-
Verfahren und Gerät zum Trennen von Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Trennen von Flüssigkeiten, wobei eine Flüssigkeit
(oder allgemein ein Strömungsmedium) gegen eine Membran gedrückt wird, die bestimmte
Bestandteile hindurchgehen läßt.
-
3s sind zahlreiche Verfahren zum Trennen oder Reinigen von Flüssigkeiten
von Lösungen mit festen Stoffen oder anderen Flüssigkeiten bekannt. Das wichtigste
auf diesem Gebiet ist eine Einrichtung zum Trennen von reinem Wasser von Salz oder
Brackwasser bzw. von Abwasser.
-
Eines der aussichtsreichsten Verfahren zum Trennen von schwebenden
und gelösten Stoffen in einer wäßrigen Lösung ist die Umkehrosmose, bei der Wasser
durch eine halbdurchlässige Membran gedrückt wird, die wohl für Wasser, nicht aber
für gelöste Feststoffe durchlässig ist.
-
Das Umkehrosmoseverfahren ist einfach und enthält nicht wie andere
Verfahren eine Phasenänderung. Deshalb können die Energiekosten äußerst niedrig
gehalten werden. Einer der ernsteren Nachteile bei der Verwendung der Umkehrosmose
ist der, daß ein sehr hoher Druck aufgewendet werden muß, um das Wasser durch die
Membran zu drücken und
so ein nur sehr kleiner Strom reinen Wassers
erhalten wird. Drücke in der Größenordnung von loo kg/cm2 und mehr, die oft angewendet
werden müssen, erfordern Xochdruckbehälter und Pumpen und somit eine hohe Investierung.
Ferner müssen große Mengen von Salzwasser unter hohem Druck gesetzt werdenrum nur
einen kleinen Strom reinen Wassers zu erhalten, was wiederum hohe Kosten verursacht.
-
Eine Aufgabe der erfindung ist es, ein Verfahren und ein Gerät zum
Reinigen von Flüssigkeiten durch Drücken einer Flüssigkeit gegen eine Membran anzugeben,
die gelöste Bestandteile entfernt, indem sie nur das reine Wasser hindurchfließen
läßt. Die Anordnung zur Wasserreinigung soll das Wasser durch eine halbdurchlässige
Membran drükken, bei der eine größtmögliche Energie zum Liefern hoher Drücke wieder
gewonnen wird.
-
Die genannten und andere Aufgaben werden an einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung durch Verwenden einer Zentrifugalmaschine durchgeführt, wobei salzhaltiges
oder unreines Wasser oder eine andere Lösung mit einem oder mehreren Lösungsmitteln
und verschiedenen anderen gelösten Stoffen an einen rotierenden Korb geführt wird,
der durch Zentrifugalkraft einen hohen Druck erzeugt. Nahe dem Rand des rotierenden
Korbes befinden sich halbdurchlässige Membranen, wo ein großer Wasserkopfdruck erzeugt
wird.
-
Der hohe Druck drückt einen Teil der Lösung durch die Membranen, wobei
die halbdurchlässige Lrt der Membranen in erster Linie reines Lösungsmittel hindurchfließen
laßt und dadurch die verbleibende Lösung konzentriert. Nach dem Durchfluß durch
die Membranen fließt das reine Lösungsmittel aus dem rotierenden Korb durch Düsen,
die sich an ihm befinden und tangential und entgegengesetzt zur Drehrichtung des
Korbes weisen.
