View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

5.2 Prozess 2: Pervaporation und Adsorption
47 % ohne Kreislaufführung und 39 % mit Kreislaufführung. Die geringere Verminderung des
Schwefelgehaltes für Kerosin C kann durch den höheren Anteil niedrig siedender Thiophene
begründet werden, die bevorzugt durch die Membran permeieren.
5.2.1.2 Zweistufige Pervaporation
Mit der Membran M-5 wurden keine detaillierten Laborversuche zur Optimierung des Betriebspunktes
durchgeführt, so dass eine experimentell untermauerte Auslegung des Membranmoduls
nicht möglich war. Um dennoch abzuschätzen, ob eine solche Membranstufe
sinnvoll eingesetzt werden kann, sind eine Reihe von Annahmen zu treffen:
Da der Laborversuch mit einer Kondensattemperatur von -196°C betrieben wurde, wird für
den Betrieb bei 20°C wie für die Membran M-4 eine Reduktion des transmembranen Flusses
um 52 % angenommen.
Während die Laborversuche mit handgegossenen Membranen durchgeführt wurden, wird
für die Auslegung eine Dicke der trennaktiven Schicht von 1,5 μm angenommen.
Es stand nicht genügend Permeat der ersten Membranstufe zur Durchführung von Versuchen
mit der Membran M-5 zur Verfügung. Daher muss auf die Versuchsergebnisse mit
einer destillativ abgetrennten leichtsiedenden 50 % (Masse) Teilfraktion des Kraftstoffs Jet
A-1 A zurückgegriffen werden. Da das Permeat der ersten Membranstufe jedoch einen
größeren Anteil niedrig siedender Thiophene enthält, die bevorzugt durch die Membran
permeieren, ist dies eine konservative Annahme. Für den Betrieb mit dem Permeat der
ersten Stufe ist tendenziell mit einem höheren Fluss und einem höheren Anreicherungsfaktor
zu rechnen.
Basierend auf den Bedingungen, die im Labormaßstab eingestellt waren und den getroffenen
Annahmen, ergeben sich die in Tab. 5-5 aufgeführten Betriebsparameter.
Parameter Einheit Auslegungswert
Mittlere Feedtemperatur T Feed °C 135
Feeddruck pFeed °bar < 100 mbar
Kondensattemperatur TKond °C 20
Permeatdruck pPermeat mbar (abs.) 4 mbar
Fluss n
kg/m 2 h 0,38
Anreicherungsfaktor 3,084
Tab. 5-5: Betriebsparameter der zweiten Membranstufe
Wie für die erste Membranstufe soll die feedseitige Temperaturdifferenz zwischen dem Einund
Austritt aus dem Membranmodul maximal T = 10 K betragen. Daher muss
m Permeat m
Feed wiederum 0,073 betragen. Da die zweite Membranstufe zur Erzeugung eines
schwefelreichen Permeats eingesetzt wird, folgt daraus die Notwendigkeit einer Kreislaufführung.
Ohne Kreislaufführung ergäbe sich für m Permeat m
Feed 0,073 nur eine marginale Minderung
des Schwefelgehaltes im Retentat. Für die Auslegung wird ein Verhältnis von
m
2 gewählt. In Abb. 5-17 sind die Massenströme und Schwefelgehalte für die
m Zu
Retentat
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