CS274439B2 - Device for solutions' and gas mixtures' components separation and method of this device production - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení k oddělování složek roztoků a plynných směsí a způsobu výroby tohoto zařízení.

K oddělování, zahuštování, zpracování a podobně, složek roztoků nebo plynných směsí se používá kapilárních membrán uložených v uzavřeném pouzdru, jejichž funkce je založena na ultrafiltraci, mikrofiltrací, dialýze, difúzi plynu nebo na reverzní osmóze. Tato zařízení jsou připojena k příslušným armaturám přístrojů, které oddělují materiály. Během průtoku kapilární membránou mohou složky, které se oddělí z roztoku nebo plynné směsi, být odváděny z pouzdra výstupním hrdlem směrujícím do strany. Tato boční hrdla umožňují současně čištění a sterilizaci pouzdra i kapilárních membrán.

Švýcarský pat. spis č. 650 696 popisuje řešení, podle kterého se uspořádání vláknových kapilárních membrán provádí složitou technologií navíjení. Následkem toho mají vlákna tvořící kapilární membránu tvar vzájemně se křižujících smyček a tvoří svazek kapilárních membrán, podobající se eliptickému rotačnímu tělesu. Pro tento způsob navíjení je třeba složité a drahé zařízení, podobné soukacím strojům v textilním průmyslu. Další nevýhoda spočívá v tom, že tento způsob navíjení lze použít pouze pro kapilární membrány, které mají dostatečnou tuhost.

Oddělovací zařízení, popsané v evropském pat. spise č. 01 70 354 obsahuje uspořádaný svazek kapilárních membrán, uložených utěsněné v uzavřeném pouzdru. Těsnost je zajištěna tím, že pryskyřičná hmota, která upevňuje kapilární membrány v uspořádaném svazku, ulpívá stejně na vnitřní stěně pouzdra jako na vláknech. Nevýhoda tohoto řešení je v tom, že pojivo, tedy pryskyřice, která spojuje jak materiál kapilárních membrán, tak ulpívá na vnitrní stěně pouzdra a zajišíuje těsnost, není v důsledku volby materiálu vždycky k dispozici nebo je velice drahá.

Charakteristické pro všechna známá řešení je to, že utěsněného uspořádání kapilárních membrán v pouzdru se dosahuje hermetickým, neuvolnitelným spojením pryskyřičných objímek, které drží kapilární membrány, s vnitřní stěnou pouzdra.

Rozšíření technologie dělení složek do potravinářského průmyslu, průmyslu léčiv a terapie klade na materiálý separačních zařízení zvýšené požadavky. I samotný materiál pouzdra ultrafiltru, ve kterém je uložen svazek membrán, musí vyhovovat přísným požadavkům.

Proto se musí pro výrobu pouzdra často používat drahé materiály, například nerezavějící ocel, které jsou drahé i z hlediska opracování. Ve většině případů použití, například při hemodialýze, se mohou kapilární membrány použít jenom jednou. Znamenalo by to tedy velké úspory, kdyby konstrukce zařízení umožňovala výměnu kapilárních membrán. Známá řešení však tuto možnost nepřinášejí a po jednorázové aplikaci je celé zařízení nepoužitelné.

Účelem vynálezu je odstranit tyto nevýhody a vyvinout konstrukci, která by umožňovala jednoduše realizovatelné uspořádání kapilárních membrán, výměnu upotřebeného svazku membrán a zachování jejich pouzdra.

Předmětem vynálezu je zařízení k oddělování složek roztoků a plynných směsí s oboustranně otevřeným pouzdrem, které je opatřeno vstupním a/nebo výstupním hrdlem, směřujícím do strany a ve kterém je uložen uspořádaný svazek kapilárních membrán, zalitý do objímek z pryskyřice, těsně uzavírajících otevřené konce pouzdra. Podstata vynálezu spočívá v tom, že pryskyřičná pouzdra sestávají z upevňovací objímky, která drží kapilární membrány v uspořádaném svazku, a ze závěrné objímky, vytvořené kolem upevňovací objímky na koncích pouzdra, přičemž závěrná objímka je spojena s vnitřní stěnou pouzdra tvarovým spojem a současně pohyblivě v osovém směru vzhledem k pouzdru, a k utěsnění mezi závěrnou objímkou a vnitřní stěnou pouzdra je v drážce na vnitřní stěně pouzdra vsazen těsnící kroužek.

