DE2346982C3 - Hohlfaden-Diffusionstrenngerät zum Zerlegen von Fluidgemischen - Google Patents

Description

(21a, 216) aus Polyäthylenterephthalat be- ^en^LhrucK^ ^^ _polymeris

^Stf "Hohlfaden-Diffusionstrenngerät nach An- " £«Ε£ΐ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elasti- druck. aut g^iae _{sich auch} schne

sehen Halteorgane (21a, 216) Umwicklungen Trennvorgange i _{Das Arbeiten be den}

aus einem aus Kettgarnen hergestellten, gewebten ^T^P^er^^tur _r ^e _a ⁿ _{ktisch erre}i_chbaren Drücken und Tem-Band sind. *⁵ ^J^ P^^aK _{daher {ür die} technische Anwendung

solcher Vorrichtungen wichtig.

Es wurde gefunden, daß die praktischen Arbeitsdrücke und -Temperaturen beim technischen Betneb ₃o Ser Vorrichtungen nach oben hin dadurch be-SSt sind daß die Hohlfadenmembranen in der Se der Rohrfolien, und zwar besonders in der Nähe der Rohrfolienoberflächen, wo Harz durch KaSillarvvirkung in die Fadenbündel eingesaugt wor-KapiiiarwHNui _{B z} g _dj_e praktischen Ar-

³⁵ SsSuc^bkT^hvon VoStun^en, die hohlfaden ™j BersSSen von mehr als 70 kg/cm* enthalten, nach "SΪ? weniger als 35 kg/cm» begrenzt weil an den SteHen, wo das Harz durch Kapillarwirkung e,nden ^ate^il(-"' _{h id Fäden} brechen, wenn

^{40 g}:™tZu^ bet wesentlich höheren Drücken zu S bi ^e^Druckai

:tZubet wes

Seiten Besonders wenn man bei ^^

Die Erfindung betrifft ein Hohlfaden-DiSusions- und^P«;¹»¹"^ ^^ Vo^richtunge'n eine starke

trenngerät (Dialysator) zum Zerlegen von Fluid- ^^ften%_{uf das erzie}lbare Fluidtrennvermogen.

gemischen, bestehend aus einem Hohlfadenbundel, 45 Wirkung ™ _{des kapillaren} Emsaugens von

dessen Enden in wenigstens einen Harzpfropfen ein- ^ ^eS _{Harz in die} Fadenbündel vor dem Erstarren

gegossen sind und welches in emem Rohrgehause ^»'fj^ -_{st schon in der} USA-Patentechnft

untergebracht ist. . ^_{n 42}729 erwähnt. Die USA.-Patentschnft 33 39 J4!

Die USA.-Patentschrift 33 39 341 beschreibt eine U « ^ verwendung eines biegsamen porösen

Vorrichtung zum Zerlegen von Fluidgem.schen ₅o beschreib^^a.e Fadenbündel zu verdichten. Ferner

durch selektive Diffusion der Bestandte.le durch die MA^ _{patentscnrift eine} Rohrfol.eng.eB-

Wandungen von Hohlfadenmembranen. Die Vornch- ^eschremt ^ Zentrifugalkraft Gebrauch

tune besteht im wesentlichen aus emem Bündel aus "™^ac^ ^a _{das Eindr}ingen des flüssigen Harzes in

geeigneten Hohlfadenmembranen, das in Langsnch- ^m^^cm' _ackten Fadenbündel zu unterstutzen,

fung von mindestens einem langgestreckten, bieg- 55 die «6^ _{wirken zwar dem} kapillaren

samen, porösen Mantel umgeben ,st, an jedem Ende Sdch s Ow. ^ _{päden jn d} gunde

des Bündels je einer gegossenen Harzrohrfohe, wobei ^"^S _e ^a"⁸ _n ^Cn _verhindcrn diese Erscheinung jedoch nicht

die Hohlfadenmcmbranen in die Rohrfohe einge- em^ ,

bettet sind und sich durch sie hindurch erstrecken, gan . _{H die Aufga}be zugrunde, ein

einem das Bündel umgebenden Gehäuse, in dem das 60 Der ,Erfindung g ^^ ^ _dcm

Bündel an beiden Enden hermetisch dicht unter- "?^h'^^d^

gebracht is«, einer Zuleitung zum Ein «ten ernes be, ho cn Ο™Λ» ™ P_gtcn gearbeitet wer-

