DE2322571A1 - Neue semipermeable rohrfoermige elemente - Google Patents
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B01D69/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
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Description
SC 4081
RHONE-POULENC S.A., Paris / Frankreich
Neue semipermeable rohrförmige Elemente
Die vorliegende Erfindung betrifft semipermeable rohrförmige Elemente,
die insbesondere zur Trennung von Fluiden durch umgekehrte Osmose, Ultrafiltration oder Gaspermeation verwendbar sind.
Es ist bekannt, semipermeable rohrförmige Elemente durch direktes dessen einer viskosen Lösung auf einen porösen oder mit Perforationen versehenen starren rohrförmigen Träger herzustellen. Gemäss
der französischen Patentschrift 1 395 552 verwendet man als
Träger ein poröses Rohr aus Glasfasern und gemäss der US-Patentschrift
3 446 359 ein volles Rohr mit in Abständen angeordneten
Perforationen, das mit einem porösen Element, wie beispielsweise einem Gewebe oder Papier, bedeckt ist. Solche semipermeablen
Elemente können zu parallelen Bündeln in einer Vorrichtung zur Trennung von Fluiden gruppiert sein. Die Herstellung von Elementen
dieser Art umfasst eine Reihe von Arbeitsgängen, die schwierig automatisch und kontinuierlich durchzuführen sein können. Trotz
der bisher erreichten Verbesserungen 1st die Herstellung solcher Elemente daher nicht ausreichend wirtschaftlich.
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In der unter Nummer 2 075 524 veröffentlichten französischen
Patentschrift wird vorgeschlagen, kontinuierlich eine rohr- oder schlauchförmige Membran auf einem mit Rillen versehenen vollen
Stab zu bilden, der mit einem Textilgeflecht bedeckt ist, wobei die so erhaltenen Elemente auch zur Bildung einer Vorrichtung
; zur Trennung von Pluiden zusammengefasst werden. Da die Träger
starr oder halbstarr sind, kann man diese Elemente praktisch nur
] in parallelen Bündeln anordnen. :
t :
ι Die vorliegende Erfindung betrifft biegsame semipermeable rohr- ·!
förmige Elemente, die in verschiedenen Formen eingesetzt werden
i ι
können, insbesondere um die hydrodynamischen Bedingungen des Ab- \
flusses der Fluide sowie den Wirkungsgrad der Vorrichtung zu - ■
ι verbessern.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch semipermeable rohrförmige
Elemente, die die Anwendung erhöhter Drucke ermöglichen und eine grosse Oberfläche bei vermindertem Volumen bieten.
ι i
ι !
j Ausserdem betrifft die Erfindung semipermeable rohrförmige EIe-■
mente, die insbesondere bei der umgekehrten Osmose, Ultrafiltrai
tion oder Gaspermeatian verwendbar sind. :
i .
! Diese Elemente sind dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einer
! Schnur bestehen, die eine semipermeable Membran trägt, wobei j diese Schnur eine TextilhUlle aufweist, die eine Seele umgibt,
! die aus zumindest zwei sich in Längsrichtung erstreckenden Fäden
j '
i besteht, wobei die Seele der Schnur zumindest an einem Ende mit ι dem Aussenraum in Verbindung steht.
t ·
Im folgenden soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher erläutert werden, die schematisch ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
Die Zeichnung ist eine Schnittansicht des Querschnitts einer mit einer Membran bedeckten Schnur in vergrössertem Massstab.
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Die Fäden 1 sind miteinander zu einem Bündel gruppiert, das die Seele der' Schnur bildet. Das Fadenbündel ist von einer Textilhülle
2 umgeben, auf die die Membran 3 aufgebracht ist.
Wenn man ein so gebildetes Element in ein unter Druck stehendes Fluid bringt, das zumindest zwei Bestandteile A und B enthält,
von denen der Bestandteil A durch die Membran 3 rascher als der Bestandteil B diffundiert, so tritt der Bestandteil A durch die
Membran 3 hindurch und gelangt dann in die Kanäle 4, die aus den Zwischenräumen
zwischen der Hülle 2 und den Fäden 1 oder aus den Zwischenräumen zwischen den Fäden 1 bestehen. Der Bestandteil A strebt längs der Kanäle 4 bis zu einer Zone,
durch die die Seele der Schnur frei mit dem Aussenraum Jn Verbindung
steht und die beispielsweise an einem Ende der Schnur liegt.
Die Fäden 1 können einfädig oder mehrfädig sein. Die Anzahl der
Fäden 1 beträgt zumindest zwei. Sie kann einige zehn und selbst einige hundert erreichen. Die Fäden sind in Längsrichtung angeordnet.