-
Das Zentrifugal gerät erzeugt einen sehr hohen Druck mit geringstem
technischen Aufwand. Die Auslaßdüsen, durch die die Lösungen den Korb verlassen,
dienen als #üsenantrieb des Korbes und somit zum Halten seiner Drehbewegung, und
dadurch kann etwas Rotationsenergie zurückgewonnen werden, die an die Anlage geliefert
wird und den -Jirkungsgrad verbessert. Das Zentrifugalgerät ist sowohl für ständig
als auch für zeitweise arbeitende Anlagen geeignet Verschiedene Ausführungsbeispiele
der Erfindung können zum Vergrößern der Strömungsgeschwindigkeiten und des #irkungsgrades
benutzt werden, Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Membran nur ein dünner Zylinder
nahe dem Korbrand und läuft um alle dort enthaltene Flüssigkeit herum, Bei einem
anderen Ausführungsbeispiel sind die Membranen#in ringförmigen Lagen gestapelt und
die reine Flüssigkeit muß zunächst parallel zur Korbachse fließen, wodurch #rößere
Uembrangebiete benutzt werden können, obwohl die Drücke durch die Dicke der Membranen
etwas verändert werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine spiralig
gewickelte Membran nahe dem Korbrand angeordnet, damit größere Membranflächen erhalten
werden können und somit eine hohe Strömungsgeschwindigkeit gehalten wird, während
der Druck durch die Dicke der Membran erfolgt0 Diese und andere Anordnungen können
in verschiedenen Anordnungen verwendet werden, um einen hohen Wirkungsgrad und hohe
Strömungsgeschwindigkeiten bei geringstem technischen Aufwand zu erhalten, Die Erfindung
wird mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben, In den Zeichnungen ist: Figur 1 eine
Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;
Figur 2
ein Schnitt an der Linie 2-2 der Figur 1; Figur 3 ein Teilschnitt der Membran und
der Trägerteile des Ausführungsbeispiels nach Figur 1; Figur 4 eine Seitenansicht
im Schnitt von einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 5 ein Teilschnitt
des Beispiels nach Figur 4; Figur 6 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, eines
weiteren Beispiels der Erfindung, Figur 7 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt,
eines anderen Beispiels der Erfindung; Figur 8 eine Seitenansicht im Schnitt eines
anderen Beispiels der Erfindung; Figur 9 ein Teil einer Seitenansicht eines weiteren
Beispiels der Erfindung, das radial verlaufende blattförmige Membranen verwendet;
Figur io eine Draufsicht auf das Beispiel nach Figur 9; Figur 11 ein Schnitt der
Draufsicht auf die Membrananordnung nach Figur 9; Figur 12 eine perspektivische
Teilansicht des Beispiels nach Figur 9; Figur 13 eine perspektivische Teilansicht
eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung, das radial verlaufende hohle Beinfasermembranen
verwendet; Figur 14 eine perspektivische Teilansicht des Ausfüiirungsbeispiels nach
Figur 13; und Figur 15 eine vereinfachte Darstellung eines anderen Beispiels der
Erfindung, wobei das zugeführte, zu reinigende Wasser an die radiale Außenseite
einer Membran angelegt wird.
-
Das Verfahren und das Gerät zum Trennen von Flüssigkeiten
nach
der Erfindung können für verschiedene Flüssigkeiten (oder allgemein: Strömungsmedien)
verwendet werden. Eine von den wichtigeren Anwendungen ist das Trennen von Süßwasser
van Meerwasser, und die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Erläuterung dieser
Anwendung0 Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
mit einem Motor lo, der eine Welle 12 besitzt, an der der drehbare Korb 14 befestigt
ist.
-
Der Motor dreht den Korb mit hoher Geschwindigkeit um die Rotationsachse
11 des Korbes und erzeugt so hohe Zentrifugalkräfte. Die Welle 12 ist hohl und bildet
ein axial verlaufendes Rohr 16, das das Wasser zum Korb leitet.
-
Das Salzwasser tritt durch ein Rohr 18, das mit dem axialen Rohr 16
in der Welle verbunden ist, in das Gerät ein.
-
Die durch das Gerät gewonnenen Erzeugnisse sind Süßwasser und konzentriertes
Salzwasser, das aus dem Gerät durch eine Ummantelung 20 austritt, die den Korb umgibt.
Durch ein Süßwasserventil 22, das mit der Ummantelung verbunden ist, fließt Süßwasser
und der Salzanteil oder das konzentrierte Salzwasser durch ein Ventil 24, das mit
der Ummantelung verbunden ist, aus.
-
Das durch das Rohr 18 und das axiale Rohr 16 in der Welle in das Gerät
eintretende Wasser fließt, wie Figur 2 zeigte durch Auslaßlöcher 26 in der Welle
und zum Rand des Korb bes 14. Ein zylindrischer Träger 28 des Korbes enthält das
Wasser, das radial aus den Auslaßlöohern 26 nach außen fließt, und am Träger sammelt
sich radial eine dicke Schicht Salzwasser 30. Der Träger 28 biegt die halbdurchlässige
Membran auf, durch die reines Wasser zum Erhalten von Süßwasser fließt. Nachdem
das Süßwasser durch die Membran und den Träger 28 hindurchgegangen ist, bewegt es
sich nach außen zu einer ringförmigen Sammelwand 32 des Korbes oder an Düsen 34,
die sich an den radial
äußersten Teilen dieser Wand befestigt sind.
Das Süßwasser verläßt den Korb durch die Düsen 34 und fällt ~ie Wände der Ummantelung
20 in einen Süßwasserbehälter 36 hinunter. Das Süßwasser fließt dann durch das Süßwasserventil
22, das mit dem Süßwasserbehälter verbunden ist, aus dem Gerät aus.
