-
Titel: Vorrichtung zur Trennung von chemischen Lösungen bei Membranprozessen
======================================~======================= Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Trennung von chemischen Lösungen bei Membranprozessen.
-
Die Erfindung beruht auf einem neuen Prinzip des Umströmens von halbdurchlässigen
Membranen bei der Reversierosmose, Ultrafiltration, Elektrodialyse und bei weiteren
Membranprozessen.
-
Zu diesem Zwecke wird eine neue Konstruktion des Moduls vorgeschlagen,
welcher Membranenträger in Form von koaxial ineinander eingeschobenen Stumpfkegeln
hat. Jeder Membranenträger ist an beiden Seiten auf solche Weise mit halbdurchlässigen
Membranen bedeckt, daß dieselben Kanälchen bilden, in welchen die Flüssigkeit konvergent
oder divergent durch schmale, mit Hilfe von Distanzringen eingestellte Zwischenräume
strömt.
-
Diese Vorrichtung löst eines der grundlegenden Probleme bei dem Bau
von Modulen für Hochdruckmembranprozesse. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
werden wesentlich bessere hydrodynamische Bedingungen, eine Erhöhung der Prozeßeffektivität
und eine Verkleinerung des Bauraumes pro Volumeneinheit des Moduls erzielt, Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ist universell, der Modul läßt sich je nach den geforderten
technologischen Bedingungen einstellen.
-
Da sich der Durchflußquerschnitt zwischen den Membranen in Richtung
der Flüssigkeitsströmung fortwährend ändert, je nachdem, ob die chemische Lösung
konvergent oder divergent strömt, läßt sich durch diese Konstruktion ein günstiger
Einfluß auf die Zerstörung der kleinen polarisierten Konzentrationsschichten erzielen,
welche an der Membranoberfläche entstehen. Diese kleinen Schichten stellen bei Membranprozessen
beträchtliche Widerstände und eine Verschlechterung der Durchlässigkeit der zu trennenden
Lösung dar.
-
Die einzelnen Moduletagen, welche immer aus einem Kegelträger, einem
äußeren und einem inneren Ring gestaltet sind, sind form- und dimensionsidentisch
und deswegen ist es möglich, aus denselben Bauteilen Module unterschiedlicher Leistungen
zusammenzusetzen. Bei der Anwendung von einigen speziellen äußeren und inneren Distanzringen
ist es möglich, selbst in dem Modul verschiedene Alternativen der Etageneinschaltung
zu erzielen, d. h. daß die Flüssigkeit durch die Etagen entweder parallel oder hintereinander,
gegebenenfalls kombiniert strömt, je nachdem, welche Weise für den vorliegenden
Fall des Membranprozesses vorteilhafter ist. Die Veränderung der Schaltung läßt
sich durch einfache Umstellung von speziellen äußeren und inneren Distanzringen
ohne Verwendung von neuen
Elementen erzielen. Dank der leichten
Auseinandernehmbarkeit des Moduls ist es möglich, zwischen einzelne Etagen (Membranenträger
) verschiedene sogenannte"Turbulisationseinlagen tl einzusetzen. Mit diesen Einlagen
läßt sich ein optimaler Strömungscharakter und ein optimales Strömungsregime der
zu trennenden Lösung durch den Modul und dadurch die optimale Leistung, d. h. die
Durchlässigkeit der abzutrennenden Komponente durch den Modul, erzielen. In einem
Modul kann man diese Einlagen verschiedenartig kombinieren, was bei anderen Modul
typen nicht möglich ist.
-
Es ist keine Modulkonstruktion bekannt, welche ähnliche vorteilhafte
Merkmale aufweist. Gegenüber den bekannten Rollenmodulen hat der erfindungsgemäße
Modul einige wichtige Vorteile, vo allem darin, daß es bei einer Störung einer Membrane
genügt, die entsprechende Etage des Moduls auszutauschen, während es bei einem Rollenmodul
notwendig ist, den ganzen Modul auszutauschen. Die Reparatur eines kegelförmigen
Moduls kann der Benutzer selbst durchführen, was bei den Rollenmodulen wegen der
komplizierten Konstruktion und anspruchsvollen Herstellung, vor allem der Dichtungen,
nicht denkbar ist. Eine ähnliche Situation kommt auch im Falle von Modulen mit Röhrenkonstruktion
oder mit anderen ähnlichen Konstruktionen vor.
-
Im Hinblick darauf, daß bei dem kegelförmigen Modul nach der Erfindung
keine spezielle Vorrichtung zur Demontage und zur Wiedermontage notwendig ist, ist
es möglich, gegenüber Modulen anderer Typen, diesen Modul ohne Gefahr und ohne Hilfe
der Hersteller jederzeit zu reinigen, gegebenenfallsdie Membranen gegen andere auszuwechseln,
je nach den geforderten technologischen Eigenschaften und Parametern der Membranen.
-
Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus bedeutet dies, daß der Betrieb
der erfindungsgemäßen Module wirtschaftlicher ist und keine Lieferung von neuen
mechanischen Teilen der Module notwendig ist. Darüber hinaus ist bei diesem Modul
im Vergleich mit bekannten Modulen der Energiebedarf wesentlich niedriger, denn
Dank der Konstruktionsanordnung und dem Charakter der Durchflußkanäle sind die hydrodynamischen
Widerstände geringer.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt und
Fig. 2 ein vergrößertes Detail des Schnittes nach Fig. lo Der kegelförmige Modul
besteht aus einem Einströmungsstück i, versehen mit einem Einströmungsflansch 14,
und aus einem Ausströmungsstück 11, versehen mit einem Abflußflansch 13. Beide Stücke
i und li sind in einen Mantel 6 eingeschoben, der mit Dichtungen 16 abgedichtet
ist. Zwischen den Stücken 1 und 11 sind mit Hilfe von Schrauben 12 äußere Verteilungsdistanzringe
3 und 5 eingeschlossen, in welchen Flanschen 17 von Kegelträgern 19 eingebettet
sind. Zwischen den Stücken 1 und 11 sind mit Hilfe des Kegels 2 auch innere Verteilungsdistanzringe
7, 8 und 9 und zwischen diesen die Flanschen 18 der Träger 19 eingebettet. Membranen
22 decken die gesamte äußere und innere Oberfläche der Träger 19 mit den Flanschen
17 und 18 ab, so daß sie mit diesen Flanschen auch zwischen den äußeren und inneren
Verteilungsdistanzringen eingeschlossen sind, wodurch eine entsprechende Abdichtung
der Membranen, sowohl an den Trägern 19, als auch an den Verteilungsdistanzringen
7,
8, 9, 5 und 3 erzielt wird. Die Flüssigkeit, d. h.
-
die Lösung, die dem Verteilungsprozeß unterworfen werden soll, fließt
in den Modul durch den Flansch i4 ein füllt den Raum 20 und aus diesem Raum fließt
sie in den inneren Raum 21, den die inneren Verteilungsdistanzringe 7, 7 , 7 und
8 bilden. Durch ein System von Kanälchen 27 fließt sie in den Raum 28 zwischen den
Membranen 22 und von dort in die Sammelkanälchen 23, die in den äußeren Verteilungsdistanzringen
3 und 5 gebildet sind. Von den Sammelkanälchen 23 strömt die Flüssigkeit in die
Verbindungskanälchen 24 über, durch welche sie zu den weiteren Etagen des Moduls
geleitet wird.
-
In der Ebene der Flansche 17 der Träger ig sind in den äußeren Verteilungsdistanzringen
3 und 5 Kanälchen 25 angeordnet, welche zum Abfluß der permeablen Flüssigkeitskomponente,
des sogenannten"Permeats", aus den Trägerns 19 in den Raum 15 dienen, der unter
dem äußeren Mantel 6 des Moduls gebildet ist. Aus dem Raum 15 wird der Permeat durch
das Ventil 10 aus dem Modul hinaus zur weiteren Aufarbeitung abgeleitet. Da der
Permeat nur einen niedrigen Druck hat, ist es nicht notwendig, den Mantel 6 als
Druckgefäß auszubilden.
-
Der Verbindungskanal 24 kann an einer bestimmten Stelle mit einem
Spezialring 5 unterbrochen werden, ähnlich wie der Raum 21 mit Spezielringen 8 und
9 unterbrochen ist.
-
Durch diese Unterbrechungen läßt sich eine Richtungsänderung der Flüssigkeitsströmung
in dem Modul erzielen. Die ursprünglich divergente Strömung in -den durch die inneren
Verteilungsdistanzringe 7, 7', 7" und 8 gespeisten Etagen ändert sich infolge des
Durchganges der Flüssigkeit durch
den Verbindungskanal 24 in den
nachfolgenden Etagen in eine konvergente Strömung usw., wie es aus Fig. 1 und 2
ersichtlich ist, wo die Richtung der Flüssigkeitsströmung mit Pfeilen dargestellt
ist. Nach dem Durchgang durch alle Etagen wird die Flüssigkeit aus dem Modul hinaus
durch den Flansch 13 zur weiteren Aufarbeitung geführt.
-
Gegebenenfalls gewünschte Turbulisierungselemente 29 werden zwischen
einzelne Etagen frei eingelegt. Die axiale Bewegung derselben wird durch entsprechende
äußere und innere Verteilungsdistanzringe begrenzt.
-
Die einzelnen äußeren und inneren Verteilungsdistanzringe 3, 5, 7,
8 und 9 sind sowohl gegeneinander als auch gegen die Stücke i und ii mit Dichtungen
4 und 26 abgedichtet0 Falls jedoch alle Flächen mechanisch einwandfrei bearbeitet
sind, sind diese Dichtungen nicht notwendig.
-
Aus der Beschreibung geht klar hervor, daß die Fläche der speziellen
Verteilungsdistanzringe 5, 8 und 9 durch die Anforderungen an das Strömungsregime
der Flüssigkeit, d.h.
-
der chemischen Lösung, im Modul bestimmt wird; sonst ist es nicht
notwendig im voraus deren Lage irgendwie festzusetzen, denn sie kann bei einem und
demselben Modul beliebig geändert werden.