Schleudergiessvorrichtung
Die Schweizer Patentschrift Nr. 507 010 beschreibt eine Vorrichtung zur Abtrennung einer Komponente aus einem Fluidgemisch unter Ausnützung der unterschiedlichen Durchgangsgeschwindigkeiten der Gemischkomponenten durch permeable schlauchförmige Membranen.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun eine Vorrichtung, welche zur Herstellung der oben genannten Trennvorrichtung verwendet werden kann. Sie betrifft eine Vorrichtung zum Schleudergiessen von Böden an in einer Trennvorrichtung für Fluide angeordnete Schlauchbündel, gekennze#ichnet durch einen Stützrahmen, eine drehbare, auf dem Stützrahmen angeordnete Halteeinrichtung, einen Antrieb für die Halteeinrichtung, auf der Halteeinrichtung angeordnete Stütz- und Haltemittel für ein um die Drehachse der Halteeinrichtung zu bewegendes Schlauchbündel, die das Bündel mit seinen beiden Endabschnitten in einer solchen Lage halten, in der die Drehachse senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Schläuche und des Schlauchbündels steht und einen Abstand von den Endabschnitten des Bündels aufweist, ferne eine von der Halteeinrichtung getragene Giesseinheit mit einer Giessform,
wobei die Giesseinheit derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie einen Endabschnitt des Schlauchbündels so umfasst, dass eine bestimmte Menge eines Giesswerkstoffes mit dem Ende des Schlauchbündels in Berührung bringbar ist, eine von der Halteeinrichtung getragene und mit der Giesseinheit zusammenwirkende Einrichtung zum Einleiten des Giesswerkstoffes in die Giessausnehmung der Giesseinheit während der Drehung der Halteeinrichtung, der Giesseinheit und des Schlauchbündels.
Die Erfindung ist an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1 einen Teillängsschnitt durch eine Fluidtrennvorrichtung,
Fig. 2 und 2a Querschnittansichten nach der Linie 2-2 in Fig. 1, bei Fig. 2a mit etwas vergrössertem Massstab,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von einzelnen kleineren Schlauchbündeln aus durchgehenden Schläuchen,
Fig. 4 eine vereinfachte Seitenansicht eines Schlauchbündels in flachgelegtem Zustand, das eine Bündeleinheit zur Verwendung in einer Trennvorrichtung gemäss Fig. 1 darstellt,
Fig. 5 eine vereinfachte Seitenansicht eines einzelnen Schlauchbündels bzw. einer einzelnen Wicklung in flach zusammengelegtem Zustand, das von einer porösen Umhüllung umschlossen und radial zusammengehalten ist,
Fig.
6 eine Teilseitenansicht mehrerer umhüllter Schlauchbündel, die zu einem grösseren Hauptbündel vor dem Einbau in die Trennvorrichtung zusammengefasst sind,
Fig. 7 eine Teilansicht eines Hauptbündels aus umhüllten Schlauchbündeleinheiten in einer Lage, aus der es nach Überstreifen einer porösen Aussenumhüllung in den Mantel einer Trennvorrichtung gemäss Fig. 1 einbauen lässt,
Fig. 8 eine ähnliche Ansicht wie Fig. 7, bei der jedoch die poröse Aussenumhüllung zur Querkontraktion aller Schlauchbündeleinheiten bzw. einzelner Schlauchbündel dient, damit das Hauptbündel in dem Gehäuse der Trennvorrichtung eingebracht werden kann,
Fig.
9 einen Teillängsschnitt durch zusammengezogene Schlauchbündel in ihrer Lage im Gehäuse der Trennvorrichtung mit einer auf den Mantelstirnflansch aufgesetzten Gussform zum Angiessen eines flüssigkeitsdichten Schlauchbodens,
Fig. 10 einen Teillängsschnitt durch den Kopf der Trennvorrichtung mit abgenommener Gussform und noch nicht entferntem, überstehendem, angegossenem Teil des Schlauchbodens,
Fig. 11 einen Fig. 10 entsprechenden Teillängsschnitt eines abgewandelten fertigen angegossenen Schlauchbodens in seiner Lage im Gehäuse der Trennvorrichtung, wobei der Schlauchboden gegen eine radial äussere vorgesehene Schicht einer schweren unvermischbaren Flüssigkeit in der Gussform während eines Schleudervorgangs geformt wurde, um die Schlauchbündelenden frei von Gusswerkstoff zu halten,
Fig. 12 eine teilperspektivische Ansicht einer Zentrifugier- bzw.
Schleudervorrichtung zur Herstellung des angegossenen Schlauchbodens der Permeations-Trennvorrichtung gemäss Fig. 1, auf die ein Gehäuse mit angeschraubten Giessformen aufgespannt ist, und
Fig. 13 eine Teilseitenansicht einer abgewandelten Aus führungsform der Schleudervorrichtung nach Fig. 12 zum Angiessen von Schlauchböden auf jeweils einer Seite an mehrere Trennvorrichtungen gleichzeitig.
Eine Grundform einer Permeation-Trennvorrichtung für Fluide ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung beruht auf dem selektiven Durchgang von Gasen oder Flüssigkeiten durch nichtporöse Membranen oder Scheidewänden durch Permeation oder aktivierte Diffusion. Man stellt sich den Vorgang normalerweise so vor, dass sich das gasförmige oder flüssige Medium in einer Fläche einer nichtporösen Festwand löst, unter Einfluss eines Konzentrations- oder eines Druckgefälles durchwandert und auf der anderen Seite der Membran wieder austritt. Die Trennung erfolgt dann, wenn die Komponenten des Fluidgemisches Durchgangsgeschwindigkeiten durch nichtporöse Membranen aufweisen.
Die Trennung aufgrund unterschiedlicher Permeation hat man bereits mit Membranen aus Platin, Palladium und deren Legierungen, Silikaten und gewissen Gläsern und verschiedenen polymeren Materialien durchgeführt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Permeations Trennvorrichtung 100 gemäss Fig. 1 weist einen flüssigkeitsdichten rohrförmigen Mantel 101 aus Stahl od. dgl. auf, der sich an beiden Enden in den Abschnitten 107 konisch erweitert und Stirnflansche 102 aufweist. Im Mantelrohr 101 ist ein Einlass 109 und ein Auslass 108 im Bereich der konischen Erweiterungen 107 vorgesehen. Das Mantelrohr nimmt relativ eng gepackt eine grosse Anzahl sehr dünner Schläuche 111 aus einer polymeren Verbindung, wie beispielsweise Poly äthylenterephthalat, auf. Die Schläuche sind, siehe Fig. 1, in einer Reihe etwa gleich grosser Schlauchbündeleinheiten 110 zusammengefasst, die jeweils durch eine längliche, flexible und poröse Umhüllung 112 fest zusammengehalten sind.
Zusätzlich sind alle umhüllten Schlauchbündel 110 durch eine grosse längliche, flexible und poröse Aussenumhüllung 113 zusammengefasst. In beiden Enden des Mantelrohres 101 ist ein flüssigkeitsdichter angegossener Schlauchboden (gegossenes Wandteil) 950 vorgesehen, welcher vorzugsweise aus einer polymeren Verbindung, wie beispielsweise einem Epoxyharz, besteht. Die Schläuche erstrecken sich zwischen den Schlauchböden 950 parallel zueinander und zur Achse des Mantelrohres und reichen mit ihren offenen Enden durch die Schlauchböden, in welche sie flüssigkeitsdicht eingebettet sind, hindurch. An beiden Enden ist das Mantelrohr 101 mit Deckeln 103 abgeschlossen, welche zusammen mit den angegossenen Schlauchböden 950 eingeschlossene Kammern 130 bilden, die mit dem Innern der Schläuche in Verbindung stehen.
Jede Kammer 130 weist einen Leitungsanschluss 104 und einen Flansch 105 auf, der gegen den Flansch 102 des Mantelrohrs mittels Schrauben 106 verschraubt ist. Bei der dargestellten Ausführungsform ist eine nachgiebige, ringförmige Dichtung K aus einem geeigneten Material wie Gummi oder Neopren zwischen jedem angegossenen Schlauchboden 950 und Mantelrohr 101 sowie zwischen jedem Schlauchboden und Deckel 103 zur Abdichtung vorgesehen. Der Deckel 103 kann aus Stahl hergestellt sein.
