DE1546657C3 - Mit Setektivpermeablen Membranen ausgerüstete s Flüssigkeitstrenngerät - Google Patents

Description

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schichtkörper halten die ebenen Membranschichtkör- Hohlräumen 26 zeigt und die Innenabstände auch

per in geregeltem Abstand, so daß der ganze Aufbau nicht im echten relativen Verhältnis zueinander

in sich versteift ist, und beide Membranschichtkörper wiedergibt. Mit anderen Worten ergeben geeignete

dienen zur Abführung des Permeats in den äußeren Schichtmaterialien Hohlräume, die im Verhältnis

zylindrischen Behälter. 5 größer als das feste Gefüge des Kerns sind.

Der druckfeste hohlraumhaltige Kern der Mem- Das bevorzugte Kernmaterial ist mindestens in branschichtkörper besteht vorzugsweise aus mit ge- einer Stufe biegsam und nicht brüchig und kann gehärtetem Kunstharz imprägniertem, faserförmigem schnitten, aus dem Vollen bearbeitet, geformt, gebo-Material, beispielsweise Filterpapier, dessen äußere gen und leicht gestaltet werden. Es muß jedoch genü-Fasern in die kohäsiv aufgebrachten Membranen ein- io gende Kompressionsfestigkeit besitzen, wenn die gebettet sind. Membranen in feuchtem Zustand den Betriebsdruck

Man kann also ein billiges dünnes Blattmaterial, zu tragen haben. Statt eines mit Harz getränkten Pa-

z. B. mit Harz behandeltes Papier, Glasfasermassen, piers können auch andere Rohstoffe, wie Matten aus

Kunststoffschaum oder gesinterte Kunststoffe für den harzgebundenes Glas- oder Kunststoffasern, harzge-

Kern verwenden. Durch Härtung, z.B. eines mit 15 bundenes Kornmaterial oder ein Kunststoffschaum

Harz behandelten Papiers, läßt sich eine solche Ver- mit untereinander verbundenen Zellen verwendet

Stärkung des Kernes erreichen, daß der Schichtkör- werden. .

per selbst in feuchtem Zustande den hohen Drücken Gemäß der Erfindung haften vorzugsweise die

widerstehen kann, ohne daß die Innenhohlräume zu- Membranschichten 24 an dem Kern 22. Es kann also

sammenbrechen. Vor der Härtung aber ist das Kern- 20 ein permeabler Leim zwischen dem Kern und der

material biegsam, und der damit gebildete Membran- Membran verwendet oder ein Bindemittel auf den

schichtkörper läßt sich auf die gewünschte Größe Kern in solcher Weise aufgebracht werden, daß nur

schneiden und in geeignete Form für den Aufbau des das feste Oberflächengerüst überzogen wird. Wenn

Trenngerätes bringen, ohne zu brechen. Beispiels- dann die Membran auf den Kern aufgelegt wird,

weise kann ein mit Phenolharz getränktes Filterpa- 25 bleiben die inneren Hohlräume in freier direkter

pier von etwa 08 mm Dicke verwendet werden, das Verbindung mit der Membranoberfläche, ohne daß

nach Beschichtung mit dem Membranmaterial zur sich ein Überzug aus Bindemittel dazwischenlegt. Bei

gewünschten Gestalt verformt und dann gehärtet einer Methode zur Bildung selektiv permeabler

wird, so daß die Fasern sich starr miteinander und Membranen ist ferner das Membranmaterial in

mit den Membranschichten verbinden, wobei gleich- 30 einem Lösungsmittel gelöst. Wenn die gegossene

zeitig die Kompressionsfestigkeit gesteigert wird. Membran teilweise trocken ist, ist sie etwas klebrig,

In der Zeichnung sind verschiedene vorteilhafte und wenn sie in diesem Zustand auf den Kern aufge-

Ausführungsformen der Erfindung dargestellt. bracht wird, ergibt sich eine Bindung zwischen bei-

