DE1908459C - Verfahren und Vorrichtung zum Auskleiden eines rohr- oder schlauchförmigen porösen Trägers mit einer osmotischen Schicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auskleiden i.is rohr- oder schlauchformigen porösen Trägers mit einer osmotischen Schicht, in einer Umkehrosmoseanlage, z. B. zum Entsalzen von Meerwasser, unter Verwendung einer filmbildenden Flüssigkeit, die z. B. ein Cellulosederivat, z. B. Celluloseacetat, ein Lösungsmittel, z. B. Aceton, und ein porenbildendes Material, z. B. Formamid, enthält. Sie betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist bekannt, daß man bei der Herstellung von rohrförmigen Filterkörpern für Umkehrosmoseanlagen, z. B. Meerwasserentsalzungsanlagen, bisher so vorgegangen ist, eine rohr- oder schlauchförmige, permeable Schicht aus einem Cellulosederivat vorzuforrnen und in einen porösen rohr- oder schlauchförmig Träger einzupassen. Derartige Filterkörper bedurften jedoch während des Betriebes ständig einer mechanischen oder chemischen Reinigung und mußten vor allem von Zeit zu Zeit wegen Beschädisung der Schicht durch Kesselstein oder chemische Angriffe im Betrieb herausgenommen und durch neue Filterkörper ersetzt werden.

Bekannte Techniken zur Herstellung poröserSchichtflächen für eine Umkehrosmosevorrichtung waren auf das Gießen beschränkt. Bei dem bekannten Verfahren wird eine Lösung, eine Gießflüssigkeit, mechanisch entweder auf eine fls :he Formplatte oder in ein festes Rohr eingegeben, z. B. durch Bestreichen oder Verschmieren, um einen Film zu bilden. Der Film wurde dann der Atmosphäre zum Trocknen ausgesetzt und/ oder in Wasser getaucht. Das mechanische Einstreichen der Gießlösung muß innerhalb eines festen und undurchlässigen rohrförmigen Trägers geschehen, wenn man eine rohrförmige Schicht herzustellen wünscht. Diese muß dann aus dem rohrförmigen Träger entfernt werden und später wieder in tinen porösen rohrförmigen Träger für die Verwendung in dem Umkehrosmoseverfahren eingegeben werden.

Demgegenüber Hegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Auskleiden eines rohr- oder schlauchformigen porösen Trägers der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem es ermöglicht werden kann, den rohr- oder schlauchformigen Träger in einfacher Weise mit der osmotischen Filmschicht auszukleiden und Montagekosten an der Anlage durch Einsetzen neuer Filterkörper zu vermeiden, d. h. insbesondere zu erreichen, daß ohne Umbau der Anlage die osmotische Filmschicht entfernt und wieder aufgebracht werden kann.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die filmbildende Flüssigkeit mittels einer Druckgasblase axial durch den Innenraum des rohrförmigen, porösen Trägers gedruckt wird und dabei auf dessen Innenwand einen dünnen Flüssigkeitsfilm bildet, der geliert und ausgehärtet wird. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist ein einfaches und schnelles, aber ebenso wirksames Herstellungsverfahren geschaffen worden. Die Herstellung der Schicht ist ohne weiteres in kurzer Zeit und mit einfachen Mitteln ohne Umbau der Anlage möglich, so daß die Wirksamkeit z. B. einer Anlage zum Entsalzen von Meerwasser erhöht wird.

Die Erfindung ist vorteilhaft dadurch weiter ausgestaltet, daß als Gelier- bzw. Härtungsmittel kaltes Wasser durch das Innere des Trägers hindurchgeführt wird. Ferner ist es erfindungsgemäß zweckmäßig, wenn zum Aktivieren der osmotischen Schicht heißes und danach kaltes Wasser durch das Innere der gebildeten Schicht hindurchgeführt wird.

