DE1908459B2

DE1908459B2 - Verfahren und vorrichtung zum auskleiden eines rohr- oder schlauchfoermigen poroesen traegers mit einer osmotischen schicht

Info

Publication number: DE1908459B2
Application number: DE19691908459
Authority: DE
Inventors: Marshall P Bethseda Tulin, Md (VStA)
Original assignee: Hydronautics, Ine , Laurel, Md (V St A )
Priority date: 1968-02-21
Filing date: 1969-02-20
Publication date: 1972-08-24
Also published as: GB1262331A; US3592763A; US3647521A; DE1908459A1; FR2002349A1; NL6902686A; NL139893B

Description

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, da- Bekannte Techniken zur Herstellung poröser Schichtdurch gekennzeichnet, daß zum Aktivieren der flächen für eine Umkearosmosevorrichtung waren auf osmotischen Schicht heißes und danach kaltes das Gießen beschränkt. Bei dem bekannten Verfahren Wasser durch das Innere der gebildeten Schicht wird eine Lösung, eine Gießflüssigkeit, mechanisch hindurchgeführt w-rd. as entweder auf eine flache Formplatte oder in ein festes

4. Verfahren zum Regenerieren einer nach einem Rohr eingegeben, z. B. durch Bestreichen oder Verder Ansprüche 1 bis 3 hergestell' μ osmotischen schmieren, um einen Film zu bilden. Der Film wurde Schicht, die beispielsweise be: ihrer Verwendung in dann der Atmosphäre zum Trocknen ausgesetzt und/ einem Verfahren zur Gewinnung vcj Wasser mit oder in Wasser getaucht. Das mechanische Einstreichen einem niedrigen Salzgehalt aus Wasser mit einem 30 der Gießlösung muß innerhalb eines festen und unhohen Salzgehalt betriebsunfähig geworden ist, durchlässigen rohrförmigen Trägers geschehen, wenn dadurch gekennzeichnet, daß man eine rohrförmige Schicht herzustellen wünscht.

a) die osmotische Schicht aufgelöst wird und Diese muß dann aus dem rohrförmigen Träger ent-

b) eine neue osmotische Schicht mit den Ver- fernt werden und später wieder in einen porösen rohrfahren nach dem Anspruch 1 oder 2 oder 3 auf 35 förmigen Träger für die Verwendung in dem Umkehrdie Innenwand des rohr- oder schlauchförmi- osmoseverfahren eingegeben werden.

gen Trägers aufgebracht wird. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu-

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gründe, ein Verfahren zum Auskleiden eines rohr- oder nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch schlauchförmigen porösen Trägers der eingangs geeine Einrichtung (26 bis 36) zur Zufuhr der schicht- 40 nannten Art zu schaffen, mit dem es ermöglicht werden bildenden Flüssigkeit in den Innenraum des rohr- kann, den rohr- oder schlauchförmigen Träger in einförmigen Trägers (10, 14), eine Einrichtung (42 bis fächer Weise mit der osmotischen Filmschicht auszu-44) zum Hindurchpressen einer Gassäule, z. B. kleiden und Montagekosten an der Anlage durch Eineiner Luftsäule, durch den Träger (10, 14, 20) und setzen neuer Filterkörper zu vermeiden, d. h. insbeeine Einrichtung (50 bis 58), um das Gelier- bzw. 45 sondere zu erreichen, daß ohne Umbau der Anlage die Härtungsmittel axial durch den rohrförmigen osmotische Filmschicht entfernt und wieder aufge-Träger (10,14) hindurchzutreiben. bracht werden kann.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einer Zu- Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch führungsleitung für beispielsweise salzhaltiges Was- gelöst, daß die filmbildende Flüssigkeit mittels einer ser, gekennzeichnet durch einen mit Druck beauf- so Druckgasblase axial durch den Innenraum des rohrschlagbaren Flüssigkeitsbehälter (26), der an eine förmigen, porösen Trägers gedrückt wird und dabei Hochdruckgasleitung (30) und eine Flüssigkeits- auf dessen Innenwand einen dünnen Flüssigkeitsfilm zuführleitung (32) angeschlossen ist, die mit Einlaß- bildet, der geliert und ausgehärtet wird. Durch die erleitungen (22) am Träger (20) verbunden ist, ferner findungsgemäßen Maßnahmen ist ein einfaches und durch einen Zylinder (42) für unter Druck stehen- 55 schnelles, aber ebenso wirksames Herstellungsverfahdes Gas, der mit einer das Gas führenden Leitung ren geschaffen worden. Die Herstellung der Schicht ist (44) verbunden ist, ferner durch einen Kaltwasser- ohne weiteres in kurzer Zeit und mit einfachen Mitteln speicher (50), der mit der Hochdruckgasleitung (30) ohne Umbau der Anlage möglich, so daß die Wirküber eine Leitung (52) verbunden ist und anderer- samkeit z. B. einer Anlage zum Entsalzen von Meerseits über eine Leitung (58) mit den Einlaßleitungen 60 wasser erhöht wird.

