DE1544107A1 - Trennung von Fluiden mittels Membrandiffusion - Google Patents

Trennung von Fluiden mittels Membrandiffusion

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DE1544107A1 DE19661544107 DE1544107A DE1544107A1 DE 1544107 A1 DE1544107 A1 DE 1544107A1 DE 19661544107 DE19661544107 DE 19661544107 DE 1544107 A DE1544107 A DE 1544107A DE 1544107 A1 DE1544107 A1 DE 1544107A1
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Description

betreffend
Trennung von Fluden mittels Membrandiffusion
Die Erfindung betrifft das Gebiet der Trennung von Pluden mittels Membrandiffusion unter Ausnutzung der unterschiedlichen Durchgangsgeschwindigkeiten durch permeable Membranen bzw» Scheidev/ände in Form kleiner Schläuche aus organischen Polymeren.
!•ludtrennverfahren und -vorrichtungen, bei denen zur Trennung Schläuche aus Polymeren verwendet sind, wurden bereits angegeben* Eine sorgfältige Beurteilung der bekannten Verfahren und Vorrichtungen hat jedoch ergeben, daß sich diese noch im Versuchsstadium befinden oder unwirksame und unpraktische Verkörperungen der ältesten Vorschläge, die man auf diesem Gebiet gemacht hat, sind. Die bekanten Vorrichtungen sind so konstruiert oder weisen Merkmale auf%
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die einen befriedigenden technischen Betrieb nicht ermöglichen und die sich auch praktisch i:nd technisch zuverlässig nicht herstellen lassen.
Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der Unzulänglichkeiten und Nachteile der bekannten Verfahren und Vorrichtungen und die Schaffung eines verbesserten Fludtrennverfalirens und einer besseren Fludtrennvorrichtung, insbesondere hinsichtlich Wirksamkeit, Trennschärfe der Flexibilität und Zuverlässigkeit im technischen Einsatz sowie einfachen* direkten und wirtschaftlichen Aufbaus sowie Herstellunjsmöglichkeiten*
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist d Le Schaffung eines besonders vorteilhaften* technisch anwendbaren Herstellungsverfahrens für die erfindungsgemäiäe Vorrichtung i.nd einer
hierzu dienenden Vorrichtung sowie eines Verfahrens zum Abdichten der Scftäuche nach deren Einbau gegenüber dem sie umgebenden Gehäuse.
Die Erfindung ist anhand von Zeichnungen an mehreren vorteilhaften Ausführungsbeispielen näher erläutert *
Es stellen dar:
Fig. 1 einen TeiliiuigsfiuJmi-ct ciurch die i'iucUrenKvor. · tv. .u:.c gemäß der Erfindung,
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Pig. 2 und 2a Querschnittansicliten nach, der Linie 2-2 in Fig. 1, bei Pig. 2a mit etwas vergrößertem IJa2stab,
Jig. '-j eine Teilquerschnittansient nach der Linie 3-3- in
Fig» 4 eine stark vergrößerte IDeilansicht eines Teils einer in ?igo 2 dargestellten Schlauchgruppe,
Pig. -ja, 5b, 5c und 5d iJ-'eilansicliten einer perÖsen Umhüllung für Schlauchbündel,
Pig. b ein dcJtialuDild einer zweistufigen Permeations-Trennanlage unter Verwendung von Sennvo.:-rich.tungen gem. Pig. I,
Figo 7 ein Schaltbild einer dreistufigen Permeations-Trennanlage mit Trennvorrichtungen gem. Pig. I,
Pig. 3 ein schaltbild einer abgewandelten dreistufigen Permeations-T'rennanlage mit Trennvorrichtungen gem. Pig. I,
Pig. 9 -ί'-Π Schaltbild einer vierstufigen Permeations- Trennanlage mit 'i'rennvorrichtungen gerne ^igo 1,
Pi;-. ry<\ ein 3cnalobild einer einstufi.;en Permeations-Trennanla;-;t; ^i fc mehreren par-ü.lolgescjialteten ^'rennvorrichtungen :;ei3. Fi;ο 1,
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Fig» 10 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von einzelnen kleineren ochlauchbündeln aus .durchgehenden Schläuchen,
Figo 11 eine vereinfachte Seitenansicht eines Schlauchbüridels in flachgelegtem Zustand, das eine Bündeleinheit zur Verwendung in einer Trennvorrichtung gen, Fig. l darstellt,
Fig. 12 eine vereinfachte Seitenansicht eines einzelnen Schlauchbündels bzw. einer einzelnen Wicklun. in flach zusammengelegtem Zustand, das von einer prösen "umhüllung umschlossen und radial zusammengehalten ist,
Figo 15 eine '-Ceilseitenansicht mehrerer urahüllter Schlauchbündel, die zu einen größeren Hauptbündel vor den Einbau in die Trennvorrichtung zusannengefe-t s:.nd,
Fig. 14 eine Teilansicht eines Hauptbündels auc umhüllten Schlauchbündelc-inheiten in einer Lage, aus der es nach überstreifen einer porüsen Außenumhüllung in den Hantel einer Trennvorrichtung gem. Fig. 1 einbauen läßt,
Fig. 15 eine ähnliche Ansicht wie Figo 14, bei. der jedoch die poröse AuCenumhüllung zur Querkontraktion aller Schlauchbüncleleinheiten bzw, einzelner Schlauchbündel dient, damit das Hauptbündel in dem Gehäuse der Trennvorrichtung eingebracht werden kann,
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Pig. 16 einen Teillängsschnitt durch zusammengesogene Schlauchbündel in ihrer Lage im Gehäuse der Trennvorrichtung mit einer auf den Mantelstirnflansch aufgesetzten GuS-form zum Angießen eines flüssigkeitsdichten Schlauchbodens,
Figo 17 einen Teillängssclinitt durch den Kopf der Trennvorrichtung mit abgenommener Gußform und noch nicht entferntem, überstehenden, angegossenen Teil des Schlauchbodens,
Pig. 18 einen Pig» 17 entsprechenden Teillängsschnitt eines abgewandelten fertigen angegossenen Schlauchbodens in seiner lage im Gehäuse der Trennvorrichtung, wobei der Schlauchboaen gegen eine radial äußere vorgesehene Schicht einer schweren unvermischburen Flüsigkeit in der GuΓ3form während eines Schleudervorgangs jefonit wurde,, um die JjjIu;.l-j-* j. ;iLul.'i...r. .. Sei von Gußwerkstoff zu halten,
Figo 19 eine teilperspektivische Ansicht einer Zentrifugier- bzw, Schleudervorrichtun.·;: zur Herstellung des angegossenen Schlauchbodens der Permeationa-Trennvorrichtung gem» Pig» I, auf die ein Gehäuse mit angeschraubten Gießformen aufgespannt ist, und
Pig. 20 eine Teilseitenansicht einer abgewandelten Ausführungaform der Schleudervorrichtung nach Pig. 19 zum Angießen von Schlauchböden auf jeweils einer Seite an mehrere Trennvorrichtungen gleichzeitig»
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Eine Grundform einer Periaeaition-'Hrennvorrichtung für iTude, die eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung darstellt, ist in den Pig. 1 bis 4 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 Vorgan:; normalerweise so vor, da3 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 ^eite der Membran wieder austritt. Die Trennung erfolgt dann, wenn die Komponenten des Fludgemisches Durchgangsgeschwindigkeiten durch nichtporöse Membranen aufweisen. Die Trennung aufgrund unterschiedlicher Permeation hat man bereits nit Membranen aiis Platium, Palladium und deren Legierungen, Siliktiten und gewissen Gläsern und verschiedenen polymeren Materialien durchgeführt.
Eine bevorzugte Ausf ührun;.;sf or in der Permeations-Trennvo 'richtung 100 gem. Fig, 1 bis 4 v.eist einen flüssigkeitsdichten rohrförmigen Mantel 101 aus Stahl oder dgl. auf, der sich an beiden Enden in den Abschnitten 107 konisch erweitert und Stirnflanache/aufweisto Iu Mantelrohr 101 ist ein Einlaß 109 und ein AuslaiS 10!.) 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 beispieloweise Pol;':Athylenterephbli.alat, auf. Die Schläuche sind, siehu Fig. 1 bis 4f in einer
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Reihe etwa gleich großer Selilauchbündeleinheiten 110 zusannen^efc.St, die jeweils durch eine längliche, flexible und poröse üinhülluni: 112 fest zusammengehalten sind. Zusätzlich sind alle umhüllten oe-ilauchbündel 11.0 durch eine •roße ländliche, flexible und poröse Au3enunhüllunu· 113 zuaamraengefa-t. Die genaue Ausbildung und Wirkungsweise dieser Umhüllungen ist an spaterer Stelle erläuterte In beiden Enden -es Mantelrohres 101 ist ein flü :sigkeitsdichter angegossener Schlauchboden (gegossenes Wandteil} 950 vorgesehen, vielchor vorzujcweise aus einer -olymeren Verbindung, wie beispielsweise einen üpoxyliarz, besteht, Die Schläuche erstrecken aicL zwischen den Schlauchböden 950 parallel zueinander und ;;ur Achse des liantelrohres und reichen mit ihren offenen Snder: durch die Scnlauehböden, in welche sie flüssigkeitsdicht ein.-eoettet sind, hindurch. An beiden Enden ist das Hantelrohr 1.01 mit Deckeln 10'j abgeschlossen, welche zusammen uit den angegossenen :~Jchlauchb'iden 950 eingeschlossene Kammern 130 blldeii, die rait dem Inn an der Schläuche in Verbindung stehen0 Jede Eaiaaor 1:0 weist einen Leitungsanschluss 104 und einen Flansch 105 auf, der gegen den Flansch 102 des I.Iantelrohrs ...ittf-lo Schrauben 106 verschraubt ist. Bei !er dargestellten Ausfi'hrun^sf or ι ist eine nach^iobige, ringförrai^e Dichtun " Z aus eine:?i ^eei^niiten Material wie Gummi oder ITeοpren zwischen rjede;'; .'jirigegüüise-nen Schlauchbodeu ''5O und IJantelrohr 101 sowie y/.,iviC:\Qix jede.i Jchlauchboden und Deckel 1Ov zur Abdichtung ^osü/ien. ^er Deckel 103 kann aus Stahl bürgest eilt sein.
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Die umhüllten Schlauchbündel 110 aus den Schläuchen
111 sind im Hauptabschnitt des i.lantelrohrs 101 zwischen den konischen Sndabschnitten 107 relativ enggepackt angeordnet« Dadurch, daß die flexiblen und porösen Umhüllungen
112 die Schläuche fest zusammenheilten, 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 kreisförmigen Querschnitt erhielte» Dies geht insbesondere aus Fig. 2a hervor« Die Schlauchbündel und die einzelnen bchläuche selbet berühren einander und teilweise das Mantelrohr in Porin schmaler L'".ngszonen, siehe Fig. 2, 2a und 4ο Diese Längsberührungsflächen schließen zwischen den Schlauchbändeln und den einzelnen Schläuchen unu zwischen den Schlauchbündeln und der Innenwandung des LIantelrohres eine groi3e Anzahl in Querrichtung gleich verteilter länglicher Strömungs.vege- oder kanüle ein, die sich entlan/ der ganzen Schläuche und des ganzen Llantelröhreα erstrecken. Diese Stronungswege haben nur eine sehr geringe Querverbindung miteinander und bewirken, daß die FlüssigkeitsströMung im I.Iantelrohr und außerhalb der Schläuche im wesentlichen nur in ihrer Läng, richtung aviüolien den konischen Abschnitten 107 ohni- Querver.liuohung erfolgt.
Die gegenseiti-.e "uordnun.: eier ocj;l;"ue'.e 111 i.u :reroLo""
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ihrer Enden in 5. en konischen Abschnitten 107 des Eohrnantels 101 ge:.t aus Pig. 5 liervor. Aufgrund des größeren Querschnitts der konischen.Abschnitte 107 ist die Packungsdichte :„-;r Schläuche dort reduziert und cter Abstand zwischen den Schläuchen vergröbert, um oinen besseren Sin- b::w. Auslaß und eine gute Verteilung des Fluds im Bereich des.Einlaß1 109 und Auslaß' 108 in die Strömungswege zwischen den benachbarten Schläuchen und ochlauchbündeln zu ermöglichen«
Der innere konische Abschnitt 107 an beiden Enden des Mantelrohrs 101 wirkt mit dem entsprechenden konischen Abschnitt ei es benachbarten angegossenen Schlauchbodens 950 unter Entwicklung einer Keilwirkung zusammen, um die benachbarten Seile flässigkeitsdicht gegeneinander zu halten. Die gleiche Vfirkung tritt aufgrund des Angriffs zwischen den betroffenen ironischen Abschnitten der Deckel 103 und den angeschlossenen Schlauchböden 950 auf.
Bin besonderes wichtiges Merkmal der Trennvorrichtung ist die Innenfläche S? der* angegossenen Rohrbodens 950» Diese Fläche ist relativ glatt, ununterbrochen, eben und frei von jeglichen scharfen Formen oder Vorsprangen in Richtung der Schläuche. Diese Formgebung muß unbedingt erreicht und aufrechterhalten worden, so Cn.-M ein« flürjnlgkeitndichte Verbindung UH die Schläuche ohne die wirksame oberfläche der Schläuche zwischen den Sohlauchbüden zu vermindern, besteht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
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Innenfläche S21 des angegossenen Schlauchbodens konkav gekrümmt, siehe Fig. 1. Diese formgebung rührt vom Schleudergießen her, das zur Herstellung der Sehlauchbüden 950 vorzugsweise angewendet v/ird. ^s ist an späterer Stelle beschrieben.
Die Schläuche 111 können aus jedem polymeren Werkstoff bestehen, der sich für eine selektive oder differenzielle Llombran-Permeatiori eignet. Als Werkstoffe kommen ini'rage: Olefine, Ester, Amide, Silicone, Äther (ether), liitrila oder Sulfid-Polymere sowie jedes andere geeignete Polymer oder Copolymere Geeignete Schläuche lassen sich aus Polyethylenterephthalat, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, PoIyhexanethylenadipymid, Copolymere von Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen, Celluloseacetat, Athyluellulose, 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 habun einen AuiSendurchmesser von vorzugsweise etwa 10 bis 500 iiikron und eine Y/andstärke von etwa 1 und 100 Mikron. Als besondere vorteilhaft haben sich Schläuche mit einem Außendurchi:iGSt;er :;wisc;:on 20 und 250 I.Iikron und einer Wandstärke zwischen 2 und !30 !.likivn erwiesen.