Fluidgemisches in das Innere der Hohlfadenmem- ^^m"_a'^C ₁ ^ie _ohn ^U _c ^1I _{daß die} Hohlfäden in der Nähe der

branen von einem Ende des Bündels her (Zufuhrung den ^nn. °h"^c J^aU _Hafz ^ _Kapi„_ar.

des Ausgangsgutes zur Außen- oder-Innenseite der 6₅ Ro^™™™™ Fadenbündel eingesaugt wird,

Hohlfaden), einer Ableitung zum Abziehen desjem- wirkung in

gen Teiles des Fluidgemisches der nicht durch die bersten. erfindungsgemäß dadurch ge-

Wandungen der Hohlfäden diffundiert ist, aus dem Uiese Aurgaoc

3 4

löst, daß das Hohlfaden-Diffusionstrenngerät ein der zentrifugal gegossenen Harzrohrfolien 13 a und

oder mehrere elastische unter Spannung stehende 13 b bis in den angrenzenden Ringraum 22 zwischen

Haiteorgane aufweist, die sich von innerhalb der dem Bündel und dem Gehäuse erstrecken. Das Aus-

zugehöngen H*™olien längs des Fadenbündels so maß der Zusammenhaltekraft, die von den elasti-

weit über die Ronrfohe hinaus erstrecken, wie durch 5 sehen Halteorganen auf das Bündel ausgeübt wird.

Kapillarwirkung Harz eingesaugt worden isi. ,_st aus F i g. 2 ersichtlich

Vorzugsweise bestehen das Hohlfadenbündel und Beim Betrieb der in Fig. 1 dargestellten Vorrich-

die elastischen Ha teorgane aus Polyäthylentere- tung wird das zu zerlegende Fluidgemisch, z. B.

phthalat Die Herstellung der Hohlfaden aus diesem Brackwasser oder ein Gasgemisch, wie ein Gemisch

Material ist an sich bereits aus den US-PS 33 39 341 ₁₀ aus Helium, Wasserstoff und Kohlenmonoxid, unter

und 35 26 001 bekannt. _{Druck durch die} öffnung 18 a des Endverschlusses

Vorzugsweise sind ferner die elastischen Halte- 11a in den fluidhaltigen Endraum 15 a und von dort

organe Umwicklungen aus einem aus Kettgarnen her- ins innere der Enden 12 a der Hohlfadenmembranen

gestellten, gewebten Band, wobei das Umwickeln des 12 eingeleitet. Der leichter diffundierende Teil des

Fadenbündels nut gewebten Bändern ebenfalls be- 13 Ausgangsfluidgemisches, z. B. das Wasser, diffun-

reits aus den vorausgehend genannten Patentschriften diert durch die Wandungen der Hohlfadenmembra-

an sich bekannt ist. _{nen> str}ö_mt ins Innere des Gehäuses 10 und wird

Ein Ausführungsbeispiel 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 weniger 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 12 b der

F i g. 2 zeigt einen sich erweiternden Teil der Vor- Hohlfadenmembranen 12 in den fluidhaltigen Endrichtung gemäß Fig. 1 und erläutert besondere 25 raum 15ft des Endverschlusses 11 & und wird durch Merkmale der Erfindung. die Endöffnung 18 b 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 nSA.-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 Restfluid 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 11 b 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 12 b durch druckdichte, membranen zugeführt wird.

zentrifugal gegossene Harzrohrfolien 13 a und 13 b 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 13 α und 13 ft hineinreicht. Vermittels der Dichtungs- für die Vorrichtung eignet und sich leicht darin einringe 16a und 16ft und der O-Ringdichtungen 17a 50 bauen läßt, ohne daß die erfindungsgemäß erzielten und 17/), die zusammen mit den zentrifugal gegos- Vorteile verlorengehen. Vorzugsweise erstreckt sich sencn Rohrfolien 13a und 13ft das Bündel an bei- das Halteorgan etwa vom Mittelpunkt der gegossenen den Enden hermetisch 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 15 a und 55 dem Gehäuse und besteht aus Wicklungen aus einer 15/) in den Endverschlüssen 11a und lift. Die End- Schicht oder mehreren Schichten aus Gewebeband, verschlüsse 11a und lift haben Öffnungen 18a bzw. die in dichter Aufeinanderfolge um das Hohlfaden-18 ft 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 19ft und an den an dem 60 zugsweise um mindestens 7,6 cm über die Stelle Gehäuse befindlichen Flanschen 20a und 20 ft in hinaus, an der Harz durch Kapillarwirkung zwischen hermetisch dichter Beziehung zu dem Gehäuse 10 die Fäden des Bündels eingesaugt worden ist, in den gehalten. Ringraum hinein erstrecken. Ein Halteorgan, das

