DE19645537A1 - Coiled membrane module for cross-flow or dead-end filtration processes - Google Patents
Coiled membrane module for cross-flow or dead-end filtration processesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Wickelmodule, die zur Filtration von Fluiden im Crossflow- und im Dead-End-Modus verwendet werden, sowie Verfahren zu ihrer Herstellung und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to winding modules for the filtration of fluids in crossflow and be used in dead-end mode, as well as processes for their manufacture and Devices for performing the method.
Die erfindungsgemäßen Wickelmodule werden für Filtrationsprozesse im Getränke-, Lebensmittel-, Pharma-, Chemie- und Laborbereich sowie im Umweltschutz und in der Biotechnologie benötigt, in denen es auf die Abtrennung flüssiger oder partikulärer Bestandteile, wie z. B. Proteine, Mikroorganismen, Zellen usw. und die Vermeidung von Kontaminationen der zu filtrierenden Fluide ankommt.The winding modules according to the invention are used for filtration processes in beverage, Food, pharmaceutical, chemical and laboratory areas as well as environmental protection and Biotechnology is required in which it involves the separation of liquid or particulate Components such as B. proteins, microorganisms, cells, etc. and the avoidance of Contamination of the fluids to be filtered arrives.
Die Wickelmodule bestehen aus einem in einem mit Fluidanschlüssen versehenen Gehäuse eingeschlossenen Wickel, der aus Zuschnitten von Flachmembranen mit dazwischen befindlichen flächigen Abstandshaltern spiralförmig gewickelt ist, wobei die Abstandshalter Fluidkanäle für das zu filtrierende Fluid, Retentat und/oder Permeat bilden. Zur Ausbildung der Fluidkanäle sind entsprechend benachbarte Flachmembranen in ihren Randbereichen fluiddicht verbunden. Je nach Anordnung dieser Verbindungen können die Wickelmodule im Crossflow- oder im Dead-End-Modus betrieben werden. Üblicherweise werden die Dichtungsbereiche der Fluidkanäle durch Einbetten in Dichtungsmassen, Versiegeln mit Klebstoffen, wie Epoxidharzen und Polyurethanen oder durch Verschweißen der Flachmembranen fluiddicht verschlossen. So ist aus der DE-OS 35 25 682 A1 ein Wickelmodul mit Membrantaschen bekannt, die einen Abstandshalter einschließen, wobei die die Membrantaschen bildenden Flachmembranen an ihren Stirnseiten mit Klebnähten oder entsprechenden Schweißnähten verbunden sind. Die EP 0 443 642 A2 offenbart einen Wickelmodul, bei dem zwei Zuschnitte von Flachmembranen mit einem Permeatabstandshalter und einem äußeren Retentatabstandshalter spiralförmig um ein zentrales Permeatrohr gewickelt ist. Zur Trennung der Fluidströme werden die Randbereiche der Stirnseiten des Retentatabstandshalters in ein streifenförmiges Band eingeschlagen, bevor der Wickel mit seinen Stirnseiten zur Einbettung in eine Dichtungsmasse eingelassen wird. Das streifenförmige Band ist für die Dichtungsmasse undurchlässig. Nach dem Aushärten wird ein Teil der Dichtungsmasse zusammen mit dem Band abgeschnitten, wodurch ein Fluidkanal für das Retentat freigelegt wird. Die US-PS 4,902,417 beschreibt die Abdichtung der Kanten der Membrantaschen durch Einlegen eines Klebstoffbandes zwischen die zu verbindenden Membranen, wobei der Klebstoff des Bandes zur Bildung einer fluiddichten Verbindung von den Membranen aufgesogen werden soll. Nachteilig ist, daß die Verschweißung auf verschweißbare Membranen beschränkt ist und daß sich das Einbettungsmaterial und die Klebnähte zersetzen können. Die Gefahr der Zersetzung besteht vor allem deshalb, weil die Wickelmodule in wichtigen Anwendungsbereichen vor und nach erfolgter Filtration oder zwischen Filtrationszyklen gereinigt und/oder sterilisiert werden, was häufig mittels Einwirkung von Chemikalien und Hitze durchgeführt wird. Bei Wickelmodulen mit Dichtungsmaterialien und Klebstoffen, die beispielsweise aus Epoxidharzen oder Polyurethanen bestehen, können in Folge solcher Operationen in unerwünschter Weise Stoffe und Zersetzungsprodukte abgegeben werden, die die Qualität des Filtrats mindern oder das Filtrat unbrauchbar machen. Durch Zersetzung der Dichtungsmassen und Klebstoffe wird auch die Lebensdauer der Wickelmodule herabgesetzt. Das Einbringen von Dichtungsmassen und Klebstoffen ist außerdem mit einem zusätzlichen Verfahrensaufwand bei der Herstellung der Wickelmodule verbunden und setzt eine genaue Dosierung und exakte Vermischung der Einzelkomponenten voraus.The winding modules consist of an in one with fluid connections Enclosed wrap, which is made from blanks of flat membranes intermediate spacers is spirally wound, the Spacer fluid channels for the fluid to be filtered, retentate and / or permeate form. Corresponding adjacent flat membranes are used to form the fluid channels connected in a fluid-tight manner in their edge regions. Depending on the arrangement of these connections the winding modules can be operated in crossflow or dead-end mode. Usually the sealing areas of the fluid channels are embedded in Sealants, sealing with adhesives such as epoxy resins and polyurethanes or sealed fluid-tight by welding the flat membranes. So is from DE-OS 35 25 682 A1 a winding module with membrane pockets known that a spacer include, with the flat membranes forming the membrane pockets on their End faces are connected with adhesive seams or corresponding weld seams. EP 0 443 642 A2 discloses a winding module in which two blanks from Flat membranes with a permeate spacer and an outer one