Die Packungsdichte der Schläuche 111 imu rhalb der t*loxiblotj und porösun Umiiilllun.·: 11:? kann jeden Wert oberhalb etv/fi Vj \'o auf veiöen; ^ur Er::ic3lung optimaler Ergebnisse sol He tue jedoch so hoch wie irgund möglich sein. Dlo Packutigs-
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dichte ist als prosentualer Anteil der von den äußeren Wänden der Schläuche ein^escHossanen Querschnittsfläche su der des "lantelrohr 101 definiert. Pur einen Rohrmantel mit kreisförmigem Querschnitt und Innendurchmesser D„, in dem IT Schläu che mit kreisförmigem Querschnitt und einem Außendurchmesser D-M untergebracht sind, ist die Packungsdichte durch folgenden
Ausdruck gegeben: 0
Wu-S
Packungsdichte (^) = " x 10°
Die OG definierte Packungsdichte erreicht einen Maximalwert von 90,5 > für Schläuche mit kreisförmigen Querschnitt bei en.jer he:ca;:onalor Packung und einen gröi3fc£=em V/ert von 78,5 :'> bei en^er quadratischer Packung. Paclaincsdichten von oberhalb 45 - innerhalb der flexiblen und porösen Umhüllungen ließen
ic - o;:nö weiteres eraieleiic Packungsdichten oberhalb 60 γϊ uη'.L mehr lassen sich erreichen, wenn man die Schläuche parallel zueinander anordnet, sie mit einer Umhüllung enß um_ibt und deren U· ■!'anjserstredoing anschließend durch Querkontraktion ver .leiiiei't, um auf diese Weise die eingeschlossenen Schläuche enger aneinander su bringen. Wurden mehrere Bündel von umhüllten, en ;'--3le;;ten Schläuchen wiederum gebündelt in ein Mantelrohr ir. ler in den Zeichnungen dargestellten V/eise eingebaut, so aaber: :jici. Packunrrsdichten von über 55 T* erreichen lassen. bv''r die /orrichtun-; gem. den Pig. 1 bis 4 ist eine Ge samtpacicun.'üdichte von über 40 > anzustreben. Diese hohen Packungsdichte, verhi nd-ern die, Bewegung 'ier Plüssl'-keit in die bündel
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und aus diesen heraus zwischen den Schläuchen keineswegs. Vielmehr bewirken diese, da3 die Flüssigkeiten außerhalb der Schüuche innerhalb des ilantelrohres entlang und in Richtung der Schläuche in jedem Schlauchbündel strömen. Durch diese Strömungsbedingungen werden günstige Konzentrationsgradienten erzeugt und innerhalb c-.es Mantelrohres entlang der Schläuche aufrechterhalten, solange ein Fludgeiüisch durch die Schläuche durchtritt. Die genauen otrömungsbedingungen sind an späterer Stelle erläuterte
"Die flexiblen und pcrösen Umhüllungen 112' und 113 können aus jedem geeigneten, natürlichen, regenerierten oder synthetischen Werkstoff geeigneter Festigkeit und Verträglichkeit mit dem zu trennenden Fludgemisch, dem polymeren Werkstoff, aus de.,: die Schläuche bestehen, und dein Material, aus den 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. Sie sollen jedoch zwe/ckmäßig aus einem sehr abriebfesten Material bestehen oder einen Aufbau aufweisen, der eine Schrumpfung oder Querkontraktion zuläßt, um so
eine gleichmäßige, zusammenziehende und verdichtende Wirkung entlan,. eines Schlauchbündels oder einer Grupne von
Schläuchen auf diese ausüben zu können. Einen bevorzugten
Aufbau weist eine rundgestrickte Hülle aus einem geeigneten Material, beispielsweise Baumwollfäden auf, wobei die Hülle beträchtliche Verkürzungen in Querrichtung ermöglicht, wenn
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die Hülle in Längsrichtung gedehnt wird. Eine solche Hülle ist deshalb besonders vorteilhaft, weil beim Einziehen eines Schlauchbündels in das Hantelrohr, wobei eine hohe Zugspannung auf die Hülle aufgebracht wird, diese eine gleichmäßige Verdichtungswirkung auf den Querschnitt des Schlauchbündels über dessen ganze Länge ausübt, um so das ganze ^ündel ohne Beschädigung einzelner oder aller Schläuche eines -^ündels in das Hantelrohr einbringen zu können. Die Umhüllungen 115 können auch aus einem gewebten oder nicht gewebten textlien Flachmaterial oder aus gelochten oder eingeschnittenen zylindrischen Rohren oder schlauchförßiigen Hetzen, siehe Mg. 5a, !5b, 5c und 5d, bestehen. 3s ist jedoch das sehr gleichmä-ige Querkontraktionsvermögen sehr erwünscht und bedeutsam.
Das Mantelrohr kann jede zweckmäßige oder beliebige Querschnittsform aufweisen, braucht also nicht einen kreisförmigen Querschnitt zu haben; es muS aus einem verträglichen Werkstoff ausreichender Festigkeit bestehen. Zylindrische metallische Hantel, 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 liefen.
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Eine Vorstellung von der Wirksamkeit der Konstruktion bei Verwendung von Schläuchen ergibt sich daraus, daß eine erfindungsgemäß aufgebaute Trennvorrichtung aus einem Mantelrohr mit etwa 15 cm Durchmesser und 2,40 m Länge etwa 12 Millionen Schläuche enjgepackt aufnehmen kann, um eine v/irksame Membranfläche von etwa
1360 in zu ergeben.
Bei einigen erfindungsgemäßen Pe'rmeations-iDrennvorrichtungen ist es erwünscht, Flüssigkeit im Bereich der beiden Enden des Mantelrohres, siehe letzte Stufe Fi j. 3, einzuleiten und Flüssigkeit aus einen zwischen den beiden Enden liegenden Bereich abzuziehen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, in einem solchen Bereich s-vischen den beiden Enden über einen abgegrenzten Längsabschnitt einen größeren Mantelrohrquerschnitt vorzusehen, um dort die Packungsdichte der Schläuche und Schlauchbündel ein bischen zu verringern und so eine Querströmung zum Ab au/" von Flüssigkeit zwischen den Schläuchen und Sciilauchbilndeln zu schaffen.
Die angegossenen Schlauchböden 950 können ebenfalls ans ,jedem geeigneten härtbaren oder verLGstigbaren Werkstoff ,-Ausreichender Festigkeit und Verträglichkeit mit den anderen Teilen der Vorrichtung bestehen. Verwendbar sind Lötmittel, Zemente, Wachse, Klebemittel, tiatürliohu
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und synthetische Harae. "Diese Materialien für die SchlauchbÖden können aushärten oder erstarren aufgrund einer Gefrier- oder Xühlbehandlung, nur einer ICühlbehandlun oder aufgrund von chemischen Reaktionen, die eine Polymerisation, Kondensation, Oxydation oder einen anderen Aushärteprosess bewirken. Weitere zweckmäßige Eigenschaften des hart- oder erstarr- bzw. verfestigbaren i-V.te rials sind aber: niedrige Viskosität im "lässigen Zustand für das gute Eindringen zwischen die Schläuche der Schlauchbüniel vor der Verfestigung oder den Aushärten, eine hohe Dichte für ei:: gutes Verhalten während des ochleudergieiens, das an späterer Stelle beschrieben isx, keine 3-adentwicklung oder ähnliche physikalische Anderun ; ^ähr^nd der Verfestigung, keine oder nur eine äu~-rst geringe Volumenveränderung während der Verfestigung und eine ^oglichst niedrige War nie ent wicklung während υ or Verfestigung« Synthetische und organische Har:;e ί-.ina :"ir den Sc-ilauchboden in Verbindun,.; ;:iit den cevor.-u;:- x en ii al j AisT a Yi Yerbindun /en, ar.a aene:· aio ^c:.!.auch e be- ;;j'.;'.e., -.;:■. ..ders geeignet, insbesondere Ijpoxyharao.
Ii'iο ;:·ο-οehrüibung der Betriebs- und Wirkungsweise einer erf Lii-1 -.m.r;i;..e liüen xrennvorrichtun.:, wie sie in den ]?ig„ 1 biü- 4 dar;;o;jtellt ist, erfolgt ::·,π chst anhand uer ersten Sti-'e ei η or melirr.tufigen Trennanlage» Für viele Gastrennun.;en u'a:i. -enUiaischungeri, :-'ei denen die Komponente mit
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der höchsten Permeationsgeschwindigkeit von einem Fludgemisch 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 Einlaßstrom des Ausgangsgemischs 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 Fludgemisch 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 Ausgangsgemischs 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 Auslad 104 abgezogen.
Die mit der Komponente höherer Permeationsgeschwindigkeit (der leichteren Komponente) angereicherte Fraktion des Ausgangsgemischs, die durch die Schlauchwände durchge-
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drangen ist, un^i in folgenden Durchlaß genannt ist, wird aus dein Inneren des Mantelrohres mit gegenüber dem Einlaßgetaisch erniedrigtem Druck über den Ausla.3 108 abgezogen.
Vorteilhaft ist es, bei der Trennung gleichzeitig einen
bei
Spülfludstrom, den ein Teil des Einlasses/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 hohnje wirksamen Eonzentrationsgradienten aufrechtzuerhalten, soll das Spülflud; im tregenstrom zum lünlaßgemisch geführt sein. Diese Bedingungen, die enge Packung der Schläuche und Schlauchbündel aufgrund der Umhüllungen 112 und 115r un& &i-e Mngskanäle zwischen den Schläuchen und Schlauchbündeln bewirken eine sehr wirksame gleichverteilte und gleichmäßige Flüssigkeitsströmung innerhalb des Mantelrohres 101 und außerhalb der Schläuche, durch die unerwünschte Strömungen mit unerwünschter Rückmischung
AuSen—
und Rückdiffusion auf der Innenseite der Schläuche und eine Störung des erwünschten Konzentrationsgradienten sowie Kanvektionsströmungen auf ein Mindestmaß reduziert sind. Zusätzlich trägt die große wirksame Membranfläche je Volumeneinheit und die extrem kleine %cfce der Membran bzw. Schlauchwände sehr zu den günstigen praktisch und wirtschaftlich erreichbaren irenngeschwindigkeiten der erfindungügeinäßen Vorrichtung bei.
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Stellt die aus dem Pludgemisch abzutrennende Konponente mit der höclisten Permeationsgeschwindigkeib die größte Ilischun^skomponente dar, dann sollte diese zweckmäßigerweise unter erhöhtem Druck in das Hantelrohr 101 zur Außenseite der Schläuche durch den Einlaß 109 eingeleitet und als Auslaüstrom, aus dem die Komponente mit der höchsten Permeationsgeschwindigkeit weitgehend entfernt ist, durch den Auslaß 1OS abgezogen werden. Sin Teil des Einlaßgemischs,,der mit der Komponente mit der höchsten Permeationsgeschwindigkeit angereichert ist, dringt durch die Schlauchwände in deren Inneres durch, van wo er unter erniedrigtem Druck durch den Auslaß 104 und/oder 104f nach Zueammenführiing in den Kammern 130 und 130 * abgezogen werden kann. Auch bei dieser -Betriebsweise kann es zweckmäßig sein, mit einem Spülflud zu arbeiten, das im Gegenstram zum Einlaßgemisch geführt wird, indem man es durch den Einlaß 104 einbringt und es zusammen mit dem Durehlaßprodukt durch den Auslaß 104* abzieht. Diese Betriebswelse hat sich insbesondere bei der letzten Stufe einer mehrstufigen Gf-astrennanlage bewährt. Bei anderen Anwenäungsf^ällen, wie der Wasserentsalzung oder der Trennung von Kohlenwasserstoffen können selbstverständlich andere Anordnungen vorteilhafter sein.
Eine andere vorteilhafte AuBführungsform einer letzten Stufe sieht vor, daß das ^inlaßgemisoh in aen Mantelraura in der Nahe der beiden Enden eingebracht und das Auaflußprodukt zwischen den beiden Mantelenden abge-
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sogen wird, siehe letzte Stufe Pig. 8. Hierbei wird die Komponente, die durch die Schläuche dringt, gleichzeitig an "beiden Stirnseiten der Vorrichtung abgezogen, siehe letzte Stufe Pig. 8. Hierdurch ergibt sich der gemmüCiite ^ajencti-ü: zwischen Durchlas und IJ'inlaß bzw. Ausfluß mit dem erwünschten Konzentrationsgradienten.
Bei Verwendung der bevorzugten Baumaterialien für die Trennvorrichtung läßt sich diese befriedigend bei normalen atnosphärischeη Temperaturen und mäßigen Überdrücken, die weit unter 70 at (1000 pounds per square inch) betreiben, obwohl sich die Schläuche ohne weiteres auch bei so ausreichend hohen Druckdifferenzen verwenden lassen, da.'^ hohe technische Trenngeschwindigkeiten erzielt werden. Die flexiblen und porösen Umhüllungen 112 und 113 der Schlauchbündel dienen nicht nur zum leichteren Zusammenbau der Trennvorrichtung, sondern sind ein wichtiger Bestandteil der Vorrichtung selbst, in dem sie auch während des Betriebes die Schläuche schützen und die ^uer-Druckspannungen gleichmäßig über jedes Schlauchbündel verteilt aufrechterhalten, ohne daß diese zusammengedrückt oder beschädigt werden, insbesondere auch diejenigen am Außenumfang des ganzen 3ün<lels, die an der Kantelrohrwand liegen.
Die bevorzugte Verwendung schleudergegossener Schlauchböden an den Enden der Schläuche erscheint für
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die gesamte Vorrichtung zur Erzielung eines wirksamen flüssigkeitsdichten Schlauchbodes]n 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 nachdringt, was zu Hohlräumen im ^oden führen könnte und durch Überziehen der Schlauchoberflächen die wirksame Membranfläche innerhalb des Mantelrohres verkleinern würde»
Die "Vorrichtung gem. den Fig. 1 bis 4 kann in verschiedenster Weise verwendet und kombiniert v/erden, um Trennsysteme bzw.-anlagen mit mehreren parallelen oder hintereinandergesclialteten Trenneinheiten je nach Wunsch und Bedarf aufzubauen. Eine Anzahl solcher Trennanlagen sind in den Fig. 6, 7, 3, 9 und 9a dargestellt.
In i'ig, 6 ist eine der einfachsten Formen ein< r mehrstufigen Gastrennungsanlage dargestellt, nämlich eine zweistufige Anlage, der über eine Einlassleitung 201 ein Druckregelventil 202 und eine leitung 203, das zu trennende Einlaßgemisch in die Schläuche der Trennvorrichtung 100 gem. Fig. 1 der ersten Stufe geleitet wird. Das aus den ScIk buchen abgeleitete Ausfluiiprodukt strömt durch die Leitung 204 einem Regelventil 206 zu, von deu es abgelassen, im Kreislauf geführt oder in anderer Weise weiterverwendet wird.
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Ein Teil des Einla;'3gemisches ird über die Leitung 210 abgezweigt und über ein Regelventil 208 und die Leitung 209 als Spülflud in den Hantel der Trennvorrichtung 100 der ersten Stufe im Gegenstrom zum Binlaßgemisch zugeleitet. Das Hegelventil 208 wird von einer Einrichtung 207 zur Analyse des über die Leitung 204- aus der Trennvorrichtung 100 austretenden Ausfluüf gesteuert« Das Spülgas und der Durchlaß werden aus der Trennvorrichtung 100 der ersten Stufe über die Leitung 211 abgezogen und einem Kompressor 212 zugeführt und von dort über die Leitung in die Schläuche der zweiten oder letzten, wieder durch eine Trennvorrichtung 100 gebildeten Stufe, eingeleitet. Der aus dem Inneren der Schläuche abgezogene Ausfluß gelangt über die Leitungen 214 und 215 zum Hegelventil 213 und von dort über die Leitung 216 als Kreislaufstrom in die Singangsleitung 203 der ersten Stufe. Das Hegelventil 218 wird durch eine Einrichtung 217 zur Analyse dee aus der zweiten Stufe austretenden und im Kreislauf geführten Rücklaufs gesteuert. Der Durchlaß wird aus dem Mafcel der Trennvorrichtung 100 der zweiten Stufe über die Leitung 219 als Endprodukt abgezogen, dieses Produkt wird von einer Einrichtung 220 analysiert» die betriebswirksam mit der Analysiereinrichtung 217, wie weiter unten erläutert, verbunden ist.
Bei der in Pig. 6 dargestellten Anlage wird der Druck des äinlaßgemisches und dos Ausfluß' mittels automatischer Steuerung oder Druckregelventilen 202 und 2OG
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konstant auf einem gewünseilten Wert gehalten. Der Analysator 207 bestimmt die Konzentration der höher durchlässigen Komponente in verdünnten Ausfluß und steuert das Regelventil 208, um eine konstante niedrige Konzentration aufrechtzuerhalten. Steigt die entsprechende Konzentration im Ausfluß über einen bestimmten Wert an, so wird das Regelventil 208 geöffnet, uu mehr Spülgas einzulassen j umgekehrt wird der Dpülgasstrqm bei zu niedriger Konzentration gedrosselt. In gleicher Weise bestimmt der Analysator 217 die Konzentration der höher durchlässigen Komponente im Rücklauf und steuert das Regelventil 21S, um eine konstante Konzentration zu erhalten, die eingestellt ist oder mittels des Analysators 220 für den Produktstrom ermittelt wird. Steigt die Konzentration des Rücklaufs zu stark an, bewirkt der analysator 217 ein Schließen dss Regelventils 218, um den Rücklauf zu drosseln, wodurch der Anteil des Sinlaßgemisches in die zweite-Stufe, das durch die Schläuche strömt, ansteigt und die Konzentration der weniger durchlässigen Komponente sowohl im Rücklauf als auch im Produktstrom erniedrigt wird«
Fällt umgekehrt die Konzentration der höher durchlässigen (leichteren) Komponente im Produktstrom zu weit ab, wird durch den Analysator,220 der Sollwert des Analysators 217 angehoben, was wiederum das Regelventil 213 öffnet, um den Rücklauf ansteigen zu lassen, wodurch der Anteil des
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Einlaßgenischs in die zweite Stufe, das durch die Schläuche tritt, erniedrigt und die Konzentration der höher durchlässigen Komponente sowohl im Rücklauf als auch im Produkt angehoben wird.