-
Das an der radialen Innenseite des Korbträgers 28 verbleibende Wasser
wird mit Salz hochkonzentriert, da das Salz nicht durch die Membran hindurchgeht.
Um diese Salzkonzentration zu verringern, wird ständig Wasser mit beträchtlich höherer
Geschwindigkeit an den Korb nachgeliefert, als durch die Membran hindurchgeht. Das
neu hinzukommende Salzwasser mischt sich ständig mit dem hochkonzentrierten Salzwasser,
so daß das Wasser an der radialen Innenseite des Trägers 28 eine Salzkonzentration
aufweist, die nahe dem ursprünglichen Salzwasser liegt, das in das Gerät eintritt.
Das überschüssige der Anlage zugeführte Wasser wird über einen Überfließring 38
am Korb, der das überschüssige Wasser aufnimmt, abgezogen. Dieses Wasser fließt
aus der Schicht 30 über eine Hemmvorrichtung 4o in den Ring 38. Düsen 42 am Rand
des Ringes führen das konzentrierte Salzwasser in einen Sammelring 44 in der Ummantelung,
der mit einem Auslaßrohr 46 in der Ummantelung verbunden ist. Das Salzwasserventil
24 entfernt das konzentrierte Salzwasser aus der Anlage.
-
Der Träger 28 hält eine Membran, die in Figur 3 gezeigt wird. Er ist
gitterartig aufgebaut und besitzt große offene Gebiete, durch die das Süßwasser
fließen kann. An der radialen Innenseite des Trägers 28 befindet sich ein Absatz
50 einer porösen Membran, an dessen radialer Innenseite sich eine halbdurchlässige
Membran 48 befindet.
-
Die Membran 48 ist von schwachem Aufbau und muß durch eine Stütze
50 gehalten werden, die eine hochporöse Folie aus sehr kräftigem Material ist. Die
Löcher in dieser
sind so klein, daß nur sehr kleine Gebiete der
Membran unbelastet bleiben.
-
Der Welle 12 muß ständig Leistung zugeführt werden, um das Wasser
zu drehen, das dem Korb ständig zugeleitet wird. Gemäß der Erfindung wird diese
Energie durch#Verwendung von Düsen zurückgewonnen, die das austretende Wasser der
Drehrichtung entgegengesetzt richten und so Wasserstrahlen liefern, die das Aufrechterhalten
der Drehung unterstützen. Die Düsen 34, durch die das Süßwasser heraustritt, sind,
wie Figur 2 zeigt, tangential und entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Korbes
gerichtet, wie durch den Pfeil 52 angezeigt wird, so daß die Rückwirkungskräfte
der Strahlen des austretenden Wassers den Korb zu drehen helfen. Die Düsen 42 (Figur
1), durch die das konzentrierte Salzwasser herausfließt, sind in#ähnlicher Weise
der Drehrichtung des Korbes entgegengesetzt gerichtet. Ein Teil der Energie, die
zum Drehen des- Korbes an das Wasser geliefert wird, wird somit wiedergewonnen und
der Wirkungsgrad der Anlage verbessert.
-
Anders als bei bisher erhältlichen Umkehrosmosereinigungsgeräten drückt
ein Wasserdruck Wasser- durch die Membran und durch die Dicke der Membran und enthält
den Teil, an dem Süßwasser austritt. DieS geschieht, weil-die'Zentrifugalkraft verwendet
wird, die über die ganze Dicke der Membran angelegt wird, weil das Membranmaterial
senkrecht zu den von der Drehachse radial des Korbes ausgehen den Linien verläuft.
Somit wird die Membran zum Erzielen höherer Strömungsgeschwindigkeiten verwendet,
auch bei verhältnismäßig dicken Membranen.
-
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt in den Figuren
4 und 5 ein Schema, das eine Verwendung eines größeren Gebietes der Membran in einer
relativ kleinen zentrifugalähnlichen Einrichtung ermöglicht. Im Gerät
nach
Figur 4 dreht eine massive Welle 60 einen Korb 62, der das zu reinigende Salzwasser
enthält. Dem Korb wird durch ein feststehendes Rohr 64 Wasser zugesetzt, das von
diesem Rohr radial nach außen zu einem Träger 66 und von dort an eine Sammelwand
68 fließt. Am radialen Außenteiltder Sammelwand befinden sich Düsen 70, die Süßwasser
austreten lassen, das die beiden Seiten einer feststehenden Ummantelung 72 in einen
Süßwasserbehälter 74 herabfließt.
