DE2327989A1 - Verfahren und vorrichtung zur saeuberung verschmutzter ultrafiltrationszellen - Google Patents

Description

Dr.Hans-HdnridiWillrath d-₆₂ Wiesbaden 28. Mai i973

-^ ^_n. _xv> ι Postfach 1327 ·.

Dr. Dieter Njveber... . <■ α»»*^-β«ββ«/$-.· i/wh

τ-».. 1 T-\1 · Τ/Λ' C -CC -*' β (06121) 372720 **:."· \

Dipl.-Phys. Klaus beirrert i_aHXmm^^musKfim·

PATENTANWÄLTE

2327939 ^{G 1893}

Dorr-Oliver Incorporated, 77 Havemeyer Lane, Stamford, Connecticut, USA

Verfahren und Vorrichtung zur Säuberung verschmutzter Ultrafiltrationszellen

Priorität; Serial No, 262 981 vom 15. Juni 1972 in USA.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entschleimung oder Reinigung von Ultrafiltrationszellen, wie sie bei der Entwässerung verschiedenerlei filtrierbarer Masse Verwendung finden. Solche Zellen können bei Elektroniederschlagsprozessen, bei der Behandlung von Abwasser und in sonstigen chemischen Prozessen verwendet werden. Im Nachstehenden wird aus Zweckmäßigkeitsgründen besonders auf Ultrafiltrationszellen Bezug genommen, die für die Regelung der Badzusammensetzung bei einem elektrophoretischen Farbniederschlagsverfahren gewerblicher Art verwendet werden. Der hier beschriebene Ent-

309881/081 1

schleimungs- oder Säuberungsvorgang ist natürlich auch auf andere Systeme anwendbar, die eine Ultrafiltration erfordern.

Elektrophoretisch Niederschlagung bedeutet den Beschichtungsprozeß, bei dem ein zu beschichtetender Gegenstand als Anode in ein Bad eingetaucht wird, das geladenes Parbpolymerharz in Suspension oder Lösung enthält. Das Verfahren hat bekannte Vorteile gegenüber üblichen Beschichtungsverfahren, wie Aufsprühen, Eintauchen und dergleichen. Mittels dieses Verfahrens kann ein verhältnismäßig gleichmäßiger überzug auf Gegenstände von komplizierter Gestalt auch mit rückspringenden Bereichen, wie beispielsweise Kraftfahrzeugrahmen und -Karosserien sowie rohrförmige Teile aufgebracht werden. Das Verfahren wird in weitem Umfange in der Automobilindustrie zum Aufbringen von Grundierschichten und von Farben zum Schutz solcher Aufbauten gegen Korrosion angewendet.

Beim Betrieb eines elektrophoretischen Ablagerungsbades wird das polymere Beschichtungsmaterial nach Maßgabe der Beschichtung der Gegenstände aus dem Bad entfernt, und es verbleibt die Flüssigkeit, die ursprünglich mit dem Schichtmaterial vereinigt war. Demgemäß nimmt die Konzentration an Polymermaterial im Verlauf der Beschichtungsvorgänge ab, und wenn nichts geschieht, um den Vorrat an Polymermaterial zu erneuern oder in sonstiger Weise seine Konzentration in dem Bad aufrechtzuerhalten, kann ein befriedigender Verlauf des Beschichtungsprozesses nicht lange aufrechterhalten werden. Es hat sich deshalb als zweckmäßig erwiesen, einen Teil des Bades, insbesondere denjenigen Badanteil, der an Polymermaterial ärmer geworden 1st, kontlnu-

309881/0811

ierlich zu entfernen und zu filtrieren. Beim Filtrieren wird das Polymermaterial von der Flüssigkeit abgetrennt. Es kann unmittelbar in das Bad zurückgebracht werden, um die gewünschte Konzentration an Beschichtungsmaterial aufrechtzuerhalten.

Die Badzusammensetzungen für elektrophoretische Farbablagerung werden häufig als "löslich gemacht" bezeichnet, aber in Wirklichkeit können sie als eine komplexe Lösung, eine Dispersion, eine Suspension oder eine Kombination einer oder mehrerer dieser Systeme in Wasser angesehen werden. Diese löslich gemachten Bäder wirken als Elektrolyten für den Durchgang elektrischen Stromes. Während das Polymermaterial in einigen Fällen oder zu gewissem Maße in Lösung vorhanden sein kann, ist der Zustand des Polymermaterials allgemein gesprochen der einer Dispersion einer Molekulargröße, die ungefähr zwischen einer kolloiden Suspension und einer echten Lösung liegt.

Das Trägermittel, das in dem vorstehend beschriebenen Verfahren als Filtrat erscheint, enthält Verunreinigungen, wie Chromate, Phosphate, Chloride und Sulfate, die auf dem einen oder anderen Wege, z.B. von den zu beschichtenden Gegenständen selbst, in das Bad eingeführt werden. Solche Verunreinigungen erhöhen die Leitfähigkeit des Bades, erniedrigen dessen Streuungskraft oder verunreinigen in sonstiger Weise das Bad und behindern das Verfahren. Wenn diese Flüssigkeit von dem Bad als Filtrat entfernt wird, kann sie verworfen oder zur Wiederverwendung aufgearbeitet werden.

