DE2259481A1

DE2259481A1 - Verfahren und vorrichtung zur trennung einer loesung in zwei fraktionen mittels einer semipermeablen membran

Info

Publication number: DE2259481A1
Application number: DE19722259481
Authority: DE
Inventors: Rud Frik Madsen
Original assignee: Danske Sukkerfabrikker AS
Current assignee: Danske Sukkerfabrikker AS
Priority date: 1971-12-06
Filing date: 1972-12-05
Publication date: 1973-06-14
Also published as: FR2165918B1; FR2165918A1; JPS4865179A; GB1417973A

Description

1A-42 353

Beschreibung zu der Patentanmeldung

Aktieselskaber De Danske Sukkerfabrikker, Langebrogade 5, Kopenhagen, Dänemark.

betreffend

Verfahren und Vorrichtung zur Trennung einer Lösung in zwei Fraktionen mittels einer

semipermeablen Membran. .

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Trennung einer Lösung in eine Konzentratfraktion und eine LösungsmitteIfraktion mittels einer semipermeablen Membran^, wobei die Lösung unter einem den osmotischen Druck der Lösung übersteigenden Druck mit der einen Seite der semipermeablen Membrane in Berührung gebracht wird, und wobei die Lösungsmittelfraktion von der entgegengesetzten Seite der Membrane entfernt wird. ■

Verfahren zur Trennung von Lösungen in Fraktionen durch Ultrafiltrierung oder umgekehrte Osmose,, wobei die zu behandelnde Lösung unter einem den osmotischen Druck der Lösung übersteigenden Druck mit der einen Seite einer semipermeablen Membrane in Berührung gebracht wird, um Lösungsmittel und niedrigmolekulare Bestandteile der Lösung durch die Membrane hindurchzuzwingen, bieten das Problem, dass die Leistung dadurch abnimmt, dass auf der Membranoberflä"che ein Rückstand aufgebaut wird, der nicht durch die semipermeable Membrane dringt. Beim Fortschreiten des Verfahrens nimmt die Leistung ab, mitunter in einem solchen Grad, das kein Permeat bzw. sehr wenig Permeat durch die semipermeable Membrane dringt. Demzufolge muss die für das Verfahren benutzte Vorrichtung nach einer gewissen Betriebszeit abgebaut werden, um die Membran^ auszuwechseln.

Es wurden verschiedene Versuche gemacht, die auf der AAembranoberfldfche gebildeien Niederschläge zu entfernen, die bisher entwickelten Methoden waren aber nicht ganz befriedigend. Eine Umrührung der in Fraktionen zu trennenden Lösung, z.B. mittels eines umlaufenden Rührers, v/irkt der Herabsetzung der Leistung nicht in befriea^:i~ . gendem Masse entgegen. Wenn ein Niederschlag einmal auf der Membranoberfld/che gebildet worden ist, v/urde gefunden, dass es schwierig ist, diesen zu entfernen, ohne die Vorrichtung abzubauen und die AAernbran* zu reinigen.

Es wurde ferner vorgeschlagen, die Lösung einer die Schwerkraft übersteigenden Beschleunigung in..Richtung von der die Lc-sung berührenden Seite der Membran^ hinv/ey

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zu unterwerfen, um in der Lösung enthaltene suspendierte feste Teilchen daran zu hindern, mit der Membran* in Berührung zu gelangen, und um konzentrierte Lösung von der Membranf hinweg zu zwingen. Da aber eine mittels der Beschleunigungskraft erzeugte Konvektion in der Lösung nur von Unterschieden in spezifischen Gewichten abhängt, hat dieses bekannte Verfahren die oben erwähnten mit der allmählichen Herabsetzung der Leistung der Membran* zusammenhängenden Probleme nicht in wirksamer Weise gelöst.

Es wurde nun gefunden, dass das Verstopfen der Membranoberfloche dadurch verhütet oder wesentlich herabgesetzt werden kann, dass die Membran* und die Lösung im Verhältnis zueinander in Umlauf gebracht werden,, um an der Membranoberfläche einen hohen Geschwindigkeitgradienten zu erzeugen.