Die umhüllten Schlauchbündel 110 aus den Schläuchen 111 sind im Hauptabschnitt des Mantelrohrs 101 zwischen den konischen Endabschnitten 107 relativ enggepackt angeordnet. Dadurch, dass die flexiblen und porösen Umhüllungen 112 die Schläuche fest zusammenhalten, behalten sie diese Lage bei, obwohl sie sich eng an die benachbarten Schlauchbündel und an die Innenwandung des Rohrmantels anlegen können. Dadurch ergibt sich gegebenenfalls eine Verformung jedes Schlauchquerschnittes, um eine höhere Packungsdichte zu erreichen, als man sie bei festem kreisförmigem Querschnitt erhielte. Dies geht insbesondere aus Fig. 2a hervor. Die Schlauchbündel und die einzelnen Schläuche selbst berühren einander und teilweise das Mantelrohr in Form schmaler Längszonen, siehe Fig. 2 und 2a.
Der innere konische Abschnitt 107 an beiden Enden des Mantelrohrs 101 wirkt mit dem entsprechenden konischen Abschnitt des benachbarten angegossenen Schlauchbodens 950 unter Entwicklung einer Keilwirkung zusammen, um die benachbarten Teile flüssigkeitsdicht gegeneinander zu halten.
Die gleiche Wirkung tritt aufgrund des Angriffs zwischen den betroffenen konischen Abschnitten der Deckel 103 und den angeschlossenen Schlauchböden 950 auf.
Ein besonders wichtiges Merkmal der Trennvorrichtung ist die Innenfläche SF des angegossenen Rohrbodens 950.
Diese Fläche ist relativ glatt, ununterbrochen, eben und frei von jeglichen scharfen Formen oder Vorsprüngen in Richtung der Schläuche. Diese Formgebung muss unbedingt erreicht und aufrechterhalten werden, so dass eine flüssigkeitsdichte Verbindung um die Schläuche, ohne die wirksame Oberfläche der Schläuche zwischen den Schlauchböden zu vermindern, besteht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Innenfläche SF des angegossenen Schlauchbodens konkav gekrümmt, siehe Fig. 1. Diese Formgebung rührt vom Schleudergiessen her, das zur Herstellung der Schlauchböden 950 vorzugsweise angewendet wird. Es ist an späterer Stelle beschrieben.
Die Schläuche 111 können aus jedem polymeren Werkstoff bestehen, der sich für eine selektive oder differentielle Membran-Permeation eignet. Als Werkstoffe kommen in Frage: Olefine, Ester, Amide, Silicone, Äther (ether), Nitrile oder Sulfid-Polymere sowie jedes andere geeignete Polymer oder Copolymer. Geeignete Schläuche lassen sich aus Polyäthylenterephthalat, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyhexamethylenadipymid, Copolymere von Tetra fluoräthylen und Hexafluorpropylen, Celluloseacetat, Äthylcellulose, Polystyrol, Copolymere von Butadien und Styrol und aus vielen anderen Polymeren und Copolymeren auf verschiedene Weise herstellen, beispielsweise durch Ausspinnen aus der Lösung oder aus der Schmelze.
Die polymeren Schläuche haben einen Aussendurchmesser von vorzugsweise etwa 10 bis 500 Mikron und eine Wandstärke von etwa 1 und 100 Mikron. Als besonders vorteilhaft haben sich Schläuche mit einem Aussendurchmesser zwischen 20 und 250 Mikron und einer Wandstärke zwischen 2 und 50 Mikron erwiesen.
Die flexiblen und porösen Umhüllungen 112 und 113 können aus jedem geeigneten, natürlichen, regenerierten oder synthetischen Werkstoff geeigneter Festigkeit und Ver träglichkeit mit dem zu trennenden Fluidgemisch, dem polymeren Werkstoff, aus dem die Schläuche bestehen, und dem Material, aus dem die angegossenen Schlauchböden gefertigt sind, und den anderen Materialien, mit dem die Umhüllungen in Berührung kommen, gefertigt sein. Die Umhüllungen können ferner jeden zweckmässigen Aufbau haben, solange sie nur porös und flexibel sind. Es ist jedoch das sehr gleichmässige Querkontraktionsvermögen sehr erwünscht und bedeutsam.
Das Mantelrohr kann jede zweckmässige oder beliebige Querschnittsform aufweisen, braucht also nicht einen kreisförmigen Querschnitt zu haben; es muss aus einem verträglichen Werkstoff ausreichender Festigkeit bestehen. Zylindrische metallische Mäntel, beispielsweise aus Stahlrohr, sind geeignet, da sie relativ einfach herzustellen und zusammenzubauen sind. Die Grösse des Mantelrohres für die Trennvorrichtung kann sehr unterschiedlich sein. Sein Durchmesser kann zwischen einem und vielen Zentimetern und seine Länge zwischen einem und vielen Dezimetern liegen.
Eine Vorstellung von der Wirksamkeit der Konstruktion bei Verwendung von Schläuchen ergibt sich daraus, dass eine zweckmässig aufgebaute Trennvorrichtung aus einem Mantelrohr mit etwa 15 cm Durchmesser und 2,40 m Länge etwa 12 Millionen Schläuche enggepackt aufnehmen kann, um eine wirksame Membranfläche von etwa 1860 m2 zu ergeben.
Die angegossenen Schlauchböden 950 können ebenfalls aus jedem geeigneten härtbaren oder verfestigbaren Werkstoff ausreichender Festigkeit und Verträglichkeit mit den anderen Teilen der Vorrichtung bestehen. Verwendbar sind Lötmittel, Zemente, Wachse, Klebemittel, natürliche und synthetische Harze. Diese Materialien für die Schlauchböden können aushärten oder erstarren aufgrund einer Gefrieroder Kühlbehandlung, nur einer Kühlbehandlung oder aufgrund von chemischen Reaktionen, die eine Polymerisation, Kondensation, Oxydation oder einen anderen Aushärteprozess bewirken.
Weitere zweckmässige Eigenschaften des härtoder erstarr- bzw. verfestigbaren Materials sind aber: niedrige Viskosität im flüssigen Zustand für das gute Eindringen zwischen die Schläuche der Schlauchbündel vor der Verfestigung oder dem Aushärten, eine hohe Dichte für ein gutes Verhalten während des Schleudergiessens, das an späterer Stelle beschrieben ist, keine Gasentwicklung oder ähnliche physikalische Änderung während der Verfestigung, keine oder nur eine äusserst geringe Volumenveränderung während der Verfestigung und eine möglichst niedrige Wärmeentwicklung während der Verfestigung. Synthetische und organische Harze sind für den Schlauchboden in Verbindung mit den bevorzugten polymeren Verbindungen, aus denen die Schläuche bestehen, besonders geeignet, insbesondere Epoxyharze.
Die Beschreibung der Betriebs- und Wirkungsweise einer erfindungsgemässen Trennvorrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, erfolgt zunächst anhand der ersten Stufe einer mehrstufigen Trennanlage. Für viele Gastrennungen bzw.
-entmischungen, bei denen die Komponente mit der höchsten Permeationsgeschwindigkeit von einem Fluidgemisch abzutrennen ist, aber nur einen kleinen Mischungsanteil ausmacht, hat es sich in der ersten Stufe als vorteilhaft erwiesen, das Ausgangsgemisch zunächst durch das Innere der Schläuche zu leiten und die durch die Schlauchwände durchgegangene Flüssigkeit von der Aussenwand der Schläuche abzuziehen. Hierbei wird, siehe Fig. 1, der Einlass-Strom des Ausgangsgemisches durch den Einlass 104 unter erhöhtem Druck in die Kammer 130 auf der linken Seite, siehe Fig. 1, der Vorrichtung eingebracht. Aus dieser Kammer 130 fliesst das Fluidgemisch durch das Innere der Schläuche und Schlauchbündel 110 zur Kammer 130' auf der rechten Seite der Vorrichtung.
Wird eine geeignete Druck- und/oder Konzentrationsdifferenz zwischen der Innen- und Aussenseite der Schläuche aufrechterhalten, dringt ein Teil der Komponente des Ausgangsgemisches mit der höheren Permeationsgeschwindigkeit angereichert nach aussen durch die Schlauchwände in den Raum zwischen der Innenwand des Mantelrohres 101 und der Aussenseite der Schläuche durch.
Der Teil des Gemisches, der die Kammer 130' erreicht, im folgenden Ausfluss genannt, aus dem der Anteil mit der höchsten Permeationsgeschwindigkeit durch die Schlauchwände wegdiffundiert ist, wird durch den Auslass 104 abgezogen.
