DE102013108709A1 - Device for degassing a fluid - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entgasung eines gasbeladenen Fluids, mit einem Behälter (12), in dem wenigstens ein Membranmodul (20), mit einer Innenseite und einem radialen Umfang, zur Trennung eines Gases vom Fluid aufgenommen ist, wobei das Fluid dem Membranmodul (20) über dessen Bautiefe mittels eines Zulaufs (30) zentral zugeführt, über einen Ablauf (35) am Behälter abgeführt und das Gas aus dem Membranmodul (20) über einen weiteren Ablauf (37) am Membranmodul (20) abgeführt wird und das Fluid das Membranmodul (20) von der Innenseite zum radialen Umfang durchströmt. Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Membranmodul (20) im Fluid des Behälters (12) aufgenommen ist, wobei das Fluid im Behälter (12) außerhalb des Membranmoduls (20) im Wesentlichen einen einheitlichen Druck aufweist oder die Druckunterschiede außerhalb des Membranmoduls (20) durch einen Druckausgleich in einem Verteilungsrohr (31) kompensiert werden, so dass der Druckabfall des Membranmoduls (20) zwischen dessen Innenseite und dem radialen Umfang über die gesamte Bautiefe im Wesentlichen konstant ist.The present invention relates to a device for degassing a gas-laden fluid, comprising a container (12) in which at least one membrane module (20), with an inner side and a radial circumference, is received for separating a gas from the fluid, wherein the fluid is the membrane module (20) via its overall depth by means of an inlet (30) centrally supplied, discharged via a drain (35) on the container and the gas from the membrane module (20) via another outlet (37) on the membrane module (20) is discharged and the fluid flows through the membrane module (20) from the inside to the radial extent. The device is characterized in that the membrane module (20) is accommodated in the fluid of the container (12), the fluid in the container (12) outside the membrane module (20) having substantially uniform pressure or the pressure differences outside the membrane module (20 ) are compensated by a pressure equalization in a distribution pipe (31), so that the pressure drop of the membrane module (20) between the inside and the radial circumference over the entire construction depth is substantially constant.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entgasung eines gasbeladenen Fluids, einer Dispersion, Suspension oder Emulsion. Die Verwendung eines gasbeladenen Fluids kann zu Qualitätseinbußen, zu Fehlfunktionen oder gar zu einer Schädigung der sie verwendenden Vorrichtung führen. Es wird daher für zahlreiche Anwendungen und Prozesse ein entgastes Fluid angestrebt. The present invention relates to a device for degassing a gas-laden fluid, a dispersion, suspension or emulsion. The use of a gas-laden fluid can lead to loss of quality, malfunction or even damage to the device using it. It is therefore desirable for many applications and processes a degassed fluid.
Vorrichtungen und Verfahren zur Entgasung eines gasbeladenen Fluids sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise werden chemische Verfahren eingesetzt, z.B. unter Verwendung von geeigneten Reduktionsmitteln oder mittels sog. Entlüftungsadditive oder mittels viskositätssenkender Additive. Weiterhin sind thermische Verfahren bekannt, bei denen das zu entgasende Fluid auf eine Temperatur in der Nähe des Siedepunkts erhitzt wird. Andere Verfahren zu Entgasung verwenden Ultraschall, was zur Vereinigung von kleinen Blasen zu größeren Blasen führt, die dann zur Oberfläche wandern. Es gibt auch zahlreiche Vorrichtungen und Verfahren zur Entgasung, die auf Vakuumentgasung beruhen; beispielsweise kommt eine Vorrichtung zum Einsatz, bei der an ein Gehäuse mit dem Fluid ein Unterdruck – häufig "Vakuum" genannt – angelegt wird; zur Unterstützung kann noch eine Scheibe in dem Fluid rotieren. Bei einigen Vorrichtungen zur Entgasung kommen auch Membranen zum Einsatz. Derartige Membranen enthalten im Kern eine Kartusche, die aus vielen Röhrchen aufgebaut ist. Die Wände dieser Röhrchen sind durchlässig für Gase, aber undurchlässig für Flüssigkeiten. Das gasbeladene Fluids wird unter Druck in die Innenseite der Kartusche gepresst, so dass die Kartusche von dem Fluid von innen nach außen durchströmt wird. Dabei wird an die Röhrchen ein Unterdruck angelegt, wobei durch den Unterschied des Partialdrucks das Gas aus dem vorbeiströmenden Fluid entzogen wird. Die genannte Kartusche befindet sich dabei in einem Druckgehäuse. Das entgaste Fluid wird an einer Austrittsöffnung gesammelt und kann dann für den Bestimmungszweck verwendet werden. Devices and methods for degassing a gas-laden fluid are known in the art. For example, chemical methods are used, e.g. using suitable reducing agents or by means of so-called. Venting additives or by viscosity-reducing additives. Furthermore, thermal processes are known in which the fluid to be degassed is heated to a temperature in the vicinity of the boiling point. Other methods of degassing use ultrasound, resulting in the union of small bubbles to larger bubbles, which then migrate to the surface. There are also numerous degassing devices and methods based on vacuum degassing; For example, a device is used in which to a housing with the fluid, a negative pressure - often called "vacuum" - is applied; for support, a disk may still rotate in the fluid. In some devices for degassing membranes are also used. Such membranes contain in the core a cartridge, which is composed of many tubes. The walls of these tubes are permeable to gases but impermeable to liquids. The gas-loaded fluid is pressed under pressure into the inside of the cartridge, so that the cartridge is flowed through by the fluid from the inside to the outside. In this case, a vacuum is applied to the tubes, wherein the gas is withdrawn from the fluid flowing past by the difference of the partial pressure. The said cartridge is located in a pressure housing. The degassed fluid is collected at an outlet and can then be used for the intended purpose.