Das in den Dltrafiltrationszellen verwendete Filterelement kann celluloseartig oder eine anisotrope mikroporöse polymere Membran

309881/081 1

2327939

mit hohem Durchfluß und niedrigem Druckgefälle sein, wie sie in der USA-Patentschrift 3 615 024 vom 26. Oktober 1971 beschrieben ist. Es erscheint hier zweckmäßig, besonders auf Polymerstoff membranen Bezug zu nehmen.

Bei Wahl einer Membran mit geeigneter durchschnittlicher Porengröße kann das polymere Beschichtungsmaterial in einem elektrophoretischen Ablagerungssystem leicht von der Flüssigkeit in der Filtrationszelle abgetrennt werden. Bei Verwendung von Elektroablagerungsbecken in Verbindung mit einer Ultratfiltrationszelle der genannten Art hat sich gezeigt, daß nach ausgedehnter Betriebszeit die Membranen der Ultrafiltrationsanlage dazu neigen, von einer Ansammlung elektrophoretischen Materials oder Teilchen an ihrer Oberfläche zu verschleimen, wodurch der FiI-tratfluß durch die Membran eingeengt wird. Bei diesen geschlossenen Ultrafiltrationszellen muß man sich auf die hohe Geschwindigkeit des einfließenden Stromes verlassen können, um die Filmbildung von Polymermaterial auf der Membran möglichst zu begrenzen und etwa an der Membran anhaftendes Material zu verringern. Trotz der Tatsache, daß die Ultrafiltrationszellen also zu gewissem Grade selbstreinigend sind, hat es sich als notwendig erwiesen, von Zeit zu Zeit die Ültrafiltrationszellen zu entfernen, um eine getrennte und besondere Säuberungsmaßnahme durchführen zu können. Bei solchen Reinigungsmaßnahmen ist es zweckmäßig, die Zeit, während der die Anlage der Atmosphäre ausgesetzt ist, so kurz wie möglich zu halten, da Oxidation der Verschleimungsfilme leicht zu Filmen führt _f die hartnäckig anhaftend sind. Es würde natürlich einen eindeutigen Vorteil be-

309881/0811

deuten, wenn ein Verfahren entwickelt werden könnte, bei dem die Ultrafiltrationszellen am Ort gereinigt werden, ohne daß man sie aus dem System entfernt, dessen Teil sie bilden, und ohne daß man die Gefahr einer Berührung mit der Außenluft und infolgedessen eine Oxidation der Filme in Kauf nehmen muß.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Reinigungsverfahren zur Anwendung an Ultrafiltrationszellen, das ohne Ausbau der Zellen aus dem System durchgeführt werden kann und die Membranen wieder sehr nahe auf ihre ursprünglichen Pließraten zurückbringt. Ein derartiges Verfahren zur Reinigung der Ultrafiltrationszellen soll relativ einfach sein und die Entfernung der Zellen aus dem System überflüssig machen.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden näheren Beschreibung einer, vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene Perspektivansicht einer Ultrafiltrationszelle der Art, mit der sich die Erfindung befaßt,

Fig. la ist eine Perspektivansicht eines Bruchstückes eines einzelnen Membranblattes.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung den Strömungsverlauf in einer elektrophoretischen Farbanlage unter Anwendung des Reinigungssjstemes nach def Erfindung.

Fig. 3 zeigt das Reinigungssystem näteh der Erfindung in Anwendung auf ein System zur alektrophoretischen Farbablagerung in einer geschlossenen Schleife»

309881/0811

2327839

Der Grundgedanke der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Reinigung von Ultrafiltrationszellen, die zur Behandlung eines filtrierbaren Mittels durch Abtrennung.filtrierbarer Teilchen aus einer Flüssigkeit benutzt worden sind. In den Ultrafiltrationszellen fließt die filtrierbare Flüssigkeit in Filterkanälen, die mit einer mikroporösen anisotropen Membran ausgekleidet sind. Die Membran trennt den Filterkanal von einem Filtratkanal ab, und die Flüssigkeit, die die filtfierbaren Teilchen löslich macht, geht durch die Membran in den Filtratkanal. Der Ablauf aus den Filterkanälen ist ein eingedicktes oder entwässertes flüssiges Material mit einem viel höheren Anteil an löslich gemachtem oder suspendiertem Stoff, Das Druckgefälle durch die Membran veranlaßt einige der filtrierbaren Teilchen an der Membran zu haften, und nach einiger Zeit kann sich ein erheblicher Aufbau solchen Materials, d.h. ein Filterkuchen, ansammeln. Bei der Säuberung der Filtrierkanäle werden die Filtratkanäle so abgeschlossen, daß nichts hindurchfließt, und der Druck" der eingefangenen Flüssigkeit in den Filtratkanälen ist gleich dem in den Filtrierkanälen. Dadurch ist der Druckabfall, der bestrebt ist, die filtrierbaren Teilchen gegen die Membranwand zu halten, beseitigt. Hinzulaufende Flüssigkeit in den Filtrierkanälen wird dann verdrängt und durch eine saubere Flüssigkeit ersetzt, die entweder ein Filtrat aus demselben System oder ein besonderes Reinigungsmittel sein kann. Diese Reinigungsflüssigkeit wird durch die Filtrierkanäle mit einer Rate gespült, daß Material von der Membran möglichst weitgehend mechanisch entfernt wird, während gleichzeitig die Säuberungsflüssigkeit in der Lage ist,