-
Der Membranaufbau und der Träger 76 des Gerätes nach Figur 4 werden
in Figur 5 gezeigt. Der Membranaufbau enthält einen Stapel von Filtern, von denen
jeder ringförmig ist, wobei die Ebene der Membranen senkrecht zur Drehachse 61 des
Korbes verlaufen. Jeder Filter enthält einen ringförmigen Kanal 78, der das zu reinigende
Salzwasser führt, ringförmige halbdurchlässige Membranen 80 über und unter dem Kanal,
einen Membranstützring 82, der gegen die Membran anliegt und diese stützt, während
er Süßwasser hindurchläßt, und einen Süßwasserkanal 84 zum Leiten des Süßwassers,
das durch die Membran hindurchgeht. Ein zylindrischer Träger, der den Membranaufbau
umgibt, widersteht der Zentrifugalkraft des Wassers in ihm. Ein Rohr 88 für das
konzentrierte Salzwasser an der radialen Außenseite des Zylinders 86 ist über Löcher
9o im Zylinder und durch den Kanal 78 mit dem Salzwasser 92 verbunden. Das Salzwasser
92, das in den Korb geleitet worden ist, fließt durch die Kanäle 78 radial nach
außen, aus denen das abgetrennte Süßwasser axial durch die Membranen 80 in die Süßwasserbehälter
84 fließt. Das Süßwasser fließt dann durch (nicht dargestellte) Löcher im Zylinder
86 in die von der Sammelwand 68 gebildete Kammer, wo es durch Düsen ausgestoßen
wird. Das Salz, das nach dem Abfluß des Süßwasser durch die Membranen 80 übrig bleibt,
mischt sich mit dem Salzwasser und fließt durch Löcher 9o
im Zylinder
86 in das Rohr 88 für das konzentrierte Salzwasser. Das Rohr 88 führt das konzentrierte
Salzwasser, wie Figur 4 zeigt, zu einer Düse 94, die das Wasser tangential zur Drehrichtung
des Korbes ausstößt und das Wasser in den Behälter 96 für das konzentrierte Salzwasser
fließen läßt.
-
Das in den Figuren 4 und 5 gezeigte Susführungsbeispiel nach der Erfindung
dient nicht zum Halten eines einheitlichen \##asserdruckes über die ganze Dicke
der Membranen, sondern zum Anlegen hoher Drücke mit einfacher Ausrüstung und der
Verwendung eines großen Membrangebietes in einem verhältnismäßig kleinen Gerät.
-
Bei einem noch anderen in Figur 6 gezeigten Ausführungsbeispiel der
Erfindung wird eine spiralförmige Membran verwendet, die von einem Träger lol gehalten
wird, wobei das ganze Gerät von einer Ummantelung fof bedeckt ist.
-
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 6 tritt das Salzwasser 102 aus
einer hohlen Welle 104 heraus und fließt gegen die Membran loo. Durch diese Membran
fließt Süßwasser, das mit einem dem beschriebenen ähnlichen Gerät aufgefangen wird.
Die Membran loo enthält abwechselnde Lagen von Membranen und Abstandhaltern zum
Halten und Aufbiegen für diese. Das Wasser fließt durch die Membranen hindurch und
an den Spiralkanälen entlang, die aus den Abstandshaltern und Ausbiegungen bestehen
und radial nach außen, wo es gesammelt wird. Die Spiralform dient zur Verwendung
eines großen Membrangebietes in einem verhältnismäßig kleinen Gerät und auch zum
Halten eines bestimmten Wasserdrucks über die ganze Dicke der Membran wie bei den
Geräten nach den Figuren 1 bis 3.
-
Ein noch anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in Figur 7
gezeigt. Eine Vielzahl von Rohren Ilo befindet
sich nahe des radial
nach außen verlaufenden Gebietes eines Korbes 111, wobei die Rohre in das zu reinigende
Salzwasser eintauchen. Jedes Rohr enthält eine zylindrische halbdurchlässige Membran
als Außenhülle und besitzt ein Rohr in der Membran, das diese hält. Süßwasser fließt
durch die Membranen und dann durch die Rohre, wo es ausfließt. Zusätzliche (nicht
dargestellte) Rohre dienen zum Wegführen des konzentrierten Salzwassers.
-
Um einen beachtlichen Süßwasserstrom durch die Membranen hindurch
zu erhalten, müssen hohe Drücke durch Drehen des Wasserkorbes mit hohen Geschwindigkeiten
angelegt werden. Im allgemeinen wird kpin beachtlicher Strom erhalten, wenn Drücke
von mehr als 10 kg/cm2 erzeugt werden. Bewährte Anlagen erfordern Drücke von 70
kg/cm2 und mehr. Beispielsweise würde ein Korb von etwa einem Meter Durchmesser
und einer dem inneren Volumen entsprechenden Wasserfüllung eine Geschwindigkeit
in der Größenordnung von 2 500 Umdrehungen pro Minute erfordern.