Die mit der Komponente höherer Permeationsgeschwindigkeit (der leichteren Komponente) angereicherte Fraktion des Ausgangsgemisches, die durch die Schlauchwände durchgedrungen ist, und im folgenden Durchlass genannt ist, wird aus dem Inneren des Mantelrohres mit gegenüber dem Einlassgemisch erniedrigtem Druck über den Auslass 108 abgezogen. Vorteilhaft ist es, bei der Trennung gleichzeitig einen Spülfluidstrom, den ein Teil des Einlasses bei erniedrigtem Druck bilden kann, in das Mantelrohr 101 durch den Einlass 109 entlang der Aussenseite der Schläuche innerhalb des Mantels zu führen und durch den Auslass 108 abzuziehen. Um einen hohen wirksamen Konzentrationsgradienten aufrechtzuerhalten, soll das Spülfluid im Gegenstrom zum Einlassgemisch geführt sein.
Die bevorzugte Verwendung schleudergegossener Schlauchböden an den Enden der Schläuche erscheint für die gesamte Vorrichtung zur Erzielung eines wirksamen flüssigkeitsdichten Schlauchbodens und Abdichtung der sehr dünnen enggepackten Schläuche gegeneinander und gegenüber dem Mantelrohr besonders wichtig, damit das Bodenmaterial, solange dieses flüssig ist, nicht zwischen und entlang den Schläuchen aufgrund der Kapillarwirkung nach dringt, was zu Hohlräumen im Boden führen könnte und durch Überziehen der Schlauchoberflächen die wirksame Membranfläche innerhalb des Mantelrohres verkleinern würde.
Die Vorrichtung gemäss Fig. 1 kann in verschiedenster Weise verwendet und kombiniert werden, um Trennsysteme bzw. -anlagen mit mehreren parallelen oder hintereinandergeschalteten Trenneinheiten je nach Wunsch und Bedarf aufzubauen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung zur Herstellung der Permeabilitäts-Trennvorrichtungen ist in den Fig. 3 bis 13 dargestellt.
Die Schläuche werden auf Spulen einzeln oder als Stränge aufgewickelt angeliefert. Diese Spulen können vorteilhafterweise in einer auf Rädern B verfahrbaren Rahmenkonstruktion 700 aus senkrechten Trägern 701 und waagrechten Trägern 702 drehbar angeordnet werden und über entsprechende Führungselemente E auf eine Wickelvorrichtung 800 abgezogen und zu Schlauchbündeln aufgewickelt werden. Die Wickelvorrichtung weist in einem senkrechten Ständer 704 mit Grundplatte 703 eine waagrecht gelagerte Welle 705 auf, auf deren einem Ende die über einen endlosen Riemen 707 antreibbare Riemenscheibe 706 und auf deren anderem Ende eine Scheibe 708 mit Radialarmen 709 sitzt, auf deren achsparallele Arme 710 die Schlauchbündel in die Ausschnitte 711 gewickelt werden.
Ist ein entsprechendes Bündel 110 gewickelt, und dieses von der Wickelvorrichtung 800 abgenommen, so wird es mit zwei Haken 720 an diametral gegenüberliegenden Stellen gefasst und zu einem flachen Bündel, siehe Fig. 4, gelegt.
Während das Bündel 110 in dieser Form unter Spannung durch die Haken 720 gehalten ist, wird eine poröse und flexible Hülle 112, vorzugsweise, wie oben angegeben, rundgestrickt, über das Schlauchbündel in Längsrichtung gestreift.
Es wird eine derartige Hülle 112 verwendet, die sich unter einer in Längsrichtung wirkenden Zugkraft in Querrichtung zusammenzieht und ihren Umfang verkleinert. Die Hülle 112 kann, nachdem sie akkordeonähnlich auf eine rohrförmige Hülse N gefaltet wurde, mit deren Hilfe, über das Bündel 110 aufgebracht werden. Durch Aufbringung einer in Längsrichtung wirkenden Zugspannung auf die Enden der Hülle 112 zieht sich diese in Querrichtung zusammen und drückt auf diese Weise das Schlauchbündel fest und eng zusammen, so dass es eine hohe Packungsdichte aufweist. Die flexible und poröse Hülle ist durch geeignete Material- und Konstruktionswahl ausreichend fest und abriebbbeständig ausgebildet, um nicht nur eine Kompressionskraft auf das Bündel aufbringen zu können, sondern dieses auch während des Zusammenbaus der Trennvorrichtung und deren Betrieb gegen Beschädigungen wirksam zu schützen.
Mehrere solcher umhüllter Schlauchbündel werden als nächstes am einen Ende parallel und vertikal zueinander mittels eines ringförmigen Rings oder einer Platte 721, in die die Haken 720 eingehängt werden, zu einem grossen Bündel zusammengefasst, siehe Fig. 6. Die Platte 721 ist in geeigneter Weise aufgehängt, beispielsweise an einer vertikalen Kette 723, die sich durch das Innere des Mantelrohrs 101 erstreckt, siehe Fig. 7. Die so aufgehängten umhüllten Schlauchbündel werden dann, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt, durch eine oder mehrere grössere flexible und durchlässige äussere Umhüllungen 113 umgeben, wie dies für die einzelnen Bündel im Zusammenhang mit Fig. 5 erläutert ist.
Die oder jede äussere grosse Umhüllung wird dann ebenfalls in Längsrichtung gezogen, um die einzelnen Schlauchbündel in Querrichtung zu verdichten, so dass das gesamte Bündel dann in das Mantelrohr 101 mittels der Kette 723 eingezogen werden kann.
Nachdem das eine grosse zusammengesetzte und umhüllte Schlauchbündel in das Mantelrohr 101 eingebracht ist, wird eine Gussform 905b auf die Stirnseiten des Mantelrohrs, siehe Fig. 9, aufgeschraubt. Es kann zweckmässig sein, vorher noch eine ringförmige nachgiebige Dichtung K aus geeignetem Material, beispielsweise Gummi oder Neopren, in den konischen Abschnitt des Mantels einzubringen. Die Gussform 905b wird flüssigkeitsdicht gegen den Flansch 102 des Mantels 101 mit ihrem Flansch 907 durch Schrauben 906 verbunden. Der Gussformraum MC umgibt die Endabschnitte der Schlauchgruppen, die den Endabschnitt des gesamten Bündels bilden, siehe Fig. 9. Das flüssige Gussmaterial lässt sich in die Gussform 905b über den Einlass 908a einbringen.
Während der Drehung des Mantelrohrs 101 mit der angeschraubten Gussform 905b in der Weise, dass die Fliehkräfte in Richtung des Pfeils CF in Fig. 9 wirken, wird ein erhärtender Giesswerkstoff, beispielsweise eine Epoxyharzmischung oder ein anderes Material, wie es bereits vorn angegeben ist, in den Hohlraum der Form, die die Endabschnitte der einzelnen Schlauchbündel umgreift und am konischen Abschnitt des Mantelrohrs anliegt, eingeleitet. Durch die Fliehkräfte wird verhindert, dass der Giesswerkstoff entlang den Schläuchen in das Innere des Mantelrohrs hochkriecht und bewirkt, dass es eine glatte innere gekrümmte Oberfläche SF bildet, die zusammenhängend, eben und in Richtung der Schläuche frei von scharfen Vorsprüngen od. dgl. ist. Aufgrund der Zentrifugalkräfte stellt sich auch die konkav zylindrische Form der Oberfläche SF ein, wie sie in den Fig. 1 und 9 dargestellt ist.
Während der Mantel wei tergedreht wird, lässt man das Giessmaterial zu einem flüs sigkeitsdichten Gusskörper bzw. Schlauchboden 950, der die
Schläuche eng umgibt, und auch am Mantel flüssigkeitsdicht anliegt, erhärten oder erstarren. In Fig. 7 ist der so gebildete
Gusskörper mit abgenommener Gussform dargestellt. Als nächstes sind der Endabschnitt des Gusskörpers und die
Schlaufenenden der Schlauchbündel abzutrennen. Hierzu wird der Gusskörper entlang der Linie CL, siehe Fig. 10, durch geschnitten. Dadurch werden gleichzeitig auch die Einlass öffnungen in den eingebetteten Schläuchen gebildet. Als günstig hat sich erwiesen, zunächst den Gusskörper 950 durchzusägen und anschliessend mit einem rasiermesser scharfen Instrument durch weiteres Abtragen von der Stirn fläche des Schlauchbodens die Schläuche zu öffnen.
