DE2346982B2 - Hohlfaden-Diffusionstrenngerät zum Zerlegen von Fluidgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hohlfaden-Diffusions-Irenngerät (Dialysator) zum Zerlegen von Fluidgemischen, bestehend aus einem Hohlfadenbündel, dessen Enden in wenigstens einen Harzpfropfen eingegossen sind und welches in einem Rohrgehäuse Untergebracht ist.

Die USA.-Patentschrift 33 39 341 beschreibt eine Vorrichtung zum Zerlegen von Fluidgemischen durch selektive Diffusion der Bestandteile durch die Wandungen von Hohlfadenmembrancn. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Bündel aus geeigneten Hohlfadenmembranen, das in Längsrichtung von mindestens einem langgestreckten, bieglamen, porösen Mantel umgeben ist, an jedem Ende des Bündels je einer gegossenen Harzrohrfolie, wobei die Hohlfadenmembranen in die Rohrfolie eingebettet sind und sich durch sie hindurch erstrecken, tinem das Bündel umgebenden Gehäuse, in dem das Bündel an beiden Enden hermetisch dicht untergebracht ist, einer Zuleitung zum Einleiten eines Fluidgeniischcs in das Innere der Hohlfadenmembranen von einem Ende des Bündels her (Zuführung des Ausgangsgutcs zur Außen- oder Innenseite der Hohlfaden), einer Ableitung zum Abziehen desjenigen Teiles des Fluidgeniischcs, der nicht durch die Wnndunecn der Hohlfaden diffundiert ist. aus dem 982

Inneren der Hohlfadenmembranen am anderen Ende des Bündels (Gewinnung von der Außen- oder Innenseite der Hohlfäden), und einer Ableitung zum Abziehen desjenigen Teiles des Fluidgemisches, der durch die Wandungen der Hohlfäden diffundiert ist, aus dem Mantel (Gewinnung von der Mantdseiie her") Ahnliche Fluidzerlegungsvornchtungen sind in den USA.-Patentschriften 32 28 876, 32 28 877,

34 22 008, 34 55 460, 34 75 331, 35 26 001 und

35 36 61 !beschrieben.

Trennvorrichtungen auf der Basis semipermeabler Hohlfäden von der in den genannten Patentschriften beschriebenen Art eignen sich besonders zum Zerlegen von Gasgemischen. So kann man z. B. Luft in Sauerstoff und Stickstoff zerlegen und Wasserstoff aus Gemischen mit Kohlenmonoxid abtrennen, wie sie als Abgase von chemischen Verfahren anfallen. Solche Trennverfahren sind am wirksamsten bei hohen Drücken, da die Geschwindigkeiten der Diffusion von Gasen durch Polymerisatmembranen im allgemeinen proportional zu den Differenzen im Gasdruck auf beiden Seiten der Membranen sind. Solche Trennvorgänge lassen sich auch schneller bei höheren Temperaturen durchführen. Das Arbeiten bei den höchsten, praktisch erreichbaren Drücken und Temperaturen ist daher für die technische Anwendung solcher Vorrichtungen wichtig.

Es wurde gefunden, daß die praktischen Arbeitsdrücke und -temperaturen beim technischen Betrieb solcher Vorrichtungen nach oben hin dadurch begrenzt sind, daß die Hohlfadenmembranen in der Nähe der Rohrfolien, und zwar besonders in der Nähe der Rohrfolienoberflächen, wo Harz durch Kapillarwirkung in die Fadenbündel eingesaugt worden ist, brechen. So waren z. B. die praktischen Arbeitsdrücke von Vorrichtungen, die Hohlfaden mit Berstdrücken von mehr als 70 kg/cm² enthalten, nach oben hin auf weniger als 35 kg/cm'- begrenzt, weil an den Stellen, wo das Harz durch Kapillarwirkung eingesaugt worden ist, sehr viele Fäden brechen, wenn man versucht, bei wesentlich höheren Drücken zu arbeiten. Besonders wenn man bei höheren Drücken und Temperaturen arbeitet, haben bereits 0,1⁰Zo gebrochene Fäden in solchen Vorrichtungen eine starke Wirkung auf das erzielbare Fluidtrennvermögen.

Dieses Problem des kapillaren Einsaugens von flüssigem Harz in die Fadenbündel vor dem Erstarren des Harzes ist schon in der USA.-Patentschrift 33 42 729 erwähnt. Die USA.-Patentschrift 33 39 341 beschreibt die Verwendung eines biegsamen porösen Mantels, um das Fadenbündel zu verdichten. Ferner beschreibt diese Patentschrift eine Rohrfoliengießmethode, die von der Zentrifugalkraft Gebrauch macht, um das Eindringen des flüssigen Harzes in die dicht gepackten Fadenbündel zu unterstützen. Solche Gießmethoden wirken zwar dem kapillaren Einsaugen von Harz längs der Fäden in dem Bündel entgegen, verhindern diese Erscheinung jedoch nicht ganz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hohlfaden-Diffusionstrenngerät zu schaffen, mit dem bei höheren Drücken und Temperaturen als mit herkömmlichen Diffusionstrenngeräten gearbeitet werden kann, ohne daß die Hohlfaden in der Nähe der RohrrolienobeiiUidie. wo Harz durch Kapillarwirkunn in das Fadenbündel eingesaugt wird, lieisten.

