DE2422777A1

DE2422777A1 - Ultrafiltriervorrichtung und verfahren zur behandlung von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2422777A1
Application number: DE2422777A
Authority: DE
Inventors: Lawrence Marvin Litz; Olof Conrad Trulson
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: TECH-SEP COURBEVOIE FR SA
Priority date: 1973-05-10
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1974-11-21
Also published as: IE40234L; AT342084B; CA1067416A; LU70031A1; ATA390474A; IE40234B1; DE7416409U; IL44796A0; DK144084C; FR2228518A1; AU6784274A; IT1014152B; FR2228518B1; NO138509B; IL44796A; GB1468928A; JPS548471B2; NO741681L; NL7406269A; NL179546C

Description

Priorität: lo. Mai 1973, Nr. 358 9^3, V.St.A.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ultrafiltriervorrichtung und auf ein Verfahren zur Behandlung von Flüssigkeiten. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Konzentrieren und Separieren von in Flüssigkeiten enthaltenen Komponenten sowie ein Verfahren zum Behandeln von chemisch stabilisierten emulgierten Ölen und anderen Flüssigkeiten, welche Moleküle mit großem Durchmesser enthalten·

In letzter Zeit wurde eine Vielzahl von Ultrafiltrierprozessen in der Literatur beschrieben, wobei die meisten Arbeiten aus den Oak Ridge National Labors der Atomenergiekomoiission der Vereinigten Staaten stammen, wo ausführliche Untersuchungen der Ultrafiltration oder der Querstromfiltration, wie sie auch genannt wird, hauptsächlich an Hochdrucksystenien bei

«09847/0958

Drucken zwischen 35 und 67 at durchgeführt wurden, wobei poröse rohrförmige Trägeraufbauten aus Kohlenstoff oder Alumino-Silikaten oder eine mikroporöse Membran auf einer mit Bohrungen versehenen Büchse aus rostfreiem Stahl verwendet wurden. '

Es hat sich gezeigt, daß für einige wässrige Systeme ein Bett aus Teilchen, die auf einem porösen Substrat gleichförmig dispergiert sind, ein wirksames Filtermedium abgibt, welches den Durchgang von Partikeln und Molekülen unterbindet, deren Größe die der Offnungen zwischen benachbarten Teilchen in dem porösen Bett übersteigt. Man nimmt an, daß die auf der Substratfläche abgeschiedenen Teilchen aus irgendeine"! Material bestehen können, welches gegenüber den Lösungen, die in Kontakt mit der Oberfläche kommen, inert ist. So wurde eine Vielzahl von Materialien verwendet, wie Diatomeenerde bzw. Kieselgur, Perlit, Asbestfasern, Zellulosefasern, getrocknetes Silikagel und Kohlenstoff.

Weitere Versuche haben gezeigt, daß kolloidale wasserhaltige Oxyde als Durchdringungssperren für die Hyperfiltrierung bei der umgekehrten Osmosebehandlung von Lösungen verwendet werden können, wodurch gelöste Stoffe von noch niedrigerem Molekulargewicht in Wasser konzentriert werden können, vorausgesetzt, daß die wässrige Lösung über die Oberfläche der perraeablen Membran unter Hochdruck zwischen 3i5 und 7 ο at gepumpt wird. In diesem Fall werden die Kolloide aus mehrwertigen Metallsalzen durch Erhitzen einer wässrigen Lösung des Salzes bis zur Erzielung einer trüben bzw. dicken Lösung gebildet. Zur Herstellung der Membran läßt man kleine Konzentrationen der dicken Lösung (größer als Io ppm) über dem Trägeraufbau bei mäßiger Geschwindigkeit und Druck zirkulieren. Diese Verfahrensweise führt zur Bildung einer dünnen Grenzschicht mit einer Stärke bis zu o,o5 aaa_f die als Zwischenfläche zwischen der ungenutzten Lösung und dem porösen Substrat dient (US-PSn 3 413 219, 3 449 245, 3 537 988).

409847/095S

So ist bekannt, daß aus kolloidalen wasserhaltigen Oxyden gebildete Membranen ihre Abweis ei genschaft en für einen Tag oder langer beibehalten, obwohl die Abweisung allmächlich abnimmt (US-PS 3 4l3 219). Die dauernde Anwesenheit eines Additivs in der Lösung verbessert die Abweiseigenschaften und repariert Defekte, die in der Membran auftreten können. Zusätzlich zu dem Erfordernis des dauernden Vorhandenseins eines Additivs, um die gewünschten Eigenschaften aufrechtzuerhalten, hat es sich gezeigt, daß viele der bekannten Verfahren nur für die Behandlung von bestimmten Arten von Flüssigkeiten einsetzbar sind. So steht bis jetzt kein vollständig zufriedenstellendes Verfahren für die Behandlung von Flüssigkeiten zur Verfügung, die chemisch stabilisierte emulgierte Öle enthalten. Obwohl also der Stand der Technik eine Vielzahl von Ultrafiltrierverfahren beschreibt, ist bis jetzt kein völlig zufriedenstellendes Verfahren bekannt, welches viele der diesen Verfahren innewohnenden Schwierigkeiten vermeidet oder auf ein Minimum reduziert.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, eine Ultrafiltriervorrichtung zu schaffen, die für eine wirtschaftliche kontinuierliche Separierung und Konzentrierung von in Flüssigkeiten enthaltenden Komponenten, wie Abfallflussigkexten aus Industrieprozessen, verwendet werden kann* Bei solchen Flüssigkeiten sollen die Moleküle mit relativ großem Durchmesser von denen mit relativ kleinem Durchmesser getrennt werden. So sind beispielsweise große gelöste Polymerisatmoleküle, wie Proteine, emulgiertes 01, Schmutz und andere suspendierte Materialien aus Lösungen zu separieren. Lösungen können auch in der Textilfabrikation verwendete Flüssigkeiten sein, aus denen beispielsweise Polyvinylalkohol zu separieren ist. Andere zu separierende Stoffe sind Materialien, wie sie bei der Papierverarbeitung oder bei der Grundierung mit Farben nach elektrischen Verfahren verwendet werden.

4Q9847/Q9S6

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Überziehen der Oberflächen der rohrförmigen Teile, die in dem Ultrafiltrierbauelement enthalten sind. Dabei sollen die Innenflächen oder Außenflächen von Rohren aus Kohlenstoff mit einem vorgeformten Metalloxyd, vorzugsweise mit Zirkondioxyd, beschichtet werden. Schließlich ist noch für die Abdichtung der rohrförmigen Teile in dem"Ultrafiltrierbauelement zu sorgen.

Zur Lösung dieser Aufgabe hat die Ultrafiltriervorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten wenigstens ein Bauelement, welches wenigstens eine Eintrittsöffnung, wenigstens eine Auslaßöffnung und eine Zone mit wenigstens einei Auslaßöffnung für das Sammeln des durchgedrungenen Materials aufweist. Das Bauelement hat weiterhin eine Vielzahl von axial fluchtend ausgerichteten hohlen rohrförmigen Teilen, die in der Sammelzone nahe beieinander angeordnet sind. Die Teile haben ein Porenvolumen von wenigstens etwa 0,08 cm /g in der Verteilungsspitze im Porendurchmesserbereich, wobei die Mehrzahl der Poren einen Durchmesser von etwa o,l bis etwa 2_fo η aufweist. Die Teile sind in der Sammelzone gehaltert und abdichtend angebracht, so daß in das Bauteileintretendes Fluid mit den Teilen in Kontakt kommt. Die Fluidkomponenten, welche die Wände der Teile durchdringen, werden in der Zone für das durchgedrungene Material gesammelt. Auf einer ausgewählten Oberfläche der rohrförmigen Teile ist ein im wesentlichen gleichförmiger, ununterbrochener anhaftender poröser Überzug aus vorgeformten angehäuften Metalloxydteilchen vorgesehen, die eine durchschnittliche mittlere Größe von weniger als etwa 5»o V- haben. Die Stärke des Überzugs beträgt etwa o,ol bis lo,o 11, wobei die Teilchen nicht wesentlich in die hohlen Teile eindringen, d. h. nicht mehr als 5,0 u. Die Vorrichtung umfaßt in Kombination mit diesem Bauelement Einrichtungen zum Zuführen einer Beschickungsflüssigkeit* zu dem Bauelement, Einrichtungen zum Abziehen einer konzentrierten Flüssigkeit βμβ dem Bauelement und Einrichtungen zum Abziehen der durchgedrungenen Flüssigkeit aus der Sammelzone für das durchgedrungene Material.

409847/0956

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert.

Fig» 1 zeigt schematisch eine Ultrafiltrieranordnung.

Fig. 2 zeigt perspektivisch und teilweise aufgeschnitten das Ultrafiltrierelement mit einer Vielzahl von Rohren.

Fig. 3 his 6 zeigen Einzelheiten des Zusammenbaus des rohrförmigen Ultrafiltrierelementes.

Fig. 7 zeigt im Längsschnitt eines der hohlen rohrförmigen Teile.

Fig. 8 zeigt in einer Einzelheit im Schnitt das poröse Substrat und die Metalloxydbeschichtung eines rohrförmigen Teils.

Die in Fig. 1 gezeigte Ultrafiltrieranordnung hat ein Ultrafiltrierelement Io,-einen Tank 12, Pumpen Ik und 16 und eine Ventilsteuereinrichtung 18. Die zu konzentrierende und zu separierende Flüssigkeit wird von dem Tank 12 über Leitungen 2o, 22, 24 und 26 in das Ultrafiltrierelement Io gepumpt. Wie aus Fig. 2 zu sehen ist, hat das Bauelement Io eine Vielzahl von eng gepackten Rohren 32, die an jedem Ende durch Rohrbleche $k und 36 in Lage gehalten sind. Die Rohre sind in dem Bauelement derart angeordnet, daß die über die Leitung 26 in das Bauelement eintretende Flüssigkeit durch die Rohre hindurchgehen muß. Die Flüssigkeit und gelöste Phasen von niedrigem Molekulargewicht, d. h. Moleküle mit kleinem Durchmesser, durchdringen die Wände der Rohre, gelangen in die Kammer 38 und treten über die Leitung 28 aus. Die gelösten Phasen von hohem Molekulargewicht, d. h. Moleküle mit großem Durchmesser, sowie das ganze nicht gelöste Material tritt durch die Leitung 30 aus.

409847/G956

Fig. 3 zeigt eine Einrichtung zum Positionieren der Rohre 32 in dem Mantel 4o des Bauelementes. Das Rohrblech 42 hat eine Vielzahl von Öffnungen 44, deren Durchmesser für die Aufnahme der Enden der Rohre ausreicht. Über die Enden der Rohre sind O-Ringe 46 geführt, über den Rohrenden wird eine Platte 48 angeordnet. An dem Rohrblech 42 wird eine Kappe 5° befestigt, wodurch die O-Ringe zur Bildung einer Dichtung zusammengedrückt werden.