Als letztes wird auf diese Seite des Mantels der äussere Abfluss deckel 103 aufgesetzt, siehe Fig. 1. In gleicher Weise wird anschliessend die andere Seite der Trennvorrichtung ausgebil det.
Eine abgewandelte Herstellungsweise für den angegossenen Schlauchboden sieht im Gegensatz zur zuvor beschriebenen vor, dass ausser dem Gussmaterial gleichzeitig eine mit diesem nichtvermischbare Flüssigkeit höherer Dichte in die Gussform während des Schleuderns eingeleitet wird. Unter der Wirkung der Fliehkraft setzt sich die spezifisch dichtere bzw. schwerere Flüssigkeit zwischen der Aussenwand der Giessform und dem erhärtenden flüssigen Giesswerkstoff ab.
Es wird so viel schwere Zusatzflüssigkeit zugegeben, dass sich bei der Erhärtung des Giesswerkstoffs und nach Abzug der schwereren Zusatzflüssigkeit ein angegossener Schlauchboden gebildet hat, wie er in Fig. 11 dargestellt ist, aus dem die Schlaufenenden der Schlauchbündel frei hervorstehen.
Anschliessend braucht dann nur noch das Ende des ganzen Schlauchbündels entlang der Linie CL', siehe Fig. 11, abgetrennt und die Enden der im Schlauchboden eingebetteten und über diesen hervorstehenden Schläuche geöffnet zu werden. Beim Schleudern wird zweckmässig zunächst der erhärtende Giesswerkstoff und danach erst die nicht mit diesem vermischende dichtere bzw. schwerere Flüssigkeit in die Form eingebracht. Hierdurch entsteht ein Überzug auf den Endabschnitten der Schläuche aus dem erhärtenden Gusswerkstoff, der trotz der Zugabe der sich nichtvermischenden Flüssigkeit bleibt und als dünne Schicht auf den Schläuchen aushärtet, was das spätere Trennen und Öffnen der Enden erleichtert.
Als nichtvermischende Flüssigkeiten lassen sich mehrere Materialien verwenden, vorausgesetzt, dass sie dichter als der erhärtende Gusswerkstoff sind, mit den Schläuchen und dem Gusswerkstoff keine Reaktion eingehen und wieder abziehbar sind. Die Zusatzflüssigkeit kann auch zeitweilig härtbar sein, beispielsweise durch Ausgelieren, Polymerisieren od. dgl., wenn es nur anschliessend durch Erhitzen, Depolymerisieren, Lösen od. dgl. ohne den erstarrten Schlauchboden anzugreifen, wieder entfernbar ist. In Verbindung mit einigen erhärtenden Materialien ist Wasser eine zweckmässige, nichtmischende Flüssigkeit, die notfalls mit Agar, Gelatine, Polyvinylalkohol oder einem der synthetischen oder natürlichen Gummis verdickt oder gelatiniert werden kann. Es lassen sich auch Paraffinwachse mit niedrigem Schmelzpunkt und zu Fetten eingedickte Kohlenwasserstofföle verwenden.
Besonders vorteilhafte, nichtvermischende Flüssigkeiten in Verbindung mit Epoxyharzen als erhärtenden Gusswerkstoffen sind halogenierte Flüssigkeiten, wie beispielsweise die von der Minnesota Mining and Manufacturing Company unter der Handelsbezeichnung Kel-F vertriebenen Fluorcarbonöle.
Diese Öle haben eine ausreichend höhere Dichte als Epoxyharze und bilden daher eine schärfere Trennfläche bei mässigen Zentrifuglakräften.
In den Fig. 12 und 13 ist eine weitere vorteilhafte Vorrichtung zum Herstellen der angegossenen Schlauchböden der erfindungsgemässen Permeations-Trennvorrichtungen dargestellt.
Fig. 12 stellt eine auf einer Schleudervorrichtung montierte Trennvorrichtung gemäss Fig. 1 dar, die zum Giessen eines Schlauchbodens 950 vorbereitet ist. Die abnehmbaren Gussformen 905a und 905b sind mit den Flanschen 102 des Mantelrohrs 101 mittels ihrer Flanschen 907 und Schrauben 906 flüssigkeitsdicht befestigt. Die Einlassanschlüsse 908a und 908b, durch die der erhärtende Gusswerkstoff in die Form 905a und 905b eingelassen wird, befinden sich in der Nähe des äusseren Randes der Gussformen, können jedoch auch an anderer Stelle in diese einmünden.
Die Schleudervorrichtung weist einen rohrförmigen Ständer 909, eine nicht dargestellte Drehachse, eine Antriebsriemenscheibe 911, einen Riemen 912, einen Motor 913, einen Ständerfuss 914, ein Fundament 915, eine Klemmeinrichtung 916 sowie weitere Teile zur Halterung und Drehung der Trennvorrichtung auf.
Ferner weist die Schleudervorrichtung eine Einlasseinrichtung für erhärtende Gusswerkstoffe in die Gussformen 905a und 905b auf. Diese kann in Form einer hydraulischen Gleitringeinrichtung 917 ausgebildet sein, siehe Fig. 12. Sie ist auf der Schleudervorrichtung befestigt und besteht aus einer dicken Platte, in die von oben mehrere konzentrische Rillen 918a, 918b trägt, in welche der aushärtende oder erstarrende Gusswerkstoff eingelassen und über Rohre 919a, 919b in die Gussform 905a und 905b abgezogen werden kann.
Die hydraulische Gleitringeinrichtung 917 kann zwei, vier oder mehrere Rillen 918a, b... für die Zufuhr des Giesswerkstoffs aufweisen, um deren Einleitung in die Gussformen 905a und 905b an einem oder mehreren Niveaus zu ermöglichen. Die Rillen 918a, ... . sind zum Auslass hin zweckmäs- sig etwa exzentrisch ausgebildet, um den Giesswerkstoff unter dem Einfluss der Fliehkraft zu ihren Auslässen und durch die Rohre 919a, b... in die Giessformen zu drücken.
Ferner sind die Rillen 918a, b... zweckmässig so geformt, dass sie das Übertreten von Gussflüssigkeit über ihre Ränder während der Drehung verhindern.
Die Gusswerkstoffe lassen sich in die hydraulische Gleitringeinrichtung 917 auf jede bekannte Weise einführen. Sie lassen sich beispielsweise aus Behältern 920a, b... über Ventile 921a, b . .... .in abgemessenen Mengen durch die Rohre 922a, b ... in die Rillen 198a usw. einbringen. Die hydraulische Gleitringeinrichtung und ihre ihr zugeordneten Teile bewirken während der Drehung der Schleudervorrichtung eine gute und wirksame Einleitung des Gusswerkstoffs in die Gussformen 905a und 905b.
Vor dem Angiessen eines Schlauchbodens mit der Schleudervorrichtung gemäss Fig. 12 müssen folgende Vorarbeiten ausgeführt worden sein: Die Schläuche müssen zu Schlauchgruppen zusammengefasst und in das Mantelrohr 101 eingebaut worden sein, die Gussformen 905a und 905b an den Stirnseiten des Mantelrohrs in der dargestellten Weise befestigt sein und der Schwerpunkt der ganzen Einrichtung gefunden und mittels normaler Schrauben oder Muttern, die auf die Schrauben 906 aufgeschraubt werden, ausbalanciert werden. Nach dem statischen Ausbalancieren wird die Trennvorrichtung auf die Schleudervorrichtung aufgesetzt und festgeklammert. Dann erst werden die hydraulische Gleitringeinrichtung 917 und die Zufuhrleitungen 919a, b... zwischen der dicken Platte (dem Ringkörper) und den einzelnen Anschluss-Stücken der Gussformen 905a und 905b montiert.
Der Schleudergiessvorgang sieht folgende Stufen vor: Anschalten des Motors 913 und Hochlaufenlassen, bis die Zentrifugalkraft in den Gussformen den gewünschten Wert annimmt. Einfüllen von aushärtendem oder erstarrendem Gusswerkstoff und, sofern erforderlich, einer nichtvermischenden schweren Zusatzflüssigkeit in die Gussformen über den hydraulischen Gleitringkörper und seine Anschlussleitungen. Der Giesswerkstoff wird mit solcher Geschwindigkeit eingelassen, dass ihm in den Gussformen genügend Zeit zum Eindringen und vollständigen Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Schläuchen bleibt. Während der Giessflüssigkeitszufuhr wird die Schleudervorrichtung, wie bereits angegeben, mit solcher Drehzahl betrieben, dass sich in den Gussformen die gewünschte Zentrifugalkraft ergibt.