F i g. 1 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines ab- den. Auch kann die Membran unmittelbar auf den

gebrochenen Membrantrennschichtkörpers nach der 35 Kern aufgegossen werden, wobei dafür zu sorgen ist,

Erfindung; daß das Membranmaterial nicht in die Hohlräume

Fig. 2 zeigt einen Aufbau aus Schichtkörpern der des Kerns eingesaugt wird. Zwischen der JKemober-

Fig. 1 in solcher Zusammenfügung, daß sich zwi- fläche und der Membranschicht tritt dann eine Kohä-

schen diesen Zulaufkanäle ergeben; sion auf. Schließlich kann man eine zeitweilige Kohä-

Fig. 3 zeigt einen abgewandelten Aufbau aus 40 sion der Membran dadurch erzielen, daß man einen

Schichtkörpern der Fig. 1; flüssigen Film während des Aufbaues zwischen bei-·

F i g. 4 ist eine schematische Teilansicht eines an- den verwendet, um so die Handhabung des Schicht-

deren abgewandelten Aufbaues aus Schichtkörpern körpers als Ganzes zu erleichtern,

der Fig. 1 mit gewellten Abstandshaltern zur BiI- Mittels des Aufbaues nach Fig. 1 erzielt man

dung der Zuflußkanäle zwischen den Schichtkörpern; 45 einen wirtschaftlichen und druckfesten Träger für die

F i g. 5 ist ein abgebrochener Querschnitt einer dünnen und verhältnismäßig schwachen Membranen

Membrantrennanlage aus Schichtkörpern nach 24. Durch Verwendung eines biegsamen Kernmate-

F i g. 1, die in eine Hülse eingebaut sind; rials ergibt sich ferner ein billiger Träger für die

Fig.6 ist ein Längsschnitt nach Linie6-6 der Membranen, der gegen Wärmestöße und mechani-

F i g. 5; 50 sehe Stöße wiederstandsfähig ist.

F i g. 7 zeigt in größerem Maßstab einen Quer- F i g. 2, 3 und 4 zeigen die Art des Zusammenschnitt durch einen Teil der Trennanlage nach baues von Schichtkörpern 20 zu einer gedrängten, F i g. 5; leistungsfähigen Trenneinheit.

F i g. 8 ist ein Längsschnitt durch einen Schicht- In F i g. 2 sind die wellenförmigen Membrankörper nach Linie 8-8 der F i g. 7. 55 schichtkörper 20 gegeneinander phasenversetzt, so

F i g. 1 zeigt den grundsätzlichen Membranschicht- daß sie sich an ihren Wellenbergen 27 unter Bildung

körper 20 nach der Erfindung. Er besitzt große paralleler Kanäle 28 zur Zufuhr der Rohfiüssigkeit

Membranflächen für die Zulaufkanäle 21, die die berühren.

Rohflüssigkeit aus nachstehend näher beschriebenen Gemäß F i g. 3 ist beispielsweise jeweils der zweite

Zuführungseinrichtungen aufnehmen. Um die dün- 60 Schichtkörper gewellt, um die Notwendigkeit auszu-

nen, schwachen Membranen widerstandsfähig gegen schalten, daß die einzelnen Schichtkörper phasenver-

die Betriebsdrücke zu machen, hat der Schichtkörper setzt aufeinandergelegt werden, während trotzdem

20 einen blattförmigen Kern 22, auf dessen Flächen die Zuleitungskanäle 30 gebildet werden,

die Membranschichten 24 angeordnet sind. Die inne- Ferner kann es gemäß F i g. 4 zweckmäßig sein,

ren Hohlräume 26 in der Kernschicht 22 leiten Per- 65 benachbarte Schichtkörper 20 durch unabhängige

meat von den Innenflächen der Membran 24 ab. Einrichtungen, z.B. Abstandshalter 32, voneinander

Es ist zu bemerken, daß F i g. 1 lediglich schema- entfernt zu halten, die aus undurchlässigem geriffel-

tisch ist und nicht die Verbindungen zwischen den tem Kunststoff oder Metallmaterial bestehen und

zwischen den Schichtkörpern 20 Kanäle 34 zur unmittelbaren Zuführung von Rohflüssigkeit zu den Membranen 24 bilden.

