DE2557211A1

DE2557211A1 - Separator-einrichtung mit spiralig aufgewickelter membran mit moeglichkeit der umkehr der stroemungsrichtung der fluessigkeit

Info

Publication number: DE2557211A1
Application number: DE19752557211
Authority: DE
Inventors: Junichi Koike; Takehisa Kubo; Yasuhiro Sakaguchi
Original assignee: Daicel Corp
Current assignee: Daicel Corp
Priority date: 1974-12-18
Filing date: 1975-12-18
Publication date: 1976-07-01
Also published as: JPS55327Y2; FR2294732B1; JPS5179556U; GB1529877A; FR2294732A1; US4016083A

Description

■PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER

DtPL-ING.

H. KINKELDEY

OR-ING.

W. STOCKMAIR

DR-ING - AeEiCALTECNl

2557211 ^Κ· SCHUMANN

DR REH-NAT ■ DlPl. «WS

P. H. JAKOB

«PL-ING.

G. BEZOLD

OR HSR MW- DIPL-OCM

MÜNCHEN E. K. WEIL

DR PER ODC I1MÜ

LINDAU

MÜNCHEN D2

MAXIMILIANSTRASSE 43

- ^Dez·

Baicel Ltd.

No. 8, 3-chome, Kawara-cho, Higashi-ku,

Osaka, Japan

Separator-Einrichtung mit spiralig aufgewickelter Membran mit Möglichkeit der Umkehr
der Strömungsrichtung der Flüssigkeit

Die Erfindung bezieht sich auf die Entwicklung einer Separator-Einrichtung mit einer spiralig aufgewickelten Membran, die ein Umschalten der Strömungsrichtung der Speiseflüssiglceit gestatten soll.

Bei den herkömmlichen Separator-Einrichtungen mit spiralig auf-

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TELEFON (OSS) 232Bea TELEX OB-2β 3BO TELEGRAMME MONAPAT

gewickelter Membran für umgekehrte Osmosevorgänge ist die Verschmutzung der Membran unvermeidlich. Zur Reinigung der Membran ist es üblich, dieselbe mit Wasser oder einer flüssi-

gen Chemikalie unter dem normalen Betriebsdruck des umgekehrten Osmosevorganges zu behandeln.

In Fig. 1 ist eine herkömmliche Separator-Einrichtung mit spiralig aufgewickelter Membran dargestellt. Wie der Zeichnung zu entnehmen, ist eine Speiseflüssigkeitsdichtung 3 vorgesehen, welche den Raum zwischen einem äußeren zylindrischen Druckgefäß 2 und der spiralig aufgewickelten Membran 1 abdichtet, so daß die Membran oder die Membran-Baueinheit nicht von der Speiseflüssigkeit umgangen werden kann. Das hat jedoch zur Folge, daß die wirksame Strömung der Speiseflüssigkeit innerhalb der Membran-Einheit auf lediglich eine Richtung beschränkt ist. Demzufolge wird das Reinigen der Membran derart ausgeführt, daß eine Flüssigkeit lediglich in einer Richtung zugeführt wird, was im Hinblick auf die Reinigungswirkung und die erf orde'rliche Zeitdauer einen sehr geringen Wirkungsgrad besitzt. Die in Fig. 1 dargestellte herkömmliche Einrichtung besitzt außerdem einen Einlaß 4- für die Speiseflüssigkeit, einen Auslaß 5 für die angereicherte Speiseflüssigkeit (das Konzentrat)sowie einen Auslaß 6 für die auch als Produktwasser bezeichnete Permeat-Flüssigkeit..

Aus Vereinfachungsgründen bei der Beschreibung wird die dem Einlaß 4- zugeführte Speiseflüssigkeit gelegentlich auch als Sole und wird die durch den Auslaß 6 ausgetragene Permeat-Flüssigkeit auch als Produktwasser bezeichnet. Diese Bezeichnungen beziehen sich auf den verwendungstypischen Vorgang der Entsalzung von Brackwasser. Es versteht sich jedoch, daß auch

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andere Speiseilüssigkeiifceii verwendet werden können, wesden geaasamtem Begriffen keinerlei "begrenzende Be-

Der ErXisadraag liegt die Aufgabe zugrunde, eine Separator— Einipiclrtmng anitfc spiralig aufgewickelter Membran zu schaffen, die ein Storamem der Speiseflüssigkeit in zwei entgegengesetzten SicüttejagsEinneii gestattet.