Diese Aufgabe wir.l erfindungsgemäß dadurch gc-

³ 4

¹⁰J¹- h /_rf _e,"t!i^ae^den"^Ii^iffUSe^{iOnStrenngerät ein der} zentrifugal gegossenen Harzrohrfolien 13* und

oder mehrere elastische unter Spannung stehende 136 bis in den angrenzenden Ringraum 22 zwischen

Halteorgane aufweist, de sich von innerhalb der dem Bündel und dem Gehäuse erstrecken. Das Aus-

ttgphongen Harzfohen längs des Fadenbündels so _maß der Zusammenhaltekraft, die von den elastiwe.t über die Rohrfohe hinaus erstrecken, wie durch ₅ sehen Halteorganen auf das Bündel ausgeübt wird,

Kapdlarwirkung Harz eingesaugt worden nx. _{ist aus F} j ₂ eWchtlich.
Vorzugsweise bestehen das Hohlfcdenbündel und Beim Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Vorrich-

*u\⁽?r^P«t£⁸5^ieH^Uhir?^{lyathylenlere}· ^tunS ^{wird da}* zu zerlegende Fluidgemisch, z. B. phthalat Die Herstellung der Hohlfaden aus diesem Brackwasser oder ein Gasgemisch, wie ein Gemisch

^MT?<^a\fnmut T ^{aUS den US}"^{PS 33 39 341 l0 aus Helium}- Wasserstoff und Kohlenmonoxid, unter und 35 26 OUl bekannt _{Druck durch die ö5n 18fl des Endve}rschlusses

Vorzugsweise sind ferner die elastischen Halte- H₀ in den fluidhaltigen Endraum ISa und von dort organe Umwicklungen aus einem aus Kettgarnen her- ins Innere der Enden 12a der Hohlfadenmembranen gestellten gewebten Band, wobei das Umwickeln des 12 eingeleitet. Der leichter diffundierende Teil des Fadenbündels mit gewebten Bändern ebenfalls be- ₁₅ Ausgangsfluidgemisches, z. B. das Wasser, diSunreits aus den vorausgehend genannien Patentschriften dien durch die Wandungen der Hohlfadenmembraan sich bekannt ist. _nen^ _stro-_mt ins Innere des Gehäuses 10 und wird

Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in den durch eine oder mehrere Seitenöffnungen 23 (von Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher denen in F i g. 1 vier gezeigt sind) abgezogen. Der beschrieben. _{20 wen}ig_er leicht diffundierende oder restliche Teil des

Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch zugeführten Fluidgemisches, der nicht durch die eine Diffusionstrennvorrichtung gemäß der Erfin- Wandungen der Hohlfadenmembranen hindurchtritt, dung und zeigt Einzelheiten der Bauart; strömt aus dem Inneren der anderen Enden 126 der

Fig. 2 zeigt einen sich erweiternden Teil der Vor- Hohlfadenmembranen 12 in den fluidhaltigen Endrichtung gemäß Fig. 1 und erläutert besondere 25 raum IS6 des Endverschlusses lift und wird durch Merkmale der Erfindung. die Endöftnung 186 abgezogen. Die Strömungsrich-

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist bereits tung kann auch umgekehrt werden, so daß das Fluidoben kurz beschrieben worden. Die erfindungs- gemisch durch die Endöffnung 18 b zugeführt und gemäße Verbesserung kann vorzugsweise an den das Restfluid durch die öffnung 18 a abgezogen zwei Enden aufweisenden Vorrichtungen gemäß der 30 wird. Wie bereits erwähnt, bezieht sich die obige USA.-Patentschrift 33 39 341 oder an den nur ein Beschreibung auf eine Vorrichtung, bei der die Be-Ende aufweisenden Vorrichtungen der USA.-Patent- Schickung zum Inneren der Hohlfadenmembranen schrift 35 26 001 angebracht werden. Mit anderen zugeführt wird. Eine ähnliche Beschreibung könnte Worten: Die bevorzugten Ausführungsformen der auch für eine Vorrichtung gegeben werden, bei der Erfindung betreffen Verbesserungen der in diesen 35 die Beschickung von der Gehäuseseite her zugeführt Patentschriften beschriebenen Vorrichtungen. Nach- und das Restfiuid aus dem Inneren der Hohlfadenstehend wird die Erfindung in ihrer Anwendung auf membranen gewonnen wird. Während die obige Bedie in F i g. 1 dargestellte, zwei Enden aufweisende Schreibung auf eine Vorrichtung mit zwei Enden geVorrichtung beschrieben, bei der die Beschickung richtet ist, könnte eine ähnliche Beschreibung für dem Inneren der Hohlfaden zugeführt wird. In einem 40 eine Vorrichtung mit nur einem Ende gegeben wer-Gehäuse 10 mit Endverschlüssen 11a und 116 be- den. Für Gastrennungen arbeitet man vorzugsweise findet sich ein Bündel von Hohlfadenmembranen 12, mit einer zwei Enden aufweisenden Vorrichtung, bei die derart in Längsrichtung ausgerichtet sind, daß der die Beschickung dem Inneren der Hohlfadenihre offenen Enden 12a und 126 durch druckdichte, membranen zugeführt wird.