(22) verbunden ist, sowie durch einen Lösungs- Die Erfindung ist vorteilhaft dadurch weiter ausge-

mittelspeicher (84), der über eine Leitung (86) und staltet, daß als Gelier- bzw. Härtungsmittel kaltes

eine Pumpe (88) mit einer Flüssigkeitsleitung (90) Wasser durch das Innere des Trägers hindurchgeführt

einerseits und über eine Leitung (86) und die wird. Ferner ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn

Pumpe (88) mit der Leitung (58) verbunden ist. 65 zum Aktivieren der osmotischen Schicht heißes und

danach kaltes Wasser durch das Innere der gebildeten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auskleiden Schicht hindurchgeführt wird,

eines rohr-oder schlauchförmigen porösen Trägers mit Das Verfahren zum Regenerieren einer nach den

3 4

vorgenannten Merkmalen hergestellten osmotischen Träger eine Flüssigkeitssäule verwendet wird. Das Schicht, die beispielsweise bei ihrer Verwendung in spezifische Gewicht der filmbildenden Flüssigkeit und einem Verfahren zur Gewinnung von Wasser mit das der zum Hindurchpressen verwendeten nachfoleinem niedrigen Salzgehalt aus Wasser mit einem genden Flüssigkeit sollten möglichst gleich sein, um hohen Salzgehalt betriebsunfähig geworden ist, kenn- S gravitätsbedingte Formänderungen des Flüssigkeitszeichnet sich dadurch aus, daß (a) die osmotische fflmes während des Durchgangs der Preßflüssigkeit Schicht aufgelöst wird und (b) eine neue osmotische minimal zu halten.

Schicht mit den vorgenannten Verfahren auf die Die filmbildende Flüssigkeit hat einen filmbildenden

Innenwand des rohr- oder schlauchförmigen Trägars Bestandteil und ein Lösungsmittel. Das Lösungsmittel

aufgebracht wird. _{10 so}u _s0 ausgesucht sein, daß es sich nach der Bildung

Hinsichtlich der Vorrichtung zur Duichführung des des Fümes auf der Innenwand von dem filmbildenden

Verfahrens ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine Bestandteil leicht entfernen läßt Dies kann durch

Einrichtung zur Zufuhr der schichtbildenden Flüssig- Verdampfen erfolgen, aber vorzugsweise wird eine aus-

keit in den Innenraum des ronrförmigen Trägers, eine laugende Flüssigkeitssäule durch die gebildete rohr-

Einrictming zum ninaurcnpressen einer uassauie, 15 lurmigc xmtm _BvMi«, -... j— l:—5-^.1 .,„„

z. B. einer Luftsäule, durch den Träger und eine Ein- dem lilmbildenden Bestandteil auszulaugen. Die hu-

richtung, um das Gelier- bzw. Härtungsmittel axial gende Flüssigkeit soll nur au das Lösungsmittel ein-

durch den rohrförmigen Träger hind rchzutreiben. wirken, nicht aber auf den filmlildenden Bestandteil.

In besonders vorteilhafter Weise ist erfindungsgemäß Der rohrförmige Träger soll den Verfahrensdrücken

die Vorrichtung zur Durchführung der obengenannten ao und auch den normalen Betriebsdrücken widerstehen

Verfahren mit einer Zuführungsleitung für beispiels- können. Man kann aber auch eine Verstärkungshülse

weise salzhaltiges Wasser gekennzeichnet durch einen um ihn herum anordnen, so daß er beispielsweise einen

mit Druck beaufschlagbaren Flüssigkeitsbehälter, der ausreichenden Widerstand gegen Torsion hat. Es ver-

an eine Hochdruckgasleitung und eine Flüssigkcits- steht sich, daß rohrförmige Elemente verschiedenster

zuführleitung angeschlossen ist, die mit Einlaßleitun- as Durchmesser hergestellt weiden können, sofern sie

gen am Träger verbunden ist, ferner durch einen Zylin- durch die auftretenden Gravitätswirkungen nicht nach-

der für unter Druck stehendes Gas, der mit einer das teilig beeinflußt werden. Dem kann man jedoch ent-

Gas führenden Leitung verbunden isi, ferner durch gegenarbeiten, indem die Druckblase mit hoher Ge-

cinen Kaltwasserspeicher, der mit der Hochdruckgas- schwindigkeit und vertikal durch den rohrförmigen

leitung über eine Leitung verbunden ist und anderer- 30 Träger hindurchgeleitet wird.

seits über eine Leitung mit den Einlaßleitungen ver- Das zum Hinduichpressen der filmbildenden Flüssigbunden ist, sowie durch einen Lösungsmittelspeicher, keil verwendete Gas bzw. die Gasmischung sollte cheder über eine Leitung und eine Pumpe mit einer Gieß- misch nicht mit der Gießflüssigkeit reagieren. In vielen flüssigkeitsleitung einerseits und über eine Leitung und Fällen hat sich Luft als zufriedenstellend erwiesen. Die eine Pumpe mit einer anderen Leitung verbunden ist. 35 Erfahrung hat gezeigt, daß es häufig besser ist, eine

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung kurze Gasblase an Stelle einer langen zu verwenden,

im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher er- Durch diese Maßnahme werden die Gravitätswirkun-

läutert. Es zeigt gen auf den Film der Gießflüssigkeit vor ihrem Erhär-

F i g. 1 den Querschnitt eines rohrförmigen Trägers ten herabgesetzt. Man kann beispielsweise Druck-

mit einer darin erfindungsgemäß gebildeten osmoti- 40 blasenlängen von 2 bis 3 cm und weniger verwenden,

sehen Schicht, um ein rohrförmiges Element zu bilden. Die Ge-

F i g. 2 den Querschnitt eines anderen rohrförmigen schwindigkeit, mit der die Gießflüssigkeit durch den