Biese Änfg^LÜse wild, dmrcii die im Hauptansprucn enthaltenen

gelost·

der Erfiiiäinaag ist eine Separator-Einrichtung alt spixalxg smfgewickelter Membrane, die eine Umkehr der

der Speiseflüssigkeit gestattet. Die

besitzt ein äußeres zylindrisches eim spiralig aufgewickeltes Jlembranelement - -wel— ches inmeaaaall) des luEeren Gefäßes angeordnet ist und sich in der JLxi^ilarä.<ciitiing des Gefäßes erstreckt sowie eine Yielza3al voeb ßpeiseflässi^eitsdichtungen oder Solendichtungen, die ia dem üaa©spalt angeordnet sind, welcher durch den SaSerea TOaiTsing des Hembranelements und den inneren Umfang des saBereaa Gefäßes definiert ist. Jede Speisewasserdichtung besi"fcjB"t eijoeaa ariia^rifci^n Aljschnitt, der in die äußere des MesösraEieleiflents eingepaßt ist, und einen

M-aaascla., der diichtend mit dem inneren Umfang

des smßearesa SefaBes raasammehwirkt- Die Speisewasserdichtungeii sind dicüttfc aaaeiajamder im Sichtung der Elementachse angeordnet, woibei die M3Msch33©reiciae dieser Dichtungen in· einander ent—

-sreisen-

Baßsorcli, daffi die HaBiSia^iberei ehe der Speisewasserdichiningen in eiatgegeaa^seifczte Sichtungen weisen, kann das Speisewasser

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_ 4- —

wahlweise zum Durchgang durch die Membran der Einrichtung in der einen oder anderen Richtung zugeführt werden, wodurch eine wirksame Separator-Einrichtung mit spiralig aufgewickelter Membran geschaffen ist, die eine Umkehr der Richtung der Speiseflüssigkeitszufuhr gestattet, was eine Verkürzung der zu Reinigungszwecken benötigten Zeitdauer um die Hälfte bis ein Drittel derjenigen Zeitdauer ermöglicht, die sonst bei Zufuhr von Speiseflüssigkeit in nur einer Richtung benötigt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch die Mittelachse einer Separator-Einrichtung mit spiralig aufgewickelter Membran nach dem Stand der Technik,

Pig. 2 eine entsprechende Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die dargestellte erfindungsgemäße Einrichtung eine Umkehr des Richtungssinn der zugesetzten Flüssigkeit gestattet,

Pig. 3 eine entsprechende Darstellung zu Vergleichszwecken, wobei, in der Separator-Einrichtung zwei Speisewasseroder Solendichtungen vorgesehen sind, die axial von einander entfernt angeordnet sind und eine Umkehr des Richtungssinns der zugeführten Plüssigkeit gestatten, und . ■ .

Fig. 4 einen Teilschnitt durch eine bei einer ,weiteren Ausführungsform der Erfindung verwendete Speisewasseroder Solendichtung.

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Wie S¹Ig. 2 zu entnehmen, ist ein spiralig aufgewickeltes Separatormembranelement 1A, welches auch als Modul oder Baueinheit bezeichnet wird, im Abstand von den Außenwandungen innerhalb eines äußeren zylindrischen Druckgefäßes 2A angeordnet, in welchem sich das Membranelement 1A in axialer Richtung erstreckt, wobei in radialer Richtung ein Freiraum zwischen dem Druckgefäß 2A und dem Membranelement vorhanden ist. Das Druckgefäß 2A ist an seinen gegenübeüiegenden Axialenden mit Hilfe von Endwandungen abgedichtet und an einem Ende mit einem Einlaß 4-Δ für Speiseflüssigkeit versehen, während aia anderen Ende ein Auslaß 5A für eine behandelte Flüssigkeit (Konzentrat) vorgesehen ist. Das separierende Membranelement 1A besitzt einen Auslaß 6A für die die Membran durchdringende Flüssigkeit.

Als separierendes Element 1A ist eine spiralig aufgewickelte semipermeable Membran vorgesehen, wie eine solche üblicherweise bei umgekehrten osmotischen Separationsvorgängen verwendet wird. Die spiralig aufgewickelten Membranmoduli enthalten wenigstens eine Lage, die spiralenförmig rund um das Auslaßrohr 6A für das Produktwasser aufgewickelt ist. Jede Lage umfaßt eine semipermeable Membran, ein poröses produktwasserseitiges Stützmaterial (product-water-side backing material) und einen speisewasserseitigen Strömungsabstandshalter (brineside flow spacer). Die Membran ist längs der beiden Seiten, am Ende und rings um das Produktwasser-Auslaßrohr gebunden oder befestigt, wodurch eine abgedichtete Hülle entsteht, welche das Stützmaterial mit Ausnahme desjenigen Endes umschließt, welches sich zum Auslaßrohr für das Produktwasser öffnet. Der Speisewasser-Strömungsabstandshalter (brine -flow spacer) wird auf der Membran angeordnet und mehrere Schichten werden sodann spiralig rund um das Rohr für das Produktwasser