Fig. 4, 5 und 6 zeigen weitere Verfahren zum Positionieren der Rohre 32 in dem Mantel des Bauelementes. Das Rohrblech 34 hat Öffnungen, durch welche die Rohre 32 eingeführt werden können. Die Außenseite des Rohrbleches hat Öffnungen, deren Durchmesser größer ist als der der Rohre. Dadurch erhält man eine Ausnehmung für eine Dichtung 52, die aus Kautschuk oder einem kautschukartigem Material bestehen kann. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Baue leinen tenmantel 56, der die Rohre 32 enthält und mit einer Öffnung 54 für die durchgedrungene Flüssigkeit versehen ist, ist ein Teil des Endes 58 weggelassen, so daß man ins Innere sehen kann.

Fig. 7 zeigt im Axialschnitt eines der rohrförmigen Teile 32. Die Beschickungsflüssigkeit tritt an der Stelle 60 ein, geht durch das rohrförmige Element 32 bis zur Stelle 62. Die gelösten Phasen von niedrigem Molekulargewicht durchdringen die Wände 64 des rohrförmigen Teils bis ztir Zone 66 für das durchgedrungene Material.

Fig. 8 zeigt in einer etwa um den Faktor 2ooo vergrößerten Ansicht einen Teil des rohrförmigen Teils 32, beispielsweise an der Stelle 68. Das rohrförmige Teil 32, welches beispielsweise ein Rohr aus Kohlenstoff ist, ist aus miteinander verbundenen Kohlenstoffteilchen Jo zusammengesetzt und hat eine im wesentlichen durchgehende bzw. ununterbrochene Schichtung aus eng gepackten Metalloxydteilchen 72. Die Teilchen 72 dringen nur teilweise in die Poren 74 ein, die für die

409847/0956

erfindungsgemäßen Kohlenstoffrohre charakteristisch sind. Die angehäuften bzw. eng gepackten Metalloxydteilchen dringen in typischer Weise bis zu einer Tiefe M von nicht mehr als etwa 5)° ρ ein. Die Poren mit einem Durchmesser von unter etwa o,05 U sind im wesentlichen frei von dem Metal-loxydbeschichtturgen. Bei der Benutzung kann sich auf der beschichteten Oberfläche ein Filterkuchen 76 aus gelösten Phasen von höherem Molekulargewicht, d. h. aus Molekülen mit großem Durchmesser oder nicht gelösten Teilchen, bilden.

Das Bauelement der Vorrichtung kann so konstruiert und zusammengebaut sein, daß sich die Metalloxydbeschichtung entweder auf der inneren Hohlfläche oder auf der Außenfläche der rohrförmigen Teile befindet. In jedem Fall befindet sich die Beschichtung der Metalloxydteilchen auf der Oberfläche des rohrförmigen Teils, die in direktem Kontakt mit der Beschickungsflüssigkeit steht. Wenn beispielsweise das Bauelement, wie in Fig. 2 gezeigt, gebaut ist, wo die Beschickungsflüssigkeit durch die Leitung 26 eintritt und durch die Leitung 3° austritt, befindet sich die Metalloxyd— beschichtung auf der hohlen Innenfläche der Rohrteile. Wenn sich die Beschichtung auf der äußeren Oberfläche der Rohrteile befindet, würde die Beschickungsflüssigkeit durch die Leitung 28 eintreten, die Außenfläche der Rohrteile kontaktieren und aus dem Bauelement Io über eine in Fig. 2 nicht gezeigte Leitung austreten. Das durchgedrungene Material, welches durch die Wände der rohrförmigen Teile hindurchgegangen ist, kann dann über die Leitung 3<> abgezogen werden.

Von diesen beiden Bauweisen des Elementes wird die in Fig. gezeigte bevorzugt, da. die hydrodynamischen Eigenschaften -verglichen mit der Anordnung, bei welcher die Beschickungsflüssigkeit die Außenfläche der Teile kontaktiert, verbessert sind. Die Beschickungsflüssigkeit geht durch das innere Hohlteil der rohrförmigen Teile hindurch. Das durchgedrungene Material sammelt sich in der Zone für das durchgedrungene Material und kann über die Leitung 28 abgezogen werden.

A0984770956

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für einen Betrieb über langgestreckte Zeiträume geeignet, v/obei eine hochgradige Konzentrierung und Separierung der in den Flüssigkeiten enthaltenen Komponenten erreicht wird. Im Gegensatz' zu vielen Ultrafiltrieranordnungen, wie sie gegenwärtig verwendet v/erden, hält die erfindungsgemäße Vorrichtung einen hohen Durchsatzwert bei, ohne daß Additive erforderlich werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt ein Ultrafiltrierelement zusammen mit Einrichtungen zum Zuführen von Beschickungsflüssigkeit und Einrichtungen zum Sammeln und Abziehen einer Konzentratflüssigkeit und einer durchgedrungenen Flüssigkeit. Das Bauelement selbst ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung; es umfaßt eine Vielzahl von axial ausgerichteten hohlen rohrförmigen Teilen, die in einer Sammelzone des Bauelementes für die durchgedrungene Flüssigkeit angeordnet sind. Wie aus Fig. zu sehen ist, sind die rohrförmigen Teile 32 parallel ausgerichtet und werden abdichtend durch Rohrbleche 34 und 36 in Lage gehalten. Die Rohrelemente können aus einer Vielzahl von Materialien gefertigt, werden, bevorzugt wird jedoch, daß das Material in der Zusammensetzung in weitem Rahmen anorganisch ist. Es hat sich gezeigt, daß Rohrteile aus anorganischen Stoffen gegenüber Abrieb bzw. Verschleiß widerstandsfähiger sind und höhere Temperaturen aushalten, als Rohre, die in größerem Rahmen aus organischen Stoffen zusammengesetzt sind. In der Praxis hat sich gezeigt, daß Rohrelemente aus Kohlenstoff, Aluminiumoxid bzw« Tonerde, Alumo-Silikat bzw. Aluminiumsilikat und dergleichen für die Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung geeignet sind.

Für ein erfolgreiches Arbeiten ist es v/esentlich, daß die Rohrteile eine genau definierte Porosität haben. Wenn der Porendurchmesser zu groß ist, erhält man keine selektive Separierung und die inneren Poren können von den Molekülen mit großem Durchmesser blockiert werden. Wenn der Porendurchmesser zu klein ist, wird der Mengenstrom, mit dem Flüssigkeit

409847/0956

zu der Sammelzone für durchgedrungene Flüssigkeit geht, stark reduziert, wodurch der Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung verringert wird.

Es hat sich gezeigt, daß rohrförmige Teile mit einem Poren-

volumen von wenigstens etwa 0,08 cm'/g in der Verteilungsspitze im Durchmesserbereich mit einer Porengröße,definiert durch einen Durchmesser für die Mehrzahl der Poren zwischen etwa o,l und etwa 2,ο u, für den Einsatz in der Ultrafiltriervorrichtung besonders geeignet sind. Bevorzugt werden rohrförmige Teile aus Kohlenstoff, bei denen die Mehrzahl der Poren im oben genannten Durchmesserbereich liegt. Porengrößen-· messungen an Proben von Rohren aus Kohlenstoff, die bei Bauelementen eingesetzt werden, zeigen, daß eine scharfe Spitze bzw. ein ausgeprägtes Maximum im Bereich von o,lo bis ο,5o yu vorhanden ist. Poren in diesem Größenbereich werden für etwa 5o% der Verteilung über dem Rohr gezählt. Die bevorzugten rohrförmigen Teile werden nach einem Bindekokungsverfahren hergestellt, auf das eine Wärmebehandlung folgt. Derartige Rohre aus Kohlenstoff sind bekannt und werden beispielsweise für die Herstellung von herkömmlichen, mit einem Kern versehenen Lichtbogenkerzen für Filmprojektionsapparate verwendet, wobei die Kohlenstoffrohre als äußerer Mantel dienen, der mit Graphit und Oxyden seltener Erde zur Erzeugung der gewünschten Lichtintensität gefüllt wird.

Die Größe der rohrförmigen Teile und das Verhältnis von Länge zu Durchmesser kann in einem weiten Bereich variiert werden. Die gewählte Teilchengröße wird ohne Zweifel von der Gesamtgröße des Bauelementes sowie von der Art der Flüssigkeit und der zu separierenden Komponenten beeinflußt. In der Praxis jedoch hat man rohrförmige Teile zur Erzielung hervorragender Ergebnisse verwendet, die einen Innendurchmesser von etwa 0,25 cm bis etwa 2,5 cm und eine Wandstärke von etwa o,o75 cm bis etwa 0,63 cm und eine Länge von etwa 12o cm haben. Bevorzugt werden rohrförmige Teile mit einem Innendurchmesser von o,64 cm, einer Wandstärke von etwa 0,15 mm und einer Länge von etwa 12o cm.

409847/0956

Zusätzlich zu der genau definierten Porosität der rohrförmigen Teile hat es sich gezeigt, daß eine optimale Ultrafiltrierung erreicht werden kann, wenn die Innenfläche der porösen rohrförmigen Teile mit bestimmten, miteinander verbundenen bzw. zusammengebackenen Metalloxydteilchen beschichtet ist, was im folgenden erläutert wird. Die Verwendung eines Metalloxydüberzugs in einem ausgewählten Größenbereich bietet eine beträchtliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik hinsichtlich der Entwicklung von mikroporösen Ultrafiltrierfiltern für die Querstromfiltration. Basierend auf der Verwendung von Kohlenstoff, Aluminiumoxyd oder anderen Substratmaterialien für die porösen rohrförmigen Teile bei Zugabe von eng gepackten bzw. angesammelten McLa^^oxydteilchen, d. h. einer mikroporösen Metalloxydbeschichtung, hat sich ergeben, daß mehrere verschiedene Abströme von Industrieprozessen oder Abwasser behandelt werden können, bei welchen Feststoffe, Kolloide, Öle oder Polymerisate mit hohem Molekulargewicht durch Ultrafiltrierung mit Mengenströmen separiert werden, die um mehrere Male größer sind als bei glatten Rohren oder der früher bevorzugten Membran aus wasserhaltigem Zirkonoxyd.