Diese Vorrichtung weist unter anderem folgende Nachteile auf: Im Gehäuse bildet sich ein Druckgefälle vom Inneren der Kartusche zur Austrittsöffnung. Die Strömung des Fluids folgt diesem Druckgefälle. Bereiche der Kartusche, die außerhalb dieses Strömungsverlaufs liegen, werden schlecht oder überhaupt nicht durchströmt. Daher wird mit diesem Aufbau nicht die gesamte Kapazität der Membran genutzt. Weiterhin bilden sich wegen der geringeren Durchströmung am Rande dieses Strömungsverlaufs Bereiche, in denen sich die Feststoffe z.B. aus der zu entgasenden Dispersion ablagern. Dadurch werden diese Bereiche der Membran durch diese Feststoffe verblockt, wobei der Druck im Gehäuse diese Verblockung zusätzlich fördert. Dieser Vorgang der Verblockung kann je nach Art der Dispersion von wenigen Minuten bis zu einigen Stunden betragen. Wenn die Membrane verblockt ist, kann sie nicht mehr für die Entgasung weiterverwendet werden und der Entgasungsprozess muss ggf. für eine Reinigung oder den Austausch der Membran unterbrochen werden. Eine derartige Vorrichtung ist daher für Dauerbetrieb nicht geeignet. Wird die Membran bei einer Verblockung nicht sofort gereinigt, dann kann sie dadurch sogar dauerhaft geschädigt werden. Among other things, this device has the following disadvantages: In the housing, a pressure gradient forms from the interior of the cartridge to the outlet opening. The flow of the fluid follows this pressure gradient. Areas of the cartridge, which are outside of this flow, are poorly or not at all flowed through. Therefore, this structure does not use the entire capacity of the membrane. Furthermore, because of the lower flow rate at the edge of this flow path, regions are formed in which the solids, e.g. from the dispersion to be degassed. As a result, these areas of the membrane are blocked by these solids, wherein the pressure in the housing further promotes this blocking. This process of blocking can be from a few minutes to several hours, depending on the nature of the dispersion. If the membrane is blocked, it can no longer be used for degassing and the degassing process may need to be interrupted for cleaning or membrane replacement. Such a device is therefore not suitable for continuous operation. If the membrane is not cleaned immediately when blocked, it can even be permanently damaged.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik wenigstens teilweise zu überwinden bzw. zu verbessern. Against this background, it is an object of the present invention, at least partially overcome or to improve the disadvantages of the prior art.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 14 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen sind Gegenstand der Unteransprüche. The object is achieved with a device according to
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entgasung eines gasbeladenen Fluids weist einen Behälter auf, in dem wenigstens ein Membranmodul, mit einer Innenseite und einem radialen Umfang, zur Trennung eines Gases vom Fluid aufgenommen ist. Dabei wird das Fluid dem Membranmodul über dessen Bautiefe mittels eines Zulaufs zentral zugeführt und über einen Ablauf am Behälter abgeführt. Das vom Fluid abgetrennte Gas aus dem Membranmodul wird über einen weiteren Ablauf am Membranmodul abgeführt und das Fluid durchströmt das Membranmodul von der Innenseite zum radialen Umfang. Dabei weist das Fluid im Behälter außerhalb des Membranmoduls im Wesentlichen einen einheitlichen Druck auf, oder die Druckunterschiede außerhalb des Membranmoduls werden durch einen Druckausgleich in einem Verteilungsrohr als Bestandteil der Fluidzuführung zum Membranmodul kompensiert, so dass der Druckabfall des Membranmoduls zwischen dessen Innenseite und dem radialen Umfang über die gesamte Bautiefe im Wesentlichen konstant ist. A device according to the invention for degassing a gas-laden fluid has a container in which at least one membrane module, with an inner side and a radial circumference, for the separation of a gas is taken up by the fluid. In this case, the fluid is supplied to the membrane module via its overall depth by means of an inlet centrally and discharged via a drain on the container. The gas separated from the fluid from the membrane module is removed via a further drain on the membrane module and the fluid flows through the membrane module from the inside to the radial circumference. In this case, the fluid in the container outside the membrane module substantially a uniform pressure, or the pressure differences outside the membrane module are compensated by a pressure equalization in a distribution pipe as part of the fluid supply to the membrane module, so that the pressure drop of the membrane module between the inside and the radial circumference is essentially constant over the entire construction depth.
