DE2243723A1

DE2243723A1 - Reversosmoseeinrichtung

Info

Publication number: DE2243723A1
Application number: DE2243723A
Authority: DE
Inventors: Heinz Bender; Ernst Dipl Ing Hochscherf; Eberhard Dr Staude
Original assignee: Kalle GmbH and Co KG
Current assignee: Kalle GmbH and Co KG
Priority date: 1972-09-06
Filing date: 1972-09-06
Publication date: 1974-03-21
Also published as: JPS4967879A; IL43135A; IT997523B; IL43135A0; FR2197619A1; CH571879A5; CA1040544A; IE38419L; LU68349A1; NL7311754A; GB1434540A; IE38419B1; BE804398A; ES418515A1; FR2197619B3

Description

K 2158/Gbm 597¹ PP-Dr-*Kn-df -4. Sept. 1972

Beschreibung zur Anmeldung der

KALLE AKTIENGESELLSCHAFT Wiesbaden-Biebrleh

für ein Patent auf Reversosmoseeinriehtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Reversosmose bzw. Ultrafiltration zur Abscheidung einzelner Komponenten aus Flüssigkeiten oder' Gasen mit Hilfe von semipermeablen Membranen; ' ,

Einrichtungen zur Reversosmose bzw. Ultrafiltration, auch Module genannt, sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt, Sie dienen der selektiven Trennung, vorzugsweise der Aufbereitung von Salz- oder Brackwasser oder zum Behandeln von Blut.

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Eine Gruppe betrifft die sogenannte Lamellenmodule wie sie z.B. in der DT-OS 1 642 808 beschrieben sind. Dort werden beschichtete poröse Platten als ebene Lamellen in winkligen Gehäusen oder um einen Kern gewickelt und in einem quadratischen Körper oder einem Rohr untergebracht. Der Nachteil dieser Module ist darin zu sehenj daß sie hohe Strömungsgeschwindigkeiten hur bei Sehr hohem Durchsatz zulassen.

Eine weitere Gruppe sind die sogenannten Spiräimembrärierij wie sie z.B. in der DT-AS 1 517 915 oder dar Οΐ-OS 1 442 420 offenbart sind.

Dabei werden üblicherweise Flachmembrahen mit zwischettgeilegtem ableitfähigem Material spiralig um ein Rohr gewickelt, wobei die Plachmembranen verklebt Werden. Der j

erhebliche Nachteil der Module liegt darin* daß ein ■

hoher Druckabfall an der Piltrationsgrenze auftritt, ^

daß Undefinierte Strömungsverhältnisse auftreten und

daß sie infolge der engen Spalte für zur Ablagerung ,;

neigende Medien nicht geeignet sind;

In der DT-OS 1 805 590 ist eine andere Gruppe von Modulen, nämlich die sogenannten Schlauchmodule beschrieben. Hierbei ist eine Einzelmembran auf einem

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porösen Stützrohr direkt aufgebracht, wobei üblicherweise die Umlenkung des zu trennenden Mediums in Hauben erfolgt. Der Nachteil dieser Ausführungsform besteht in der aufwendigen Bauart und vor allem auch darin, daß sie nur eine niedrige Packungsdichte (Membranfläche/Apparaturvolumen) aufweist.

Es stellte sich somit die Aufgabe, einen Modul zu entwickeln, der sowohl eine hohe Packungsdichte als auch günstige und definierte Strömungsverhältnisse und einen genügend großen freien Stromungsquerschnitt aufweist.

Weiterhin sollen die semipermeablen Membranen im Modul leicht kontrollierbar und austauschbar sein und der Modul hohe Betriebsdrücke im Bereich von - 40 atü aushalten und dabei technisch einfach aufgebaut sein«

Gelöst wird"die vorstehend genannte Aufgabe durch eine Einrichtung zur Reversosomose mit schlauchförmiger Membran- und Pließschichtänordnung·, deren kennzeichnendes Merkmal darin besteht, daß die Fließschicht beidseitig mit Membranen abgedeckt ist, daß wenigstens ein Membran-Fließschichtschlauch von einem Druckrohr umgeben ist, ohne dieses zu kontaktieren, daß das Druckrohr und der Membran-Fließschichtschlauch an beiden Enden mit. Dichtungen versehen sind und daß Zuführungen für das .

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zu trennende Medium und Ableitungen für das Permeat und das Konzentrat angeordnet sind.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung läßt sich die gestellte Aufgabe vollinhaltlich lösen, wobei das zu trennende Medium den Modul axial durchströmt und das Permeat nach Durchtritt durch die beiden Membranschläuche über die Pließschicht abgeleitet wird.

Je nach Anbringung der Anschlüße, Ableitungen und Dichtungen kann mit dem Modul sowohl im Gleichstrom als auch im Gegenstrom gearbeitet werden.

Bei der Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, lediglich einen Membran-Fließschichtschlauch in einem Druckrohr einzusetzen. Um jedoch die effektive Membranfläche zu erhöhen, werden mehrere Membran-Fließschichtschläuche nebeneinanderliegend angeordnet und von einem entsprechend großen Druckrohr umgeben. Es entsteht hierbei eine Anordnung in der Art einer Wärmeaustauscheinrichtung. Bei der zuletzt genannten Anordnung ist auch vorgesehen, die nebeneinanderliegenden Schläuche durch Abschottungen zu trennen, wodurch bestimmte erwünschte Strömungen eingestellt werden können.

In weiterer bevorzugter Ausführung der Einrichtung werden mehrere in ihrem Kaliber unterschiedlich starke Membran-Fließschichtschläuche koaxial ineinander angeordnet, wodurch man zu einer weiteren Erhöhung der Membranfläche

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und somit der Packungsdichte gelangt. Die koaxiale Anordnung muß entsprechend der gewünschten Leistung jedoch derart ausgelegt sein, daß sich keine wesentlichen Druckverluste einstellen.

Die mit koaxial angeordneten Schläuchen arbeitenden Module sind in weiterer Ausbildung der Erfindung in der oben angegebenen Art nebeneinanderliegend in einem größeren Druckrohr eingebaut, wobei auch die beschriebene Abschottung vorgenommen werden kann.

Um eine einwandfreie Handhabung der dünnen Membranen zu gewährleisten, ist zwischen den Membranschichten und der Fließschicht eine verstärkende Papierschicht angeordnet. Dabei kommen vor allem solche Schläuche zur Anwendung, bei denen die Mebranschichten direkt auf der Papierschicht aufgebracht und mit dieser verbunden sind. Wenn auch alle herkömmliehen Fließschichten innerhalb der Erfindung einsetzbar sind, so haben sich vor allem Gewebe oder Gelege sowie aus Stapelfasern gepreßte Vliese, insbesondere solche aus Polyester bewährt. Alternativ hierzu werden vor allem bei extrem dünnen Membranschichten als Fließschichten Sinterrohre verwendet, da hierdurch eine sichere Abstützung der Membranen erfolgt.

Neben Sinterrohren aus Metallen, z.B. aus VkA- oder V2A-Stahl, werden vorzugsweise auch solche aus Polyäthylen verwendet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß

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die Fließschichten direkt mit den Membranschichten belegt sind.

Für die Innen- und Außenschlauchmembranen sind alle semipermeablen Mebranen verwendbar, wobei auch vorgesehen ist, daß Innen- und Außenmembran nicht aus einem Material bestehen und/oder nicht in der gleichen Stärke vorliegen. Um die umständlichere Aufbewahrung der Membranfließschichtrohre in feuchtem Zustand vor dem Einbau im Modul zu umgehen, werden im Modul vorzugsweise sogenannte Trockenmembranen, hauptsächlich auf der Basis von Celluloseacetat, verwendet.

In vorzugsweiser Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung sind die Zuführungen für das zu trennende Medium, die Abführungen für das Permeat und Konzentrat sowie die Dichtungen derart angeordnet, daß das zu trennende Medium im Gegenstrom im Innern des Membran-Fließschichtrohres in axialer Richtung fließt, am Ende umgelenkt wird und dann zwischen Druckrohr und Außenmembran in axialer Richtung zurückströmt.

Die geschilderte Ausführung betrifft die Verwendung von einzelnen Membran-Fließschichtschläuchen, während bei koaxialer Anordnung bzw. bei nebeneinanderliegenden Schläuchen der Rücklauf zwischen den koaxialen Schläuchen bzw. Abschottungen über eine Gegenstromkammer erfolgt.

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Das Gegenstromprinzip ergibt eine besonders gute Trennwirkung.

In weiterer Ausbildung ist im Innern der Fließschichtanordnung wenigstens ein Rohr angebracht, das spiralförmige und/oder längsweise.Rillen aufweist, wodurch der Fluß erleichtert wird.

In den folgenden Abbildungen sind einige Ausführungsformen der Einrichtung dargestellt, ohne daß jedoch eine Einschränkung auf die gezeigten Äusführungsbeispiele bestehen soll.

Abb. 1 zeigt in Seitenansicht im Schnitt eine schematische Ausführungsform unter Weglassung aller die Erfindung nicht betreffender Teile, innerhalb des Druckrohres 3, befindet sich ein Membran-Fließschichtschlauch, der aus der rohrförmigen Fließschicht 1 und dem beidseitig darauf angeordneten Membranschläuchen 2a und 2b besteht. An den beiden Enden sind das Druckrohr und der Schlauch durch die Dichtungen Ha und 4b abgeschlossen.

