DE2003792C3

DE2003792C3 - Device for separating dissolved solids from a solvent

Info

Publication number: DE2003792C3
Application number: DE19702003792
Authority: DE
Inventors: George B. Waukesha Wis. Clark (V.StA.)
Original assignee: Aqua Chem Inc
Current assignee: Aqua Chem Inc
Filing date: 1970-01-23
Publication date: 1976-01-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen gelöster Feststoffe von einem Lösungsmittel durch umgekehrte Osmose, mit einer Schlauchmembran, die in einem halbsteifen porösen Rohr angeordnet ist und eine Schlauchmembraneinheit bildet, welche von einem starren Tragrohr umgeben ist, bei der ein Kopfteil mit einer Bohrung zum Halten des starren Tragrohrs und ein Dichtungsglied zwischen dem Kopfteil und einer an dem Kopfteil befestigten Endkappe angeordnet ist und ein Sammeldurchgang in Verbindung mit dem porösen Rohr zum Ableiten des Lösungsmittel zu einer Auslaßbohrung in der Endkappe vorgesehen ist (nach DT-PS 18 05 590).The invention relates to an apparatus for separating dissolved solids from a solvent by reverse Osmosis, with a tubular membrane that is placed in a semi-rigid porous tube and forms a tubular membrane unit, which is surrounded by a rigid support tube, in which a head part with a bore for holding the rigid support tube and a sealing member between the head part and one on the end cap attached to the head part is arranged and a collecting passage in connection with the porous Pipe for draining the solvent to an outlet hole in the end cap is provided (according to DT-PS 18 05 590).

Ein wesentliches Anwendungsgebiet derartiger Vorrichtungen besteht in der Aufbereitung von Wasser. Wegen der immer größer werdenden Wasserknappheit wurde unter erheblichem Aufwand versucht, eine Vorrichtung zum Entfernen des Sa'zes aus Meerwasser und zum Reinigen von Brackwasser zu entwickeln. Die größten Erfolge wurden bisher mit Destillationsverfahren oder mit Elektrodyalyseverfahren und den entspre chenden Einrichtungen erzielt. Vielversprechend ist jedoch auch das Verfahren der umgekehrten Osmose zur wirtschaftlichen Erzeugung von Trinkwasser.An essential field of application of such devices is the treatment of water. Because of the increasing scarcity of water, attempts were made with considerable effort to develop a device to remove salt from seawater and to purify brackish water. the The greatest successes so far have been with distillation processes or with electrodyalysis processes and the corresponding relevant institutions. However, the reverse osmosis process is also very promising economical production of drinking water.

Zum Reinigen von Salzwasser oder von Brackwasser durch umgekehrte Osmose muß das mit einer halbdurchlässigen Membran in Berührung stehende salzhaltige Wasser einem Druck ausgesetzt werden, der den osmotischen Druck des Salzwassers übersteigt. Bei normaler Konzentration des Salzes im Meerwasser beträgt der osmotische Druck ungefähr 24,5 kg/cm², so daß an der Membran ein diesen Wert übersteigender Druckunterschied aufrechterhalten werden muß. Demzufolge muß die Membran kräftig abgestützt werden, damit iie bei diesen hohen Drücken nicht reißt. Solche Membranen, die r us an sich bekannten Materialien hergestellt sind, weisen eine Dicke von ungefähr 0,1 mm auf und werden von einer kräftigen porösen Unterlage abgestützt, die bei den auftretenden Drücken nicht zusammengepreßt wird und die Poren oder Kapillare schließt, so daß das Trinkwasser durchströmen und für den Gebrauch gesammelt werden kann. Die Membran selbst muß nach zwei bis drei Monaten Gebrauch periodisch ersetzt werden, damit das Reinigungsverfahren beständig und wirtschaftlich durchgeführt werden kann.In order to purify salt water or brackish water by reverse osmosis, the salt water in contact with a semi-permeable membrane must be subjected to a pressure which exceeds the osmotic pressure of the salt water. With a normal concentration of the salt in sea water, the osmotic pressure is approximately 24.5 kg / cm ² , so that a pressure difference that exceeds this value must be maintained across the membrane. As a result, the membrane must be strongly supported so that it does not tear at these high pressures. Such membranes, which are made of materials known per se, have a thickness of approximately 0.1 mm and are supported by a strong porous base which is not compressed by the pressures that occur and which closes the pores or capillaries, so that the Can flow through drinking water and be collected for use. The membrane itself must be replaced periodically after two to three months of use so that the cleaning process can be carried out consistently and economically.