Das gasbeladene Fluid kann eine Dispersion, Suspension oder Emulsion sein. Derartige Fluide weisen – nach ihrer Herstellung oder Lieferung – typischerweise einen Gasgehalt von bis zu einigen Prozent auf. Dieser Gasgehalt führt bei der weiteren Verwendung des Fluids häufig zu Nachteilen. So kann der Gasanteil bei Dampf- oder Heißwassersystemen zu erhöhter Korrosion oder gar zu Schädigungen der Anlage durch Kavitation führen. Bei Tinten für Tintenstrahldrucker kann der Gasanteil Fehler beim Drucker oder gar eine Verstopfung der Düsen verursachen. Bei Lacken kann der Gasanteil eine Beeinträchtigung der Oberflächenqualität bewirken. Bei der Oberflächenveredelung von Faserstoffbahnen, wie beispielsweise in der Papierindustrie, kann der Gasanteil in einer Streichfarbe, wenn sie beispielsweise mittels Curtain Coating, Walzen-, Sumpf- oder Düsen-Coating aufgetragen wird, zu einem fehlerhaften Farbauftrag führen. Für diese und viele weitere Anwendungen ist es erforderlich, den Gasgehalt des Fluids durch Entgasung zu reduzieren. The gas-loaded fluid may be a dispersion, suspension or emulsion. Such fluids typically have a gas content of up to several percent after their manufacture or delivery. This gas content often leads to disadvantages in the further use of the fluid. Thus, the gas content in steam or hot water systems can lead to increased corrosion or even damage to the system due to cavitation. For ink jet printers, the gas content can cause printer errors or even clogging of the nozzles. For paints, the gas content can cause a deterioration of the surface quality. In the surface finishing of Fibrous webs, such as in the paper industry, the gas content in a coating color, for example, when applied by curtain coating, roller, mop or nozzle coating, lead to a faulty paint application. For these and many other applications, it is necessary to reduce the gas content of the fluid by degassing.
Dazu wird in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Membranmodul verwendet, wie es im Stand der Technik z.B. als Membranen der Marke Liqui-Cel® oder SuperPhobic® von der Firma Membrana bekannt ist. Das erfindungsgemäße Membranmodul ist aus einer Vielzahl von im Wesentlichen parallelen Membranröhrchen, Membranschläuche oder Hohlfasern aufgebaut. Die Wände dieser Röhrchen sind durchlässig für Gase, aber undurchlässig für Flüssigkeiten, so dass sich das Gas des gasbeladenen Fluids in diesen Röhrchen sammeln kann. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist so aufgebaut, dass das gasbeladene Fluid von außen über einen Zulauf zentral, d.h. in der radialen Mitte des Membranmoduls, zugeführt wird. Das gasbeladene Fluid wird in der radialen Mitte des Membranmoduls in einem Verteilungsrohr in seiner gesamten Bautiefe weiter geführt; dieses Verteilungsrohr bildet die Innenseite des Membranmoduls. Das genannte Membranmodul befindet sich dabei in einem Behälter, der außerhalb des Membranmoduls das entgaste Fluid enthält. Dabei bildet der radiale Umfang des Membranmoduls die Kontaktstelle zum entgasten Fluid. Der Behälter weist einen Ablauf auf, über den das entgaste Fluid entnommen werden kann. Von der Innenseite des Membranmoduls – dem zentralen Verteilungsrohr – hin zu dem Behälter wird das Membranmodul von innen nach außen von dem Fluid durchströmt. Außerdem weist das Membranmodul einen weiteren Ablauf auf, über den das Gas, das dem Fluid entnommen wurde, aus dem Membranmodul abgeführt wird. For this purpose in an inventive apparatus a membrane module is used, as it is known in the art, for example as membranes of the brand Liqui-Cel ® or SuperPhobic ® by the company Membrana. The membrane module according to the invention is constructed from a multiplicity of substantially parallel membrane tubes, membrane tubes or hollow fibers. The walls of these tubes are permeable to gases, but impermeable to liquids, so that the gas of the gas-laden fluid can collect in these tubes. A device according to the invention is constructed such that the gas-laden fluid is supplied from the outside via an inlet centrally, ie in the radial center of the membrane module. The gas-laden fluid is continued in the radial center of the membrane module in a distribution pipe in its entire depth; this distribution tube forms the inside of the membrane module. Said membrane module is in a container which contains the degassed fluid outside the membrane module. The radial circumference of the membrane module forms the contact point for the degassed fluid. The container has a drain through which the degassed fluid can be removed. From the inside of the membrane module - the central distribution pipe - to the container, the membrane module is flowed through from the inside to the outside of the fluid. In addition, the membrane module has a further outlet, via which the gas which has been taken from the fluid is removed from the membrane module.
