DE2426262A1 - Membran-trennvorrichtung - Google Patents
Membran-trennvorrichtungInfo
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Description
Membran-Trennvorrichtung (Zusatzanmeldung zur Patentanmeldung P 23 03 86O.O)
Die Erfindung betrifft eine Membran-Trennvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Hauptanspruchs/.insbesondere gemäß Patent
(Patentanmeldung P 23 03 860.0).
In dem Hauptpatent ist eine Membran-Trennvorrichtung für Fluide
beschrieben, bei der die Trennung der Fluide mittels einer selektiven
Durchlässigkeit der Membranen erfolgt, wobei das zu behandelnde Fluid in Berührung mit den Membranen vorbeiströmt.
Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie zwischen . zwei Endplatten einen Stapel aus Rahmeridichtungen, die die Dicke
der Fluidschicht bei der Zirkulation herstellen und im Wechsel damit Membranstützplatten aufweist, von denen jede aus zwei
Grundplatten mit im allgemeinen rechteckiger Gestalt besteht,
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wobei die zwei Grundplatten benachbart von wenigstens einem
Ende wenigstens eine öffnung als Durchlaß für das zu behandelnde Fluid aufweisen, wobei die beiden Grundplatten an ihren gegenüberliegenden
inneren Hauptflächen dicht angeordnet sind und dazwischen einen Raum bestimmen, der einerseits durch wenigstens
eine Leitung mit der Kante der Stützplatte und andererseits durch Bohrungen mit der gegenüberliegenden Haupt- Aussenfläche
von jeder Grundfläche verbunden ist, wobei diese Aussenfläche jeder Grundplatte ein flaches Becken aufweist, in welchem eine
Membranstütze und die Membran angeordnet sind und wobei die öffnung für den Durchlaß des zu behandelnden Fluids nahezu die
Breite des Beckens aufweist und der Raum zwischen den Grundplatten wenigstens einen Stützpfeiler für die angrenzenden zwei
Grundplatten aufweist.
Bei dieser Membran-Trenneinrichtung enthält somit jede Stützplatte
zwei Grundplatten, welche dicht miteinander an ihren Innenflächen verbunden sind, und wobei die ebenen Bereiche in Berührung
miteinander stehen und miteinander verklebt sind, während die mit einer Ausnehmung versehenen Bereiche den Hohlraum
festlegen, sowie einen Innenkanal der Stützplatte. Bei dieser Bauart von einer Stützplatte ist die Verwendung von Grundplatten
notwendig, welche an bestimmten Stellen überdicken aufweisen,
wobei diese Grundplatten, welche nicht mittels Spritzgußverfahren in Größen von 200 cm Länge und einer Dickewn 0,5
bis 1 cm hergestellt werden, durch Warmverformung produziert werden können. Eine derartige Hersfcellungsweise erweist sich
aufgrund des notwendigen Zeitaufwands für das Erhitzen und Abkühlen der Elementarplatten unter Druckausübung als nicht sehr
wirtschaftlich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Membran-Trenneinrichtung zu schaffen, bei der jede Stützplatte
zwei Elementarplatten enthält, welche große Dimensionen · (beispielsweise eine Länge von 200 cm und eine Dicke von 0,5
bis 1 cm) aufweisen können, und die sich für erhöhte Produktionsgeechwindigkeiten
eignen. Des weiteren sind die Grundplatten nicht mehr dicht mit ihren Innenflächen in Berührung stehend
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verbunden, wobei sie leicht aus Materialien hergestellt werden können, welche eine erhöhte mechanische Festigkeit, Steifheit,
Temperaturbeständigkeit sowie Unveränderlichkeit aufweisen.
Man fand nun, und hierin beruht die vorliegende Erfindung, eine Membran-Trenneinrichtung, in der das zu behandelnde Fluid, insbesondere
zur Ultrafiltration und Gasdurchdringung in Berührung mit den Membranen zirkuliert, wobei diese Einrichtung zwei Endplatten
enthält, von denen die eine zumindest einen Einlaßkanal trägt und die andere zumindest einen Auslaßkanal für die Abführung
des zu behandelnden Fluids, wobei zwischen den beiden Endplatten ein alternierend aus Rahmendichtungen, welche die
Schicht des zu behandelnden Fluids sicherstellt und aus allgemein rechteekförmigen Membranstützplatten gebildeter Stapel angeordnet
ist, wobei jede der Stützplatten zumindest an einem ihrer Längsenden eine vorzugsweise längliche öffnung für den
Durchlaß des zu behandelnden Fluids aufweist. Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei Grundplatten
enthält, von denen jede eine wesentlich konstante Wandungsdicke aufweist und wobei wenigstens eine von ihnen ein
flaches Becken enthält mit einer Membran, welche auf einer Stütze ruht, sowie dadurch, daß die beiden Grundplatten dicht
miteinander verbunden sind und zwischen sich einen Hohlraum festlegen, der zum einen in Verbindung mit dem Aussenbereich der
Stützplatte über wenigstens eine in der Randwandung der Platte vorgesehene öffnung und zum anderen über Bohrungen mit dem
flachen Becken in Verbindung steht.
Die beiliegende Zeichnung zeigt schematisch und nicht in einem bestimmten Maßstab spezielle Ausfuhrungsformen von einer Mem-"
branstützplatte sowie von einer Membran-Trenneinrichtung, welche von diesen Stützplatten gebildet wird. Diese Zeichnung dient
der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Teilvertikalansicht von einer Ausführungsform von einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie II-II von
der in Fig. 1 dargestellten Stützplatte.
Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie III-III
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von der in Pig. I dargestellten Stützplatte.
Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht von einer abgewandelten
Ausführungsform einer Stützplatte;
Fig. 5 zeigt eine Gesamtansicht von einem erfindungsgemäßen
Gerät.
Fig. 6 zeigt schematisch die Zirkulation von Fluiden im
Inneren eines Geräts.
Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht von einer weiteren abgewandelten Ausführungsform einer Stützplatte von einem erfindungsgemäßen
Gerät.
Die Stützplatte von einer Membran oder Membranen von einem erfindungsgemäßen
Gerät ergibt sich durch eine dichte Zusammensetzung der beiden Grundplatten, welche beispielsweise" metallene
tiefgezogene Grundplatten sind, die eine wesentlich konstante Wandungsdicke aufweisen. Eine derartige Stützplatte von allgemein
rechteckiger Gestalt ist wesentlich symmetrisch zu einer mittleren Längsebene, die senkrecht zu ihren Hauptflächen verläuft
und die im allgemeinen nicht dargestellte Kerben enthält, deren Lage Führungsstaben oder Führungsprofilen entspricht.
Ein derartiges Stützplatten für eine Membran oder für Membranen enthaltendes Gerät enthält vorzugsweise horizontal verlaufende
Stäbe oder Profile, an denen die Platten vertikal aufgehängt sind.
Die Stützplatte eines erfindungsgemäßen Geräts kann zwei identische
Grundplatten enthalten, von denen jede ein flaches Becken enthält, sowie an jedem ihrer Ende^i eine vorzugsweise länglich
ausgebildete öffnung für den Durchlaß des zu behandelnden Fluids.
Eine derartige Ausführungsform ist in den Figuren 1 mit 3 dargestellt.
Die Stützplatte kann unter Umständen lediglich an einem ihrer Enden eine öffnung für den Durchgang des zu behandelnden Fluids
aufweisen. Die Stützplatte kann andererseits zwei unterschiedliche Grundplatten enthalten, von denen beispielsweise lediglich
eine ein flaches Becken mit einer Membran enthält, während die Stützplatte eine öffnung für den Durchgang des zu behandelnden
Fluids an beiden Enden oder lediglich an einem der Enden auf -
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weist. Unter Umständen kann die Stützplatte von einem erfindungsgemäßen
Gerät zwei oder mehrere flache Becken auf einer oder auf beiden Grundplatten enthalten.
In jedem flachen Becken ist eine Stütze angebracht, wobei diese Stütze mit der für den jeweiligen Typus des Trennverfahrens
geeignet gewählten Membran bedeckt ist.
In Fig. 1 ist der untere Bereich einer Stützplatte genauer dargestellt
, welche vertikal in einem Gerät angebracht ist, vras das Vorhandensein des Ansatzes 17 oder allgemeiner
einer öffnung für die Wiedergewinnung des Permeats erklärt.
Die Stützplatte ist wesentlich symmetrisch zu einer zur Längsrichtung verlaufenden Mittelebene ausgebildet, welche durch
die Schnittgerade II-II hindurchgeht, wobei der obere nicht dargestellte
Teil der Stützplatte wesentlich identisch zu dem unteren Teil ist, mit der Ausnahme, daß er kein Ansatzstück 17 trägt und
daß sein oberer Bereich Positionierungskerben oder eine Aufhängung enthalten kann, welche in dem fertig-montierten Gerät
auf den Stäben oder Profilen aufliegen.
Die in den Figuren 1 mit. 3 dargestellte Stützplatte enthält zwei metallene Grundplatten 32, welche tiefgezogen sind.
Die Grundplatten sind identisch ausgebildet. An. jedem Ende ist eine öffnung 3 für den Durchgang des zu behandelnden Fluids angebracht.
Ein flaches Becken 4 ist zwischen den beiden öffnungen
vorgesehen. Jede der öffnungen 3 für den Durchgang des zu behandelnden
Fluids ist vorzugsweise länglich ausgebildet, wobei ihre quer zur Längsachse der Platte verlaufende Dimension im
wesentlichen der Breite des flachen Beckens entspricht. In jedem flachen Becken 4 ist eine Stütze 11 angebracht, die beispielsweise
aus einem porösen nicht-gewebten oder nicht-gewirkten Material, wie A'thylenglykol-Polyterephthalat, besteht. Auf dieser
Stütze 11 ruht eine Membran 12.
Die Stütze 11 füllt vorteilhafterweise das flache Becken 4 vollständig
aus, wobei sie im wesentlichen mit der Aussenflache 26 der Grundplatte 32 fluchtet. Bei der dargestellten Art des Zusammenbaus
bedeckt jede Membran 12 die Innenränder 33 der flachen Becken 4. Die Membran 12 wird in Längsrichtung abge-
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dichtet von einer Rahmendichtung Jl gehalten, wenn das Gerät zusammengepresst ist, während die Membran in der Querrichtung
an jedem ihrer Enden beispielsweise durch Pestkleben an der Platte befestigt ist. Die strichliert verlaufende Kurve 31I-zeigt
die Lage des Randes von einer Membran auf der Stützplatte von Fig. 1, während mit der Schraffur die Lage und die Form
der Rahmendichtung Jl wiedergegeben ist, welche zwischen zwei derartigen Stützplatten angeordnet ist.
In jeder Stützplatte, wie sie in Fig. 2 wiedergegeben ist, berühren
sich zwei Grundplatten 32 an ihren Innenflächen 27 im Bereich der Rückenwandung der flachen Becken, wobei Bohrungen
die Absaugung des Permeats von den Innenrändern 33_jedes der
flachen Becken sicherstellen.
Zur Erzielung einer Abdichtung zwischen den beiden Grundplatten werden zwischen ihnen eine Randdichtung 28, sowie eine Dichtung 29,
welche um jede der länglichen öffnungen herumläuft,angebracht.
Durch die Randdichtung 28 läuft ein Ansatzstück 17 hindurch, welches einer leichteren Wiedergewinnung des Permeats dient. Die
beiden Grundplatten werden aneinander mittels geeigneter Befestigungseinrichtungen,
wie beispielsweise Nieten 30 oder Klammern 31, gehalten, welche in Abständen über den Rand der
Stützplatte angeordnet sind. Die beiden Grundplatten 32 können
unter Umständen auch durch Falzen verbunden sein.
Jede Grundplatte enthält vorteilhafterweise in Längsrichtung verlaufende
Randleisten 5 sowie in Querrichtung verlaufende Randleisten 6, welche dazu dienen,die zwischen zwei Stützplatten angeordnete
Rahmendichtung Jl in ihre Lage zu bringen und dort zu halten.
Ein Gerät, welches Stützplatten gemäß der Erfindung enthält, die alternierend mit Rahmendichtungen Jl angeordnet sind, ist in
seiner Aussenansicht in Fig. 5 wiedergegeben. Die Stützplatten werden durch mit Gewinde versehene Ankerbolzen 35 zwischen zwei
Endplatten E zusammengepresst, von denen jede eine öffnung 15 für den Durchgang des zu behandelnden Fluids aufweist, die eine
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als Einlaß und die andere als Auslaß für das Fluid. Wenn die
Stützplatten eine öffnung an jedem Ende aufweisen, zirkuliert das zu behandelnde Fluid parallel zwischen den Stützplatten,
wie dies deutlicher in Fig. 2 dargestellt ist, während das Permeat, nachdem es durch die Membran und die poröse Stütze
hindurchgetreten ist, in dem Innenraum 19 von jeder Stützplatte zirkuliert und über die Ansatzstücke 17 gesammelt wird. Wenn die
Stützplatten von einem erfindungsgemäßen Gerät lediglich an einem ihrer Enden eine öffnung aufweisen,werden sie mit dieser öffnung
alternierend, nach unten oder nach oben angebracht, so daß die
Zirkulation des zu behandelnden Fluids der Reihe nach von einer Stützplatte zu der nächsten erfolgt. Diese zuletzt genannte
Lage wird als "Kopf-bei-Fuß" bezeichnet.
Eine besonders interessante Ausbildung von einem erfindungsgemäßen
Gerät besteht darin, eine bestimmte Anzahl von Stützplatten mit einer öffnung an beiden Enden derart zusammenzufassen, daß
sie Unteranordnungen wie beispielsweise Sl, S2 und S3 bilden, wobei jede von diesen Unteranordnungen aus den alternierend mit
Rahmendichtungen Jl angeordneten Stützplatten besteht. Diese Unteranordnungen, welche jeweils die gleiche Anzahl von Stützplatten
in alternierender· Anordnung mit Rahmendichtungen Jl enthalten können, dies jedoch nicht müssen, werden voneinander
durch eine Stütsplatte F getrennt, welche lediglich an einem ihrer Enden eine öffnung 3 für den Durchgang des zu behandelnden
Fluids aufweist. Das zu behandelnde Fluid zirkuliert somit parallel zwischen den einzelnen Stützplatten jeder Unteranordnung,
während es von .einer Unteranordnung zu der nächsten in
Reihe strömt. Dies ist schematisch in Fig. 6 für ein Gerät dargestellt, welches 3 Unteranordnungen enthält, von denen jede
sieben Stützplatten aufweist, deren Ausgänge für das Permeat symbolisch von den kleinen an der Unterseite des Geräts angebrachten
Pfeilen wiedergegeben sind.
Es ist für den Fachmann möglich, zahlreiche abgewandelte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Stützplatte zu entwickeln.
So braucht beispielsweise eine Stützplatte nicht die Dichtungen 28 .und 29 zwischen den Grundplatten 32 zu enthalten, wenn diese
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letzteren miteinander in dichter Weise verbunden sind. Eine Möglichkeit zur Ausbildung einer derartigen Stützplatte kann
darin bestehen, die beiden metallenen, tiefgezogenen Grundplatten
32 gemeinsam zu emaillieren, nachdem man sie mit irgendwelchen bekannten Mitteln fest miteinander verbunden hat, beispielsweise
mit Hilfe von Schweisspunkten, wobei das Emaille in die Zwischenräume zwischen den beiden Platten an ihrem Rand
sowie an der länglichen öffnung 3 eintritt und diese verschliesst.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die beiden Grundplatten 32 miteinander in dichter Weise längs ihres Randes und im Bereich
der öffnungen 3 für den Durchlass des zu behandelnden Fluids direkt zu verschweissen, beispielsweise über einen Falz·
Eine Stützplatte von einem erfindungsgemäßen Gerät kann unter Umständen eine oder mehrere Anlagebereiche aufweisen, beispielsweise
ein Gitter 20, das zwischen den beiden Grundplatten 32, wie in Fig. 1I dargestellt, angebracht ist. In diesem Falle können
sich die Bohrungen 9 am Boden von jedem der flachen Becken ty befinden
,wobei das für eine Verstärkung dienende Gitter 20 die Zirkulation
des Permeats auf der Innenfläche 27 an der Rückseite der flachen Becken k zulässt.
Unter Umständen kann ein- fester Schaumstoff zwischen den beiden
Grundplatten zwecks Verbesserung der Festigkeit der Stützplatte vorgesehen sein.
Eine Stützplatte kann unter Umständen auch eine Stütze 11 aufweisen,
die fest mit dem offenen Becken H von jeder Grundplatte
32 ausgebildet ist, insbesondere dann, wenn man eine eingeschlagene Membran verwendet, wobei diese Stütze beispielsweise
Vorsprünge in ausreichender Anzahl und geeigneten Dimensionen aufweisen kann, so daß ihr oberer Teil die Membran hält, während
zwischen ihnen ein Raum verbleibt, der für die Abführung des Permeats ausreicht. Diese Vorsprünge können durch Tiefziehen
gleichzeitig mit der Herstellung von jeder Grundplatte 32 erhalten
werden.
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Wenn die flachen Becken 4 der Grundplatten eine Stütze 11 der
genannten Art enthalten, die beispielsweise aus Papier besteht, das mit einem Phenol-Formaldehydharz behandelt ist, kann die Membran
nicht über den Rand des Beckens hinausgehen und die Ränder der Membran sind vorteilhafterweise unter die poröse Stütze 11 umgeschlagen
und in Querrichtung am Boden des Beckens festgeklebt, wobei die Dichtung Jl über das Becken übersteht,. um die Membran
seitlich abzudichten.
Eine abgewandelte Ausführungsform der Stützplatte von einem erfindungsgemäßen
Gerät enthält lediglich ein flaches Becken mit einer porösen Stütze 11 sowie eine Membran 12 auf einer einzigen
der beiden Grundplatten. Diese Anordnung ist in Fig. 7 dargestellt.
Die Stützplatten eines erfindungsgemäßen Geräts können aus allen
Metallen oder Legierungen gebildet sein, wie sie vielfach in der Industrie verwendet werden, welche tiefgezogen werden können.
Hierzu gehören korrosionsfester Stahl, Titan Des weiteren
können oberflächenbehandelte Metalle verwendet werden, wie beispielsweise emaillierte Metalle. Des weiteren können die
Stützplatten auch in gleicher Weise aus Kunststoffmaterialien hergestellt sein, beispielsweise aus hitzebeständigen Harzen,
wobei diese Kunststoffmaterialien vorteilhafterweise armiert sind, beispielsweise mit Glasfasern.
Die Stützplatten von einem erfindungsgemäßen Gerät können eine
große Länge aufweisen (1,5 bis 2 Meter), wobei sie nur eine . geringe Dicke haben (im allgemeinen 5 bis 10 mm). Aufgrund des
ümstands, daß die Wandungsdickender Grundplatten gering sind
(im allgemeinen zwischen 0,5 und 2 mm),sind die erhaltenen Stützplatten auch nicht sehr schwer, so daß sie trotz ihrer
großen Dimensionen leicht gehandhabt werden können.
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Claims (10)
- Patentansprüchel.j Membran-Trenneinrichtung, in der ein zu behandelndesuiid, insbesondere zur Ultrafiltration oder Gasdurchdringung in Berührung mit den Membranen zirkuliert, mit zwei Endplatten, von denen die eine zumindest einen Einlaßkanal und die andere zumindest einen Auslaßkanal für das zu behandelnde Fluid aufweist, wobei zwischen diesen beiden Endplatten ein Stapel angebracht ist, der alternierend aus Rahmendichtungen, welche die Dicke der Fluidschicht bei der Zirkulation sicherstellen und aus Membranstützplatten zusammengesetzt· sind, deren Form allgemein rechteckig ist, wobei jede der Stützplatten an wenigstens einem ihrer Längsenden eine vorzugsweise längliche öffnung für den Durchgang des zu behandelndenFluids aufweist, insbesondere nach Patent (PatentanmeldungP 23 03 860.0), dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei Grundplatten (32) enthält, von denen jede eine wesentlich konstante Wandungsdicke aufweist, wobei die eine von diesen zumindest ein offenes Becken (*J) mit einer Membran (12) trägt, die auf einer Stütze (11) ruht, und daß die beiden Grundplatten (32) dicht miteinander zusammengesetzt sind und zwischen sich einen Hohlraum (19) festlegen, der zum einen mit dem äusseren der Stützplatte über wenigstens eine in der Randwandung der Stützplatte vorgesehene öffnung (17) und zum anderen über BohrungenVmit dem flachen Becken (1O in Verbindung steht.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei Grundplatten (32) enthält, welche eine wesentlich konstante Wandungsdicke aufweisen und jeweils eine vorzugsweise längliche öffnung (3) an jsdem ihrer Enden tragen, sowie wenigstens ein flaches Becken (4), was zwischen den öffnungen (3) angebracht ist.409881/0871
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei Grundplatten (32) enthält, welche eine wesentlich konstante Wandungsdicke aufweisen und miteinander über eine Randdichtung(28) und eine Dichtung (29)» welche um jede der öffnungen (3) für den Durchgang des zu behandelnden Fluids herumreicht, verbunden sind, wobei diese Dichtungen (28, 29) im Inneren der Stützplatte angebracht sind..
- 4. Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei Grundplatten (32) enthält, welche eine wesentlich konstante Wandungsdicke aufweisen und fest miteinander über Befestigungseinrichtungen (30, 31) verbunden sind, welche ausserhalb der Stützplatte und an derem Rand angebracht sind.
- 5. Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei Grundplatten (32) mit einer wesentlich konstanten Wandungsdicke enthält, welche fest miteinander über Befestigungsklammern (31) verbunden sind.
- 6. Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei Grundplatten (32) enthält, welche eine wesentlich konstante Wandungsdicke aufweisen und im Inneren des Hohlraums (19) über die Innenflächen an der Rückseite des Beckens oder der Becken in Berührung stehen, wobei Bohrungen den Hohlraum mit jedem der Becken verbinden, welche sich an -wenigstens einem der Innenränder von jedem der Becken befinden.
- 7* Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei tiefgezogene Grundplatten enthält, von denen jede eine wesentlich'konstante Wandungsdicke aufweist und am Boden des Beckens ein Profil enthält, welches dazu dient, eine vorzugsweise eingeschlagene Membran zu haltern und eine Abführung des durch die Membran hindurchgetretenen Fluids ermöglicht.4098 81/0871
- 8. Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei Grundplatten enthält, welche eine wesentlich konstante Wandungsdicke aufweisen und jeweils Randleisten (5, 6) enthalten, welche dazu dienen, die zwischen den benachbarten Stützplatten angebrächte Rahmendichtung (Jl) in ihre Lage zu bringen und dort zu halten.
- 9· Vorrichtung nach irgendeinem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei Grundplatten enthält, welche eine wesentlich konstante Wandungsdicke aufweisen, wobei die Grundplatten aus Metall tiefgezogen sind.
- 10. Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützplatte zwei Grundplatten enthält, welche eine wesentlich konstante Wandungsdicke aufweisen, wobei die Grundplatten aus armiertem Kunststoff bestehen.Λ 0 9 8 81/0871ι % ·* Leerseite
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