Anschliessend lässt man noch so lange weiterdrehen, bis die Erstarrung und Aushärtung der Gussmasse erfolgt ist und sie ihre Form beibehält.
Nachdem der Giesswerkstoff ausreichend ausgehärtet ist, hält man die Schleudervorrichtung an und nimmt die Trennvorrichtung von ihr ab. Man kann die Trennvorrichtung dann noch eine Zeitlang ruhen lassen, um das Gussmaterial völlig aushärten zu lassen. Anschliessend ist gegebenenfalls die nichtvermischende Zusatzflüssigkeit abzulassen, sind die Gussformen abzunehmen, die Schlauchenden abzutrennen, (ist mit keiner nichtvermischenden Flüssigkeit gearbeitet worden, so ist auch der überschüssige Gusswerkstoff mit abzuschneiden) Öffnen der Schlauchenden zum Freilegen der Strömungswege und Aufschrauben der äusseren Deckel 103, um die Einlassräume 130 und 130' der Trennvorrichtung einzuschliessen.
Die Trennvorrichtung ist betriebsbereit, nachdem die übrigen erforderlichen Anschlüsse vorgenommen sind und sie mit einer Gemischquelle und Einrichtungen zum Abzug des abgetrennten Produktes verbunden sind.
Eine weitere Ausführungsform einer Schleudervorrichtung zum Angiessen von Schlauchböden 950 an die Trennvorrichtung ist in Fig. 13 dargestellt. Diese Schleudereinrichtung weist einen ortsfesten Ständer 923, eine Achse 924, einen Antriebsmotor 925 und andere Teile zur Unterstützung und Drehung von Trennvorrichtungen 101 auf. Auf die Achse 924 kann wieder ein hydraulischer Gleitringkörper 917 aufgesetzt sein, der über flexible Schläuche 919a, ... . den Schleifringkörper 917 mit den Gussformen 905a und 905b verbindet. Mit der Achse 924 ist oben noch eine Tragplatte 929 mit angelenkten Dreharmen 926a, b... drehfest angebracht. Die Dreharme sind gleichmässig am Umfang der Platte 929 so verteilt, dass jeweils zwei einander diametral gegenüberliegen.
An ihnen sind zwei, vier oder mehrere Mantelrohre 101 mittels Bügeln 927a, b... angelenkt, wobei die Bügelenden am Flansch 102 des Mantels 101 und das Mittelteil am Drehzapfen 928 des Dreharms 926 befestigt ist.
Solange sich die Schleudereinrichtung nicht dreht, hängen die Trennvorrichtungen senkrecht nach unten, wie dies gestrichelt in Fig. 13 angedeutet ist. Der Betrieb dieser Vorrichtung gleicht im wesentlichen derjenigen gemäss Fig. 12.
Die Lage der Einlässe 908a, siehe Fig. 9, durch die der Giesswerkstoff eingelassen wird, kann ohne weiteres verändert werden. Diese Einlässe können am Boden der Gussforman angeordnet sein, so dass der Giesswerkstoff oder die sich nicht mit diesem vermischende Flüssigkeit fortschreitend die Luft aus den äusseren Stellen der Schlauchbündel zu deren Mitte hin verdrängen; sie können jedoch auch an der Seite der Gussform vorgesehen sein. Der Einlass durch den Boden ist im allgemeinen immer dann vorzuziehen, wenn mit einer sich nichtvermischenden Flüssigkeit gearbeitet wird und wenn der Gusswerkstoff dazu neigt, sich ungleichmässig in die Schlauchbündel einzuziehen.
Dagegen wird der Einlass an der Seite immer dann günstig sein, wenn der Giesswerkstoff der nichtvermischenden Flüssigkeit überschichtet werden soll und er zum Schwinden während des Aushärtens neigt und wenn nochmals weiterer Giesswerkstoff dem schon teilweise ausgehärteten Giesswerkstoff zugegeben werden soll, um kleine Schwindrisse und Lunker, Blasen od. dgl. völlig auszufüllen. Man kann auch verteilt mehrere Einlassöffnungen an den Gussformen vorsehen, wobei jede an das Zuleitungssystem angeschlossen ist, so dass die nichtvermischende Zusatzflüssigkeit und ein Teil des Giesswerkstoffes nur an einer Stelle und ein anderer Teil des Giesswerkstoffes an einer oder mehreren hiervon abgelegenen Stellen einführbar ist.
Bei Verwendung einer nichtvermischenden Zusatzflüssigkeit kann diese entweder vor oder nach dem Giesswerkstoff eingebracht werden. Das Einlassen der nichtvermischenden Zusatzflüssigkeit vor dem Giesswerkstoff ist dann vorzuziehen, wenn man es bequem über die Einlassöffnungen im Boden der Gussform und den Giesswerkstoff über Einlass öffnungen am oberen Ende der Gussform einbringen kann.
Das Einlassen des Giesswerkstoffes vor der dichteren, nichtvermischenden Zusatzflüssigkeit ist jedoch dann zweckmässig, wenn beide durch die Öffnungen im Boden der Gussform eingelassen werden müssen. Ferner ist es zweckmässig, den Giesswerkstoff zuerst einzulassen, wenn die nichtvermischende Flüssigkeit die Schläuche benetzt und durch den Giesswerkstoff nicht ohne weiteres von den Oberflächen der Schläuche wieder verdrängt werden kann. Auch ist der Giesswerkstoff zuerst einzubringen, wenn er die Schläuche benetzt und nicht ganz wieder von der nichtmischenden Flüssigkeit in dem gewünschten Bereich verdrängt werden kann. Unter diesen Bedingungen härtet ein dünner Giesswerkstoff-Film auf den Schläuchen aus und versteift diese, was das spätere Abtrennen der Schlauchenden und das Öffnen der Schläuche erheblich erleichtert.
Schliesslich lässt man den Giesswerkstoff dann zuerst ein, wenn die nichtmischende Flüssigkeit die Schläuche benetzt, weil sich so sehr praktisch sehr feste Abdichtungen ergeben, in denen die Schläuche gleichmässig über die ganze Fläche verteilt sind. Wird die nichtvermischende Zusatzflüssigkeit zuerst zugegeben, so müssen die Schläuche relativ weit auseinander liegen, damit das Gussmaterial zwischen sie fliesst, um eine gleichmässige Abdichtung zu bilden und nicht in der Nähe des Einlasses zu bleiben und die nichtzumischende Flüssigkeit in Bereiche zu drücken, die vom Giesswerkstoff ausgefüllt werden sollen. Die Höhe der zur Ausnützung der Vorteile, die die Erfindung bringt, erforderlichen Zentrifugalkraft hängt von mehreren Faktoren ab.
Wichtig ist die Grösse und Packungsdichte der Schläuche, die Viskosität und andere Fliesseigenschaften des Giesswerkstoffes, die Oberflächenspannung zwischen dem Giesswerkstoff und den Schläuchen und zwischen dem Giesswerkstoff und den Wänden der Gussform, die relativen spezifischen Dichten der Schläuche und des Gussmaterials und bei der anderen Ausführungsform der Schleudereinrichtung, bei der die Stützen oder Ständer aufgrund der Zentrifugalkräfte zusammen mit den Gussformen schwingen, das Gewicht und die Form der Ständer und Gussformen.
Es lassen sich Zentrifugalkräfte zwischen kleinen vielfachen und dem Hundertfachen der Erdanziehungskraft einstellen. Bevorzugt werden Zentrifugalkräfte etwa zwischen dem 50fachen und dem 200fachen der Erdanziehungskraft angewendet. Die niedrigsten noch wirksam werdenden Kräfte erhält man bei Beschleunigungen zwischen dem 5- und 25fachen der Erdanziehungskraft. Zentrifugalbeschleunigungen über dem 900fachen der Erdbeschleunigungen sollten jedoch vermieden werden, da sie zu einem Zusammenfallen der dünnwandigen Kunststoffschlauchwände führen können. Die Höhe der Zentrifugalkräfte lässt sich leicht durch Drehzahlre- gelung beeinflussen.
Centrifugal casting device
Swiss patent specification No. 507 010 describes a device for separating a component from a fluid mixture using the different passage speeds of the mixture components through permeable tubular membranes.