Retentate spacer is spirally wound around a central permeate tube. For Separation of the fluid flows are the edge areas of the end faces of the Retentate spacer is wrapped in a strip-like tape before the wrap is embedded with its end faces for embedding in a sealing compound. The strip-shaped tape is impermeable to the sealant. After curing part of the sealant is cut off together with the tape, creating a Fluid channel for the retentate is exposed. U.S. Patent 4,902,417 describes the Sealing the edges of the membrane pockets by inserting an adhesive tape between the membranes to be joined, the adhesive of the tape forming a fluid-tight connection is to be absorbed by the membranes. Disadvantageous is that the welding is limited to weldable membranes and that can decompose the embedding material and the adhesive seams. The risk of decomposition exists mainly because the winding modules in important areas of application cleaned before and after filtration or between filtration cycles and / or can be sterilized, often by exposure to chemicals and heat is carried out. For winding modules with sealing materials and adhesives that consist of epoxy resins or polyurethanes, for example, as a result of such Operations unwanted substances and decomposition products released that reduce the quality of the filtrate or render the filtrate unusable. By Decomposition of the sealants and adhesives will also reduce the lifespan of the Winding modules reduced. The introduction of sealants and adhesives is also with an additional procedural effort in the manufacture of Connected winding modules and sets an exact dosage and exact mixing of the Individual components ahead.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Wickelmodule zu schaffen, bei denen die Abgabe schädlicher Fremdstoffe ausgeschlossen ist, sowie Verfahren zur Herstellung derartiger Wickelmodule und Vorrichtungen zur Durchführung der Verfahren vorzuschlagen. The invention is therefore based on the object of providing winding modules in which the release of harmful foreign substances is excluded, as well as manufacturing processes such winding modules and devices for performing the method to propose.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2, 7 und 8, sowie 12 beanspruchten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Merkmale der Unteransprüche beschrieben.The object is achieved by the in claims 1 and 2, 7 and 8, and 12th claimed features solved. Advantageous developments of the invention described by the features of the subclaims.
Erfindungsgemäß besitzen die Wickelmodule einen Wickel, der aus wenigstens zwei Zuschnitten einer Flachmembran und wenigstens zwei Zuschnitten flächiger Abstandshalter zur Ausbildung von Fluidkanalen zwischen den Flachmembranen besteht, wobei wenigstens ein Abstandshalter aus thermoplastischem Material besteht und benachbarte Flachmembranen mindestens an einer Stirnseite durch ein Dichtungsmaterial zwischen den Membranflächen verschlossen sind. Das Dichtungsmaterial besteht dabei aus dem thermoplastischen Material des Abstandshalters, der sich zwischen diesen Flachmembranen befindet. Es wird durch randseitiges Aufschmelzen des Materials dieser Abstandshalter vor dem Zusammenfügen der Membranflächen gebildet.According to the invention, the winding modules have a winding consisting of at least two Cutting a flat membrane and at least two cuts more flat There is a spacer for the formation of fluid channels between the flat membranes, wherein at least one spacer consists of thermoplastic material and Adjacent flat membranes at least on one end face by a sealing material are closed between the membrane surfaces. The sealing material is there from the thermoplastic material of the spacer, which is between these Flat membranes located. It is caused by melting the material on the edge Spacers formed before joining the membrane surfaces.
Überraschenderweise wurde gefunden, daß nach dem Erkalten der Schmelze eine fluiddichte Verbindung zwischen der Schmelze und den mit ihr verbundenen Membranflächen erhalten wird, die nicht nur den im Mikro- und Ultrafiltrationsbereich üblichen Druckdifferenzen von bis zu 10 bar standhält, sondern auch chemischen Reinigungsoperationen, Hitzesterilisierungen und Druckstößen bei Rückspülungen widersteht. Die erfindungsgemäßen Wickelmodule verfügen über eine ausgezeichnete Lebensdauer, die durch technische Maßnahmen, wie sie in den DE-PS 43 28 407 C1 und 43 28 408 C1 beschrieben sind, noch weiter erhöht werden kann. Da die Wickel neben den Membranen und Abstandshaltern keine weiteren Stoffe enthalten, sind sie besonders für Filtrationsaufgaben geeignet, in denen es darauf ankommt, das Einschleppen von Schadstoffen und Kontaminationen zu vermeiden.Surprisingly, it was found that after cooling the melt a fluid-tight connection between the melt and the associated with it Membrane surfaces are obtained that are not only those in the micro and ultrafiltration range withstands normal pressure differences of up to 10 bar, but also chemical ones Cleaning operations, heat sterilization and pressure surges during backwashing resists. The winding modules according to the invention have an excellent Lifespan by technical measures, as in DE-PS 43 28 407 C1 and 43 28 408 C1 are described, can be further increased. Since the wrap next to it the membranes and spacers do not contain any other substances, they are special suitable for filtration tasks in which it is important to carry in Avoid pollutants and contamination.
