem Polymer auf Basis von Copolyetherester mit einer Austauschfläche von 2 m2 entsprechend der Ergebnisse des Ausführungsbeispiels, einen hervorragenden Wirkungsgrad, also eine starke Entfeuchtung der mit Feuchtigkeit beladenen Luft, und eine ausgezeichnete Taupunktherabsetzung auf Seiten des Retentatstroms.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Trocknung gasförmiger Medien, welche ein Gehäuse mit einem Feedstromeingang, einem Sweepstromeingang, einem Retentatstromausgang, einem Permeatstromausgang und eine wasserdampfdurchlässige, wasserdichte, vorzugsweise nichtporöse, Membran aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einem Material besteht, welches ein Polymer auf der Grundlage von Copolyetherester enthält, als Hohlfäden ausgebildet ist und eine Austauschfläche der Membran gleich oder größer 2 m2 besitzt.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austauschfläche gleich oder größer 10 m2 ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium Druckluft ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des über den Retentatstromausgang des Gehäuses hinausgeführten Retentatstroms als Sweepstrom über den Sweepstromeingang des Gehäuses eingeführt ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfäden mit ihrem ersten Längsende mit dem Feedstromeingang und mit ihrem zweiten Längsende mit dem Retentatstromausgang über eine oder mehrere Zuleitungen verbunden sind.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfäden mit ihrem ersten Längsende mit dem Sweepstromeingang und mit ihrem zweiten Längsende mit dem Permeatstromeausgang über eine oder mehrere Zuleitungen verbunden sind.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tropfenabscheider und/oder ein Filter am Feedstromeingang angeordnet sind.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfäden verstreckt sind.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfäden als axiale Bündel und/oder als gewickelte Bündel vorliegen.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromführung des Feedstroms und des Sweepstroms im Gegen-, Kreuz- oder Gleichstrom erfolgt.
  11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Feedstroms mit der des Sweepstroms übereinstimmt.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur gleich oder niedriger als 50°C, vorzugsweise zwischen 20 bis 40°C, bevorzugterweise zwischen 25 bis 35°C, beträgt.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Retentatstromdruck größer ist als der Sweepstromdruck.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Retentatstromdruck zwischen 2 bis 20 bar, vorzugsweise bei 8 bar, liegt.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Hohlfäden zwischen 5 bis 50 µm, vorzugsweise 10 bis 40 µm, beträgt.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere innere Hohlfadendurchmesser zwischen 50 bis 300 µm, vorzugsweise zwischen 60 bis 200 µm, beträgt.
  17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Feedstrom zwischen 1 bis 30000 m3n/h, vorzugsweise zwischen 2 bis 1000 m3n/h, beträgt.
  18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Vorrichtungen als Hintereinanderschaltung und/oder Nebeneinanderschaltung über eine oder mehrere Zuleitungen verbunden sind.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Retentatstromausgang der einen Vorrichtung mit dem Feedstromeingang der anderen Vorrichtung verbunden ist.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Feedstromeingänge von mindestens zwei Vorrichtungen eine gemeinsame Zuleitung haben.
  21. 21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Copolyetherester Polymere sind, die sich von längerkettigen Polyglykolen, kurzkettigen Glykolen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen und Dicarbonsäuren ableiten.
  22. 22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Copolyetherester ist, der aus einer Vielzahl von wiederkehrenden intralinearen langkettigen und kurzkettigen Estereinheiten besteht, die statistisch über Esterbindungen Kopf an Schwanz verknüpft sind, wobei die langkettigen Estereinheiten der Formel





