DE2352833A1

DE2352833A1 - Umkehrosmosegeraet

Info

Publication number: DE2352833A1
Application number: DE19732352833
Authority: DE
Inventors: Ronald Grove Gayler
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1972-10-25
Filing date: 1973-10-20
Publication date: 1974-05-09
Also published as: GB1451432A; DE2352833C2; FR2204438A1; NL7314566A; FR2204438B1; US3883434A

Description

PATENTANWÄLTE ^ D 59 Siegen

DIPLrING. ERICH SCHUBERT Marburger Tor 2- Postfach

DIPL.- ING ROLF PÜRCKHAUER 2352833 telefon: <027d ™

Telegramm-Anschrift: Patschüb, Siegen

73 052 Ktt/S -■■■-.".

19. OKT. 1973

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles II Street, London S¥1Y 4QP, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus den britischen Patentanmeldungen Nr. 49220/72 vom 25. Oktober 1972 und Nr. 21*109/73 vom 4. Mai 1973 beansprucht.

Umkehrosmosegerät

Die Erfindung bezieht sieh auf Umkehrosmosegeräte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das in der britischen Patentschrift 1 325 ft94 beschriebene Umkehrosmoeegerät vorteilhaft zu verbessern. Das in der vorgenannten Britischen Patentschrift beschriebene Gerät weist eine Membran-Bauteilgruppe auf, die innerhalb eines Druckbehälters angeordnet ist, mit Mitteln zum Durchschicken einer Speise- bzw. Ausgangslösung durch die Bauteilgruppe hindurch, um eine Produktflüssigkeit durch Umkehrosmose zu erhalten. Die Membran-Bauteilgruppe weist ein Bündel von Stäben mit darin eIngeformten, sich In Längsrichtung erstreckenden Nuten auf, wobei jeder Stab eine durchlässige Trägerschicht in Form einer Hülse aufweist, die den Stab bedeckt, und eine Umkehrosmose-Membran auf dieser Trägerschicht bzw. dem Substrat sitzt.,Eine Ausganglösung wird unter Druck dem Druckbehälter zugeführt, so daß sie mit dem Äußeren der Stäbe in Kontakt kommt und sich nach dem Durchgang durch die Membranen in den Nuten als

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Produktflüssigkeit sammelt.

Leider muß Jedoch die Ausgangslösung dem Gerät mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit (im typischen Falle 2 luß/Sek.) zugeführt werden, um zu verhindern, daß sich Salze auf den Membranen niederschlagen und so den Prozeß stören. Um darüber hinaus ein bedeutendes Aufbereitungsverhältnis (Verhältnis von erhaltenem Produkt zum zugeführten Ausgangsstoff) zu erhalten, müssen mehrere derartige Geräte in Reihe geschaltet werden.

Erfindungsgemäß weist ein Umkehrosmosegerät eine Membran-Bauteilgruppe auf, die innerhalb- eines Drcukbehälters angeordnet ist, sowie Mittel zum Hindurchschicken einer Ausgangslösung durch die Bauteilgruppe hindurch, um auf diese Weise eine Produktflüssigkeit durch Umkehrosmose zu erhalten, und es weist ferner Antriebsmittel zum Drehen der Bauteilgruppe innerhalb des Behälters auf.

Durch Drehen der Membran-Bauteilgruppe eines einzigen Gerätes kann .dieses ein höheres Aufbereitungsverhältnis von Produktflüssigkeit liefern als mehrere solcher Geräte mit nicht-drehbaren Bauteilgruppen, und außerdem kann Jegliche Tendenz, daß sich Salze niederschlagen, reduziert werden, während zur gleichen Zelt die Geschwindigkeiten der Ausgangslösung innerhalb des Gerätes reduziert werden können.

Die Bauteilgruppen-Antriebseinrichtung kann einen Elektromotor sowie eine Getriebeeinheit umfassen. .

Alternativ kann die Einrichtung zum Antreiben der Bauteilgruppe eine Strömungsmittelturbine aufweisen, und zweckmäßig kann die Ausgangslösung oder die vom Gerät abgewiesene Flüssigkeit als Arbeitsmedium zum Antreiben der Turbine verwendet werden.

Das Gerät kann mit einer Vielzahl von Membran-Bauteilgruppen und Bauteilgruppen-Antriebseinrichtungen zum Drehen derselben um

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eine einsige Achse ausgestattet sein»

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnungen beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht eines Umkehrosmosege- - rätes im Mittelschnitt,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch einen der Stäbe in der Membran-Bauteilgruppe nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Teilseitenansicht ähnlich der Fig. 1 einer Abänderungsform ,

Flg. 4 eine Teilseitenansicht einer abgeänderten Ausführungsform des Gerätes nach Fig. 3»

Fig. 5 eine Tellseitenansicht des oberen Teils eines Umkehrosmosegerätes im Mittelschnitt entsprechend einer weiteren Abänderungsform, während'

Fig. 6 in verkleinertem Maßstab mit zusätzlichen Details

eine Ansicht in. Richtung des Pfeiles VI der Fig. 5 - wiedergibt.

Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, weist ein Umkehrosmosegerät 1 eine Membran-Bauteilgruppe'2 auf, die innerhalb eines Druckbehälters 3 angeordnet ist, ferner eine Einrichtung mit einer Pumpe ¹I, einem Behältereinlaß 5 und einem Bauteilgruppenauslaß zum Hindurchführen einer Speise- bzw. Ausgangangslösung (Salzlösung) durch die Bauteilgruppe 2 hindurch, um auf diese Weise eine Produktflüssigkeit (Wasser) durch Umkehrosmose zu erhalten, und es weist ferner eine Bauteilgruppen-Antriebseinrichtung mit Zahnrädern 7a, 7b und einem Elektromotor 8 mit veränderlicher Drehzahl zum Drehen der.Bauteilgruppe 2 mit hoher Geschwindigkeit innerhalb des Behälters 3 auf.

Weiterhin hat der Druckbehälter 3 ,einen Salzlösungaauslaß sowie eine Ablaßleitung 10, die mit einem Ablaßventil 11 ausgestattet 1st. Die Membran-Bauteilgruppe weist ein Bündel- von Stäben 12 auf, wobei jeder Stab 12 eine durchlässige Trägerschicht bzw.

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ein Substrat in Form einer Hülse 13 (in Fig; 2) aufweist_? welche den Stabkern 16 überdeckt, sowie eine Umkehrosmosemembran 14, die auf dem Substrat sitzt«, Die Kei?ä© 16 haben $e drei sich in Längsrichtung erstreckende Hüten 15, die in sie eingeformt sind. Salzlösung strömt über aas Äußer© der Stäbe 12, und Wasser gelangt durch die Membranen 14 hindurch, um sich in den Muten 15 als Produktflüssigkeit zu sammeln,,

Die Stabkerne 16 haben einen Durchmesser von i/8" (3»18 mm) und sind aus einem Kunststoff, wie beispielsweise Polypropylen₍ stranggepresst. Die ¥uten 15 sind von quadratischem Querschnitt und haben eine Tiefe und eine Breite von jeweils 0,020" (O,51mm). Die Stäbe 12 haben eine durchschnittliche Länge von 8 Fuß (2,44m). Die Substrathülsen 13 weisen je eine Umspinnung aus Polyesterfasernauf. Die Membranen 14 stammen aus Zelluloseazetat, wel- ■ ches auf die Hülsen 13 dadurch aufgebracht wird, daß die Stabkerne 16 durch Düsen hindurch^geschickt werden, wodurch Membranlack stranggepresst wird, um eine im wesentlichen gleich aßige Dicke von Zelluloseazetat auf ^eaer der Hülsen 13 zu bilden. Die unteren Enden der Stäbe 12 werden durch festsitzende Endkappen 17 aus ÜTaturgummi abgedichtet«,

Die Stäbe 12 sitzen auf einer drehbaren Halterung 20. Die oberen Enden der Stäbe 12 werden durch eine Scheibe 21 und Gummidichtung 22 lokalisiert«, die je mit einer Heihe von Lokalisierungs löchern versehen sind. Sie Scheibe 21 und Gummidichtung 22 werden durch ein becherförmiges Teilstück 23 eines Endfittings 24 festgehalten* Das Endfitting 24 weist ein rohrförmiges feilstück 25 auf, welches sich nach oben durch abnehmbare Enddeckel 26₉27 de's Druckbehälters 3 hindurcherstrecken. Gummidichtungen 28,29 dichten das Teilstück 25 gegenüber den Deckeln.26,27 -ab. Das obere Ende des rohrförmigen Teilstücks 25 Weist sich seitwärts erstreckende Kanäle 30.auf, wodurch nach oben durch das Innere des Endfittings 24 strömendes Wasser in den Wasserauslaß 6 gelangt.

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.Das Kegelrad ?a sitzt auf einer Welle 35? die am oberen Ende des rohrförmigen !Peilstüeks 25 befestigt ist .und sich. koaxial zum Teilstück 25 erstreckt« Die Welle 35 wird ."durch. eine Lagerbauteilgruppe 36 im Deckel 2? lokalisiert. Das Zahnrad 7a kämmt mit einem ähnlichen Kegelrad 7^₉ und letzteres sitzt auf einer Welle 37? die vom Elektromotor 8 angetrieben wirdo Eine zentrale Stützspindel 38₉ deren unteres Ende durch eine Lagerbuchse 39 lokalisiert wird, erstreckt sich nach, oben durch die Stab-Bauteilgruppe 2 hindurch« Die unteren Enden der Stäbe 12 werden durch eine Lochplatte 40 lokalisiert_? die an der Spindel 38 befestigt ist_o Das'obere Ende der Spindel 38 ist am Endfitting 24 mittels eines Kreuzstückes 41 befestigt.