zentrifugal gegossene Harzrohrfolien Uli und 13 6 45 Das elastische Halteorgan, welches die Fadenhindurchragen. Das Hohlfadenbündel ist von einem bündel in der Vorrichtung gemäß der Erfindung umbiegsamen porösen Mantel 14 umgeben, der eben- gibt und unbeweglich macht, kann jede beliebige falls in die zentrifugal gegossenen Harzrohrfolien Länge und Dicke haben, vorausgesetzt, daß es sich Ϊ3α und 136 hineinreicht. Vermittels der Dichtungs· für die Vorrichtung eignet und sich leicht darin einringe 16a und 166 und der O-Ringdichtungcn 17a 50 bauen läßt, ohne daß die erfindungsgemäß erzielten und 176, die zusammen mit den zentrifugal gegos- Vorteile verlorengehen. Vorzugsweise erstreckt sich senen Rohrfolien 13a und 136 das Bündel an bei- das Halteorgan etwa vom Mittelpunkt der gegossenen den Enden hermelisch dicht in dem Gehäuse fest- Harzrohrfolie in Längsrichtung bis in den angrenzenhalten, trennen die Rohrfolien das Innere des Ge- den ringförmigen Raum zwischen dem Bündel und häuses 10 von den fluidhaltigen Endräumen 15a und 55 dem Gehäuse und besteht aus Wicklungen aus einer 156 in den Endverschlüssen 11a und 116. Die End- Schicht oder mehreren Schichten aus Gewebeband, verschlüsse 11a und 116 haben öffnungen 18a bzw. die in dichter Aufeinanderfolge um das Hohlfaden-186 und werden durch (nicht dargestellte) Befesti- membranbündel herumgewickelt sind. Das Haltegungsorgane an den an den Endverschlüssen befind- organ soll sich um mindestens etwa 2,5 cm und vorlichen Flanschen 19a und 196 und an den an dem 60 znijswcisc um mindestens 7,6 cm über die Stelle Gehäuse befindlichen Flanschen 20« und 20 6 in hinaus, an der Harz durch Kapillarwirkung zwischen hermetisch dichter Beziehung zu dem Gehäuse 10 die Faden des Bündels eingesaugt worden ist, in den gehalten. Ringraum hinein erstrecken. Ein Haltcorgan. das

Die selektive DirTusionstrcnnvorrichtung gemäß 10 bis 30 cm lang ist, kann sich /.. B. 5 bis 15 cm in der Erfindung weist außer den oben beschriebenen 65 die Rohrfolic und 5 bis 15 cm in den Ringraum bekannipn Re^tnrultciW plastische Haltcorgane 21 α zwischen dem Fadenbündel und dem Gehäuse hinein und 216 auf, die die Enden des Bündels aus Hohl- erstrecken. In typischer Weise ist das Halleorgan fadenmcmbranen umgeben und sich von innerhalb etwa 1.3 bis 6,4 mm dick. Ein solches elastisches

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Halteorgan beschränkt das kapillare Einsaugen von angreifen, in der Richtung der Hohlfadenmembranflüssigem Harz in das Bündel beim Zusammenbau ausdehnung 14 bis 70 kg/cm² betragen. Vorzugsweise der Diffusionstrennvorrichtung und ermöglicht den soll das elastische Halteorgan so stark ausdehnbar Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung bei sein, ohne zu zerreißen, daß der Umfang, den es in höheren Drücken und Temperaturen mit einem ent- 5 entspanntem Zustand hat, sich bei einer Spannung sprechend vergrößerten Ausstoß ohne wesentliche von weniger als etwa 8,9 kg je cm Länge verdoppelt. Zunahme des Bruchs von Hohlfadenmembranen. Wirksame Halteorgane, die für Polyäthylentere-Solche höheren Arbeitsdrücke und -temperaturen er- phthalat-Hohlfadenmembranen verwendet werden, hält man besonders mit Hohlfadenmembranen aus sind bei Spannungen von etwa 0,9 bis 4,5 kg/cm um Polyäthylenterephthalat, die für die Trennung von io etwa 50 bis 500 V« ausdehnbar.
Wasserstoff und Helium von anderen Gasen und für Das elastische Halteorgan muß das Hohlfadendie Zerlegung von Luft in Sauerstoff und Stickstoff membranbündel zusammenhalten, d. h., es muß nach verwendet werden. dem Überziehen über das Bündel oder nach der Ver-

Obwohl das bevorzugte elastische Halteorgan aus formung um das Bündel herum sowie bei der Her-Gewebebandwicklungen besteht, kann das Halte- 15 stellung der gegossenen Harzrohrfolie unter ausorgan auch aus einer Schicht oder aus mehreren reichender Spannung bleiben, um an jeder Verminde-Schichten aus Cord, Schnur, Riemen oder Vliesstoff rung des Umfanges oder Fonnänderung des Hohlbestehen, die in dicht beieinanderliegenden Windun- fadenbündels, wie sie normalerweise, z. B. beim gen um das Bündel herumgewickelt sind und dabei Zentrifugalgießen, stattfindet, teilzunehmen und diceine genügende Ausdehnung und Spannung behalten- 20 selbe zu unterstützen. Die für ein ausreichendes Zuum das Bündel durch die Hemmkräfte zusammen- sammenhalten des Bündels erforderlichen Drücke zuhalten. Andererseits kann das Halteorgan auch brauchen nur ganz gering zu sein und können Urneine solche Bauart oder Zusammensetzung aufwei- fangsspannungen in dem Halteorgan von nur etwa sen, daß es elastisch genug ist, um sich beim Auf- 0,09 kg je cm Länge entsprechen. Vorzugsweise ist bringen auf das Hohlfadenmembranbündel zu deh- 25 die Umfangsspannung in einem solchen Halteorgan nen, sich bei teilweiser Entspannung in seiner Form nach der Herstellung einer Harzrohrfolie größer als der Größe des Bündels anzupassen, sich der ver- etwa 0,36 kg/cm. Bei Halteorganen für Hohlfadenminderten Größe anzupassen, die das Bündel bei membranbündel aus Polyäthylenterephthalat beträgt den nachfolgenden Verfahrensstufen des Zusammen- die Umfangsspannung gewöhnlich etwa 0,54 bis baues der Vorrichtung annimmt, und das Bündel 30 0,9 kg/cm.