Trägers mit einer darin erfindungsgemäß gebildeten rohrförmigen Träger hindurchgedrückt wird, beein-

osmotischen Schicht und flußt die Dicke des auf der Innenwand zu bildenden

F i g. 3 ein Schaltschema für die Einrichtungen zur 45 Films. Man fand, daß bis zu gewissen Geschwindig-

Bildun» der osmotischen Schicht und Regenerierung keiten Zunahmen der Druckblasengeschwindigkeit

derselben in einer Umkehrosmose-Entsalzungsanlage. eine größere Wandstärke des abgelagerten rohrförmi-

Der Ausdruck »poröse ist so zu verstehen, daß der gen Elementes erzeugen. Demnach beeinflussen weitere

rohrförmige Träger wässerigen Lösungen den Durch- Steigerungen der ßlasengeschwindigkeit die Dicke der

tritt gestattet. Die im folgenden angegebenen Prozent- 5< > abgelagerten Schicht nicht mehr wesentlich. Experi-

sätze sind Gewichtsprozentsätze, sofern nichts anderes mente zeigen, daß der Bruchteil m der Flüssigkeit, die

angegeben ist. in einem mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllten Rohr

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich allge- verbleibt, -on der Geschwindigkeit U einer Gasblase

mein auf die Bildung einer osmotischen Schicht, die in einem Rohr abhängt sowie von der mittleren Ge-

für Flüssigkeiten und/oder Gase durchlässig sind und 55 schwindigkeit U_m der Flüssigkeit am Ende des mit

auf der Innenwand poröser rohrförmiger Träger ge- Flüssigkeit gefüllten Rohres gemäß der Beziehung bildet werden.

Durch die Verwendung von Druckgasblasen ist es U-O_n

m =

möglich, selbst viskose Flüssigkeiten durch einen rohr- {/

förmigen Träger h'ndurchzupressen. Gießflüssigkeiten 60

mit einer Oberflächenspannung mit etwa 20 bis Die Stufe des Aushärtens beginnt vorzugsweise so-

40 dyn/cm erzeugen brauchbare Schichten, da dieser fort nach dem Durchgang der unter Druck gesetzten Bereich eine günstige Verteilung der Flüssigkeit über Gaöblase. Die sofortige Härtung vermindert die die ganze Oberfläche und ein geeignetes Anhaften der gravitätsbedingte Verformung des Flüssigkeitsfilmes. Schicht gestattet. 55 Nach dessen Bildung auf den Innenwänden des Trä-

Die Dichte oder das spezifische Gewicht der film- gers bleibt die Flüssigkeit im flüssigen Zustand, wesbildenden Flüssigkeit ist von Bedeutung, wenn zum halb min den Flüssigkeitsfilm möglichst auszuhärten Hindurchpressen der Gasblase durch den rohrförmigen versucht, bevor die Gravitätswirkungen durch das

Fließen der Flüssigkeit zu einem Rohr mit unterschiedlichen Wandstärken führen können. Um das rohrförmige Element auszuhärten, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine Flüssigkeit zum Aushärten einzuleiten. Zweckmäßig preßt man eine Säule laugender Flüssigkeit der vorbeschriebenen Art durch das Innere des rohrförmigen Flüssigkeitsfilmes direkt nach der Gassäule hindurch.

Die für die Umkehrosmose verwendeten rohrförmigen Träger sollten ausreichend porös sein, damit nur ein unbeträchtlicher Druckabfall entlang des Rohres während der Entsalzungsvorgänge auftritt. Die Träger sollten Porengrößen aufweisen, die klein genug sind, so daß nur ein unbeträchtlicher Anteil der Trägerflüssigkeit während des Verfahrens durch die Poren fließt. Es ist ferner darauf zu achten, daß die porösen Trägerrohre korrosionsbeständig und gegenüber Salzwasser beständig und in wenigstens einem Material, das die osmotische Schicht lösen kann, relativ unlöslich sind. Die Trägerrohre können beispielsweise aus rostfreiem Stahl, Fiberglaslaminaten von Epoxyharz oder Polyester oder geflochtenen Glasfasern bestehen. Sowohl starre als auch biegsame rohrförmige Träger können bei dem Verfahren verwendet werden. Für die Umkehrosmosevorrichtungen sind Träger mit Innendurchmessern von 6 mm und weniger zweckmäßig. Rohre mit einem Innendurchmesser von bis zu 3 mm haben sich als günstig erwiesen.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellten Anordnungen sind in Umkehrosmosevorrichtungen verwendbar. In dem porösen, rohrförmigen Träger 10 ist eine rohrförmige osmotische Schicht 12 gebildet.

F i g. 2 stellt eine feste rohrförmige Verstärkungshülse 16 dar, die eine Reihe radial gebohrter und für den Ausfluß des Wassers vorgesehene Löcher 18 besitzt. Ein bezüglich Wasser sehr poröser rohrförmiger Träger 14 ist innerhalb der Verstärkungshülse 16 angeordnet. Eine permeable, rohrförmige Schicht 12 ist innerhalb des porösen Rohres 14 gebildet.