Beim Betrieb einer zweistufigen Trennanlage. gemo I1Ig0 6 zur Abtrennung von Helium aus einem Gemisch aus Helium und Stickstoff wurde ein Gasgemisch mit 0,47 "j Helium auf 23 at verdichtet und mit einem Rücklaufstrom, wie unten näher beschrieben, vereinigt. Das sich ergebende Einlaßgemisch (5315 Volumen bei 1 at je min) wurde in eine Trennvorrichtung gem. ?ig. 1 mit Schlauchmembranen aus Polyethylenterephthalat am einen Ende eingespeist und durch das Innere der Schläuche geleitet und am anderen 3nde der Vorrichtung als Ausfluß abgezogen, ^in. Teil ctes Ein-Ia3 gemisches wurde nach Absenkung des Drucks auf 250 mm Hg als Spüljas in den Mantel der Trennvorrichtung nahe seinem Ende eingeleitet. Das Ausfluisgas, das durch die Schläuche der ernten Stufe geleitet worden war, enthielt 0,047 S Helium bei eiuer Ausbeute von 90 ',Ό. Dao aus Durchlaß- und Spülgas bestellende aus der ersten Stufe ( mit 693 Standardvolumen je min) abgezogene Gas enthielt 3}6 -"j Helium. Das miteinander vereinigte Durchlas- und Spülgas wurde dann auf 32,:< ata verdichtet und durch die Schläuche der zweiten' Stufe (mit 242 Volumen bei 1 at je min) geleite t. !lach Durchgang durch die Schläuche der zweiten Stufe Latte deren üüchlauf einen Helium ;uLalt von 1,6'ΐ j
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bei einem Druck von 51,6 ata. Das im Sinlaßende des Mantels der aweiten Stufe (mit 8 Statidardvoluraen je min) abgezogene Durchlaßprodukt enthielt 63,0 cß> Helium. Der Rücklauf wurde mit dem Ausgangsgemisch zur Aufgabe auf die erste Stufe zusammengeführt.
Anlagen der beschriebenen Art mit Schläuchen aus geeigneten Werkstoffen eignen sich zur Anreicherung von Luft mit Sauerstoff, Gewinnung von Wasserstoff mit erhöhtem Reinheitsgrad aus einer Mischung mit anderen Gasen, zur Abtrennung von Lie than aus anderen Kohlenwasserstoffen und für andere Trennungen.
In Pig» 7 ist eine gegenüber der gem. Fig. 6 verfeinerte Anlage dargestellt, die insbesondere für die Reinigung von Helium oder die Gewinnung von Sauerstoff aus Luft geeignet ist. Die dreistufige Anlage v/eist 9 Kompressoren C in drei Gruppen auf, von denen jeder mit einem oder mehreren Permeations-Tremivorrichtungen 100 in jeder der drei Stufen zusammenarbeitet. Das Ausgangsgemisch gelangt durch die Leitung 301 zu einer Probenahmeeinrichtung· S, von dort zu einer Meßeinrichtung R zur Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit und weiter über eine Leitung 302 mit einem DruckraeSgerät G ijum ersten Kompressor 0 der ersten Stufe. Hinter diesem Kompressor
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und. allen anderen Kompressoren 0 fließt das G-emisch nacheinander durch die Leitung 303 mit einem Druckmesser G-, zwei wassergekühlte Wärmeaustauscher HX, die leitung und eine automatische Filterfalle aus Filter F und Falle T bevor es in den zweiten Kompressor der entsprechenden Trennstufe eintritt. Die Filterfallen T dienen zur Abscheidung und "^ckleitun^ des Öls des zugeordneten Kompressors, um den Schmiermittelstand konstant zu halten. Jeder Kompressor hat eine unabhängige Kühlwasserversorgung für den Zylinderkopf und die Wärmeaustauscher. Die Drucke zwischen den Kompressoren werden mittels der Druckmesser Gr und nicht dargestellter Ablaß- bzw. Sicherheitsventile überwacht. Der Druck hinter dem letzten Kompressor jeder Trenftstüfe wird durch einen Gegendruckregler gesteuert, der zu einem nicht dargestellten Ballasttank führt, der auch als Ausgangsreservoir dient. Aus Fig. 7 entnimmt maß, daß das -^inlaßgemisch, der Auslaß und der Durchlaß jeder Trennvorrichtung lOO bezüglich des Drucks mittels Druckmessern 1 und bezüglich der Strömungsgeschwindigkeit mittels Meideinrichtungen H überwacht werden. Zusätzlich wird der Druck am toten Ende des Mantels jeder Trennvorrichtung mittels Druckmeßeinrichtungen Gr bestimrat. Ferner ist, was jedoch nicht dargestellt ist, für die Hücklaufführung dea Ausfluß1 von jeder zweiten oder dritten Stufe und für die Zuuammensetsungsanalyse uer Ströme in jeder Leitung gesorgt. Das Einlaßgemisch gelangt durch
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die drei Kompressoren G der ersten Trennstufe über die Leitung 515 durch die Schläuche der '..'con..vorrichtung 100 der ersten Stufe. Der aus den Schläuchen austretende Ausfluß wird über die Leitungen 316 und 317 abgezogen und im Kreislauf rückgefüiirt oaer aboelassen. Der Durchlaß v;ird dagegen aus dem I'Iantelrauia der ersten Trennvorrichtung über die Leitung 318 abgeleitet und auf die drei Kompressoren der zweiten Trennstufe und von dort über Leitung 332 in die Schläuche der zweiten Trennstufe 100 gegeben. Der aus den Schläuchen austretende Ausfluß dieser Trennstufe geht über die Leitung 333 ab oder wird im Kreislauf rückgeführt» Der Durchlaßstrom dieser zweiten Stufe wird aus dem Ivlantelraum der zweiten Trennvorrichtung über die Leitung 334 abgezogen und auf die drei Kompressoren G der dritten Trennstufe 100 gegeben, von wo er als Einlaßstrom über die Leitung 349 in die Schläuche der dritten Trennstufe 100 eintritt. Der hier aus den Schläuchen austretende ausgelauchte Auslaß strömt über die Leitungen 350 und 351 ab oder wird im Kreislauf rückgeführt» Der Durchlaß dieser Stufe oder daß Endprodukt wird aus dem Mantelraum der dritten Trennvorrichtung über die Leitung 352 durch einen weiteren Gegendruckregler R abgezogen.
In der Anlage gem. Fig. 7 ist ein Analysator zur Bestimmung der Zusammensetzung des Durchlaßproduktes der dritten Trennstufe vorgesehen, der den Sollwert eines zweiten Analysators zur Analyse des ^Ucklaufs von der
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ersten !Drennstuf e dient, welcher wiederum die Strömungsgeschwindigkeit des Rücklaufs regelt. Zur Regelung des AusfluSstroms sind, solange dieser im Kreislauf geführt wird, Ventile V vorgesehei Die Betriebsweise ist deshalb vorteilhaft, da die Zusammensetzung des Durchlaßproduktes der dritten Stufe -sich nicht do schnell ändert oder so sehr auf Veränderungen der Riicklaufmenge der aweiten Stufe anspricht, wie es die Zusammensetzung des Rücklaufs oder des Durchlaß' der zweiten Stufe tut. Bei einer etwas weniger zweckmä3ige;i Betriebsweise der dreistufigen Anlage wird der Rücklauf von der dritten Stufe in Abhängigkeit von Schwankungen in der Zusammensetzung geregelt. Diese Regelung ist deswegen weniger zweckmäßig, da das Volumen dec- Rücklauf gases der dritten Stufe wesentlich kleiner als das Volumen des Rücklaufs der zweiten Stufe ist und weil sich die Zusammensetzung weniger stark mit ;.em Rücklauf ändert, v/eil es eine erheblich höhere Konzentration an höher durchlässigen Komponenten hat. Diese dreistufige Anlage ist jedoch für die Gewinnung eines Produkt^aseo hohen Reinheitsgrades aus einem Ausgangsgas mäßiger Reinheit,-wie beispielsweise ein sehr reines Helium aus einer LIischung mit etwa 40 bis 70 --i Helium, sehr geeignet. Hierbei kann eine Gegenstromspülung in der ersten Stufe oder den ersten Stufen mit dem Ausflußgas der ersten Stufe anstelle des Ausgangsgemisches angewendet v/erden.
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Auch die in Fig. 8 dargestellte Trennanlage kann als dreistufige Anlage mit Trennvorrichtungen gem. Fig„ 1 angesehen v/erden, bei welcher der Ausfluß der ersten Stufe abgezogen oder in einer Zusatzstufe weiter aufgearbeitet wird. Das über leitung 430 eintretende Einlaßgemisch gelangt durch ein Filter und die leitung 431 in die Schläuche der ersten Trennvorrichtung 100.*Der Ausfluß aus den Schläuchen dieser Hilfsstufe wird abgezogen oder über Leitung 433 einer weiteren Yerv/endung zugeleitet. Ein Teil des Ausfluß' wird jedoch über leitung 434 in den Mantelraum der Zusatzstufe als Spülgas eingeführt. Dieses und das Durchlaßgas aus der Zusatzstufe gelangt über die Leitungen 435 und 438 in eine "Deoxo-Einrichtung", in der sie mit Luft zur Entfernung jeglichen Wasserstoffes unter ""ilduni;: von Wasser reagieren. Das Wasser wird in einer Trocknereinrichtung entfernt. Ein Teil des Spülgasee und des Durclila^jases aus dem l.Iantelraum der ^usatzstufe gelangt in den Mantelraum der ersten Stufe als Spülgas über die Leitung 436 im Gegenstrom zum Einlaß. Dieses Spülgas und das Durchlaßgas aus dem Mantelraum der ersten Stufe wird dann ü'our die Leitung 437 dem der "Deoxo-Einrichtung" zuströmenden Gas zugeführt. ITach Durchtritt durch die "Deoxo-Einrichtung" in Leitung 440 und den Trockner gelangt dieser Gasstrom über Leitung 441 in den Kompressor C der zweiten Trennstufe oder Trennstufen. Dieser Strom wird als * Der Ausfluß aus den Schläuchen der ersten Trennstufe gelangt dann über die Leitung 432 in die Schläuche der Hilfe- bzw. Trenn-1· stufe aus einer weiteren^ Trenn-vjprrichtung 100.
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Einlaß über die Leitungen 443, 444, 446 und 447 in den Mantelraum der zweiten Trennvorrichtung 100 an dessen beiden Enden eingeleitet. Der Ausflußstrom wird dann etwa in der Hitte zwischen den beiden Einlaßstellen aus dem Mantelraum wieder abgezogen und als Einlaßteilstrom der ersten Stufe über die leitung 442 zugeführt. Der durch die Schläuche der zweiten Trennstufe gedrungene Durchlaß wird aus diesen über die Leitungen und 449 an beiden Enden des großen Schlauchbünde^ls abgezogen und über Leitung 450 dem Kompressor 0 der dritten Trennstufe zugeleitet. Von hier aus wird der verdichtete Gasstrom dann als Einlaß über die Leitungen 451> 452 und 453 in den Kantelraum der Trennvorriehtung 100 der dritten Stufe an dessen beiden jJnden zugeführt, von dem er als Ausfluß etwa in der Mitte zwischen den beiden Einlaßstellen wieder abgezogen und über Leitung 445 dem Einlaß in der zweiten Trennstufe zugeführt wird. Der durch die Schläuche der Trennvorrichtung der dritten Stufe gedrungene Durchlaß wird dann über die Leitungen 454, 455 und 456 als Endprodukt abgezogen, mittels des Kompressors 0 verdichtet und über die Leitung 457 einem Lagerbehälter oder dergleichen als Produkt zugeführt.
Bei dieser Anlage gem. Pig» 8 wird also ein Flu-dgemisch mit einer relativ hohen Konzentration einer hoher durchlässigen Komponente in die erste Stufe einer Per-
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meations-Trennvorrichtung eingespeist und der aus~elauchte Ausfluß aus dieser Stufe als Einlaß einer Hilfs- oder Zusatzstufe, in die ebenso v.de in die Trennvorrichtung der ersten Stufe ein Spülgas gegeben wird, verwendet. Der Durchlaß und das Spülflud der ersten Stufe und der Hilfsstufe werden dann mit dem rüekge führten Ausfluß eier dritten Stufe in einer weiteren dritten Stufe konzentriert bzv/. angereichert. Die Spülgasmengen werden so geregelt, daß man eine möglichst niedrige Konzentration im ausgelauchten Ausfluß der Hilfsstufe erhält. Der rückgeführte Ausfluß der dritten Stufe wird so eingestellt, daß man die gewünschte hohe Konzentration des Durchlaßproduktes erreicht. Diese Anlage bzw. dieses Trennsystem ist besonders vorteilhaft dann einzusetzen, wenn das zu trennende Plud bereits eine relativ hohe Kon/zentration einer besonders wertvollen hochdurchlässigen (leichteren) Komponente aufweist, beispielsweise bei der Gewinnung VOn über 95 fo Helium aus einer 60 5»igen Mischung mit einem .Reinheitsgrad von 99»9 c/3 oder darüber.
Die in den folgenden Tabellen I und II angegebenen Zahlen geben die technischen Daten, Tabelle I, und die Betriebsdaten und Werte, Tabelle II, einer Trennanlage gem. 3?ig, 8 wieder, wobei diese für die Gewinnung von 28 300 nr Helium je Tag bei einem Druck von 1,0 at und
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und 21° C aus dem angegebenen Ausgangsgasgemisch ausgelegt war. Das Ausgangagas bestand aus Eelium, Stickstoff, ICethan und Wasserstoff mit den in Tabelle II angegebenen Anteilen. Die .Schlauch-membranen bestanden aus as-gesponnenen (as-spun) Polyethylenterephthalat.
Tabelle
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Tabelle I
Stufe
1.
Zusatz- 2.
Schläuche, Innendurch- 15 messer (Mikron)
20 20
Schläuche
Außendurchmesser
28,2 28,2 57,8 37,8
Schläuche
Hohlraumvolumenanteil /o 28 28
28 28
Schläuche
wirksame Länge (m)
Gesamtanzahl der
Schläuche (Hillionen) 1060 225
Mantelrohr
Innendurchmesser (cm) 30
30 30
■DurohlaStrenneinheiten 19 8 Schläuche 10 7 Hantel
Setriebstemperatur ( C) 40 40 40 40
Einlaß in die Trennvor
richtung in die		 Schläuche Mantel
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Tabelle II
Betriebsstelle Betriebsdruck Strömung- Vj gem. Beschreibung at menje He
zu Fig. 3 „3
CH
O0
33,6 58,5
l,ii
0,3
üT-t— θ J_
28,2
33,6
58,5 39,4 1,8 0,:i O
Susatzstufe
Auaflui^as
Abfall
21,
14,6
15,6
3,6 92,3" 4,1 0,015
14,1
0,12 95,53 4,3 7xlO~4 0,046
"usaxsstuie
Dur ο til aί.)