309881/081 1

das Schleimmaterial wieder aufzulösen und dadurch mit zu entfernen. Die Erfindung berücksichtigt also drei Bedingungen, die zur Reinigung der Membran führen, nämlich die Fähigkeit der Reinigungslösung zur Wiederauflösung, die mechanische Wirkung des fließenden Stromes der Reinigungsflüssigkeit und die Beseitigung des Druckes,der die Zurückhaltung von körnigem Material in Kontakt mit der Membran unterstützt.

Bei einer praktischen Durchführung der Erfindung kann das System zur Reinigung der Ultrafiltrationszellen sowohl bei in einem Durchflußsystem angeordneten Zellen als auch bei Zellen angewendet werden, die in einem System mit geschlossener Schleife angeordnet sind. Die Maßnahme zur Beseitigung des Druckgefälles durch die Membran besteht in einer Isolierung der Piltratkanäle, indem man zugeordnete Ventile schließt, wenn die Kanäle mit Filtrat gefüllt sind. Die Geschwindigkeit der Reinigungsflüssigkeit durch die Filtrierkanäle soll im Bereich von etwa 0,6 bis 3 m/Sek. C 2 Fuß bis 10 Fuß/Sek.) liegen. Die Scherwirkung der strömenden Flüssigkeit reicht aus, um wesentliche Mengen des Schleimmaterials von der Membran abzustreifen.

Fig. l und la zeigen eine Ultrafiltrationszelle 10 von der Art, wie sie dem Reinigungsverfahren nach der Erfindung unterzogen wird. Die Filtrationszelle besteht aus einem Körper 12, der die Ultrafiltrationspatronen 14 aufnimmt. An seinem Ende 16 besitzt er einen Einlaß 18 für den Zulauf und am entgegengesetzten Ende 22 einen nicht sichtbaren Auslaß für eingedickte Flüssigkeit, während Ultrafiltrat aus dem Auslaß 24 austritt. Die Patronen 14 bestehen aus einer Anzahl membranbeschichteter Plat-

309881/0811

2 3 2 7 V S 9

ten 26, die Speisekanäle durch die Patronen bilden. Der Körper 28 (siehe Fig. la) der Platten 26 ist aus einem porösen Material, wie Karton, gefertigt, während die Membran 36 aus einem geeigneten Polymer besteht. Die membranbeschichteten Kartonelemente 28 sind in dem Kopfstück-32 der Ultrafiltrationspatrone gefaßt. Eine abgedichtete Kopfkammer 15 befindet sich in dem Kopfstück 32. Das eine Ende der Kartonstücke 28 ist unbeschichtet und ist den Flüssigkeitsdurchgängen in der Kopfkammer 15 ausgesetzt. Der Fluß von filtrierbarer Flüssigkeit durch die Membran 36 ist durch den Pfeil 37 angedeutet. Filtratfluß aus dem Element 28 ist durch den Pfeil 39 angedeutet. Ein Verbindungsstück 19 am Kopfstück 32 dient zum Abdichtungseingriff mit dem Deckel 34 und liefert einen Strömungsdurchgang von der Kopfkammer 15 zu einer entsprechenden öffnung 25 im Deckel 34. An die öffnungen 25 im Deckel 34 sind Leitungen 17 angeschlossen, die durch den Deckel 34 zurückführen, um eine Verbindung mit öffnungen 21 im Körper 12 zu liefern, die mit dem Filtratkanal 24 in offener Verbindung stehen. Die Leitungen 17 verbinden somit die Kopfkammer 15 mit dem Filtratkanal 24. In jeder Leitung 17 ist ein Ventil 27 vorgesehen.

Fig. 2 zeigt in einem Elektroablagerungssystem Bänke von Ultrafiltrationszellen zur Aufrechterhaltung einer konstanten Zusammensetzung in dem Elektroablagerungsbad in solcher Anordnung, daß das Säuberungsverfahren nach der Erfindung verwirklicht werden kann. In dem Elektroablagerungsbecken 42 mit elektrophoretischer Farbe 43 befindet sich die Pumpe 44. Sie ist an ein Paar von Ultrafiltrationsbecken 75 und 85 durch die Leitung 45 ange-