The present invention now relates to an apparatus which can be used to manufacture the above-mentioned separating device. It relates to a device for centrifugal casting of soils on hose bundles arranged in a separating device for fluids, marked by a support frame, a rotatable holding device arranged on the support frame, a drive for the holding device, support and holding means arranged on the holding device for a the axis of rotation of the holding device to be moved hose bundle, which hold the bundle with its two end sections in such a position in which the axis of rotation is perpendicular to the direction of extension of the hoses and the hose bundle and is at a distance from the end sections of the bundle, further away one carried by the holding device Casting unit with a casting mold,
wherein the casting unit is designed and arranged such that it comprises an end section of the hose bundle so that a certain amount of a casting material can be brought into contact with the end of the hose bundle, a device carried by the holding device and cooperating with the casting unit for introducing the casting material into the casting recess of the casting unit during the rotation of the holding device, the casting unit and the hose bundle.
The invention is explained in more detail with reference to drawings. They represent:
1 shows a partial longitudinal section through a fluid separation device,
FIGS. 2 and 2a are cross-sectional views along the line 2-2 in FIG. 1, in FIG. 2a on a somewhat enlarged scale,
3 shows a perspective view of a device for producing individual, smaller hose bundles from continuous hoses,
4 shows a simplified side view of a hose bundle in the flat state, which represents a bundle unit for use in a separating device according to FIG. 1,
5 shows a simplified side view of an individual hose bundle or an individual winding in the flat-folded state, which is enclosed by a porous sheath and held together radially,
Fig.
6 is a partial side view of several sheathed hose bundles which are combined to form a larger main bundle before installation in the separating device,
7 shows a partial view of a main bundle of sheathed tube bundle units in a position from which it can be installed in the jacket of a separating device according to FIG. 1 after slipping over a porous outer sheath,
FIG. 8 shows a view similar to FIG. 7, in which, however, the porous outer covering serves for the transverse contraction of all hose bundle units or individual hose bundles so that the main bundle can be introduced into the housing of the separating device.
Fig.
9 shows a partial longitudinal section through contracted tube bundles in their position in the housing of the separating device with a casting mold placed on the shell face flange for casting a liquid-tight tube base,
10 shows a partial longitudinal section through the head of the separating device with the casting mold removed and the protruding, molded part of the tube base not yet removed,
11 shows a partial longitudinal section corresponding to FIG. 10 of a modified, finished, cast-on tube base in its position in the housing of the separating device, the tube base being formed against a radially outer provided layer of a heavy immiscible liquid in the casting mold during a centrifugal process, around the tube bundle ends free of casting material to keep,
Fig. 12 is a partial perspective view of a centrifugation or
Centrifugal device for producing the cast-on tube bottom of the permeation separating device according to FIG. 1, on which a housing with screwed-on casting molds is clamped, and
FIG. 13 shows a partial side view of a modified embodiment of the centrifugal device according to FIG. 12 for casting tube bases on one side at a time onto several separating devices.
A basic form of a permeation separation device for fluids is shown in FIGS. The mode of operation of this device is based on the selective passage of gases or liquids through non-porous membranes or partition walls by permeation or activated diffusion. The process is usually imagined in such a way that the gaseous or liquid medium dissolves in a surface of a non-porous solid wall, migrates through under the influence of a concentration or pressure gradient and emerges again on the other side of the membrane. Separation takes place when the components of the fluid mixture have transit speeds through non-porous membranes.
The separation due to different permeation has already been carried out with membranes made of platinum, palladium and their alloys, silicates and certain glasses and various polymeric materials.
A preferred embodiment of the permeation separation device 100 according to FIG. 1 has a liquid-tight tubular jacket 101 made of steel or the like, which widens conically at both ends in the sections 107 and has end flanges 102. In the jacket pipe 101, an inlet 109 and an outlet 108 are provided in the area of the conical widenings 107. The jacket tube takes a large number of very thin tubes 111 made of a polymeric compound, such as poly ethylene terephthalate, packed relatively tightly. The hoses are, see FIG. 1, combined in a row of hose bundle units 110 of approximately the same size, each of which is firmly held together by an elongated, flexible and porous covering 112.
In addition, all the sheathed tube bundles 110 are combined by a large, elongated, flexible and porous outer sheath 113. In both ends of the jacket tube 101, a liquid-tight cast-on hose base (cast wall part) 950 is provided, which preferably consists of a polymeric compound such as an epoxy resin. The hoses extend between the hose bottoms 950 parallel to one another and to the axis of the jacket pipe and their open ends extend through the hose bottoms in which they are embedded in a liquid-tight manner. At both ends, the jacket tube 101 is closed with covers 103 which, together with the cast-on hose bases 950, form enclosed chambers 130 which are in communication with the interior of the hoses.
Each chamber 130 has a line connection 104 and a flange 105 which is screwed against the flange 102 of the casing tube by means of screws 106. In the embodiment shown, a flexible, annular seal K made of a suitable material such as rubber or neoprene is provided between each molded-on hose base 950 and casing tube 101 and between each hose base and cover 103 for sealing purposes. The lid 103 can be made of steel.
The sheathed hose bundles 110 made up of the hoses 111 are arranged in a relatively tightly packed manner in the main section of the jacket tube 101 between the conical end sections 107. Because the flexible and porous sheaths 112 hold the hoses tightly together, they maintain this position, although they can fit closely to the adjacent hose bundles and to the inner wall of the pipe jacket. This may result in a deformation of each tube cross-section in order to achieve a higher packing density than would be obtained with a fixed circular cross-section. This can be seen in particular from FIG. 2a. The hose bundle and the individual hoses themselves touch one another and partially touch the jacket tube in the form of narrow longitudinal zones, see FIGS. 2 and 2a.
The inner conical section 107 at both ends of the jacket tube 101 cooperates with the corresponding conical section of the adjacent molded-on hose base 950, developing a wedge effect, in order to hold the adjacent parts against one another in a liquid-tight manner.
The same effect occurs because of the attack between the affected conical sections of the cover 103 and the connected tube bottoms 950.
A particularly important feature of the separating device is the inner surface SF of the cast-on tube sheet 950.
This surface is relatively smooth, uninterrupted, level and free of any sharp shapes or protrusions in the direction of the tubes. It is imperative that this shape be achieved and maintained so that there is a liquid-tight connection around the tubes without reducing the effective surface area of the tubes between the tube bases. In a preferred embodiment, the inner surface SF of the cast-on tube base is curved concavely, see FIG. 1. This shape is due to centrifugal casting, which is preferably used to produce the tube bases 950. It is described later.
The tubes 111 can be made of any polymeric material that is suitable for selective or differential membrane permeation. Possible materials are: olefins, esters, amides, silicones, ether (ethers), nitriles or sulfide polymers and any other suitable polymer or copolymer. Suitable hoses can be made from polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyhexamethylene adipymide, copolymers of tetra fluoroethylene and hexafluoropropylene, cellulose acetate, ethyl cellulose, polystyrene, copolymers of butadiene and styrene and from many other polymers and copolymers from the solution or in various ways from the melt.
The polymeric tubing preferably has an outside diameter of about 10 to 500 microns and a wall thickness of about 1 and 100 microns. Hoses with an outside diameter between 20 and 250 microns and a wall thickness between 2 and 50 microns have proven to be particularly advantageous.
The flexible and porous sheaths 112 and 113 can be made of any suitable, natural, regenerated or synthetic material of suitable strength and compatibility with the fluid mixture to be separated, the polymeric material from which the tubes are made, and the material from which the cast tube bottoms are made and the other materials with which the casings come into contact. The envelopes can also have any suitable structure, as long as they are only porous and flexible. However, the very uniform transverse contraction is very desirable and important.
The jacket tube can have any practical or any cross-sectional shape, so it does not need to have a circular cross-section; it must consist of a compatible material of sufficient strength. Cylindrical metallic jackets, for example made of steel tube, are suitable because they are relatively easy to manufacture and assemble. The size of the jacket pipe for the separating device can be very different. Its diameter can be between one and many centimeters and its length between one and many decimeters.
An idea of the effectiveness of the construction when using hoses arises from the fact that a suitably constructed separating device consisting of a jacket tube with a diameter of about 15 cm and a length of 2.40 m can accommodate about 12 million hoses tightly packed to form an effective membrane area of about 1860 m2 to surrender.
The molded tube bottoms 950 can also consist of any suitable hardenable or solidifiable material of sufficient strength and compatibility with the other parts of the device. Solder, cement, wax, adhesive, natural and synthetic resin can be used. These materials for the tube bottoms can harden or solidify due to a freezing or cooling treatment, just a cooling treatment or due to chemical reactions that cause polymerization, condensation, oxidation or some other hardening process.