Závěrečná objímka obklopuje utěsněné vnitřní upevňovací objímku.

Těsnicí kroužky, které zajišiují těsnost mezi závěrnou objímkou a vnitřní stěnou pouzdra, jsou s výhodou vytvořeny s průřezem ve tvaru písmene o. Kruhové drážky, uspořádané ve vnitřní stěně pouzdra, do kterých je vsazen těsnicí kroužek, mají v tomto případě profil protáhlý směrem ke konci pouzdra. Tento tvar podporuje při zavádění závěrné objímky spolehlivé utěsnění a přitom umožňuje vysunutí závěrné objímky tlakem působícím zvnitřku ven.

Pro výrobu zařízení podle vynálezu se postupuje takto: aby se vytvořil uspořádaný sva zek kapilárních membrán, vede se kapilární membrána jako spojité vlákno na podávači válec odkud se převíjí na profilovanou cívku, která má s výhodou půlkruhový profil. Přitom se po určitých úsecích a určitých délkách povlékne pryskyřicí, která tvoří materiál upevňovací objímky. Tímto způsobem se fixuje uspořádaná relativní poloha jednotlivých závitů. Po vytvoření předepsaného počtu závitů vznikne upevňovací objímka, která spojuje kapilární membrány. Svazek navinutý na cívce se potom rozřízne ve středních čarách úseků potažených pryskyřicí, čímž vzniknou uspořádané svazky kapilárních membrán, které sestávají z kapilárních membrán, které jsou uzavřeny a upevněny na obou koncích v upevňovací objímce. Potom se otevřené konce kapilárních membrán uzavřou ponořením do pryskyřice závěrnou čepičkou. Po ztuhnutí pryskyřice se vloží svazek kapilárních membrán do dutého válcového pouzdra, jehož otevřené konce se poťom uzavřou závěrnými objímkami, vytvořenými kolem upevňovacích objímek. Závěrné objímky se vytvoří oblitím upevňovací objímky pryskyřicí, takže pryskyřice těsně uzavře upevňovací objímku, nespojí se však s vnitřní stěnou pouzdra. Pryskyřice, která tvoří závěrnou objímku se oddělí od vnitrní stěny pouzdra buď tím, že se zvolí vhodný typ pryskyřice, nebo že se na vnitrní stěnu pouzdra nanese vhodný dělicí materiál. Materiál závěrné objímky se tedy přizpůsobí tvaru vnitřní stěny pouzdra, ale nepřilepí se k ní. Utěsnění mezi závěrnou objímkou a vnitřní stěnou pouzdra zajistí těsnicí kroužky.

Po utěsněném upevnění svazku kapilárních membrán ve válcovém pouzdru se odříznou oba konce svazku membrán pod závěrnou čepičkou z pryskyřice podle požadované délky společně s odpovídajícími úseky upevňovací objímky a závěrné objímky.

Z uvedeného je zřejmé, že konstrukce podle vynálezu umožňuje odstranění svazku kapilárních membrán, uloženého v pouzdru a uzavřeného upevňovací objímkou, z pouzdra. Svazek kapilárních membárn se s výhodou odstraňuje z pouzdra tímto způsobem: do strany směřujícím vstupním nebo výstupním hrdlem pouzdra se svazek membrán prořízne nožem, potom se vhodným nástrojem, například dlouhou kovovou tyčkou, procházející otvorem v závěrné objímce, zasune hlouběji do vnitřku pouzdra, a objímka, která uzavírá druhý konec válcového pouzdra se vysune axiální silou působící směrem ven. Potom se uvolněným koncem pouzdra vytlačí axiální silou i druhá objímka,opatřená otvorem. Tímto způsobem se může svazek kapilárních membrán vyjmout z válcového pouzdra bez jeho zničení, takže se pouzdro dá znovu použít.

Materiál pryskyřičné čepičky, která uzavírá během instalace kapilární membrány, musí splňovat jedinou podmínku, aby totiž pryskyřice zajišťovala až do úplného ztuhnutí závěrné čepičky spolehlivé uzavření pouzdra.