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aufgewickelt, um so eine zylindrische Baueinheit herzustellen. Im Betrieb wird diese Baueinheit oder dieser Modul in ein gutpassendes_rzylindrisches Druckgefäß 2A eingesetzt und wird Speisewasser in Axialrichtung in ein Gefäßende eingebracht, axial durch den Modul innerhalb des Durchtrittes geführt,welcher durch die speisewasserseitigen Abstandshalter hervorgerufen ist, worauf das V/asser am anderen Axialende aus dem Modul austritt. Produktwasser, welches durch die Membran hindurchdringt, wird im Stützmaterial (baking material) aufgefangen und auf spiralenförmigem Wege in das Auslaßrohr 6A für das Produktwasser geführt, in welchem es gesammelt wird. Das Rohr 6A erstreckt sich durch eine Endwandung des Gefäßes 2A und das Produktwasser wird durch dieses Rohr ausgetragen. Diese im Handel erhältlichen und weit verbreiteten Moduli oder Bauteile werden gelegentlich auch als ROGA-Moduli bezeichnet.

Der äußere Umfang des Elementes 1A und der innere Umfang des äußeren Zylinders 2A definieren einen Ringspalt und in diesem Spalt ist eine Vielzahl von Speisewasserdichtungen 3A vorgesehen, die dicht beieinander angeordnet sind. Die Speisewasserdichtungen sind in dem Außenumfang des Elementes 1 befestigt oder aufgenommen und stehen in dichtender Anlage am inneren Umfang des Außenzylinders 2. Jede Speisewasserdichtung 3A besitzt einen radialen inneren ringartigen oder zylindrischen Querschnitt 8, der auf dem äußeren Umfang des ^embranelements 1 sitzt und gegenüber diesem abgedichtet ist, sowie einen becherförmigen oder konkavo-konvex gestalteten Flansch 9> dessen radial nach außen gerichtete Kante in dichtender Anlage an dem inneren Umfang des äußeren Gefäßes 2A liegt. Die Speisewasser- oder Solendichtungen 3A bestehen aus einem im Hinblick auf die zu behandelnde Speiseflüssigkeit

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ausgewäÜHten Werkstoff unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen.. Als geeignete Werkstoffe seien beispielsweise Heopren-GtraninL, Silicon-Gummi, Polytetrafluoräthylen oder Balji^cifliiaEDMmodhloxatlQrlen, vulkanisiertes Haturgummi oder elastische Snmstlaarze genannt.

Die Speisewasserdichtungen 3A sind dicht "beieinander in des Hemibranelementes 1 angeordnet und die

konkaven Bereiche übrer als Plansche ausgebildeten Abschnitte offnem sich in entgegengesetzte axiale Mchtungen. Ber Brack der "bei ^A ziageführten Speiseflüssigkeit beaufechlagt dem linksseitigen Flansch derart, daß derselbe in got dicktemler lnlage an der inneren Wandung des Druckgefäßes bleibt;- Wird, die Strömungsrichtung der Speiseflüssigkeit iBBgedre3it, so daß die Speiseflüssigkeit durch die öffnung 5&. wagefiBirt Mird, so tritt ein gleicher Effekt am rechtsseitigem Mansch auf. In beiden Fällen wird das Speisewasser daran geMndert, den Membranmodul zu umgehen-

Die erfindnangsgemaße Separator—Einrichtung, die eine Umkehr der Staröeangsriclitaiig der Speiseflüssigkeit gestattet, kann auf wirksame Meise dadurch gereinigt werden, daß die Slchtpng der Speiseflüssigkeit umgeschaltet oder mgekehrt; wLcd. Bemzafolge ist eine Vielzahl von Speise-

an dea Separatormembranelement 1A be--

festigt, wie in Fig, 2 dargestellt, was heißt, daß die indiTiöoelXen Epeisewasserdichtungen ihre Dichtungsaufgabe in enfcgegefflgesetxten Kichtungssinnen erfüllen. Darunter sind diejenigen tsiaaiader gegenüberliegenden Sichtungen zu verstehen, in welche die jeweiligen flansche weisen. Die Speiseflüssigkeit kann desnoHifolge in entgegengesetzten Eichtungssinnen zugeführt werden, so daß sie wirkungsvoll die Membran des KLesentes dJsrcMriiigeaß können. Untersuchungen haben ergeben,