Das Membranmodul ist vorzugsweise vollständig in dem Fluid, das sich in dem genannten Behälter befindet, aufgenommen. Dies ist nach dem Anlauf der Vorrichtung das entgaste Ausgangsfluid. Dabei weist bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung das Fluid im Behälter außerhalb des Membranmoduls im Wesentlichen einen einheitlichen Druck, im einfachsten Fall atmosphärischen Druck, auf, d.h. weder der Behälter noch das Fluid außerhalb des Membranmoduls wird mit einem Überdruck oder Unterdruck beaufschlagt, sondern der Behälter ist atmosphärisch offen gehalten. Ein Deckel dieser Behälters muss also keinem Druck standhalten, sondern dient nur dem Schutz vor Verunreinigungen von außen oder ähnlichen Zwecken. Weil das Fluid im Behälter außerhalb des Membranmoduls im Wesentlichen einheitlichen Druck aufweist, ist der Druckabfall des Membranmoduls zwischen dessen Innenseite und dem radialen Umfang über die gesamte Bautiefe im Wesentlichen konstant. The membrane module is preferably completely contained in the fluid contained in said container. This is after the start of the device, the degassed output fluid. In the case of a device according to the invention, the fluid in the container outside the membrane module has essentially a uniform pressure, in the simplest case atmospheric pressure, i. neither the container nor the fluid outside the membrane module is subjected to an overpressure or negative pressure, but the container is kept open at atmospheric. A lid of this container therefore need not withstand pressure, but only serves to protect against contamination from outside or similar purposes. Because the fluid in the container outside the membrane module has substantially uniform pressure, the pressure drop of the membrane module between the inside and the radial circumference over the entire depth is substantially constant.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist dadurch erhebliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik auf: So sind keinerlei konstruktive Maßnahmen nötig, um den genannten Behälter druckfest auszustatten. Weiterhin ergibt sich durch die erfindungsgemäße Anordnung, dass das Membranmodul von dem Fluid im Wesentlichen über die gesamte Bautiefe zwischen Innenseite und dem radialen Umfang des Membranmoduls gleichmäßig durchströmt wird, weil das Druckgefälle vom zentralen Zulauf zum Umfang des Membranmoduls im Wesentlichen über dessen gesamte Länge gleichmäßig ist. In Folge dessen wird die Durchflusskapazität des Membranmoduls deutlich besser ausgenutzt, weil es durch die genannte Anordnung keine Hauptflussrichtung innerhalb des Membranmoduls gibt, sondern das Fluid alle Abschnitte sämtlicher Röhrchen des Membranmoduls mit einer bestimmten Geschwindigkeit umströmt. Zudem wird verhindert, dass sich Bereiche mit einer geringeren Durchströmung bilden, in denen sich die Feststoffe der Dispersion ablagern. Das Membranmodul wird also nicht durch die Feststoffe dieser Dispersion verblockt. Aus diesen Gründen ergibt sich als weiterer Vorteil, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung für Dauerbetrieb geeignet ist. The device according to the invention thus has considerable advantages over the prior art: no constructional measures are required to provide the said container pressure-resistant. Furthermore, results from the inventive arrangement that the membrane module is uniformly flowed through by the fluid substantially over the entire depth between the inside and the radial circumference of the membrane module, because the pressure drop from the central inlet to the periphery of the membrane module is substantially uniform over its entire length , As a result, the flow capacity of the membrane module is much better utilized, because there is no main flow direction within the membrane module by said arrangement, but the fluid flows around all sections of all tubes of the membrane module at a certain speed. In addition, it prevents that form areas with a lower flow in which deposit the solids of the dispersion. The membrane module is thus not blocked by the solids of this dispersion. For these reasons, it results as a further advantage that the device according to the invention is suitable for continuous operation.