über die Zuführungen 5a, 5b, 5c wird das zu trennende Medium dem Modul zugeführt.

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Nach Durchdringen der semipermeablen Membranen 2a bzw. 2b wird das Perraeat axial über den Fließschichtschlauch 1 über die Ableitungen 7a und 7b abgeführt. Das Konzentrat wird über die Ableitungen 6a, 6b, 6c dem Modul entnommen. Der Fluß des Mediums ist durch die Pfeilrichtung angezeigt, während das Gegenstromprinzip durch die in Klammern gesetzten gestrichelten Pfeile dargestellt 1st.

Abb. 2 zeigt im Schnitt in Draufsicht schematisch die Anordnung mehrerer Membran-Fließschichtschläuche M/F in einem größeren Druckrohr 3» das durch die Abschottungen 8 in Kammern aufgeteilt ist.

Abb. 3 zeigt im Schnitt in Draufsicht schematisch die Anordnung mehrerer koaxialer Schläuche M/F, in einem größeren Druckrohr 3.

Abb. 4 zeigt im Schnitt in Draufsicht mehrere koaxiale Schlauchanordnungen in einem größeren Druckrohr 3.

Die bei Abb.l näher beschriebenen Membran-Fließschichtschläuche sind der Einfachheit halber in den Abb. 2 bis 4 nur als Einzelringe gezeichnet.

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Abb. 5 zeigt in Seitenansicht im Schnitt schematisch eine weitere Ausführungs'form der Membran-Fließschichtanordnung mit verstärkenden Papierlagen ' 9a und 9b sowie dem Ableitrohr 10,, das mit den spiralförmig angeordneten Ablaufrillen 11 versehen ist.

Die vorliegende Erfindung ergibt den Vorteil, daß der Modul sowohl eine hohe Packungsdichte als auch günstige und definierte Strömungsverhältnisse und einen genügend großen freien Strömungsquerschnitt aufweist, wobei die semipermeablen Membranen leicht kontrollierbar und der Membran-Fließschichtschlauch leicht austauschbar ist und gleichzeitig bei technisch einfacher Ausführung hohe Betriebsdrücke ausgehalten werden. Als weiterer Vorteil ist zu nennen, daß das Druckrohr im Gegensatz zu den bekannten Schlauchmembranen nicht kalibriert s,ein muß.

Die erfindungsgemäße Einrichtung eignet sich vorzüglich insbesondere für die Aufbereitung von Salz- oder Brackwasser, Molke, Blut, Eiweiß, Protein, Antibiotika usw., zur Wasserenthärtung, zur Herstellung von hochreinem Wasser, z.B. für Dialysezwecke, zur Reinigung von Abwässern verschiedenster Herkunft, z.B. ,Schwermetalle enthaltender Abwässer u.a.

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Claims

- ίο - Patentansprüche

1. Einrichtung zur Reversosmose mit schlauehförmiger Membran- und Pließschichtanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Pließschicht (1) beidseitig mit Membranen (2a, 2b) abgedeckt ist, daß wenigstens ein Membran-Fließschichtschlauch von einem Druckrohr (3) umgeben ist, ohne dieses zu kontaktieren, daß das Druckrohr und der Mebran-Fließschichtschlauch an beiden Enden mit Dichtungen (4a, 4b) versehen sind und daß Zuführungen (5a, 5b, 5c) für das zu trennende Medium und Ableitungen für das Permeat (7a, 7b) und das Konzentrat (6a, 6b, 6c) angeordnet s ind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Membran-Fließschichtschläuche (M/P) koaxial ineinanderliegend derart im Abstand voneinander angeordnet sind, daß bei vorgegebener Strömungsleistung im wesentlichen kein Druckverlust auftritt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Membranschichten (2a, 2b) und der Fließschicht (1) jeweils eine Papierschicht (9a, 9b) angeordnet ist.

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4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Fließschicht (1) ein Vlies ist. . . - ."

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließschicht (1) ein Polyestervlies ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Fließschicht (1) aus einem Sinterrohr besteht. ' ..

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fließschicht (1) aus einem Polyäthylensinterrohr besteht.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, daß die Außen- und Innenmembran (2a, 2b) aus Celluloseacetat bestehen.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen (5a, 5b, 5c> für das zu trennende Medium und die Abführungen für das Permeat (7a, 7b) und das Konzentrat (6a, 6b, 6c) derart

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angeordnet sind, daß das zu trennende Medium im
Gegenstrom innen im Schlauch axial fließt, umgelenkt wird und durch den Ringkanal zwischen
Außenmembran (2a) und Druckrohr (3) zurückströmt.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9». dadurch gekennzeichnet, daß im Innern der Fließschichtanordnung wenigstens ein Ableitrohr (10) angeordnet' ist, das spiralförmige und/oder längsweise Rillen (11) aufweist.

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