Im Betrieb wird Salzlösung dem Druckbehälter 3 mit einem Druck von etwa 400 poS.i. (etwa 28 kg/cm ) und mit einer Hate von 6 Gallonen pro Stunde ( eti-ra 273 Liter pro Stunde) züge-, führt, wobei die lineare Geschwindigkeit im Behälter etwa 0_sQ05 Fuß pro Sekunde C etwa 1₉5 ^J^ P^o Sekunde) beträgt,, Zur gleichen Zeit wird der Motor 8 dazu verwendet, die Stab-Bauteilgruppe 2 mit etwa 400 U/min_β· zu drehen« ,

Das Produktwasser gelangt durch die rotierenden Stab© 12 , ' hindurch, um das Gerät 1 über den Auslaß δ zu verlassen, uadabgewies-ene Salzlösung fließt «aua dem Druckbehälter 3 über den Auslaß 9 auso. Der Durchsatζ von Produktwasser bei dieser Geschwindigkeit, .beträgt etwa 4 Gallonen· pro Stunde (etwa 18 Literpro Stunde ) <,

Figo 3 aeigt ein abgeändertes Uiakehrosmosegerät 1a mit einer Membran-Bauteilgruppe 2, die innerhalb eines Druckbehälters 3a angeordnet ist, ferner mit einer Einrichtung_s die eine Pumpe 4, einen Behältereinlaß 5a n&d einen Bauteilgruppenauslaß 9 sum

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Hindurchschicken einer Ausgangslösung (Salzlösung) durch, die Bauteilgruppe 2 hindurch aufweist, um eine Produktflüssigkeit (Wasser) durch Umkehrosmose au erhalten,, wobei eine Bauteilgruppen-Antriebseinriehtung einen Strömungsmittelmotor in 5Όηη einer Turbine 50 aufweist und eine Einrichtung mit; dem Benältereinlaß 5s zur Verwendung der Ausgangs- bzw, Speiselösung für den Antrieb der Turbine vorgesehen ist.

Die Turbine 50 weist ein Turbinenrad auf, welehes auf einer Welle 35s oberhalb der Heiabran-Baut ei !gruppe' 2 sitsfc«, Die Welle 35s verläuft koaxial zur Spindel 38«. Der Behältereinlaß 5® "hat ein düsenartiges Ende, welches in der Nähe der Schaufeln 51 äer Turbine 50 so angeordnet ist, daß Aus gangs lösung unter Druck aus dem Einlaß 5s austritt, um auf die Schaufeln 51 is. einer !Tangente zum Umfang des Turtenenrades aufzutreffen.

Fig, 4- zeigt eine Abänderungs-form,, bei der das-

gerät 1b ein® Strömungsmittelturbine 50b aufweist _$ die außerhalb des Druckbehälters 3o angeordnet ist«. Bei dieser abgeänderten. Ausführungsform wird abgewiesene Flüssigkeit (Salzlösung)₃ die aus dem Auslaß 9b austritt, zum Antreiben der Turbine verwandet, bevor sie das"Gerät 1b über, eine Leitung 55 verläßt·

Anstelle der Verwendung der abgewiesenen ]Tlüssigfe©3.t ϊϊιτ den Antrieb der ühirMne 50b kann auch der AusgangslösiiagssialaS 5 mit dem Auslaß 9"b so. verbunden werden, daß Flüssigkeit an die Turbine 50b abgegeben wirdL Bie Leitung 55 kann Äaan ύ.ητο. "/er= "wendet werden, die Flüssigkeit an den Behälter 3b abzugeben,,

Die Anordnungen nach den Fign» 3 und 4- machen sich den Staudruck der Ausgangslösung zunutze, die durch die Pumpe 5 geliefert wird»

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Haeli den FIga_o 5 und 6 ist ein vergrößertes Umkehrosmoeegerät ie mit einer Vi el zahl. Von Membran-Bauteilgruppen 2 aus ge-' stattet«. Mittel, die nicht dargestellt sind, eber einen Elektromotor und eine Getriebeeinheit wie in Figo, 1 oder eine Strömungs-» mittel turbine wie in den Fi gn„ 3 und 4 aufweisen können, sind zum Drehen, der Bauteilgruppen 2 um eine einzige (zentrale) Achse 60 vorgesehen.