Erfindungsgemäß werden als Beschichtung eng gepackte Metalloxydteilchen verwendet, die einen schmalen Größenbereich unter etwa 5 J* haben und in großer Anzahl zwischen etwa o,l und etwa 2,o u vorhanden sind. Die eng gepackten Teilchen können weiterhin größenklassifiziert werden als fein, mit weniger als o,l u, als mittel mit o,l bis l,o u und als grob mit l,o ja und größer. Bevorzugt werden eng gepackte Metalloxydteilchen, bei welchen ein Größenanteil von wenigstens etwa 5o % eine Größe zwischen etwa o,l und etwa l,o u 'hat.

Obwohl im Handel verfügbare Metalloxydpulver benutzt werden

können, erfordern sie in manchen Fällen lange Mahlzeiten,

um die Teilchengröße auf den geeigneten Bereich zu reduzieren.

Bevorzugte Metalloxydpulver, die sich als besonders geeignet für die erfindungsgemäße Verwendung erwiesen haben, sind Pulver, die nach dem sogenannten "Vorstufen Verfahren" (precursor process)

409847/0958

-Ii-

hergestellt sind» Bei diesem Verfahren wird zuerst eine Metallverbindung mit einem kohlehydrathaltigen Material in Kontakt gebracht und das Material gezündet, um das kohlenhydrathaltige Material zu zersetzen und zu entfernen, und um eine Umwandlung von im wesentlichen der gesamten Metallverbindung in zerbrechliche Agglomerate -des Metalloxyds zu gewährleisten. Daran schließt sich ein Zerkleinern oder Ausmahlen der so gebildeten Agglomerate an, damit man die erfindungsgemäß verwendeten feineren mikroporösen angehäuften Teilchen erhält.

So kann beispielsweise eine Charge der Metalloxydpulvermasse, die nach dem Vorstufenverfahren hergestellt ist, beispielsweise Zirkondioxyd, welches etwa 8 bis Io %' Yttriumoxyd enthält, in einer Kugelmühle gemahlen werden, wobei 15oo g in einen Behälter mit einem Fassungsvermögen von etwa k 1 eingebracht und Zirkondioxydkugeln zugegeben werden. Der Behälter wird dann auf etwa 3/4t mit ent ionisiert em Wasser gefüllt und mit Essigsäure angesäuert, bis ein pH-Wert von k erreicht ist. Dann wird der Inhalt.etwa 18 h lang gemahlen.

Die durch das Vorstufenverfahren hergestellten Teilchen sind so klein, daß die Absetzgeschwindigkeiten gering sind. Somit können Massen, die während des Naßmahlens durch die Kugeln nicht vollständig zerschlagen sind, von der dispersen Suspension der freigesetzten Teilchen durch Sedimentation, Zentrifugieren oder anderen Trennverfahren getrennt werden, die auf der Teilchengröße oder der Masse basieren. So kann beispielsweise eine Größenklassierung durch Zentrifugieren aus einem breiten Verteilungsspektrum von Teilchengrößen bewirkt werden, um enggepackte Metalloxydteilchen zu erhalten, die in großer Anzahl innerhalb des gewünschten Bereichs liegen. Wenn die Trennung durchgeführt ist, können die freigesetzten Teilchen, die in Suspension verbleiben, in geeigneter Weise durch Behandlungen gesammelt werden, welche die Oberflächenladung verringern und die kolloidale Suspension instabil machen.

409847/0956

Typische Behandlungen sind die Zugabe einer Säure, um den pH-Wert der Suspension abzusenken, oder die Zugabe von Salz, welches ein mehrwertiges Anion hat. Die auf diese Weise behandelten Suspensionen kehren in einen Ausflockungszustand zurück. In dieser Form kann das Pulver von der Masse des suspendierten Mediums durch Filtrieren oder durch Sedimentation abgetrennt werden.

Es hat sich gezeigt, daß die mittlere Größe der einzelnen Teilchen, aus denen die Massen mit den bevorzugten Größen von o,l bis l,o u erhalten werden, unter i,o u und gewöhnlich unter o,l u liegt. Die einzelnen Teilchen werden bei einer llooo-fachen Vergrößerung nicht aufgelöst. Emc Aöntgenstrahlenbeugungsanalyse des Pulvers trägt eine Endteilchengröße im Bereich von etwa ο,öl bis etwa o,l u.

Als Beschichtung gemäß der Erfindung kann eine Vielfalt von Metalloxydteilchen verwendet werden. Das Metall der Metalloxyde kann für sich oder in Mischungen Beryllium, Magnesium, Calcium, Aluminium, Titan, Strontium, Yttrium, Lanthan, Zirkon, Eafnium, Thorium, Eisen, Mangan, Silicium und dergleichen sein.

Wenn das verwendete Metalloxydpulver Zirkondioxyd ist, stellt man in manchen Fällen bevorzugt das Zirkondioxydpulver in einer stabilisierten Form her. Deshalb kann eine Yttrium-, Calcium-, Magnesium-, seltene Erdmetall- oder eine andere bekannte Metallverbindung, welche ein Stabilisierungsoxyd bildet, zusammen mit der Zirkondioxyd enthaltenden Verbindung bei der Herstellung des Belagmaterials verwendet werden. Die Anteile der Zirkondioxydverbindung und der Verbindung des Stabilisierungsmetalls werden so gewählt, daß die gewünschte Art des stabilisierten Zirkondioxyds erzeugt wird.

409847/0956

Weitere Einzelheiten des Vorstufenverfahrens zur Hessteilung von Metalloxydpulvern sind im Stand der Technik erläutert (Belgische PS 766 962).

Die Metalloxydbeschichtung wird in der Praxis auf die rohrförmigen Teile dadurch aufgebracht, daß man eine wässrige Suspension der angesammelten Teilchen durch die Rohre bei linearen Strömungsgeschwindigkeiten von etwa 0,15 m/s bis etwa 12,2 m/s und bei Drucken von 2,1 kp/cm bis 35 kp/cm zirkulieren läßt. Die Konzentration der angehäuften Teilchen in der Suspension liegt in einem Bereich von etwa Io bis etwa loo mg/l. Die Suspension wird im allgemeinen auf einen pH-Wert gehalten, der für die Aufrechterhaltung einer stabilen Suspension der Zuschlagsstoffe ausreicht. Da Wasser durch die Poren der Rohre filtert, werden die Teilchen herausgefiltert und bedecken die Porenöffnung des Substrates mit einer sehr feinporigen Schicht. Durch diese gleichförmige ununterbrochene in hohem Maße poröse, jedoch sehr feinporige Struktur erhält man den höheren Durchsatz und den verbesserten Widerstand gegenüber einem Verschmutzen bzw. Zusetzen, verglichen mit bloßen Rohren oder Rohren, die mit weniger porösen Stoffen beschichtet sind. Für einen optimalen Wirkungsgrad und einen optimalen Durchsatz muß die Beschichtung eine Stärke zwischen etwa o,öl bis etwa Io u haben, ohne daß ein wesentliches Eindringen in das rohrförmige Teil von mehr als etwa 5»o u vorliegt. Als eventuelle Maßnahme, die jedoch nicht zwingend ist, können die rohrförmigen Teile bei Drucken, die wenigstens gleich dem Betriebsdruck des Bauelementes sind,und bei Strömungsdurchsätzen, die nicht größer als die des Betriebszustandes des Bauelementes sind, überzogen werden.

Für die meisten Anwendungszwecke sind die rohrförmigen Teile mit den eng gepackten Metalloxydteilchen beschichtet, so daß

man eine mittlere Beschichtung von etwa 1,32 mg/cm der Oberfläche des rohrförmigen Teiles erhält. Für bestimmte Verwendungszwecke kann eine zweite Beschichtung auf der Oberseite

409847/0956

der ersten Beschichtung der Teilchen mit geringer Größe zusätzlich aufgebracht werden.

Für die Mehrzahl der Anwendungen hat es sich gezeigt, daß ein

Wert von etwa o,15 mg eng gepackter Metalloxydteilchen pro

2
cm Oberfläche die minimale Menge ist, .die verwendet werden soll,

Höhere Mengen geben höhere und stabilere Flußwerte. Während beispielsweise eine mittlere Metalloxydbeschichtung von

2
1,32 mg/cm nützlich ist, kann eine Beschichtung von beispiels-

2
weise 4,6 mg/cm erwünscht sein.

Das Beschichten der rohrförmigen Teile mit den Metalloxyden erfolgt vorzugsweise innerhalb eines gewählten pH-Bereichs. Der spezielle gewählte pH-Bereich ist der Bereich, in welchem die Metalloxydteilchen in Suspension bleiben. Wenn beispielsweise die rohrförmigen Teile mit Zirkondioxydteilchen beschichtet werden, liegt der bevorzugte pH-Bereich zwischen 1 und etwa 5 und vorzugsweise zwischen etwa 2 und etwa 3i5« Das Einstellen des pH-Wertes kann durch Zugabe einer Säure, beispielsweise Essigsäure, Oxalsäure, Salzsäure und dergleichen, bewirkt werden. In der Praxis bevorzugt man Oxalsäure oder Salzsäure, da sie dazu neigen, alles eventuell vorhandene Eisen in Lösung zu halten.

Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren ist es bei der Erfindung nicht erforderlich, vor dem Abscheiden des Metalloxyds auf der Oberfläche des rohrförmigen Teils ein Kolloid zu bilden, wie dies beispielsweise für wasserhaltiges Zirkondioxydgel beschrieben ist (US-PS 3 413 219). Die Metalloxydmassen werden vorher hergestellt und in geeignete Teilchengrößenbereiche vor dem Beschichten getrennt. Die Beschichtung ist hauptsächlich eine mechanische Maßnahme, bei welcher die Metalloxydanhäufungen bis zu einem bestimmten Grad in die Poren der rohrförmigen Teilchen eindringen und die gewünschte Beschichtung auf der Oberfläche bilden. Die eng gepackten Metalloxydteilchen "füllen" die Poren der rohrförmigen Teile nicht in dem Sinne, daß sie

409847/0956

verstopft werden, sondern "überbrücken" die Poren, so daß Moleküle des Beschickungsstroms von kleinerem Durchmesser durch sie hindurch mit einer hohen Geschwindigkeit gehen können.

Die Ultrafiltiervorrichtung gemäß der Erfindung kann, wie bereits erwähnt, wirksam bei Drucken von etwa 35 kp/cm und niedriger arbeiten. Verschiedene Faktoren, wie die Temperatur, der Druck und die Strömungsgeschwindigkeiten, ändern sich abhängig von dem jeweiligen Beschickungsstrom. Zusätzlich ist die tatsächliche geometrische Ausgestaltung des Inneren des rohrförmigen Teils ebenfalls ein Faktor. So braucht beispielsweise das Innere der Teile nicht zylindrisch zu sein,, sondern kann sternförmig, sechseckig, achteckig, sägezahnartig oder dergleichen ausgebildet sein.

