DE102004008814A1

DE102004008814A1 - Modul für die Mikro- bzw. Ultrafiltration

Info

Publication number: DE102004008814A1
Application number: DE102004008814A
Authority: DE
Inventors: Jens Knittel; Ulrich Dr. Meyer-Blumenroth
Original assignee: Microdyn Nadir GmbH
Current assignee: Microdyn Nadir GmbH
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, bestehend aus einem rohrförmigen, überwiegend aus Kunststoff bestehenden Filtermodul, wobei mindestens ein Rohrende dieses Filtermodulrohrs mit einer Rohrkupplung versehen ist, die axial Kräfte in Längsrichtung des Rohres aufnehmen kann und über oder in dem Filtermodulrohr angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Modul für die Mikro- bzw. Ultrafiltration, welches speziell für den Einbau in ein Metallrohrsystem angepasst ist. Sowohl das Modulgehäuse als auch dessen Innenleben (Membranen) bestehen bevorzugt aus Polypropylen. Dies garantiert eine hohe chemische Beständigkeit.
Die Mikro- sowie die Ultrafiltration ist ein gängiges Verfahren und wird seit längerem in den verschiedensten Breichen, wie in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sowie in der Wasser-/Abwasseraufbereitung, um nur einige zu nennen, eingesetzt. Hierbei verwendet man sogenannte Filtrationsmodule. Das sind üblicherweise längliche Hohlzylinder, welche Filtrationsmembranen, z.B. in Form von porösen Kunststoffschläuchen, enthalten. In der Regel wird ein solches Filtrationsmodul dann in eine Rohrleitung, durch die das zu filtrierende Medium fließt, eingebunden. Zweckmäßigerweise werden zur Kapazitätserhöhung mehrere solcher Module in einem Gestell parallel geschaltet. Da üblicherweise unterschiedliche Materialien für Rohrleitung und Modul eingesetzt werden, kann es – insbesondere bei hohen Temperaturdifferenzen – zu Spannungen innerhalb des Modulgehäuses kommen, die im ungünstigsten Fall zu einer Zerstörung des Moduls bzw. des Modul-Innenlebens, wie Schweißnähte etc. führen. Die Spannung treten durch die unterschiedlichen Längenänderungskoeffizienten zwischen der Rohrleitung und dem Modul auf. In der Regel wird als Rohrleitung Stahl bzw. Edelstahl eingesetzt, und die Module bestehen gewöhnlich aus Kunststoff, bspw. Polypropylen. Bei einer Temperaturdifferenz von ca. 40°C bis 50°C, was durchaus realistisch z.B. bei der Bioabwasseraufbereitung ist, würde sich Polypropylen um 0,2 mm pro Kelvin und Meter ausdehnen, der Edelstahl jedoch nur bis zu 16 μm pro Kelvin und Meter.
Filtrationsmodule, wie sie in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, sind bekannt. Beispielsweise beschreibt die Produktinformation der KOCH Romicon Hohlfasermodule (auf http://www.abcor.de) solche Module. Eine Lösung, wie solche Module – insbesondere in einer Mehrfachanordnung – in eine Metallrohrleitung eingebunden werden können, ohne dass durch die temperaturbedingten Spannungen, die Anordnung zerstört wird, wird in der Produktinformation nicht beschrieben.
Gestelle (Racks) zur Aufnahme von Filtrationsmodulen, wie sie in der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, sind als solche ebenfalls bekannt und beispielsweise ebenfalls beschrieben in der Produktinformation der KOCH Romicon Hohlfasermodule. Ein Hinweis zur Lösung des Problems der unterschiedlichen Materialausdehnung bei Einsatz von Kunststoff-Modulen im Temperaturintervall von 40°C und mehr ist dieser Schrift aber nicht zu entnehmen.
Es bestand demnach die Aufgabe, ein überwiegend aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen, aufgebautes Filtermodul so in ein mehr oder weniger fest angeordnetes Metallrohrleitungssystem einzuschleifen, dass durch die temperaturbedingten unterschiedlichen Ausdehnungen der Materialien, das Gefüge des Metallrohrleitungssystem nicht beschädigt oder gar zerstört wird. Insbesondere soll eine Mehrfachanordnung von Filtermodulen im Parallelbetrieb, zweckmäßigerweise in einem Gestell (Rack) diese Aufgabe erfüllen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung, bestehend aus einem rohrförmigen, überwiegend aus Kunststoff bestehenden Filtermodul, wobei mindestens ein Rohrende dieses Filtermodulrohrs mit einer Rohrkupplung versehen ist, die axial Kräfte in Längsrichtung des Rohres aufnehmen kann und über oder in dem Filtermodulrohr angeordnet ist.
Bevorzugt sind beide Rohrenden des Filtermoduls mit dieser Rohrkupplung ausgerüstet. Weiterhin bevorzugt ist die Rohrkupplung über dem Filtermodulrohr angeordnet.
