DE2635460A1

DE2635460A1 - Verfahren und vorrichtung zur klaerung von fluessigkeiten

Info

Publication number: DE2635460A1
Application number: DE19762635460
Authority: DE
Inventors: Gerald Allan Croopnick; John Mark Michaels
Original assignee: Dresser Industries Inc
Current assignee: Dresser Industries Inc
Priority date: 1975-09-29
Filing date: 1976-08-05
Publication date: 1977-04-07
Also published as: AU1600776A; JPS5243782A; FR2325411B1; IL50034A0; JPS6043181B2; IT1066232B; SE7609365L; DE2635460C2; AU506322B2; IL50034A; SE439249B; US4025425A; CA1086657A; FR2325411A1; GB1552957A

Description

Dipl.-lng.W.Mitowr

Dipl.-lng.P.E.Meissnef

Dipl-lng. H.-J. Presting ^

Berlin 33 (GrunewaW). Hwbert&aBa

Dresser Industries,Inc.

The Dresser Building
Elm and Akard Streets

Dallas, Texas 75221, USA. ET-75-13

Fall No. 326.

Verfahren und Vorrichtung" zur Klärung: von "Flüssigkeiten

"Die Klärung: von Flüssigkeiten zur Wasserreinigung oder zu anderen 7wpoken dient dazu, Bakterien, Schwpbeteilchen, Salz oder andere p-pü öste Substanzen von einer Träpe>rflüssigkeit abzutrennen. Eine Fn!l ehe Klärung: oder Reinifmng kann durch Aufbringen d^r Trübe untpr D-nuok auf eine Membran, dip im wesentlichen "Frischwasser oder ein anderes "Ή-ltrat durchläßt, bewerkstelligt !-/erden. Pro Flächeneinheit dp.r Membran tritt gewöhnlich nur ein geringer Durchfluß auf, so daß eine sehr große Mem bran fläche zur Anwendung: komnipn muß. Gemäß einer Technik zum Aufbringen von Trübe mit hoh.em "Druck bei Verhinderung; des Aufbauens von Rückstand auf der Membran wird die Vorrichtung¹ zur Rotation (gebracht, um hohe Zentrifugalkräfte hervorzurufen, die das Unterdrucksetzen der Trübe, das radiale !Fließen des durch die Membran getretenen Filtrats und das Wegbringen von Eindick-, Polarisations- und die Membran verschmutzenden Materialien, die die Membran blockieren könnten, unterstützen. Es ist jedoch notwendig, eine sehr große Membranfläche pro Volumeneinheit einer Zentrifugalvorrichtung zur Verfügung: _Zu .stellen, wenn eine solche Vorrichtung zur Erzielung einer weiten. Verwendung wirtschaftlich, genug gemacht werden soll.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine wirtschaftliche und zuverlässige Klärung von Trüben möglich ist, und eine kompakte, wirtschaftliche und zuverlässige Trennvorrichtung zu schaffen, die bekannten Vorrichtungen gleicher Art anhaftende Nachteile ausschaltet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den Ansprüchen angegebenen Mitteln und Maßnahmen gelöst.

Die Vorrichtung nach der -Erfindung weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einen Stapel von Filtrations- oder Membranpacks auf, die ,ieweils einen flachen Träger und ein auf gegenüberlielenden Seiten des Trägers angebrachtes Membranpaar haben. Der Träger und seine Membranen sind mit fluchtenden Auslaßöffnungen versehen, bis zu denen hin der Träger eine konstante Stärke hat. Um die Auslaßöffnungen herum ist der Träger mit einem Klebemittel getränkt, das den Fluß der Flüssigkeit in den Träger blockiert und die Membranen an ihm hält. Die Packs werden auf einer vorgegebenen Achse zu einem Stapel zusammengefügt, wobei einander benachbarte Packs durch radial innen und außen "liegende Dichtungen voneinander getrennt sind. Die inneren Dichtungen sind dabei so g°stapelt, daß pie eine Art von Hohlwelle bilden.

Der zusammengebaute Stapel von Packs und Dichtungen bildet einen Rotor, der schnei] gedreht wird, während entlang der von den inneren Dichtungen hergestellten Hohlwelle Wasser oder eine andere zu klärende Flüssigkeit zugeführt wird, die durch Nuten in den Dichtungen in die Räume zwischen benachbarten Membranpacks eintritt. Bei der Drehung des Rotors fließt die Trübe radial auswärts, so daß in der Trübe enthaltenes reines Wasser oder anderes Filtrat durch die Membranen dringt und radial nach außen entlang des Packs zur Peripherie hin fließt, von wo das ^iltrat dann in ein Sammelgefäß gelangt. Wenn die Teilchen oder der gelöste Stoff schwerer sind als die Trägerflüssigkeit, werden die Auslaßöffnungen nahe der Peripherie der Packs angeordnet, um das Konzentrat aufzunehmen.