Anstelle zweier Zuschnitte der Flachmembran kann der Wickel aus wenigstens einer Membrantasche gebildet sein, die aus mindestens einem Zuschnitt einer Flachmembran besteht und einen inneren Abstandshalter aus einem thermoplastischen Material zur Ausbildung eines Fluidkanals einschließt, wobei die Membrantasche mindestens an einer Stirnseite durch das Dichtungsmaterial des inneren Abstandshalters zwischen den Membranflächen verschlossen ist.Instead of two blanks of the flat membrane, the wrap can consist of at least one Membrane pocket can be formed from at least one blank of a flat membrane consists and an inner spacer made of a thermoplastic material for Includes formation of a fluid channel, wherein the membrane pocket at least one End face through the sealing material of the inner spacer between the Membrane surfaces are closed.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Wickelmoduls mit dem
vorstehend beschriebenen Wickeln wird durchgeführt, indem
The inventive method for producing a winding module with the winding described above is carried out by
- a) Zuschnitte für die Abstandshalter ausgewählt werden, von denen mindestens einer eine Breite hat, die größer ist als die Breite der Zuschnitte der Flachmembranen,a) blanks are selected for the spacers, at least of which one has a width that is greater than the width of the blanks of the Flat membranes,
- b) die Randbereiche mindestens einer Stirnseite der Abstandshalterzuschnitte mit der größeren Breite durch gerichtete Energiezufuhr auf mindestens eine Stirnseite aufgeschmolzen werden, wobei durch Bildung der Schmelze die Breite dieser Zuschnitte mindestens bis auf die Breite der Flachmembranen reduziert wird,b) the edge areas of at least one end face of the spacer blanks with the greater width due to the directed supply of energy to at least one end face are melted, the width of the melt being formed Cuts are reduced to at least the width of the flat membranes,
- c) beide Flächen der in Schritt b) behandelten Zuschnitte mit kongruenten Flächen von Zuschnitten der Flachmembranen unter Druckeinwirkung kontaktiert werden,c) both surfaces of the blanks treated in step b) with congruent surfaces contacted by blanks of the flat membranes under pressure will,
- d) die Schmelze zur Ausbildung einer fluiddichten Verbindung an den Stirnseiten der Flachmembranen abgekühlt wird undd) the melt to form a fluid-tight connection to the End faces of the flat membranes is cooled and
- e) die Zuschnitte zu einem spiralförmigen Wickel aufgewickelt werden.e) the blanks are wound into a spiral wrap.
Wickelmodule, deren Wickel aus wenigstens einer Membrantasche bestehen, werden
hergestellt, indem vor den oben beschriebenen Schritten c) bis e)
Winding modules, the windings of which consist of at least one membrane pocket, are produced by prior to the steps c) to e) described above
- a) ein Zuschnitt einer Membran symmetrisch um einen Zuschnitt für den inneren Abstandshalter umgeschlagen wird, wobei der Membranzuschnitt eine geringere Breite besitzt als die doppelte Breite des Zuschnitts für den inneren Abstandshalter, zu einer an einer Stirnseite offenen Membrantasche, derart daß der innere Abstandshalter an der geschlossene Stirnseite der Membrantasche anliegt und an der offenen Stirnseite die Membranflächen überragt,a) a cut of a membrane symmetrically around a cut for the inner Spacer is turned over, the membrane cut a smaller Width is twice the width of the blank for the inside Spacer, to a membrane pocket open at one end, such that the inner spacer on the closed end of the membrane pocket rests and protrudes over the membrane surfaces on the open end,
- b) der Randbereiches der Stirnseite des Zuschnittes für den inneren Abstandshalter, der die Membranflächen überragt, aufgeschmolzen wird durch gerichtete Energiezufuhr auf diese Stirnseite, wobei durch Bildung der Schmelze die Breite des Zuschnitts bis mindestens auf die Breite der Membrantasche reduziert wird,b) the edge area of the face of the blank for the inner Spacer, which protrudes above the membrane surfaces, is melted by directed energy supply to this end face, whereby by formation of the melt the width of the cut up to at least the width of the membrane pocket is reduced
- c) Kontaktieren beider Flächen des in Schritt b) erzeugten Zuschnitts mit den Membranflächen unter Druckeinwirkung zur Ausbildung der geschlossenen Membrantasche.c) contacting both surfaces of the blank produced in step b) with the Membrane surfaces under pressure to form the closed Membrane pocket.
Dabei kann gleichzeitig im Schritt e) ein äußerer Abstandshalter zur Ausbildung eines weiteren Fluidkanals zu dem spiralförmigen Wickel aufgewickelt werden. Das Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden, wenn bandförmige Zuschnitte als Rollenmaterial verwendet werden.In step e), an outer spacer can be used to form a further fluid channel to be wound into the spiral-shaped winding. The procedure can be carried out continuously if band-shaped blanks as Roll material can be used.
Durch Aufschmelzen der Randbereiche einer oder beider Stirnseiten des inneren Abstandshalters und/oder des äußeren Abstandshalters lassen sich in einfacher Weise unterschiedliche Ausführungsformen für Crossflow- und Dead-End-Wickelmodule herstellen.By melting the edge areas of one or both end faces of the inner Spacers and / or the outer spacer can be easily different embodiments for crossflow and dead-end winding modules produce.