„Überwiegend aus Kunststoff" bedeutet, dass zumindest das Gehäuse des Filtermoduls (zu dem keine Befestigungsmittel zählen) aus Kunststoff, wie PVC, PP Polysulfon etc, insbesondere Polypropylen besteht. Bevorzugt bestehen auch die in dem Gehäuse angeordneten Filtermembranen und deren Befestigungsvorrichtungen aus Kunststoff, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen. Geeignete Filtermodule dieser Art sind beispielsweise beschrieben in der Produktinformation der KOCH Romicon^® Hohlfasermodule.
Die Rohrenden des Filtermodulgehäuses werden nicht mehr mittels Flansch- bzw. Klempverbindung oder einer Verschraubung in das Metallrohrleitungssystem montiert, sonder mittels einseitig oder beidseitig aufgebrachter Rohrkupplungen. Diese Rohrkupplungen sind kommerziell erhältlich (bspw. Typ Combi Grip, Fa. Straub, Wangs, Schweiz) und stellen eine zugfeste, aber dennoch zur Aufnahme von axialen Kräften geeignete Verbindung zwischen Metall und Kunststoff her. Die Rohrkupplungen sollten zweckmäßigerweise einen Betriebsdruck von mindestens 6, bevorzugt 16 bar aushalten. Der Betriebstemperaturbereich sollte zwischen –20°C und +80°C, bevorzugt 0°C und 60°C liegen. Weiterhin sollen die Rohrkupplungen, eine Ausdehnung des Filtermoduls in Längsachse von mehren Millimetern, bevorzugt 3-8 mm, insbesondere 4-6 mm, zulassen.
Als besonders zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn über die oben genannten Maßnahmen hinaus das Modulgehäuse noch mit einem Festlager versehen wird, wodurch sich nur noch die Enden des Modulgehäuses ausdehnen können. „Festlager" im erfindungsgemäßen Sinn bedeutet eine fest und unlösbar mit dem Modul bzw. dessen Gehäuse verbundene Befestigungsvorrichtung, mit der das Modul an dieser Stelle beispielsweise auf einem Gestell oder in einem Rahmen fest montiert werden kann. Zweckmäßigerweise wird dieses Festlager symmetrisch zur halben Rohrlänge des Modulgehäuses positioniert und fest verschweißt. Durch dieses Festlager in der Mitte des Moduls halbiert sich die Längenausdehnung für die Kupplungsauswahl, da das Gehäuse sich nur noch an den Enden ausdehnen kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. 1 zeigt eine Anordnung von zwei Filtermodulen (1) in einem Gestell (4). Die Module (1) sind hierbei senkrecht in das Gestell (4) montiert. Die Module sind über zwei in der Modulrohrmitte angebrachte verschiedene Festlagerhalterung (3) fest mit einem Querträger des Gestells (4) verbunden.
Diese Montageanordnung hat den Vorteil, dass das Filtermodul entsprechend seiner Ausdehnung exakt berechnet werden kann. So würde sich bei einer Modullänge von 1550 mm und einer Temperaturdifferenz von 45°C das Modulgehäuse um ca. 9 mm ausdehnen bzw. 4,5 mm an den Enden. Handelsübliche Rohrkupplungen (5) vom Typ Combi Grip (Fa. Straub, Wangs, Schweiz) können diese längsaxiale Rohrausdehnung aufnehmen. Voraussetzung hierfür ist, dass der Platzbedarf der Ausdehnung bei der Konstruktion beachtet wird. Es muss für den entsprechenden Spalt in der Kupplung zwischen Metallrohrende (6) und Filtermodul (1) mitberücksichtigt werden, damit sich das Gehäuse innerhalb der Kupplung ausdehnen kann.
Konstruktiv müssen die Sitze der Permeatabläufe (2) beachtet werden. Bei Ausdehnung des Filtermoduls (1) wandern diese längsaxial mit und können mit dem Ende der Kupplung (5) kollidieren, was zum Abriss des Permeatablaufstutzens (2) führen kann. Um dies zu verhindern müssen die Stutzen weiter mittig, bezogen auf die Querachse (7) des Filtermoduls, angeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass zusätzlicher Raum innerhalb des Filtermoduls an den Kopfenden entsteht, der für eine stabilere Befestigung der Membranen in dem Modul – beispielsweise durch Vergießen – genutzt werden kann.

Claims

Vorrichtung, bestehend aus einem rohrförmigen, überwiegend aus Kunststoff bestehenden Filtermodul, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Rohrende dieses Filtermodulrohrs mit einer Rohrkupplung versehen ist, die axial Kräfte in Längsrichtung des Rohres aufnehmen kann und über oder in dem Filtermodulrohr angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Rohrenden des Filtermodulrohrs mit einer Rohrkupplung versehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrkupplung über dem Filtermodulrohr angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Filtermodulrohr ein Festlager angebracht ist, welches fest und unlösbar mit dem Filtermodulrohr verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Festlager symmetrisch zur halben Rohrlänge des Filtermodulrohrs angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrkupplung einen Betriebsdruck von mindestens 6 bar aushält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrkupplung einen Betriebstemperaturbereich von –20°C bis +80°C aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohrkupplung eine Ausdehnung des Filtermodulrohrs in Längsachse von 3-8 mm zulässt.