zusammenzuhalten und unbeweglich zu machen, so In Anbetracht der oben erläuterten Umstände ist daß es sich bei der nachfolgenden Verwendung der der Umfang desjenigen Teils des Riindels, der von Vorrichtung nicht wieder na6h außen ausdehnen üem elastischen Halteorgan begrenzt wird, d. h. des kann. Das Halteorgan kann z. B. ein aus einem unbiegsamen Teils des Bündels, wesentlich kleiner Stück gefertigter Zylinder aus einem elastomeren 35 als derjenige des nicht eingekitteten und unbehin-Werkstoff sein, der in entspanntem Zustand einen derten Teils des Bündels, und daher ist der Verdichgeringeren Umfang hat als das Hohlfadenmembran- tungsgrad des Bündels in dem von dem Halteorgan bündel in der Vorrichtung, in der es sich befindet. zusammengehaltenen Teil größer als in dem nicht Ein solches zylinderförmiges Halteorgan kann an zusammengehaltenen Teil des Bündels. Normalereinem Hohlfadenmembranbündel angebracht werden, ₄₀ weise beträgt der Verdichtungsgrad, berechnet, wie indem man es auf einen weiteren Umfang als den- nachstehend angegeben, mindestens 70%, vorzugsjenigen des Bündels ausweitet, es über ein Ende des weise mindestens 75"Ze:
Bündels zieht und es sich dann auf den Umfang des

Bündels entspannen läßt, wobei man die Ausdeh- NDr^s

nung und Spannung ausreichend bemißt, um das ₄₅ %C — —— - · 100

Bündel zusammenzuhalten und unbeweglich zu &^r
machen.

Wie bereits erwähnt, ist das Halteorgan elastisch, Hierin bedeuten
d. h., es hat eine solche Zusammensetzung oder Bau- „/„ c = prozentuale Verdichtung
art, daß es sich bei praktisch in Betracht kommenden 5° »r a 1., , _ττ τ.,*-· „ , . ,
Spannungen ohne Bruch zu einem solchen Ausmaß ^N = Anzahl der Hohlfaden von kreisfo.m.gern
elastisch ausdehnen läßt, daß es um das Ende des Querschnitt m einem Bündel,
Hohlfadenmembranbündels herum eingesetzt werden ^Df ~ Außendurchmesser des Hohlfadens,
kann. Die Ausdehnung des Halteorgans beim Ein- D_r = lichte Weite der Begrenzungszone von kreisbau um das Fadenbündel herum erfordert eine Deh- 55 förmigem Querschnitt, die von dem das nung des Organs entweder durch Vergrößerung des Hohliadenbündcl umgebenden elastischen Umfanges des Halteorgans oder durch Vergrößerung Halteorgan gebildet wird,
der Länge des Gebildes, aus dem das Organ hergestellt wird, um mindestens 30% des Umfanges Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, daß das bzw. der Länge in entspanntem Zustand. Da das ⁶° elastische Halteorgan so zusammengesetzt oder so Halteorgan die Hohlfadenmembranen, mit denen es konstruiert sein kann, daß es beim Anbringen oder in Berührung kommt, nicht zerdrücken darf, soll bei der Herstellung eine bleibende Verformung erleidie Ausdehnung um mindestens etwa 30% bei einer det, sofern es nur genügend Spannung beibehält, um Spannung, die geringer ist als die beim Aufziehen das Fadenbündel zwangsläufig zusammenzuhalten, des Organs auf das Bündel zum Zerdrücken der 65 Ein elastisches Halteorgan ist brauchbar, wenn es Hohlfadenmembrancn erforderliche Spannung, ohne bei einer Dehnung um mindestens 10% des UmfanBruch des Halteorgans durchführbar sein. Solche gcs, den es in entspanntem Zustand hat, eine Span-Zerdrückspan nungcn können, wenn sie am Umfang nung von etwa 0,09 kg/cm Länge behält. Ein beson-

so daß das Verhältnis der Querschnittsfläche der Innenbohrung der Fäden zu der Gesamtquerschnittsfläche innerhalb des äußeren Umfanges der Fäden clwa 0,12:1 bis 0,60: I beträgt. Vorzugsweise be-5 trägt dieses Verhältnis etwa 0,18:1 bis 0,45:1. Solche Hohlfadcnmembranen können durch Verspinnen von Polymerisatschmelzen oder -lösungen durch kreisförmige Hohlfadensp'inndiisen in an sich bekannter Art hergestellt werden. Die Hohlfaden-

ders bevorzugtes elastisches Halteorgan ist ein streckbares Band oder eine streckbare Bahn, hergestellt mit Kettgarnen aus Polyäthylenterephthalatfasern, die derart gekräuselt oder texturiert worden sind, daß die Garne elastisch sind. Die Kettgarne aus solchen texturierten Fasern können nach in der Textiltechnik bekannten Methoden aus Endlosfädcn oder aus Stapelfasern hergestellt werden. Ein solches Band kann etwa 0,64 bis 10 cm breit sein und etwa

20 bis 100 Kettgarne je 2,54 cm enthalten, wobei _J0 membranen können aus jedem organischen Werkdie Garne einen Titer von etwa 70 bis 400 den auf- stoff gefertigt werden, der für die verschiedenen weisen. Bestandteile des zu zerlegenden Fluidgemisches se-