Es ist auch möglich, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Membrantaschen mit inneren Abstandshaltern auf Vorrat zu produzieren, um später von derartigem Rollenmaterial benötigte Wickel, die mit äußeren Abstandshaltern versehen werden können, zu wickeln.It is also possible to use membrane pockets using the method according to the invention to produce inner spacers in order to later of such Roll material required reels that are provided with outer spacers can wrap.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus Spendern für die erforderlichen Zuschnitte an Flachmembranen und flächigen Abstandshaltern und einer Aufwickeleinrichtung zum Wickeln des spiralförmigen Wickels. Vor der Aufwickeleinrichtung befinden sich Energiequellen für eine gerichtete Energiezufuhr auf die Randbereiche der Stirnseiten der Abstandshalter, die mit den benachbarten Membranflächen fluiddicht verbunden werden sollen. Die Energiezufuhr bewirkt ein Aufschmelzen des Materials des Abstandshalters im Randbereich der Stirnseite, auf die sie gerichtet ist. Dabei wird die Energiezufuhr so eingestellt, daß das Material des Abstandshalters bei Erreichen der Aufwickeleinrichtung ausreichend erweicht ist, aber noch nicht abtropft. Zur Vermeidung eines Abtropfens ist es von Vorteil, die Abstandshalter möglichst senkrecht zu führen. Außerdem ist die Energiezufuhr so zu bemessen, daß die mit dem Aufschmelzen des Materials einhergehende Breitenreduzierung des Abstandshalters bis mindestens auf die Breite der Membranzuschnitte erfolgt, weil andernfalls keine oder keine ausreichende Verbindung mit den benachbarten Membranflächen entstehen kann. In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzen die Energiequellen eine längliche Form und sind derart angeordnet, daß sich ihr Abstand bezogen auf die Mittelachse der Zuschnitte in Richtung der Aufwickeleinrichtung um einen Betrag verringert, der ungefahr der Breitenreduzierung der Abstandshalter durch das randseitige Aufschmelzen der Stirnseiten des Abstandshaltermaterials entspricht. Zum Schutz der nicht aufzuschmelzenden Bereiche der Abstandshalter können ober- und unterhalb seiner Flächen parallel zu den Energiequellen Energiebegrenzer, zum Beispiel in Form von Leitblechen angebracht werden.The device for performing the method consists of donors for the required cuts on flat membranes and flat spacers and one Winding device for winding the spiral winding. Before the Winding devices are energy sources for a directed energy supply the edge areas of the end faces of the spacers, which correspond to the neighboring ones Membrane surfaces are to be connected in a fluid-tight manner. The energy supply causes an Melt the material of the spacer in the edge area of the end face onto the it is directed. The energy supply is adjusted so that the material of the Spacer is sufficiently softened when reaching the take-up device, however not drained yet. To avoid dripping, it is beneficial to Guide spacers as vertically as possible. In addition, the energy supply is too dimensioned that the associated with the melting of the material Width reduction of the spacer to at least the width of the Membrane cuts are made because otherwise no or insufficient connection can arise with the adjacent membrane surfaces. In an advantageous Embodiment, the energy sources have an elongated shape and are such arranged that their distance relative to the central axis of the blanks in the direction the take-up device is reduced by an amount which is approximately the Width reduction of the spacers by melting the edge End faces of the spacer material corresponds. To protect the Areas of the spacers to be melted can be above and below it Areas parallel to the energy sources, for example in the form of Baffles are attached.
Die Aufwicklung erfolgt mit einer regelbaren Wickelspannung, die Materialabhängig eingestellt wird.The winding takes place with an adjustable winding tension, depending on the material is set.
In einer vorteilhatten Ausführungsform bestehen die Spender aus Rollen mit bandförmigen Zuschnitten.In an advantageous embodiment, the dispensers consist of rolls ribbon-shaped blanks.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform enthält einen Spender, der Zuschnitte aus einer an einer Stirnseite offenen Membrantasche mit einem darin befindlichen inneren Abstandshalter enthält, der an der geschlossenen Stirnseite der Membrantasche anliegt und an der offenen Stirnseite die Membranflächen überragt. In diesem Fall ist vor der Energiequelle eine Einrichtung zum Aufspreizen der Membranflächen an der offenen Stirnseite der Membrantasche angeordnet, damit die Membranflächen während des randseitigen Aufschmelzens der Stirnseiten des Abstandshaltermaterials mit der Schmelze nicht in Kontakt kommen.Another advantageous embodiment contains a dispenser that cuts out an open membrane pocket at one end with an inner one inside Spacer contains, which rests on the closed end of the membrane pocket and overhanging the membrane surfaces on the open end. In this case, before Energy source a device for spreading the membrane surfaces on the open Front side of the membrane pocket arranged so that the membrane surfaces during the edge melting of the end faces of the spacer material with the The melt does not come into contact.
Die Aufwickeleinrichtung kann zusätzlich mit einer örtlich zu lokalisierenden Kühleinrichtung ausgerüstet sein, die dafür sorgt, daß die Schmelze nach dem Zusammenfügen mit den Membranflächen zur Ausbildung der fluiddichten Verbindung rasch erstarrt.The take-up device can additionally be located locally Cooling device must be equipped, which ensures that the melt after the Assemble with the membrane surfaces to form the fluid-tight connection quickly froze.
Zur Realisierung der Energiezufuhr können alle dem Fachmann geläufigen Energiequellen eingesetzt werden, wie zum Beispiel Infrarot-Heizstrahler, durch elektrische Widerstandsheizung erzeugte Konvektionswärme oder Mikrowellenheizungen.To implement the energy supply, everyone can be familiar with the expert Energy sources are used, such as infrared radiant heaters electrical resistance heating generated convection heat or Microwave heaters.