Durch den in F i g. 2 bis 4 erläuterten Zusammenbau ergibt sich in zuverlässiger Weise ein richtiger Abstand zwischen benachbarten Schichtkörpern, und gleichzeitig werden durch die Wellungen Halterungen längs der Membranoberflächen geschaffen.

In Fig.5 bis 8 ist ein praktisches Trenngerät 40 gezeigt, bei dem die vorstehend beschriebenen Schichtkörper verwendet sind. Es besitzt ein Gehäuse 42 und eine Schichtkörperpatrone 44, die vorzugsweise auswechselbar ist. Das Gehäuse besitzt einen im wesentlichen zylindrischen Mantel 46, eine Verschlußkappe 48 und eine Grundplatte 50. Die Gehäuseteile 46, 48 und 50 sind miteinander, z. B. durch die in der Zeichnung dargestellten Flansche dicht verbunden. Das Gehäuse 42 hat einen Einlaß 52, eine Auslaßöffnung 54 und einen Konzentratauslaß 56 und kann femer ein Schutzsieb 58 aufweisen, das im Gehäuse durch eine geeignete Befestigung 59 befestigt ist, um die Membranschichtkörper gegen Überkornteilchen in der Rohflüssigkeit zu schützen.

Die Patrone 44 besteht aus einem Stapel allgemein paralleler Schichtkörper 20 gemäß Fig.3 (siehe F i g. 7). Die Patrone der F i g. 5 bis 8 kann aber auch andere Abstandseinrichtungen für die aneinander grenzenden Schichtkörper besitzen. Wie F i g. 8 zeigt, sind die einzelnen Schichtkörper 20 an ihren axial liegenden Kanten 45 durch die Membranschicht 24 abgeschlossen. Der Schichtkörperstapel hat kreisförmigen Querschnitt und ist von der zylindrischen Hülse 70 umschlossen.

Diese bildet mit der inneren Fläche des Mantels 46 einen ringförmigen Permeatsammelraum 75. Die Hülse 70 ist gegenüber dem Mantel durch Flansche 72 und 74 und O-Ringe 76 abgedichtet. Die Patrone 44 ist lösbar innerhalb des Gehäuses gelagert. Beispielsweise liegt sie mit dem Flansch 72 an einer Schulter 71 an der Verschlußkappe 48 und mit dem Flansch 74 an Anschlägen 73 an, die innenseitig am Mantel 46 befestigt sind.

Wie am besten aus F i g. 7 ersichtlich, ist die Hülse 70 im Bezug zu den querverlaufenden Endkantenteilen 80 der Schichtkörper 20 so geformt, daß sich eine wirksame Abdichtung der Zuleitungskanäle 30 zwischen den Schichtkörpern gegenüber dem Permeatsammelraum 75 ergibt. Die porösen Kerne 22 stehen jedoch in offener Verbindung zu dem Auffangraum 75 durch die Hülse 70.

Eine bevorzugte Methode zur Erzielung dieser Stirnkantendichtung besteht darin, daß man ein Harzmaterial, wie ein Polymer, z. B. mittels Schleuderguß, um die Endkanten 80 des Schichtkörperaufbaues gießt und dadurch die Hülse bildet und gleichzeitig die Hohlräume zwischen den Schichtkörpern, wie oben beschrieben, abdichtet. Nach dem Guß wird ein Teil 82 (F i g. 7) der Gußwand maschinell entfernt, um die Kernkanten jedes Schichtkörpers freizulegen.

Das Trenngerät nach F i g. 5 bis 8 kann in jeder beliebigen Lage betrieben werden.

Bei der Ausführung nach Fig. 6 bis 8 wird eine Rohflüssigkeit durch den Einlaß 52 eingeführt und geht durch das Sieb 58 zur Membranpatrone 44 und darin aufwärts durch die Hohlräume 30 zwischen den Schichtkörpern bzw. den gegenüberliegenden Membranschichten 24 der letzteren. Zwischen den Durchflußkanälen 30 und den Hohlräumen 26 in den Kernen 22 besteht eine Druckdifferenz, und es erfolgt eine Permeierung der betreffenden Bestandteile der Rohflüssigkeit. Mit anderen Worten wird die Flüssigkeit mit oder ohne gelöste Rohbestandteile die selektiv permeablen Membranschichten 24 durchdringen und in die Hohlräume 26 gehen. Das von den Membranschichten zurückgehaltene Konzentrat bleibt in den Kanälen 30 und fließt in diesen zum Konzentratablauf 56.

Das Permeat bewegt sich längs der Ebene der Kerne 22 durch die miteinander in Verbindung stehenden Hohlräume 26 und wird in den Permeatsammelraum 75 durch die schichtfreien Membrankörperenden 80 ausgetragen, um durch die Auslaßöffnung 54 ausgetragen zu werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 Patentansprüche· nungen teuer und sperrig, da die keramischen Träger viel dicker als die Membranen sein müssen. Dies gilt

1. Mit selektiv permeablen Membranen ausge- auch für die in der deutschen Patentschrift 85 887 rüstetes Flüssigkeitstrenngerät, bestehend aus beschriebenen Füllkörper für Osmoserahmen, die einem geschlossenen Behälter mit Rohrflüssig- 5 aus mit Rippen oder Ansätzen versehenen Platten keitszulauf, Konzentratablauf und Permeat- oder gewellten, gefalteten oder gerippten Blechen beablauf, in welchem mehrere Membranschichtkör- stehen.

per parallel zueinander angeordnet sind, da- Für die Gas- oder Luftreinigung werden gemäß

durch gekennzeichnet, daß die aus den USA.-Patentschriften 2 579 984 und 3131084

einem druckfesten, hohlraumhaltigen blattförmi- io mit Phenylformaldehydharz gebundene Filterkörper

gen Kern (22) mit beiderseitiger Membranschicht oder auch gasdurchlässige Metallkörper verwendet,

(24) bestehenden Membranschichtkörper (20) die mit einer klebrigen Schicht zum Auffangen von

mit ihren membranschichtfreien Endkanten (80) Staubteilchen versehen sind. Das Filtermittel wird

abdichtend in die Trennwand (70) zwischen Roh- hier geradlinig von dem Gas durchströmt und

flüssigkeitszulauf (52) und Konzentratablauf (56) 15 braucht keine hohen Druckbelastungen aufzuneh-

einerseits und Permeatablauf (54) andererseits men.

eingepaßt sind. Auf Grund der deutschen Auslegungs-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- schrift 1 064 199 ist eine künstliche Niere bekannt, kennzeichnet, daß die Trennwand (70) aus einer bei der semipermeable spiralförmig gewickelte Hülse besteht, in welche mehrere ebene Mem- 20 Schläuche zum Durchleiten des Blutes von einer Diabranschichtkörper (20) durch gleichartige ge- lysierflüssigkeit umgeben sind, wobei die Kunststoffwellte Membranschichtkörper auf Abstand gehal- schläuche zwischen gitterförmig ausgebildeten Kunstten, mit ihren Endkanten (80) abdichtend einge- Stoffbahnen als Abstandshalter liegen. Daraus ergibt lassen sind und die Hülse unter Bildung eines sich keine hochdruckfeste Bewehrung des Membran-Permeatsammelraumes (75) dichtend in den zy- 25 Schlauches, die auch bei einer künstlichen Niere lindrischen Behälter (46, 48, 50) eingesetzt ist. nicht erforderlich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da- Die britische Patentschrift 823 077 sieht die Verdurch gekennzeichnet, daß der druckfeste, hohl- Stärkung einer ionenselektiven Membran mit einem raumhaltige Kern (22) aus mit gehärtetem Kunst- streckbaren Material mit offenen Maschen, z. B. Nystoff imprägniertem, faserförmigen Material, bei- 30 longewebe, vor. In dem Schichtkörper kann das Verspielsweise Filterpapier, besteht, dessen äußere Stärkungsgewebe zwischen zwei Membranen an-Fasorn in die kohäsiv aufgebrachten Membranen geordnet sein. Auch ein solcher Membranschichtkör-(24) eingebettet sind. per besitzt keine ausreichende Eigenfestigkeit für den

Einbau in ein Hochdruck-Trenngefäß.
35 Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Mem-

■ . ■ _____ branschichtkörper mit außerordentlich dünnen Trä

gern für Trennanlagen mit hoher Membranoberfläche je Volumeneinheit zu schaffen, bei deren Be-

; : . trieb hohe Flüssigkeits- oder Gasdruckbelastungen

Die Erfindung betrifft ein mit selektiv permeablen 40 auftreten.

Membranen ausgerüstetes Flüssigkeitstrenngerät, das Gegenstand der Erfindung ist deshalb ein Flüssigaus einem geschlossenen Behälter mit Rohflüssig- keitstrenngerät, bei dem die aus einem druckfesten, keitszulauf, Konzentratablauf und Permeatablauf be- hohlraumhaltigen blattförmigen Kern mit beiderseitisteht und in welchem mehrere Membranschichtkör- ger Membranschicht bestehenden Membranschichtper parallel angeordnet sind. Derartige Flüssigkeits- 45 körper mit ihren membranschichtfreien Endkanten trenngeräte sind in vielerlei Ausführungen bekannt, abdichtend in die Trennwand zwischen Rohflüssigdas Gerät nach der Erfindung ist jedoch zur Tren- keitszulauf und Konzentratablauf einerseits und Pernung von Schlämmen oder Flüssigkeiten mittels per- meatablauf andererseits eingepaßt sind. Bei diesem meabler Membranen, z. B. durch Umkehrosmose, Trenngerät erfüllt der blattförmige Kern also die Ultrafiltration oder Dialyse bestimmt. Hierfür wer- 50 doppelte Aufgabe, die Membranschicht auch unter den bekanntlich selektivpermeable Membranen aus den auftretenden hohen Drücken zu stützen und Cellophan, Zelluloseacetat oder Polyelektrolyten ver- gleichzeitig in ihren Hohlräumen das Permeat zu den wendet, deren Permeabilitätseigenschaften den jewei- Endkanten in der Trennwand und damit zum Perligen Trennerfordernissen angepaßt sind. Ihre Ge- meatablauf abzuführen. Infolgedessen ergibt sich eine winnung bereitet also keine Schwierigkeiten, da aber 55 sehr gedrängte Bauweise des Trenn^erätes, und andie selektivpermeablen Membranen dünn sind und dererseits sind die blattförmigen Membranschichtnur geringe Reißfestigkeit besitzen und andererseits körper leicht ein- und auszubauen, was bei Industrieein wirksamer Trennbetrieb relativ hohe Druckunter- anlagen von hoher Durchsatzleistung von erheblischiede auf den beiden Membranseiten verlangt, chem Vorteil ist.

müssen sie auf Trägern aufgebracht sein, welche die 60 In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfin-Druckbelastungen aufnehmen, ohne den Durchfluß dung besteht die Trennwand zwischen Rohflüssig- und Abfluß von der Membran zu stören. keitszulauf und Konzentratablauf aus einer Hülse, in

Man hat daher solche permeablen Membranen auf welche mehrere ebene Membranschichtkörper durch geriffelte Träger aufgebracht und mehrere Membran- gleichartige gewellte Membranschichtkörper auf Abschichtkörper ähnlich wie bei Filterpressen zu einem 65 stand gehalten, mit ihren Endkanten abdichtend einStapel vereinigt. Die USA.-Patentschrift 2 987 472 gelassen sind und die Hülse unter Bildung eines Perverwendet starre poröse Träger aus keramischem meatsammelraumes dichtend in den zylindrischen Material, jedoch sind solche Träger-Membrananord- Behälter eingesetzt ist. Die gewellten Membran-