Der hohe Geschwindigkeitgradient an der Membranoberfläche verhindert eip zu grosses Konzentrieren des filtrierten Erzeugnisses an der Membranoberflifche dadurch, dass eine turbulente Strömung der Lösung in der unmittelbaren Nähe der Membran* erzeugt wird. Auch in der Lösung enthaltene suspendierte feste Teilchen werden daran verhindert, sich an die Membran* zu kleben und auf der Membranoberflifche angesammelt zu werden.

Infolge der Drehbewegung der Membran* werden Teilchen, die mit der Membranoberfla'che in Berührung gelangen, einer Beschlenigung in Richtung parallel zur Membranoberfläche unterworfen, und schliesslich werden solche Teilchen von der Aussenkante der umlaufenden Membran* abgeschleudert.

Demzufolge kann das Niederschlagen von Unreinigkeiten und hochmolekularen Verbindungen auf die Membranoberfläche verhütet oder wesentlich herabgesetzt v/erden, ohne die Strömung von Lösungsmittel und niedrigmolekularen Komponenten durch die semipermeable Membran^ ungünstig zu beeinflussen.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Trennung einer Lösung in zwei Fraktionen mittels einer semipermeablen Membran«. Diese beiden Fraktionen werden im folgenden als "Kon.tenhalftaktion" bzw. "Lösungsmittelfraktion" bezeichnet. Der Ausdruck "Konzentratfraktion" bezeichnet die durch die Entfernung von Lösungsmittel und/oder niedrigrnolekularen Komponenten durch die semipermeable Membran^ gebildete Fraktion, während der Ausdruck "Lösungsmittelfraktion" die aus durch die semipermeable AAembian* hindurchpassierte Lösungsmitlei und/oder niedrigmolekulare Komponenten bestehcMide Fraktion bezeichnet.

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Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus einem Druckbehälter mit einer Einlauföffnung für die zu behandelnde Lösung, einer Auslauföffnung für eine Konzentratfraktion der Lösung, wenigstens einer im Behälter angeordneten, an einer MembranunterstUtzung befestigten Membran*, und Gliedern für das Ausnehmen einer Lösungsmittel fraktion der Lösung von der der Membranunterstützung zugekehrten Seite der Membran^, Die Eigentümlichkeit der Vorrichtung besteht darin, dass Drehglieder zur Erzeugung einer Drehbewegung der MembranunterstUtzung und der an dieser befestigten Membran^ im Verhältnis zum Behaltet vorgesehen sind.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung umfassen die Drehglieder eine drehbare Welle, die im Behälter angeordnet ist und die Membranunterstützung trägt. «■

Die Membranunterstützung besteht vorzugsweise aus einer an der Hohlwelle befestigten hohlen kreisförmigen Platte, wobei das Innere der Hohlwelle mit dem Inneren der hohlen MembranunterstUtzung in Verbindung steht.

Die MembranunterstUtzung und die an dieser befestigten Membran* können auch unter einem von 9o abweichenden Winkel an der drehbaren Hohlwelle befestigt sein.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert werden, die schematisch einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsge-, massen Vorrichtung zeigt. .

Auf der Zeichnung ist ein zylindrischer Behälter 1 gezeigt, der einen Flüssigkeitseinlauf 2 und einen Konzentratauslauf 3 aufweist und eine drehbare Hohlwelle 4 umschliesst. Die Welle 4 ist in Lagern 5 drehbar gelagert. Die mit der Welle 4 verbundenen Antriebsglieder sind auf der Zeichnung nicht gezeigt. Der Behälter T ist durch Trennwände 6 in drei Räume unterteilt, die durch ringförmige Oeffnungen 7 um die Welle 4 herum miteinander verbunden sind. Eine durchlöcherte ringförmige hohle Membran unterstützung 8 ist in Jedem Raum auf der Welle 4 angebracht. Eine semipermeable Membran* 9 umschliesst die Membranunterstützung und ist an der Welle 4 befestigt. Das Innere Io der MembranunterstUtzung sieht durch Kanäle 12 mit dem Inneren Π der Hohlwelle in Verbindung. Das Innere 11 der Hohlwelle 4 sieht ebenfalls mit nicht gezeigten Gliedern zum Aufsammeln des gebildeten Filtrats in Verbindung. Während des Betriebes wird die zu behandelnde Flüssigkeit unter erhöhtem Druck durch die Einlaufüffnung 2 in den Behälter 1 eingepumpt. Falls das Permeat einem Unterdruck unterworfen wird, braucht der Druck auf der Konzentratseite nicht nofgedtungeii den AtmosphäYendruck zu übersteigen. Die in den Behälter 1 einströmende Flüssigkeit strömt durch den Behälter nach der Auslauföffnung 3 hinauf und