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daß sich bei in Abständen von 5 Minuten durchgeführter Umkehr der Zufuhrrichtung des Speisewassers die zur Reinigung der Membran benötigten Zeiten um eine Hälfte bis ein Drittel verringert haben, wenn die erzielten Reinigungsdauern mit den Zeiten verglichen werden, die bei kontinuierlicher Zufuhr von Speiseflüssigkeit in nur einem einzigen Richtungssinn erreicht werden konnten. Außerdem wurde beobachtet, daß der Verschmutzung der Membran äußerst wirksam dadurch vorgebeugt werden konnte, daß die Strömungsrichtung der Speiseflüssigkeit in gleichmäßigen Zeitintervallen umgeschaltet wurde. Als Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Separator-Einrichtung kommt die Behandlung der Speiseflüssigkeit im umgekehrten Osmoseverfahren oder bei der Ultrafiltrationsmethode in Betracht.

Die vorstehend erwähnten beiden benachbarten Speisewasserdichtungen 3A haben keinerlei beschränkende Bedeutung, da es möglich ist auch eine einzige Speisewasserdichtung 3C zu verwenden, die sich durch entgegengesetzt gerichtete, becherförmige Flansche auszeichnet und in I¹Xg. 4· dargestellt ist. Ist andererseits eine Vielzahl von Speisewasserdichtungen 3B am Membranelement 1B an Orten befestigt, die axial im Abstand voneinander liegen,-wie in Fig. 3 dargestellt, so kann in den durch benachbarte Speisewasserdichtungen und das äußere Gefäß definierten Räumen angesammelte Luft nicht abgeführt werden, was zu Deformationen und Undichtigkeiten des Membranelements führen kann, falls die zugeführte Flüssigkeit unter Druck steht. Demzufolge muß eine Dichtungsvielzahl mit geringst möglichen Abständen voneinander am Membranelement befestigt werden. Die bereits erwähnte Einzeldichtung 3C für Speisewasser gemäß Fig. 4- ist im Hinblick auf die Verhinderung von Deformationen und Undichtigkeiten des Membranelenientes überlegen.

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Claims

Patentansprüche

Vorrichtung für die Separation mit semipermeabler Membran, gekennzeichnet durch ein äußeres zylindrisches Druckgefäß (2A,2B), ein spiralig aufgewickeltes zylindrisches Membranelement (1A,2A), welches innerhalb des Druckgefäßes angeordnet ist und sich in demselben in Axialrichtung erstreckt, wobei das Membranelement im radialen Abstand vom Druckgefäß angeordnet ist, durch Dichtungseinrichtungen (3A,3B, 3C), welche in dem Spalt zwischen dem Membranelement und dem Druckgefäß angeordnet sind, wobei die Dichtungseinrichtungen einen gegen das Membranelement abgedichteten und hülsenartig auf demselben sitzenden Ringabschnitt (8) sowie zwei konkave Plansche (7^9) besitzt, welche sich nach außen von dem Ringabschnitt erstrecken und in dichtender Anlage an der inneren Oberfläche des Druckgefäßes stehen, wobei die Enden der Plansche zu entgegengesetzten axialen Enden des Druckgefäßes v/eisen.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtungen jeweils aus zwei getrennten ringförmigen Gliedern (JA) bestehen, die in axialer Richtung aneinanderstoßen und mit ihren Planschen' dicht beieinander angeordnet sind.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtungen jeweils aus einem einstückigen Glied (3C) bestehen, welches einen hülsenartig auf dem Membranelement sitzenden Ringabschnitt (8) sowie zwei konkave Plansche (7) besitzt, die sich von dem Ring-

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abschnitt nach außen erstrecken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungseinrichtungen im Bereich der Mitte der Längsausdehnung des Membranelementes angeordnet sind.

5· Separationsverfahren, bei welchem eine unter Druck gesetzte Speiseflüssigkeit axial durch die Speiseflüssigkeit sräume eines spiralenförmig aufgewickelten semipermeablen Membranelementes geführt wird, . um eine Permeat-Plüssigkeit von der gegenüberliegenden Membranseite und ein Konzentrat von den Speiseflüssigkeitsräumen abzuziehen, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Strömungsrichtung der Speiseflüssigkeit durch die Speiseflüssigkeitsräume in gleichmäßigen Zeitabständen umgekehrt wird.

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