Zur Bildung von beim Umkehrosmoseverfahren verwendbaren Schichten können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vielerlei filmbildende Flüssigkeiten verwendet werden. Die meisten weisen ein Cellulosederivat und ein flüssiges Trägermaterial auf, das die entsprechende Ausbildung der permeablen Schicht aus dem Cellulosederivat nach Entfernung der Trägerlösung ermöglicht. Die bevorzugten filmbildenden Cellulosederivate haben die Form:

-CH

CHCH,OR, O

CHOR, CHOR,

CH O

wobei R₁, R, und R, Glieder einer Gruppe sind, die aas Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohleostoffatomen und Radikalen der Form CR₄O besteht, wobei R₄ eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen ist. Spezielle Beispiele derartiger Cellulosederivate sad Celluloseacetat, Cefluloseacetat-Buiyrat, CelloJosepropionat and Äthylcelhilose.

Das bei dem vorliegenden Verfahren verwendete porenbildende Material soD mit dem Cellulosederivat zur Bildung von Poren in dem rohrförmigen Film der GießSüssigkeit zusammenwirken, so daß eine permeable Schicht erzeugt wird, wenn es ans dem Cellu losederivat entfernt wird. Das porenbildende Material kann aus einer wässerigen Lösung von Essigsäure oder im wesentlichen wasserfreier Essigsäure bestehen. In dem Lösungsmittel können auch porenbildende, organische Bestandteile oder ein Salz gelöst sein. Als organische Lösungsmittel dienen Aceton, Dimethylformamid, Methyläthylketon, Äthylalkohol, Methylalkohol und Mischungen dieser Lösungsmittel, von denen Aceton besonders geeignet ist.

ίο Das Gewichtsverhältnis des organischen Löoungsmittels zu dem Cellulosederivat liegt normalerweise in der Größenordnung von etwa 2:1 oder 6:1, wobei ein Verhältnis von 3:1 vorgezogen wird.

Bevorzugte Gießflüssigkeiten zur Bildung von Umkehrosmoseschichten umfassen ternäre Systeme von Aceton, Formamid und Celluloseacetat. Diese bevorzugten Zusammensetzungen haben eine Viskosität von etwa 100 bis 1000 Poise und eine Oberflächenspannung von etwa 30 bis 40dyn/cm. Optimale Zusammen-

ao Setzungen enthalten etwa 25% Celluloseacetat, 45% Aceton und 30% Formamid.

Wenn die Druckgasblase zu kurz ist, kann sie vor Bildung der angestrebten Länge der rohrförmigen Schicht verschwinden. Als Grund hierfür nimmt man

as an, daß sich das Gas in der filmbildenden Flüssigkeit auflöst.

Bei der leizten Stufe des Verfahrens wird der Film in der Gießflüssigkeit gehärtet und eine permeable Schicht gebildet, die konzentrisch innerhalb des Trägers angeordnet ist. Wenn filmbildende Flüssigkeiten auf der Basis Cellulosederivate verwendet werden, kann die Härtung dadurch ausgeführt werden, daß die Gasblase mittels kaltem Wasser entlang dem rohrförmigen Träger getrieben wird. Durch das Hindurchtreiben des kalten Wassers durch das Rohr wird das Cellulosederivat geliert und das Lösungsmittel entfernt. Diese Kaltwasserzugabe beansprucht gewöhnlich etwa 15 bis 30 Minuten, wenn Wasser von 4 bis 15°C verwendet wird. Es kann auch Wasser bis zu Raumtemperatur

für die vorgenannten Zwecke verwendet werden.

Danach versucht man, die Salzrückstandsgeschwindigkeit der rohrförmigen Schicht dadurch zu steigern, daß auf der Innenseite der CelJulose-Rohrschicht eine aktive Schicht gebildet wird, indem eine Säule eines erhitzten, gasförmigen oder flüssigen Mitte s, beispielsweise Wasser oder Luft, bei entsprechend kontrollierter Temperatur entlang dem Inneren der rohrförmigen Schicht zugegeben wird. Bevorzugte schichtbildende Bedingungen werden erreicht, indem die Schicht mit Wasser von 70 bis 90⁰C für 10 bis 30 Minuten in Kontakt gebracht wird. Danach wird das System schließlich wieder mit einem kalten Wasserstrom abgespült.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und zur Verwendung für die Ent-

salzung von Wasser ist in F i g. 3 dargestellt. Die Vorrichtung enthält einen schraubenförmig aufgewickelten, porösen rohrförmigen Träger 20 mit Einlaßleitungen 22 und Ansiaßleitungen 24. die mit dessen Innenraum verbunden sind. Um die filmbildende Flüssig-

keit in das Innere des rohrförmigen Trägers einzuleiten, wird ein unter Druck stehender, mit einem Rührer 28 versehener Flüssigkeitsbehälter 26 verwendet, der an eine Hochdruckgasleitung 30 und einer Flüssigkeitszuführleitung 32 angeschlossen ist. Diese

ist mit den Einlaßleitungen 22 über Ventile 34 verbunden, so daß die Flüssigkeit dem Inneren des rohrförmigen Trägers 20 intermittierend zugeführt werden kann.