Die selektive Diffusionstrcnnvorrichtung gemäß 10 bis 30cm lang ist, kann sich z.B. 5 bis 15 cm in

der Erfindung weist außer den oben beschriebenen 65 die Rohrfolie und 5 bis 15 cm in den Ringraum

bekannten Bestandteilen elastische Halteorgane 21a zwischen dem Fadenbündel und dem Gehäuse hinein

und 21 b auf, die die Enden des Bündels aus Hohl- erstrecken. In typischer Weise ist das Halteorgan

fadenmembranen umgeben und sich von innerhalb etwa 1,3 bis 6,4 mm dick. Ein solches elastisches

Halteorgan beschränkt das kapillare Einsaugen von flüssigem Harz in das Bündel beim Zusammenbau der Diffusionstrennvorrichtung und ermöglicht den Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung bei höheren Drücken und Temperaturen mit einem entsprechend vergrößerten Ausstoß ohne wesentliche Zunahme des Bruchs von Hohlfadenmembranen. Solche höheren Arbeitsdrücke und -temperaturen erhält man besonders mit Hohlfadenmembranen aus Polyäthylenterephthalat, die für die Trennung von Wasserstoff und Helium von anderen Gasen und für die Zerlegung von Luft in Sauerstoff und Stickstoff verwendet werden.

Obwohl das bevorzugte elastische Halteorgan aus Gewebebandwicklungen besteht, kann das Halteorgan auch aus einer Schicht oder aus mehreren Schichten aus Cord, Schnur, Riemen oder Vliesstoff bestehen, die in dicht beieinanderliegenden Windungen um das Bündel herumgewickelt sind und dabei eine genügende Ausdehnung und Spannung behaltenum das Bündel durch die Hemmkräfte zusammenzuhalten. Andererseits kann das Halteorgan auch eine solche Bauart oder Zusammensetzung aufweisen, daß es elastisch genug ist, um sich beim Aufbringen auf das Hohlfadenmembranbündel zu dehnen, sich bei teilweiser Entspannung in seiner Form der Größe des Bündels anzupassen, sich der verminderten Größe anzupassen, die das Bündel bei den nachfolgenden Verfahrensstufen des Zusammenbaues der Vorrichtung annimmt, und das Bündel zusammenzuhalten und unbeweglich zu machen, so daß es sich bei der nachfolgenden Verwendung der Vorrichtung nicht wieder nach außen ausdehnen kann. Das Halteorgan kann z. B. ein aus einem Stück gefertigter Zylinder aus einem elastomeren Werkstoff sein, der in entspanntem Zustand einen geringeren Umfang hat als das Hohlfadenmembranbündel in der Vorrichtung, in der es sich befindet. Ein solches zylinderförmiges Halteorgan kann an einem Hohlfadenmembranbündel angebracht werden, indem man es auf einen weiteren Umfang als denjenigen des Bündels ausweitet, es über ein Ende des Bündels zieht und es sich dann auf den Umfang des Bündels entspannen läßt, wobei man die Ausdehnung und Spannung ausreichend bemißt, um das Bündel zusammenzuhalten und unbeweglich zu machen.