Als Abstandshalter können die üblichen Formen, wie Vliese, Gewebe, Gewirke und Gitterwerke unterschiedlicher Faden- und Gitterstärke verwendet werden, wobei Gitterwerke bevorzugt sind. Als thermoplastisches Material für die Abstandshalter kommen alle Materialien in Betracht aus der Gruppe der Polyalkane, Polysulfone, Polyethersulfone und Polyamide, wobei Polyalkane und davon insbesondere Polyethylen und Polypropylen bevorzugt sind. Der Schmelzpunkt der Abstandshaltermaterialien sollte unterhalb des Erweichungs- oder Zersetzungspunktes der Membranen liegen.The usual shapes such as nonwovens, woven fabrics, knitted fabrics and Lattices of different thread and lattice thickness are used, whereby Latticework is preferred. As a thermoplastic material for the spacers all materials from the group of polyalkanes, polysulfones, Polyether sulfones and polyamides, with polyalkanes and in particular polyethylene thereof and polypropylene are preferred. The melting point of the spacer materials should be are below the softening or decomposition point of the membranes.
Als Membranen können alle porösen anorganischen und organischen Flachmembranen verwendet werden, die über eine ausreichende Flexibilität zur Bildung eines spiralförmigen Wickels verfügen. Eine besonders gute Verbindung wird mit grobporigen Ultrafiltrationsmembranen < 100.000 Dalton und mit Mikrofiltrationsmembranen mit Porengrößen < 0,01 µm erzielt. Die Membranen können unverstärkt oder mit einem porösen Flächengebilde verstärkt sein, welches vorteilhafterweise aus thermoplastischen Polymerfasern besteht. Es wurde gefunden, daß hydrophile, poröse Membranen aus organischen Polymeren, wie aus Polyethersulfonen, Polysulfonen und Polyamiden, die mit porösen Flächengebilden aus thermoplastischen Polymerfasern verbunden sind, benachbart zum Randbereich der Schmelzverbindung keine Randhydrophobie aufweisen. Aus derartigen Membranen gefertigte Wickelmodule sind durch Druckgase mittels Diffusions-, Druckhalte- und Bupple-Point-Tests auf Integrität prüfbar.All porous inorganic and organic flat membranes can be used as membranes be used that have sufficient flexibility to form a have a spiral winding. A particularly good connection is with coarse-pored Ultrafiltration membranes <100,000 Dalton and with microfiltration membranes with Pore sizes <0.01 µm achieved. The membranes can be unreinforced or with a porous fabrics can be reinforced, which is advantageously made of thermoplastic Polymer fibers exist. It has been found that hydrophilic, porous membranes are made of organic polymers, such as polyether sulfones, polysulfones and polyamides, which are connected to porous sheets made of thermoplastic polymer fibers, have no edge hydrophobicity adjacent to the edge region of the fusion joint. Winding modules made from such membranes are by means of compressed gases Diffusion, pressure maintenance and bupple point tests can be checked for integrity.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Fig. näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the following figures .
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 schematisch einen axialen Schnitt durch den Wickel eines erfindungsgemäßen Crossflow-Wickelmoduls, Fig. 1 shows schematically an axial section through the winding of a crossflow winding module of the invention,
Fig. 2 schematisch einen axialen Schnitt durch den Wickel eines erfindungsgemäßen Dead-End-Wickelmoduls, Fig. 2 shows schematically an axial section through the winding of a dead-end winding module of the invention,
Fig. 3 schematisch einen axialen Schnitt durch den Wickel eines erfindungsgemäßen Crossflow-Wickelmoduls mit einer Membrantasche, Fig. 3 shows schematically an axial section through the winding of a crossflow winding module of the invention with a membrane bag,
Fig. 4 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wickelmodule und Fig. 4 shows schematically an inventive device for producing the winding modules according to the invention and
Fig. 5 schematisch die Anordnung der Energiequellen in einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 4. Fig. 5 shows schematically the arrangement of the power sources in an embodiment of the device according to Fig. 4.
Der in Fig. 1 dargestellte Wickelmodul 1 besteht aus einem Wickel 2, der aus zwei Zuschnitten einer Flachmembran 3, 4 und zwei Zuschnitten flächiger Abstandshalter 5, 6 zur Ausbildung von Fluidkanälen zwischen den Flachmembranen und einem porösen Kernrohr 7 gebildet ist. Dabei dient der Abstandshalter 5 als Retentatkanal und der Abstandshalter 6 als spiralförmiger Permeatkanal. Der Abstandshalter 6 besteht aus einem thermoplastischen Material. Die dem Abstandshalter 6 benachbarten Flachmembranen sind an beiden Stirnseiten 8, 9 durch ein Dichtungsmaterial 10 zwischen den Membranflächen verschlossen. Das Dichtungsmaterial 10 besteht aus dem thermoplastischen Material des Abstandshalters 6 und wurde durch randseitiges Aufschmelzen des Materials des Abstandshalters 6 vor dem Zusammenfügen der Membranflächen gebildet. Das mit Fluidanschlüssen versehene Gehäuse des Wickelmoduls ist zur besseren Übersichtlichkeit nur fragmentarisch durch eine Gehäusewand 11 dargestellt, gegen das der Wickel 2 in bekannter Weise, z. B. durch Dichtringe 12 abgedichtet ist. Im Crossflow-Betrieb überströmt - durch die Pfeile angedeutet - das zu filtrierende Fluid entlang des Retentatkanals, der durch den Abstandshalter 5 gebildet wird, die Flachmembranen 3, 4. Der Teil des Fluids, der die Membranen passiert, wird als Permeat über den spiralförmigen Permeatkanal, der durch den Abstandshalter 6 gebildet wird, in das poröse Kernrohr 7 geleitet und wird aus dem Modul abgeleitet.The winding module 1 shown in Fig. 1 comprises a winding 2, the scale of two blanks of a flat membrane 3, 4 and two blanks spacers 5, 6 is formed to form fluid channels between the flat membranes and a porous core tube 7. The spacer 5 serves as a retentate channel and the spacer 6 serves as a spiral permeate channel. The spacer 6 consists of a thermoplastic material. The flat membranes adjacent to the spacer 6 are closed on both end faces 8 , 9 by a sealing material 10 between the membrane surfaces. The sealing material 10 consists of the thermoplastic material of the spacer 6 and was formed by melting the edge of the material of the spacer 6 before joining the membrane surfaces. The housing of the winding module, which is provided with fluid connections, is only shown in fragmentary form for better clarity by a housing wall 11 , against which the winding 2 is known, e.g. B. is sealed by sealing rings 12 . In crossflow operation, the fluid to be filtered flows over the flat membranes 3 , 4 along the retentate channel, which is formed by the spacer 5 , as indicated by the arrows. The part of the fluid that passes through the membranes is passed as permeate into the porous core tube 7 via the spiral permeate channel, which is formed by the spacer 6 , and is discharged from the module.