Das Gerät 1c hat siebenunddreißig Hembran-Bsuteilgruppen 2, die um die Achse 60 herum verteilt sind» Das Endfitting 24 jeder Bauteilgrnppe 2 iiat eine kurze rohrförmige Verlängerung 25c _s die durch eine Gummidichtung 61 und eine Metall-Halteplatte 62, die beide in Draufsicht kreisförmig ausgebildet sind_? lokalisiert · wird. Die Sichtung 61 und die Platte 62 werden durch einen fest aufsitzenden Verteilerkopf 63 gehalten. Ser Verteilerkopf ist so geformt_t daß er eine Vielzahl von Eanälen 64a_? 64b*₉ 64-c und 64d bildet s die Produkt flüssigkeit (Wasser) sammeln, welche aus den oberen Snden der Verlängerungen 25c austritt, und diese mittels gemeinsamer Sammeleinrichtungen abführen, welche aus der Bohrung 66 einer Hohlwelle 3'5^c^^e8^b-⁶⁵¹S. die gedreht wird_t um die Membren-Bsut ei !gruppen 2 um die Achse 60 zu drehen. Die ProduktflÜBsigkeit verläßt schließlich das Gerät 1c über einen Auslaß ähnlich dem Auslaß 6 (Figno 1,3 und 4)_o.

Die Tollmen der Kanäle 64a„_oe64d werden so klein wie möglich gehalten, um. einen Zusammenbruch des Verteilerkopfes 63 (der aus Eiinstflbff "besteht) infolge der beachtlichen Druckdifferenz zu vermeiden» die an ihm herrscht (etwa 600 p.s.i» oder etwa 42 kg/cm²}.

Die Erfindung vermeidet die Notwendigkeit von iiohen Lineargeschwindigkeiten (z.B. 2 Fuß pro Sekunde oder O₀6 Meter pro Sekunde) innerhalb des Gerätes, wobei eine Koassentrationspolarisierung durch Drehung der Stäbe 12 relativ zur. Salzlösung im

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Druckbehälter überwunden wird. Es ist zu erwarten, daß Salze in der Salzlösung von den Stäben weg und gegen die Wand des Druckbehälters geschleudert werden.

Die Erfindung gestattet außerdem die Verwendung eines einzigen Gerätes anstelle von zwei oder mehr in Reihe gerschalteten Geräten. Dies begünstigt die Konstruktion und Planung der Anlage und ermöglicht die Verwendung des Gerätes beispielsweise bIb Haushalts-Wasserenthärter.

Die Erfindung findet Anwendungsmöglichkeiten auf den Gebieten der TJltraf 11 trierung und der Abwasser-Aufbereitung.

Pat ent ansprüche

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Claims

73 052 Kü/G Patentansprüche

1. Umkehrosmösegerät mit einer Membran-Bauteilgruppe, die innerhalb eines Druckbehälters angeordnet-ist, mit Mitteln zum Hindurchschicken einer Ausgangslösung durch die Bauteilgruppe hindurch, um eine Produktflüssigkeit durch Umkehrosmose zu erhalten, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (8;50;50a) zum Drehen der Bauteilgruppe (2) innerhalb des Behälters (3s3a;3b>3c).

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Antreiben der Bauteilgruppe eine elektromotorisch? Einrichtung (8) aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Antreiben der Bauteilgruppe eine Strömungsmittelmotor-Einrichtung (50;50a) aufweist,

4. Gerät nach Anspruch 3$ dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelmotor-Einrichtung eine Turbine (50) aufweist und daß Mittel (5a) zur Verwendung der Ausgangslösung zum Antrieb der Turbine vorgesehen sind.

5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsmittelmotor-Einrichtung eine Turbine (50a) aufweist und daß Mittel (9b) zur Verwendung der vom Gerat abgewiesenen Flüssigkeit für den Antrieb der Turbine vorgesehen sind.

6. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Membran-Bauteilgruppen (2) vorgesehen ist, die um eine einzige Achse (60) durch

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Bauteilgruppen-Antriebseinrichtung drehbar sind.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Sammeleinrichtung (63) zum Aufsammeln der aus den Mambran-Bauteilgruppen austretenden Produktflüssigkeit vorgesehen ist.

8. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche "Pbis 7» dadurch gekennzeichnet, daß jede Membran^Bauteilgruppe (2) ein Bündel von Stäben (12) mit eingeformten Längsnuten (15) aufweist, wobei Jeder Stab ein durchlässiges Substrat in Form einer Hülse (13>) aufweist, welche den Stab bedeckt, und wobei eine Umkehrosmose-Membran (14-) auf dem Substrat angeordnet ist.