Es hat sich gezeigt, daß man bei der Konzentration und der Separierung von bestimmten gelösten Phasen optimale Ergebnisse erzielt, wenn die hohlen rohrförmigen Teile, welche die Metalloxydbeschichtung enthalten, mit einer zusätzlichen Beschichtung bedeckt sind, beispielsweise mit einem Metalloxydpulver feiner Qualität (<. o,l u.) oder einem wasserhaltigen Zirkondioxydgel. Ein Verfahren zum Aufbringen eines wässrigen Zirkondioxydgels als Beschichtung ist bekannt (US-PS 3 537 988).

Derartige Beschichtungen erfolgen zusätzlich zu der Metalloxydbeschichtung. Der versuchte Einsatz von wasserhaltigen Zirkonoxydgelen allein auf den rohrförmigen Teilen erlauben die hochgradige Konzentration und Separation gemäß der Erfindung nicht. Die später angeführten Beispiele k und 5 sind auf die Verwendung der Ultrafiltriervorrichtung für die Konzentration von Polyvinylalkohol in Textilflüssigkeiten gerichtet. Wie in Tablelle V von Beispiel 5 ausgeführt ist, führen das metalloxydbeschichtete Kohlenstoffrohr und die Rohre, welche ein zusätzliches wasserhaltiges Metalloxyd enthalten, gegenüber nicht beschichteten Kohlenstoffrohren zu merklich verbesserten Ergebnisse.

409847/0956

Wie in Fig. 8 gezeigt ist, bildet sich in Betrieb anfänglich auf den beschichteten Rohrteilen ein Filterkuchen, der sich aus Molekülen größeren Durchmessers sowie aus Feststoffen oder suspendiertem Material in der Beschickungsflüssigkeit zusammensetzt. Wenn die Ultrafiltriervorrichtung arbeitet, wird der Beschickungsstrom, beispielsweise eine wässrige Ölemulsion, unter Druck über die Filteroberfläche mit Geschwindigkeiten geführt, die groß genug sind, den größten Teil der angesammelten gefilterten Substanzen abzuscheren. Da diese Strömung senkrecht zur Strömungsrichtung der gefilterten Flüsigkeit durch die Filterfläche ist, wird der Ausdruck "Querstrom"-Filtrierung verwendet. Wesentlich ist, daß der Mengenstrom durch die rohrförmigen Teile so grois ist, daß man turbulente Zustände erreicht. Die Flüssigkeit soll durch die rohrförmigen Teile mit einer Geschwindigkeit von wenigstens o,3 geradlinige Meter pro Sekunde und bei einer Reynolds Zahl von wenigstens etwa 2ooo gehen.

Beispielsweise kann eine Ultrafiltriervorrichtung mit einem einzigen Bauelement, das annähernd 151 rohrförmige Teile mit einem Innendurchmesser von 0,63 cm und einer Länge von 122 cm

2 aufweist, pro Tag bei einem Druck von 7 kp/cm und einer Temperatur des Beschickungsstromes von etwa 22 C über l2ooo 1 verarbeiten.

Wenn zwei oder mehrere Bauelemente in der gleichen Vorrichtung verwendet werden oder wenn die Anzahl der rohrförmigen Teile erhöht wird, können pro Tag das Mehrfache von 4o 000 1 wirksam verarbeitet werden.

Bei der herkömmlichen Filtrierung würde das gefilterte Material sich zu einem dicken Filterkuchen entwickeln, der die Filtrationsgeschwindigkeit stark verringert. Abhängig von der Geometrie des Systems und der Art des zu filternden Materials reichen die Geschwindigkeiten parallel zu der Filtrieroberfläche von etwa 0,15 m/s bis zu etwa 12 m/s. Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist, daß die FiIterzwischenfläche derart beschaffen ist, daß gelöste, kolloidale oder

409847/0956

suspendierte Teilchen der Beschickungsflüssigkeit in dem Größenbereich von Io u und größer bis herunter zu o,oo2 u

bei Filtrierdurchsätzen durch die Fläche entfernt werden

ι 2

können, die das Mehrfache von 4oool pro m und Tag bei einem

/ 2
Druck von 7 kp/cm und weniger betragen.

Obwohl man die Ultrafiltrierung für das Entfernen von Suspensionen, Kolloiden und Materialien von hohem Molekulargewicht, die in wässrigen Lösungen gelöst sind, bereits verwendet hat, kommt die Feststellung, daß Ölemulsionen durch Ultrafiltrierung durch beschichtete feinporige Rohre von der Masse der wässx-igen Phase aus konzentriert und separiert werden können, völlig überraschend. Solche Ölemulsionen werden beispielsweise bei der Herstellung von Stahl, als Kühlmittel bei Walzwerken und als Schmiermittel oder zum Schneiden, Ziehen, Stanzen oder anderen Metallverarbeitungsvorgängen benutzt. Zusätzlich können auch, die Arten von aus Öl, Wasser, Schmutz und Metallspänen bestehenden Emulsionen, die man beim Waschen von fertiggestellten Metallteilen und dergleichen mit chemischen Reinigungsmitteln erhält, zu einer Öl, Schmutz und Teilchen zurückhaltenden Lösung, sauberem Wasser und einer lösbaren Reinigungsmittelfiltratphase konzentriert werden.

Gegenwärtig werden Ansammlungen von 01, Schmutz und verschiedenen anderen suspendierten Teilchen in einem wässrigen System durch Zugabe von Säure und/oder anderen Chemikalien bei relativ hohen Temperaturen entfernt, um die Emulsion aufzubrechen und das Öl von der Suspension zu trennen. Das Wasser läßt man dann in großen Speichertanks absetzen, um das teilchenförmige Material zu entfernen. Die verbleibenden lösbaren Komponenten werden entweder neutralisiert oder auf andere Weise durch Zugabe von Säure oder Lauge auf andere Weise chemisch behandelt und dann zu einer Abführungseinrichtung gebracht odeizu einer geeigneten Ablade- oder Aufbereitungsstelle transportiert. Der Transport ist relativ kostspielig. In keinem Fall

409847/0958

werden wasserlösliche Kompnenten des Abwassers sauber für die Rückführung in den Kreislauf separiert. Außerdem sind die Kosten für die Behandlung mit Chemikalien erheblich sowohl hinsichtlich der Materialien und der Arbeit als auch hinsichtlich der Behandlungsanlagen. Die Abwasserabführungsgebühren für mit Chemikalien versetzte Wasserphasen sind oft sehr hoch. Bei einer zunehmenden Anzahl von Gemeinden wird das Abladen durch Umweltschutzgesetze verboten. Dies führt dazu, daß eine weitere Behandlung der wässrigen Phase erforderlich ist, ehe das Wasser selbst abgegeben werden kann.

Das Ultrafiltrierverfahren gemäß der Erfindung kann das Volumen der Öl-Schmutz-Wasser-Phase um einen FaI toi· 5 bis 3o oder höher reduzieren, was von dem Olgehalt des Ausgangsmaterials abhängt. Dadurch wird das Volumen des Materials, welches für die Abführung weiterbehandelt werden muß, sehr stark reduziert. Da der Olpegel in dieser Konzentratphase gewöhnlich auf 2o bis 4o % gebracht werden kann, was für die Aufrechterhaltung einer Verbrennung ohne zusätzliche Zugabe von Brennstoff ausreichend hoch ist, kann das Abführungsproblem durch Verbrennen stark vereinfacht werden. Dadurch wird auch der größte Teil der Wärmeenergie des 01s zurückgewonnen.

Die ölfreie wässrige Phase kann in einen Abwasserkanal abgegeben oder in den Kreislauf zurückgeführt werden. Die Wiederverwendung des Wassers begünstigt einen geschlossenen Kreislauf, was vom Standpunkt der Wassererhaltung in höchstem Maße erwünscht ist. Wenn wertvolle wasserlösliche Substanzen vorbanden sind, beispielsweise Detergentien, die zusammen mit dem Filtrat hindurchgehen, wird zusätzlich die Wirtschaftlichkeit des Betriebs dadurch realisiert, daß der Verlust dieser Materialien mit dem Abwasserstrom vermieden wird.

Ein weiterer großer Vorteil, der sich durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur kontinuierlichen Entfernung des Schmutzes und des Öls aus einer Metallwascheinrichtung,

4098*7/0956

beispielsweise eine Färbe- bzw. Lackierungsstrecke, ergibt, besteht darin, daß die reinigende Waschflüssigkeit die Sauberkeit der folgenden Spülung und andere gewöhnlich verwendete Vorfärbungsbäder verbessert. Dies führt dazu, daß die Qualität des Färb- bzw. Lacküberzugs auf dem Metallteil beträchtlich verbessert werden kann.

Die Erfindung richtet sich auch auf das Ültrafiltrierelement selbst und auf Verfahren, die rohrförmigen Teile zu montieren* Obwohl auch ein einziges rohrförmiges Element eine Konzentrierung und Separierung bewirken kann, ist es natürlich praktisch, ein Bauelement mit einer Vielzahl von Rohren zu konstruieren. Die Anzahl der verwendeten rohrförmigen Teile kann sich abhängig von einer Vielzahl von Faktoren ändern. Bauelemente mit 25 oder weniger oder bis zu tausend oder mehr rohrförmigen Teilen wurden bereits konstruiert.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die rohrförmigen Teile fluchtend parallel und in unmittelbarer Nähe nebeneinander ausgerichtet. Jedes rohrförmige Teil ist durch die Rohrbleche ^k und 36 an Ort und Stelle gehalten. Die Rohrbleche selbst sind in dem Bauelement so angeordnet, daß sie eine Zone 38 für die durchgedrungene Flüssigkeit bilden, die gegenüber dem Beschickungsfluid abgedichtet ist, welches durch die Eintrittsöffnung über die Leitung 26 eintritt. Die einzige Flüssigkeit, die in die Zone für die durchgedrungene Flüssigkeit eindringen kann, ist die Flüssigkeit, welche durch die Wände der rohrförmigen Teile gefiltert wird.

Der Außenmantel des Bauelementes und die Rohrbleche können aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, beispielsweise aus einer weiten Vielfalt von Kunststoffen, wie Polyvinylchlorid und dergleichen, oder aus Metallen, wie rostfreiem Stahl. Infolge der breiten Vielfalt von Flüssigkeiten, die behandelt werden, und der Temperaturänderungen der Beschickungsströme, wird das Bauelement vorzugsweise aus

409847/0956

rostfreiem Stahl oder aus einem anderen Material gebaut, das mit der Beschickungsflüssigkeit und den Betriebsbedingungen verträglich ist.