309881/0811

INSPECTED

23^79°9

schlossen, die sich in die Leitungen 46 und 47 verzweigt, welche wiederum sich in einen Satz von Leitungen 52 und 62 aufteilen. Die Gruppe von Leitungen 52 und 62 bedient die Filtrationszellen 71, 72 und 73 der _Ultraf iltrationsbank 75 bzw. die Filtrationszellen 81, 82 und 83 der Filtrationsbank 85. Der Auslauf aus den Filtrationszellen geht in ein Paar von Leitungen 54 und 91 bei der ültrafiltrationsbank 75 und Leitungen 64 und 92 bei der Ultrafiltrationsbank 85. Die Ultrafiltratleitungen 91 und 92 speisen in Leitung 86,die an das Haltebecken 101 und das nicht dargestellte Ultrafiltratbecken abgibt. Die eingedickte Farbe fließt von den Ultrafiltrationsbecken 75 und 78 zunächst durch Leitungen 54 und 64, die an gemeinsame Leitungen 76 und 77 abgeben. Diese vereinigen sich zur Leitung 56, die zum Slektroablagerungsbecken 42-zurückführt« In dem Spülhaltebecken 101 taucht eine Pumpe 94 ein, die in eine Leitung 95 fördert. Diese ist wiederum an Leitungen 96 und 97 angeschlossen. Leitung 97 ist mit den Leitungen 54 und Leitung 96 mit den Leitungen 64 verbunden, die wiederum, wie schon erwähnt, an die Ultrafiltrationszellen angeschlossen sind. Dieser Ultrafiltratkreis wird durch die. Leitung 106 vervollständigt, bei der es sich um eine Rückführleitung zum Spülhaltebecken 101 handelt? sie ist an die Zweigleitungen 102 und 103 angeschlossen, die die Verbindung mit den Leitungen 52 bzw» 62 herstellen. Ein Ablaufbecken 111 ist für die Entwässerung der Ultrafiltrationsbänke und 85 vorgesehen. Die Leitungen 52 und 62 sind also durch die Leitung 113 mit dem Ablaufbecken 111 verbunden« In Fig. 2 ist tatsächlich nur eine solche Verbindung dargestellt. Die Pumpe

309881/0811

Ίν ' 7· ^Q

fördert aus dem Ablaufbecken 111 durch Leitung 121 zur Farbrückfuhrleitung 123, die an dem Elektroablagerungsbecken 42 endet. Das Spülwasserhaltebecken 101 hat eine Flüssigkeitsverbindung mit dem Ablaufbecken 111 durch die Ventilleitung 133. Die Leitung 137 mit dem Ventil 138 dient zum Abzug von Abwasser aus Leitung 133. Die Leitung 131 stellt die Verbindung zwischen dem Ablaufbecken 111 und dem Spülwasserrückhaltebecken 101 über Leitung 121, Pumpe 122 und Leitung 123 her.

Im Betrieb des Elektroablagerungssystems kann e^n Teil der elektrophoretisch en Farbe aus dem Becken durch Pumpe 44 über die Leitungen 45, 46 und 47 zu den Ultrafiltrationsbänken 75 und gepumpt werden. Das Ultrafiltrat aus den Ultrafiltrationsbänken 75 und 85 geht durch die Leitungen 91, 92 und 86 zu dem Ultrafiltratbecken (und zu dem Spülrückhaltebecken 101, wenn das Ultrafiltrat als Reinigungsflüssigkeit vorgesehen ist). Wenn auf die ReinigungsmaSnahme umgeschaltet werden soll, werden die Ventile 27 an den Ultrafiltrationszellen geschlossen, um das Druckgefälle durch die Membranen in den Ultrafiltrationszellen zu beseitigen. Diese Ventile 27 fangen die Flüssigkeit in den Kartonelementen 28 der Scheiben 26 und in der Kopfkammer 15 ab. Die Ventile 98 und 99 in den Leitungen 96 und 97 werden geöffnet, und die Ventile 48 und 49 in den Leitungen 46 und 47 werden geschlossen. Die Pumpe 94 in dem Spülrückhaltebecken 101 wird dann eingeschaltet, und das Ultrafiltrat oder sonstige Reinigungslösung fließt durch Leitung 95 zu den Leitungen 96 und 97 und von dort durch die Leitungen 54 und 64, die mit den Zulaufkanälen der Ultrafiltrationsbänke 75 und 85 in offener

309881 /081 1

ORIGINAL INSPECTED

- -rl -

Verbindung stehen. Die Fließrichtung ist entgegengesetzt zu derjenigen, die während der Ultrafiltration benutzt wurde, und man erreicht dadurch einen bestimmten zusätzlichen Reinigungseffekt. Gewünschtenfalls könnte natürlich die Reinigungsflüssigkeit durch die Zellen in derselben Richtung fließen, wie der Zulaufstrom während der Ultrafiltration. Die Reinigungsflüssigkeit oder Ultrafiltrat wird durch die Ultrafiltrationsbänke mit einer Geschwindigkeit von mindestens etwa 0,6 bis 3 m/Sek. (etwa 2 bis 10 Fuß/Sek.), vorzugsweise etwa 1,8 bis 2,5 m/Sek. (etwa 6 bis 8 Fuß/Sek.) gepumpt, was ausreicht, um mindestens etwas an den Membranoberflächen angesammeltes Material zu entfernen. Die Reinigungslösung wird auch angesammelte elejktrophoretische Farbharze durch eine löslich machende Reaktion aufnehmen. Die Reinigungslösung bewegt sich aus den Ultrafiltrationsbänken durch die Leitungen 52 und 62 und dann zu den Leitungen 102 und 103 und kehrt zum Spülrückhaltebecken 101 durch Leitung 106 zurück.