Wie bereits erwähnt, ist das Halteorgan elastisch, d. h., es hat eine solche Zusammensetzung oder Bauart, daß es sich bei praktisch in Betracht kommenden Spannungen ohne Bruch zu einem solchen Ausmaß elastisch ausdehnen läßt, daß es um das Ende des Hohlfadenmembranbündels herum eingesetzt werden kann. Die Ausdehnung des Halteorgans beim Einbau um das Fadenbündel herum erfordert eine Dehnung des Organs entweder durch Vergrößerung des Umfanges des Halteorgans oder durch Vergrößerung der Länge des Gebildes, aus dem das Organ hergestellt wird, um mindestens 30% des Umfanges bzw. der Länge in entspanntem Zustand. Da das Halteorgan die Hohlfadenmembranen, mit denen es in Berührung kommt, nicht zerdrücken darf, soll die Ausdehnung um mindestens etwa 30% bei einer Spannung, die geringer ist als die beim Aufziehen des Organs auf das Bündel zum Zerdrücken der Hohlfadenmembranen erforderliche Spannung, ohne Bruch des Halteorgans durchführbar sein. Solche Zerdrückspannungen können, wenn sie am Umfang angreifen, in der Richtung der Hohlfadenmembranausdehnung 14 bis 70 kg/cm² betragen. Vorzugsweise soll das elastische Halteorgan so stark ausdehnbar sein, ohne zu zerreißen, daß der Umfang, den es in entspanntem Zustand hat, sich bei einer Spannung von weniger als etwa 8,9 kg je cm Länge verdoppelt. Wirksame Halteorgane, die für Polyäthylenterephthalat-Hohlfadenmembranen verwendet werden, sind bei Spannungen von etwa 0,9 bis 4,5 kg/cm um

ίο etwa 50 bis 500% ausdehnbar.

Das elastische Halteorgan muß das Hohlfadenmembranbündel zusammenhalten, d. h., es muß nach dem Überziehen über das Bündel oder nach der Verformung um das Bündel herum sowie bei der Herstellung der gegossenen Harzrohrfolie unter ausreichender Spannung bleiben, um an jeder Verminderung des Umfanges oder Formänderung des Hohlfadenbündels, wie sie normalerweise, z. B. beim Zentrifugalgießen, stattfindet, teilzunehmen und dieselbe zu unterstützen. Die für ein ausreichendes Zusammenhalten des Bündels erforderlichen Drücke brauchen nur ganz gering zu sein und können Umfangsspannungen in dem Halteorgan von nur etwa 0,09 kg je cm Länge entsprechen. Vorzugsweise ist

as die Umfangsspannung in einem solchen Halteorgan nach der Herstellung einer Harzrohrfolie größer als etwa 0,36 kg/cm. Bei Halteorganen für Hohlfadenmembranbündel aus Polyäthylenterephthalat beträgt die Umfangsspannung gewöhnlich etwa 0,54 bis 0,9 kg/cm.

In Anbetracht der oben erläuterten Umstände ist der Umfang desjenigen Teils des Bündels, der von dem elastischen Halteorgan begrenzt wird, d. h. des unbiegsamen Teils des Bündels, wesentlich kleiner als derjenige des nicht eingekitteten und unbehinderten Teils des Bündels, und daher ist der Verdichtungsgrad des Bündels in dem von dem Halteorgan zusammengehaltenen Teil größer als in dem nicht zusammengehaltenen Teil des Bündels. Normalerweise beträgt der Verdichtungsgrad, berechnet, wie nachstehend angegeben, mindestens 70%, vorzugsweise mindestens 75 %:

100

Hierin bedeuten
% C = prozentuale Verdichtung,

N = Anzahl der Hohlfäden von kreisförmigem

Querschnitt in einem Bündel,
D₁ = Außendurchmesser des Hohlfadens,
D_r = lichte Weite der Begrenzungszone von kreisförmigem Querschnitt, die von dem das

Hohlfadenbündel umgebenden elastischen Halteorgan gebildet wird.

Aus den obigen Ausführungen ergibt sich, daß das elastische Halteorgan so zusammengesetzt oder so konstruiert sein kann, daß es beim Anbringen oder bei der Herstellung eine bleibende Verformung erleidet, sofern es nur genügend Spannung beibehält, um das Fadenbündel zwangsläufig zusammenzuhalten. Ein elastisches Halteorgan ist brauchbar, wenn es bei einer Dehnung um mindestens 10% des Umfanges, den es in entspanntem Zustand hat, eine Spannung von etwa 0,09 kg/cm Länge behält. Ein bcson-