Der in Fig. 2 dargestellte Wickelmoduls 1 besteht aus einem Wickel 2, der aus zwei Zuschnitten einer Flachmembran 3, 4 und zwei Zuschnitten flächiger Abstandshalter 5, 6 zur Ausbildung von Fluidkanälen zwischen den Flachmembranen und einem dichten Wickelkern 13 gebildet ist. Dabei dient der Abstandshalter 5 als spiralförmiger Fluidkanal für das zu filtrierende Fluid und der Abstandshalter 6 als spiralförmiger Permeatkanal. Beide Abstandshalter bestehen aus thermoplastischen Materialien. Die den Abstandshaltern benachbarten Flachmembranen sind jeweils an einer der Stirnseiten 8, 9 durch ein Dichtungsmaterial 10, 10' zwischen den Membranflächen verschlossen. Während das Dichtungsmaterial 10 aus dem thermoplastischen Material des Abstandshalters 6 besteht und durch randseitiges Aufschmelzen des Materials des Abstandshalters 6 an einer Stirnseite vor dem Zusammenlügen der Membranflächen gebildet wurde, besteht das Dichtungsmaterial 10' aus dem thermoplastischen Material des Abstandshalters 5 und wurde durch randseitiges Aufschmelzen des Materials des Abstandshalters 5 an der gegenüberliegenden Stirnseite vor dem Zusammenfügen der Membranflächen gebildet. Das mit Fluidanschlüssen versehene Gehäuse des Wickelmoduls ist zur besseren Übersichtlichkeit nur fragmentarisch durch eine Gehäusewand 11 dargestellt, gegen das der Wickel 2 in bekannter Weise, z. B. durch Dichtringe 12 abgedichtet ist. Im Dead-End-Betrieb strömt - durch die Pfeile angedeutet - das zu filtrierende Fluid in den spiralförmigen Fluidkanal ein, der durch den Abstandshalter 5 gebildet wird, und durchdringt selektiv die benachbarten Flachmembranen 3, 4. Der Teil des Fluids, der die Membranen passiert, wird als Permeat über den spiralförmigen Permeatkanal, der durch den Abstandshalter 6 gebildet wird, aus dem Modul abgeleitet.The winding module 1 shown in FIG. 2 consists of a winding 2 , which is formed from two blanks of a flat membrane 3 , 4 and two blanks of flat spacers 5 , 6 for forming fluid channels between the flat membranes and a dense winding core 13 . The spacer 5 serves as a spiral fluid channel for the fluid to be filtered and the spacer 6 serves as a spiral permeate channel. Both spacers are made of thermoplastic materials. The flat membranes adjacent to the spacers are each sealed on one of the end faces 8 , 9 by a sealing material 10 , 10 'between the membrane surfaces. While the sealing material 10 consists of the thermoplastic material of the spacer 6 and was formed by melting the material of the spacer 6 on one end face before the membrane surfaces are lying together, the sealing material 10 'consists of the thermoplastic material of the spacer 5 and was made by melting the edge Material of the spacer 5 is formed on the opposite end face before joining the membrane surfaces. The housing of the winding module, which is provided with fluid connections, is only shown in fragmentary form for better clarity by a housing wall 11 , against which the winding 2 is known, e.g. B. is sealed by sealing rings 12 . In dead-end operation, the fluid to be filtered flows into the spiral fluid channel, which is formed by the spacer 5 , as indicated by the arrows, and selectively penetrates the adjacent flat membranes 3 , 4 . The part of the fluid that passes through the membranes is discharged from the module as permeate via the spiral permeate channel, which is formed by the spacer 6 .