Die Anordnung nach Fig. 2 gestattet den kontinuierlichen Betrieb des Ultrafiltrationsverfahrens an der einen Ultrafiltrationsbank, während die andere Ultrafiltrationsbank gesäubert wird. Wenn also die Ventile 49 und 79 geschlossen sind, kann die Ultrafiltrationsbank 75 die elektrophoretische Farbe weiter filtrieren, eingedickte Farbe zum Farbbad im Elektroablagerungsbecken 42 zurückführen und Ultrafiltrat zum Spülhaltebecken oder zum Ultrafiltratbecken leiten, während bei geschlossenen Ventilen 99 und 104 und offenen Ventilen 98 und 105 die Ultrafiltrationsbank -85 durch Betätigung der Pumpe 94 im Spülhalte-

309881/081 1

ORIGINAL IWSPECI

2327299

becken 101 gereinigt wird, die Reinigungslösung durch die Ultrafiltrationszellen 81/ 82 und 83 pumpt.

In ähnlicher Weise kann die Ultrafiltrationsbank 75 gereinigt werden, während die'Ultrafiltrationsbank 85 die elektrophoretische Farbe weiter filtriert. Dies erreicht man durch Schließung der Ventile 48 und 78, um die Bank 75 vom Elektroablagerungsbecken 42 abzutrennen, und ferner durch öffnung der Ventile 99 und 104, während die Ventile 98 und 105 geschlossen bleiben. Nach dem Abzug der Farbe aus den Zulaufkanälen der Ultrafiltrationszellen zum Becken 111 werden die Ventile 27 geschlossen, um die Filtratkanäle der Zeillen 71, 72, 73 abzudichten. Dann wird die Pumpe 94 betätigt, um Filtrat durch die Zulaufkanäle der Zellen fließen zu lassen.

Die zeitweilige Reinigung der einen Ultrafiltrationsbank vermindert die Flüssigkeitmenge, die die Pumpe 94 bewegen muß und gestattet damit die Benutzung einer kleinen Pumpe und kleinerer Becken. Noch kleinere Pumpen und Becken können benutzt werden, wenn die Ültratfiltrationseinheiten jeder Bank getrennt gereinigt werden. Dies erreicht man z.B. für die Gruppe 83 der Ultrafiltrationsbank 85, indem man die den Gruppen 81 und 82 zugeordneten Ventile 63 schließt, während man das der Ultrafiltrationsgruppe 83 zugeordnete Ventil 63 öffnet. Es versteht sich, daß jede Ultrafiltrationsgruppe 83 aus einer Anzahl in Reihe geschalteter Einzelzellen von der in Fig. 1 gezeigten Art zusammengesetzt sein kann.

Vor Einleitung des Reinigungsbetriebes an einer Ultrafiltrationsbank wird in jedem Fall die in den Zellen vorhandene Farbe vor-

309881 /08 1 1

INSPECTED"

2327^9

zugsweise abgezogen, um sie zur weiteren Verwendung aufzubewahren. Vor der Reinigung der Ultrafiltrationsbank 85 wird also die Farbe aus den Ultrafiltrationszellen durch Schließung der Ventile 49 und 79 und öffnung des Ventils 115 abgezogen, um die elektrophoretische Farbe in den Ultrafiltrationszellen zum Ablaufbecken 111 fließen zu lassen. Die elektrophoretische Farbe in dem Abzugsbecken 111 kann zwecks Wiederverwendung mittels Pumpe 122 in das Elektroablagerungsbecken 42 zurückgepumpt werden.

Wenn die Reinigung der Ultrafiltratzellen der einen Bank beendet ist, kann die Reinigungslösung aus den Zellen durch Leitung 113 zum Becken 111 abgezogen und dann durch Leitung 131 zum Spülhaltebecken 101 zwecks Verwendung in der anderen Zellenbank gepumpt werden. Wenn der Reinigungsbetrieb beendet ist, kann die Reinigungslösung im Becken 101, die" jetzt infolge der Wiederauflösung von Farbe einen schwachen Punkt darstellt, durch Leitungen 133 und 137 ausgetragen oder durch Leitung 133 zum Becken 111 befördert und aus diesem Becken durch Pumpe 122 über die Leitungen 121 und 123 zum Elektroablagerungsbecken 42 gepumpt werden.

Fig. 3 zeigt ein Ultrafiltrationssystem 171 mit geschlossener Schleife für die Ultrafiltration der elektrophoretisehen Farbe in einem Elektroablagerungsprozeß. Bei diesem System ist das Elektroablagerungsbecken 121 an die Speisepumpe 157 durch die Leitung 153 angeschlossen, in der sich das Dreiwegeventil 155 befindet, welches auch den Fluß durch die Leitung 154 steuert. Letztere ist mit dem ultrafiltratsamelbecken 191 verbunden.