F i g. 2 zeigt in schematischem Querschnitt einen lektive Durchlässigkeiten aufweist. Typische versieh erweiternden Teil eines Endes einer Vorrich- wendbare Membranwerkstoffe sind z. B. Polyolefintung gemäß Fig. 1. Der in Fig. 2 dargestellte, sich 15 harze aus Monomeren mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen erweiternde Teil zeigt die wesentliche Durchmesser- im Molekül, wie Polyäthylen, Polypropylen, PoIyverminderung innerhalb der zentrifugal gegossenen (äthylen-buten) und Copolymerisate aus Äthylen, Rohrfolie und desjenigen Teils des Bündels, der Propylen und Buten, Polyamide, Polyester, wie erimdungsgernäG durch das elastische Halteorgan Polyalkylenterephthalat, fiuorsubstituierte Polymerizusammengehalten wird. Gemäß F i g. 2 umschließt ₂o sate, wie Copolymerisate aus Telrafluoräthylen und das Gehäuse 10 mit dem Flansch 20 a ein Bündel Hexafluorpropylen, Acrylharze, Polystyrol, PoIyaus Kohlfadenmembranen 12, das von einem Paar vinylchlorid, Polyacrylnitril, Polyvinylformal, PoIyvon biegsamen porösen Mantelelementen 14 a um- urethan sowie Ceiluioseäther und -ester, wie Äthylgeben wird. Die Hohlfadenmembranen 12 laufen in cellulose, Celluloseacetat und Celluloseacetat-butyhermetischer Abdichtung durch die zentrifugal ge- 25 rat. Ein bevorzugter McmbranwerkstoS ist PoIygossene Harzrohrfolie 13 a hindurch. Die zentrifugal äthylenterephthalat.

gegossene Harzrohrfolie 13 a kann ein Vcrstärkungs- Der biegsame poröse Mantel, der bei der Hermaterial, wie eine Polyamidschnur, enthalten, die stellung eines Bündels aus Hohlfadenmembranen für um das Fadenbündel herumgewickelt ist, um es in die Vorrichtung gemäß der Erfindung über einen dem sich erweiternden Endabschnitt des Gehäuses 30 lockeren Strang gezogen wird, kann aus jedem gezu zentrieren, bevor die gegossene Harzrohrfolie eigneten Werkstoff von geeigneter Festigkeit und hergestellt v.-ird. Dss elastische Halteorgan 21 α um- Verträglichkeit mit dem zu verarbeitenden Fluidgibt einen Teil des Bündels aus Fäden 12, der von gemisch, dem Poljiucitsai, aus dem die Hohiiadeninnerhalb der zentrifugal gegossenen Harzrohrfolie membranen bestehen, dem Werkstoff, aus dem die 13a bis in den Ringraum 22 zwischen dem Bündel ₃₅ gegossenen Rohrfolien bestehen, und mit anderen von Membranen 12 und dem Gehäuse 10 hinein- Materialien, mit denen der Mantel in Berührung reicht. Das Halteorgan 21a umgibt ferner einen kommt, gefertigt sein. Der Mantel kann jede prak-Teil der beiden biegsamen porösen Mantelelemente tische Konstruktion aufweisen, die porös und bicg-14a. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungs- _sam ist. Vorzugsweise wird der Mantel aus einem form der Vorrichtung hat die innere Oberfläche 24 ₄₀ solchen Werkstoff und in einer solchen Konstrukder zentrifugal gegossenen Harzrohrfolie 13 a eine iion hergestellt, daß er fest und abriebbeständig ist konkav gekrümmte Form, wie sie entsteht, wenn die und mindestens in der Umfangsrichtung schrumpfen gegossene Harzrohrfolie bei dem in der USA.-Pa- oder sich verkürzen kann, so daß er eine gleichtentschrift 33 39 341 beschriebenen Herstellungs- mäßige Verdichtungswirkung auf das von ihm umverfahren unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft 45 faßte Fadenbündel ausübt, wenn er in Längsrichtung erhärtet. Wie bereits erwähnt, entsprechen die be- unter Spannung gesetzt wird. Die bevorzugte Kon-

vorzugtcn Ausruhrungsformen der Erfindung verbesserten Vorrichtungen gemäß der genannten Patentschrift. Bündel von Hohlfadenmembrancn, die

struktion ist ein Rundgewirk aus geeignetem Stoff, wie Baumwoll- oder Polyesterladen. Ein solcher Mantel erleichtert das Einsetzen des Bündels in das

sich für die Vorrichtungen gemäß der Erfindung 50 Gehäuse, ohne daß die Fadenmembranen in dem

Bündel dabei flachgedrückt oder beschädigt werden. Der oben beschriebene biegsame, poröse Mantel entspricht aber nicht den Anforderungen, die an das elastische Haltcorgan gemäß der Erfindung gestellt

eignen, können nach den in der genannten Patentschrift beschriebenen Verfahren zusammengesetzt
werden. Zu diesen Verfahren gehört das Erspinnen
von Hohlfadenmembranen, die zu einem Strang aufgewickelt werden, dessen Länge und Breite sich nach 55 werden, da er den Hohlfaden nicht die Unbeweglichder Länge und Breite des Gehäuses der fertigen Vor- keit verleiht, die erforderlich ist, um einen Bruch richtung richtet. Der Strang wird dann zu einer lang- der Fäden in dem Bereich, m den durch Kapillargestreckten Form ausgezogen, und über dem lang- wirkung Harz eingesaugt wird, zu verhindern, gestreckten Strang wird ein biegsamer poröser Man- Die gegossenen Harzrohrfolien der Vorrichtung

tcl oder werden mehrere biegsame poröse Mantel 60 gemäß der Erfindung können aus den verschiedenangebracht, um die weitere Hantierung des Bündels sten geeigneten härtbaren flüssigen Harzen, wie PoIy-