Die Figuren 3 und 4 zeigen zwei Arten von Verfahren des Zusammenbaus der rohrförmigen Teile in den Rohrblechen, so daß eine flüssigkeitsdichte Abdichtung erzielt wird. In beiden Fällen sind die Enden der rohrförmigen Teile abgedichtet und durch eine Kautschuk- oder kautschukartige Dichtung gedämpft. Im Gegensatz zu einer geklebten oder auf andere Weise befestigten Abdichtungseinrichtung, sorgt die erfindungsgemäße Installierung für eine "frei bewegliche Dichtung", so daß spröde, rohrförmige Teile, beispielsweise aus Kohlenstoff bestehende Teile, einer bestimmten Stoßbelastung widerstehen können.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Anordnung werden O-Ringe kG verwendet, die über die Enden der rohrförmigen Teile gepaßt sind. Die Platte 48 wird dann über den Rohrenden und O-Ringen angeordnet. Wenn die Kappe 5o ^a*i dem Endblech 42 befestigt ist, ■werden die O-Ringe zusammengedrückt und dichten und sichern die rohrförmigen Teile in ihrer Lage.

Fig. k bis 6 zeigen eine bevorzugte Montage der rohrförmigen Teile in dem Ultrafiltrierelement. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, hat das Endblech 3^ Öffnungen mit einem ausreichenden Durchmesser für die Zuführung der rohrförmigen Teile. Die Oberfläche des Endbleches gegenüber der Zone für die durchgedrungene Flüssigkeit ist mit Ausnehmungen versehen, damit eine Dichtung 52 über dem Ende des Rohres angebracht und in die Ausnehmungsflache gedruckt werden kann. Dies dichtet und sichert die rohrförmigen Teile in ihrer Lage. Ein Vorteil dieses Zusammenbaus gegenüber dem vorher beschriebenen ergibt sich dadurch, daß die rohrförmigen Teile fluchtend sehr nahe beieinander angeordnet werden können. Für bestimmte Verwendungszwecke und infolge von Raumerfordernissen kann es vorteilhaft sein, ein relativ kompaktes bzw. platzsparendes Bauelement herzustellen, ohne daß die gewünschte Anzahl von rohrförmigen Teilen aufgegeben werden muß.

409847/0956

Bei einer äußerst wirksamen Verwendung der Ultrafiltriervorrichtung gemäß der Erfindung benutzt man häufig ein System mit einer geschlossenen Schleife_t d. h. der Beschickungsstrom lvird nach dem Durchgang durch das Bauelement, in welchem eine etwas höhere Konzentration von Molekülen mit größerem Molekulargewicht erreicht wird, zurück zu dem Bauelement geführt. Wenn die Flüssigkeit auf eine ausreichende Konzentration gebracht worden ist, kann sie aus diesem System abgezogen werden. Es kann eine Vielfalt von automatischen Steuereinrichtungen zum Entfernen des Konzentrates sowie für die Umwälzung des Beschickungsstroms benutzt werden.

Obwohl bei der in Fig. 1 gezeigten Ultrafiltriervorrichtung nur ein einziges Bauelement Io verwendet wird, kann es für bestimmte Verwendungszwecke erwünscht sein, zwei oder mehrere Bauelemente in der gleichen Vorrichtung einzusetzen. In diesen Fällen können die Bauelemente in Reihe angeordnet werden, d. h. das Konzentrat von einem ersten Bauelement dient als Beschikkungsstrora für ein zweites Bauelement usw.. Es kann auch eine Parallelanordnung getroffen werden, bei welcher der gleiche Beschickungsstrom gleichzeitig in alle Bauelemente eintritt. Die Anordnung wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflußt, die die Konzentration und Trennung der Komponenten für eine bestimmte Anwendung optimieren.

Infolge der hervorragenden Eigenschaften der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist sie besonders für die Trennung und Konzentration von Komponenten geeignet, die in einer weiten Vielfalt von Flüssigkeiten enthalten sind. Eine besonders günstige Anwendung der Ultrafiltriervorrichtung besteht in der Konzentrierung und Trennung von Ol-Wasser-Emulsionen, was bereits erwähnt wurde. Diese Emulsionen treten in einer breiten Vielfalt bei der Metallverarbeitung und bei der Reinigung von Metall auf. Ein zufriedenstellendes Verfahren zum wirksamen Konzentrieren solcher Flüssigkeiten, um die zu beseitigenden Abfallstoffe auf ein Minimum zu reduzieren und um viele der nützlichen Komponenten in den Flüssigkeiten wiederzugewinnen, war bisher

409847/0956

nicht bekannt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist jedoch äußerst erfolgreich bezüglich der Behandlung einer breiten Vielfalt von Flüssigkeiten, welche emulgiertes und/oder chemisch stabilisiertes Öl enthalten.

Wie in den nachstehenden Beispielen noch gezeigt wird, kann die Ultrafiltriervorrichtung auch für das Konzentrieren und Separieren von Lösungen der textilverarbeitenden Industrie verwendet werden. Beispielsweise kann Polyvinylalkohol leicht aus bei der Textilverarbeitung eingesetzten Schlichtelösungen mit einem hohen Wirkungsgrad konzentriert und separiert werden.

Die Vorrichtung eigent sich auch für die Wiedergewinnung und Rückführung von Reagenzien aus einer Vielzahl von Waschwassern, beispielsweise von Autowäschereien, Reinigungsanstalten und dergleichen.

Die Ultrafiltriervorrichtung ist auch bei der elektrophoretischen Beschichtung einsetzbar. Nachdem beispielsweise ein bemalter Gegenstand aus einem Elektrofärbebad entfernt worden ist, wird er in vielen Fällen mit Wasser besprüht, um den überschüssigen Abzug aus dem Bad zu entfernen. Beim Durchführen dieses Farbe enthaltenden Waschwassers durch die erfindungsgemäße Vorrichtung können die Farbfeststoffe konzentriert in das Färbebad zurückgeführt werden. Die Vorrichtung eignet sich auch für das Entfernen von überschüssigem Wasser, lösbaren Salzen oder überschüssigen Lösungsvermittlern aus dem Färbebad. Wie in Beispiel 6 gezeigt wird, kann die Abweisung der Pigmentphase 99»95 % betragen. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren (US-PS 3 663 399) sind die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielten Durchdringungsgeschwindigkeiten bzw. Durchdringungsdurchsätze erheblich größer.

Zusätzlich wurde gefunden, daß die Vorrichtung sich für die Behandlung einer Vielzahl von Nahrungsmitteln und Getränkeprodukten eignet. So kann die Vorrichtung beispielsweise zur

409847/0956

Konzentrierung und Separierung von verbrauchten Getreideflüssigkeiten bei der Herstellung von Bier und Ale,zum Konzentrieren von Proteinen aus Käsemolke, zur Klärung von Essig und dergleichen verwendet werden. Bei der Meerwasserentsalzung kann die erfindungsgemäße Ultrafiltriervorrichtung als erste Stufe zur Reinigung des Wasser vor dessen Durchführung durch eine Einheit mit umgekehrter Osmose benutzt werden. Schließlich bleibt als Anwendungsgebiet der Ultrafiltriervorrichtung noch die Konzentrierung und Separierung von Rindblutserum, Eiweiß, Enzymen und dergleichen zu nennen.

Anhand der nachstehenden Beispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Eine wässrige Lösung, die Lösung A, welche annähernd

2 Gew.-% metallische Fremdkörper und lösliche Öle mit etwa

3 Gew.-% löslichen industriellen Detergentien und Natriumhydroxyd enthält, wird durch ein Ultrafiltrierungselement bei verschiedenen Drucken und Strömungsgeschwindigkeiten zirkulieren gelassen. Das Abfallprodukt selbst kommt von dem Speichertank für eine industrielle Waschanlage, die dazu verwendet wird, Schmutz, Metallspäne und Ölrest von Metallteilen nach ihrer Fertigstellung zu entfernen. An den fertiggestellten Teilen befinden sich verschiedene Öle, nämlich Schmieröle für das Ziehen, lösliche Öle von der Formung und verschiedene Schneidöle von der spanabhebenden Bearbeitung. Die Konzentration des Gesamtöls in dem Beschickungsmaterial wird durch Zugabe von Schwefelsäure und anschließende Separierung bestimmt. In der nachstehenden Tabelle I sind die Betriebsbedingungen und die erzielten Ergebnisse zusammengefaßt.

409847/0956

Tabelle I

Betriebsbedingungen des Ultrafiltriersystems für die Behandlung der Öl-Wasser-Detergeiis-Lösung A :

Betriebsdruck 7 kp/cm

Zirkulationsgeschwindigkeit 5|5 m/s

Filtratstrora 37oo l/m Tag

Betriebstemperatur 6o C

gesamte Betriebszeit 3o h

Eigenschaften der Beschickung, des Filtrates und des Konzentrates :

Beschickung Filtrat Konzentrat

pH-¥ert 12,5 12,5 12,5

Ölgehalt 2 % <loo ppm 16 %

Detergensgehalt 3 % 3 % 3 %

Aus Tabelle X sieht man, daß die Beschickung die achtfache
Konzentration hatte. Das Filtrat hat weniger als loo ppm Öl, hat jedoch noch die gleiche Detergenskonzentration wie die
Beschickung, so daß es für die Wiederverwendung geeignet ist.

Beispiel 2

Es wird eine zweite Öl-Wasser-Detergenslösung, die Lösung B, untersucht, in der der hauptsächliche Ölbestandteil aus lösbarem Öl besteht, das bei einem Metallstanzvorgang verwendet wird (die Detergensphase ist Amchem lool). In diesem Fall enthält der Beschickungsstrom etwa o,4 Vol-% Öl, was durch
Schwefelsäureseparierung festgestellt wird. Die Betriebseigenschaften und die Eigenschaften der Beschickung, des
Filtrates und des Konzentrates sind in Tabelle II zusammengestellt. Es wurden Flußwerte von mehr als 4loo l/m pro Tag über Betriebsperioden von mehr als 3° Tagen bei verschiedenen

409847/0956

Ölkonzentrationen festgestellt. Man erreicht eine Konzentration.

Tabelle II

Eigenschaften des Ultrafiltriersysteras für die Behandlung der Öl-Wasser-Detergens-Lösung B :

2 Betriebsdruck 7 kp/cm

Zirkulationsgeschwindigkeit 4,6 m/s

Betriebstemperatur 66 C

Filtratstrom 466o l/ni Tag

■gesamte Betriebszeit 72o h

Eigenschaften der Beschickung, des Filtrates und des Konzentrates :

	Beschickung	Filtrat	Konzentrat
pH-Wert	9,5	9,5	9,5
Ölgehalt	o,4	\loo ppm	22 %
Detergens gehalt	3 %	3 %	3 %
Beispiel 3

Bei dem dritten Versuch wird ein lösliches Öl (Texaco Soluble Oil C) in einem einzigen Rohrsystem mit einer Beschickungskonzentration von etwa 5 % verwendet. Die Daten von Tabelle III zeigen die Betriebseigenschaften für einen 3o h-Versuch. Während dieser Zeit wird die Ölkonzentration von 5 % auf 2o % erhöht.