Bei den meisten nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose arbeitenden Vorrichtungen zum Reinigen von Wasser werden rohrförmige Membranen verwendet, die in steifen Tragrohren angeordnet sind und von diesen abgestützt werden.Most of the reverse osmosis cleaning devices Water tubular membranes are used, which are arranged in rigid support tubes and from these be supported.

Da die Membranen sehr schwach und schlaff und besonders in großen Längen schwer zu handhaben sind, können sie leicht beschädigt werden. Um die Membranen austauschen zu können, müssen die ganzen Membraneinheiten zu einer Fabrik zwecks Erneuerung eingesandt werden.Since the membranes are very weak and flaccid and difficult to handle, especially in great lengths, they can be easily damaged. In order to be able to exchange the membranes, the entire membrane units must sent to a factory for refurbishment.

Es ist eine austauschbare Membraneinheit zur Entsalzung von Wasser mittels umgekehrter Osmose bekannt (Zeitschrift »Chemical Engineering Progress, 63, Januar 1967, die ein langgestrecktes dünnes Rohr aufweist, das auf einem porösen Material hergestellt ist und einen Film aus einem für die Salzlösung halbdurchlässigen Material aufweist, der mit der Innenseite des Rohres verbunden ist. Das Hauptpatent hat sich zur Aufgabe gesetzt, eine Vorrichtung zum Trennen gelöster Feststoffe von einem Lösungsmittel durch umgekehrte Osmose zu schaffen, bei welcher die Membran schnell und einfach ausgetauscht werden kann und welche technisch nicht aufwendig ist und leicht gewartet werden kann. Die Aufgabe wird gemäß dem Hauptpatent durch die eingangs erwähnte Anordnung eines Kopfteiles gelöst, welches einen ringförmigen Raum zum Sammeln des die Membraneinheit durchdringenden Lösungsmittels begrenzt, wobei dieser Raum das Ende einer Bohrung zum Halten des starren Tragrohres bildet, und wobei ein Dichtungsglied zwischen dem Kopfteil und einer am Kopfteil befestigten Endkappe angeordnet ist und wobei eine Abstandsringscheibe mit Radialrillen konzentrisch innerhalb des Dichtungsgliedes angeordnet ist und die Schlauchmembraneinheit umgibt, so daß ein Flüssigkeitsdurchgang von dem Ringraum durch die Radialrillen zu einer Auslaßbohrung in der Endkappe gebildet ist.A replaceable membrane unit for desalination of water by means of reverse osmosis is known (Chemical Engineering Progress magazine, January 63, 1967, which has an elongated thin tube, which is made on a porous material and a film of a semipermeable for the saline solution Has material connected to the inside of the tube. The main patent has become Task set a device for separating dissolved solids from a solvent by reverse To create osmosis, in which the membrane can be exchanged quickly and easily and which is technically not complex and can be easily maintained. The task is according to the main patent solved by the aforementioned arrangement of a head part, which has an annular space for collecting the penetrating through the membrane unit Solvent limited, this space the end of a bore for holding the rigid support tube forms, and wherein a sealing member between the head section and an end cap attached to the head section is arranged and wherein a spacer washer with radial grooves concentrically within the sealing member is arranged and surrounds the tubular membrane unit, so that a liquid passage from the Annular space is formed by the radial grooves to an outlet bore in the end cap.