Stufe 1
1,0
1,0
1,4
22,0
36,9 59, ; "'<t5 0,lr> 0,14ii O
97,0 2,36 0,16 0,48 0,01 O
^inla.· inPeoxo- 1,0 'üinrlohtung
23,5
93,0 6,16 0,56 0,46 0,185 O
:£inla2 in
'■"'■ CU ' ' 1V* <Λ O "-^ V^,1 Λ V»
1,0
23,7
92,6 7,0 0,36 G£0Q12 0,046 0,4*
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<·(-! , j
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γ I
■ ΐ
In Eig. 9 ist eine vorteilhafte vierstufige Trennanlage dargestellt, die in jeder Stufe eine oder mehrere Permeations-Trennvorrichtungen gem. 51Ig. 1 aufweist. Der Einlaß tritt in die Schläuche der Trennvorrichtung IGO der ersten Stufe über die leitung 501, das Druckregelventil 502, eine weitere leitung 503, noch ein Druc3<:regelventil 504, das von einer automatischen Steuereinrichtung 545 für eine letzte Jj'inla.Mruc.'cäontrolle dient, und über die Leitunr 505 ein. Der aus de:1 Schläuchen der Trennvorrichtung der ersten Stufe abgezogene AusfIu -: wird durch die Leitung 506 und ei;: von einem automatischen Kontrollgerät 532 zur Js.usflu3druckregelung betätigten Ventil 507 und durch die Leitung 508 abgelassen, rüelcgeführt oder anderweitig verwendet ο ^in vo:ü 3inlai3 abgeteilter Teilstrom gelangt über die I.Ie^einrichtung 534, die Leitung 533, das Druclcregelventil 541, die Leitung 539, das Segelventil 538 und die Leitung 540 im Gegenstr.orj-Einlaii in die Trennvorrichtung 100 der ernten Stufe als Spülgas. Dieses Spülgas und der nach außen 'Urch die Schläuche durchgedrungene Durchlaß der ersten Trennstufe gelangt aus deren Mantelraum über die Leitung 509 zum Kompressor 01 und von dort über die Leitung 510 in die schläuche der Trennvorrichtung 1 0 der «v/oiten Stufe. Der AusfluiB aus den Schläuchen uer zweiten Trennstufe wird über die Leitung 511, das Regelventil b57 und die Leitung 591 als Kücklauf zusammen mit dem Einlad in der Leitung 505 den Schläuchen der ersten Trennstufe züge fährt, ^or durch die Schläuche nach außen in den Lian-
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telraum der zweiten Trennstufe durchgetrennte Durchlaß wird dagegen aus dem Mantelraum abgezogen und über die Leitung 513 dem Kompressor 02 augeführt. Yon hier gelangt er als Einlaß über die Leitung 512 in den Mantelraum der Trennvorrichtung 100 der dritten Trennstufe neben beiden Stirnenden. Der aus dem Mantel der dritten Stufe abgezogene Ausfluß wird zwischen den baden Einlaßstellen über die Leitung 515 abgezogen und durch ein Regel_ ventil 516 sowie eine Leitung 517 als Rücklauf in den zur zweiten Stufe fü/hrenden Leitung 509 fließenden Einlaß zugegeben» Der nach innen in die Schläuche eindringende Flüssigkeitsstrom der dritten Stufe wird an deren beiden Enden über die Leitungen 518 und 519 abgezogen und über die Leitung 520 dem Kompressor 03 zugeführt, von dem aus er als Einlaß über die Leitung 521 in den Mantelraum der Trennvorrichtung der vierten und letzten Stufe in der ITähe der beiden Enden eingespeist wird. Der Ausfluß aus der Trennvorrichtung der vierten Stufe wird etwa zwischen den
beiden Einlaßstellen abgezogen und über Leitung 522, ein
regel
Druckventil 523 und Leitung 524 als Rücklauf in den Ein-IaS der dritten Stufe in die Leitung 513 eingespeist. Der nach innen durch die Schläuche der Trennvorrichtung der vierten Stufe diffundierte Durchlaß wird als Endprodukt an beiden Enden aus den Schläuchen abgesogen und über die Leitung 525, 526 zur Lagerung oder über eine Leitung 527 abgeführt. Die Zusammensetzung oder Konzentration des Durchlaßproduktes wird zweckmäßig mittels der Analysiereinrichtung 578 ständig kontrolliert.
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Zur Regelung des Drucks der Durchlaßströme weist jeder Kompressor eine DruckablaSumleitung auf»
en
Die Strömungsgeschwindigkeit^des Ausfluß· aus der
dritten und vierten Trennstufe werden mittels Hegelventilen 566 und 575 in den Leitungen 567 und 576 g-eregelt, um die gewünschte Konzentration oder Zusammensetzung dieser Ströme und die des Endproduktes sicher einzuhalten.
Die Trennanlage gem. Pig. 9 weist einen Prozessregler 551 auf, der abwechselnd die Ausflußkonzentration oder- zusammensetzung nach der ersten Trennstufe und die des Rücklaufströme3 aus der zweiten Trennstufe mißt. Der Ausfluß in Leitung 506 gelangt über das Druckregelventil . 561 und Leitung 560 zur Analyse zum Prozessregler 551, während der Rücklauf in Leitung 511 über das Druckregelventil 563 und die Spülleitung 562 dem Prozessregler 551 zur Analyse zugeführt wird. Ein der Analyse des Ausfluß' (Konzentration oder Zusammensetzung) in Leitung 506 proportionales Signal wird über die Leitung 550 der Regeleinrichtung 547 zugeführt, die das Signal mit der gewünschten oder der eingestellten Konzentration oder Zusammensetzung vergleicht und ein Differenzsignal erzeugt, das dem Prozessregler 536 ebenso wie das in der Meßeinrichtung 534 erzeugte Strörnungsgescnwindiglceitasignal aufgegeben wird. Aufgrund dieser beiden Eingangssignale steuert
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der Regler 536 das "Ventil 538, um so eine bestimmte Konzentration oder Zusammensetzung des Ausfluß1 aus der ersten Trennstufe aufrechtzuerhalten. Ein der Konzentration der Zusammensetzung des Kreislaufs in der Leitung 511 proportionales Signal gelangt über die Leitung 552 zum Regler 553, der dieses Signal mit dem Konzentrationssollwert vergleicht und ein entsprechendes Differenzsignal erzeugt und auf den Regler 555' gibt. Gleichzeitig gelangt an diesen Regler 555 ein Druckdifferenzsignal der mit den beiden Leitungen 511 und 510 verbundenen Druckmeßeinrichtung 559· Aufgrund dieser beiden Eingangssignale steuert der Regler 555 das Regelventil 557, um die Strömung in der Leitung 511 zu regeln und die Konzentration oder Zusammensetzung des im Kreislauf geführten Ausfluß' aus der zweiten Trennstufe auf einem vorbestimmten Wert zu halteno
Zusammenfassend sieht der Betrieb der Trennanlage gem. Pig. 9 vor, daß die Strömung des Spülstroms in den Mantelraum der ersten Stufe mittels des Regelventils 538 und der Regler 547 und 536 zur Aufrechterhaltung einer bestimmten niedrigen Konzentration der leichteren
wird.
Komponente im Ausfluß der Leitung 506 eingestellt/. Ferner werden die Strömung des Kreislaufs der zweiten Stufe, des der dritten Stufe und des der vierten Stufe in Abhängigkeit von Konaentrationsschwankungen des Durchlaß-Stroms der zv/el ten, der dritten oder der vierten Stufe
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ausregelt. Die in Fig. 9 dargestellte vorteilhafte Anlage dient zur Regelung des Kreislaufs der zweiten Trennstufe, um eine möglichst hohe Konzentration der leichteren Komponente im.Durchlaß (Produkt) der vierten Stufe zu erreichen, ^iese Anlage ist bei der geschilderten Betriebsweise insbesondere für die Gewinnung eines hohen Anteils aus einem sehr reinen Produkt aus einer Fludmischung mit niedriger Xonsentration der höher durchlässigen bzw« leichteren Komponente, wie beispielsweise zur Gewinnung von Heliu./i aus Erdgas, geeignet.
Sine gemo Fig. 9 aufgebaute vierstufige Versuchsanlage zur Gewinnung von Helium aus ürdgas arbeitete sehr zufriedensteilend. 2a wurden Schläuche aus Polyäthylentereohthalat mit einem Äußendurch.iie::;ser von etwa 29,2 Mikron una eine:-; innendurchmesser von etwa 15,5 Ilikron verwendet. Die erste Stufe bestand aus mehreren zueinander parallelen Permeations-Trennvorrichtunjen mit insgesamt 50 llillionen Schläuchen mit je einer wirksamen Länge von etwa 2 in und
p einer wirksamen Gesamtaustauschfläche von etwa 657 m .
Die zweite Stufe wies etwa 11 Llillionen Schläuche mit einer wirksamen Länge von 75 cm und einer Gesamtaustauschfläche von 55,5 m" auf. üei den ersten beiden Stufen wurde der UinlaS jeweils in die Schläuche eingespeist, während er in die dritte und vierte Stufe jeweils mantelseitig
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d. ho in den Mantelraum, geleitet wurde. Die letzten Stufen wiesen jeweils 10.400 bzw. 3 ο 200 Schläuche mit einer v/irksamen länge von 86 cm und einer wirksamen Austauschfläche von etwa 6 bzw. 1,8 m auf. Die Anlage wies automatische Regeleinrichtungen zur Steuerung des Spülgasströmes der ersten Stufe in Abhängigkeit der. Zusammensetzung, deren Ausfluß1 und des Kreislaufs der zweiten Stufe in Abhängigkeit von dessen Zusammensetzung auf. Zusätzlich wurde die gewünschte Konzentration des Kreislaufs in Abhängigkeit von Schwankungen des Heliumgehalts des aus der vierten Stufe abgezogenen Endprodukts verändert oder geregelt» Diese Versuchsanlage arbeitete ununterbrochen mit nur kleinen Schwankungen in den Strömungsgeschwindigkeiten und 3-asgemischzusammensetsungen unter den in Tabelle III angegebenen Bedingungen, wobei kleine Verluste aufgrund von Probenahmen nicht berücksichtigt sind.
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Tabelle III
Stron in Leitung ITr.
Art des Stroms
Druck at α
Strömungsmenge ma^/min
Heliumgehalt
Sinlai in die Anlage 5 2,3 ■
1,44
0,50
503 Einlai- in Stufe die Anlage 22 1 ,44 ü ,50
540 1. Stufe Spülgas 0 G ,0034 0 ,50
593 1. Stufe Einlaß 22 1 ,40 0 ,59
<*> 506 Io Stufe Ausfluß 17 1 ,40 0 ,032
509 1. Stufe Durchfluß 0 0 ,058 13 ,1
σ
O		 510 2. Stufe SinlaS 26 ü ,026 1:5 ,0
GINAL 511 2. Stufe Kreislauf 24 0 ,021 3 ,8
513 Durchfluß 0 o, 0043 59 ,8
, 4 CLOU
° A mm Έίτ
, £.4 -iiUÜ ftg
, 4 2Π513.
, ^ .— —
,24 Hun Hg
9 IP el 0 LL
> D 3. L U
,47 nm-Hg
Tabelle III (Fortsetzung)
514
3. Stufe Einlaß
■ 14,6 atti
0,0028
61
30 to
Q °°
3? <Λ>
515 5. Stufe Kreislauf 14 , 6 atü 0 ,0097 10
515, 519 ■ζ,
S ·		 Stufe Durchflu3 0 atü 0 , 0011 85
521 / Stufe SinlaS 8 ,5 atü 0 ,00071 85
522 4. Kreislauf 8 ,5 atü 0 ,00045 74
€αϊ er ο £ϊ Pi'
-α
4., Stufe Durchlaß (Endprodukt)
0 atü
0,00028
99,9
Die Wirksamkeit der Regeleinrichtung wurde durch während des gleichmäßigen -Betriebs künstlich verursachte Störungen kontrolliert, folgende Störungen wurden erzeugt:
a) der Sollwert der gewünschten Helium-Eonzentrati on des Ausflusses der ersten Stufe und des Kreislaufs der zweiten Stufe wurde verändert;
b) es wurde die Strömungsgeschwindigkeit des £inlaßs in die erste Stufe durch Veränderung des Drucks des aus der ersten Stufe austretenden Ausfluä' verändert, und
c) es war de die Konzentration des Einlaß' in .jede Stufe verstellt.
In allen ^U.llen ^elan;: es der automatischer. A-:egn;lu::^, die AnI:;.: ;e innerhalb kurzer Zeit wieder in den GleichgeviichtGzustand zu bringen und aus der vierten Stufe ein in der Konzentration unverändertes Endprodukt abzugeben.
Die Regelkreise dieser Permeations-Tremieinriehtung gemilß der Erfindung bewirken einen störungsfreien ununterbrochenen Betrieb der Anlage und der Anlageeinrichtungen mit einem Minimum von Störungen, -"ei entsprechender Instrumentation ist das automatische Regelsystem in der Lage, die vielen im normalen Betrieb einer großtechnischen Anlage auftretenden Schwankungen der Prozessbedingungen voll auszugleichen» Beispielsweise würde eine Konzentra-
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tionssteigerung der leichteren Komponente des Einlaßgases zu einem Anstieg deren Konzentration im Ausfluß und qai Produktgas der ersten Stufe führen. Zum Ausgleich erhöht das Hegelsystem die Spülgasmenge, um die Wir !rung der ersten Trennstufe zu erhöhen. Durch die Spälgasmengenerhöhung nimmt das Volumen mit der Folge zu, daß sich die Konzentration der höher durchlässigen bzw. leichteren Komponente im Produktgas der ersten Stufe etwas veränderte Darauf ändert sich dann die Strömungsrate des KreislaufstroLis der zweiten Stufe aufgrund ihrer Konzentrationsänderung,, Diese Änderungen können zu einer Zunahme der Reinheit des -^roduktgases der letzten Stufe führen. Hiergegen erniedrigt das Regelsystem die Kreislaufrate bzw. das Umlaufverhältnis in einer der Stufen. Hat das ganze System seinen Gleichgewichtszustand erreicht, so bedeutet dies, die Einhaltung der gewünschten niedrigen Konzentration der höher durchlässigen bzw» leichteren Komponente im Ausfluß der einzelnen Stufen und die schnellere bzw. größere Produktion eines -^roduktgases mit der gewünschten hohen Reinheit.
Bin automatisches Regelsystem für die erfindungsgemäße Trennanlage stellt sich auch auf eine Abnahme des Trennwirkungs_;rades jeder Stufe ein. Sine solche Abnahme kann beispielsweise aufgrund eines Lecks in einer Membran auftreten,
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wenn sich, dadurcli Sinlaßgas mit dem Produktgas in einer der Trennstufen mischt, Tritt ein leck in einer der Zwischenstufen auf, so kann die Reinheitsabnähme des Einlasses in die nächste Stufe unter Umständen eine Reinheitsabnahme. des Produktgases der letzten Stufe nach sich ziehen» Das automatische Regelsystem wird in diesem Pail die Kreislaufrate erhöhen, um so die Prödulrfceinheit wieder auf den gewünschten Y/ert zu bringen und, fa/ls notwendige Folge hiervon, die Konzentration der höher durchlässigen Komponente im Kreislauf erniedrigen« Die Abnahme der Reinheit des Kreislaufs zieht eine Konzentrationsabnahme der höher durchlässigen Komponente (Komponente der höheren Durchgangsgeschwindigkeit) im Kreislauf der ersten Stufe nach sich umführt auch zu einer Konzentrationsabnahme der leichteren höher Komponente im Ausfluß. Um das Auslaßgas jeweils auf die gewünschte Zusammensetzung zu bringen, bewirkt die dargestellte automatische Regeleinrichtung eine Änderung der Spüigas:uenge.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Regeltechnik und Regeleinrichtung gemäß der Erfindung ist die Einsparung von Trennstufen bei einem mehrstufigen Trennverfahren für ein bestimmtes Gasgemisch gegenüber bekannten Verfahren. Die Verminderung der Stufenanzahl resultiert zum Teil aus den ersten Zerlegungüstufen und den diesen angeschlossenen jeweils mit hohem Wirkungsgrad arbeitenden Aureiche-
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rungsstufen und zum Teil daher, daß mit Kreislaufströmen gearbeitet wird, deren Anteil an leichterer Komponente größer ist als der des der zugehörigen Stufe zugeleiteten Einlasses. Die -kreislaufströme machen normalerweise nur einen kleinen oder mittleren Anteil der gesamten einer Stufe zugeleiteten EinlaiBmenge aus. Sa^ aber die Konzentration der leichteren Komponente im Kreislauf der ersten Stufen zwei- bis zehnmal größer als die Konzentration des Einlauf$ mit dem dieser gemischt wird, ist, hat das Gemisch eine signifikant höhere -^einheit und geht daher schneller durch die Schläuche durcho Ss ergibt sich ein Produkt erhöhter Reinheit. In ähnlicher Weise kann der Kreislauf der letzten Stufen nur die Hälfte bis l/lO der Konzentration der weniger durchlässigen Komponente aufweisen und kann sich aus einem kleinen Anteil zum wesentlichen Anteil anreichern. Auch dies ergibt einen schnelleren Durchgang und ein signifikant reineres Produkt,
Sin weiterer Vorteil der Regeleinrichtung und Regelte chnik gemäß der Erfindung gegenüber dem bekannten ist die Einsparung an erforderlicher Membranfläche in allen Stufen, um eine bestimmte Produktmenge vorgegebener Reinheit au erzielen. Das Arbeiten mit Kreislaufmengen, die reiner sind als die ^engen, mit denen sie gemischt werden, führt au einer Steigerung der ■"■usnütüiunt; der vorhandenen luembra c hen.