However, other useful properties of the hardenable or solidifiable or solidifiable material are: low viscosity in the liquid state for good penetration between the hoses of the hose bundle before solidification or hardening, high density for good behavior during centrifugal casting, which will be discussed later is described, no gas evolution or similar physical change during solidification, no or only an extremely small change in volume during solidification and the lowest possible heat development during solidification. Synthetic and organic resins are particularly suitable for the tube bottom in conjunction with the preferred polymeric compounds of which the tubes are made, particularly epoxy resins.
The description of the mode of operation and the mode of action of a separating device according to the invention, as shown in FIG. 1, is initially based on the first stage of a multi-stage separating system. For many gas separations or
segregation, in which the component with the highest permeation rate has to be separated from a fluid mixture, but only makes up a small proportion of the mixture, it has proven to be advantageous in the first stage to first pass the starting mixture through the interior of the tubes and then through the tube walls Remove any liquid that has passed through from the outer wall of the hoses. Here, see FIG. 1, the inlet flow of the starting mixture is introduced through the inlet 104 under increased pressure into the chamber 130 on the left-hand side, see FIG. 1, of the device. The fluid mixture flows from this chamber 130 through the interior of the tubes and tube bundles 110 to the chamber 130 'on the right-hand side of the device.
If a suitable pressure and / or concentration difference is maintained between the inside and outside of the hoses, part of the component of the starting mixture with the higher permeation rate penetrates, enriched, outward through the hose walls into the space between the inner wall of the jacket pipe 101 and the outside of the hoses by.
The part of the mixture which reaches the chamber 130 ′, hereinafter referred to as the outflow, from which the part with the highest permeation rate has diffused away through the tube walls, is withdrawn through the outlet 104.
The fraction of the starting mixture enriched with the component of higher permeation rate (the lighter component), which has penetrated through the hose walls and is referred to below as the passage, is withdrawn from the interior of the jacket tube via outlet 108 at a pressure lower than that of the inlet mixture. It is advantageous, during the separation, to simultaneously guide a flushing fluid flow, which part of the inlet can form at reduced pressure, into the jacket tube 101 through the inlet 109 along the outside of the hoses inside the jacket and withdraw it through the outlet 108. In order to maintain a high effective concentration gradient, the flushing fluid should be guided in countercurrent to the inlet mixture.
The preferred use of centrifugally cast tube bottoms at the ends of the tubes appears to be particularly important for the entire device to achieve an effective liquid-tight tube bottom and to seal the very thin, tightly packed tubes against each other and against the jacket tube, so that the floor material, as long as this is liquid, does not between and along the Due to the capillary action, the hoses penetrate, which could lead to cavities in the ground and, by covering the hose surfaces, would reduce the effective membrane area within the casing tube.
The device according to FIG. 1 can be used and combined in the most varied of ways in order to set up separation systems or installations with several parallel or series-connected separation units, as desired and required.
A preferred embodiment of the device according to the invention for producing the permeability separating devices is shown in FIGS. 3 to 13.
The hoses are delivered individually on spools or as strands. These coils can advantageously be rotatably arranged in a frame structure 700, which can be moved on wheels B, made up of vertical supports 701 and horizontal supports 702, and are drawn off via corresponding guide elements E onto a winding device 800 and wound up into tube bundles. The winding device has in a vertical stand 704 with a base plate 703 a horizontally mounted shaft 705, on one end of which sits the pulley 706, which can be driven via an endless belt 707, and on the other end of which sits a disc 708 with radial arms 709, on whose axially parallel arms 710 the Hose bundles are wound into the cutouts 711.
If a corresponding bundle 110 has been wound and this has been removed from the winding device 800, it is gripped with two hooks 720 at diametrically opposite points and placed in a flat bundle, see FIG. 4.
While the bundle 110 is held under tension in this form by the hooks 720, a porous and flexible sheath 112, preferably, as indicated above, circularly knitted, is slipped over the tube bundle in the longitudinal direction.
Such a sheath 112 is used, which contracts in the transverse direction under a tensile force acting in the longitudinal direction and reduces its circumference. After it has been folded in an accordion-like manner onto a tubular sleeve N, the cover 112 can be applied over the bundle 110 with the aid of the latter. When a tensile stress acting in the longitudinal direction is applied to the ends of the sheath 112, the latter contracts in the transverse direction and in this way presses the tube bundle tightly and tightly together so that it has a high packing density. The flexible and porous sheath is made sufficiently strong and abrasion-resistant through a suitable choice of material and construction not only to be able to apply a compressive force to the bundle, but also to protect it effectively against damage during the assembly of the separating device and its operation.
Several such wrapped tube bundles are next combined into a large bundle at one end parallel and vertically to one another by means of an annular ring or a plate 721 into which the hooks 720 are hung, see FIG. 6. The plate 721 is suspended in a suitable manner , for example on a vertical chain 723, which extends through the interior of the jacket tube 101, see FIG. 7. The covered hose bundles suspended in this way are then, as shown in FIGS. 7 and 8, by one or more larger flexible and permeable outer ones Sheaths 113 surround, as explained for the individual bundles in connection with FIG.
The or each outer large sheath is then also pulled in the longitudinal direction in order to compress the individual hose bundles in the transverse direction so that the entire bundle can then be drawn into the jacket tube 101 by means of the chain 723.
After the one large assembled and sheathed hose bundle has been introduced into the jacket tube 101, a casting mold 905b is screwed onto the end faces of the jacket tube, see FIG. 9. It may be expedient to introduce an annular, flexible seal K made of a suitable material, for example rubber or neoprene, into the conical section of the jacket beforehand. The casting mold 905b is connected in a liquid-tight manner to the flange 102 of the casing 101 with its flange 907 by screws 906. The casting mold space MC surrounds the end sections of the tube groups which form the end section of the entire bundle, see FIG. 9. The liquid casting material can be introduced into the casting mold 905b via the inlet 908a.
During the rotation of the casing pipe 101 with the screwed-on casting mold 905b in such a way that the centrifugal forces act in the direction of the arrow CF in FIG. 9, a hardening casting material, for example an epoxy resin mixture or another material, as already indicated above, is in the cavity of the mold, which engages around the end sections of the individual hose bundles and rests against the conical section of the jacket tube. The centrifugal forces prevent the casting material from creeping up along the hoses into the interior of the jacket tube and cause it to form a smooth inner curved surface SF which is coherent, flat and free of sharp protrusions or the like in the direction of the hoses. Due to the centrifugal forces, the concavely cylindrical shape of the surface SF is also established, as shown in FIGS. 1 and 9.
While the jacket is further rotated, the casting material is allowed to form a liquid-tight cast body or tube base 950, which the
Hoses tightly surrounds, and also rests liquid-tight on the jacket, harden or solidify. In Fig. 7 is the so formed
Cast body shown with the casting mold removed. Next are the end portion of the cast body and the
Separate the loop ends of the hose bundle. For this purpose, the cast body is cut through along the line CL, see FIG. 10. As a result, the inlet openings are also formed in the embedded tubes at the same time. It has proven to be advantageous to first saw through the cast body 950 and then to open the tubes with a razor-sharp instrument by removing further from the front surface of the tube base.
Lastly, the outer drain cover 103 is placed on this side of the casing, see FIG. 1. The other side of the separating device is then formed in the same way.
In contrast to the previously described method of manufacture for the cast-on tube base, a modified method of manufacture provides that, in addition to the casting material, a higher-density liquid that cannot be mixed with it is simultaneously introduced into the casting mold during the spinning. Under the effect of centrifugal force, the specifically denser or heavier liquid is deposited between the outer wall of the casting mold and the hardening liquid casting material.
So much heavy additional liquid is added that during the hardening of the casting material and after the heavier additional liquid has been drawn off, a cast-on tube bottom has formed, as shown in FIG. 11, from which the loop ends of the tube bundles protrude freely.
Then only the end of the entire hose bundle needs to be cut off along the line CL ', see FIG. 11, and the ends of the hoses embedded in the hose base and protruding above it need to be opened. In the case of spinning, the hardening casting material is expediently introduced into the mold first, and only then is the denser or heavier liquid that does not mix with it. This creates a coating on the end sections of the hoses made of the hardening cast material, which remains despite the addition of the non-mixing liquid and hardens as a thin layer on the hoses, which makes it easier to separate and open the ends later.