Bei dieser Anordnung gemäß dem Hauptpatent muß jedoch das durch die Membraneinheit austretende Reinwasser über die ganze Länge des porösen Rohrs durch dieses bis in den Ringarm strömen, wodurch ein erheblicher Strömungswiderstand und Rückstau entsteht, welcher das für die umgekehrte Osmose erforderliche Druckgefälle reduziert.In this arrangement according to the main patent, however, must emerge through the membrane unit Pure water flow over the entire length of the porous tube through this up into the ring arm, whereby a There is considerable flow resistance and backwater, which is what is required for reverse osmosis Reduced pressure drop.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine Anordnung zu schaffen, durch welche ein leichtes Abströmen der Reinflüssigkeit über die ganze Länge der Membraneinheit ohne wesentlichen Strömungswiderstand erreicht wird und damit das zur Verfügung stehende Druckgefälle über die ganze Länge der Membraneinheit relativ groß und gleichförmig ist.It is the underlying object of the invention to provide an arrangement through which a light The pure liquid flows off over the entire length of the membrane unit without any significant flow resistance is achieved and thus the available pressure gradient over the entire length of the membrane unit is relatively large and uniform.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art erreicht durch wenigstens eine Längsnut an der Außenfläche des porösen Rohres oder an der Innenfläche des starren Tragrohres, um einen Längsströmungsdurchgang für das Lösungsmittel zu schaffen. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung von wenigstens einer Längsnut wird das durch die Membraneinheit austretende Reinlösungsmittel im Längsströmungsdurchgang gesammelt und praktisch ohne wesentlichen Strömungswiderstand bis in den Sammeldurchgang abgeführt.According to the invention, this is achieved in a device of the type mentioned by at least a longitudinal groove on the outer surface of the porous tube or on the inner surface of the rigid support tube, to create a longitudinal flow passage for the solvent. By this arrangement according to the invention The pure solvent exiting through the membrane unit is in the Longitudinal flow passage collected and practically without significant flow resistance to the Collective passage discharged.

Vorzugsweise ist das Tragrohr ein starres Rohr mit einer Innenabdeckung, wobei eine Vielzahl von einen Längsströmungsdurchgang bildenden Längsnuten entlang der Innenfläche der Innenabdeckung verläuft. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung kann das Tragrohr aus einem relativ billigen festen Material hergestellt sein, während die Längsnuten in der Innenab-Preferably, the support tube is a rigid tube with an inner cover, with a plurality of one Longitudinal grooves forming longitudinal flow passage extends along the inner surface of the inner cover. With this arrangement according to the invention, the support tube can be made from a relatively inexpensive solid material while the longitudinal grooves in the inner

deckung ζ. B. durch Strangpressen oder auf andere Weise sehr leicht ausgebildet werden können und außerdem eine erhebliche Korrosionsbeständigkeit durch die inrieriäbdeekung unabhängig vom Material des Tragrohres erreicht wird.coverage ζ. B. by extrusion or on others Way can be formed very easily and also has a significant corrosion resistance independent of the material due to the restriction of the support tube is achieved.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigtThe invention is described below with reference to the drawings explained in more detail using exemplary embodiments. In the drawings shows

Fig.! iine Schrägansicht der Membraneinheit,Fig.! i an oblique view of the membrane unit,

F i g. 2A einen Querschnitt durch ein nicht ausgekleidetes, an der Innenseite mit Längsnuten versehenes Trag rohr,F i g. 2A a cross section through an unlined, support tube with longitudinal grooves on the inside,

F i g. 2B einen Querschnitt durch ein Tragrohr mit Innenabdeckung, deren Innenfläche mit Längsnuten versehen ist, undF i g. 2B shows a cross section through a support tube with an inner cover, the inner surface of which is provided with longitudinal grooves is provided, and

F i g. 3 einen Teil-Axialschnitt durch eine Trennvorrichtung mit einer Membraneinheit nac!. F i g. 1.F i g. 3 shows a partial axial section through a separating device with a membrane unit nac !. F i g. 1.

Die Membraneirtheit 10 besteht aus einem porösen Rohr 11, das mit für Flüssigkeiten undurchlässigen Endhülsen 95 versehen ist, die Abschrägungen 95a aufwei- zo sen. Die Endhülsen 95 werden mit den Enden des porösen Rohres 11 mittels eines wasserfesten Klebstoffes verbunden, z. B. mittels eines in einem Lösungsmittel gelösten Polykarbonates, bevor ein Film aus einem halbdurchlässigen Membranmaterial 12 auf die Innenseite des Rohres 11 und der Hülsen 95 aufgegossen wird. Soll die Außenfläche 80 des Rohres 11 mit Nuten versehen werden, erfolgt dies vor dem Anbringen der Endhülsen 95.The Membraneirtheit 10 consists of a porous Tube 11 with end sleeves impermeable to liquids 95 is provided, the bevels 95a aufwei- zo sen. The end sleeves 95 are with the ends of the porous Tube 11 connected by means of a waterproof adhesive, e.g. B. by means of one in a solvent dissolved polycarbonate before a film of a semi-permeable membrane material 12 on the inside of the tube 11 and the sleeves 95 is poured on. Should the outer surface 80 of the tube 11 with grooves are provided, this is done before the end sleeves 95 are attached.