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Ein v/eiterer "Vorteil ist die Einsparung an Einrichxungs- und jJetriebs!:oste-n aufgrund der Irl-aineren Anzahl erforderlicher Stufen und der verkleinerten liembranfläche je otufe. Der-Betrieb mit der erfindungsgenrLü ,n -.--egelung bev/irl't, da^ ioid arungen uer in der ersten Stufe auftretenuen Durchläßnenge Minderungen in der Zusammensetzung des Einl&.3ge:uisches ziemlich proportional sind, und daü erforderliche Änderungen an der i-ienbranflLiche dann in einer der nachfolgenden Stufen vorgenommen v/erden können, wo das Hinzufügen oder Wegnehmen einer einzigen Trennvorrichtung einen relativ großen Effekt auf die Kapazität der Anlage ausübt.
Der Betrieb jedes der vielen möglichen Permeations-Trennverfahren und Trennanlagen gemäß der Erfindung mit schlauchseitigem Einlaß in der ersten otufe oder der Zerlegungsstufe hat den unerwarteten "Vorteil des großen Wirksamkeitsunterschieds der erreichbaren Trennung. Die größere Wirksamkeit rührt von der verbesserten Berührung zwischen den SinlaS und den Membranflächen her, die man bei schlauchseitigem Einlaß erhält, und durch die günstigeren Partialdruckunterschiede aufgrund der verbesserten Austauschberuhrung, niedrigem Durchgangsdruck, Segenstrom und "Verwendung von Spülgas. Der sich hierdurch ergebende praktische Nutzen ist bei jeder gegebenen Produktionshöhe die bedeutende Abnahme der erforderlichen Hembranflache.
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Der Betrieb des "Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung mit mantelseitigem Einlaß in den letzten oder den Anreicherungsstufen ohne Spülgasstrom hat den unerwarteten Vorteil und die unerwartete Wirkung·, da3 eine Verkleinerung der Durchlaßraten und eine Abnahme der ^einheit des Durchlaß1 aufgrund von Störungen und Beschädigungen an Schläuchen stark vermindert oder ganz ausgeschaltet sind. Der Grund für diese nicht zu erwartende Wirkung, ist im folgenden erläutert.
Bei schlauciiseitigem Einlaß füllt sich ein verstopfter Schlauch mit Gas entweder aus dem Einlaßgemisch oder dem Ausflußgemisch. Während nun in diesen Gas die Konzentration der höher durchlässigen bzv;. leichteren Komponente durch Diffusion uinkt, steigt die Konzentration der weniger durchlässigen Komponente an, wobei betrclcntliche Liengen durchgehen, um die Konzentration der weniger durchlässigen Komponente zu erniedrigen. Dies führt zu einer Abnahme der Reinheit des Durchlasses und zu einer Abnahme des durchgelassenen Volumens aufgrund des verstopften Schläuche. Bei mantelseitigem Einlaß und bei Gegenstrombetrieb ist ein in der Nähe seines Einlasses verstopfter Schlauch praktisch auf beiden Enden verschlossen, da durch den Gegenstrombetrieb das durchgelassene Plud nur am Einlaßende in die Vorrichtung abgezogen wird. Ein Schlauch, der jedoch in der !Tähe der Ausla^seite, an der der Ausfluß aus der Vorrich-
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tung abgezogen wird, verstopft ist, verhält sich dagegen nicht sehr viel anders als die nicht verstopften Schläuche„ Die Wirkung eines verstopften Schlauches bei mantelseitigem Einlaß der zu trennenden Mischung äußert sich daher nur in einer geringen Abnahme des Durchflußproduktes ohne signifikante Ab^nahme der Konzentration·.
Bei schlauchseitigeiü Einlaß bewirkt eine Abnahme der Strömung aufgrund teilweiser Verstopfungen eine Vergrößerung der Berührungszeit zwischen dem EinlaSgas und Trennflächen und damit eine Zunahme des Durchflußanteils und eine Abnahme der -Reinheit des Durchflusses. Die Auswirkung der Strömungsbehinderung auf die Durchlaßmenge hängt vorn Ort der Strömungsbehinderung ab. Erfolgt diese in der ITähe des Auslasses des Ausfluß1 aus der Vorrichtung, so steig/t der mittlere Druck in den teilweise verstopften Schläuchen an, ohne daß dabei das Durchflußvolumen stark erhöht wird. Statt dessen nimmt die Konzentration des Durchflußstroms aufgrund der längeren Berührungszeit wegen der niedrigeren Strömungsgeschwindigkeit durch die Schläuche stark ab.
Bei mantelseitigem Einlaß haben verstopfte Schläuche auf die ^urchflußreinheit oder das Durchflu-idvolumon nur eine kleine Wirkung, da sie den Druck oder die Strömungsgeschwindigkeit des Durchflusses mit niedrigem Druck und niedriger Dichte kaum beeinflussen.
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Schläuche mit kleinerem Durchmesser als dera durchschnittlichen Durchmesser zeitigen im wesentlichen die gleichen folgen wie teilweise zugesetzte Schläuche, nämlich Abnahme der Burchflußreinheit und des Volumens bei schlauchseitigeia Einlaß, aber nicht bei mantelseitigem Einlaß.
Bei schlaucheeitigem Einlaß ist ein gebrochener oder abgetrennter Schlauch besonders nachteilig, da hierdurch das Volumen des Durchlaß stark zunimmt und dessen Reinheit abnimmt. Sowohl der Einlaß als auch der Ausfluß stehen unter höhereiüi Druck als der Durchfluß, so daß beide durch die offenen Enden des gebrochenen Schlauches relativ große Hennen Einlaßνοlumen oder Ausflupgasmengen in den Durchflußraum strömen, bereits wenige Schläuche je 1000 Schläuche senken daher die Reinheit des Durchflußschon stark ab und erhöhen dessen Volumen,, Bei mantelsei-.igem Einlaß wird das eine Ende des gebrochenen Schlauches gar nicht verwendet, während die durch das andere Ende strömende IJenge aufgrund des Druckabfalles in dem Schlauch stück zwischen der bruchstelle und dem Durchflu!;)aut3lai3 reduziert ist. Der Vorteil des mantelseitigen Einlasses ist daher die Abnahme der in den Durchflußraum eintretenden EinlaiBmengc; um mehr als die Hälfte.
Ein weiteren· unerwarteter Vorteil des* mantelseiti;-;en
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* Bei sehlauchseitigem Einlaß erlauben überdurchschnittlich große Schläuche eine schnellere Strömung des Einlaß1, führen zu einer Verkleinerung der Berührungszeit und damit zu einer Abnahme der Durehflußfraktion, ferner zu einer Steigerung der Durchflußreinheit und der Konzentration der höher durchlässigen. Komponente im Ausflu'ß. Ferner bewirken bei mantelseitigem Einlaß größere Rohre als normal eine größere Austauschfläche als normal und damit eine Vergrößerung des Durchflußvolumens und eine leichte Zunahme der Konzentration des Durchflusses aufgrund des erhöhten Partialdruckunterschiedes wegen des niedrigeren Durchlaßdrucks.
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Sl
Einlasses in den Anreicherungsstufen ist die verminderte Gefahr von Schlauchbrüchen bei erhöhtem Druck, weshalb weniger hohe Anforderungen an die Druckregelung gestellt werden müssen und man eine größere Freiheit bei der Änderung des Betriebsdruckes zum Ausgleich des Auslasses aufeinanderfolgender Stufe bei einem mehrstufigen Verfahren hat« Bei schlauchseitigem Einlaß in den Anreicherungsstufen ist die Schlauchwandstärke, mit der bei bestimmtem Druck eine optimal hohe Produktivität und Y/irksamjz&eit der Trennung ermöglicht ist, hüufig so klein, daß nur ein kleiner Sicherheitsspielraum zwischen dem Betriebsdruck und dem G-renzdruck, bei we^lchem ein kleiner Anteil der Schläuche bereits platzt, gegeben ist. Trennstufen mit sclilauchseitigem Einlaß nüssen daher innerhalb eines kleinen Druckbereiches zur gefahrlosen Ausnutzung ihrer Ivlenbranflache, ohne daß Schläuche platzen, betrieben werden. Auf der anderen Seite kann bei mantelseitigcm Einlaß der Druck erheblich höher sein, bevor die Gefahr des Zusammendrückens der Schläuche besteht ο Die in einer Stufe erreichbare Durchlaßüienge läßt sich dann durch Veränderung des Betriebsdrucks bequem verändern und so einstellen, da.3 sich geraue die !-enje ergibt, die von den folgenden Stufen aufgenommen werden kann. Die hierdurch erhöhte Freizügigkeit in der Verfahrensführung führt zu einer starken Reduzierung der Anlagengrüße und macht eine einfachere Regelung möglich.
Zur Verdeutlichung sei angeführt, daß bei einer vierstufigen Anlage gem. Fig. 9» die sur Gewinnung von 99,99
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$igem Helium aus Erdgas mit weniger als 1 ^ Helium bei schlauchseitigem Einlaß in die ersten beiden Stufen und mantelseitigem Einlaß in die beiden letzten Stufen die Rechnungen ergeben, daß ohne die vorteilhafte erfindungsge:üä3e Ausgestaltung des Verfahrens und der Anlage wenigstens eine weitere Stufe, v/eitere wirksame Llernbranfläehe und mehr Energie zur Verdichtung des Gases erforderlich wären. Bei schlauchseitigem Einlaß in allen Stufen wäre eine weitere erste Anreicherungsstufe und eine geringe Erhöhung der wirksamen Membranfläche, aber auch ein stark erhöhter Energieverbrauch zur Verdichtung der Gase erforderlich. Auch bei mantelseitigem Einlaß in alle Stufen würde eine v/eitere letzte Stufe erforderlich sein, bei gleichzeitiger starter Zunahme der erforderlichen wirksamen Membranfläche und einer geringeren Zunahme der erforderlichen Energie für die Verdichtung der Gase,,
Der schlauchseitige Einlaß ist in den ersten Stufen im mer dann vorzuziehen, wenn das Einlaßgas einen Gehalt von weniger als 25 ?<>■ der höhar durchlässigen Komponente hat und ist unbedingt dann vorzuziehen, wenn der Gehalt kleiner als 5 lß> ist. Der mantelseiti;;e Einlaß bei den letzten Trennstufen ist dann vorzuziehen, wenn der Einlaßgarsstrom mehr als 80 c/i der höher durchlässigen bzw. leichteren Komponente enthält und ;;ollte unbedingt angewandt werden, wenn dieser Anteil höher als 95 7« ist.
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SI
Bei der vorangegangenen Erläuterung von mehrstufigen Anlagen gemäß der Erfindung wurde ausgeführt, da3 jede Permeations-Trennstufe mehrere parallel geschaltete Trennvorrichtungen aufweisen kann. Zur Erläuterung einer Stufe mit ' mehreren Trennvorrichtungen gemäß der Erfindung dient die Anlage gemäß der Fig. 9a. Diese Anlage ist für die erste Stufe einer Heliumtrennanlage gem. fig« 8 repräsentativ. Das Einlaßgemisch gelangt über die Leitung 620, das Druckregelventil 605, in eine leitung 621, von der aus es sich aufteilt und durch die Leitungen 636, 644 und 651 durch die Hegelventile 637, 645 und 652 und die leitungen 638, und 653 in die Schläuche der Permeations-Trennvorrichtungen A, 3 und C eintritt ο Der Ausfluß hieraus gelargb über die Leitungen 639, 647 und 654» die Hegelventile 602a, 602b und 602c, die Ventile 641, 649 und 656 und die leitungen 642, 650 und 657 zusammen in die leitung 643 zum Druckregelventil 606, wonach er abgelassen und im Kreislauf geführt werden kann. Ein Teil dea Einlaßgemischeo in Leitung o21 wird über die Leitung 622 durch di.a Ventil 607 und die Leitung 623 abgeteilt und über die Leitungen 624, 62a und o..'2, die Ventile 625, 62Q und 633, die Leitungen 626, 630 und 634, die Ventile 601a, 601b und 601c sowie die Leitungen 627, 631 und 635 mantelseitlg in die Trennvorriehtunf;en A, x> und C als Spülgas eingeleitet. Die Spülgasmongen und die Durchlaßmengen werden aus den Mänteln der Trennvorriehtungen A, 3 und 0 über leitungen 656, 661 und 663, die
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Ventile 659, 662 und 664 in die leitung 660 als Durchlaßprodukt abgezogen. Die DruckabfallmeSeinriehtung 609 bestimmt jeweils den Druckabfall zwischen-SinlaS und Ausfluß jeder Trennvorrichtung über die leitungen 670, 659» 663, 672, 674 und die Ventile 673, 674 und 667o Die Druckabfallme !.',einrichtung* 603 bestimmt dagegen den Druckabfall über die ganze dargestellte Trennstufeo Der Druck des iiinla!3f und des Ausfluß verden durch die Druckregelventile 605 und COo geregelt, ^ur "Verdeutlichung der Größenänderung bei der Trennung' in Trennvorricktungen gleicher Type und 3rö3e lassen sich folgende Angaben machen:
Trennvorrichtung A Optimal zustand, alle Schläuche hinsichtlich Grö:3e und ^'orm identisch, leckfrei und nicht verengt. Bei vorgegecene:a Betriebsdruck und vorgegebener Konzentration des Sinlaßgases erreicht deren i'renmvirkung ihren optimalen Y/ert»
Trennvorrichtung B gerade noch annehmbare Qualität, Schläuche
können Untergrö.r3e, unterschiedliche u-röße und/oder Form aufweisen, können verstopft oder verengt sein unö locks aufweisen. Wird diese Srennvorrichtunc unter den gleichen Bedingungen wie die Trennvorrichtung A betrieben, ergibt sich eine verkleinert
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!Durchsatzleistung und eine niedrige Konzentration des Durchlasses und des Ausflusses.
Trennvorrichtung G kurze Schläuche und/oder übergroße ScLläu-
che führen zu einer großen Leistung nit hohen Konzentrationen im Durchlaß und im Ausfluß ο Die Wiedergewinnung von Durchla3-gas ist niedrig.
Beim Betrieb einer Trennanlage ist es günstig, die Konzentration von Durchlaß und Ausfluß konstant auf ei nein praktischen Wert zu halten. Ferner ist es zur Erleichterung der Hinstellung der wirksamen ^embranfläclie durch Wegnehmen oder Hinzufügen von Trenneir.richtungen zu oder von einer Tremistufe sehr erwünscht, da:3 jede einzelne Trennvorrichtung die gleiche Gasleistung und Trennwirkung hat. Diese Bedingungen lassen sich durch einstellung der Ventile zur Erzielung der ge-ν/αη seilten Konzentration so einstellen, nachdem man die 3pülstromventile GOIa, 60Ib und 601c bei der Inbetriebnahme zunächst -janz geschlossen und die Ausfluiv«ntile 602a, 5ü.::b und 6C£c ganz geöffnet hatte, öffnet man ein Ausfluiregelventil, beispielsweise das mit der Bezeichnung 602a, so steigt die leistung der Trennvorrichtung an und die Konzentrationen von Durchlaß und Ausfluß nehmen zu. Durch Öffnen des Hegel-
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veritils für die Spülmenge, beispielsweise des Hegelventils 601a, wird die Kapazität nicht verändert. 3s nimmt jedoch die Konzentration des Ausfluß1 bei nur geringer Veränderung der Konzentration des Durchlaßstroms stark zu. Ist eine Trennvorrichtung so eingestellt worden, daß sie die gleiche Grasleistung und Trennwirkung wie die anderen aufweist, dann ist der Druckabfall an ihr, wie er von der Neueinrichtung 609 gemessen wird, ein Ilaü für die Leistung der entsprechenden . Trennvorrichtung. Ist an den Ventilen einer bestimmten Trennvorrichtung das Spülstronregelventil, beispielsweise das Ventil 601a, völlig geschlossen und das Ausflu^regelventil, beispielsweise das Ventil 602a, völlig geöffnet, lassen sich weitere Einstellungen nicht bewirken; in diesem Fall sollte diese Trennvorrichtung aus dem Betrieb gesogen v/erden.
Bine bevorzugte Hinrichtung zur Herstellung der Permeabilitäts-Trennvorrichtungen gemäß der Erfindung ist in den Figuren 10 oifj 20 dargestellt.