409847/0956

Tabelle III

Betriebsbedingungen des Ultrafiltriersystems für die Behandlung einer Ol-V7asser-Emulsion :

Betriebsdruck 7 kp/cm

Zirkulationsgeschwindigkeit 6,7 m/s

ο mittlerer Filtratfluß 564o l/m Tag

mittlere Betriebstemperatur

gesamte Betriebszeit 24 h

Eigenschaften der Beschickung, des Filtrates und des Konzentrates :

Beschickung Filtrat Konzentrat Ölgehalt 5 % £loo ppm 29 %

Beispiel 4

Zur Veranschaulichung der vielseitigen Anwendung des Ultrafiltriersystems für verschiedene andere Industrieabfallprodukte werden Versuche an Proben von Polyvinylalkohol-Wasserlösungen bei Konzentrationen von l,o bis 4,ο % durchgeführt. Die Daten von Tabelle IV zeigen die Betriebseigenschaften des Systems und die Eigenschaften der Beschickung, des Filtrates und des Konzentrates. Der Polyvinylalkohol liegt innerhalb eines molekularen Größenbereichs von 5o ooo bis loo ooo, wie er in Schlichtebädern der Textilverarbeitung verwendet wird. In diesem Fall ist ein Überzug aus Zirkondioxyd als teilchenförmiges Bett mit einem zweiten Überzug eines wässrigen Zirkondioxydgels beschichtet. Das wässrige Zirkondioxyd wird durch Sieden einer o,25 molaren ZrOCl -Lösung über 3o h zur Hydrolysierung des Oxychloride hergestellt. Bei einem 94 cm langen Rohr mit einem Innendurchmesser von 6,4 mm werden 12,5 ml dieser Lösung 3 1 distillierten Wassers zugesetzt, um die Beschickung herzustellen,

409847/0956

die durch das Rohr bei 7 kp/cm etwa 1 h lang geführt wird. Die durchgedrungene Flüssigkeit wird in den Speicher zurückgeführt, um das wasserhaltige Zirkondioxydgel auf der Oberseite der· vorhergehenden Schicht abzuscheiden. Die Vorrichtung sorgt für eine Abweisung von mehr als 97 % Polyvinylalkohol.

Tabelle IV

Betriebsbedingungen des Ultrafiltriersystems mit einer Polyviriylalkohollösung :

Betriebsdruck (Überdruck) 7 kp/cm

Zirkulationsgeschwindigkeit 6,1 m/s

mittlerer Filtratfluß ₂

bei 1 % Konzentration 286o l/m Tag

bei k % Konzentration 86o l/m Tag

mittlere Betriebstemperatur 82°C

gesamte Betriebszeit 112 h

Eigenschaften der Beschickung, des Filtrates und des Konzentrates :

Beschickung	pH-Wert	6,8	Filtrat	Konzentrat	-
Polyvinylalkohol	1 %	6,8	6,8
Beispiel 5		o,o3 56	4 %

Es werden Vergleichsversuche für die Konzentration des Polyvinylalkohole mit nicht beschichteten Kohlenstoffrohren durchgeführt, mit Kohlenstoffrohren, die mit einem teilchenförmigen Bett beschichtet sind und mit Kohlenstoffrohren, die mit einem teilchenförmigen Bett plus dem wasserhaltigen Zirkondioxyd beschichtet sind. Alle Messungen werden bei 7 kp/cm Einlaßdruck und einer Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe von 6,1 m/s

409847/0956

ausgeführt. Die Daten von Tabelle V zeigen im Vergleich die Abweisung und die Flußeigenschaften der drei Versuche, woraus sich ein stark verbesserter Fluß infolge der Zirkondioxydteilchen und die verbesserte Abweisung mit einem aufrechterhaltenen hohen Fluß ergibt, wenn die wasserhaltige Zirkondioxydgelschicht zugefügt wird.

Tabelle V

Vergleich der Abweisung und der Flußeigenschaften für eine Durchdringungsvorrichtung, bestehend aus einem Kohlenstoffrohr, aus einem Kohlenstoffrohr mit Teilchenbett und aus einem Kohlenstoffrohr mit Teilchenbett u/*d w&öSüi'haltigera Metalloxyd, wobei eine 1 %-Polyvinylalkohol-Lösung als Beschickung verwendet wird.

Temperatur

	in l/m Ta_R	O	in %	5o	In⁰C
Kohlenstoffrohr allein	614	63	bis	66	56
Kohlenstoffrohr- Teilchen	4o9o	97	bis	99	87
Kohlenstoffrohr- Teilchen- wasserhaltiges Metalloxyd	4o9o	bis	8o

Beispiel 6

Die Ultrafiltriervorrichtung wird für die Konzentrierung einer Grundierungsfarbe aus einem Elektroabscheidungssystera verwendet. Ein poröses Kohlenstoffrohr mit einem Porenvolumen von etwa o,2 g/cm , wobei die Mehrzahl der Poren in

dem Durchmesserbereich von o,l bis l,o u liegt, was durch

2 Hg-Porositätsmessung festgestellt wird, wird mit 6 mg/cm

von Vorstufen-Zr0_o-Teilchen beschichtet, die durch Zentrifugieren für einen Größenbereich von o,l bis l,o u.

409847/0956

klassifiziert wurden. Die Beschichtung wird dadurch ausgeführt, daß dem ZrO etwa 3 1 angesäuertes Wasser zugegeben werden und

2 daß das Wasser durch das Innere des Rohres bei 7 kp/cm eine Stunde lang umlaufen gelassen wird, während das durch die Rohrwand hindurchdringende Wasser del" zirkulierenden Beschickung zugeführt wird. Das Rohr wird dann in ein Zirkulationssystem eingesetzt, dem eine 7»5 % Feststofflösung einer elektroabscheidbaren Farbe (Forbes 2ooo) bei 7 kp/cm und 27 C durch das Rohr bei einer linearen Strömungsgeschwindigkeit von 4,6 bis 7»6 m/s zugeführt wird. Über einen Zeitraum von 2l4 h wird der Durch»

2 dringungsmengenstrom zwischen 348o und 4o9o l/m Tag gehalten.

Bei anderen Versuchen mit dieser Farbe und diesem Rohr, die

rieh über 412 weitere Stunden erstrecken, wird der Fluß

2
zwischen 2o5o und 265° l/m Tag gehalten. Die Abweisung der Pigmentphase beträgt 99i95 % und der ionischen Bestandteile 48,8 %. Typische Durchdringungsraten für Film-Ultrafiltrier-

2 systeme dieser Art von Farbe sind 4lo bis I230 l/m Tag.

Beispiel 7

Es wird ein anderes hochproöses Pulver für einen hohen Oberflächenbereich als Vorbeschichtung verwendet, nämlich eine Aufschlämmung von V -Tonerde, die auf annähernd den gleichen Größenbereich wie das Vorstufenzirkondioxyd gemahlen ist, d. h.

auf o,l bis l,o U. Das Kohlenstoffrohr hat die gleiche Bauweise

2 wie bei dem vorhergehenden Beispiel. Der Fluß bei 7 kp/cm mit reinem Wasser beträgt bei 43 C über l64oo l/m Tag. Mit der Vorbeschichtung fällt er bei einer Betriebstemperatur von 71°C auf II450 l/m Tag. Dieses Rohr wird für die Behandlung einer Probe der schwarzen Lauge bzw. Ablauge aus der Holzbreidigerierung verwendet. Man erhält Flüsse in der Größenordnung von 2860

2
bis 3270 l/m Tag mit einer Farbabweisung von mehr als 9o %

und einer 3° % Abweisung der ionischen Bestandteile.

9847/0956

Beispiel 8

Der Versuch wird mit schwarzer Lauge bzw. Ablaufe bei der Papierverarbeitung durchgeführt. Ein Kohlenstoffrohr, wie es vorstehend beschrieben ist, wird zuerst mit teilchenförmigen! Zirkondioxyd und dann mit wasserhaltigem Zirkondioxyd aus der ZrOCl -Lösung gemäß Beispiel k beschichtet. Nachdem der Versuch mit der schwarzen Lauge über Nacht bei 7kp/cm und 60 C durchgeführt wurde, beträgt die Durchdringungsrate 3^7o l/m Tag, wobei die Abweisung der Farbe mehr als 9o % beträgt. Die Beschickung hat eine Leitfähigkeit von 32ooo mhos, während die durchgedrungene Flüssigkeit eine Leitfähigkeit von etwa I7000 mhos hat, wobei oii.e ionische Abweisung in der Größenordnung von 47 % angezeigt wird.

Beispiel 9

Es wird ein Vergleich bei einer Anzahl von Kohlenstoffrohren und Tonerderohren durchgeführt, um die weite Vielfalt der Eigenschaften zu zeigen, die sich auf den Porendurchmesser, das Porenvolumen und die Luft- und Wasser-Permeabilität beziehen. Wie vorstehend ausgeführt wurde, hat es sich gezeigt, daß rohrförmige Teile mit einem Porendurchmesser von etwa o,l bis etwa 2,ο p., wie die Proben 1 bis 7 von Tabelle VI, für eine optimale Konzentrierung und Separierung der Komponenten aus Flüssigkeiten sorgen.

Diese rohrförmigen Elemente haben Porendurchraesser, die im allgemeinen größer als etwa 2,ο u (Probe 8 bis 15) sind, neigen jedoch zum Verstopfen der Poren in der Tiefe mit den Metalloxydteilchen und den ultrafiltrierten Materialien in dem zurückgehaltenen Material, so daß man unerwünscht niedrige Durchdringungsraten erhält. Wenn die Hauptmasse des Porenvolumens Porendurchmesser von weniger als etwa o,l 11 hat, ist außerdem der Wasserdurchsatz beim nicht beschichteten Rohr so niedrig, so daß die Durchdringungsrate einen nicht

409847/0956

akzeptablen niedrigen Wert hat. Im Gegensatz dazu haben die Proben entsprechend den Nummern 1 bis 7 ein Porenvolumen in der Verteiltingsspitze von etwa 0,08 cm /g oder größer, wobei der Porendurchmesserbereich hauptsächlich zwischen etwa O₁I und etwa 2,o u liegt, wodurch man hervorragende Ergebnisse erhält. Solche Kohlenstoffrohre unterscheiden sich auch da- durch, daß sie eine Fülldichte von weniger als etwa 1,6 g/cm haben. Die Probe Nr. 7 betrifft ein rohrförmiges Teil aus Aluminiumoxyd bzw. Tonerde, während die anderen Rohre aus Kohlenstoff bestehen. Alle Messungen werden unter Normbedingungen für die Feststellung des Porenvolumens, des Poreridurchmessers, der Luft- und Wasserdurchsätze und der Fülldichte gemacht.