Pryskyřice, která upevňuje kapilární membrány a tvoři upevňovací objímku, musí zajišťovat spolehlivé upevnění kapilárních membrán a musí mít takovou viskozitu a dobu vytvrzení, aby při navíjení vláken tvořících kapilární membrány na cívku neskapávala za spojované úseky. Kromě toho musí pryskyřice vytvořit takové spojení, aby vnitřní profil kapilárních membrán nebyl v upevňovacím úseku deformován.

Požadavkem na licí pryskyřici, tvořící materiál závěrné objímky, je to, že se musí vázat na materiál upevňovací objímky, nemá však ulpívat na vnitrní stěně pouzdra.

Vynález bude vysvětlen v souvislosti s připojenými výkresy, kde na obr. 1 je příklad provedení pouzdra se svazkem membrán během výroby, na obr. 2 je výroba svazku kapilárních membrán v navíjecím zařízení, na obr. 3 je průřez svazku kapilárních membrán a profil cívky, na obr. 4 je konec pouzdra se svazkem kapilárních membrán v podélném řezu a větším měřítku a na obr. 5 až 7 je několik provedení cívky k navíjení kapilárních membrán.

Podle obr. 1 sestává zařízení podle vynálezu z trubkového válcového pouzdra £, opatřeného hrdly £ vyčnívajícími do stran. Hrdla £ slouží k odvádění složek látek, které se oddělily při oddělovacím pochodu, a při sterilizaci ke vpouštění a vypouštění čisticího prostředku.

V pouzdru £ je umístěn svazek kapilárních membrán £. Konce kapilárních membrán £ jsou zality v upevňovací objímce 5 z pryskyřice. Obě upevňovací objímky 5, ve kterých jsou uchyceny kapilární membrány £, zajištují současně i orientaci celého svazku.

Otevřené konce pouzdra £ jsou uzavřeny závěrnými objímkami 6 z pryskyřice, kterými jsou oblity upevňovací objímky 5. Závěrné objímky £ ulpívají pevně na upevňovacích objímkách; £, ale pryskyřice přitom neulpívá na vnitřní stěně pouzdra £. Této podmínce lze vyhovět buď volbou vhodného pryskyřičného materiálu, nebo nanesením dělicího povlaku na vnitřní stěnu pouzdra £.

Mezi vnitřní stěnou pouzdra £ a závěrnou objímkou £ je uložen těsnicí kroužek £ zasazený s výhodou v kruhové drážce 11 ve vnitřní stěně pouzdra £. Kruhová drážka 11 má protáhlý profil, který se směrem k bližšímu konci pouzdra £ neustále zužuje. Tento tvar podporuje při zasouvání závěrné objímky £ těsné uzavření a současně umožňuje vysunutí závěrné objímky z válcového pouzdra £ v osovém směru.

Na obr. 1 jsou odděleně od zařízení podle vynálezu znázorněny nahoře a dole ty jeho části, které vznikají při výrobě, které se však po konečném upevnění svazku membrán, po úplném ztuhnutí pryskyřice tvořící závěrnou objímku £, odříznou společně s konci válcového pouzdra £. Otevřené konce kapilárních membrán £, zalitých v upevňovací objímce £ se musejí před vytvořením závěrné objímky £ hermeticky uzavřít, K tomu slouží závěrné čepičky £, které se po úplném ztuhnutí závěrné objímky £ odstraní. Přitom se konce svazku kapilárních membrán £ pod uzavíracími čepičkami £ odříznou společně s příslušnými úseky pouzdra £, závěrné objímky £ a upevňovací objímky £ v místě, označeném na obr. 1 šipkou

II.

Z obr. 4 je patrné, že závěrná objímka £ je vytvořena tím, že se upevňovací objímky £ oblije plnicí pryskyřicí od konce válcového pouzdra £ až k místu, odkud vychází hrdlo £. Při zalévání pryskyřicí se konce kapilárních membrán £ uzavřou krycími čepičkami £ z pryskyřice.

Pro připojení k neznázorněným armaturám separačního přístroje je podle obr. 4 na vnější stěně na konci pouzdra £ upevněna příruba ££, pres kterou je přetažena upínací matice ££, sloužící k upevnění pouzdra £ na armaturu. Utěsněné spojení mezi koncem pouzdra £, tedy čelní stěnou příruby 14 a mezi armaturou zajištuje těsnicí prstenec 12.