    und die kurzkettigen Estereinheiten der Formel





    entsprechen, worin G einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von endständigen Hydroxylgruppen aus mindestens einem langkettigen Glykol eines mittleren Molekulargewichts von 600 bis 6000 und eines Atomverhältnisses von Kohlenstoff zu Sauerstoff zwischen 2,0 und 4,3 zurückbleibt, wobei mindestens 20 Gew.-% des langkettigen Glykols ein Atomverhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff zwischen 2,0 und 2,4 besitzen und 15 bis 50 Gew.-% des Copolyetheresters ausmachen, R einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von Carboxylgruppen aus mindestens einer Dicarbonsäure eines Molekulargewichts von weniger als 300 zurückbleibt, und D einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von Hydroxylgruppen aus mindestens einem Diol eines Molekulargewichts von weniger als 250 zurückbleibt, wobei mindestens 80 Mol.% der verwendeten Dicarbonsäure aus Terephthalsäure oder ihren esterbildenden Äquivalenten und zumindest 80 Mol.% des Diols mit dem kleinen Molekulargewicht aus 1,4-Butandiol oder dessen esterbildenden Äquivalenten besteht, die Summe der Molprozente der Dicarbonsäure, die keine Terephthalsäure oder deren esterbildenden Äquivalente darstellt, und des Diols mit einem kleinen Molekulargewicht, das kein 1,4-Butandiol oder dessen esterbildenden Äquivalente darstellt, höchstens 20% beträgt und die kurzkettigen Estereinheiten 40-80 Gew.-% des Copolyetheresters betragen.
  23. 23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ganz oder teilweise ein Copolyetherester ist, worin mindestens 70 Mol.% der verwendeten Dicarbonsäure 2,6-Naphthalindicarbonsäure oder deren Ester bildenden Äquivalente sind und bei dem mindestens 70 Mol.% des verwendeten Diols mit einem kleinen Molekulargewicht 1,4-Butandiol oder dessen esterbildenden Äquivalente ist und die Summe der Molprozente der Dicarbonsäure, die keine 2,6- Naphthalindicarbonsäure oder deren Ester bildende Äquivalente ist und des Diols mit einem kleinen Molekulargewicht, das kein 1,4-Butandiol oder dessen Ester bildende Äquivalente ist, höchstens 30% beträgt und die Estereinheiten mit kurzen Ketten 35 bis 80 Gew.-% des Copolyetheresters ausmachen.
  24. 24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Copolyetherester ist, worin der aus einer Vielzahl von wiederkehrenden intralinearen langkettigen und kurzkettigen Estereinheiten besteht, die statistisch über Esterbindungen Kopf an Schwanz verknüpft sind, wobei die langkettigen Estereinheiten der Formel





    und die kurzkettigen Estereinheiten der Formel





    entsprechen, wobei G einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von endständigen Hydroxylqruppen aus mindestens einem langkettigen Glykol eines mittleren Molekulargewichts von 600 bis 4000 und eines Atomverhältnisses von Kohlenstoff zu Sauerstoff zwischen 2 und 4,3 zurückbleibt, wobei mindestens 20 Gew.-% des langkettigen Glykols ein Atomverhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff zwischen 2,0 und 2,4 besitzen und 15 bis 50 Gew.-% des Copolyetheresters ausmachen, R einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von Carboxylgruppen aus mindestens einer Dicarbonsäure eines Molekulargewichts von weniger als 300 zurückbleibt und D einen zweiwertigen Rest darstellt, der nach der Entfernung von Hydroxylgruppen aus mindestens einem Diol eines Molekulargewichts von weniger als 250 zurückbleibt, wobei mindestens 70 Mol.% der verwendeten Dicarbonsäure aus 2,6- Naphthalindicarbonsäure oder ihrer esterbildenden Äquivalente besteht und mindestens 70 Mol.% des Diols mit dem kleinen Molekulargewicht aus 1,4 Butandiol oder dessen esterbildenden Äquivalenten besteht und die Summe der Molprozente von der Dicarbonsäure, die keine 2,6-Naphthalindicarbonsäure oder ihrer esterbildenden Äquivalente ist und des Diols mit einem kleinen Molekulargewicht, das kein 1,4-Butandiol oder dessen esterbildende Äquivalente ist, höchstens 30% beträgt und die Estereinheiten mit kurzen Ketten 35 bis 80 Gew.-% des Copolyetheresters betragen.






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