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strömt dabei durch die Oeffnungen 7 von Raum zu Raum. Während der Slrömung durch den Behälter 1 wird die Flüssigkeit mit den auf den schnell umlaufenden AAembranunterstützungen 8 angebrachten Membranen 9 in Berührung gebracht. Infolge der grossen Drehgeschwindigkeit wird die in Berührung mit den Membranoberflffchen stehende Flüssigkeitsschicht einer hohen Schleuderkraft unterworfen. Diese hohe Schleuderkraft hat die Wirkung, dass sie Unreinigkeiten und hochmolekulare Verbindungen mit grösserer Geschwindigkeit als niedrigmolekulare Bestandteile an die Wand des Behälters presst. Infolgedessen werden Unreinigkeiten und hochmolekulare Verbindungen daran verhindert, auf den Membranoberflächen Niederschläge zu bilden.

Infolge des Druckunterschiedes zwischen dem Konzentrat und dem Permeat passiert Lösungsmiltel und andere niedrigmolekulare Verbindungen durch die Membran* in das Innere der Membranunterstützung hinein. Von hier aus strömt das auf diese Weise gebildete Filirat durch die Kanäle 12 in das Innere 11 der Hohlwelle 4 und weiter nach den nicht gezeigten Aufsammelanordnungen. Die durch den Flüssigkeitsauslauf 3 hinausströmende Flüssigkeit ist somit im Verhältnis zu der durch den Einlauf 2 einströmenden Flüssigkeit konzentriert.

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Claims

... . ' 1Δ-42 353 iii' ■;' 5 Patentansprüche:

1. Verfahren zur Trennung einer Lösung in eine- Konzentratfraktion und eine Lösungsmittelfraktion mittels einer semipermeablen Membran^,, wobei die Lösung unter einem den osmotischen Druck der Lösung übersteigenden Druck mit der einen Seite der semipermeablen Membran* in Berührung gebracht wird, und wobei die LösungsmitteIfraktion von der entgegengesetzten Seite der Membrani entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran^ und die Lösung im Verhältnis zueinander in Umlauf gebracht werden, um an der Membranoberfiäche einen hohen Geschwindigkeitgradienten zu erzeugen.

2. Vorrichtung zur Ausübung des'Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem Druckbehälter mit einer Einlauföffnung für die zu behandelnde Lösung, einer Auslauföffnung für eine Konzentratfraktion der Lösung, wenigstens einer im Behälter angeordneten, an einer Membranunterstutzung befestigten Membran·, und Gliedern für das Ausnehmen einer Lösungsmittelfraktion der Lösung von der der Membranunterstutzung zugekehrten Seite der Membran*, gekennzeichnet durch Drehglieder zur Erzeugung einer Drehbewegung der Membranunterstutzung und der an dieser befestigten Membranf im Verhältnis zum Behälter.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k ennzeichnet, dass die Drehglieder eine drehbare Welle umfassen, die im Behälter angeordnet ist und die Membranunterstutzung trägt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drehbare Welle hohl ist, und dass die Membranunterstutzung aus einer an der Hohlwelle befestigten hohlen kreisförmigen Platte besteht, wobei das Innere der Hohlwelle mit dem Inneren der hohlen Membranunterstüfzung in Verbindung steht.

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