Das Verfahren zum Regenerieren einer nach den

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vorgenannten Merkmalen hergestellten osmotischen Schicht, die beispielsweise bei ihrer Verwendung in einem Verfahren zur Gewinnung von Wasser mit einem niedrigen Salzgehalt aus Wasser mit einem hohen Salzgehalt betriebsunfähig geworden ist, kennreichnet sich dadurch aus, daß (a) die osmotische Schicht aufgelöst wird und (b) eine neue osmotische Schicht mit den vorgenannten Verfahren u.uf die Innenwand des rohr- oder schlauchförmigen Trägers aufgebracht wird.

Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist die Erfindung gekennzeichnet durch eine einrichtung zur Zufuhr der schichtbildenden Flüssigkeit in den Innenraum des rohrförmigen Trägers, eine Hinrichtung zum Hindurchpressen einer Gassäule, /.. B. einer Luftsäule, durch den Träger und eine Einrichtung, um das Gelier- bzw. Härtungsmittel axial durch den rohrförmigen Träger hindurchzutreiben.

In besonders vorteilhafter Weise ist erfindungsgemäß die Vorrichtung zur Durchführung der obengenannten Verfahren mit einer Zuführungsleitung für beispielsweise salzhaltiges Wasser gekennzeichnet durch einen mit Druck beaufschlagbaren Flüssigkeitsbehälter, der an eine Hochdruckgasleitung und eine Flüssigkeitszuführleitung angeschlossen ist, die mit Einlaßleitungen am Träger verbunden ist, ferner durch einen Zylinder für unter Druck stehendes Gas, der mit einer das Gas führenden Leitu": verbunden ist, ferner durch einen Kaltwasserspeicher, der mit der Hochdruckgasteitung über eine Leitung verbunden ist und andererseits über eine Leitung mit den Einlaßleitungen verbunden ist, sowie durch einen Lösungsmittelspeicher, der über eine Leitung und eine Pumpe mit einer Gießflüssigkeitsleitung einerseits und über eine Leitung und eine Pumpe mit einer anderen Leitung verbunden ist.

Die Erfindung wird in der folgenden Beschreibung im Z isamrnenhang mit den Zeichnungen näher erläuteri. Es zeigt

F i g. 1 den Querschnitt eines rohrförmigen T'ägers mit einer darin erfindungsgemäß gebildeten osmotischen Schicht,

F i g. 2 den Querschnitt eines anderen rohrförmigen Trägers mit einer darin erfindungsgemäß gebildeten osmotischen Schicht und

F i g. 3 ein Schaltschema für die Einrichtungen zur Bildung der osmotischen Schicht und Regenerierung derselben in einer Umkehrosmose-Entsalzungsanlage.

Der Ausdruck »porös« ist so zu verstehen, daß der rohrförmige Träger wässerigen Lösungen den Durchtritt gestattet. Die im folgenden angegebenen Prozent sätze sind Gewichtsprozentsätze, sofern nichts anderes angegeben ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich allgemein auf die Bildung einer osmotischen Schicht, die für Flüssigkeiten und/oder Gase durchlässig sind und auf der Innenwand poröser rohrförmiger Träger gebildet werden.

Durch die Verwendung von Druckgasblasen ist es möglich, selbst viskose Flüssigkeiten durch einen rohrförmigen Träger hindurchzupressen. Gießflüssigkeiten . mit einer Oberflächenspannung mit etwa 20 bis 40 dyn/cm erzeugen brauchbare Schichten, da dieser Bereich eine günstige Verteilung der Flüssigkeit über die ganze Oberfläche und ein geeignetes Anhaften der Schicht gestattf*.

Die Dichte oder das spezifische Gewicht der filmbildenden Flüssigkeit ist von Bedeutung, wenn zum Hindurchpressen der Gasblase durch den rohrförmigen Träger eine Flüssigkeitssäule verwendet wird. Das spezifische Gewicht der filmbildenden Flüssigkeit und das der zum Hindurchpressen verwendeten nachfolgenden Flüssigkeit sollten möglichst gleich sein, um

gravitätsbedingte Formänderungen des Flüssigkeitsfilrnes während des Durchgangs der Preßflüssigkeil minimal zu halten.