-
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der ßrfindung, das Figur 8
zeigt, wird die dem Meerwasser durch die Zentrifugalwirkung mitgeteilte Energie
in noch anderer Weise zurückgewonnen. Bei dem Beispiel nach Figur 8 sind sowohl
Auslaß als auch Einlaß hohle Wellen 140 bzw. 146. Die einzige aufgewendete Energie
ist somit die tatsächlich beim Herstellen der Strömung durch die Membran benötigte.
-
Die Treibvorrichtung 130 befindet sich im 5gasserkorb 132 und dient
zum Auspumpen des konzentrierten Salzwassers oder der Salzlauge aus dem Korb. Die
Treibvorrichtung 130 ist an einer Welle 134 befestigt, die zu einer Verzögerungseinrichtung
136 führt. Sie kann feststehend sein oder sich mit verschiedenen Geschwindigkeiten
in bezug auf den Wasserkorb 132 drehen. Das Wasser 138 im Korb fließt deshalb in
die Treibvorrichtung 130 und durch ein
Rohr 140, das von diesem
ausgeht, hindurch. Das Rohr führt an einen Auslaß 142 für die konzentrierte Salzlauge,
in dem diese aufgenommen wird, unter welchem Druck auch immer die Entleerung der
Anlage erfolgen soll.
-
Der Rest des Gerätes nach Figur 8 ist dem vorher beschriebenen Gerät
ähnlich. Das Meerwasser tritt durch einen Einlaß 144 ein und geht durch eine hohle
Welle 146 hindurch in den Wasserkorb 132. Die hohle Welle 146 wird von einer Kette
oder einem Band gedreht, das zu einer Rolle 148 führt, und der Wasserkorb wird an
einem Lager 149 gehalten. Das in den Korb einfließende Wasser wird durch eine Membran
150 zu einem Süßwasserauslaß 152 geleitet. Das verbleibende Wasser hebt den Wasserkorb
an und gelangt in die Treibvorrichtung 13ovo Wenn Wasser mit einer hohen Konzentration
schwebender oder gelöster Unreinigkeiten zentrifugiert wird, treten an der Fläche
der halbdurchlässigen Membranen oft Verschmutzungen auf. Die gelösten Verschmutzungen,
die oft als eine Konzentrationspolarisationsschicht angesehen werden, stammen aus
dem Auszug der Wasserkomponente aus der Salzwassermischung an der Fläche der Membran,
wobei sie eine hoch konzentrierte Lösung zurückläßt. Die Polarisationsschicht baut
sich rasch auf, wenn versucht ,wird, dieses Wasser durch eine rundherum laufende
Membran durch Gießen in Speise-Wasser an der radialen Innenseite der Membran und
Herausnehmen verhältnismäßig reinen Wassers an der radialen Außenseite der Membran
zur reinigen. Meerwasser, das eine gelöste Verschmutzungskonzentration von etwa
35 ooo Teilchen pro Million (ppm) besitzt, ist ausreichend verschmutzt, um unter
diesen Umstanden Verschmutzungen rasch aufzubauen und ein wirksames Arbeiten der
Zentrifugalentsalzungsanlage zu verhindern.
-
Ein manchmal beschrittener Weg zum Verringern der sich gebildeten
Polarisationsschicht ist das konstante Zirkulieren von Wasser hinter der es auswaschenden
Membranfläche. Dieses Verfahren ist aber in der vorhergehenden Einrichtung nicht
ausreichend, in der unreines Wasser an die radiale Innenseite einer rundherum laufenden
Membran geführt wird. Dies geschieht wegen des höheren spezifischen Gewichts oder
der höheren Dichte des an der Membranfläche bleibenden Wassers, nachdem reines Wasser
radial durch die Membran ausgeflossen ist. Wenn Meerwasser mit 35 ooo ppm Unreinheiten
in die Einrichtung geleitet wird, kann die Wasserschicht an der Membranfläche eine
Unreinheitskonzentration von mehr als 100 ooo ppm aufweisen. Die Membran ist somit
in Berührung mit einer Lösung, die einen höheren Salzgehalt besitzt. Der Druck zum
Uberwinden des verhältnismäßig höheren osmotischen Druckes kann etwa der angelegte
Druck sein. Dadurch wird die Wasserströmungsgeschwindigkeit durch die Membran stark
verringert. Die hohe Dichte dieser Schicht bewirkt an der Membranfläche einen starken
Druck gegen die Membran infolge der Zentrifugalwirkung. Sie wird deshalb durch normale
Zugkräfte plus der Zentrifugalkräfte gehalten. Demnach kann auch eine sehr hohe
Aus spül geschwindigkeit es nicht verdrängen und in einigen Fällen ist die geforderte
Strömungsgeschwindigkeit nicht erreichbar.