Sie können sich untereinander parallel erstrecken. Sie sind vorteilhafterweise zu zwei oder drei oder gemäss irgendeiner
Anzahl und insbesondere alle untereinander verkabelt, verlitzt oder verflochten. Gewünschtenfalls kann man die Fäden 1 zu mit
Hüllen versehenen Elementarbündeln gruppieren, die im Inneren einer gemeinsamen Hülle vereinigt sind. Der Querschnitt der Fäden
kann kreisförmig, elliptisch oder prismatisch sein. Die Fäden können den gleichen Durchmesser oder verschiedene Durchmesser haben.
Vorteilhafterweise sind die Fäden zylindrisch und weisen einen Durchmesser zwischen 0,1 und 3 mm und vorzugsweise zwischen
0,15 und 1,5 mm auf. Als Material für die Fäden kann man Glas, Metalle oder Metallegierungen, die vorzugsweise unter den Gebrauchsbedingungen
nicht-oxydierbar sind, verwenden. Vorteilhafterweise verwendet man natürliche, künstliche oder vorzugsweise
synthetische Textilfaden.
Die TextilhUlle 2 kann aus einem schraubenlinienförmig um das Bündel von Fäden 1 aufgewickelten Faden bestehen. Sie kann auch
aus einem um das Bündel von Fäden 1 gewickelten Gewebe bestehen.
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Vorzugsweise besteht die Hülle aus einer gestrickten oder gewirkten
oder gewobenen oder geflochtenen Textilmanschette, die das Bündel von Fäden 1 eng umspannt. Gewünschtenfalls kann sie aus mehreren
übereinander angeordneten Textilvliesen bestehen. Die Textilhülle
kann einen kreisförmigen, elliptischen oder prismatischen Querschnitt haben. Eine Hülle mit einem kreisförmigen Querschnitt
und einem Aussendurchmesser zwischen 1 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 5 rani, eignet sich im allgemeinen gut, da sie
eine verhältnismässig grosse Membranoberfläche für ein bestimmtes
Trennvorrichtungsvolumen liefert. Als Material kann man natürliche, künstliche oder synthetische Textilien verwenden. Vorzugsweise
verwendet man jedoch synthetische Textilien, wie beispielsweise Polyamide, Polyester, Polyolefine und dgl. Gegebenenfalls
kann das gleiche Material für die Fäden 1 und die Hülle 2 verwendet werden.
Die Kanäle 4 erstrecken sich in Längsrichtung. Ihr Querschnitt und ihr Profil hängt im wesentlichen von der Form und der Anordnung
der Fäden 1 ab. Sie können insbesondere parallel oder ge-wunden sein. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass die peripheren
Kanäle, die zwischen der Hülle 2 und zwei oder mehreren Fäden 1 liegen, praktisch aneinander grenzen. So grenzt der Abschnitt
der Textilhülle zwischen den Kontaktstellen a und b an einen ersten Kanal an und der Abschnitt der Textilhülle zwischen
den Kontaktstellen b und c an einen zweiten Kanal. Insgesamt befindet sich die ganze Innenoberfläche der Textilhülle in Kontakt
mit den Umfangskanälen mit Ausnahme von einigen kleinen Kontaktbereichen
zwischen den Fäden und der Hülle. Diese Anordnung begünstigt das Abziehen des Fluids, das durch die Membran hindurchgegangen
ist, sehr erheblich. Dieses Abziehen kann noch erleichtert werden, wenn man die Verbindungen zwischen den Umfangskanälen
und den zwischen den Fäden liegenden inneren Kanälen verbessert, beispielsweise durch Verlitzen der Fäden untereinander, was ermöglicht,
die Umfangskanäle ab und zu mit den inneren Kanälen zu vertauschen und umgekehrt, oder indem man die Fäden 1 mit transversalen
Rillen versieht.
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Die Herstellung eines rohrförmigen Membranträgerelements, das aus einer biegsamen Schnur besteht, ist einfach und wirtschaftlich.