Several materials can be used as non-mixing liquids, provided that they are denser than the hardening cast material, do not react with the hoses and the cast material and can be removed again. The additional liquid can also be temporarily hardenable, for example by gelling, polymerizing or the like, if it can only be removed again by heating, depolymerizing, dissolving or the like without attacking the solidified tube base. In conjunction with some hardening materials, water is a convenient, non-mixing liquid that can be thickened or gelatinized with agar, gelatin, polyvinyl alcohol or one of the synthetic or natural gums. Paraffin waxes with a low melting point and hydrocarbon oils thickened to form fats can also be used.
Particularly advantageous, non-mixing liquids in connection with epoxy resins as hardening cast materials are halogenated liquids, such as, for example, the fluorocarbon oils sold by the Minnesota Mining and Manufacturing Company under the trade name Kel-F.
These oils have a sufficiently higher density than epoxy resins and therefore form a sharper interface with moderate centrifugal forces.
12 and 13 show a further advantageous device for producing the cast-on tube bottoms of the permeation separation devices according to the invention.
FIG. 12 shows a separating device according to FIG. 1 which is mounted on a centrifugal device and which is prepared for pouring a tube bottom 950. The detachable casting molds 905a and 905b are fastened in a liquid-tight manner to the flanges 102 of the jacket tube 101 by means of their flanges 907 and screws 906. The inlet connections 908a and 908b, through which the hardening casting material is let into the mold 905a and 905b, are located in the vicinity of the outer edge of the casting molds, but can also open into them at another point.
The centrifugal device has a tubular stand 909, an axis of rotation (not shown), a drive pulley 911, a belt 912, a motor 913, a stand foot 914, a foundation 915, a clamping device 916 and other parts for holding and rotating the separating device.
Furthermore, the centrifugal device has an inlet device for hardening casting materials into the casting molds 905a and 905b. This can be designed in the form of a hydraulic sliding ring device 917, see FIG. 12. It is attached to the centrifugal device and consists of a thick plate in which several concentric grooves 918a, 918b bear from above, into which the hardening or solidifying cast material is embedded and can be withdrawn via tubes 919a, 919b into the casting mold 905a and 905b.
The hydraulic sliding ring device 917 can have two, four or more grooves 918a, b ... for the supply of the casting material in order to enable it to be introduced into the casting molds 905a and 905b at one or more levels. The grooves 918a, .... are expediently designed approximately eccentrically towards the outlet in order to press the casting material under the influence of centrifugal force to their outlets and through the tubes 919a, b ... into the molds.
Furthermore, the grooves 918a, b ... are expediently shaped in such a way that they prevent casting liquid from passing over their edges during the rotation.
The cast materials can be introduced into the hydraulic slip ring device 917 in any known manner. For example, they can be removed from containers 920a, b ... via valves 921a, b. ..... Introduce measured quantities through the tubes 922a, b ... into the grooves 198a etc. The hydraulic sliding ring device and its associated parts bring about a good and effective introduction of the casting material into the casting molds 905a and 905b during the rotation of the centrifugal device.
Before casting a hose base with the centrifugal device according to Fig. 12, the following preparatory work must have been carried out: The hoses have to be combined into hose groups and installed in the casing pipe 101, the molds 905a and 905b have to be attached to the end faces of the casing pipe in the manner shown and the center of gravity of the whole facility can be found and balanced by means of normal bolts or nuts screwed onto bolts 906. After static balancing, the separating device is placed on the centrifugal device and clamped in place. Only then are the hydraulic sliding ring device 917 and the supply lines 919a, b ... mounted between the thick plate (the ring body) and the individual connection pieces of the casting molds 905a and 905b.
The centrifugal casting process provides the following stages: switching on the motor 913 and allowing it to run up until the centrifugal force in the casting molds assumes the desired value. Filling of hardening or solidifying casting material and, if necessary, a non-mixing heavy additional liquid into the casting molds via the hydraulic sliding ring body and its connecting lines. The casting material is let in at such a speed that it has enough time in the mold to penetrate and completely fill the gaps between the hoses. During the pouring liquid supply, the centrifugal device is operated, as already stated, at such a speed that the desired centrifugal force results in the casting molds.
You can then keep turning until the casting compound has solidified and hardened and it retains its shape.
After the casting material has hardened sufficiently, the centrifugal device is stopped and the separating device is removed from it. You can then let the separating device rest for a while to allow the casting material to harden completely. Then, if necessary, the non-mixing additional liquid must be drained off, the molds removed, the hose ends cut off (if no non-mixing liquid has been used, the excess casting material must also be cut off). Open the hose ends to expose the flow paths and unscrew the outer cover 103 in order to enclose the inlet spaces 130 and 130 'of the separator.
The separating device is ready for operation after the other necessary connections have been made and they are connected to a mixture source and devices for drawing off the separated product.
Another embodiment of a centrifugal device for casting tube bottoms 950 onto the separating device is shown in FIG. This centrifugal device has a stationary stand 923, an axle 924, a drive motor 925 and other parts for supporting and rotating separating devices 101. A hydraulic sliding ring body 917 can again be placed on the axle 924, which via flexible hoses 919a, .... connects slip ring assembly 917 to molds 905a and 905b. With the axis 924, a support plate 929 with articulated rotating arms 926a, b ... is attached in a rotationally fixed manner. The rotating arms are evenly distributed on the circumference of the plate 929 so that two are diametrically opposite each other.
Two, four or more casing pipes 101 are articulated to them by means of brackets 927a, b..., The bracket ends being fastened to the flange 102 of the casing 101 and the central part being fastened to the pivot 928 of the rotary arm 926.
As long as the centrifugal device is not rotating, the separating devices hang vertically downwards, as indicated by dashed lines in FIG. The operation of this device is essentially the same as that according to FIG. 12.
The position of the inlets 908a, see FIG. 9, through which the casting material is admitted, can easily be changed. These inlets can be arranged at the bottom of the casting mold, so that the casting material or the liquid that does not mix with it progressively displace the air from the outer points of the tube bundles towards their center; however, they can also be provided on the side of the mold. Bottom inlet is generally preferable when working with a non-mixing liquid and when the cast material tends to pull unevenly into the hose bundle.
On the other hand, the inlet on the side will always be beneficial if the casting material of the non-mixing liquid is to be covered over and it tends to shrink during hardening and if further casting material is to be added to the already partially hardened casting material, around small shrinkage cracks and voids, bubbles or the like to be filled in completely. It is also possible to provide several inlet openings distributed across the casting molds, each of which is connected to the feed system so that the non-mixing additional liquid and part of the casting material can only be introduced at one point and another part of the casting material can be introduced at one or more remote points.
If a non-mixing additional liquid is used, it can be introduced either before or after the casting material. Admitting the non-mixing additional liquid before the casting material is preferred if it can be conveniently introduced via the inlet openings in the bottom of the casting mold and the casting material via inlet openings at the upper end of the casting mold.
However, it is advisable to let in the casting material before the denser, non-mixing additional liquid if both have to be let in through the openings in the bottom of the casting mold. Furthermore, it is advisable to let in the casting material first when the non-mixing liquid wets the hoses and cannot easily be displaced from the surfaces of the hoses again by the casting material. The casting material must also be introduced first when it wets the hoses and cannot be completely displaced again by the non-mixing liquid in the desired area. Under these conditions, a thin film of casting material hardens on the hoses and stiffens them, which makes it much easier to later separate the hose ends and to open the hoses.
Finally, the casting material is first let in when the non-mixing liquid wets the hoses, because this results in very solid seals in which the hoses are evenly distributed over the entire surface. If the non-mixing additional liquid is added first, the hoses must be relatively far apart so that the casting material flows between them, in order to form an even seal and not to remain near the inlet and to press the non-mixing liquid into areas that are exposed to the casting material should be filled out. The amount of centrifugal force required to take advantage of the advantages provided by the invention depends on several factors.
The size and packing density of the hoses, the viscosity and other flow properties of the casting material, the surface tension between the casting material and the hoses and between the casting material and the walls of the casting mold, the relative specific densities of the hoses and the casting material and in the other embodiment of the Slingshot device in which the supports or stands vibrate together with the molds due to centrifugal forces, the weight and shape of the stands and molds.
Centrifugal forces can be set between small multiples and a hundred times the force of gravity. Centrifugal forces between about 50 times and 200 times the force of gravity are preferably used. The lowest forces that still become effective are obtained at accelerations between 5 and 25 times the force of gravity. Centrifugal accelerations over 900 times the acceleration due to gravity should be avoided, however, as they can lead to a collapse of the thin-walled plastic tube walls. The amount of centrifugal forces can easily be influenced by regulating the speed.