-
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, die in den Figuren
9 bis 12 gezeigt wird, ist eine Anordnung von Membranen vorgesehen, die die Ausbildung
einer Polarisationsschicht einer konzentrierten Lösung an den Membranflächen sehr
klein hält. Dies geschieht dadurch, daß das geleitete Wasser in einer praktisch
radialen Richtung über eine Membran fließt, deren Fläche radial verläuft.
-
Die konzentrierte Lösung ist den Zentrifugalkräften ausgesetzt, die
sie entlang der Membranfläche zu bewegen versuchen, wenn sie sich daran bildet,
und hält dadurch die
Polarisationsschicht sehr klein. Diese Verkleinerung
der aufgebauten Polarisationsschicht vergrößert nicht nur die Geschwindigkeit der
Strömung des Wassers durch die Membran, sondern auch die Salzrückhaltegeschwindigkeit,
so daß reines Wasser hergestellt wird.
-
gie Figur 9 zeigt, kann das Gerät mit zwei Stufen aufgebaut sein,
die in einem Korb 200 enthalten sind, der sich um eine Achse 202 dreht. Eine erste
Stufe 204 enthält viele radial verlaufende Membranen 206. Eine erste Speiseleitung
208 führt Meerwasser an das radiale Innenende der Membranen und eine Auslaßöffnung
210 führt das verhältnismäßig aufbereitete Süßwasser weg, das durch die Membran
206 geflossen ist. Das Meerwasser in der ersten Speiseleitung 208 besitzt üblicherweise
eine Konzentration von Unreinheiten von 35 ooo ppm. Nach dem Durchfluß hinter der
Membran 206 hat es eine Konzentration von etwa 70 ooo ppm. Der Durchsatz, der durch
die Membran 206 hindurchgegangen ist, besitzt eine Konzentration von etwa 3 500
ppm, Der erste Durchsatz, der durch die Leitung 212~fließt, wird durch eine (nicht
dargestellte) Pumpe an eine-Auslaßleitung 214 der zweiten Stufe 216 geführt, die
sich an der Wand befindet, die in radialer Richtung verläuft. Die Leitung 214, die
den ersten Durchsatz führt, der noch weiter zu reinigen ist, führt diesen zum radialen#Außenende
der zweiten Reinigungsstufe. Dieses Wasser fließt in einer radialen Innenrichtung
hinter der Membran 220 und zum Innengebiet 222 der zweiten Stufe. Ein Abscheider
224 nahe der Drehachse 202 nimmt das Wasser auf, das über die Membran 220 gegangen
ist und entfernt es aus dem Innengebiet 222. Das Wasser, das durch die Membranen
220 hindurch gegangen ist, wird durch eine zweite Durchsatzleitung 226 herausgeführt.
-
Wie bereits erwähnt, kann der erste Durchsatz, der durch die Leitung
214 in die zweite Stufe eintritt, eine Konzentration von 3 Too ppm aufweisen. Nach
dem Fließen hinter der zweiten Membranen 220 zum Innengebiet 222 kann eine Konzentration
von 7000 ppm erfolgen Der zweite Durchsatz, der durch die Leitung 226 herausgeflossen
ist, kann eine Konzentration von 350 ppm aufweisen. Diese Konzentration ist für
die Verwendung bei den meisten Haushaltzwecken ausreichend gering. Verschiedene
Pumpen zum Zirkulieren des Wassers durch das Gerät sind nicht dargestellt. Ein von
dem Abscheider 224 aufgenommenes Konzentrat wird in üblicher Weise in die Leitung
214 geführt, wo es mit dem ersten Durchsatz gemischt wird, während andere Teile
von ihm zur Äusgangsspeiseleitung 208 geführt werden. Pumpen für die Flüssigkeit
können sich im Korb nahe der Drehachse oder außerhalb des Korbes befinden.