Die filmbildende Flüssigkeit hat einen filmbildenden Bestandteil und ein Lösungsmittel. Das Lösungsmittel

ίο soii so ausgesucht sein, daß es sich nach der Bildung des Filmes auf der Innenwand von dem filmbildenden Bestandteil leicht entfernen läßt. Dies kann durch Verdampfen erfolgen, aber vorzugsweise wird eine auslaugende Flüssigkeitssäule durch die gebildete rohrförmige Schicht geleitet, um das Lösungsmittel von dem filmbildenden Bestandteil auszulaugen. Die laugende Flüssigkeit soll nur aui das Lösungsmittel einwirken, nicht aber auf den filmbildenden Bestandteil. Der rohrförmige Träge soll den Verfahrensdrücken und auch den normalen Betriebsdrücken widerstehen können. Man kann aber auch eine Verstärkungshülse um ihn herum anordnen, so daß er beispielsweise einen ausreichenden Widerstand gegen Toision hat. Es versteht sich, daß rohrförmige Elemente verschiedenster

as Durchmesser hergestellt werden können, sofern sie durch die auftretenden Gravitätswirkungen nicht nach teiüg beeinflußt werden. Dem kann man jedoch entgegenarbeiten, indem die üruckblase mit hoher Ge-

. schwindigkeit und vertikal durch den rohrförmigen Träger hindurchgeleitet wird.

Das zum Hindurchpressen der filmbildenden Flüssigkeit verwendete Gas bzw. die Gasmischung sollte chemisch nicht mit der Gießflüssigkeit reagieren. In vielen Fällen hat sich Luft als zufriedenstellend erwiesen. Die.

Erfahrung hat gezeigt, daß es häufig besser ist, eine kurze Gasblase an Stelle einer lanzen zu verwenden. Durch diese Maßnahme werden die Gravitätswirkungen auf den Film der GieOflüssigkeit vor ihrem Erhärten herabgesetzt. Man kann beispielsweise Druckblasenlängen von 2 bis 3 cm und weniger verwenden, um ein rohrförmiges Element zu bilden. Die Geschwindigkeit, mit der die Gießflüssigkeit durch den rohrförmigen Träger hindurchgedrückt wird, beeinflußt die Dicke des auf der Innenwand zu bildenden Films. Man fand, daß bis zu gewissen Geschwindigkeiten Zunahmen der Druckblasengeschwindigkeit eine größere Wandstärke des abgelagerten rohrförmigen Elementes erzeugen. Demnach beeinflussen weitere Steigerungen der Blasengeschwindigkeii die Dicke der abgelagerten Schicht nicht mehr wesentlich. Experimente zeigen, daß der Bruchteil m der Flüssigkeit, die in einem mit einer viskosen Flüssigkeit gefüllten Rohr verbleibt, von der Geschwindigkeit U einer Gasblase in einem Rohr abhängt sowie von der mittleren GeschwirMigkeit U_m der Flüssigkeit am Ende des mit Flüssigkeit gefüllten Rohres gemäß der Beziehung

m =

Die Siufe des Aushärtens beginnt vorzugsweise sofort nach dem Durchgang der unter Druck gesetzter Gasblase. Die sofortige Härtung vermindert die gravitätsbedingte Verformung des Flüssigkeitsfilmes Nach dessen Bildung auf den Innenwänden des Trä gers bleibt die Flüssigkeit im flüssigen Zustand, wes halb man den Flüssigkeitsfilm möglichst auszuhärtei versucht, bevor die Gravitätswirkungen durch da

Fließen der Flüssigkeit zu einem Rohr mit unterschiedlichen Wandstärken führen können. LJm 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.

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, Methyläthyiketon, Äthylalkohol, Methylalkohol und Mischungen dieser Lösungsmittel., von denen Aceton besonders geeignet ist.

Das Gewichtsverhältnis des organischen Lösungsmittels 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 40 dyn/cm. Optimale Zusammen-

Die Trägerrohre können beispielsweise aus rostfreiem ao Setzungen enthalten etwa 25% Celluloseacetat, 45°/₀

Stahl, Fiberglaslaminaten von Epoxyharz oder Poly- Aceton und 30% Formamid.

ester oder geflochtenen Glasfasern bestehen. Sowohl Wenn die Druckgasblase zu kurz ist, kann sie vor

starre als auch biegsame rohrförmige Träger können Bildung der angestrebten Länge der rohrförmigen

bei dem Verfahren verwendet werden. Für die Um- Schicht verschwinden. Als Grund hierfür nimmt man

kehrosmosevorrichtungen sind Träger mit Innendurch- 35 an, daß sich das Gas in der filmbildenden Flüssigkeit

messern von 6 mm und weniger zweckmäßig. Rohre mit - ·."--. einem Innendurchmesser von bis zu 3 mm haben sich als günstig erwiesen.

auflöst.

Bei der letzten Stufe des Verfahrens wird der Film in der Gießflüssigkeit gehärtet und eine permeable Schicht gebildet

die konzentrisch

nerhalb des Trägers ang;

Die in den rig. i und l dargestellten Anordnungen
sind in Umkehrosmosevorrichtungen verwendbar. In ₃₀ ordnet ist. Wenn filmbildcnde Flüssigkeiten auf der rohrförmigen Träger 10 ist eine rohr- 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 Kaltwasscrzugabe beansprucht gewöhnlich etwa 15 bis 30 Minuten, wenn Wasr.er 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 Cellulose-Rohrschicht eine aktive Schicht gebildet wird, indem eine Säule eines er-

dem porösen

förmige 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 45 hitzten, gasförmigen oder flüssigen Mittels, beispiels-

' ~ ■" ' "*"■■"— weise Wasser oder Luft, bei entsprechend I. jntrolliertei

Temperatur entlang dem Inneren der rohrförmiger Schicht zugegeben wird. Bevorzugte schichtbildend« Bedingungen werden erreicht, indem die Schicht mi Wasser von 70 bis 90⁰C für 10 bis 30 Minuten in Kon takt gebracht wird. Danach wird das System schließlicl wieder mit einem kalten Wasserstrom abgespült.

Eint Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens und zur Verwendung für die Ent salzung von Wasser ist in F i g. 3 dargestellt. Die Vor richtung enthält einen schraubenförmig aufgewickel ten, porösen rohrförmigen Träger 20 mit Einlaßleitun gen 22 und Auslaßleitungen 24, die mit dessen Innen raum verbunden sind. Um die filmbildende Flüssig keit in das Innere des rohrförmigen Trägers einzu leiten, wird ein unter Druck stehender, mit einer Rührer 28 versehener Flüssigkeitsbehälter 26 verweri del, der an eine HochdruckgasleiUng 30 und eine Flüssigkcitszuführleitung 32 angeschlossen ist. Dies

dem Cellulosederivat nach Entfernung der Trägerlösung ermöglicht. Die bevorzugten filmbildenden Cellulosederivate haben die Form:

-CH

CHCH₂ORi O

CHOR₂ CHOR₃

CH O

wobei R₁, R₂ und R₃ Glieder einer Gruppe sind, die aus Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und Radikalen der Form CR₁O besteht, wobei R₄ eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen ist. Speziclle Beispiele derartiger Cellulosederivate sind Celluloseacetat, Celluloscacetal-Butyrat, Ccllulosepropionat und Äthylcellulose.

vorliegenden Verfahren verwendete

porenbildcndc Malcriafsoll mit dem Cellulosederivat 65 ist mit den Iiinlaßlcitungcn 22 über Ventile 34 vcrbur zur Bildung von Poren in dem rohrförmigen IiIm der den, so dall die Flüssigkeit dem Inneren des rohi üicßflüssigkcil zusammenwirken, so daß eine per- formigen Trägers 20 intermittierend zugeführt werde mcablc Schicht erzeugt wird, wenn es aus dem CcIIu- kann.

7 8

In der Flüssigkpitszuführleiturig 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 Flüssigkeils- 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 cine Ab-20 hindurchzupressen und um eine Flüssigkeitsschicht Iaufleitung98 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 <>3 mit der Leitung 44 für die BiI- 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. ao Träger 20 durch das vorstehend erläuterte Verfahren

Die Einrichtung für das Durchpressen des gas- eine neue osmotische Schicht regeneriert werden. An-

förmigen 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- Unikehrosmose- und Wassereinigungsvorgänge ein-

wasserspeicher 50 auf, der mit der Hochdruckgas- as zuleiten,
leitung 30 über die Leitung 52 und ein Ventil 54 vei ·

bunden ist. Kaltes Wasser kann unter Druck von dem Beispiel 1
Kali wasserspeicher 50 durch ein Ventil 56 in die Leitung 58 gepreßt werden, die mit den Einiauleiüingcn 22 Filmbildende Celluloseazetatflüssigkciten werden in des rohrförmigen Trägers 20 verbunden ist. Dadurch 3<> Glasröhren unterschiedlicher Durchmesser bei uutcrkann 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 gefüllten

Fig. 3 zeigt ferner eine Einrichtung für die end- Flüssigkeit und den dimensionslosen Parameter "-'^U gültige Aktivierung der inneren Schicht. Diese weist ' 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- 4° 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. Fig. 3 zeigt ferner eine Zuführleitung70 für 45 einem Gasbehälter und einem Manometer-Driicksalzhaltiges Wasser, die mit den Einlaßleitungen 22 ventil verbunden ist. Dns 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 Gießflüssigkeit durch das Rohr aufSchicht, und das gereinigte Wasser wird durch die rechterhält. Der Wert m wird in jedem Falle bestimmi durchlässigen Wände der rohrförmigen Schicht und durch Messung der Länge des gefüllten Teiles l_c de; den porösen rohrförmigen Träger gepreßt und fällt in- Rohres vor der Prüfung und der Länge des geblasenei folge seines Gewichtes in ein Sammelbecken 76. Das Abschnitts I₆, danach m = ]* .
gereinigte Wasser kann dann durch die Leitung 77 ent- 55 u
fernt werden. Konzentriertes Salzwasser fließt innen Die Geschwindigkeit des Gas-Flüssigkeits-Menisku durch die rohrförmige Schicht in die Auslaßleitungen wird gemessen, indem die Durchgangszeit durch zwc 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 de

Mittels eines in Fig. 3 gezeigten Lösungsmittel- 60 Gasdruck mittels eines unter Druck gesetzten Behä

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

mit der Gießflüssigkeitsleitung 90 verbunden ist, kann Es werden Glasrohre unterschiedlichen Durcl

die rohrförmige Schicht aufgelöst werden. Der Lö- messers von etwa 1,3 bis 0,3 cm verwendet. Bd Uer i

sungsmitteispcicher 84 ist über die Leitung 86, die diesen Versuchen verwendeten Vorrichtung ergebe

Pumpe 88 und das Ventil 92 ferner mit der Leitung 58 65 aber die größeren Abmessungen übe 0,6 cm unte

verbunden. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausfüh- schiedliche Ergebnisse bei kleinen Blasgeschwindi

rungsform kann das Lösungsmittel für den filmbilden- keilen, da Luftblasen gern auf der Gießflüssigkeit

den Bestandteil der Gießflüfsigkcit intermittierend schicht schwimmen. Bei Rohren kleineren Durc

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

In der Tabelle werden Prüfergebnisse für Glasrohre angegeben, die im Durchmesser \on etwa 0.29 bis 0.05 cm schwanken.

10

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

Glastrager Röhrcndurchmesser	Gießfiüssigkeit Viskosität (u)	GieBfiüssigkeit Oberflächenspannung T berechnet in	m	Translatiopsgesch» ir.dig- keit der Luftblase V	u- L
		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	o.ei3
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.S27	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
	19 Q	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	4.1S	2.2

Beispiel 2

Eine rohrförmige osmotische Schicht aus Celluloseazetat wird durch eine Vonichtung erzeugt, die im wesentlichen der im Beispiel 1 beschriebenen gleicht und einen rohrförmigen Glasträger von 3 mm im Durchmesser aufweist. Die GieBflüssigkeit enthält Celiuloseazetat als Umbildenden Bestandteil und Essigsäure-Lösungsmittel. Blasen der Gießflüssigkeit durch das Trägerrohr erfolgt unter Verwendung einer Stickstoffblase bei einem Druck von 2,04 at und einer Translationsgeschwindigkeit von etwa 1,5 cm/sec. Das Aushärten der rohrförmigen osmotischen Schicht erfolgt dadurch, daß eine Wasserquelle an das Einlaßepde 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 rohriormige osmotische Schichten aus Celiuloseazetat werden durch eine Vorrichtung hergestellt, die ähnlich der in Beispiel 1 ist, mit der Ausnahme, daß der rohrfönnige 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 rohr- +o förmigen Trägers verbunden. Die Zusammensetzung der Gießflüssigkeit ist:

Celiuloseazetat E 398-10 Grad 25 %

Formamid 30%

Azeton 45 ·/,

Viskosität 190 Poise

Eine Luftblase wird in das Rohr eingeführt, wobei die Länge der Luftblase unter Normaldruck so eingestellt ist, daß sie sich bei dem Formdruck auf die ge-

wünschte Länge von etw* 2.54 cm zusammenzieht. Kaltes Wasser von etwa 10⁵C aus einem unter Druck gesetzten Gefäß wird an das System angeschlossen, um die Gasblase durch den rohrförmigen Träger τι treiben und ais Härtungsmittel zu wirken.

Die Geschwindigkeit der Gasblase steht in Beziehung

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 Bcdin guDgen:

Betriebsdruck 40,8 atü

Luftblasenlänge bei Normaldruck .. 30 cm

Mittlere lineare Geschwindigkeit iei

Blase 0.3 cm/s«

Während der Behandlung wird die Luftblase in dt Länge reduziert, während sie ent'ang des rohrfönnige Trägers fortschreitet. Nach ungefähr 6 m verschwind«

11 12

die Blase offensichtlich. Eine ungefähr 6 m lange zentration gefüllt. Der osmotische Durchgang des

lehlei freie, symmetrisch rohrförmige osmotische Wassers durch die Schicht in die salzhaltige Lösung

Schicht wird nach einer Wärmebehandlung des Rohres führt dazu, daß die Lösung in das Sammelgefäß ver-

von 20 Minuten Dauer bei 80°C mittels ^iner Wasser- drängt wird. Der Betrag der verdrängten Lösung wird

läule herausgezogen. Diese Länge fällt zusammen mit 5 nach etwa 4 Stunden gemessen. Es wird eine Analyse

dem Punkt des Verschwindens der Luftblase. der verdrängten Lösung, des Inhalts der rohrförmigen

osmotischen Schicht und des die Schicht umgebenden

Beispiel 4 Wassers vorgenommen. Aus dem Salzgle'chgewicht

des Systems ist es möglich, unter den Prüfbedingungen

a) Geht man ähnlich Beispiel 3 vor, mit der Aus- io den Koeffizienten des Salzrückstandes für die osmonahme, daß keine Gasblase benutzt wird und das tische Schicht zu berechnen.

Wasser mit einem Druck von 40,8 atü verwendet Die Ergebnisse werden in tabellarischer Form nachwird, um die filmbildende Flüssigkeit durch den stehend angegeben,
rohrförmigen Träger zu treiben, so werden keine Gesamte Länge der rohrförmirohrformigen osmotischen Schichten hergestellt. 15 osmotischen Schicht.. 300 cm

Das gel.erte Celluloseazetatwird in unregel- Innendurchmesser 0,125 cm

mäßigen Strängen mit zufällig verteilten, sehr Gesamte Schichtfläche 122 cm»

pot ösen Abschn.tten gebildet. Dieses Beispiel Anfangskonzentration von

zeigt, daß eine Gasblase erfo.derlich ist, um ein- _NaC, _{in dem Rohr} 50 000 ppm

heithche. rohrförmige osmotische Schichten bei io Volumen der NaCl-Lösung im

den vorliegenden Hydroformierprozessen zu bil- Rohr 3 81 cm³

"^en· Wasserübertragung durch

b) Das Verfahren nach a) wird mit den folgenden Ab- Osmose 13,7 cm³ in 4 Stunden

weichungen wiederholt: Endgültiges Volumen des

Betriebsdruck 54,4 at *⁵ äußeren Bades 36,8 cm³

Luftblasenlänge bei Normaldruck .. 90,44 cm Endkonzentration des NaCI

Mittlere lineare Geschwindigkeit... 2 cm/sec ^im äußeren Bad 3100 ppm

Die Luftblase verschwindet nach 9 mund es wird - _Endgültige Konzentration an '

eine rehrförrr.ige osmotische Schicht von etwa 30 NaC! in der im Roh·· «-ntha!-

9 m Länge gebildet. _{tenen Lösung und OS}moti-

tische Wasserübertragung.. 4400 ppm

Beispiel 5 Mittlere Konzentration der

, . „, , .„ ^ ■ . . . Lösung im Rohr 27,200 ppm

in einem Glaskapillaren-Tragerrohr wird eine rohr- 35 _ q 455 fyjol
'ormige osmotische Schicht mit einem Innendurchmesser von ungefähr 0,05 cm gebildet, in dem das Ver- Wirksame, die Schicht durchdringende Salzkonzen-■::ren nach Beispiel 4, b) verwendet wird. Ein Be- tration der Lösung
iebsdruck von 50 atü und eine mittlere lineare Ge- , m-³1 fS 1 10-^
nwindigkeit der Gasblase von 1 cm pro Sekunde 40 V*"'⁸ · iu ) ■ p,j · iu J^ ₌ ^₁₄₂ ^
■rden angewandt. Dieses Verfahren erzeugt eine (13,7 · 10~³)
::-iehförmige rohrförmige osmotische Schicht aus 0 465 — 0 142

lluloseazetat von etwa 1 m Länge. Rückstand = —'- ' = 0,695

0,465

^{B e} ' ^s P ' ^{e l 6 45} d. h. 69,5% Salzrückstand.

Die Salzrückstands-Charakteristik einer gebildeten Beispiel 7
rohrförmigen osmotischen Schicht wird geprüft an

einer rohrförmigen osmotischen Schicht, die aus einer Es wird eine rohrförmige osmotische Schicht in Gießflüssigkeii bestehend aus 25 Gewichtsprozent 50 einem porösen, rohrförmigen Träger aus porösem, Celluloseazetat, 47 Gewichtsprozent Azeton und 30Ge- rostfreiem Stahl mit einer durchschnittlichen Porenwichtsprozent Formamid hergestellt wurde. Die rohr- größe von 5 Mikron und einem Innendurchmesser vor förmige osmotische Schicht wird dadurch gehärtet, 3 mm und 1 m Länge gebildet. Die filmbildende daß kaltes Wasser etwa 30 Minuten lang durch das Flüssigkeit ist wie folgt zusammengesetzt:
Innere der Schicht gelangt. Das Tragrohr und die 55 Verbindung Gewichtsprozen osmotische Schicht werden nachfolgend in einem Celluloseazetat 75

Wasserbad 20 Minuten lang bei 75°C erhitzt, und die Azeton 45

rohrförmige osmotische Schicht wird aus dem Träger- Formamid 30

rohr herausgezogen.

Die nicht unterstützte rohrförmige osmotische 60 Es wird eine Luftblase verwendet, um eine rohr

.Schicht ist dicht um einen festen Kern gewickelt, wobei förmige osmotische Schicht zu bilden. Die rohrförmige

ein Ende versiegelt und eines offengelassen ist. Die durch Blasen gebildete osmotische Schicht wird ge

Wicklung wird in einen Behälter mit destilliertem formt und gehärtet, indem eine Säule von Wasser mi

Wasser getaucht, wobei das offene Ende des Rohres 5°C bei 50 atü verwendet wird, um die Gasblase ent

über den Wasserspiegel herausragt, und zu einem 65 lang des rohrförmigen Trägers zu treiben, und inder

kleinen Sammelgefäß führt. Der innere Teil der rohr- weiter kaltes Wasser in die osmotische Schicht gelang

förmigen osmotischen Schicht bzw. des Rohres wird bis sie vollständig geliert hat.

vollständig mit einer Kochsalzlösung bekannter Kon- Nachfolgend wird Wasser bei 75°C durch da

3040

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 5000 ppm durch das Innere der osmotischen Schicht bei einem Druck von 54,4 at unter Turbulenzbedingungen geschickt wird, tritt Wasser mit einem niedrigeren Salzgehalt aus 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 (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Auskleiden eines rohr- oder schlauchformigen porösen Trägers mit einer osmotischen Schicht in einer Unkehrosmoseanlage, z. U. zum Entsalzen von Meerwasser, unter Verwendung einer filmbildenden t-lüssigkcit, die z. B. ein Cellulosederivat, z. B. Celluloseacetat, ein Lösungsmittel, z. B. Aceton, und ein porenbildendes Material, z.B. Formamid, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die filmbildende Flüssigkeit mittels einer Druckgasblase axial durch den Innenraum des rohrförmigen, porösen Trägers gedruckt wird und dabei auf dessen Innenwand einen dünnen Flüssigkeitsfilm bildet, der geliert und ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß al· 'Jielier- bzw. Härtungsmittel kaltes Wasser durch das Innere des Trägers hindurchge- führt wird. ao

3. Verfahren nach den Ansprücher. 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aktivieren der osmotischen Schicht heiCes und danach kaltes Wasser durch das Innere der gebildeten Schicht hindurchgeführt wird.

4. Verfahren zum Regenerieren einer nach einem der Ansprüche 1 bi°. 3 hergestellten osmotischen Schicht, die beispielsweise bei ihrer Verwendung in einem Verfahren zur Gewinnung von Wasser mit einem niedrigen Salzgehalt aus 'Yasser mit einem hohen Salzgehalt betriebs.infähig gesvorden ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die osmotische Schicht aufgelöst wird und

b) eine neue osmotische Schicht mit den Verfahren nach dem Anspruch 1 oder 2 oder 3 auf die Innenwand des rohr- oder schlauchformigen Trügers aufgebracht wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26 bis 36) zur Zufuhr der schichtbildenden Flüssigkeit in den Innenraum des rohrförmigen Trägers (10, 14), eine Einrichtung (42 bis 44) zum Hindurchpressen einer Gassäule, z. B. einer Luftsäule, durch den Träger (10, 14, 20) und eine Einrichtung (50 bis 58), um das Gelier- bzw. Härtungsmittel axial durch den rohrförmigen Träger (10, 14) hind'rchzutreiben.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einer Zuführungsleitung für beispielsweise salzhaltiges Wasser, gekennzeichnet durch einen mit Druck beaufschlagbaren Flüssigkeitsbehälter (26), der an eine Hochdruckgasleitung (30) und eine Flüssigkeitszuführleitung (32) angeschlossen ist, die mit Einlaßleitungen (22) am Träger (20) verbunden ist, ferner durch einen Zylinder (42) für unter Druck stehendes Gas, der mit einer das Gas führenden Leitung (44) verbunden ist, ferner durch einen Kaltwasserspeicher (50), der mit der Hochdruckgasleitung (30) über eine Leitung (52) verbunden ist und andere;-seits über eine Leitung (58) mit den Einlußleitungen (22) verbunden ist, sowie durch einen L.ösungs· mittelspeieher (84), '.!er über eine Leitung (86) und eine Pumpe (88) mit einer Flüssigkeitsleitung (90) einerseits und über eine Leitung (86) und die Pumpe (88) mit der Leitung (58) verbunden ist.