309881/0811

ORKSfNAL

• 23J7-"9

Die Pumpe 157 ist durch Leitung 158 mit der Leitung 159 der Ultrafiltrationsschleife 171 verbunden. Die Schleifenumwälzpumpe 161 ist auch an die Leitung 159 und durch Leitung 163 an die Ultrafiltrationszelle 165 angeschlossen. Letztere ist mit der Ultrafiltrationszelle 167 durch Leitung 166 in Reihe geschaltet. Die Filtratkanäle der Ultrafiltrationszellen 165 und 167 stehen mit den Leitungen 173 und 169 in offener Verbindung, die sich zu der Leitung 175 vereinigen. Diese mündet in dem Ultrafiltratbecken 191. Inder Leitung 175 befindet s.tch das Ventil 176. Die Schleifenleitung 163 ist an die Leitung 177 angeschlossen, die in das Elektroablagerungsbecken 151 mündet. In der Leitung 177 befindet sich das Dreiwegeventil 179, das die wahlweise Herstellung der Verbindung zwischen Leitung 177 und Leitung 181 gestattet, die im Ultrafiltrationsbecken 191 mündet. Eine Schleifenablaufleitung 183 stellt die Verbindung mit dem Ablaufbecken 187 her. In der Leitung 183 befindet sich ein Ventil 185. Das Ablaufbecken 187 steht über Leitung 188, Pumpe 189 und Leitung 197 mit dem Elektroablagerungsbecken 151 in offener Verbindung.

Normalbetrieb, während der Elektroablagerungsvorgang in dem Elektroablagerungsbecken 151 fortschreitet, wird eine gewisse vorbestimmte Menge elektrophoretischer Farbe durch Pumpe 157 über Leitung 153 abgezogen und zu dem geschlossenen Ultrafiltrationskreis über Leitung 158 befördert. Die Pumpe 161 in der geschlossenen Schleife läßt die elektrophoretisch Farbe kontinuierlich durch die ,Ultrafiltrationszellen 165 und 167 umlaufen. Das Ultrafiltrat aus den Ultrafiltrationszellen wird durch Lei-

3098 8 1/08 11

...... - .- .......... ORIGINAL INSPECTED

23V7^C?9

tungen 169 und 173 und 175 zum Ultrafiltratbecken 191 abgeführt. Eine gewisse Menge der elektrophoretischen Farbe, die durch die geschlossene Schleife in Leitung 163 fließt, wird durch Leitung 177 über Ventil 179 abgezweigt und zum Elektroablagerungsbecken 151 zurückgeführt.

Wenn die Ultrafiltrationszellen 165 und 167 gereinigt werden sollen, wird die Pumpe 157 abgeschaltet, das Ventil 156 geschlossen, das Ventil 185 geöffnet und die elektrophoretische Farbe aus den Ultrafiltrationszellen über die Ablaufleitung 183 zum Ablaufbecken 187 abgezogen. Die Ventile 27 werden geschlossen, um das Filtrat in den Kopfkammern 15 und Filtratkanälen der Ultrafiltrationspatronen 14 zurückzuhalten. Das Dreiwegeventil 155 wird so eingestellt, daß die Leitung 154 von dem Ultratfiltratbecken 191 mit der Pumpe 157 Verbindung erhält, während gleichzeitig die. Verbindung zwischen dem Elektroablagerungsbekken 151 und der Pumpe 157 abgeschaltet wird. Ventil 156 wird geöffnet und die Pumpe 157 betätigt, um Ultrafiltrat aus dem Ultrafiltrationsbecken 191 durch Leitung 158 in die geschlossene Schleife des Ultrafiltrationssvstemes zu befördern. Die Pumpe 161 befördert das Filtrat durch die Ultrafiltrationszellen 165 und 167 durch dieselben Leitungen und in derselben Richtung, in der die elektrophoretische Farbe während des Elektroablagerungsvorganges gepumpt wurde. Das durch die Ultrafiltrationszellen gehende Ultrafiltrat löst die angesammelten Farbharze, und eine gewisse Menge des die gelösten Farbharze tragenden Ultrafiltrats wird durch Leitung 177 abgezweigt, wobei das Ventil 179 jetzt so eingestellt ist, daß die Pumpe 161 mit der Leitung 181 verbun-

309881/0811

ORIGlWAl

2327939

den ist, die das ültrafiltrat zum ültrafiltratbecken 191 zurückführt. Diese Betriebsweise wird aufrechterhalten, bis die Ultrafiltrationszellen praktisch sauber sind.