(ο

ders bevorzugtes elastisches Halteorgan ist ein streck- so daß das Verhältnis der Querschnittsfläche der bares Band oder eine streckbare Bahn, hergestellt Innenbohrung der Fäden zu der Gesamtquerschnittsmit Kettgarnen aus Polyäthylenterephthalatfasern, fläche innerhalb des äußeren Umfanges der Fäden die derart gekräuselt oder texturiert worden sind, etwa 0,12 : 1 bis 0,60 : 1 beträgt. Vorzugsweise bedaß die Garne elastisch sind. Die Kettgarne aus sol- 5 trägt dieses Verhältnis etwa 0,18 : 1 bis 0,45 : 1. chen texturierten Fasern können nach in der Textil- Solche Hohlfadenmembranen können durch Verspintechnik bekannten Methoden aus Endlosfäden oder nen von Polymerisatschmelzen oder -lösungen durch aus Stapelfasern hergestellt werden. Ein solches kreisförmige Hohlfadenspinndüsen in an sich beBand kann etwa 0,64 bis 10 cm breit sein und etwa kannter Art hergestellt werden. Die Hohlfaden-20 bis 100 Kettgarne je 2,54 cm enthalten, wobei 10 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 erfindungsgemäß durch das elastische Halteorgan Polyethylenterephthalat, fluorsubstituierte Polymerizusammengehalten wird. Gemäß F i g. 2 umschließt _ao sate, wie Copolymerisate aus Tetrafluoräthylen und das Gehäuse 19 mit dem Flansch 20 a ein Bündel Hexafluorpropylen, Acrylharze, Polystyrol, PoIyaus Hohlfadenmembranen 12, das von einem Paar vinylchlorid, Polyacrylnitril, Polyvinylformal, PoIyvon biegsamen porösen Mantelelementen 14 a um- urethan sowie Celluloseether und -ester, wie Äthylgeben wird. Die Hohlfadenmembranen 12 laufen in cellulose, Celluloseacetat und Celluloseacetat-butyhermetischer Abdichtung durch die zentrifugal ge- 25 rat. Ein bevorzugter Membranwerkstoff ist PoIygossene Harzrohrfolie 13 a hindurch. Die zentrifugal äthylenterephthalat.

gegossene Harzrohrfolie 13 a kann ein Verstärkungs- 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 wird. Das elastische Halteorgan 21a um- Verträglichkeit mit dem zu verarbeitenden Fluidgibt einen Teil des Bündels aus Fäden 12, der von gemisch, dem Polymerisat, aus dem die Hohlfadeninnerhalb der zentrifugal gegossenen Harzrohrfolie membranen bestehen, dem Werkstoff, aus dem die 13 a 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 bieg-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 tion 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 Herstellung- 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 Konvorzugten Ausführungsformen der Erfindung ver- struktion ist ein Rundgewirk aus geeignetem Stoff, besserten Vorrichtungen gemäß der genannten Pa- wie Baumwoll- oder Polyesterfäden. Ein solcher tentschrift. Bündel von Hohlfadenmembranen, die Mantel erleichtert das Einsetzen des Bündels in das sich für die Vorrichtungen gemäß der Erfindung 50 Gehäuse, ohne daß die Fadenmembranen in dem eignen, können nach den in der genannten Patent- Bündel dabei flachgedrückt oder beschädigt werden, schrift beschriebenen Verfahren zusammengesetzt Der oben beschriebene biegsame, poröse Mantel werden. Zu diesen Verfahren gehört das Erspinnen entspricht aber nicht den Anforderungen, die an das von Hohlfadenmembranen, die zu einem Strang auf- elastische Halteorgan gemäß der Erfindung gestellt gewickelt werden, dessen Länge und Breite sich nach 55 werden, da er den Hohlfäden 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, in 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

tel oder werden mehrere biegsame poröse Mäntel 60 gemäß der Erfindung können aus den verschiedenangebracht, um die weitere Hantierung des Bündels sten geeigneten härtbaren flüssigen Harzen, wie PoIyzu erleichtern. In Vorrichtungen der beschriebenen ester-, Phenol-, Melamin-, Silicon- und Epoxyharzen, Art brauchbare Hohlfadenmembranen haben im ail- hergestellt werden. Ein besonders bevorzugtes Harz, gemeinen Außendurchmesser von etwa 10 bis 250 μ, welches eine gute Festigkeit liefert, ist ein Gemisch vorzugsweise von 15 bis 150 μ, und Wandstärken ⁶5 aus einem mit Butylglycidyläther modifizierten von etwa 2 bis 75 μ, vorzugsweise von 5 bis 40 μ. Epoxypolymerisat, einem modifizierten aliphatischen Im allgemeinen sollen die Fäden mit geringeren Aminaddukt und Triphenylphosphit. Aus solchen 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 Fadendurchmesse: benen Zentrifugalgießverfahren verformen. Bei der und der effektiven Fadenlänge, der Viscosität de:

Herstellung der gegossenen Harzrohrfolie, gleich Fluids und dem Effektivdruck ab und wird durcl

nach welchem Verfahren sie erfolgt, wird die Menge die bekannten Gleichungen von Poiseuille um

des flüssigen Harzes um das Ende des Fadenbündels 5 Bernoulli angegeben. In der Praxis wird die tat

herum 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 umschliebi. Die Harzmenge soll aber nicht Mit gasförmigen Fluiden erhält man eine geradi

so groß sein, daß kapillares Einsaugen von Harz Linie, wenn rran das Verhältnis der Strömung be

über die Grenzen der Zone hinaus stattfindet, die 10 einem jeden Druck zu dem betreffenden Druck al:

durch das elastische Halteorgan zusammengehalten Funktion des Verhältnisses des Druckes zu dem Pro

wird. Wenn man das Zentrifugalgießverfahren an- dukt aus der Gasviskosität und der Temperatur ii

wendet, welches die bevorzugte Methode zur Herstel- ein Diagramm einträgt. Die Steigung dieser geradei

lung der Rohrfolie darstellt, läßt man das flüssige Linie in dem Diagramm steht zu der Anzahl de

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 Fluid

von dem elastischen Halteorgan begrenzt wird, hoch- durch die Membran in Beziehung Dies ist im ein

gradig verdichtet und unbeweglich gemacht werden. zelnen in dem nachstehenden Beispiel dargelegt

Nach der Herstellung kann die Rohrfohe nach den ₂₀ welches ein bevorzugtes Verfahren zum Zusammen

in der USA.-Patentschnft 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 offnen.

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 Hohlfadenmembranen werden durch Schmelz

zu einem erhöhten Bnich der Membranen kommt. _spirinen von Polyäthylenterephthalat durch eim

Eine Vornchtung ζ B., die 40 000 000 Polyäthylen- 72-Loch-Spinndüse nach den Verfahren der USA.

terephthalat-Hohlfadenmembranen enthalt und ela- 30 Patentschrift 33 97 427 hergestellt Die einzelne!

stische Halteorgane in Form von Wicklungen elasti- _Fäden des 72fädigen Garns haben einen mittlere.

scher Bander aus texturierten Garnen aus dem gle,- Außendurchmesser von 35,8 μ und eine mittler,

η,? n°w^er|o^afi' Tkt-HfTh -²A"^{8 VOn Hchte Weite von 18}'⁰^' entsprechend einem mitt

^i^;^^ iS^ed?^dvSi 5^^d? £^er "'Λ¹ d^deb^mric^dht

tung häufig weniger als 2000 (0,005·/.) und selten ££$&Ü™, ξ™^™™

mehr als 20 000 Fäden (0,05 Ve) beträgt. Ähnliche ^{E lW U}

Vorrichtungen, jedoch ohne elastische Halteorgane, 4" ^. Zusammenbau der Diffusionstrennvorrichtung

D₁SS in ?ΐ νΓ/ΙΙ li I₁T'^ η ΐ ^wird- ^{wie es in der} genannien Patentschrift techrie

££?£S££^cÄtS £&£££iä-"·T*^MSn _h'f^aus'S

τΖδ μα κ κ ττ-Α ■ ■ «.-« ⁵⁰ 8^leichmäßig gepackten zylindrischen Form verformt

Die Anzahl der gebrochenen Faden .η einer D₁Su- die einen Umfang von 94 cm und eine Nennläng,

sionstrennvomchtung der oben beschriebenen Art von 4,9 m aufweist. Dieses Bündel wird unter Span

SEi? JTS¹R '"η n^maV°H ^{der TatSaChe nung Sdnes} Eigengewichts senkrecht aufgehängt, un<

? ηγ 5 w?' ^{daß d}'e ^D™.^ckan<lerung unter- eine dritte Schicht aus biegsamem porösem Mantel

schiedhcheWirkungen auf die Geschwindigkeit der 55 material wird über eine Stre-ke vSn 63,5 cm übe

Daus.«.,eines Haute durch eine Membran und auf das obere Ende des Bündels gezogei. Beginnend h

die Geschwindigkeit hat, mit der ein Fluid aus einer einem Abstand von 2 3 m von der Mitte des Bün

Kaptohre ausströmt. D.e Gesamtströmung des dels, wird das obere inl des Bündels über ein,

aus Höh fadenmembranen, die auch gebrochene Länge von 30,5 _cm zur Mitte des Bündels hin durcl