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann ein Membranmodul so lang sein und dabei im Wesentlichen vertikal in dem Ausgangsfluid angebracht sein, dass der hydrostatische Druck des Fluids dazu führt, dass das Fluid im Behälter außerhalb des Membranmoduls nicht mehr einen einheitlichen Druck aufweist. Das würde ohne eine Kompensation zu unterschiedlichen Druckdifferenzen über die Bautiefe des Membranmoduls führen. Aus diesem Grund kann bei einer derartigen Anordnung des Membranmoduls dessen Innenseite – also das Verteilungsrohr – durch Beeinflussung der Strömung, beispielsweise durch angepasste Strömungsbarrieren, so ausgestaltet sein, dass der Druckabfall des Membranmoduls zwischen dessen Innenseite und dem radialen Umfang über die gesamte Bautiefe im Wesentlichen konstant ist. In one embodiment of the invention, a membrane module may be so long and substantially vertical in the starting fluid that the hydrostatic pressure of the fluid causes the fluid in the container outside the membrane module to no longer have a uniform pressure. This would lead to different pressure differences over the depth of the membrane module without compensation. For this reason, in such an arrangement of the membrane module whose inside - so the distribution pipe - by influencing the flow, for example by adapted flow barriers, be designed so that the pressure drop of the membrane module between the inside and the radial circumference over the entire depth is substantially constant is.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Vorrichtung weist das Fluid im Behälter außerhalb des Membranmoduls im Wesentlichen atmosphärischen Druck auf. In one embodiment of the device according to the invention, the fluid in the container outside the membrane module is at substantially atmospheric pressure.
Wie oben erwähnt, wird weder der Behälter noch das Fluid außerhalb des Membranmoduls mit einem Überdruck oder Unterdruck beaufschlagt, sondern der Behälter ist atmosphärisch offen gehalten. Ein Deckel dieses Behälters muss also keinem Druck standhalten, sondern dient nur dem Schutz vor Verunreinigungen von außen oder ähnlichen Zwecken. Eine Ausführungsform des Behälters weist also einen Überdruck von 0 bar auf. Eine weitere Ausführungsform des Behälters kann aber – beispielsweise auf Gründen der Sicherheit oder um Verunreinigungen von außen weiter zu reduzieren – einen leichten Überdruck (zwischen 0 und 1 bar) aufweisen. As mentioned above, neither the container nor the fluid outside the membrane module is subjected to a positive or negative pressure, but the container is kept open at atmospheric. A lid of this container therefore need not withstand pressure, but only serves to protect against contamination from outside or similar purposes. An embodiment of the container thus has an overpressure of 0 bar. However, another embodiment of the container can - for example, for reasons of safety or to further reduce contamination from the outside - a slight overpressure (between 0 and 1 bar) have.
Um die Entgasung wirkungsvoll durchführen zu können ist es sinnvoll, an dem Ablauf des Membranmoduls für das Gas einen Unterdruck anzulegen, bevorzugt einen Unterdruck von 50 bis 800 mbar und insbesondere einen Unterdruck von 300 bis 400 mbar, jeweils bezogen auf den atmosphärischen Druck der Umgebung. In order to carry out the degassing effectively, it makes sense to apply a negative pressure to the outlet of the membrane module for the gas, preferably a negative pressure of 50 to 800 mbar and in particular a negative pressure of 300 to 400 mbar, in each case based on the atmospheric pressure of the environment.
Das gasbeladene Fluid wird in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Überdruck beaufschlagt, um es dem zentralen Zulauf des Membranmoduls zuzuführen. Dabei wird an das Fluid am Zulauf bevorzugt ein Überdruck von 1 bis 12 bar und insbesondere ein Überdruck von 1 bis 8 bar angelegt, jeweils bezogen auf den atmosphärischen Druck der Umgebung. Dadurch wird sowohl ein Differenzdruck gegenüber dem entgasten Fluid im Gehäuse aufgebaut als auch ein Partialdruck gegenüber dem Gas, das dem Fluid mittels Unterdruck entzogen wird. The gas-laden fluid is acted upon in a device according to the invention with an overpressure to supply it to the central inlet of the membrane module. In this case, an overpressure of 1 to 12 bar and in particular an overpressure of 1 to 8 bar is preferably applied to the fluid at the inlet, in each case based on the atmospheric pressure of the environment. As a result, both a differential pressure compared to the degassed fluid in the housing is constructed and a partial pressure relative to the gas, which is withdrawn from the fluid by means of negative pressure.