Es versteht sich, daß die hier verwendete Ultrafiltrationsmembran von der Art sein kann, wie in der genannten USA-Patentschrift 3 615 024 beschrieben ist. Die Membran kann gemäß dieser Patentschrift aus Polymeren, wie Polycarbonaten, Polyvinylchloriden, Polyamiden, Acrylsäureharzen, Polystyrol, Styrolacrylnitril, Polysulfonen, Acetalpolyilren und verschiedenen Mischpolymeren bestehen. Die mittlere Porengröße einer solchen Membran liegt vorteilhafterweise im Bereich von 20 bis 100 Ä, aber größere oder kleinere Poren können je nach der Größe der abzufiltrierenden Moleküle zweckmäßig sein. Die Membran wird einen sehr erheb-

2 liehen Flüssigkeitsstrom von beispielsweise 200 bis 4000 l/m /Tag

2
(5 bis 100 Gallonen/Fuß /Tag) oder mehr aushalten. Beispielsweise

kann eine Membran mit einer mittleren Porengröße im Bereich von etwa 20 bis 50 Ä leicht ein Strömungsvolumen im Bereich von etwa 400 bis 1000 l/m²/Tag (etwa 20 bis. 50 Gallonen/Fuß²/Tag) bei

sehr wirksamem Filtrationseffekt aushalten, wenn man ein nur

2 mäßiges Druckgefälle durch die Membran von etwa 1 kg/cm

(etwa 15 Pfund/Zoll ) anwendet.

Der Ansatz von Polymermaterialien für die Elektroablagerung von Beschichtungen ist einehoch entwickelte Technik, und geeignete Materialien zur Verwendung in dem Bad nach der Erfindung sind bekannt. Beispielsweise können Beschichtungen aus Acrylsäure- und Epoxyharzen gebildet werden. Solche Polymermaterialien sind in den USA-Patentschriften 3 366 563 vom 30. Januar 1968,

309881/08 1 1

ORIGINAL INSPECTED

23^7939

3 369 983 vom 20. Februar 1968 und 3 403 088 vom 24. September 1968 beschrieben. Geeignete Materialien für den Membranträger sind harzgetränktes Papier oder Karton, harzgebundene feste Körner, offener Schaumkunststoff, Glas- oder Kunststoffasermatten und Sinterkunststoff.

Das zur Suspendierung des Beschichtungspolymers benutzte Mittel kann Wasser und außerdem Löslichmacher oder oberflächenaktive Mittel, wie Detergentien, Cellusolven, Ketone und Alkohole enthalten, die dazu dienen, die Harze in Suspension oder Lösung zu halten. Zur pH-Einstellung können Säuren oder Basen zugesetzt werden. Auch dieser Gesichtspunkt für die Farbzusammensetzungen ist in den vorstehend genannten Patentschriften beschrieben.

Die elektrophoretische Farbe kann auch Pigmente außer den Polymerharzen und Löslichmachern, ζ.Β«, Titandioxid, Ruß und Eisenoxid, enthalten.

Gemäß den vorstehenden Ausführungen wird die Reinigung unter Verwendung des aus der Farbmasse entnommenen Permeats oder Filtrats durchgeführt. Es ist jedoch auch möglich, eine besonders hergestellte Reinigungslösung zu verwenden, die besonders zur Löslichmachung bei harzartigen, schleimigen Ablagerungen geeignet ist. So kann Seife oder Detergens in der Reinigungslösung oder chemisches Reagens oder Enzym verwendet werden, das mit dem schleimigen Material unter dessen Auflösung reagiert. Eine solche besonders für elektrophoretische Farben zubereitete Reinigungslösung enthält in destilliertem Wasser etwa 5 Volum-% 4-Methoxy-4-methyl-pentanon-2, das unter der Handelsbezeichnung ^:'Pentoxone" von der Shell Chemical Co. verkauft wird,, etwa

30 988 1/08 11

L INSPECTED

3/7

5 Volum-% eines nicht ionischen Detergens, z.B. eines unter der Handelsbezeichnung "Triton X-IOO" von Rohm and Haas Co. gehandelte Polyäthoxyäthanols enthalten, wobei clie Lösung durch Zusatz von Na₃CO₃ oder Triäthylamin auf ungefähr pH 11 eingestellt ist. Unter Umständen kann Wasser allein als Reinigungslösung benutzt werden, obgleich esteine ausreichende Löslichmaehungsfähigkeit für die meisten interessierenden Systeme besitzt. Die Fähigkeit zur Löslichmachung vieler Reinigungslösungen, einschließlich Wasser, kann gesteigert werden, indem man die Lösung vor ihrem Durchlauf durch die Ultrafiltrationszellen erhöht.