-
Jede der Membranen 206 oder 220 besitzt die Form nach Figur 11 und
enthält ein Sammelrohr 230 aus porösem Material, z.B. gewebte Glasfasern mit nur
einem kleinen Anteil bindender Harze. Eine lange Folie aus leichtem porösen Material
232 besitzt einen Mittelteil, das um 3600 um das Rohr gewickelt ist, und gegenüberliegende
Enden 234 und 236, die in radialer Richtung im Entsalzungsgerät verlaufen. Um das
poröse Material ist eine Folie 238 aus dem Material der halbdurchlässigen Membranen
gewikkelt, deren beide Enden 240 und 242 in radialer Richtung verlaufen, wobei die
Außenspitzen 244 heiß verschlossen oder in anderer Weise miteinander verbunden sind.
Die Membran befindet sich mit dem Rohr 230 an ihrem radial verlaufenden Außenende
und mit den Spitzen 244 der Membranen an dem radial nach innen verlaufenden Ende.
Für die Membran 206 in der ersten Stufe wird ein großer Wasserkopf durch die an
das Wasser in der Speiseleitung 208 und durch das Wasser im Raum, in dem die Membran
liegt,
angelegte Zentrifugalkraft aufgebaut. Der hohe Druck, der
sich aus dem zentrifugalen Aufbau der Drücke ergibt, bedingt einen hohen Druck an
der Außenfläche der Membranenden 24o und 242. Der Wasserstrom durch die Membranen
fließt durch das Material 232 zum porösen Sammelrohr 230. Dieses Rohr ist mit einem
Kopf 246 (Figur 9) verbunden, der das Wasser aus mehreren Sammelrohren 23o zusammenfaßt
und an die erste Durchsatzleitung 212 liefert.
-
Das über die Membranen 206 in der ersten Stufe fließende Wasser gelangt
in radialer Richtung über die Blächen der Membrane, wenn reines Wasser abgenommen
wird. Der Wasserstrom, der durch den pfeil 247 angezeigt wird, versucht nicht nur,
die Polarisationsschicht zu entfernen, sondern verhindert durch die Zentrifugalkraft
auch ihre Entstehung0 Die Polarisationsschicht besitzt- eine sehr hohe Konzentration
von Unreinheiten, so daß sie eine höhere Dichte als das umgebende Wasser besitzt.
Demnach wird es, radial nach außen geschleudert und die Zentrifugalkraft versucht,
die Polarisationsschicht von der Membran beim Entstehen abzubrechen und läßt sie
zusammen mit dem Rest des Wassers abfließen, das radial nach außen gerichtet ist.
Das poröse Material 232 und die Membran 240 bestehen aus einem Material, das leichter
als Meerwasser ist, so daß es und das Membranmaterial im Wasser Bohwimmen und somit
vom Sammelrohr 230 radial nach innen verlaufen kann.
-
Bei der zweiten Stufe 216 wird der erste Durchsatz in der Leitung
214 zum radial nach außen verlaufenden Ende der Membran 220 geführt. Dies ergibt
den Polarisationsschichtaufbau, der radial nach außen geschleudert wird, während
das umgebende Wasser radial nach innen S--loeßt, wie durch den Pfeil 249 angezeigt
wird. Demnach ergibt sich eine Gegenstromabscheidewirkung, die sich von der
wirkung
in der ersten stufe 204 unterscheidet. Diese Gegenstromabscheidewirkung erzeugt
eine größere Wirbelbildung und verhindert den aufbau einer Polarisationsschicht,
weil die Konzentration von Unreinheiten niedriger ist als in der ersten Stufe. Auch
bei dem radial nach innen gerichteten Fluß der zweiten stufe ergibt sich eine gute
Abscheidewirkung mit einem Minimum einer wiederholten Zirkulation, was den Aufbau
der Polarisationsschicht verhindert.
-
Figur 1o zeigt die Konstruktion der gesamten Anlage. Diese ist mit
zwölf radial verlaufenden Leitflächen versehen, die winkelig um den Korb herum verteilt
angeordnet sind und verhindern, daß Wasser herumschlägt und eine Ungleichheit erzeugt,
wenn der Korb nicht ~vollständig gefüllt ist, und auch eine dynamische Instabilität
und einen Snergieverlust infolge wiederholter Zirkulation verhindert, wenn der Korb
gefüllt ist. Das Wasser am Innengebiet 222 des Korbes wird durch den Abscheider
224 konstant abgeschieden, der zwei Köpfe 25p und 252 mit Öffnungen besitzt, die
in Randrichtung weisen. Der Abscheider 224 wird feststehend gehalten, während sich
der Korb in Richtung des Pfeiles 254 dreht und so die Aufnahme des überschüssigen
Wassers in der Mitte des Korbes erleichtert. Der Abscheider kann sich ebenfalls
drehen, aber er soll sich nur bei niedriger Geschwindigkeit drehen als der Korb,
um das Wasser in der Mitte abnehmen zu können.