Das Membranmodul, wie es für eine erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt wird, weist eine Vielzahl an Membranrohren oder Membranschläuchen auf. Insbesondere weist es hydrophobe Membranhohlfasern auf, welche aus wenigstens einem der Materialien hergestellt sind, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Polysiloxane und/oder deren Derivate, Fluorelastomere wie beispielsweise Fluorkautschuk (FKM), Polytetrafluorethylen und/oder deren Derivate, Polyolefine, und/oder deren Derivate, Polyethylen und Polypropylen, Kombinationen hiervon und dergleichen umfasst. The membrane module, as used for a device according to the invention, has a multiplicity of membrane tubes or membrane tubes. In particular, it has hydrophobic membrane hollow fibers made of at least one of the materials selected from a group consisting of polysiloxanes and / or their derivatives, fluoroelastomers such as fluororubber (FKM), polytetrafluoroethylene and / or derivatives thereof, polyolefins, and / or their derivatives, polyethylene and polypropylene, combinations thereof and the like.
Die genannten Membranrohre oder Membranschläuche, insbesondere auch die hydrophoben Membranhohlfasern, sind dabei bevorzugt im Wesentlichen parallel zu einem Verteilungsrohr im Anschluss an den Zulauf für das Fluid angeordnet. Damit sind die Membranrohre senkrecht zur Hauptströmungsrichtung angeordnet. Durch diese Anordnung ist ein enger Kontakt und eine große Kontaktfläche zwischen dem Fluid und den Membranrohren gewährleistet, und damit eine effiziente Entgasung. The said membrane tubes or membrane tubes, in particular also the hydrophobic membrane hollow fibers, are preferably arranged substantially parallel to a distribution tube following the inlet for the fluid. Thus, the membrane tubes are arranged perpendicular to the main flow direction. By this arrangement, a close contact and a large contact surface between the fluid and the membrane tubes is ensured, and thus an efficient degassing.
Die Membranrohre oder Membranschläuche, insbesondere auch die hydrophoben Membranhohlfasern, sind in einem Gewebe angeordnet. The membrane tubes or membrane tubes, in particular also the hydrophobic membrane hollow fibers, are arranged in a fabric.
In einer ersten Ausführungsform ist das zentrale Verteilungsrohr zylindrisch ausgestaltet, d.h. mit dem selben Durchmesser über die gesamte Länge des Verteilungsrohrs. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform weist einen veränderlichen Durchmesser über die Länge des Verteilungsrohrs auf, so dass sich eine konische Form ergibt. Mit dieser Ausgestaltung können Druckdifferenzen zwischen dem zentralen Zulauf und dem entgegengesetzten Ende des Verteilungsrohrs ausgeglichen werden. Insbesondere kann ein Querstromverteiler dazu genutzt werden, Druckunterschiede zwischen Eingangsseite und Endabschnitt der Zuführung auszugleichen oder aber auch Druckunterschiede, welche durch die Anordnung des Membranmoduls z.B. in vertikaler Richtung verursacht sind, bereits bei der Auslegung der Vorrichtung zu berücksichtigen und entsprechend anzupassen. Hierdurch kann z.B. sichergestellt werden, das der Differenzdruck zwischen Innenseite und Außenseite des Membranmoduls über die Bautiefe des Moduls konstant gehalten wird und damit eine gleichmäßige Beaufschlagung des Moduls bzw. aller Membranrohre erzielt werden kann. In a first embodiment, the central distribution tube is cylindrically shaped, i. with the same diameter over the entire length of the distribution pipe. A further advantageous embodiment has a variable diameter over the length of the distribution tube, resulting in a conical shape. With this configuration, pressure differences between the central inlet and the opposite end of the distribution pipe can be compensated. In particular, a cross-flow distributor can be used to compensate for differences in pressure between the inlet side and the end section of the feeder, or else pressure differences which are caused by the arrangement of the membrane module, e.g. caused in the vertical direction, already considered in the design of the device and adjust accordingly. As a result, e.g. be ensured that the differential pressure between the inside and outside of the membrane module is kept constant over the depth of the module and thus a uniform application of the module or all membrane tubes can be achieved.
Die Membranrohre oder Membranschläuche, insbesondere auch die hydrophoben Membranhohlfasern, sind dabei auf einer Vielzahl von Kreisradien angeordnet, die im Wesentlichen koaxial zum Verteilungsrohr angeordnet sind. The membrane tubes or membrane tubes, in particular also the hydrophobic membrane hollow fibers, are arranged on a plurality of circular radii, which are arranged substantially coaxially to the distribution tube.