Zur Erläuterung der Vorteile der Erfindung wird das folgende Beispiel mitgeteilt:

Beispiel

Ein Durchflußultrafiltrationssystem für ein Elektroablagerungsverfahren, das durch Fig. 2 erläutert wird, hatte einen Abfall im Ultrafiltratfluß auf einen Wert von nur 10 % der ursprünglichen Fließrate gezeigt. Bei diesem Elektroablagerungsverfahren waren 48 Ultrafiltrationszellen in 6 Bänken für Farbbehandlung angeordnet. Die Farbe in dem System (Handelsbezeichnung "ED-2000") enthielt 13 % modifiziertes Epoxyharz, das KOH-Mangel aufweist, zusammen mit Eisenoxid und Ruß als Pigmente und Ketoäthern und oberflächenaktiven Mitteln als Dispergentien. Die Ultrafiltratkanäle der Zellen waren abgedichtet, um das Filtrat in diesen Kanälen zu halten. Die Farbe wurde aus den Zulaufkanälen der Zellen abgezogen, und Filtrat wurde durch die Zulaufkanäle der Zellen mit einer Rate von etwa 380 l/Min. (100 Gallonen/-

3 0.9 8 8 1 / 0 8 1 1

.. ..-; ,,v YV:'--::. ORIGINAL INSPECTED

2327939

Min.) 30 Minuten lang fließen gelassen« Die Geschwindigkeit dieses Flusses betrug etwa 0,6 m/Sek. (2 Fuß/Sek.) über die Membranoberflachen. Durch diese Behandlung wurde der Fluß durch die Membran wieder auf einen Wert von 80 % der ursprünglichen Fließrate zurückgebracht. Eine weitere Behandlung bestand im Durchgang von 200 g/m Filtrat durch die Zulaufkanäle während eines Zeitraumes von 60 Minuten, wodurch die Fließrate durch die Membran auf 90 % der ursprünglichen Fließrate zurückgebracht wurde.

Im Vorstehenden ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsauf
formen beschrieben,/die sie jedoch nicht beschränkt ist.

0 9 8 81/0811

ORlG^AL INSPECTED

Claims (4)

1. Patentansprüche

   tl.l Verfahren zur Reinigung von ültrafiltrationszellen, die eine Membran zur Abtrennung eines Filtrierkanales von einem Flltratkanal aufweisen, welcher zur Vorschmierung mit einer aus einer filtrierbaren Fltissigkeitkeit während Ultrafiltration abgelagerten Schicht neigt, dadurch gekennzeichnet, daß man

   ■ a) die filtrierbare Flüssigkeit aus dem Filtrierkanal ausspült,

   b) die filtrierbare Flüssigkeit durch einesur Wiederauflösung der Teilchen befähigte Reinigungsflüssigkeit verdrängt,

   c) den Filtratkanal gegen weiteren Durchfluß abdichtet und den Druck in dem Filtratkanal auf derselben Höhe wie im Filtrierkanal hält, so daß kein Druckgefälle zwischen den beiden Kanälen besteht,

   d) die Reinigungsflüssigkeit durch den Filtrierkanal mit einer ausreichenden Rate spült, um die Schleim bildende Schicht wieder aufzulösen und mindestens teilweise mechanisch zu verlagern .
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die benutzte Reinigungsflüssigkeit aus dem Filtrat des filtrierbaren Mittels besteht.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet _t daß das filtrierbare Mittel eine elektrophoretisch^ Farbe ist und die Geschwindigkeit des Filtrates durch die Filtrierkanäle etwa 0,6 bis 3,0 m/Seko (etwa 2 bis 10 Fuß/Sek.) beträgt«

   2327939
4. 4. Verfahren nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet^ daß di© Rei= niguagsflüssigkeit sue einer vräßrigen Lösung mit etwa 5 Wo Ium= S eines Ketons und etwa 5 VQlum=% eines Detergent besteht und durch Zugabe von Ma₅CO- oder Triethylamin annähernd auf pH 10 bis 12 eingestallt isto

   ο Werfähren aach .Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet _g daß das fil·= trierbare Hittal aus ein®r alsktrophor©tischen Farbe besteht und die Geschwindigkeit dar Reinigungsflüssigkeit durch di© E⁵II= trierkanäl© ©twa 0₇β bis S₇O a/Sekc iafcwa 2 bis 10 fuB/Sok.J beträgt,

   S= Verfahren aaeh Änspsmch 1, dadurch gelsenns©ichR@t_f daß öi© Rcäi·=' nigungsflüssigksit Ssif© oder Detergess entfallt_o

   7, xfsiff.a!ir@n aaeh Ansprach 1 ₀ daäureh geksasisaichnet _e daß di© Esi= ßigungsilüssigkeit ©in Ensym ©athalt.,

   ο ^/©rfahrsn nach Sasprueh 1„ dadurch g©kenrisc?ictoiet., claO di© R©i= nigungsf lüssigkeit durch äi© verschmiert@Ei lanlla ia ©atg©g©rr-= gesetstar Richtung sum Fluß des filtrierbaraa Mitteln wShreai der Ultrafiltration befördert wirdo

   ο Verfahren nach Anspruch If- dadurch gek©nnsQichaet_P daß di© R©i~ nigungsfiüssigkeit durch die verschsaiertsa Kanal© ia dorsslbea Richtung wis das filtrierbare Mittol ^ährsad der Ultrafiltration befördert x<?ird"_o

   ο Verfahren nach Anspruch 3 _f dadurch gekennzeichnet? da® dia Reinigungsflüssigkeit durch die verschmierten Kanäle in einer entgegengesetzten Richtung sum Fluß des filtrierbarea Mittels während der ultrafiltration befördert

   309881/0811