Man kann einfach eine übliche Schnur verwenden, die man einigen einfachen Arbeitsgängen unterzieht. Beispielsweise geht man von
einer Schnur aus, deren Hülle aus wärmeschrumpfbarem Textilmaterial besteht, und führt folgende Arbeitsgänge durch:
Man führt die Schnur in einen auf eine die Schrumpfung der Hülle bewirkende Temperatur erhitzten Raum, wobei sich die Hülle um die
Seele der Schnur spannt, was eventuelle Faltenbildungen der Hülle ausschaltet,
man glättet und kalibriert anschliessend die Aussenfläche der Schnur durch Führen derselben mit konstanter Geschwindigkeit in
ein zylindrisch-konisches konvergentes Rohr, das auf eine ausreichende Temperatur erhitzt ist, um das oberflächliche Erweichen
der Textilhülle zu bewirken; diese Glättung glättet alle Fasern, Einzelfäden oder Fäden, die über die zylindrische Oberfläche
der Schnur hinausragen oder bringt sie zum Verschwinden,
man verändert vorübergehend die Porosität der Textilhülle durch Imprägnieren der Schnur mit einer mit der viskosen Lösung nichtmischbaren Verbindung, die keine Wirkung auf die Textilhülle hat
und zumindest teilweise später entfernbar ist; beispielsweise taucht man die geglättete Schnur in Wasser oder eine mit Wasser
mischbare Flüssigkeit, um momentan die Zwischenräume zwischen den Fäden und der Hülle zu verschliessen,
man spinnt anschliessend eine viskose Lösung auf die Hülle der Schnur, wobei man nach üblichen Techniken, beispielsweise den
in den französischen Patentschriften 1 426 548 und 1 506 402 beschriebenen
arbeitet,
man nimmt schliesslich eine Wärmebehandlung, wie beispielsweise die in der US-Patentschrift J 446 359 beschriebene, vor; das
Wasser, das zum momentanen Verschliessen der Zwischenräume der
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Hülle gedient hat und so die Penetration der viskosen Lösung ins Innere der Hülle verhindert hat, verdampft dann.
Man erhält so ein Element, in welchem die Strömung des durch die Membran hindurchgegangenen Fluids durch die Hülle sehr erleichtert
ist, was den Durchsatz dieses Fluids verbessert.
Es sei bemerkt, dass alle diese Arbeitsgänge automatisch, kontinuierlich
und unter wirtschaftlich vorteilhaften Bedingungen durchgeführt werden können. Natürlich können gewisse dieser Arbeitsgänge
auch getrennt werden.
Das erfindungsgetnässe semipermeable rohrförmige Element kann so
kontinuierlich und in sehr grossen Längen hergestellt werden. Es genügt anschliessend, es in Stücke zu zerteilen und die Stücke
zur Bildung von Vorrichtungen zur Trennung von Fluiden zusammenzusetzen.
Man kann beispielsweise diese Stücke zu parallelen Bündeln vereinigen oder sie verdrillen und dann in der Nähe ihrer
Enden dicht verschliessen, wobei diese frei über die Dichtungszone ausmünden. Man kann zum Bau dieser Vorrichtungen zur Tren-«
nung von Fluiden übliche Techniken für den Bau von Vorrichtungen mit semipermeablen rohrförmigen Elementen anwenden.
Die so auf einer biegsamen Schnur gebildete Membran kann ohne abträgliche Deformation hohe Drucke, beispielsweise in der Grössenordnung
von 60 bar, aushalten.
Die erfindungsgemässen semipermeablen rohrförmigen Elemente können
insbesondere zur Trennung, Reinigung oder Konzentrierung von Fluiden, Flüssigkeiten oder Gasen nach den Techniken der umgekehrten
Osmose, Ultrafiltration, Gaspermeation und Pervaporation, verwendet werden.
Zahlreiche Abänderungen in der Ausführungsform gemäss dem Fachwissen
eines Technikers können vorgenommen werden und liegen im Rahmen der Erfindung.
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Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
Beispiel
Man verwendet eine biegsame Schnur, deren Seele aus einem parallelen
Bündel von 52 einfädigen Garnen mit einem Durchmesser von
18/100 mn aus Polypropylen besteht. Das Bündel ist von einer
Textilhülle aus Polypropylengarnen, gewebt mit einer fünfbindigen Satin-Bindung und einer Steigungszahl von 2, umhüllt. Die Kette
besteht aus 86 mehrfädigen Garnen von 200 den, gezwirnt mit 340
Drehungen je m. Der Schuss besteht aus mehrfädigen Garnen von
200 den, gezwirnt mit 34-0 Drehungen je m. Die Hülle wird mit
20 Einschlägen je cm je Seite auf beiden Seiten erhalten.
Man taucht die Schnur 5 Minuten in einen Wasserbehälter bei einer Temperatur von 850C, was zu einer schwachen Schrumpfung der Hülle
um das Faserbündel führt und ein kompaktes Element liefert, das erhöhte Drucke ohne merkliche Deformation aushalten kann. Man
nimmt dann das Glätten und Kalibrieren der Schnur vor, indem man sie durch ein konvergentes zylindrisch-konisches Rohr zieht, das
auf eine Temperatur von 1500C gebracht ist, die zu einer oberflächlichen
Erweichung der Hülle führt. Diese Glättung bringt alle Fasern, Einzelfäden oder Fäden, die über die zylindrische
Fläche der Schnur hinausragen, zum Verschwinden und verleiht dieser so eine glatte Aussenoberflache.