Die Schläuche e-
einzeln &.der als Strang zu mehreren zusammen flame η ./erden auf .Spulen ^Aufgewickelt angeliefert. Diese Spulen können vorteilhafterweise in einer aui1 Hadern 13 verfahrbaren Rahmenkonstruktion 700 aus senkrechten Trägarn 701 und waagerechten Trägern 702 drehbar angeordnet werden und über entsprechende Führungselemente Ii auf eine Wickelvorrichtung 800 abgezogen und zu 3chiauchbündeln aufgewickelt v/erden. Die Wickelvorrichtung wtdst in einem senkrechten Ständer 704 mit Grundplatte 702 eine waagerecht gelagerte Welle 705 auf,
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auf deren einen Ende die über einen endlosen iiiemen 707 antreibbare 1^i eiae η scheibe 706 und auf deren anderen !,ride eine Scheibe 708 :.iit Radialaruen 700 sitst, auf deren achswarallcle Arme 710 die Schlauchbündel in die Ausschnitte 711 gewickelt v/erden.
Ist ein entsprechendes bündel 110 gewickelt, und dieses von der Wickelvorrichtung 800 abgenommen, so v;ird es r.it zwei Haken 720 an diametral gegenüberliegenden Stellen gefaxt und zu einen flachen bündel, siehe Pig. 11, gelebt. Vührenü das Bündel 110 in dieser Form unter ^pannung durch die Haken 720 gehalten ist, wird eine poröse und flexible Hülle 112, vorzugsweise, wie oben angegeben, rundgestrickt, über das Schlauchbündel in Längsrichtung; gestreift. Wie ebenfalls bereits erwähnt, wird eine derartige Hülle 112 verwendet, die Dich unter einer in Längsrichtung wirkenden Zugkraft in Querrichtung; zusammenzieht und ihren Umfang verkleinert. Die "üllo 112 kann, nachdem sie akkordeonähnlich auf eiue rohrförmig Hülse U 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 dieue Weise das Schlauchü indel fent und om:; zuuaumen, so daß on ein,; hohe Packun;Tdichto aufweist. Wie ebenfalls bereits erwähnt, lot die flexible und poröse Hülle durch geeignete Material- und Koustruktionswahl
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ausreic2iend fest und abriebbeständig ausgebildet, um nicht nur eine liou^re: sionskraft auf das ^üridel aufbringen zu können, sondern dieses auch während des Zusammenbaus der Trennvo. richtung und deren Betrieb gegen Beschädigungen wirksam zu schützen.
Hehrere solcher umhüllter Schlauchbündel werden als nächste::: am einen iaide parallel und vertikal zueinander mittels eines ringförmigen Hin s ode.· einer ?lat-to 721, in die die -ifia[:e]] 720 eingehängt werden, zu einem grölen bündel zusammengefu3t, siehe Flg. 15» Die Platte 721 ist in geeigneter Weise au/gehängt, beispielsweise an einer vertikalen Kette 722, die sie- durch aas Innere des I-Iantelrohrs 101 erstreckt, sie-.e i1!.;·"· 14-. Die so aufgehängten umhüllten Schlauchbändel werdoπ oann, wie in den ?ig. 14 und 15 dargestellt, durch eine oder Mehrere 'größere flexible und durchläasige äußere' Umhüllungen 11.5 ü:.,,;e;,en, wie dies fr;r die einzelnen bündel ij:i Zusamnenhrr.n ; xA.z iig. 12 erläutert ist. Die oder jede äußere ;roiie "Jruh'illun;: wird dann ebenfalls in Längsrichtung gezogen, um die ei.iaolnen öchlauchoündel in Querrichtung zu verdichten, so daf? das gesamte ^ündel dann in das Mantelrohr 101 mittels der i^ette 725 eingezogen v/erden kann. Die von den Hüllen bewirkte Cuerkompression reicht aus, um das gesamte ^ü'ridel c-ng,-;o aclct in --en Hantel einzubringen und dessen Inneres durch die eng--ooackten .Jchläuche ganz aus:;u Γαΐΐκη, ohne daß beim i£Ln-
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bringen irgendeiner der Schläuche eingedrückt oder verletzt wird, was aufgrund ihrer kleinen Größe durchaus möglich wäre, weil sie ja sehr zerbreclilich und bei der Verarbeitung leicht, beschädigbar sind. Es wäre andererseits unmöglich, die gleiche Anzahl Schläuche zu einen einzigen bündel zusammenzufassen und ihm die erforderliche dichte Packung in eine:.! Mantel zu verleihen, wenn man lediglich vom Außenumfang her eine Querkompressionskraft auf das ""'und el ausübte. Hierbei würde mit Sicherheit mindestens die äußere Schlauchlage eingedrückt und- oder verletzt werden. Andere 'Vorteile, die das Zusammenfassen der Schläuche in einzelne Schlauchbündel mit sich bringt, die jeweils porös umhüllt sind und andere iiüllenkonstrulctionen &iö4, sind weiter vorn erläutert v/crdeii.
ITachdem das eine große zusammengesetzte und umhüllte Schlauchbündel in das I.Iantelrohr 101 eingebracht ist, wird eine &u!.:form 905b auf die Stirnseiten des Hantelrohrs, siehe Fig» 16, aufgeschraubt. Es kann zweckmäßig sein, vorher noch eine ringförmige; nachgiebige Dichtung K sus geeignetem L'aterial, beispielsweise Gummi oder ITeopren, in den konischen Abschnitt des Mantels einzubringen» Die Guß for πι 905b wird flüssigküitsdicht ge.o-en Oen Flansch 102 des Mantels 101 mi.t
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ihrem Flansch 907 durch Schrauben^verbunden. Der Gußformrauu LIC urngiDt die Endabschnitte der Schlauchgruppen, die aen Endabschnitt des gesamten Bündels bilden, siehe Fig. 16. Das flüssige Suimmaterial läßt sich in die Guiform 905b über den Einlaß 903a einbringen.
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Während der Drehung des Ll'antelrohrs 101 :;dt der anjeschraubten Gußform 905b in der Weise, daß die Fliehkräfte in dichtung des Pfeils OJ1 in -?ig. 1*5 wirken, wird ein erhärtender OJießwerkstoff, beispielsweise eine ^poi-iyharaini-SChUn43 oder ein anderes Ilatarial, wie es bereits vorn angegeben ist, in den Hohlr-auu der Form, die die Hndabschnitte der einzelnen Schlauchbündel umgreift und am konischen Abschnitt des !.lanteIrohrs anliegt, eingeleitet. Durch die Fliehkräfte wird verhindert, daß der Gießwerkstoff entlang den Schläuchen in das Innere des I.Iantelrohres hociiLriecht und bewirkt, daß es eine platte innere gekrümmte Oberfläche SF bildet, die zusammenhängend, eben und in dichtung der Schläuche frei von scharfen Ϋorsprangen oder dgl. ist. Aufgrund der Zentrifugalkräfte stellt sich auch die konkav zylindrische Form der Oberfläche SF ein, wie sie in den Figo 1 und 16 dargestellt ist. Während der Mantel weitergedreht wird, läßt man das üiei3material zu einem flüssigkeitsdichten Gußkörper bzw. Schlauchboden 950, der die Schläuche eng umgibt, und auch an Mantel flüssigkeitsdicht anliegt, erhärten oder erstarren. In I1Ig. 14 ist der so gebildete Gußkörper mit abgenommener Gußform dargestellt. Als nächstes sind der ilndabschnitt des ^ußkörpers und die Schlaufenenden der Schlauchbündel abzutrennen» Hierau v/ird der ^ußkö'rper entlang der Linie CL, siehe Fig. 17, durchgeschnitten. Dadurch werden leichzeitig auch die Einlaßöffnungen in den eingebetteten Schläuchen gebildet. Aln gunrrti-; nat π ich erwie-
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sen, zunächst den Gußkörper 950 durchzusägen und anschließend mit einem rasiermesserscharfen Instrument durch weiteres Abtragen von der Stirnfläche des Schlauchbodens die Schläuche zu öffnen. Als letztes wird auf diese ^eite des Henteis der äußere Abflußdeckel 103 aufgesetzt, siehe Pig· 1· In gleicher Weise wird anschließend die andere Seite der Trennvorrichtung ausgebildet»
Sine abgewandelte Herstellungsweise für den angegossenen Schlauchboden sieht im Gegensatz zur zuvor beschriebenen vor, daß außer dem Gußrnaterial gleichzeitig eine mit diesem nicht vermischbare Flüssigkeit höherer dichte in die Gotßforu während des Schleuderns eingeleitet wird. Unter der Wirkung der Fliehkraft setzt sich die spezifisch dichtere bzw. schwerere Flüssigkeit zwischen der -"-ußenwand der Gießform und dem erhärtenden flüssigen Gießwerkstoff ab. Es wird soviel schwere Siisatsflüssigkeit zugegehen, da.; sich bei der Erhärtung des Gießwer^stoifs und nach Abuug der schwereren Zusatzflüssigkeit ein angegossener Schlauchboden gebildet hat, wie er in -^ig. 18 dargestellt ist, aus dem die Üchlaufenenden der Schlauchbündel frei hervorstehen. Anschließend braucht dann nur noch das -^nde des ganzen Schlauchbündels entlang der Linie 0Lf, siehe Fig. 18, abgetrennt und dio Enden der im Schlauchboden eingebetteten und über diesen hervorstehenden Schläuche geöffnet su worden. Jeim Schleudern wird zweckmäßig zunächst der erhärtende Grießwerkstoff und danach erst die nicht mit dieser: vermischende
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in die Form eingebracht.
dichtere bzw. schwerere Flüsigkeit ./hierdurch entstellt ein jb'3i'::u,^ auf den 2nd a ο schnitt en der Schläuche aus dem erhärtenden j-u 13'werk Gto ff, der trot;: der Zu/jabe der sich nicht vermischenden Flüssigkeit bleibt und alo dünne Schicht auf den Jchl-iuchtjn aushärtet, wac· das spätere Trennen und öffnen der Landen erleichtert.
Als nicht vernischende -^"lusoigkeiten lassen sich mehrere
IIa.tcria.li -m verwenden, vorausgesetzt, da sie dichter als der
Gußerhärtende/jerkstoff sind, mit den Schläuchen und dem --niiBwerkotofx Izeine Reaktion ein^^hen und wieder absieiibar sind. Die Zuo^t^flU^si^koit kann auch aeit'/eili^ hiirihdr sein, beispielsweise durch A-iagelieren, Polyiiierisieren oder d^l., wenn es nur anso'ili-. -3üi3 durch Erhitzen, Dcpolyaierisieren, Lösen oder d.rl. olaie aei: erstarrten Schlauchboder: anzugreifen, wieder entferni:ar i_t. In Yuvoj.i'i.'iunj .:iit oinijeii er'iärten .en haterialien ist Y/o. .;■;.:■- eine ζ--:ι-:-ο^:λ:.:.λ1^ο nic^.-o j..dsehen<ie ^'lü-si^keit., die notial-:j ..α:, A.;ar, Gelantine, Polyvinylr.l'-cohol oder einem der :"jynthoti oCiiei. oder natürlichen ^unmis verdickt oder ^elatinie:'"C -.v^rdon kann. Ds lassen sich auch Paraffinwachse mit niedri efl o'jhnolrj^unkt und zu Fetten eingedickte Kohlenwasserstofföle ν er v/en den. besonders vorteilhafte iiicht vermischende S1IUssi^.^yi;e;: in 7örbindung iait Spoxyharzen als erhärtenden G-uS-y;orks"coffen yind haloyenlerte Flüssigkeiten, wie beispielsweise die vor aer Minnesota Hinin,.; und Ivlanufacturing Company unter der Handelsbo^eichnun ■; "ICeI-F" vertriebene] Fluomcaro-onöle. Diese· Öle hij.e > β'. nr*. ausreichend höliore dichte als iip
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und bilden daher eine schärfere brennfläche bei mäßigen Zentrifugalkraften
Unter gewissen Umständen kann die Herstellung der Permeations-3-astrennvorricritungen gemäß der Erfindung einen zusätzlichen Herstellungsschritt erforderlich machen, nämlich das Abdichten von Lecks aufgrund gebrochener Schläuche oder Lecks im angegossenen Schlauchboden. Ein vorteilhaftes Verfahren zum Abdichten von Lecks umfaßt folgende Schritte:
1. Verbringen der Vorrichtung in eine solche lage, in der eine ?lüs.gijkeit auf der Überfläche des einen angegossenen ochlaxioHbodens 950 bleibt; Abdecken der offenen Enden der im Schlauchboden eingebetteten und über diesen hinausstehenden Schläucheo
2. Anlegen eines 'Überdrucks an die oberen und unteren Schlauchenden und eines Unterdrucks an den pLohrmantel . 101 und die Außenseite der Schläuche, wobei eine Druckdifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Schlauchende so aufrechtzuhalten ist, daS das Gas nach oben durch die leckfreien Schläuche strömt, ,jedoch nach unten durch die Schläuche, die ein Leck aufweisen, und nach unten durch die Leckstellen im Schlauchboden oder zwischen den Schläuchen und den sie umgebenden Teil dea Schlauchbodens..
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3- Gleichzeitig rait Schritt 2 Überschichten der offenen Schlauchenden mit einer erhärtenden Flüssigkeit, so daß der oben auf die Schläuche v/irkende 'Druck die härtbare Flüssigkeit in die leckbehafteten Schläuche und die Lecke im Schlauchboden drückt, und daß das von unten mit erhöhtem Druck auf die Schläuche wirkende Gas verhindert, da:' die härtbare flüssigkeit von oben in die leckfreien Schläuche eintritt.
4. Entfernen des Überschusses an erhärtender Flüssigkeit oberhalb der Schlauchenden.
5« Aus- bzw. erhärten der erhärtenden Flüssigkeit in den oberen Endabschnitten der leckbehafteten Schläuche und in den Lecks im Schlauchboden.
6. 7/iederholun>j; der oben angeführten Schritte zum Abdichten von lec'.s an der anderen Stirnseite des Schlauchbündels.
Die Druckdifferenzen zwischen den beiden Enden des Rohrbündels, bei der einerseits das Sindringen der erhärtenden Flüssigkeit in die leckfreien Schläuche verhindert ist, aber andererseits nicht so starke ^lasen entstehen, daß das Eindringen der härtbaren flüssigkeit von oben in die leckbehafteten Schläuche verhindert ist, müssen sorgfältig bestimmt werden. Auch muii die Größe der Druckdifferenz
*laasen
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zwischen dem oberen Schlauchbündelende und deren Außenseite bzw. dem Mantelraum, welche die Druckdifferenz zwischen den beiden Enden des Schlauchbündels Überwindet und auch die Abdichtung der kleinsten Lecks an den Schläuchen zuläßt, genau ermittelt werden.
Insgesamt ist die hier vorgeschlagene Abdichtungsmethode jedoch eine sehr praktische und einfache i.Iethode, um aushärtbares 'Dichtungsmaterial in die Leckstellen im Schlauchboden und den Schläuchen einzuführen und gleichzeitig das Eindringen des Dichtungswerkstoffs in die leckfreien Schläuche dadurch zu verhindern, da"3 uan einen sorgfältig kontrollierten Gasstrom durch die Schläuche und Leckstellen einstellt» LIit dieser Methode lassen sioh praktisch alle Leckstellen abdichten, und zwar ohne daß C-Leichzeitig eine größere Anzahl leckfreier Schläuche
abgedichtete
mit abgedichtet wird.Die/Permeations-Trennvorrichtung arbeitet daher wirkungsvoller, ohne daß gleichzeitig dessen Durchsatzleii;tung stark vermindert ist. Di^ Abdichtmethode wird an der Trennvo''richtung in eingebautem Zustand des Schlauchbündels durchgeführt, so daß die leicht beschi'.digbaren Schläuche durch den Mantel geschützb sind unn nicht weiterverarbeitet werden mii,;sen. Auch lassen sich so Trenn vorrichtungen mit erhöhter Lebensdauer herstellen, indem man sie freiwillig einem höheren Druck als dem vorgesehenen Betriebsdruck ausseist, die Lecks abdichtet und sie dann bei dem niedrigeren geplanten Betriebsdruck betreibt.