- - ■ - ester-. Phenol-, Melamin-, Silicon- und Epoxyharzen,

hergestellt werden. Ein besonders bevorzugtes Harz, welches eine gute Festigkeit liefert, ist ein Gemisch aus einem mit Butylglycidyläther modifizierten Epoxypolymcrisat. einem modifizierten aliphatischen Aminaddukt und Triphenylphosphit. Aus solchen

zu erleichtern. In Vorrichtungen der beschriebenen Art brauchbare Hohlfadcnmembranen haben im allgemeinen Außendurchmesser von etwa 10 bis 250 μ, vorzugsweise von 15 bis 150 μ, und Wandstärken «. von etwa 2 bis 75 μ, vorzugsweise von 5 bis 40 μ. Im allgemeinen sollen die Faden mit geringeren Außendurchmessern dünnere Wandungen aufweisen.

Stoffen gegossene Rohrfolien lassen sich z. B. nach

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dem in der USA.-Patentschrift 33 39 341 beschrie- Fäden hängt von dem effektiven Fadendurchmessei benen Zentrifugalgießverfahren verformen. Bei der und der effektiven Fadenlänge, der Viscosität des Herstellung der gegossenen Harzrohrfolie, gleich Fluids und dem Effektivdruck ab und wird durch nach welchem Verfahren sie erfolgt, wird die Menge die bekannten Gleichungen von Poiseuille und des flüssigen Harzes um das Ende des Fadenbündels 5 Bernoulli angegeben. In der Praxis wird die tatherum so bemessen, daß die Rohrfolie das Ende des sächliche Fluidströmung aus einer Diffusionstrenn-Fadenbündels sowie einen Teil des elastischen Halte- vorrichtung bei verschiedenen Drücken bestimmt. organs umschließt. Die Harzmenge soll aber nicht Mit gasförmigen Fluiden erhält man eine gerade so groß sein, daß kapillares Einsaugen von Harz Linie, wenn man das Verhältnis der Strömung bei über die Grenzen der Zone hinaus stattfindet, die io einem jeden Druck zu dem betreffenden Druck als durch das elastische Halteorgan zusammengehalten Funktion des Verhältnisses des Druckes zu dem Prowird. Wenn man das Zentrifugalgießverfahren andukt aus der Gasviskosität und der Temperatur in wendet, welches die bevorzugte Methode zur Herstel- ein Diagramm einträgt. Die Steigung dieser gerader lung der Rohrfolie darstellt, läßt man das flüssige Linie in dem Diagramm steht zu der Anzahl dei Harz erhärten, während die Zentrifugalkraft auf das i₅ gebrochenen Fäden in Beziehung, und der Schnitt- Bündel einwirkt, so daß sowohl der eingekittete Teil punkt dieser Linie mit der Achse steht zu der tat- des Bündels als auch derjenige Teil desselben, der sächlichen Diffusionsgeschwindigkeit des Fluids von dem elastischen Halteorgan begrenzt wird, hoch- durch die Membran in Beziehung. Dies ist im eingradig verdichtet und unbeweglich gemacht werden. zelnen in dem nachstehenden Beispiel dargelegt Nach der Herstellung kann die Rohrfolie nach den ₂₀ welches ein bevorzugtes Verfahren zum Zusammen in der USA.-Patentschrift 35 07 175 beschriebenen setzen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung er-Verfahren aufgeschnitten werden, um die Hohlfaden- läutert und die Vorteile der Erfindung aufzeigt,
membranen wieder zu öffnen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist bei Beispiel
Drücken und Temperaturen verwendbar, die zu einer 25

beträchtlichen Erhöhung der Trenngeschwindigkeit ^A- Herstellung von Hohlfadenmembranen
durch semipermeable Diffusion führen, ohne daß es Hohlfsdcnmembranen werden durch Schmelzzu einem erhöhten Bruch der Membranen kommt. spinnen von Polyäthylenterephthalat durch einf Eine Vorrichtung z.B., die 40 000 000 Polyäthylen- 72-Loch-Spinndüse nach den Verfahren der USA.-terephthalat-Hohlfadenmembranen enthält und ela- 30 Patentschrift 33 97 427 hergestellt Die einzelner stische Halteorgane in form von Wicklungen elasti- Fäden des 72fädigcn Garns haben einen mittlerer scher Bänder aus texturierten Garnen aus dem glei- Außendurchmesser von 35 8 μ und eine mittlere dien Poiyesier aufwe.M Kann zur Zerlegung von _lichtc «Viic von ΐΗ,υμ, entsprechend einem milt-Luft in Sauerstoff und Stickstoff bei Drucken von leren Verhältnis der inneren Querschnittsfläche zui mindestens 45 kg/cm- und Temperaturen von 43° C 35 Gesamtquerschnittsfläche von 0 "»5 - 1 Die Berstverwendet werden, wobei der gesamte Fadenbruch festigkeit der Fäden (der Innendruck.'bei dem de. bei der Herstellung und beim Betneb der Vornch- erste Faden einer Probe in einem Wasserbad bricht; tung häufig weniger als 2000 (0,005 %>) und selten beträgt 98 kg cm² bei 40" C
mehr als 20 000 Fäden (0.05 °.o) beträgt. Ähnliche