Im Behälter und außerhalb des Membranmoduls sind Turbulenzgeneratoren, vorzugsweise in der Form eines Rührwerks, angeordnet. Durch ein derartiges Rührwerk ist das entgaste Fluid in kontinuierlicher Bewegung. Diese kontinuierliche Bewegung verhindert ein Stocken bzw. ein Verblocken des entgasten Fluids im Behälter durch Trennen der Bestandteile der Dispersion. Ein derartiges Verblocken könnte zu einem Leistungsverlust der Vorrichtung führen oder gar die Vorrichtung schädigen. Es muss aber vermieden werden, dass durch die Rührbewegung weiteres Gas in das bereits entgaste Fluid eingebracht wird. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Behälter von der Außenluft abgeschlossen ist bzw. durch die Anordnung und/oder Geschwindigkeit des Rührwerks keine Luft in das Fluid eingetragen wird. Turbulence generators, preferably in the form of an agitator, are arranged in the container and outside the membrane module. By such a stirrer, the degassed fluid is in continuous motion. This continuous movement prevents sticking or blocking of the degassed fluid in the container by separating the components of the dispersion. Such blocking could lead to a loss of performance of the device or even damage the device. However, it must be avoided that additional gas is introduced into the already degassed fluid by the stirring. This can be done, for example, that the container is closed by the outside air or by the arrangement and / or speed of the agitator no air is introduced into the fluid.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Behälter geschlossen ausgeführt und weist eine Druckausgleichsvorrichtung auf. Durch diese Ausgestaltung wird verhindert, dass Verschmutzungen bzw. Luft in den Behälter eingebracht werden. Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass das Verhärten der Oberfläche – das Bilden einer sog. "Haut" – damit deutlich reduziert wird. Dieser Effekt kann in einer weiteren Ausführungsform durch eine erhöhte Luftfeuchtigkeit noch verstärkt werden. Die mit diesen Ausführungsformen verbundene Druckausgleichsvorrichtung bewirkt, dass der Druck im Behälter weiterhin den atmosphärischen Luftdruck der Umgebung im Wesentlichen nicht übersteigt und damit die vorteilhaften Effekte und die vorteilhafte drucklose Ausgestaltung der Vorrichtung beibehält. In a further embodiment, the container is designed to be closed and has a pressure compensation device. This configuration prevents contaminants or air from being introduced into the container. Another advantage is that the hardening of the surface - forming a so-called "skin" - thus significantly reduced. This effect can be further enhanced in a further embodiment by an increased humidity. The pressure compensating device associated with these embodiments causes the pressure in the container to continue to substantially not exceed the ambient atmospheric pressure, thereby maintaining the beneficial effects and advantageous non-pressurized design of the device.
Das Fluid ist eine Suspension, Emulsion oder Dispersion, wie sie bevorzugt zum Streichen von Papier, Karton oder Pappen verwendet wird und ferner weiter bevorzugt einen Feststoffanteil zwischen 5 und 75 Gewichts-%, bevorzugt zwischen 35 und 70 Gewichts-% und insbesondere zwischen 65 und 70 Gewichts-%, aufweist. Das bedeutet jedoch nicht, dass eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf diese Fluide beschränkt ist. Ein Fachmann kann leicht aus den vorteilhaften Eigenschaften der vorliegenden Erfindung weitere Einsatzgebiete für diese Vorrichtung bestimmen, beispielsweise für verschiedene Arten von Druckertinten, wie sie z.B. für Tintenstrahldrucker zum Einsatz kommen, für Lacke, Gießharze, in der Kunststoffherstellung, oder dergleichen. The fluid is a suspension, emulsion or dispersion, as is preferably used for painting paper, board or paperboard, and more preferably a solids content between 5 and 75% by weight, preferably between 35 and 70% by weight and especially between 65 and 70% by weight. However, this does not mean that a device according to the invention is limited to these fluids. One skilled in the art can readily determine other uses for this device from the advantageous features of the present invention, for example, for various types of printing inks, such as those used for ink jet printers, for paints, casting resins, in plastics manufacturing, or the like.
Die Vorrichtung kann nur eines oder eine Vielzahl von Membranmodulen aufweisen. Damit ist eine relativ einfache Skalierbarkeit einer erfindungsgemäßen Anlage bei erhöhtem Leistungsbedarf erzielbar. In einer weiteren Ausführungsform ist diese Vorrichtung auch kaskadierbar, um eine noch weitergehende Entgasung durchzuführen. The device may comprise only one or a plurality of membrane modules. For a relatively simple scalability of a system according to the invention with increased power requirements can be achieved. In a further embodiment, this device is also cascadable in order to carry out an even further degassing.