-
Die Figuren 13 und 14 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindung,
das dem nach Figur 9 ähnlich ist, aber Faserbündel aus vielen hohlen feinen Fasern
aus halbdurchlässigem It terial anstelle von Folien aus diesem verwendet0 Die Fiberbündel
260 verlaufen in einer Schrei fe, wobei entgegengesetzte Enden in eine Kopfplatte
262 eingeformt sind, die an einer Stützplatte 263 befestigt ist und so Öffnungen
264 zum wegführen des Durchsatzes
oder verhältnismäßig reines Wasser
bildet. Die radial nach innen verlaufenden Enden der Fasern gehen durch Ringe 266
hindurch, die ein Verwickeln der Faserbündel verhindern. Die Ringe bestehen aus
leichtem Material, so daß sie im Wasser schwimmen und sich radial nach innen bewegen,
wenn die Fasern und der Ring von Wasser umgeben sind, während das Gerät trudelt.
Die Fasern können am Kopf 262 durch Einformen ihrer ßnden in einem Block- oder Kopfmaterial
befestigt werden und dann wird der Block aufgeschnitten, so daß die Enden der hohlen
Fasern sich auch an der Fläche 268 befinden. Die Verwendung der hohlen Fasern ergibt
ein größeres Gebiet aus durchlässigem Material in einem Korb gegebener Größe. Das
Ausrichten der Fasern in radialer Richtung ermöglicht einen Strom zu reinigender
Mischung mit mehreren Komponenten in einer vorwiegend radialen Richtung und verhindert
so durch Wirkung der Zentrifugalkraft den Aufbau einer Polarisationsschicht an der
Oberfläche der Fasern.
-
Figur 15 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das
eine halbdurchlässige Membran 270 verwendet, die in einer Randrichtung verläuft.
Dort wird das Wasser der radial verlaufenden Außenfläche 272 der Membran so zugeführt,
daß aufbereitetes Wasser durch die Membran 272 des Zentrifugalkorbes radial zum
Innengebiet 273 fließen muß. Die Polarisationsschicht, die sich an der Außenfläche
der Membran aufzubauen versucht, wird auch von dort durch die Zentrifugalkraft herausgeschleudert.
Sie wird auch herausgeschleudert, obwohl sie in den Rest des die Außenseite der
Membran umgebenden Wassers getaacht ist, da die Polarisationsschicht von höherer
Dichte als das restliche Wasser ist. Während die Zentrifugalkraft das Entstehen
der Polarisationsschicht zu verhindern sucht, ist ein Wasserstrom hinter der Membranfläche
ebenfalls erwünscht.
-
Die Strömung erfolgt durch Speisung von Meerwasser oder einer anderen
zu reinigenden Mischung durch eine Leitung
274 und durch Entfernen
des konzentrierten Wassers, das über die Membran geflossen ist, durch eine andere
Leitung 276. Zwischen den beiden Leitungen befindet sich eine Leitfläche 278, so
daß das wasser rund um die Membran fließen muß, bevor es in die Auslaßleitung 276
eintritt. Die kombinierte Wirkung der Zentrifugalkraft und der des Auswaschens des
fließenden Wassers über der Membran versucht, die Polarisationsschicht auf einem
Minimum zu halten. Wenn nicht einige konzentrische Membranen in der Randrichtung
der Membran 270 verlaufen, kann nur ein sehr kleines Membrangebiet in einem Korb
der gegebenen Größe enthalten sein.
-
Die in den Figuren 9 bis 15 gezeigten Ausführungsbeispiele der Erfindung
dienen besonders zum Verhindern des Entstehens von Polarisationsschichten an den
Membranflächen. Das in den Figuren 4 und 5 gezeigte Ausführungsbeispiel verwendet
eine radial nach außen gerichtete Wasserströmung, die das Entstehen einer Polarisationsschicht
sowohl durch Auswaschen des fließenden Wassers als auch durch die Tendenz der schwereren
konzentrierten Lösung an der Membranfläche, es aus den Zentrifugalkräften herauszubringen,
verhindert.
-
Die Erfindung kann für verschiedene Zwecke benutzt werden, z.Bo zum
Konzentrieren von Säften oder besonderen Gasen, und das Gerät nach der Erfindung
kann verschieden ausgebildet sein. Es sind zwar besondere Ausführungsbeispiele der
Erfindung beschrieben und dargestellt worden, doch ist es offensichtlich, daß zusätzliche
Abänderungen vom Fachmann vorgenommen werden können und der Umfang der Erfindung
nicht auf den behandelten beschränkt ist.