Bei den Ausführungsformen nach F i g. 2A und 2B ist an Stelle des Rohres 11 das steife Tragrohr 16 mit Längsnuten 98 versehen, die einen Teil der Innenfläche 99 des Tragrohres 16 bilden (Fig. 2A), oder die Nuten sind an der Innenfläche 100 einer Innenabdeckung 101 des Tragrohrcs 16 vorgesehen. In jedem Falle lassen die Längsnuten ein ungehindertes Abströmen der Flüssigkeit zu.In the embodiments according to FIG. 2A and 2B is instead of the tube 11, the rigid support tube 16 with Longitudinal grooves 98 are provided which form part of the inner surface 99 of the support tube 16 (FIG. 2A), or the grooves are provided on the inner surface 100 of an inner cover 101 of the support tube 16. In any case, leave it the longitudinal grooves to an unimpeded outflow of the liquid.

Das Tragrohr 16 kann aus einem Kunststoff, aus Aluminium oder aus beiden Materialien wegen deren Festigkeit, des geringen Gewichtes und der Korrosionsfestigkeit hergestellt sein. Wird nur ein einzelner Werkstoff benutzt (F i g. 2A), so können die Längsnuten 98 im Strangpreßverfahren direkt an der Innenfläche 99 des Tragrohres 16 erzeugt werden. Dies Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn das Tragrohr 16 aus starrem Kunststoff hergestellt wird. Dasselbe gilt jedoch auch für die Herstellung des Tragrohres 16 aus Aluminium. The support tube 16 can be made of a plastic, aluminum or both materials because of their strength, the low weight and corrosion resistance. Will only be a single material is used (FIG. 2A), the longitudinal grooves 98 can be extruded directly onto the inner surface 99 of the support tube 16 are generated. This method is particularly advantageous if the support tube 16 is made of rigid Plastic is made. However, the same also applies to the production of the support tube 16 from aluminum.

Bei Verwendung eines Tragrohres 16 aus Aluminium kann die Korrosionsfestigkeit dadurch erhöht werden, daß das Tragrohr 16 mit einer rohrförmigen Innenabdeckung 101 versehen wird (F i g. 2B). Die Innenabdekkung 101 kann im Strangpreßverfahren an der Innenfläche mit den Längsnuten 98 versehen werden. Die Innenabdeckung 101 wird dann in das Tragrohr 16 eingesetzt und mit diesem z. B. durch Stauchen dauerhaft verbunden, wobei der Durchmesser des Tragrohres 16 so weit verkleinert wird, daß die Auskleidung festgelegt ist. Die Innenabdeckung 101 kann auch durch einen Klebstoff mit der Innenseite des Rohres 16 fest verbunden werden. Erhalt die Innenabdeckung 101 keine Längsnuten, so können auch andere Verfahren zum Beschichten der Innenfläche des Tragrohres 16 angewendet werden. Beispielsweise kann ein Kunststoffpulver in das Tragrohr 16 heiß eingestäubt werden, oder die Innenfläche kann mit einem flüssigen Kunststoff beschichtet werden. Werden keine Längsnuten 98 vorgesehen, so können auch andere Schutzbeläge, z. B. aus Glas, als Innenabdeckung vorgesehen werden.When using a support tube 16 made of aluminum, the corrosion resistance can be increased by that the support tube 16 is provided with a tubular inner cover 101 (FIG. 2B). The inner cover 101 can be provided with longitudinal grooves 98 on the inner surface by extrusion. the Inner cover 101 is then inserted into the support tube 16 and with this z. B. by upsetting permanently connected, the diameter of the support tube 16 is reduced so far that the lining is fixed is. The inner cover 101 can also be firmly connected to the inside of the pipe 16 by means of an adhesive will. If the inner cover 101 does not receive any longitudinal grooves, other coating methods can also be used the inner surface of the support tube 16 can be used. For example, a plastic powder be hot dusted in the support tube 16, or the inner surface can be coated with a liquid plastic will. If no longitudinal grooves 98 are provided, other protective coverings, e.g. B. off Glass, can be provided as an inner cover.