Man taucht dann die Schnur in einen Wasserbehälter bei Zimmertemperatur
ein, um momentan die Zwischenräume zwischen den Fäden der Hülle zu verschliessen, und bringt dann auf die Schnur eine
viskose Lösung auf der Basis von Celluloseacetat auf, wobei man nach den in den französischen Patentschriften 1 426 5^8 und
1 506 402 beschriebenen Techniken arbeitet. Man hält das Ganze bei einer Temperatur von 00C während JO Minuten und bringt es
dann während 20 Minuten auf eine Temperatur von 850C. Die so
auf der Schnur gebildete Membran hat eine im wesentlichen gleichförmige Dicke zwischen 0,18 und 0,20 mm. Sie haftet gut an der
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Trägerschnur, selbst wenn man sie zu Kreisbögen mit Radien von 100 mm biegt.
Das so hergestellte semipermeable Element wird zu einem Teil mit einer Länge von 45 cm geschnitten, den man längs der Achse
eines zylindrischen Behälters befestigt, der an seinen beiden Enden durch zwei Stopfen verschlossen ist, wobei das semipermeable
Element durch die Stopfen hindurchgeht, in denen es dicht mittels eines Epoxyharzes abgedichtet wird. Der zylindrische
Behälter ist mit zwei seitlichen Leitungen versehen, die ermöglichen, im Inneren eine Zirkulation von Rohwasser unter Druck
vorzunehmen. Man gewinnt an den Enden des semipermeablen Elements
reines Wasser, das durch die Membran durch umgekehrte Osmose hindurchgegangen ist.
Es wurden die folgenden Ergebnisse erhalten, wobei Q den Durchsatz
von reinem Wasser, ausgedrückt in Liter je Tag und m Membran bedeutet und der Zurückhaltegrad das Verhältnis zwischen
der Menge an durch die Membran zurückgehaltenem Salz und der anfänglichen Salzmenge in Prozent angibt.
ä) Mit einer Natriumchloridlösung mit 35 g/l bei 200C und unter
60 bar.
Q = 97 l/m und Tag bei einem Zurückhaltegrad von 97*7 %>
b) Mit Rohwasser mit einem Härtegrad von 32, bei 200C
und unter 60 bar.
Q = 220 l/m und Tag bei einem Zurückhaltegrad von 96*6 %, ausgedrückt
als Calcium.
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Claims (1)
- - 9 "-PATENTANSPRÜCHE1. Biegsames semipermeables rohrförmiges Element, das insbesondere zur umgekehrten Osmose, Ultrafiltration oder Gaspermeation verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einer Schnur besteht, um die eine semipermeable Membran (2) angebracht ist, wobei die Schnur eine Textilhülle (2) aufweist, die eine Seele umgibt, die aus zumindest zwei Fäden (1) besteht, die sich in Längsrichtung erstrecken, wobei die Seele der Schnur zumindest an einem der Enden mit dem Aussenraum in Verbindung steht.2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Seele der Schnur bildenden Fäden (1) verkabelt, verdrillt oder verflochten sind.5. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Seele der Schnur bildenden Fäden (1) einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 3 mm aufweisen,4. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Seele und die Hülle (2) der Schnur aus synthetischen Textilmaterialien bestehen.5. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilhülle (2) aus einer gestrickten oder gewirkten, gewobenen oder geflochtenen Manschette besteht.6. Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aie Textilhülle (2) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Aussendurcnmesser zwischen 1 und 8 mm aufweist.7. Verfahren zur Herstellung eines.Elements nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schnur, die aus einer Seele aus zumindest 2 verkabelten, verdrillten oder verflochtenen Fäden309846/0964232257?- ίο -und einer Textilhülle besteht, zunächst durch Führen in ein zylindrisch-konisches Rohr, das auf eine zur Bewlrkuhg eines oberflächlichen Erweichens der Hülle ausreichende Temperatur gebracht ist, geglättet und kalibriert wird, dann mit einer mit der zur Bildung der Membran dienenden viskosen Lösung nicht-mischbaren Verbindung, die keine Wirkung auf die Textilhülle hat und zumindest teilweise später entfernbar ist, imprägniert wird und schliesslich mit einer viskosen Lösung überzogen wird, die nach Verdampfen des Lösungsmittels eine semipermeable rohrförmige Membran bildet.8, Vorrichtung zur Trennung von Fluiden, insbesondere zur umgekehrten Osmose, Ultrafiltration oder Gaspermeation, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest ein Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.0 9846/0964
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