Při výrobě zařízení podle vynálezu se postupuje způsobem znázorněným schematicky na obr. 2. Kapilární membrána £ se navíjí jako spojité vlákno na podávači váleček £. Odtud se přivíjí na cívku £, kde se po určitých úsecích podle délek £ potahuje upevňovací pryskyřicí, která tvoří materiál upevňovací objímky £. Povlékání pryskyřicí se s výhodou provádí po závitech nebo po sledech několika závitů. Nanášení pryskyřice se provádí buň vhodně nastavenou tryskou £0, nebo popřípadě ručně. Povrch cívky £ má podle obr. 3 s výhodou půlkruhový profil. Tímto způsobem se může z kapilárních membrán £ vytvořit svazek kruhového průřezu.

Délka svazku kapilárních membrán £ je dána vzdáleností mezi upevňovacími úseky, které mají délku £. Podle požadované délky a dovoleného ohybu kapilárních membrán £ je účelné používat cívek £ různého tvaru. Obr. 5 ukazuje cívku £ s kruhovým průřezem, obr.

cívku s šestiúhelníkovým průřezem a obr. 7 navíjení s rovnými stranami. Obvod cívky £ je s výhodou několikanásobkem potřebné délky uspořádaného svazku membrán.

Způsobem podle vynálezu lze vyrobit uspořádaný svazek z kapilárních membrán libovolné kvality. Tento svazek se potom může jednoduchým způsobem vsadit a utěsnit ve válcovém pouzdru. Konstrukce podle vynálezu umožňuje výměnu použitého nebo znečištěného svazku kapilárních membrán, aniž by se přitom porušilo válcové pouzdro. Pouzdro se tedy dá použít několikrát.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Zařízení k oddělováni složek roztoků a plynných směsí, s oboustranně otevřeným pouzdrem, které je opatřeno vstupním a/nebo výstupním hrdlem, směřujícím do strany a ve kterém je uložen uspořádaný svazek kapilárních membrán, zalitý do objímek z pryskyřice, těsně uzavírajících otevřené konce pouzdra, vyznačující se tím, že pryskyřičné objímky sestávají z upevňovací objímky (5), která drží kapilární membrány (4) v uspořádaném svazku, a ze závěrné objímky (6) vytvořené kolem upevňovací objímky (5) na konci pouzdra (2), přičemž závěrná objímka (6) je spojena s vnitřní stěnou pouzdra (2) tvarovým spojem a je současně pohyblivá v osovém směru vzhledem k pouzdru (2), a k utěsnění mezi závěrnou objímkou (6) a vnitřní stěnou pouzdra (2) je v drážce (11) na vnitřní stěně pouzdra (2) vsazen těsnicí kroužek (3).
2. 2. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že závěrná objímka na obou koncích pouzdra (2) sahá od čelní strany pouzdra (2) až k vstupním, popřípadě výstupním hrdlům (1) vyčnívajícím do strany.
3. 3. Zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že těsnicí kroužky (3) mají průřez tvaru písmene b a jsou vsazeny do kruhových drážek (11) na vnitřní straně pouzdra (2), které mají protáhlý profil směrem ke konci pouzdra (2).
4. 4. Způsob výroby zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že k vytvoření uspořádaného svazku kapilárních membrán se kapilární membrána navine jako spojité vlákno na podávači váleček, odkud se převine na profilovou cívku, po předem stanoveném počtu úseků a v určitých délkách se vlákno povleče pryskyřicí, tvořící materiál upevňovací objímky, a tím se fixuje vzájemná poloha ovinů, po vytvoření předem stanoveného počtu ovinů se svazek navinutý na cívce rozřízne ve střední čáře úseků povlečených pryskyřicí, takto vzniklé uspořádané svazky kapilárních membrán, zalité na obou koncích v upevňovací objímce, se zasunou do dutého válcového pouzdra, konce kapilárních membrán se na obou stranách uzavřou uzavírací čepičkou z pryskyřice, po ztuhnutí této pryskyřice se upevňovací objímky oblijí pryskyřicí, tvořící materiál závěrné objímky, přičemž tato pryskyřice neulpívá na vnitřní stěně pouzdra¹, potom se konce svazků kapilárních mebbrán pod uzavíracími čepičkami odříznou společně s příslušnými úseky pouzdra, závěrné objímky a upevňovací objímky.