Der in Fig. 3 dargestellte Wickelmoduls 1 besteht aus einem Wickel 2, der aus einer Membrantasche 14 aus einem Zuschnitt einer Flachmembran 3 und zwei Zuschnitten flächiger Abstandshalter 5, 6 zur Ausbildung von Fluidkanälen und einem porösen Kernrohr 7 gebildet ist. Dabei dient der Abstandshalter 5 als Retentatkanal und der innere Abstandshalter 6 als spiralförmiger Permeatkanal. Der innere Abstandshalter 6 besteht aus einem thermoplastischen Material. Die Membrantasche ist durch symmetrisches Umschlagen des Zuschnitts der Flachmembran um den inneren Abstandshalter gebildet, so daß die eine Stirnseite der Membrantasche durch die umgeschlagene Membran selbst und die gegenüberliegende Stirnseite 8 durch ein Dichtungsmaterial 10 zwischen den Membranflächen verschlossen ist. Das Dichtungsmaterial 10 besteht aus dem thermoplastischen Material des Abstandshalters 6 und wurde durch randseitiges Aufschmelzen des Materials des Abstandshalters 6 an einer der Stirnseiten vor dem Zusammenfügen der Membranflächen gebildet. Das mit Fluidanschlüssen versehene Gehäuse des Wickelmoduls ist zur besseren Übersichtlichkeit nur fragmentarisch durch eine Gehäusewand 11 dargestellt, gegen das der Wickel 2 in bekannter Weise, z. B. durch Dichtringe 12 abgedichtet ist. Im Crossflow-Betrieb überströmt - durch die Pfeile angedeutet - das zu filtrierende Fluid entlang des Retentatkanals, der durch den Abstandshalter 5 gebildet wird, die Flachmembran 3 der Membrantasche. Der Teil des Fluids, der die Membranen passiert, wird als Permeat über den spiralförmigen Permeatkanal, der durch den Abstandshalter 6 gebildet wird, in das poröse Kernrohr 7 geleitet und wird aus dem Modul abgeleitet.The winding module 1 shown in FIG. 3 consists of a winding 2 , which is formed from a membrane pocket 14 from a blank of a flat membrane 3 and two blanks of spacers 5 , 6 for forming fluid channels and a porous core tube 7 . The spacer 5 serves as a retentate channel and the inner spacer 6 as a spiral permeate channel. The inner spacer 6 is made of a thermoplastic material. The membrane pocket is formed by symmetrically turning the blank of the flat membrane around the inner spacer, so that one end face of the membrane pocket is closed by the folded membrane itself and the opposite end face 8 by a sealing material 10 between the membrane surfaces. The sealing material 10 consists of the thermoplastic material of the spacer 6 and was formed by melting the material of the spacer 6 on one of the end faces before the membrane surfaces were joined together. The housing of the winding module, which is provided with fluid connections, is only shown in fragmentary form for better clarity by a housing wall 11 , against which the winding 2 is known, e.g. B. is sealed by sealing rings 12 . In crossflow operation, the fluid to be filtered flows over the flat membrane 3 of the membrane pocket along the retentate channel, which is formed by the spacer 5 , as indicated by the arrows. The part of the fluid that passes through the membranes is passed as permeate into the porous core tube 7 via the spiral permeate channel, which is formed by the spacer 6 , and is discharged from the module.
Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung besteht aus den Spendern 15 bis 18, die so angeordnet sind, daß die Zuschnitte des Wickels 2 in der für den entsprechenden Modulaufbau charakteristischen Weise durch die Wickeleinrichtung 19 aufgewickelt werden. Die Spender sind Rollen mit bandförmigen Zuschnitten für den Abstandshalter 6 (Spender 15), für die Flachmembran 4 (Spender 16), für den Abstandshalter 5 (Spender 17) und für die Flachmembran 3 (Spender 18). Die Zuschnitte werden in der aus der Fig. 2 ersichtlichen Reihenfolge dem Wickelkern 13 der Aufwickeleinrichtung 19 zugeführt. Vor der Aufwickeleinrichtung sind benachbart zu jeweils einer der Stirnseiten 8, 9 der Zuschnitte für die Abstandshalter 5, 6 Energiequellen 20, 21 angeordnet. Von der Energiequelle 20 wird eine gerichtete Energiezufuhr auf den Randbereich der Stirnseite 9 des Abstandshalters 6 und von der Energiequelle 21 auf den Randbereich der Stirnseite 8 des Abstandshalters 5 geleitet, wodurch ein Aufschmelzen des thermoplastischen Materials in dem jeweiligen Bereich und eine Breitenreduzierung des entsprechenden Abstandshalters erfolgt. Beim Zusammenfügen der Zuschnitte auf der Aufwickeleinrichtung unter entsprechender Vorspannung (nicht dargestellt) und Kühlung (nicht dargestellt) wird ein Wickel gemäß Fig. 2 gebildet.The device shown in Fig. 4 consists of the dispensers 15 to 18 , which are arranged so that the blanks of the roll 2 are wound in the manner characteristic of the corresponding module structure by the winding device 19 . The dispensers are rolls with band-shaped cuts for the spacer 6 (dispenser 15 ), for the flat membrane 4 (dispenser 16 ), for the spacer 5 (dispenser 17 ) and for the flat membrane 3 (dispenser 18 ). The blanks are fed to the winding core 13 of the winding device 19 in the order shown in FIG. 2. In front of the winding device, energy sources 20 , 21 are arranged adjacent to one of the end faces 8 , 9 of the blanks for the spacers 5 , 6 . A directed energy supply is directed from the energy source 20 to the edge region of the end face 9 of the spacer 6 and from the energy source 21 to the edge region of the end face 8 of the spacer 5 , whereby the thermoplastic material melts in the respective region and the width of the corresponding spacer is reduced . When the blanks are joined together on the winding device under appropriate pretensioning (not shown) and cooling (not shown), a winding is formed according to FIG .