7 8

In der Flüssigkeitszuführleitung 32 sind ein Ventil 36 zyklisch durch den porösen Träger 20 geführt werden, und eine Leitung 38 mit einem Prüfventil vorgesehen, um die poröse rohrförmige Schicht aufzulösen. Dies so daß Proben der filmbildenden Flüssigkeit entnom- geschieht dadurch, daß das Lösungsmittel von dem men und geprüft werden können. Die Hochdruck-Gas- Speichertank 84 durch die Leitung 90, die Leitung 58 leitung 30 ist mit dem oberen Teil des Flüssigkeits- 5 und die Einlaßleitungen 22 in den Träger 20 gepumpt behälters 26 über Ventile 29 und 31 verbunden und wird. Das Lösungsmittel und das aufgelöste Schichtwird dazu verwendet, die filmbildende Flüssigkeit in material werden dann zyklisch durch die Auslaßden rohrförmigen Träger 20 hineinzudrücken. leitungen 24, die Ventile 94 und die Leitung 96 in den

Um eine Gassäule und die filmbildende Flüssigkeit Lösungsmittelspeicher 84 zurückgeführt,
axial innen entlang dem porösen, rohrförmigen Träger io Ferner weist die Vorrichtung nach F i g. 3 eine Ab-20 hindurchzupressen und um eine Flüssigkeitsschicht laufleitung 98 auf, die über ein Ventil 100 mit der auf der Innenwand zu bilden, ist ein Zylinder 42 für Leitung 96 verbunden ist. Durch diese Maßnahme unter hohem Druck stehendes Gas vorgesehen, der wird heißes und kaltes zur Härtung der Schicht verüber Ventile 29 und 43 mit der Leitung 44 für die BU- wendetes Wasser aus dem System entfernt. Weiterhin dung der Druckgasblase verbunden ist. Umgekehrt ist 15 kann zu Beginn der Auflösung der verbrauchten die Leitung 44 für die Bildung der Druckgasblase mit Schicht von dem rohrförmigen Träger 20 jegliches von der Flüssigkeitszuführleitung 32 verbunden. Diese An- der Schicht angesammeltes Material von dem System Ordnung ermöglicht die intermittierende Bildung der über die Leitung 98 entfernt werden.
Druckgasblase hinter einer Säule einer filmbildenden Nach dem Lösen der Schicht kann im rohrförmigen Flüssigkeit innerhalb des Trägers 20. 20 Träger 20 durch das vorstehend erläuterte Verfahren

Die Einrichtung für das Durchpressen des gas- eine neue osmotische Schicht regeneriert werden. Anförmigen oder flüssigen Härtungsmittels entlang dem schließend kann das salzhaltige Wasser wieder unter Inneren des rohrförmigen Trägers zur Härtung der Druck innen durch die Schicht gepreßt werden, um die Schicht der filmbildenden Flüssigkeit weist einen Kalt- Umkehrosmose- und Wassereinigungsvorgänge einwasserspeicher 50 auf, der mit der Hochdruckgas- as zuleiten,
leitung 30 über die Leitung 52 und ein Ventil 54 verbunden ist. Kaltes Wasser kann unter Druck von dem Beispiel 1
Kaltwasserspeicher 50 durch ein Ventil 56 in die Leitung 58 gepreßt werden, die mit den Einlaßleitungen 22 Filmbildende Celluloseazetatflüssigkeiten werden in des rohrförmigen Trägers 20 verbunden ist. Dadurch 30 Glasröhren unterschiedlicher Durchmesser bei unterkann eine nachfolgende Flüssigkeitssäule von dem schiedlichen Geschwindigkeiten hydrodynamisch ge-Kaltwasserspeicher 50 zugeführt werden, um die durch bildet, wobei Argongas als Druckgas dient. Sie werden die Leitung 44 zugeführte Gasblase durch den rohr- geprüft, um das Verhältnis zwischen m, dem Verhältnis förmigen Träger zu pressen und die Schicht der film- der in dem rohrförmigen Träger verbleibenden Flüssigbildenden Flüssigkeit zu härten. 35 keit zu der in den rohrförmigen Träger gefüll'en

Fi g. 3 zeigt ferner eine Einrichtung für die end- _mssigkeit _{und den} dimensionslosen Parameter ^- gültige Aktivierung der inneren Schicht. Diese weist ^T eine Einrichtung 60 mit einer Heißwasserversorgung 62 zu bestimmen. Hierbei ist u die Viskosität der Flüssig- und einer Kaltwasserversorgung 64 auf, die beide mit keit, U die Translationsgeschwindigkeit der Flüssigkeit der Pumpe 66 verbunden sind. Diese ist über das Ven- 40 und T die Oberflächenspannung der Gießflüssigkeit, til 67 und die Leitung 68 mit den Einlassen 22 des rohr- Die verwendete Anordnung besteht aus einem rohrförmigen Trägers 20 verbunden. Somit können die die förmigen Träger, der aus 134 cm horizontaler Länge Schicht beeinflussenden Mittel intermittierend durch eines Glasrohres besteht, das mit einer filmbildenden das Innere der gebildeten Schicht hindurchgepreßt Flüssigkeit gefüllt ist und an dem einen Ende mit werden. F i g. 3 zeigt ferner eine Zuführleitung 70 für 45 einem Gasbehälter und einem Manometer-Drucksalzhaltiges Wasser, die mit den Einlaßleitungen 22 ventil verbunden ist. Das andere Ende des Rohres ist über Ventile 72 verbunden ist. Somit kann das salz- mit einem Druckausgleichssystem verbunden, welches haltige Wasser in das Innere der porösen rohrförmigen eine konstante Druckdifferenz an dem Gießflüssig-Schicht eingespeist werden. keits-Absperrorgan und damit eine konstante Ge-