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In den Figo 19 und 20 ist eine weitere vorteilhafte Vorrichtung zum Herstellen der angegossenen Schlauchböden der erfindungsgemOen Permeations-Trennvorrichtungen dargestellte
I1Xg. 19 stellt eine auf einer Schleudervorrichtung montierte Trennvorrichtung gemäß Fig. 1 dar, die zum Gießen eines Schlauchbodens 950 vorbereitet ist. Die abnehmbaren GuSformen 905a und 905b sind mit den Flanschen 102 des llantelrohrs 101 mittels ihrer Flanschen 907 und Schrauben 906 flüssigkeitsdicht befestigt. Die 'üinlaSanschlüsse 903a und QOiBo, -durcli die der erhärtende Gu:;!werk::toff in die Form 905a und 905b eingelassen wird, befinden sich in der ITähe aes äußeren Kindes der Grußformen, können jedoch auch an anderer Stelle in diese einmünden.
Die Schleudervorrichtung weist einen rohrförmigen Stünder 909, -eine nicht dargestellte Drehachse, eine Antriebsriemenscheibe 9H> einen Hiernen 912, einen IvIo- *or 913, einen Ständerfuß 914, ein Fundament 915» eine Kleii-ieinrichtung 916 sowie weitere Seile zur Halterung und Drehtfung der Trennvorrichtung auf.
Ferner weist die Schleudervorrichtung eine Jüinlaßeinriehtung für erhärtende Gu.-iwerkstofi'e in die Gußfor-
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men 905a und 905b auf.. Diese kann in !Oma einer hydraulischen Gleitringeinrichtung 917 ausgebildet sein, siehe Fig. 19· Sie ist auf der Schleudervorrichtung befestigt und besteht aus einer dicken Platte, in die von oben mehrere konzentrische Rillen 918a,b trägt, in welche der aushärtende oder erstarrende Gußwerkstoff eingelassen und über Rohre 919a, b in die Gußform 905a und 905b abgezogen v/erden kann»
Die hydraulische Gieitrinpjeinrichtung 917 kann zwei, vier oder mehrere· Rillen 918a, Ό.... für die Zufuhr des Grießwerkstoffs aufweisen, Uu deren Einleitung in die Gu ßfornen 905a und 905b an einem oder mehreren Niveaus zu ermöglichen. Die Pillen 913a, b.... sind zum Auslas hin zweck mäßig etwa exzentrisch ausgebildet, uiii 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 Guiiflüssigkeit 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, bo.<,, in abgemessenen !,!engen durch die
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Rohre 922a, tu... in die Rillen 198a usw. einbringen. Die hydraulische ^leitringeinrichtung und ihre ihr zugeordneten Teile bewirken während der Drehung der Schleu*« dervorrichtung eine gute und wirksame Einleitung des Gußwerkstoffs in die Gußformen 905a und 905b.
Vor dem Angießen eines Schlauchbodens mit der Schleu? dervorrichtung gemäß Pig. 19 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 v/erden, ausbalanciert v/erden. ilach. dem statischen Ausbalancieren wird die Trennvorrichtung auf die Schleudervorrichtung aufgesetzt und festgeklammert» Dann erst werden die hydraulische Gleitringeinrichtung und die Zufuhrleitungen 919a, b»..e zwischen der dieken Platte (dem Rin^k^öpBr)und den einzelnen Anschlußstiicken der Gußformen 905a und 905b montiert.
Der Schleudergießvorgang sieht folgende Stufen vor: Anschalten des Motors 913 und Hochlaufenlassen, bis die Zentrifugalkraft in den ^ußformen den gewünschten Wert annimmt. Einfüllen von aushärtenden oder erstarrenden Guüwerkstoff, und, sofern erforderlich, einer nichtvermischenden schweren ZuoatzflÜ83igkeit in die Gußformen über den hydrau-
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lisohen Gleitringkörper und seine Anschlußleitungen„ Der Grießwerkstoff 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 G-ießflüssigkeitszufuhr wird die Schleudervorrichtung, wie bereits angegeben, mit solcher Drehzahl betrieben, daß sich in den GuSformen die gewünschte Zentrifugalkraft ergibt<, Anschließend läßt man noch solange 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
- um das Gußmaterial völlig aushärten zu lassen.
eine Zeitlang ruhen lassen,/Anschlie end ist gegebenenfalls die nicht vermischende Zusatzflüssigkeit abzulao en, 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 aum Freilogen der Strömungswege und Aufschrauben der äußeren Deckel 103, um "' die Sinlaßräume 130 und 130' der Trennvorrichtung einzuschließen. Die Trennvorrichtung ist betriebsbereit, nachdem die übrigen erforderlichen Anschlüsse vorgenommen sind und sie mit einer Gemischquelle und Einrichtungen mim Ab,,ug des abgetrennten Produktes verbunden sind.
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Sine v/eitere Ausfüliruhgsform einer Schleudervorrichtung zum AngieiBen von Schlaucht öde η 950 an die Trennvorrichtung ist in Fig. 20 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 91V aufgesetzt sein, der über flexible Schläuche 919a, b..„. den Schleifringkörper 917 mit den Gußformen 905a und 905b verbindet. Lilt der Achse 924 ist oben noch eine Tragplatte 929 mit angelenkten Dreharmen 92Ga, b=..„ drehfest angebracht. Die Dreharme sind gleichmäßig an Umfang der Platte 929 so verteilt, da.3 jeweils zwei einander diametral gegenüberliegen. An ihnen s_.nd zwei, vier oder mehrere Mantelrohre 101 mittels Bügeln 927a, b.... angelenkt, wobei die -^ügelenden am -"'l an sch 102 des Ilantels 101 und das lüittelteil am Drehzapfen 928 des Dreharms 926 befestigt ist. Solange sich die Schleudereinrichtung nicht dreht, hängen die Trennvorrichtungen senkrecht nach unten, wie dies gestrichelt in ^ig. 20 angedeutet ist. Der Betrieb dieser Vorrichtung gleicht im wesentlichen derjenigen gemäß Pig« 19·
Die lage der Einlasse 908a, siehe Pig. 16, durch die der Gießwerkstoff eingelassen wird, kann ohne weiteres verändert werden. Diese ^inlässe können am -Oden der Gußformen angeordnet sein, so daß der Gießwerkstoff oder die sich nicht mit diese..! vermischende Flüssigkeit fortschreitend
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die Luft aus den äußeren Stellen der .ochlauchbündel zu deren k'itte hin verdrängen; oie können jedoch auch an der Seite der Gußforn vorgesehen sein. Der Einlaß durch den boden ist im allgemeinen immer dann vorzuziehen, wenn mit einer sich nichuvermischenden 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 Gleitwerkstoff der nichtvermischenden flüssigkeit übersehiehtet 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, Blasenoder 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 "^oden der Guß-
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form und den Gießwerkstoff über Einlaßöffnungen 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 miisseno ^erner ist es zweckmäßig, den ^ießwerkstoff 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 Gießwerkstofι zuerst einzubringen wenn er die Schläuche benetzt und nicht ganz wieder von der nientmischenden flüssigkeit in dem gewünschten Bereich verdrängt werden kann. Unter diesen Bedingungen härtet ein dünner Gießwerkstoffilm auf den Schläuchen aus und versteift diese, was das spätere Abtrennen der Schlauchenden und. das Öffnen der Schläuche erheblich erleichtert. Schließlieh laut man den Gießwerkatoff dann zuerst ein, wenn die ni entmischende Flüssigkeit die Schläuche benetzt, weil sich so sehr praktisch sehr feste Abdichtungen ergeben, in denen die Schläuche gleichmäßig über die ganze Fläche verteilt sind. Y/ird die nichtvermischende Zusatzflüssigkeit zuerst zugegeben, so müssen die Schläuche relativ weit auseinander liegen, üamit das Gußmaterial zwischen sie fließt, um eine gleichmäßige Abdichtung zu bilden und nicht in der Nähe des Einlasses zu bleiben und die nichtzumischende ^'lüssig-
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keit in Bereiche zu drücken, die vom Gießwerkstoff ausgefüllt werden sollen. Die Eöhe der zur Ausnützung der "Vorteile, die die Erfindung bringt, erforderlichen Zentrifugalkraft hängt von mehreren Faktoren ata. Wichtig ist.die Größe und Packungsdichte der Schläuche, die "Viskosität und andere Fließeigenschaften des Gießwerkstoffs, die Oberflächenspannung zwischen dem G-ießwerkstoff und den Schläuchen und zwischen dem G-ießwerkstoff 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 2Oöfachen der Urdanziehun^skraft angewendet. Die niedrigsten noch wirksam werdenden Kräfte erhält man bei Beschleunigungen zwischen dem 5 und 25fachen der Erdanzieliungnkraft. Zentrifugalbeschleuni;.;ungen über dem 900fachen der Erdbeschleunigungen sollten jedoch vermieden werden, da sie zu einem Zusammenfallen der dünnwandigen Kunststoffschlauchwände führen können. Die Höhe der Zentrifugalkräfte lai.lt sich leicht durch Drehzahl regelung beeinflussen.
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- Auch:, wenn nur wenige bevorzugte Aus führung 3 f ormen der Erfindung im einzelnen beschrieben und in die Ansprüche aufgenommen wurden, so sind sie doch als erfind-angszugehürig und -wesentlich zu betrachten und sind mit unter Schutz gestellt.
Patentansprüche
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Claims (1)

1. Mehrstufiges Permeations-Trennverfahren zur kontinuierlichen Abtrennung einer Komponente aus einem ITudgemisch unter Ausnutzung der unterschiedlichen Durchgangsgeschwindigkeiteii durch permeable Membranen mit wenigstens zwei hintereinander geschalteten Permeations· Trennvorrichtungen, deren enggepackte Kunststoffschläuche die permeable Membrane bilden und innen durch - und außen in einem sie umschließenden Gehäuse in Längsrichtung umströmbar sind, dadurch gekennzeichnet , daß man das Einlaßfludgemisch unter vorgegebenem Druck in die Schläuche der ersten Stufe einleitet, daß man aus dem Mantelraum der ersten Stufe im Gegenstrom zum Einlaß den von den Schläuchen durchgelassenen Durchlaß abzieht, daß man in den Mantelraum der letzten Stufe im Gegenstrom wenigstens einen Teil des Durchlasses einer vorhergehenden Stufe als Einlaß unter vorgegebenem Druck einleitet, daß man den Durchlaß aus dem Innern der Schläuche der letzten Stufe unter niedrigerem Druck abzieht und daß man den im Mantelraum der letzten Stufe verbleibenden Ausfluß dem Einlaßstrom wenigstens einer der vorhergehenden Stufen zufuhrt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -
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zeichnet , daß man durch den Mantelraum der ersten Stufe ein Spülflud niedrigeren Drucks im G-egenstrom zum Einlaßgemisch leitet und mit dem Spülflud soviel Durchlaß abzieht, daß das gewünschte Konzentrationsverhältnis zwischen den Mischungskomponenten innerhalb und außerhalb der Schläuche aufrechterhalten ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des Einlaßgemischs als Spülflud verwendet und die Spülfludmenge in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des aus den Schläuchen wieder austretenden Ausflusses so regelt, daß eine vorbestimmte Abtrennung der höher durchlässigen Komponente des Einlaßgemischs eingehalten ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Strömungsmenge der aus dem Mantelraum einer Stufe, die nicht die erste Stufe ist, in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des von den Schläuchen dieser Stufe abgezogenen Durchlasses so geregelt wird, daß dessen Zusammensetzung auf einem vorgewählten Wert gehalten ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Einlaß in wenigstens einer Stufe parallel
durch mehrere parallel geschaltete ÜJrenn-
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Vorrichtungen mit unterschiedlichen Trenncharalrteristiken
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geleitet wird und ein Teil des Einlasses als dpul-
mit niedrigerem ^ruck gleichzeitig im ^egenstron durch jede der parallel geschalteten Trennvorrichtun-ji-ni geleitet wird, um daJJtt jeweils den Durchlaß au w au χ r/.ge n, und da? die Strcmungsmengen jedes ICinlaßgeruiscteund jedes Spülfluds entsprechend den unterschiedlichen Charakteristiken jeder Trennvorrichtung so geregelt werden, dai3 die Zusammensetzung des aus jedem Hantelraim dieser Trenirvorric!·!- tungen abgezogenen Spülfluds und Durchlaß' praktisch gleich sind. .. . , . .
β» Verfahren nach Anspruch 5». dadurch, g ek e η η ζ e i c h net, daß die Strömungsmenge jedes Jiinlaßgeinischs und jedes Spülfluds so geregelt.werden,.da3 jeweils der Ausfluß aus den parallel geschalteten Trennvorrichtungen gleiche Zusammensetzung hat. .. - . ._ ...
7. ^erfahren nach Anspruch. 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man einen Teil des öemischs aus der ersten Stufe zusammen mit wenigstens einem Teil des Durchlasses einer Zwischenstufe als -SinlaS der letzten Stufe verwendet . .
8. „V erfahr en nach einem der Ansprüche 1 -bis 7, dadurch - i;::.,e.;-k e vnr>n ζ e: i-vG h η e-rt , daß man das üinlaßgemisch der; t .-■:■.-letzten Stufe manteleeitig im Bereich bei den Schlauchenden einläßt und den;verbleibenden Ausfluß an einer Stelle zwischen
den beiden Einlaßstellen abzieht. . -■_:■■.-..
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Q. Permeations-Trennvorrichtung zur Abtrennung einer Komponente aus einem -^ludgemisch unter Ausnützung der unterschiedlichen Durehgangsgeschwindigkeiten der Genischkomponenten durch permeable Membranen in 3?orm von Schläuchen aus polymeren! Werkstoff, gekennzeichnet durch ein längliches' flüssigkeitsdichtes Gehäuse (101), bei dem wenigstens das eine Ende durch einen flüssigkeitsdichten angegossenen Schlauchboden (950) aus polymeren Werkstoff verschlossen ist, einen den Schlauehboden übergreifen-
Einlaß (104).wenigstens den mit dem Gehäuse verbundenen Deckel (103) mit/Einlaß (109) und einen Auslaß (108) im Gehäuse, eine Anzahl von Schläuchen (111), die wenigstens an ihren einen jsnde im Schlauehboden eingebettet sind, durch diesen hindurchreichen, einen Durchmesser in Bereich von 10 bis 500 Ilikron und eine 'Wandstärke im Bereich von 1 bis 100 Ilikron aufweisen und zu einem großen Schlauchbündel zusammengefaßt sind, in dem sie. über einen erheblichen Teil ihres Län^serstreckens parallel zueinander angeordnet sind und von wenigstens einem länglichen flexiblen porösen HüllschlaucL umschlossen sind, wobei das groSe Schlauchbündel und dessen Umhüllung den inneren Querschnitt des Gehäuses ganz ausfüllen und die oder jede Umhüllung (112) des großen oder mehrerer kleinerer Schlauchoündel so unter Zugkräften querkontraktionsfähig ausgebildet ist, daß die Schläuche zu einem oder mehreren kompakten Schlauchbändeln mit gleichförmiger Packuhgsdichte der Schläuche zusammen^haltbar sind, wobei das oder jedes Schlauchbündel oinen dehnbaren Umfang im Querschnitt auf-
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*einen
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weist, u:;i eine gleichmäßige, relativ enge Packung einer großen Anzahl von Schläuchen in den Schlauchbündeln und im Gehäuse zu ermöglichen, ohne die einzelnen Schläuche so hohen Kräften oder Druckbeanspruchungen auszusetzen, daß die Schläuche flachgelegt oder zerstört werden, wäh-
und in ihr betrieben werden, rend sie in die Trennvorrichtung (100) eingebracht /,
10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (101) zwei offene Seiten aufweist, w-.lche beide mittels Schlauchböden (950) verschlossen sind, und daC jedes Ende der Schläuche in einem Schlauchboden gehalten ist-
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß die umhüllten Schlauchbündel (110) im Gehäuse (101) dieses oder einander entlang mehrerer schmaler Bereiche in Sichtung der Längserstreckung der Schläuche (ill) so berühren, daß siel: zwischen den Schläuchen und sv/isehen den Schläuchen und der Innenwand des Gehäuses eiiB in Querrichtung zum Geh-.'.use gleichverteilte Anordnung länglicher abgegrenzter Kanäle entlang der Schlauchbündel und Schläuche ::u den oder zwischen den
er'
Schlauchböden gibt, um eine verteilte „strömung des Fluds in LängsricLtu:\ ; des Gehäuses außerhalb der Ljc'.läuclie ohne merkliche Querver.:t.:.sohung zwischen den ei;..?.elnen Kanälen :s.:zul:;Dsen.
lt.« ■ ■■)■>''<■.·■ i.i-;".,: ii.--.^l· Α..θ :■'".:.:?:. Ij, Λ-.·.■.·ή.1.-.;: ■ <: . e η η -
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zeichnet , daß das Gehäuse (101) neben dem oder jedem Schlauchboden (950) einen sich erweiternden Abschnitt (107) uit vergrößerter Querschnittsfläche hat, in den die Packungsdichte der Schläuche (ill) vermindert ist und daß der Einlaß (109) und der Auslaß (108) im Bereich der' erweiterten Abschnitte (107) angeordnet ist»
13. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g e k ennzeichnet , daß jeder Schlauchboden (950) abdichtend an dem Gehäuse (101) und an der Außenseite der Schläuche (ill) anschließt, eine homogene Struktur aufweist, frei von Hohlräumen und blasen ist und wenigstens eine am Gehäuse anliegende Umfangsflache und awei einander gegenüberliegende Stirnflächen aufweist, von denen die innere Fläche zusammen mit den Außenseiten der Schläuche und der Innenseite des Gehäuses einen mantelseitigen Raum einschließen und die äußere Fläche zusammen mit der Innenseite der Schläuche und der Innenwand (130) des oder .jedes Deckels (103) einen schlauchseitigen Raum abtrennt und daß die Innenfläche (S?) jedes Schlauchbodens relativ eben, durchgehend, glatt und frei von scharfen VOrsprüngen in Richtung der Schläuche ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Gehäuseinnern zugewandte Stirnfläche (SP) des oder jedes Schlauchbodens4"die Form 'eines Abschnitts eines konkav gekrümmten Kreiszylinders aufweist.