Die Innenabdeckung 101 nach F i g. 2B hat den Vorteil, daß die Längsnuten 98 zusammen mit der Innenabdeckung während des Einsetzens und des Befestigens derselben im Tragrohr 16 hergestellt werden können. Wird die Innenabdeckung 101 mit Längsnuten versehen, so brauchen an der Außenfläche 80 keine Längsnuten 82 vorgesehen zu werden, so daß bei der Herstellung des Rohres 11 eine Verfahrensstufe eingespart wird.The inner cover 101 of FIG. 2B has the advantage that the longitudinal grooves 98 together with the inner cover can be produced during the insertion and fastening of the same in the support tube 16. If the inner cover 101 is provided with longitudinal grooves, no longitudinal grooves are required on the outer surface 80 82 to be provided, so that in the production of the tube 11 one process step is saved will.

Die Membraneinheit 10 mit den Endhülsen 95 kann gut zusammen mit der in der F i g. 3 dargestellten Dichtung benutzt werden. Die dargestellte Anordnung weist eine Endkappe 28 auf, die die Dichtungsringe 56 von dem Dichtungsring 40 zwischen dem Kopfteil 20 und der Endkappe 28 isoliert. Nach der Darstellung erstreckt sich je eine einzelne Membraneinheit 10 in jede Öffnung 106 des Kanals 30 hinein. An der Innenseite der betreffenden Öffnungen 106 sind mit Abstand von der Innenseite 109 der Endkappe 28 ringförmige Nuten 54 vorgesehen, die die Dichtungsringe 56 aufnehmen, die sich an die Außenseite der betreffenden Endhülsen 95 anlegen, wodurch eine wirksame Abdichtung hergestellt wird, die die Rohflüssigkeit von der Reinflüssigkeit trennt.The membrane unit 10 with the end sleeves 95 can be used well together with the one shown in FIG. 3 seal shown to be used. The illustrated arrangement includes an end cap 28 that engages the sealing rings 56 of the sealing ring 40 between the head part 20 and the end cap 28 isolated. After the representation extends a single membrane unit 10 extends into each opening 106 of the channel 30. On the inside of the openings 106 in question are at a distance from the inside 109 of the end cap 28 annular grooves 54 provided, which receive the sealing rings 56, which are attached to the outside of the end sleeves in question 95 apply, whereby an effective seal is created that separates the raw liquid from the pure liquid separates.

Die Abschrägung 95a an den Endhülsen 95 erleichtert das Einsetzen der Membraneinheit 10 in das Tragrohr 16. Im besonderen drückt die Abschrägung 95a den Dichtungsring 56 in die zugehörige ringförmige Nut 54 hinein. Um eine Membraneinheit 10 auszuwechseln, braucht daher lediglich die Endkappe 28 von der einen Seite der Vorrichtung entfernt zu werden, wonach die zu ersetzende Membraneinheit 10 entfernt und eine neue Membraneinheit eingesetzt wird. Danach wird die Endkappe 28 wieder aufgesetzt. Bei diesem Auswechseln ist keine Manipulation an der Abdichtung erforderlich.The bevel 95a on the end sleeves 95 makes it easier to insert the membrane unit 10 into the support tube 16. In particular, the bevel 95a presses the sealing ring 56 into the associated annular one Groove 54 into it. To replace a membrane unit 10, therefore, only the end cap 28 of the needs one side of the device to be removed, after which the membrane unit 10 to be replaced is removed and a new membrane unit is inserted. The end cap 28 is then put back on. With this one Replacing is not necessary to manipulate the seal.

Mit Hilfe der in den Figuren dargestellten Vorrichtung können bei der Fertigung große Ersparnisse ohne Verlust an Wartungsfähigkeit erzielt werden. Das mit einem Kunststoff abgedeckte Tragrohr 16, z. B. aus Aluminium, weist den Vorzug der Billigkeit und der Korrosionsfestigkeit der Kunststoffabdeckung auf. Die Innenabdeckung 101 kann zusammen mit den Längsnuten 98 in einem einzigen Arbeitsgang hergestellt werden. With the aid of the device shown in the figures, large savings can be made in production without Loss of maintainability can be achieved. The covered with a plastic support tube 16, for. B. off Aluminum, has the merits of cheapness and corrosion resistance of the plastic cover. the Inner cover 101 can be produced together with the longitudinal grooves 98 in a single operation.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Apparatus for separating dissolved solids from a solvent by reverse osmosis according to patent 18 05 590, characterized by at least one longitudinal groove (82) on the Outer surface (80) of the porous tube (11) or on the inner surface (99, 100) of the rigid support tube (16) to create a longitudinal flow passage for solvents.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the rigid support tube (16) is a rigid one Tube with an inner cover (101) and a plurality of longitudinal grooves (98) along the inner surface (100) of the inner cover (101) runs.