In Fig. 5 ist schematisch in einer Draufsicht die Anordnung der Energiequellen in einer der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 4 dargestellt. Die Energiequellen 20, 20' besitzen längliche Form und befinden sich in einem Abstand bezogen auf die Mittelachse A der Zuschnitte 3, 4, 6 (Spender 15, 16, 18), der sich in Richtung der Aufwickeleinrichtung 19 um einen Betrag verringert, der ungefähr der Breitenreduzierung des Zuschnitts des Abstandshalters 6 durch das randseitige Aufschmelzen seiner jeweiligen Stirnseite 8, 9 entspricht. FIG. 5 shows a schematic top view of the arrangement of the energy sources in one of the embodiments of the device according to FIG. 4. The energy sources 20 , 20 'have an elongated shape and are located at a distance from the center axis A of the blanks 3 , 4 , 6 (dispensers 15 , 16 , 18 ), which decreases in the direction of the winding device 19 by an amount which is approximately corresponds to the reduction in the width of the blank of the spacer 6 by melting its respective end face 8 , 9 at the edge.
In Fig. 5 wurde der Spender 16 lediglich zur Sichtbarmachung des darunter hinweglaufenden Zuschnitts des Abstandshalters 6 angewinkelt dargestellt.In FIG. 5, the dispenser 16 has only been shown angled to make the cut of the spacer 6 running underneath it visible.
Claims (15)
- a) Auswählen von Zuschnitten für die Abstandshalter, von denen mindestens einer eine Breite hat, die größer ist als die Breite der Zuschnitte der Flachmembranen,
- b) Aufschmelzen des Randbereichs mindestens einer Stirnseite der Abstandshalterzuschnitte mit der größeren Breite durch gerichtete Energiezufuhr auf die mindestens eine Stirnseite, wobei durch Bildung der Schmelze die Breite dieser Zuschnitte mindestens bis auf die Breite der Flachmembranen reduziert wird,
- c) Kontaktieren beider Flächen der in Schritt b) behandelten Zuschnitte mit kongruenten Flächen von Zuschnitten der Flachmembranen unter Druckeinwirkung,
- d) Abkühlen der Schmelze zur Ausbildung einer fluiddichten Verbindung an den Stirnseiten der Flachmembranen und
- e) Aufwickeln der Zuschnitte zu einem spiralförmigen Wickel.
- a) selecting blanks for the spacers, at least one of which has a width which is greater than the width of the blanks of the flat membranes,
- b) melting of the edge area of at least one end face of the spacer blanks with the greater width by directed supply of energy to the at least one end face, the width of these blanks being reduced at least to the width of the flat membranes by forming the melt,
- c) contacting both surfaces of the blanks treated in step b) with congruent surfaces of blanks of the flat membranes under the action of pressure,
- d) cooling the melt to form a fluid-tight connection on the end faces of the flat membranes and
- e) winding the blanks into a spiral wrap.
- a) symmetrisches Umschlagen eines Zuschnitts einer Membran um einen Zuschnitt für den inneren Abstandshalter, wobei der Membranzuschnitt eine geringere Breite besitzt als die doppelte Breite des Zuschnitts für den inneren Abstandshalter, zu einer an einer Stirnseite offenen Membrantasche, derart daß der innere Abstandshalter an der geschlossene Stirnseite der Membrantasche anliegt und an der offenen Stirnseite die Membranflächen überragt,
- b) Aufschmelzen des Randbereiches der Stirnseite des Zuschnittes für den inneren Abstandshalter, der die Membranflächen überragt, durch gerichtete Energiezufuhr auf diese Stirnseite, wobei durch Bildung der Schmelze die Breite des Zuschnitts bis mindestens auf die Breite der Membrantasche reduziert wird,
- c) Kontaktieren beider Flächen des in Schritt b) erzeugten Zuschnitts mit den Membranflächen unter Druckeinwirkung zur Ausbildung der geschlossenen Membrantasche,
- d) Abkühlen der Schmelze zur Entstehung einer fluiddichten Verbindung an der Stirnseite der Membrantasche und
- e) Aufwickeln der Membrantasche zu einem spiralförmigen Wickel.
- a) symmetrical turning of a blank of a membrane around a blank for the inner spacer, the membrane blank having a width less than twice the width of the blank for the inner spacer, to a membrane pocket open on one end face, such that the inner spacer on the closed Front of the membrane pocket and protrudes beyond the membrane surfaces on the open front,
- b) melting the edge region of the end face of the blank for the inner spacer, which projects beyond the membrane surfaces, by directional energy supply to this end face, the width of the blank being reduced to at least the width of the membrane pocket by formation of the melt,
- c) contacting both surfaces of the blank produced in step b) with the membrane surfaces under pressure to form the closed membrane pocket,
- d) cooling the melt to form a fluid-tight connection at the end face of the membrane pocket and
- e) winding the membrane bag into a spiral wrap.
Priority Applications (1)
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DE19645537A DE19645537A1 (en) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | Coiled membrane module for cross-flow or dead-end filtration processes |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19645537A DE19645537A1 (en) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | Coiled membrane module for cross-flow or dead-end filtration processes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19645537A1 true DE19645537A1 (en) | 1998-05-07 |
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DE19645537A Withdrawn DE19645537A1 (en) | 1996-11-05 | 1996-11-05 | Coiled membrane module for cross-flow or dead-end filtration processes |
Country Status (1)
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DE (1) | DE19645537A1 (en) |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |