DE2536494A1

DE2536494A1 - Hollow fibre bundle for osmotic separations - with fibres arranged in spiral formation around a core, and in cartridge form

Info

Publication number: DE2536494A1
Application number: DE19752536494
Authority: DE
Inventors: Heinrich Boden; Wulf Von Dr Bonin; Frank-Christian Dr Werner
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1975-08-16
Filing date: 1975-08-16
Publication date: 1977-02-24

Abstract

The bundle of semi-permeable fibres has the form of zig-zags, spirals or helixes arranged around a central core, with the central axes of the spirals etc. parallel to that of the core. The central axial core of the bundle may itself be a hollow fibre tube with radial perforations through which the liquid or gas to be treated is fed into the bundle. Used for osmotic sepn. processes involving liquids or gases. As compared with conventional parallel fibre bundles the construction described ensures more uniform penetration of the bundle by the component being sepd. with uniform concn. gradient, and therefore greater unit capacity.

Description

Hohlfasermodul Hohlfasermoduln als Trennorgan für osomotische Trennverfahren sind bekannt. Hollow fiber module Hollow fiber modules as a separator for osomotic separation processes are known.

Entweder tritt das Permeat an der äußeren, bevorzugt jedoch aus Gründen der Druckstabilität der Hohlfasern an der inneren Mantelfläche der Hohlfasern aus.Either the permeate occurs on the outside, but preferably for reasons the pressure stability of the hollow fibers on the inner surface of the hollow fibers.

Verbreitet ist eine Ausführungsform, die aus einem Bündel im wesentlichen parallel liegender Hohlfasern besteht, die sich in einem Druckrohr befinden und von der zu reinigenden Phase umspült werden, während die Enden des Hohlfaserbündels in eine als Abdichtung gegen den Druckraum dienende Verklebungsharzmasse eingebettet sind. Durch Anschneiden der Verklebungsstelle sind die Hohlfasern an diesem Ende geöffnet, so daß hier das Permeat austreten kann. Durch geeignete konstruktive Auslegung können solche Hohlfaserbündel auch als zusammengefaßte Einheit in das Druckrohr einsetzbar und herausnehmbar gestaltet werden, etwa in Analogie zum bekannten Autoklavenbau, wo der Autoklavendeckel, der in den Autoklaven hineinragende Vorrichtungen trägt, ebenfalls leicht remontierbar sein kann. In Analogie wäre hierbei der Autoklav als Druckrohr zu sehen und der Deckel als Verklebungsstelle der Hohlfasern mit ggfs. den nötigen Produkteinlaß- und -auslaßvorrichtungen. Entsprechende Konstruktionen sind z.B. in der DOS 24 000 20 beschrieben, sinngemäß sind jedoch eine Vielzahl anderer Möglichkeiten in Betracht zu ziehen.An embodiment consisting essentially of a bundle is widespread consists of parallel hollow fibers that are located in a pressure pipe and are washed around by the phase to be cleaned, while the ends of the hollow fiber bundle embedded in an adhesive resin compound serving as a seal against the pressure chamber are. By cutting the bond point, the hollow fibers are at this end opened so that the permeate can escape here. Through suitable structural design such hollow fiber bundles can also be placed in the pressure pipe as a combined unit usable and removable, for example in analogy to the known autoclave construction, where the autoclave lid, which carries devices protruding into the autoclave, can also be easily remounted. In analogy, the autoclave would be as To see the pressure pipe and the cover as a gluing point of the hollow fibers with, if necessary. the necessary product inlet and outlet devices. Appropriate constructions are e.g. described in DOS 24 000 20, but a multitude of others are analogous Opportunities to consider.

In einer weiteren bekannt gewordenen Ausführungsform werden gewebte oder gewirkte Hohlfasermatten um einen durchlässigen Kern spiralig in der Weise aufgewickelt, daß jede einzelne Hohlfaser eine Spirale längs des Kernes bildet, der hierbei die Achse dieser Spirale darstellt.In a further embodiment that has become known, woven fabrics are used or knitted hollow fiber mats around a permeable core spirally in the manner wound up so that each individual hollow fiber forms a spiral along the core, which represents the axis of this spiral.

Beide geschilderten Anordnungsformen der Hohlfasern führen zu Moduln, bei denen die einzelnen Hohlfasern untereinander erhebliche Parallelität in den einzelnen Lagen aufweisen, im ersten Falle liegen alle Hohlfasern parallel, im zweiten Falle etwa die eine Hälfte als Rechtsspirale, die zweite als Linksspirale, aber auch hier liegen die Hohlfasern über die ganze Modullänge und die ganze Faserlänge im wesentlichen parallel.Both types of arrangement of the hollow fibers described lead to modules, in which the individual hollow fibers are significantly parallel to one another in the Have individual layers, in the first case all hollow fibers are parallel, in the second Fall about one half as a right spiral, the second as a left spiral, but Here, too, the hollow fibers lie over the entire module length and the entire fiber length essentially parallel.

Bei parallel liegenden Hohlfasern ist jedoch die Gefahr einer zu geringen strömungsmäßigen Durchwirbelung des die Fasern umgebenden Mediums zu befürchten und damit die Möglichkeit einer Konzentrationspolarisation des Moduls mit dadurch verringerter Leistungsfähigkeit.In the case of hollow fibers lying parallel, however, the risk of this is too low There is a risk of turbulence in the medium surrounding the fibers and thus the possibility of a concentration polarization of the module with it reduced efficiency.

Erfindungsgemäß wird eine Hohlfaseranordnung vorgeschlagen, in der die Hohlfasern sowohl in ihrer Gesamtlänge wie auch in sehr kleinen Teilbereichen ihrer Gesamtlänge nicht mehr parallel liegen und Anlaß zu strömungstoten Bereichen im umgebenden Medium geben, so daß in dieser Anordnung die Hohlfasern ein Optimum an Verwirbelung des sie umströmenden Mediums herbeiführen.According to the invention, a hollow fiber arrangement is proposed in which the hollow fibers both in their total length and in very small areas their total length are no longer parallel and give rise to dead flow areas give in the surrounding medium, so that in this arrangement the hollow fibers are an optimum cause turbulence in the medium flowing around them.

Gegenstand der Erfindung ist ein Hohlfasermodul für osmotische Trennverfahren, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Hohl fasern um einen axialen Kern in Form von Zickzackbändern, Spiralen oder Wendeln so angeordnet sind, daß die Vielzahl der im wesentlichen parallelen Mittelachsen dieser Zickzackbänder, Spiralen oder Wendeln im wesentlichen parallel zum erstgenannten axialen Kern verlaufen.The invention relates to a hollow fiber module for osmotic separation processes, which is characterized in that the hollow fibers are shaped around an axial core of zigzag ribbons, Spirals or spirals are arranged so that the large number of essentially parallel central axes of these zigzag bands, Spirals or spirals run essentially parallel to the first-mentioned axial core.

Der axiale Kern stellt vorzugsweise ein durchbrochenes Rohr dar, durch das die zu behandelnde Gas- oder Flüssigphase in den Modul ein- oder ausströmt, dabei die um den axialen Kern angeordneten Hohlfasern umspült und an der Peripherie der Hohlfaseranordnung ein- oder ausgebracht wird.The axial core is preferably a perforated tube through that the gas or liquid phase to be treated flows into or out of the module, in the process, the hollow fibers arranged around the axial core were washed around and at the periphery the hollow fiber arrangement is brought in or out.

Die Zickzackbänder, Spiralen oder Wendeln können aus einer oder mehreren Hohlfasern, die gegebenenfalls selber noch gewellt oder gewendelt sein können, gebildet werden.The zigzag bands, spirals or spirals can consist of one or more Hollow fibers, which, if necessary, can themselves also be corrugated or coiled, are formed will.

Die Zickzackbänder, Spiralen oder Wendeln aus den Hohlfasern können beidseitig offene Hohlfaserenden besitzen oder einseitig miteinander wie die Schenkel eines U-Rohres kommunizieren, wobei dann sich vorzugsweise die offenen Enden der Wendelpaare jeweils alle auf einer Seite des Moduls annähernd in einer Schnittebene befinden.The zigzag bands, spirals or spirals from the hollow fibers can have hollow fiber ends open on both sides or one side with one another like the legs a U-tube communicate, then preferably the open ends of the Helix pairs each all on one side of the module approximately in one cutting plane are located.

Die Zickzackbänder, Spiralen oder Wendeln aus Hohlfasern sind zweckmäßigerweise annähernd rotationssymmetrisch um den axialen Kern angeordnet.The zigzag bands, spirals or spirals made of hollow fibers are expedient arranged approximately rotationally symmetrically around the axial core.

Die offenen Enden der Hohlfasern sind, wie gegebenenfalls auch die geschlossenen Enden an den Umlenkstellen der U-Rohr-artig verbundenen Wendeln, in eine Verklebungs- bzw. Dichtungsharzmasse eingebettet, die sie gegen die die Hohlfasern umspülende Gas- oder Flüssigphase abschirmt, so daß eine Permeatentnahme an den offenen Hohlfaserenden erfolgen kann, Zweckmäßigerweise wird der Hohlfasermodul als zylindrische Ausweckselpatrone ausgebildet, die in ein als wiederverwendbare Hülse ausgebildetes Druckrohr eingesetzt wird, wobei die Verklebungsstellen der Hohlfaserenden zumindest teilweise eine Deckelfunktion übernehmen.The open ends of the hollow fibers are, as may also be the case closed ends at the deflection points of the U-tube-like connected coils, in an adhesive or sealing resin compound is embedded, which it against which the hollow fibers shields surrounding gas or liquid phase, so that a permeate removal to the open hollow fiber ends can be made, expediently, the hollow fiber module designed as a cylindrical Ausweckselpatrone, which is in a reusable Sleeve formed pressure pipe is used, the bonding points of the Hollow fiber ends at least partially take on a lid function.

Die Herstellung solcher Hohlfaseranordnungen ist technisch einfach zu realisieren, dadurch, daß man z.B. einen Wirkstrumpf, wie er an Rundstrickmaschinen leicht und ohne große mechanische Belastung des Fadens herstellbar ist, um den beschriebenen durchlässigen Kern des Moduls herum aufwickelt. Hierbei wird die Wickelrichtung des Wirkstrumpfes so gewählt, daß der Fadenlauf in diesem Gewirke annähernd parallel zur Wickelachse bleibt.The production of such hollow fiber arrangements is technically simple to be realized, for example, by using a knitted stocking like those on circular knitting machines can be produced easily and without great mechanical stress on the thread in order to achieve the described winding around permeable core of the module. Here is the winding direction of the knitted stocking is chosen so that the thread run in this knitted fabric is approximately parallel to the winding axis remains.

Durch diese Operation kommen die Einzelfäden, die im verwendeten Wirkstrumpf etwa die Form von sinusartigen Zickzackbändern bzw. ineinander verschlungenen Wendeln haben können, in eine zur Wickelachse annähernd parallele Zickzack- bzw.Through this operation come the single threads that are used in the knitted stocking for example the shape of sinusoidal zigzag bands or intertwined spirals can have, in a zigzag or

Wendellage. Durch verschieden kräftigen Wickelzug kann die Packungsdichte gesteuert werden, durch die beim Wickeln automatisch erfolgenden Umfangsveränderungen des Wickels ist eine völlige Parallellage von derartigen Wendeln nahezu ausgeschlossen, was sich außerdem auch noch durch die Zickzackform des Einzelfadens weiterhin ausschließt.Helical position. The packing density can be increased by varying the strength of the winding tension can be controlled by the changes in circumference that occur automatically during winding of the coil, a completely parallel position of such coils is almost impossible, which is also excluded by the zigzag shape of the single thread.

In einer besonderen Ausführungsform kann man auch solche Gewirke bzw. Wirkstrümpfe verwenden, die eine oder mehrere Laufmaschen aufweisen. Dort wo eine Laufmasche besteht, geht die ursprüngliche Zickzackform der Hohlfaser für eine durch die Breite des Laufmaschenteils bestimmte Länge in einen quasi linearen Abschnitt über, an den sich ggfs. wieder der sinus- oder zickzackartige Fadenlauf anschließen kann. Wenn man an den Gebieten solcher Parallellagen der Fasern die Verklebung des Wickels vornimmt und anschließend die öffnung der Hohlfaserenden durch einen Schnitt realisiert, dann treten hier die Hohlfasern senkrecht zur Schnittebene aus.In a particular embodiment, such knitted fabrics or Use knitted stockings that have one or more ladder stitches. There where one If there is a ladder, the original zigzag shape of the hollow fiber goes through for one the width of the running mesh part determined length in a quasi linear section above, to which the sinusoidal or zigzag-like thread path may be connected again can. If the gluing of the Makes winding and then the opening of the hollow fiber ends by a cut realized, then the hollow fibers emerge here perpendicular to the cutting plane.

Der fertige Wickel kann durch ein Netz, Vernähen oder gegebenenfalls Wärmeschock fixiert werden. Der Wickel kann jetzt oder während des Wickelns an den Enden und/oder mittig und/ oder segmentartig mit dem Verklebunqsharz getränkt, dieses gehärtet und dann durch Schneideprozesse das Öffnen der Hohlfaserenden oder deren Ablängung vorgenommen werden.The finished wrap can be sewn through a net, or optionally Thermal shock can be fixed. The wrap can now or during wrapping on the Ends and / or in the middle and / or in segments impregnated with the bonding resin, this hardened and then by cutting processes the opening of the hollow fiber ends or their Cutting to length can be made.

Claims

Expectations

1. Hollow fiber module for osmotic separation processes, characterized in that that the hollow fibers around an axial core in the form of zigzag bands, spirals or Coils are arranged so that the plurality of substantially parallel central axes these zigzag bands, spirals or spirals are essentially parallel to the former run axial core.

2. hollow fiber module according to claim 1, characterized in that the axial core is a perforated tube through which the gas to be treated or the liquid phase flows into or out of the module, around the axial core arranged hollow fibers and washed out at the periphery of the hollow fiber arrangement or is introduced.

3. hollow fiber module according to claim 1 and 2, characterized in that that the zigzag bands, spirals or spirals made of one or more hollow fibers are formed.

4. hollow fiber module according to claim 1 to 3, characterized in that that the zigzag bands, spirals or spirals each hollow fiber ends open on both sides own.

5. hollow fiber module according to claim 1 to 4, characterized in that that in each case at least two of the zigzag bands, spirals or spirals on one side communicate with each other like the legs of a U-tube and that the open ones Sides of these pairs of helixes are approximately all on one side of the module are in a cutting plane.

6. hollow fiber module according to claim 1 to 5, characterized in that that the plurality of formed from the hollow fibers, essentially parallel zigzag bands, spirals or spirals arranged to the axial core approximately rotationally symmetrical are arranged for this.

7. hollow fiber module according to claim 1 to 6, characterized in that that the permeate to the gas or to be treated by a sealant Liquid phase shielded open hollow fiber ends is removed.

8. hollow fiber module according to claim 1 to 7, characterized in that that it is designed as a replaceable cartridge in a reusable sleeve Pressure pipe is used.