Das salzhaltige Wasser fließt innen entlang der So schwindigkeit der Gießfiüssigkeit durch das Rohr auf Schicht, und das gereinigte Wasser wird durch die rechterhält. Der Wert m wird in jedem Falle bestimmt durchlässigen Wände der rohrförmigen Schicht und durch Messung der Länge des gefällten Teiles l_e des den porösen rohrförmigen Träger gepreßt und fällt in- Rohres vor der Prüfung und der Länge des geblasenen folge seines Gewichtes in ein Sammelbecken 76^ Das _{Abschnitts lfc} ^_30n _m ₌ '» . gereinigte Wasser kann dann durch die Leitung 77 ent- SS u
fernt werden. Konzentriertes Salzwasser fließt innen Die Geschwindigkeit des Gas-Flüssigkeits-Meniskus durch die rohrförmige Schicht in die Auslaßleitungen wird gemessen, indem die Durchgangszeit durch zwei 24 durch die Ventile 78 und dann in die Salzwasser- Referenzpunkte auf dem Glasrohr gemessen wird, leitung 80. Die Gießflüssigkeit wird in das Trägerrohr und der

Mittels eines in Fig. 3 gezeigten Lösungsmittel- 60 Gasdruck mittek eines unter Druck gesetzten Behäl-

speichers 84, der über die Leitung 86 und die Pumpe 88 ters eingeführt.

mit der Gießflüssigkeitsleitung 90 verbunden ist, kann Es werden Glasrohre unterschiedlichen Durchdie rohrförmige Schicht aufgelöst werden. Der Lö- messers von etwa 1,3 bis 0,3 cm verwendet. Bei der in sungsmittelspeicher 84 ist über die Leitung 86, die diesen Versuchen verwendeten Vorrichtung ergeben Pumpe 88 und das Ventil 92 ferner mit der Leitung 58 65 aber die größeren Abmessungen über 0,6 on unterverbunden. Bei der in Fig. 3 dargec!eilten Ausfüh- schiedliche Ergebnisse bei kleinen Blasgeschwindigrungsform kann das Lösungsmitte] für den filmbilden- keiten, da Luftblasen gern auf der Gießflüssigkeitsden Bestandteil der Gießflüssigkeit intermittierend schicht schwimmen. Bei Rohren kleineren Durch-

messers herrscht die Oberflächenspannung vor, und es werden beständige Ergebnisse erreicht.

In der Tabelle werden Prüfergebnisse für Glasrohre angegeben, die im Durchmesser von etwa 0,29 bis 0,05 cm schwanken.

10

Diese Ergebnisse zeigen, daß das Verhältnis nt der in dem Rohr verbleibenden Flüssigkeit gegenüber der Flüssigkeit in dem gefüllten Rohr einen asymptotischen Wert mit zunehmender translatorischer Geschwindigkeit U erreicht.

Glasträger Röhrendurchmesser	Gießflüssigkeit Viskosität («)	Gießflüssigkeit Oberflächenspannung T berechnet in	m	Translationsgeschwindig keit der Luftblase U	*u-U*
		dyn	0,312	cm	T
cm	Poise	cm	0,393	see.
0,289	19,0	29,5	0,406	0,233	0,150
0,289	19,0	29,5	0,461	0,510	0,328
0,289	19,0	29,5	0,490	0,538	0,346
0,289	19,0	29,5	0,532	0,952	0,613
0,289	19,0	29,5	0,484	1,176	0,756
0,289	19,0	29,5	0,491	2,50	1,61
0,289	19,0	29,5	0,263	2,000	1,288
0,289	19,0	29,5	0,524	1,739	1,12
0,289	19,0	29,5	0,549	0,167	0,1075
0,289	19,0	29,5	0,543	2,564	1,653
0,289	87,5	29,7	0,508	0,827	2,44
0,289	87,5	29,7	0,460	0,885	2,61
0,289	87,5	29,7	0,337	0,580	1,715
0,289	87,5	29,7	0,504	0,276	0,814
0.289	87,5	29,7	0,506	0,071	0,209
0,266	19,0	29,5	0,489	2,500	1,61
0,266	19,0	29,5	0,421	2,15	1,383
0,266	19,0	29,5	0,384	1,694	1,09
0,266	19,0	29,5	0,505	0,878	0,571
0,266	19,0	29,5	0,463	0,572	0,368
0,224	87,5	29,7	9,380	0,394	1,160
0,224	87,5	29,7	0,327	0,240	0,706
0,224	87,5	29,7	0,52	0,154	0,454
0,224	87,5	29,7	0,067	0,197
0,05	20	38	4,18	2,2

Beispiel 2

Eine rohrförmige osmotische Schicht aus Celluloseazetat wird durch eine Vorrichtung erzeugt, die im wesentlichen der im Beispiel 1 beschriebenen gleicht und einen rohrförmigen Glasträger von 3 mm im Durchmesser aufweist. Die Gießflüssigkeit enthält Celluloseazetat als filmbildenden Bestandteil und Essigsäure-Lösungsmittel. Blasen der Gießflüssigkeit durch das Trägerrohr etf olgt unter Verweildung einer Stickstoffblase bei einem Druck von 2,04 at und einer Translationsgeschwindigkeit von etwa 1,5 cm/sec Das Aushärte« der rohrförmigen osmotisch«! Schicht erfolgt dadurch, daß eine Wasserquelle an das Einlaßende des rohrförmigen Trägers angeschlossen und das Aushärtungsmittel hinter die Gasblase und etwa 20 Minuten lang axial einem entlang der gebildeten rohrförmigen osmotischen Schicht gepreßt wird.

Beispiel 3

Lange rohrförmige osmotische Schichten aus Celluloseazetat werden durch eine Vorrichtung hergestellt, die ähnlich der in Beispiel 1 ist, mit der Ausnahme, daß der rohrförmige Glasträger durch ein langes, schraubenförmig gewickeltes, nichtpermeables Hochdruck-Nylonrohr von etwa ungefähr 0,2 cm Innendurchmesser ersetzt wird. Eine Quelle mit Härtungsmittel wird über ein Ventil mit dem Einlaßende des rohrförmigen Trägers verbunden. Die Zusammensetzuni der Gießflüssigkeit ist:

Celluloseazetat E 398-10 Grad 25%

Formamid 30%

Azeton 45%

Viskosität 190 Poise

Eine Luftblase wird in das Rohr eingeführt, wöbe die Länge der Luftblase unter Normaldruck so einge stellt ist, daß sie sich bei dem Fonndruck auf die ge

So wünschte Länge von etwa 2,54 cm zusammenzieht Kaltes Wasser von etwa 10° C aus einem unter Dnicl gesetzten Gefäß wird an das System angeschlossen um die Gasbiase durch den rohrförmigen Träger τχ treiben und als Härtungsmittel zu wirken.

SS Die Geschwindigkeit der Gasblase steht in Beziehunj

zu dem angewandten Druck. Drücke bis zu 800 ati werden verwendet, und es entstehen dabei Blasen geschwindigkeiten zwischen 0,5 bis 2,0 cm/sec.

Ein spezieller Betriebsfall enthält folgende Bedin

gungen:

Betriebsdruck 40,8 atü Luftblasenlänge bei Normaldruck .. 30 cm Mittlere lineare Geschwindigkeit der

Blase 0,3 cm/se

Während der Behandlung wira die Luftblase in de Länge reduziert, während sie entlang des rohrförmige! Trägers fortschreitet. Nach ungefähr 6 m verschwinde

die Blase offensichtlich. Eine ungefähr 6 m lange fehlerfreie, symmetrisch rohrförmige osmotische Schicht wird nach einer Wärmebehandlung des Rohres von 20 Minuten Dauer bei 8O⁰C mittels einer Wassersäule herausgezogen. Diese Länge fällt zusammen mit dem Punkt des Verschwindens der Luftblase.

Beispiel 4

a) Geht man ähnlich Beispiel 3 vor, mit der Ausnahme, daß keine Gasblase benutzt wird und das Wasser mit einem Druck von 40,8 atü verwendet wird, um die filmbildende Flüssigkeit durch den rohrförmigen Träger zu treiben, so werden keine

r3

^{B e j s} P ' ^e ' ⁶

zentration gefüllt. Der osmotische Durchgang des Wassers durch die Schicht in die salzhaltige Lösung führt dazu, daß die Lösung in das Sammelgefäß verdrängt wird. Der Betrag der verdrängten Lösung wird S nach etwa 4 Stunden gemessen. Es wird eine Analyse der verdrängten Lösung, des Inhalts der rohrfiii irrigen osmotischen Schicht und des die Schicht umgebenden Wassers vorgenommen. Aus dem Salzgleichgewicht des Systems ist es möglich, unter den Prüfbedingungen den Koeffizienten des Salzrückstandes für die osmotische Schicht zu berechnen.

Die Ergebnisse werden in tabellarischer Form nachstehend angegeben.

_{Oesam(e u} _{da tohMmi}.

^1S i ι ^hih

Sengen mi, —g ve,,dta},. Lr pore den Abschnitten gebildet. Dieses Beispiel W, daH eine(M*.* ertordertieh is, um L-

£X££S

b) Das Verfahren nach a) wird mit den folgenden Abweichungen wiederholt:

Betriebsdruck 54,4 at *⁵

Luftblasenlänge bei Normaldruck .. 90,44 cm Mittlere lineare Geschwindigkeit... 2 cm/sec

Die Luftblase verschwindet nach 9 m und es wird eine rohrförmig* osmot.sche Sch.cht von etwa 9 m Lange gebildet.

Beispiel 5

In einem Glaskapillaren-Tragerrohr wird eine rohrförmige osmotische Schicht mit einem Innendurchmesser von ungefähr 0,05 cm gebildet, in dem das Verfahren nach Beispiel 4, b) verwendet wird. Ein Betriebsdruck von 50 atü und eine mittlere lineare Geschwindigkeit der Gasblase von 1 cm pro Sekunde werden angewandt. Dieses Verfahren erzeugt eine gleichförmige rohrförmige osmotische Schicht aus Celluloseazetat von etwa 1 m Länge.

⁴⁵

Die Salzrückstands-Charakteristik einer gebildeten rohrförmigen osmotischen Schicht wird geprüft an einer rohrförmigei. osmotischen Schicht, die ans einer Gießflüssigkeit bestehend aus 25 Gewichtsprozent Celluloseazetat, 47 Gewichtsprozent Azeton und 30Gewichtsprozent Formamid hergestellt wurde. Die rohrförmige osmotische Schicht wird dadurch gehärtet, daß kaltes Wasser etwa 30 Minuten lang durch das Innere der Schicht gelangt. Das Tragrohr und die osmotische Schicht werden nachfolgend in einem Wasserbad 20 Minuten lang bei 75°C erhitzt, und die rohrförmige osmotische Schicht wird aus dem Trägerrohr herausgezogen.

Die nicht unterstützte rohrförmige osmotische Schicht ist dicht um einen festen Kern gewickelt, wobei ein Ende versiegelt und eines offengelassen ist. Die Wicklung wird in einen Behälter mit destilliertem Wasser getaucht, wobei das offene Ende des Rohres über den Wasserspiegel herausragt, und zu einem kleinen Sammelgefäß führt. Der innere Teil der rohrförmigen osmotischen Schicht bzw. des Rohres wird vollständig mit einer Kochsalzlösung bekannte Kon- \ \ \!! \ SE?
κ Γ ... 50 000 ppm

^HaCI:^{Lösun8 lm}» J Wasserübertragung durch Osmose 13,7 cm³ in 4 Stunden Endgültiges Volumen des

äußeren Bades 36,8 cm³

End konzentration des NaCl

^im äußeren Bad 3100 ppm

_Endgültige Konzentration a^ ^ ^ _N|_c, .* _{def jm Rohr entha},.

_{t?nen Lösung und osmo{i}.

tische Wasseriibertragung.. 4400 ppm Mittlere Konzentration der Lösung im Rohr 27.200 ppm

Wirksame, die Schicht durchdringende Salzkonzentration der Lösung

l'°'⁸ ' ^1U > ' \?<^ä ' ^1U > ₌ 0442 Mol (13,7 · 10~³)

Rückstand = ——— ' = 0,695 ,
0,465

d. h. 69,5 ·/. Salzrückstand.

B e i s D i e 1 7
^v

Es wird eine rohrförmige osmotische Schicht in einem porösen, rohrförmigen Träger aus porösem, rostfreiem Stahl mit einer durchschnittlichen Porengröße von 5 Mikron und einem Innendurchmesser von 3 mm und 1 m Länge gebildet. Die filmbildende Flüssigkeit ist wie folgt zusammengesetzt:

Verbindung Gewichtsprozent Celluloseazetat 25

Azeton 45

Es wird eine Luftblase verwendet, um eine rohrförmige osmotische Schicht zu bilden. Die rohrförmige, durch Blasen gebildete osmotische Schicht wird geformt und gehärtet, indem eine Säule von Wasser mit 5° C bei 50 atü verwendet wird, um die Gasblase entlang des rohrförmigen Trägers zu treiben, und indem weiter kaltes Wasser in die osmotische Schicht gelangt, bis sie vollständig geliert hat.

Nachfolgend wird Wasser bei 75°C durch das

Innere der rohrförmigen osmotischen Schicht 20 Minuten lang hindurchgetrieben. Danach wird wieder kaltes Wasser auf das Innere der Schicht gegeben. Wenn Wasser mit einem Salzgehalt von SOOO ppm durch das Innere der osmotischen Schicht bei einem Druck von 54 4 at unter Turbulenzbedingungen geschickt wird, tritt Wasser mit einem niedrigeren Salzgehalt aas der rohrförmigen osmotischen Schicht und kann an deren Außenseite gesammelt werden. Das derart gesammelte Wasser hat einen Salzgehalt von 500 ppm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

l 2 Patentansnrüche· einer <«motischen Schicht, in einer Umkehrosmose- ratentansprucbe. ajfoga, ζ. B. zum Entsalzen von Meerwasser, unter

1. Verfahren zum Auskleiden eines rohr- oder Verwendung einer filmbildenden Flüssigkeit, die z. B. schlauchförmigen porösen Trägers mit einer osmo- ein Cellulosederivat, z. B. Celluloseacetat, ein Lösungstischen Schicht in einer Umkehrosmoseanlage, 5 mittel, z. B. Aceton, und ein porenbildendes Material, z. B. zum Entsalzen von Meerwasser, unter Ver- z. B. Formamid, enthält. Sie betrifft weiterhin eine Wendung einer filmbildenden Flüssigkeit, die z. B. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

ein Cellulosederivat, z. B. Celluloseacetat, ein Lö- Es ist bekannt, daß man bei der Herstellung von

sungsmittel, z. B. Aceton, und ein porenbildendes rohrförmigen Filterkörpern für Umkehrosmosean-Material, z. B. Formamid, enthalt, dadurch io lagen, z. B. Meerwasserentsalzungsanlagen, bisher so

gekennzeichnet, daß die filmbildende vorgegangen ist, eine rohr- oder schlauchförmige,

Flüssigkeit mittels einer Drnckgasblase axial durch permeable Schicht aus einem Cellulosederivat vorzu-

den Innenraum des rohrförmigen, porösen Trägers formen und in einen porösen rohr- oder scblauchför-

gedrückt wird und dabei auf dessen Innenwand migen l rager einzupassen, uerarugc riucixo._Hw κ-

einen dünnen Flfsiigkeitsfilm bildet, der geliert und 15 durften jedoch während des Betriebes ständig einer

ausgehärtet wird. mechanischen oder chemischen Reinigung und mußten

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- vor allem von Zeit zu Zeit wegen Beschädigung der zeichnet, daß als Gelier- bzw. Härtungsmittel kaltes Schicht durch Kesselstein oder chemische Angriffe im Wasser durch das Innere des Trägers hindurchge- Betrieb herausgenommen und durch neue Filterkörper führt wird. 20 ersetzt werden.