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15ο Vorrichtung nach Ansprueii 9, dadurch gekennzeichnet , da- das Sehanse in SOrm eines I-Iantelrolirs (101) ausgebildet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 10» dadurch ,; e k e η η zeichnet , da3 die Gesamtheit aller umMUlter Schläuche (ill) in mehrere ^leichgroSe, jeweils von länglichen, flexiblen, porösen, streckbaren Hüllsehlii-uche (112) umgebenen Schlauehbimdel (110) unterteilt sind.
17ο Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die die einzelnen Sehlauehoündel (110) umschließenden Hüllschlauehe (112) unter einer Zugkraft längsdehnbar und querkontraktionsfähis ausgebildet sind und daß sie aufgrund der mit einer Längsdehnung bewirkten Querkontraktion die Schläuche (ill) jedes Schlauchbündels jeweils .mit hoher Packungsdichte zusammenhalten und daß die zu einem großen Bündel zusammengefaßten Sehlauchbündel einen in Querrichtung dehnbaren Umfang aufweisen, um eine gleichmäßig und relativ enge Packung einer großen Anzahl von Schlauchbündeln (112) in dem großen -^ündel zuzulassen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 13» dadurch gekennzeichnet , daß eine nachgiebige Dichtung
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(K) zwischen dem Gehäuse (101) und der Umfangsfläche des oder jedes Seillauchbodens (950) angeordnet ist»
19 ο Tor richtung naeli Anspruch 9 bis 18, dadurch 3 e kennzeichnet , daß der oder jeder Schlaucheoden (950) als an die Schlauchenden angegoosener -°oden aus polymeren ¥erkstoff ausgebildet ist»
20. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch ~ e k e η η 2 e i c L η e τ , άνΛ das Gehäuse (lOl) :ov;ischen seinem üinlaS (109) und AuslaS (106) einen weiteren üinlaß in einem mittleren Bereich aufv/aist, in welcher^ es eine Erweiterung :uif vergrö'jertein Querschnitt a'ifv/eisto
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21 . Verfahren zur Herstellung einer Permeations-!Trennvorrichtung gemäß Anspruch 9 "bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß man wenigstens einen zusammenhängenden Schlauch zu wenigstens einer Wicklung aufspult, die Wicklung so flach zusammenlegt, daß ein zwischen seinen Enden relativ kompaktes Schlauchbündel entsteht, daß man über das oder jedes Schlauchbündel einen länglichen, flexiblen, porösen Hüllschlauch zieht und die Schläuche des Schlauchbündels in eine Längsform mit nachgiebigem umfang und kompaktem Querschnitt bringt, daß man mehrere Bündel parallel und quer ausgerichtet zu einem größeren, zusammengesetzten Schlauchbündel mit vorgegebener Querabmessung zusammenfaßt, daß man über das grujsere Schlauchbündel einen flexiblen und porösen größeren Hüllschlauch zieht, der das Bündel zu einem quer komprimierten Schlauchbündel mit kleinerer Querabmessung als der ursprünglich vorgegebenen zusammenfaßt, daß man das quer komprimierte Schlauchbündel in ein längliches, rohrförmiges Gehäuse mit etwa der gleichen Querabmessung wie das komprimierte Bündel einbringt, daß man an jedem Ende des Gehäuses eine Gießform so anbringt, daß diese zusammen mit dem Endabschnitt des rohrförmigen Gehäuses eine Gießausnehmung bildet, in die das Ende des querkomprimierten Schlauchbündels hineinragt, daß man dann das rohrförmige Gehäuse mit den an ihm befestigten Gießformen um eine das Gehäuse und dessen Längsachse senkrecht schneidende Achse dreht, daß man während.der Drehung des Gehäuses mit den Gießformen einen erhärtenden Gleitwerkstoff in die oder jede G-iei-iausnelnnmr· eAnbringt,. wobei man alt; PrehzaJil wäh
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des Einfuhr ens und des Erhärtenlas sens des Gießwerkstoffs so hoch wählt, daß die auf den Gießwerkstoff wirkende Zentrifugalkraft ausreicht, um das Hochkriechen des Werkstoffes an den Schläuchen aufgrund von Kapillarkräften verhindert ist und der Gießwerkstoff in einer blasen- und hohlrauinfreien, glatten und in Pd.ch.tung der Schläuche von scharfen Vor sprung en freien Oberfläche gehalten ist, daß man den erhärtenden Werkstoff wenigstens teilweise in jeder Gießform erstarren läßt, daß man das Gehäuse zum Stillstand kommen läßt, die Gußformen vom Gehäuse und von dem am Gehäuse und an den Enden der Schlauchbündel erstarrten Gießwerkstoff abnimmt, daß man den AUßenabschnitt des angegossenen Teils und das eingebettete Schlauchbündelende zur Schaffung eines freien Zugangs zum Innern der Schläuche, die sich durch den angegossenen Schlauchboden erstrecken, abtrennt und daß man in bekannter Weise die Abschlußdeckel des Gehäuses anbringt.
22. Yerfahren zur Herstellung einer Trennvorrichtung für Flude mit einem länglichen, rohrförmigen Gehäuse, bei dem wenigstens ein Ende mit einem Schlauchboden aus polymerem Werkstoff verschlossen ist, in welchen eine große Anzahl sehr dünner Schläuche aus polymerem Werkstoff gehalten sind, insbesondere nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß man ein in Querrichtung lose gepacktes Schlauchbündel aus parallelen Schläuchen zur Einbringung in das rohrförmige Gehäuse vorbereitet, daß man dieses mit einem flexiblen, porösen Hüllschlauch oder einer anderen Umhüllung umgibt, daß man den Hüllsehlauch oder die Umhüllung in !Längsrichtung elastisch dehnt und eine
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gleichmäßige Verkleinerung des Umfangs des Hiillsehlauehes oder der Umhüllung bewirkt, um das Schlauchbündel au einem enger gepackten Schlauchbündel mit signifikant Terkleinertem Querschnitt quer zu komprimieren, damit es in einem Gehäuse mit einem inneren Querschnitt angeordnet werden kann, der dem verkleinerten Querschnitt des Schlauchbündels in seiner Umhüllung entspricht, ohne daß die Schläuche abgeplattet, scherbeansprucht oder beschädigt werden.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet , daß man das Bündel aus einer Reihe von zueinander parallelen Teilbündeln bildet, welche jeweils von einem porösen,flexiblen, querkontraktionsfaTiigen Hüllschlauch oder anderer Umhüllung umgeben sind.
24. Verfahren zur Herstellung einer Trennvorrichtung für Plude aus einem länglichen rohrförmigen Gehäuse, in dem eine große Anzahl dünner Schläuche aus polymeren! Werkstoff in Längsrichtung angeordnet sind, welche in einem Schlauehboden am offenen Ende des Gehäuses flüssigkeitsdicnt gehalten sind, dadunki gekennzeichnet , daß man aus ununterbrochenem Schlauch ein Schlauchbündel bildet, dessen Endabsehnitt eine Anzahl nebeneinanderliegender Schlaufen aufweist, daß man diesen Endabschnitt und einen erhärtenden Werkstoff in einer Gießausnehmung so anordnet, daß der Endabschnitt in den. eingebrachten Gießwerkstoff eintaucht, daß man dann den Grießwerkstoff aushärten
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und das Schlauchbündelende von ihm einkapseln läßt, daß man das eingekapselte Sehlauchbündelende aus der Gießausnehmung herauslöst, daß man den die Schlaufen enthaltenden Teil des eingekapselten Sehlauchbündels abtrennt, um so einen Schlauchboden zu bilden, durch den die Schläuche mit offenen Enden hindurchragen.
25. Verfahren nach Anspruch 24» dadurch gekennzeichnet , daß man ein Schlauchbündel mit einem Querschnitt gegebener Abmessung mit zwei Endabschnitten,in dem die Schlaufen des oder jedes ununterbrochenen Schlauche liegen, bildet, daß man das Schlauchbündel mit einem flexiblen, porösen Hüllschlauch oder einer anderen Umhüllung umgibt, welchen man dann in Längsrichtung des Schlauchbündels elastisch streckt und dabei eine gleichförmige Verkleinerung des Umfangs des Hüllschlauchs entlang der ganzen Länge des Schlauclibündels bewirkt, um dieses gleichförmig zu einem enger gepackten Schlauchbündel in Querrichtung zusammenzupressen, dessen Querschnitt gegenüber dem des losen Schlauchbündels signifikant kleiner ist, um es in ein längliches rohrförmiges Gehäuse mit einem Querschnitt, derdem des kompakten Sehlauchbüiidels entspricht, einbringen zu können, ohne daß die Schläuche abgeplattet, sclierbeanspruclit oder beschädigt warden, daß man anschließend durch Schleudergießen ic an die beiden J3nden des oder jedes Schlauciibündels im Gehäuse anformt .
Schlauchbödeh U 0 9 81 i, / 1 3 7„ 7
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26. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 21 "bis 25 > dadurch gekennzeichnet , daß man die Enden bzw. Schlaufen des oder jedes Schlauchbündels in ein in einer G-ießausnehmung enthaltenen Flüssigkeitsgemisch. aus einem erhärtenden Gießwerkstoff und einer spezifisch schwereren, sich mit diesem nicht vermischenden Flüssigkeit so einbringt, daß der Endabschnitt in den Gießwerkstoff und die spezfisch schwerere Flüssigkeit eintaucht, daß man den G-ießwerkstoff erstarren und einen von den Schlaufen Abstand aufweisenden Abschnitt des Bündels einkapseln läßt, daß man dann den eingekapselten Bündelabschnitt aus der Gießausnehmung herausnimmt, worauf man die Schlaufen vom eingekapselten Abschnitt abtrennt, um einen Schlauchboden mit offenen Schlauchenden zu erhalten.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch geken.nzei chn e t , daß man in die Gießausnehmung, in der die Endabschnitte des Schlauchbündels angeordnet sind, nachdem man den Gießwerkstoff eingeführt hat, diesen mit einer schwereren bzw. spezifisch dichteren, sich mit dem Gießwerkstoff nicht vermischenden Flüssigkeit so weit unterschichtet, daß die Schlaufenenden des Schlauchbündels in die spezifisch schwerere Flüssigkeit eintauchen, wonach man den Gießwerkstoi'f erhärten läßt und die vorstehenden Schlaufen abtrennt.
.'ν.■. Verfahrei> nnc)-. einem oder mehreren dei* Ansprüche 21 bi« «.' / , rU"'(iu;:an ,;: r 1 - c- i) r. :.; c i c 1? τι r. t , ual! man v/äln.onu den
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Angießens des oder jedes Schlauchbodens das Gehäuse und die Gießausnehmung bzw. Gußform um eine zur Längsachse des Schlauchbündels senkrechte und außerhalb der Gußformen und ggf. auch des Gehäuses liegende Achse mit so hoher Drehzahl umlaufen läßt, daß die Zentrifugalkraft ausreicht, um den erhärtenden Gießwerkstoff auf der der Drehachse zugewandten Seite eine glatte, zusammenhängende und in Richtung der Schläuche von Vorsprüngen freie, Oberfläche bilden zu lassen.
29. "Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet , daß man in die Gießausnehmung zunächst eine solche Menge Gießwerkstoff einbringt, daß sich ein dünner Überzug auf den Außenflächen der Schläuche bildet, und dann erst- die sich mit diesem nicht vermischende spezifisch schwerere Flüssigkeit unterschichtet.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet , daß man während der Drehung weiteren erhärtenden Gießwerkstoff in die Gießausnehmung nach Beginn der Erhärtung des Gießwerkstoffes einführt, um so lecks und Schwindrisse abzudichten.
31. Verfahren zum Abdichten von leckbehafteten Schläuchen und Schlauchböden einer Vorrichtung, in deren Gehäuse zwischen Schlauchböden »» Schläuche o. dgl. gehalten sind, insbesondere zum Abdichten einer Permeations-Trennvorrichtung gemäß den
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Ansprüchen 9 "bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß man die Trennvorrichtung in eine solche Lage bringt, daß eine Flüssigkeit auf der äußeren Stirnfläche einer der Schlauchböden stehenbleiben und die Schlauchenden bedecken kann, und daß man, während man einen bestimmten Gasdruck an das Innere der Schläuche und einen niedrigeren Gasdruck an den Innenraum des Mantels zwischen den Schlauchböden bzw. an die Außenseite der Schläuche anlegt, auf die Stirnfläclie des Schlauchbodens und die Schlauchenden eine Schicht eines erhärtenden Gießwerkstoffes so aufgibt, daß er in alle leckbehafteten Schläuche und Lecks im Schlauchboden eindringt, daß man den Gießwerkstoff-Überschuß von der Stirnfläche des Schlauchbodens und von den Schlauchenden abnimmt und daß man den in die leckbehafteten Schläuche und die Lecks im Schlauchboden eingedrungenen Werkstoff erhärten und die Lecks verschließen läßt, worauf man dieses Verfahren mit dem anderen Schlauchboden der Trennvorrichtung wiederholt.
32. Verfahren nach Anspruch 31, d durch g e k e η η -
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zeichnet , daß man den Abdichtgießwerkstoff mit einem Druck aufgibt, der zwischen dem an das Innere der Schläuche und dem an das Innere des Mantels gelegten Druck liegt.
33. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 21 bis 30 und zum Schleudergießen von Schlauchböden an in einem Gehäuse angeordnete Schlauchbündel, gekennzeichnet durch einen Stützrahmen, eine drehbare auf dem
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Stützrahmen angeordnete Halteeinrichtung, einen Antrieb für die Halte einrichtung, ee-, auf der Halteeinrichtung angeordnete Stütz-und Haltemittel für ein um die Drehachse der Halteeinrichtung zu bewegendes Schlauchbündel mit seinen beiden Bndabsehnitten in einer solchen lage, in der die Drehachse senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Schläuche und des Schlauchbündels steht und ein Abstand von den Endabschnitten des Bündels aufweist, ferner eine von der Halteeinrichtung getragene Gießeinheit iait einer Gießform, wobei die Gießeinheit und die Gießform so konstruiert, ausgebildet angeordnet ist, daß sie die Endabschnitte des oder jedes Schlauchbündels so umfassen, daß eine bestimmte Menge eines Gießwerkstoffs wenigstens ein Ende des Schlauchbündels während der Drehung in Eingriff bingbar ist, eine von dex" Halteeinrichtung getragene und mit der Gießeinheit zusammenwirkende Einrichtung zum Einleiten des erhärtenden Gießwerkstoffs in die Gießausnehmung der Gießeinheit während der Drehung der Halteeinrichtung, der Gießeinheit und des oder jedes Schlauchbündels.
34. "Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet , daß an der Kalteinrichtung des oder jedes Schlauchbündels eingebaut in einem Gehäuse anbringbar ist.
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