409847/0956

co cn cn

	■	TABELLE VI	Porendurch messer in u (Spitze) von bis	0,39	Poren-Volumen 0,1 bis o,5 u * l,u cm /g cnr/g	0,036	Luft- durch- lässig- keit bei 0,7·atü ^±n3 2 cm /min cm	Teilen	500	22	700	Füll dichte in g/cnr	I
	Gesam tes Poren volumen in cnr/g		o,l8	0,44	o,l6	o,o31	13	Viasserstrom bei 7 kp/cm ρ in l/m Tag 1 min 5 min	-		-	1,39	UJ
Pro be Nr.	o,2o		o,19	0,5	o,l6	0,038	13	22	-		-	1,39	to I
1	o,2o	Porositätseigenschaften von nicht beschichteten rohrförmigen	o,2	0,8	o,l4	0, öl	-		-		-	-
2	o,19	Spitze des Poren volumens in cnrVg	o,2	0,5	0, 11	o,o4	_		080	9	82o	1,53
3	o,13	o,l6	o,2	0,5	0,06	0,05	6		4oo	13	42o	1,51
4	o,13	o,l6	o,3	1,8	0,05	0,05	11	13	-		-	l,5o
5	o,12	o,15	o,7	88	0, ool	o,ll	179	18	630	8	794	2,55
6	o,l4	0, 13	7,1	12	0, oo4	o,13	13		890	8	670	1,66
7	o,15	0,09	2,2	12	0, oo4	0, 11	3o	28	300	5	73o	l,6l
8	o,135	0,08	2,4	12	0, oo5	0,11	-	85	260	8	830	1,65
9	o,135	o,ll	3,1	12	0, 003	0,11	34	77	o7o	13	74o	1,63
Io	o,13	0,06	7,4	12	0, öl	0, Io	47	57	080	2o	450	1,64
11	o,125	O₁ Io	2,9	12	0,003	0, Io	25	94	4oo	5	235	1,67
12	o,12	0, Io	8,8	12	0, ool	o,o4	22	49	800	22	490	1,66
13	o,ll	0, Io	1	0, oo2	' 25	32		1,67
14	0,07	0,08		81
15		0,07
		0,07
	o,o4

Beispiel Io

Die Ultrafiltriervorrichtung wird für die Konzentrierung und Separierung der Proteinfraktion von Quarkmolke aus der Masse aus Wasser, Lactose und gelösten Salzen verwendet. Es werden poröse Kohlenstoffrohre mit Porenvolumen in den genannten bevorzugten Bereich verwendet, die mit einem "Vorstufen"-Magnesium-Aluminium~Spinnel gemäß Beispiel 6 beschichtet sind. Eine Beschickungslösung mit 9o % extrahierter flüssiger Phase wird durch die Vorrichtung 2o h lang bei einer Temperatur von 49 C geschickt, wobei im wesentlichen das ganze Protein in dem Konzentrat gehalten wird. Die Durchdringungsrate am Ende des Versuchs beträgt 2^5ο l/m Tag. Die Rohre werden anschließend mit destilliertem Wasser gereinigt, dann wi.rd durch die Vorrichtung neue Beschickungslösung geschickt. Nach 6,5 h Betriebszeit fällt die Durchdringungsrate von 2o8o auf 135o l/m Tag ab. Nach dem Auswaschen mit einem Waschmittel (Tergitol I5-S-5) wird wieder eine Durchdringungsrate der Beschickungslösung von

2
2330 l/m Tag erreicht. Die rohrförmigen Teile werden dann mit dem Reinigungsmittel gereinigt und mit Dampf von 0,6 atü zur Sterilisierung der Rohre und zum Entfernen von teilchen-« förmiger Materie gereinigt.

Die Vorrichtung wird dann erneut mit Beschickungslösung beschickt, wobei die anfängliche Durchdringungsrate

2
2580 l/m Tag beträgt. Nach 2 h kontinuierlichen Betriebs

liegt die Durchdringungsrate bei 2o9o, nach 24 h bei

2
ΙΛ70 l/m Tag. Daraus sieht man, daß das rohrförmige Teil und die Metalloxydbeschichtung mit Dampf gereinigt und sterilisiert werden können, so daß man wieder zu der hohen Leistung zurückkehren kann.

409847/0956

Die Erfindung bezieht sich jedoch nicht nur auf eine Ultrafiltriervorrichtung, auf ein Bauelement zur Verwendung insbesondere in einer erfindungsgemäßen Ultrafiltriervorrichtung, auf ein Verfahren zum abdichtenden Befestigen und Halten der Rohrelemente in dem erfindungsgemäßen .Bauelement, sowie auf ein Verfahren zum Beschichten der rohrförmigen Teile des erfindungsgemäßen Bauelementes.

Die Erfindung bezieht sich im wesentlichen vielmehr auch ausdrücklich auf alle Verfahren zum Konzentrieren und Separieren von Öl aus öl enthaltenden Flüssigkeiten, bei denen die erfindungsgemäße Ultrafiltriervorrichtung bzw. d^r, erfindungsgemäße Bauelement verwendet v/erden.

So bezieht sich die Erfindung im speziellen ausdrücklich auch auf ein Verfahren zum Konzentrieren und Separieren von öl aus öl enthaltenden Flüssigkeiten, bei dem die das Öl enthaltende Flüssigkeit einer erfindungsgemäßen Ultrafiltriervorrichtung zugeführt und eine mit Öl angereicherte Flüssigkeit von der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgezogen v?ird. Weiterhin bezieht sich die Erfindung ausdrücklich auch auf ein Verfahren zum Konzentrieren und Separieren von öl aus Öl und Detergentien enthaltenden Flüssigkeit, bei dem die das Öl und die Detergentien enthaltende Flüssigkeit einer erfindungsgemäßen Ultrafiltriervorrichtung zugeführt und eine mit öl angereicherte Flüssigkeit aus der Vorrichtung abgezogen wird.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auch auf ein Verfahren zum Konzentrieren und Separieren von emulgiertem öl aus Flüssigkeiten, welche emulgiertes öl enthalten, wobei diese Flüssigkeiten einer erfindungsgemäßen Ultrafiltriervorrichtung zugeführt und eine mit öl angereicherte Flüssigkeit aus der Vorrichtung abgezogen wird.

409847/0956

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Konzentrieren und Separieren von Polyvinylalkohol aus Flüssigkeiten der Textilindustrie, welche Polyvinylalkohol enthalten, v;obei die Polyvinylalkohol enthaltende Flüssigkeit einer erfindungsgemäßen Ultrafiltriervorrichtung zugeführt wird und eine mit Polyvinylalkohol angereicherte Flüssigkeit aus der Vorrichtung abgezogen wird.

Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zum Separieren und Konzentrieren eines Farbstoffpigmentes aus ülektrof arbeitsflüssigkeiten, die Farbpigir.ent enthalten, dadurch "gekennzeichnet, daß die Farbpigment enthaltende Flüssigkeit einer erfindungsgcmäßc/i Ultrafiltriervorrichtung zugeführt und eine mit Farbpigment angereicherte Flüssigkeit aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgezogen wird.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zum Konzentrieren und Separieren von Pulpe aus Flüssigkeiten, welche Pulpe enthalten, wobei diese Flüssigkeiten der erfindungsgemäßcn ültrafiltriervorrichtung zugeführt werden und eine mit Papierpulpe angereicherte Flüssigkeit aus der Vorrichtung abgezogen wird.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Konzentrieren und Separieren von gebrauchten Getreideflüssigkeiten aus Flüssigkeiten, die verbrauchte Getreideflüssigkeiten enthalten, wobei diese Flüssigkeiten einer erfindungsgemäßen ültrafiltriervorrichtung zugeführt werden und eine Flüssigkeit aus der Vorrichtung abgezogen wird, die mit verbrauchten Getreideflüssigkeiten angereichert ist.

Überdies bezieht sich die Erfindung ausdrücklich auch auf ein Verfahren zum Konzentrieren und Separieren von Eiweißfraktionen von Quarkkäsemolke aus der Hauptmasse der Flüssigkeit, die Wasser, Lactose und gelöste Salze enthält, wobei die das Protein enthaltende Flüssigkeit der erfindungsgemäßen Ültrafiltriervorrichtung zugeführt wird und eine Flüssigkeit aus der Vorrichtung

409847/0956

abgezogen wird, die mit dem Proteinanteil angereichert ist.

Ansprüche

409847/0956

Claims

Ansprüche

1. Ultrafiltriervorrichtung zum Konzentrieren und Separieren von Komponenten in Flüssigkeiten, gekennzeichnet durch wenigstens ein Bauelement (lo)· mit wenigstens einer Einlaßöffnung (26), wenigstens einer Auslaßöffnung (3o), einer Saramelzone (38) für die durchgedrungene Flüssigkeit-mit wenigstens einer Auslaßöffnung (28), mit einer Vielzahl von axial ausgerichteten hohlen,rohrförmigen Teilen (32), die in der Zone (38) sehr nahe beieinander angeordnet sind, ein Porenvolumen von wenigstens etwa 0,08 cm /g im Verteilungsmaximum des Porendurchraenserbereiches aufweisen,' in dem der größte Teil der Porex) mit einem

—Durchmesser zwischen etwa o,l und etwa 2 ,on liegt, wobei die Teile (32) in der Zone (13) gehaltert und abdichtend befestigt sind, so daß die in das Bauelement (lo) eintretende Flüssigkeit die Teile (32) kontaktiert und alle Flüssigkeitskomponenten, die durch die Wände (64) der Teile (3 2) hindurchgehen, in der Sammelzone (38) für die durchgedrungene Flüssigkeit gesammelt werden, und mit einer im wesentlichen gleichförmigen durchgehenden anhaftenden porösen Beschichtung aus vorgeformten, eng gepackten Metalloxidteilchen auf der Oberfläche der Teile (32), die in direktem Kontakt mit der Flüssigkeit steht, wobei die Teilchen eine durchschnittliche mittlere Größe von weniger als 5|O u und die Beschichtung (72) eine Stärke von etwa o,ol bis etwa Io u hat, ohne daß die Teilchen wesentlich in die Teile (32) eindringen ,weiterhin durch Einrichtungen zum Zuführen einer Beschickungsf lüssiglcext zu dem Bauelement (lo), durch Einrichtungen zum Abziehen einer konzentrierten Flüssigkeit aus dem Bauelement (lo) und durch Einrichtungen zum Abziehen der durchgedrungenen Flüssigkeit aus der Zone (38) für das Ansammeln der durchgedrungenen Flüssigkeit.

40S847/0956

2. Vorrichtung nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch

mit der Auslaßöffnung (3o) und der Einlaßöffnung (26) des Bauelementes (lo) verbundene Leitungen, wobei die konzentrierte Flüssigkeit durch das Bauelement (lo) umgewälzt wird.

3« Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet
durch mit den Leitungen verbundene Einrichtungen, um wenigstens einen Teil der konzentrierten Flüssigkeit abzuziehen.

k. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei oder mehr Bauelemente (lo), die so angeordnet sind, daß die Beschickungsflüssigkeit nacheinander durch die Bauelemente (lo) geht.

5· Vorrichtung nach einem der Anprüche 1 bis 3i dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Bauelemente (lo) so angeordnet sind, daß die Beschickungsflüssigkeit gleichzeitig durch die Bauelemente (lo) geht.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (32) ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von wenigstens etwa 2o : 1 haben.

7· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (32) einen Innendurchmesser von etwa o,25 bis etwa 2,5 cm haben.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 5o % der Poren (74) der rohrförmigen Teile (32) einen mittleren Porendurchmesser innerhalb eines Bereichs von etwa o,l bis etwa 0,5 ρ haben.

409847/0956

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (32) aus Kohlenstoff bestehen.

10. Vorrichtung, nach einem der Ansprüche 1 "bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (32) aus Aluminium-Oxid bestehen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (32) aus Alumo -Silikat bestehen.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden iw

dadurch gekennzeichnet, daß die angehäuften Metalloxydteilchen eine durchschnittliche mittlere Größe zwischen etwa o,l und etwa I₁ ο u haben.

13· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung eine Vorbeschichtung aus eng gepackten Metalloxidteilchen (72) mit einer durchschnittlichen mittleren Teilchengröße von etwa o_}l bis etwa l,o u und eine zweite Beschichtung von Metalloxidteilchen mit einer durchschnittlichen mittleren Teilchengröße von weniger als etwa o,l u aufweist.

Ik* Vorrichtung nach Anspruch 13t dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Beschichtung aus wasserhaltigem Zirkon dioxrid besteht.

15· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid Zirkondioxid ist.

409847/0956

- 4ο -

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid ν* -Aluminiumoxid ist.

17.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch

gekennzeichnet, daß das Metalloxid Magnesium-Aluminiumoxid-Spinell ist.

18. Bauelement zur Verwendung in einer Ultrafiltriervorrichtung für die Konzentrierung und Separierung von in Flüssigkeiten enthaltenen Komponenten, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch wenigstens eine Einlaßöffnung (26), eine Auslaßöffnung (3o), eine Zone (38) zum Sammeln der durchgedrungenen Flüssigkeit mit wenigstens einer Auslaßöffnung.(28), durch eine Vielzahl von axial ausgerichteten hohlen rohrförmigen Teilen (32), die in der Zone (38) eng beieinander angeordnet sind, wobei die Teile (32) ein Porenvolumen von wenigstens etwa 0,08 cm /g im Bereich des Verteilungsmaximums der Porendurchmesserbereiche aufweisen, in dem der größte Teil der Poren zwischen etwa o,l und etwa 2,ο ^i liegt, wobei die Teile (32) in der Zone (38) gehaltert und abdichtend befestigt sind, so daß die in das Bauelement (lo) eintretende Flüssigkeit durch das Innere der Teile (32) gehen muß und Flüssigkeitskoinponenten, die durch die Wände (64) der Teile (32) durchgedrungen sind, in der Zone (38) für das Sammeln der durchgedrungenen Flüssigkeit gesammelt werden, und durch eine im wesentlichen gleichförmige , ununterbrochene , anhaftende poröse Beschichtung (72) aus vorgeformten, eng gepackten Metalloxidteilchen auf der Oberfläche der Teile (32) , wobei die Teilchen eine durchschnittliche mittlere Größe von weniger als etwa 5,ο μ und die Beschichtung (72) eine Stärke von etwa o,ol bis etwa lo,o li haben, ohne daß die Teilchen wesentlich in die Teile (32) eindringen.

409847/0956

19· Bauelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (32) ein Verhältnis von Länge zu Durchmesser von wenigstens etwa 2o : 1 haben.

20. Bauelement nach Anspruch 18 oder 191 dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (32) einen Innendurchmesser von etwa o,25 cm bis etwa 2,5 cm haben.

21. Bauelement nach einem der Ansprüche 18 bis 2o, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 5o % der mittleren Porendurchmesser der rohrförmigen Teile (32) innerhalb eines Bereichs von etwa o,l bis etwa o,5 u liegen.

22. Bauelement nach einem der Ansprüche l8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (32) aus Kohlenstoff bestehen.

23. Bauelement nach einem der Ansprüche l8 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (32) aus Aluminiumoxid bestehen«

24. Bauelement nach einem der Ansprüche l8 bis 21, dadurch dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile (32) aus Alum.o -Silikat bestehen.

25. Bauelement nach einem der Ansprüche l8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalloxidteilchen (72) eine durchschnittliche mittlere Teilchengröße von etwa o,l bis etwa l,o 11 haben.

26. Bauelement nach einem der Ansprüche l8 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einer Vorbeschichtung aus eng gepackten Metalloxidteilchen mit einer durchschnittlichen mittleren Teilchengröße von etwa o,l bis etwa l,o 11 und aus einer zweiten Beschichtung aus Metalloxidteilchen mit einer durchschnittlichen mittleren Teilchengröße von weniger als etwa ο,Ι μ besteht.

409847/0956

27· Bauelement nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet,

daß die zweite Beschichtung aus wasserhaltigem Zirkondioxid besteht.

28. Bauelement nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid Zirkondioxid ist.

29· Bauelement nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid Y-Aluminiumoxid ist.

3o. Bauelement nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid Magnesium- Aluminiumoxid-Spinell ist.

31· Verfahren zum abdichtenden Anbringen und zum Haltern der rohrförmigen Teile in dem Bauelement nach einem der Ansprüche 18 bis 3°i dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende der rohrförmigen Teile durch Endbleche eingeführt wird, die eine Vielzahl von Öffnungen haben, deren Durchmesser etwas größer ist als der der rohrförmigen Teile, so daß wenigstens ein Abschnitt dieser Teile über die äußere Oberfläche der Endbleche vorsteht, wobei der Außenflächenteil der Endbleche Öffnungen hat, die Ausnehmungen aufweisen, und daß eine ringförmige, dehnbare Dichtung, deren Normaldurchmesser kleiner ist als der der Teile, über die Enden dieser Teile geführt wird, und daß die Dichtung in den Ausnehmungsöffnungen der Endbleche zusammengedrückt wird.

32. Verfahren nach Anspruch 31t dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile aus Kohlenstoff bestehen·

409847/0956

33· Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus Gummi besteht.

3^. Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung aus einem synthetischen kautschukartigen Material besteht.

35· Verfahren zum abdichtenden Befestigen und Haltern der Rohrelemente in dem Bauelement nach einem der Ansprüche l8 bis 3o, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende der rohrförmigen Teile durch Endbleche eingeführt wird, die eine Vielzahl von Öffnungen haben, deren Durchmesser etwas größer ist als der der rohrförmigen Teile, so daß wenigstens ein Abschnitt dieser Teile über die Außenfläche der Endbleche vorsteht, daß über die Enden dieser Teile O-Ringe geführt werden und die O-Ringe an den Endblechen befestigt werden.

36. Verfahren nach Anspruch 35« dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Teile aus Kohlenstoff bestehen.

37· Verfahren nach Anspruch 35 oder 36» dadux-ch gekennzeichnet, daß die O-Ringe aus Metall bestehen.

38. Verfahren zum Beschichten der rohrförmigen Teile des Bauelementes nach einem der Ansprüche l8 bis 30» dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche der rohrförmigen Teile mit einer wässrigen Suspension der angesammelten Metalloxidteilchen kontaktiert wird, biß eine Beschichtung in einer Stärke von wenigstens etwa o,öl bis etwa Io u und einem Flächengewicht von etwa o, 16 mg/cm auf der Oberfläche der Teile aufgebracht ist.

39· Verfahren zum Beschichten der rohrförmigen Teile des Bauelementes nach einem der Ansprüche l8 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche der

4098A7/0956

rohrförmigen Teile mit einer wässrigen Suspension der angesammelten iletalloxidteilchen kontaktiert v;ird, bis eine Beschichtung in einer Stärke von wenigstens etwa o,ol bis etwa

2 Io μ und einem Flächengewicht von etwa o,16 mg/cm auf der

Oberfläche der Teile aufaebracht ist.

40. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 oder des Elementes nach einem der Ansprüche 18 bis 3o zura Konzentrieren und Separieren von öl aus öl enthaltenden Flüssigkeiten.

41. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ans^.r'i rhe 1 bis 17 oder des Elementes nach einem der /vnsprüche 18 bis 3o zum Konzentrieren und Separieren von Öl aus Flüssigkeiten, welche Öl und Detergentien enthalten.

42. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 oder des Elementes nach einem der Ansprüche 18 bis 3o zur Konzentrierung und Separierung von emulgiertem Öl aus emulgiertes Öl enthaltenden Flüssigkeiten.

43. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 oder des Elementes nach einem der Ansprüche 18 bis 3o, insbesondere nach Anspruch 27, zum Konzentrieren und Separieren von Polyvinylalkohol aus Abwässern der Textilindustrie.

44. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 oder des Elementes nach einem der Ansprüche 18 bis 3o zur Separierung und Konzentrierung von Farbpigment aus Elektro-

: färbebadflüssigkeiten.

409847/0956

45. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis oder des Elementes nach einem der Ansprüche 18 bis 3o zum Konzentrieren und Separieren von Pulpe aus Papierpulpe enthaltenden Flüssigkeiten.

46. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis oder des Elementes nach einem der Ansprüche 18 bis 3o zum Konzentrieren und Separieren von verbrauchten Getreidesäften aus diese Säfte enthaltenden Flüssigkeiten.

47. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis oder des Elementes nach einem der Ansprüche 18 bis 3o zum Konzentrieren und Separieren des Eiweißanteils von Quark- . molke aus der Flüssigkeit, die Wasser, Lactose und gelöste Salze enthält.

409847/0956

Leerseite