Eine weitere Ausprägung der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Entgasung eines gasbeladenen Fluids, mit den Schritten:
Einbringen des gasbeladenen Fluids, insbesondere einer Streichfarbe, mittels eines Überdrucks in einen Zulauf des Fluids an einer Außenfläche von Membranrohren eines Membranmoduls;
Anlegen eines Unterdrucks an der Innenseite der Membranrohre des Membranmoduls zur Abführung des aus dem Fluid abgeschiedenen Gases;
das Fluid durchströmt das Membranmodul und dessen Membranrohre von innen nach außen;
Aufnahme des entgasten Fluids unmittelbar außerhalb des Membranmoduls in einem im Wesentlichen druckfreien Behälter;
Abführen des entgasten Fluids über einen weiteren Ablauf am Behälter. Another embodiment of the present invention is a method for degassing a gas-laden fluid, comprising the steps of:
Introducing the gas-laden fluid, in particular a coating color, by means of an overpressure into an inlet of the fluid on an outer surface of membrane tubes of a membrane module;
Applying a negative pressure on the inside of the membrane tubes of the membrane module for discharging the gas separated from the fluid;
the fluid flows through the membrane module and its membrane tubes from the inside to the outside;
Receiving the degassed fluid immediately outside the membrane module in a substantially pressure-free container;
Discharge of the degassed fluid via a further drain on the container.
Diese genannten Schritte sind keineswegs als streng serielle Schritte aufzufassen. Vielmehr laufen sie während eines erfindungsgemäßen Prozesses auch teilweise parallel ab. These steps are by no means to be considered strictly serial steps. Rather, they also partially run parallel during a process according to the invention.
Im übrigen gelten die Erläuterungen, die zu den erfindungsgemäßen Vorrichtungen gegeben wurden, auch für das erfindungsgemäße Verfahren sinngemäß. Moreover, the explanations given to the devices according to the invention also apply mutatis mutandis to the method according to the invention.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Entgasung einer Vielzahl von gasbeladenen Fluiden, insbesondere einer Dispersion, Suspension oder Emulsion, verwendet werden. Besonders geeignet ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entgasung einer Dispersion, Suspension oder Emulsion, bestehend wenigstens aus Wasser, Bindemittel und Pigment, wie sie bevorzugt zum Streichen von Papier, Karton oder Pappen verwendet wird, und ferner weiter bevorzugt einen Feststoffanteil zwischen 5 und 75 Gewichts-%, bevorzugt zwischen 35 und 70 Gewichts-% und insbesondere zwischen 65 und 70 Gewichts-%, aufweist bzw. einer Streichfarbe zur Verwendung beim Curtain Coating, Walzen-, Sumpf- oder Düsen-Coating in der Papierveredelung. A device according to the invention can be used for degassing a multiplicity of gas-laden fluids, in particular a dispersion, suspension or emulsion. Particularly suitable is a device according to the invention for degassing a dispersion, suspension or emulsion, consisting at least of water, binder and pigment, as it is preferably used for brushing paper, cardboard or board, and further preferably a solids content between 5 and 75 weight %, preferably between 35 and 70% by weight and in particular between 65 and 70% by weight, or of a coating color for use in curtain coating, roll coating, sump coating or jet coating in paper finishing.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, wobei darauf hingewiesen wird, dass die Erfindung nicht auf die hier dargestellte Ausführung beschränkt, sondern vielmehr auch entsprechende Abwandlungen auch im Sinne der vorliegenden Erfindung sind. The invention will be described with reference to various embodiments, wherein it should be noted that the invention is not limited to the embodiment shown here, but rather also corresponding modifications in the sense of the present invention.
Dabei zeigen: Showing:
Dabei ist deutlich der relativ schmale durchströmte Teil des Membranmoduls
In einer weiteren Ausführungsform kann der Behälter
Im gezeigten Beispiel ist das Membranmodul
Um das Verteilungsrohr
Die genannten Membranhohlfasern können in einem Gewebe angeordnet sein, mit dem das Verteilungsrohr
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist Turbulenzgeneratoren, vorzugsweise in der Form eines Rührwerks
In
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Bautiefe
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Vorrichtung zur Entgasung Device for degassing
- 10 10
- Gehäuse casing
- 12 12
- Behälter container
- 15 15
- Pegel über Membranmodul Level via membrane module
- 20 20
- Membranmodul membrane module
- 21 21
- Membranrohre oder Membranschläuche Diaphragm pipes or membrane hoses
- 22 22
- Bautiefe des Membranmoduls Construction depth of the membrane module
- 25 25
- durchströmter Teil des Membranmoduls perfused part of the membrane module
- 30 30
- Zuführung gasbeladenes Fluid Feeding gas-laden fluid
- 31 31
- Verteilungsrohr distribution tube
- 33 33
- Pfeile arrows
- 35 35
- Ablauf entgastes Fluid Drain degassed fluid
- 37 37
- Ablauf Gas Drain gas
- 40 40
- entgastes Fluid degassed fluid
- 50 50
- Rührwerk agitator
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