Vorrichtungen, jedoch ohne elastische Halteorgane, 40 B- Zusammenbau der Diffusionstrennvorrichtung

können kontinuierlich bei niedrigem Gesamtfaden- Ein großer Strang aus endlosen Hohlfadcnmem-

bruch nur bei Drücken bis etwa 35 kg/cm* und Tem- branen wird gemäß der USA -Patentschrift 31 W 341

peraturen unter 21° C betrieben werden, und es gewickelt. Der Strang wird zwischen zwei Trägen

kommt zu erheblichem Fadenbruch, z. B. zum Bruch so gestreckt, daß man ein Bündel aus 39,8 Millioner

von mindestens 40 000 Fäden (0,1 "O), wenn man 45 parallelen Hohlfadenmembranen erhält Das Bünde'

derartige _ Vorrichtungen nur wenige Stunden bei wird, wie es in der genannten Patentschrift beschric·

Drücken in der Nähe von 35 kg/cm* _ und Teniprra- bcn ist, in zwei biegsame, poröse Mantel aus Poly

türen in der Nahe von 38- C oder bei Drucken über älhylcntcrephthalatfasereewirk eingeschlossen. Da!

etwa 42 Ug/cm* und Temperaturen in der Nähe von Bündel wird maschinell zu einer im wesentlicher

21 C arbeiten laßt. 50 gleichmäßig gepackten zylindrischen Form verformt

Die Anzahl der gebrochenen Faden in einer Diffu- die einen Umfang von 94 cm und eine Nennlängf sionstrennvorrichtung der oben beschriebenen Art von 4,9 m aufweist. Dieses Bündel wird unter Span kann bestimmt werden, indem man von der Tatsache nung seines Eigengewichts senkrecht aufg-hänft- unc Gebrauch macht, daß die Druckänderung unter- eine dritte Schicht^ aus biegsamem porösem Mantelschiedhche Wirkungen auf die Geschwindigkeit der 55 material wird über eine Strecke von 63 5 cm übei Diffusion eines Fluids durch eine Membran und auf das obere Ende des Bündels cezoeen Beginnend ir die Geschwindigkeit hat, mit der em Fluid aus einer einem Abstand von 2 3m von der Mitte des Bün-Kapillarrohre ausströmt. Die Gesamtströmung des dels, wird das obere Ende des Bündels über ein« aus Hohlfadenmcmbranen, die auch gebrochene Länge von 30,5 cm zur Mitte des Bündels hin durcr Fäden enthalten, bei einem bestimmten Druck auf- 60 Bewickeln mit einem elastischen 'Gewebeband weitci gefangenen Fluids ist die Summe der tatsächlichen in seinem Umfang vermindert Dieses Band ist eir Diffiisionsströmung durch die Membranen und der 2 .,-Köperband mit 64 Fäden ic "> 54 cm gewebt mü I.eckströmung aus den gebrochenen Fäden. Die einer Blattbreite von 7 6 cm und" mit 10 Schußfüder Diffiisionsströmung hängt von der effektiven Mcm- je 2.54 cm, wobei für Kette und Schuß ein 40fädiges branflachc. dem Effekt.vdnick und der Diffusions- «5 Garn von 150 den aus texturierten Polväthylcnlcre· geschwindigkeit des Fluids durch die Membran ab phthalatfadcn verwendet wird Das Gcwcbcbanc und wird durch die bekannten Flickschen Gleichim- wird abgekocht, so diß es in seiner' Breite auf Sengen angegeben. Die Leckströmung aus gebrochenen einläuft und die Kräuseln™ 'L· F'-irf™ sowie die

11 12

Elastizität des Garns verstärkt wird. Beim Umwik- Tabelle I
kein des Hohlfadenmembranbündels wird das Band

unter einer Spannung von 4,35 kg gehalten, die aus- Einwirkungszeit Bedingungen

reicht, das Band um 80% zu verlängern, so daß es Gesamt- Stunden- Temperatur, Druck,

zur Verminderung des Bündelumfanges beiträgt. In 5 Stundenzahl differenz ° C atü

der fertigen Umwicklung wird das Band unter einer

Spannung von etwa 0,45 kg gehalten, die ausreicht, 120 120 41 2,7
um es um etwa 60% seiner ursprünglichen Länge 160 40 38,3 34
und um etwa 40 ⁰Zo der Länge zu dehnen, die es in 190 30 38,3 37,4
entspanntem Zustand hat. Das Band wird in 35 sich io 334 144 38,3 2,7
überlappenden Windungen in zwei Schichten herum- 358 24 38,3 37,4
gewickelt, so daß man in dem fertigen elastischen 382 24 38,3 40,8
Halteorgan eine Umfangsspannung von 0,54 kg je 402 20 38,3 44,2
cm Umwicklungslänge erhält. Der endgültige Umfang des umwickelten Teils des Bündels beträgt 15 Der maximale Arbeitsnenndruck in dem Gehäuse 83,8 cm. Über dem umwickelten Abschnitt des Bün- dieser Vorrichtung beträgt 44,2 atü. Während der dels wird eine Außenschicht aus mäßig dicht ge- Untersuchung wird von Zeit zu Zeit die Geschwindigpackter Polyamidschnur gleichmäßig befestigt, bis keit der Stickstoffströmung aus dem Gehäuse der ein Umfang von 96,5 cm erreicht ist. Vorrichtung bei fortschreitend abnehmenden Drük-

Dieses Wickelverfahren wird auch am anderen 20 ken in den Hohlfadenmembranen bestimmt. Typische Ende des Bündels durchgeführt. Das in die bieg- Werte, die am Ende des Versuchsprogramms erhalsameii ManLelschichten eingeschlossene und in der ten werden, sind in Tabellen zusammengefaßt. Die Nähe seiner beiden Enden mit dem elastischen Strömungen des Stickstoffs aus der Vorrichtung, die Halteorgan umwickelte Hohlfadenmembranbündel Arbeitsdrücke und die Abmessungen der Membranen wird in ein zylinderförmiges Gehäuse von einem as werden verwendet, um für jeden Prüfdruck den effek-Nenndurchmesser von 30,5 cm und einer Länge von tiven Diffusionskoeffizienten zu berechnen. Der effek-4,27 m zwischen den Flanschen eingesetzt. Innerhalb tive Diffusionskoeffizient ist größer als der wahre des äußeren biegsamen Mantels wird eine mäßig Diffusionskoeffizient, weil er unter Einschluß der dicht gepackte Polyamidschnur so angebracht, daß Strömung aus den gebrochenen und undichten Fäden sie an beiden Enden den Raum zwischen dem Bün- 30 berechnet ist. Der wahre Diffusionskoeffizient wird del und der Innenseite des sich erweiternden End- aus der beobachteten Strömung und dem angelegten abschr.ittcr, der, Gehäuses ausfüllt. An beiden Enden Druck berechnet, indem man das Verhältnis aus dicdes Gehäuses werden Formkappen angebracht, und _sen Zahlen als Funktion des Verhältnisses des an-Rohrfolien aus Epoxyharz werden an beiden Enden gelegten Druckes zu dem Produkt aus der bekannten gemäß der USA.-Patentschrift 33 39 341 durch Zen- 35 Viskosität des Stickstoffs (bei jedem Arbeitsdruck trifugalguß hergestellt. Die Harzmenge genügt, um _und jeder Arbeitstemperatur) und der absoluten die Formkappen zu füllen und über eine Strecke von Temperatur in ein Diagramm einträgt. Der Schnitt-12.7 cm bis zu einer Zone zu reichen, die etwa die punkt der durch die Punkte dieses Diagramms geHälfte desjenigen Teils eines jeden Bündelendes um- zngenen besten geraden Linie mit der Koordinate faßt, der mit den elastischen Halteorganen umwickelt 40 für den Druck Null dieses Diagramms zeigt an, daß ist. Dann werden die Formkappen abgenommen, die der wahre Diffusionskoeffizient für eine ähnliche Enden der Harzgußteile in einer Entfernung von Vorrichtung, die keine gebrochenen Fäden enthält 5 cm von den Außenflächen der Endflansche des und bei 38,3° C unter einem Druck von 34 atü ar-Gchäuses abgeschnitten, wie es in der USA.-Patent- beitct, 1,31 Centibarrer beträgt, was einer StickstofT-schrift 35 07 175 beschrieben ist, und mit Dichrungs- 45 strömung aus einer ähnlichen, keine gebrochenen ringen versehene Endverschlüsse angebracht, um den Fäden aufweisenden Vorrichtung von 0,0320 Nm¹/ Zusammenbau der Diffusionstrcnnvorrichtung zu min entspricht. Die Steigung der besten, durch die vervollständigen. Punkte gezogenen Linie zeigt an, daß die Anzahl C. Auswertung der Vorrichtung ^der gebrochenen Fäden 5368 (oder 0 013-Vo der Ge-

50 samtzahl der Faden in dem Bündel) betragt. Die

Die oben beschriebene Vorrichtung wird in eine Steigungen der von jedem der aufgetragenen Punkte

Kammer von konstanter Temperatur eingesetzt und zum Koordinatenschnittpunkt für den Druck NuI:

für die in Tabelle I angegebenen Zeiträume auf den gezogenen besten Geraden liefern die Basis für die

angegebenen Temperaturen und unter den angegebe- Berechnung der Anzahl der unter der jeweiliger

nen, auf die Innenseite der Hohlfadcnmembranen 55 Kombination von Versuchsbedingungen gebrochener

einwirkenden Stickstoffdrücken gehalten. Fäden. Die Werte finden sich in Tabelle II.

Tabelle II

	Versuch Nr.	2	3	4	5
	1	32,98	27,54	21,42	13,80
Stickstoffdruck, atü	44,13	0,0401	0,0323	0,0240	0,0146
StickstorTströmung, Nm3/min	0,0567	1,693	1,635	1,560	1,471
Effektiver Diffusionskoeffizient	1,791	5371	6220	5876	5102
Geschätzte Anzahl	4464
der gebrochenen Fäden			Blatt Zeichnungen
	Hierzu 1

Claims (3)

23 3 Patentansprüche:

1. Hohlfaden-Diffusionstrenngerät zum Zerlegen von Fluidgemischen, bestehend aus einem Hohlfadenbündel, dessen Enden in wenigstens einen Harzpfropfen eingegossen sind und welches

in einem Rohrgehäuse untergebracht ist, gekennzeichnet durch ein oder mehrere elastische, unter Spannung stehende Halteorgane (21a, 2Ib), die sich von innerhalb der zugehörigen Harzrohrfolien (13 a, 13 b) längs des Bündels (12) so weit über die Rohrfolien hinaus erstrecken, wie durch Kapillarwirkung eingesaugt worden ist.

2. Hohlfaden-Diffusionstrenngerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlfadenbündel (12) und die elastischen Halteorgane (21a, 216) aus Polyäthylenterephthalat bestehen.

3. Hohlfaden-Diffusionstrenngerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Halteorgane (21 a, lib) Umwicklungen aus einem aus Kettgarnen hergestellten, gewebten Band sind.