Faden enthalten be, emem bestimmten Druck auf- 60 Bewickeln mit einem elastischen Gewebeband weite:

gefangenen Fluids ist die Summe der tatsächlichen in seinem Umfang vermindert Öleses Band ist eh

Diffusionsstromung durch die Membranen und der 2₂-Köperband mit 64 Fäden je 2 54 cm gewebt mi

Leckstromung aus den gebrochenen Fäden. Die einer Blattbreite von 7,6 an und mit 10 Schußfäder

geschwindigkeit des Fluids durch die Membran ab SÄ? vS^efÄT^'SffiS

und wird durch d.e bekannten Flickschen Gleichun- wird abgekocht, so daß es ^seiner Breite auf 5 cn

gen angegeben. D,e Leckstromung aus gebrochenen einläuft und die Kräuselung de? Fäden sowie di«

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% 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 i₅ 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 erhalsamen Mantelschichten eingeschlossene und in der ten werden, sind in Tabelle II zusammengefaßt. Die Nähe seiner beiden Enden mit dem elastischen Strömungen des Stickstoffs aus der Vorrichtung, die Halteorgan umwickelte Hohlfa Jenmembranbündel Arbeitsdrücke und die Abmessungen der Membranen wird in ein zylinderförmiges Gehäuse von einem 25 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 abschnittes des Gehäuses ausfüllt. An beiden Enden Druck berechnet, indem man das Verhältnis aus diedes Gehäuses werden Formkappen angebracht, und _sen Zahlen als Funktion des Verhältnisses des an-Rohrfolien aus Epoxyharz werden an beiden Enden geiegten 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- zogenen 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-Gehäuses abgeschnitten, wie es in der USA.-Patent- beitet, 1,31 Centibarrer beträgt, was einer Stickstoffschrift 35 07 175 beschrieben ist, und mit Dichtungs- 45 strömung aus einer ähnlichen, keine gebrochener ringen versehene Endverschlüsse angebracht, um den Fäden aufweisenden Vorrichtung von 0,0320 Nm³/ Zusammenbau der Diffusionstrennvorrichtung zu min entspricht. Die Steigung der besten, durch die vervollständigen. Punkte gezogenen Linie zeigt an, daß die Anzahl

r Ä„e »_rt „„ A*_r w^r-w,,™ der gebrochenen Fäden 5368 (oder 0,013 %> der Ge-

C. Auswertung der Vornchtung ^ ^B^ ^ _Fäden -_{n dem} ^v _{Bündel) beträgL Di{}

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 di<

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

nen, auf die Innenseite der Hohlfadenmembranen 55 Kombination von Versuchsbedingungen gebrochenei

einwirkenden Stickstoff drücken gehalten. Fäden. Die Werte finden sich in Tabelle II.

Tabelle II

Stickstoffdruck, atü
Stickstoff strömung, Nm³ /min
Effektiver Diffusionskoeffizient
Geschätzte Anzahl
der gebrochenen Fäden

Versuch Nr.	2	3	4	5
1	32,98	27,54	21,42	13,80
44,13	0,0401	0,0323	0,0240	0,0146
0,0567	1,693	1,635	1,560	1,471
1,791	5371	6220	5876	5102
4464		Blatt Zeichnungen
Hierzu 1

Claims (1)

1 Hohlfaden-DiSusionstrenngerät zum Zer- _s ^ fingen der Hohlfaden diffundiert ist,

legen von Fluidgemischen, bestehend aus emem 5 chjw fcewinnung von der Mantelseite

^!fadenbündel dessen Enden in wemgns J*^, Fluidzerlegungsvornchmngen s.nd _in

einen Harzpfropfen eingegossen sind und welches ner; _{patentschnften} 32 28 876 32 28 877

in einem Rohrgehäuse untergebracht ist ge- den 34 55 460, 34 75 331, 35 26 001 und

kennzeichnet durch ein oder mehrere £ ^ ₆₁₁ beschrieben.

elastische, unter Spannung stehende Halteorgane »0 35 36^ ^D _{auf der} Basis semipermeabler

(21a, 2Ib), die sich von innerhalb der züge- Trennvorn g ^ _nten p_atentschnften

hörigen Harzrohrfolien (13a, 135) angs des Hohlfaden von ^ _{besond m Zer}.