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Die Auslaßöffnungen aller Packs fluchten im wesentlichen miteinander, so daß sie eine Art Rohr bilden, durch das das Konzentrat · tritt. Die äußeren Dichtungen, die die Membranpacks voneinander trennen, werden zusammengepreßt, um die peripheren Teile der "iPacks zusammenzudrücken und damit die Bereiche zwischen den Membranpacks gegen einen Austritt von Konzentrat abzudichten. Das kann durch an den äußeren Dichtungen ausgebildete Nasen, die sich durch Löcher in den Packs erstrecken und die mit benachbarten äußeren Dichtungen verklebt oder andersartig dicht verbunden werden, geschehen. Während dieses dichten Verbindens der Dichtungen untereinander zur Ausbildung einer flüssigkeitsdichten Kapsel werden die Packs zusammengepreßt.

Weitere -Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich für den Fachmann aus der folgenden Beschreibung, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt.

Die Zeichnungen zeigen mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele für den Erfindungsgegenstand.

Fig. 1 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung einer Trennvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine ebenfalls teilweise aufgebrochene perspektivische Darstellung eines Teils der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.

Fig. 3 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Einzelteil der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung.

Fig. 4 zeigt den Schnitt nach der Linie 4 - 4 in der Fig. 2.

Fig. 5 ist eine Draufsicht auf eine der inneren Dichtungen der Vorrichtung von Fig. 3.

Fig. 6 zeigt den in Fig. 4 angegebenen Bereich 6 - 6 in vergrößertem Maßstab.

Fig. 7 ist ein Schnitt durch einen Teil des Membranpacks von Fig.4 bzw. 6 in vergrößertem Maßstab.

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Fig. 8 zeigt die Draufsicht femäß der in Fig. 7 eingezeichneten

Linie 8 - 8 .
Fig. 9 ist eine teilweise geschnittene Darstellung eines p:emäß der Erfindung ausgebildeten Membranpacks in einer weiteren

Ausführungsform.
Fig. 1o ist eine teilweise geschnittene Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels für eine Trennvorrichtung gemäß der Erfindung.

Die Trenn- oder Eindickvorrichtung 1o (Fig. 1) weist einen Flüssierkeitseinlaß 12 auf, dem eine Trübe, z.B. Abwasser, das feine Schwebeteilchen, wie Bakterien oder anorganische Abfälle, oder gelöstes Material, wie Salz, enthalten kann, zugeführt wird. Eine Pumpe setzt die zugespeiste Trübe unter Druck. Die Vorrichtung· weist ferner einen Filtratauslaß 14- auf, an dem ein Filtrat, z.B. frisches Wasser, abgezogen wird, und weiterhin einen Konten trataus]a3 16, durch den ein Konzentrat, z.B. Wasser mit einem hohen Anteil an feinen Partikeln und gelöstem Material, austritt. Selbstverständlich ist bei manchen Anwendungsfällen das Konzentrat ein Prodiikt von Wert.

Die Vorrichtung 1o hat ein Gehäuse 18, einen in diesem Gehäuse entlang· einer Achse 22 drehbar gelagerten Rotor 2o und einen den Rotor mit hoher Geschwindigkeit drehenden Motor 24-,

Wie Fig. 4- zeigt, besteht der Rotor 2o u.a. aus einem Stapel ?6 von Membranpacks 26a, 26b ... usw., die zentrisch zur Rotorach^e 22 liegen. Die Membranpacks werden durch äußere Dichtungen 28, die nahe der Peripherie der Packs angeordnet sind, und durch innere, an den Nabenteilen 68 der Packs liegende Dichtungen 3o in Abstand voneinander gehalten. Die am Einlaß 12 zugeführte Flüssigkeit bewegt sich in Längsrichtung - oder parallel zur Achse 22 der Nabenteile 68 des Rotors. Die inneren Dichtungen 3o haben axial sich erstreckende radiale Nuten 32, durch die die Trübe treten kann, so daß sie in die zwischen benachbarten Membranpacks liegenden Trübebereiche 34- gelangt. Die schnelle Drehung des Rotors und

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die Tatsache, daß der radiale Ausfluß der Trübe in den Räumen zwischen den Packs keiner Blockierung: unterließt, führen dazu, daß ,IeP¹Iieher Rückstand - wie Salz oder Partikel-, der das Bestreben hat, pich auf den Membranen aufzubauen, durch das Zusammenwirken von Zentrifugalkräften und Flüssigkeitsströmung entfernt wird. Tatsächlich ist dieses Vermeiden eines Aufbauens von Rückstand ein beträchtlicher "Vorteil der Rotation des Packstapels 26 im G-egensatz zu einem alleinigen Einspeisen der Trübe in die Packs unter hohem Druck aber ohne schnelle Drehung der Packs.

Jeder Membranpack 26a, 26b ... weist zwei Membranen 36, 38 und einen flachen, platt enartip-en Tracer 4o, der zwischen den Membranen liegt, auf. Wenn der Rotor dreht, dann bewegt sich die Trübe in den Bereichen 34- radial auswärts zur Peripherie des Rotors hin. Etwas von der Flüssigkeit, z.B. Frischwasser, das einen Teil des zup-eführten Abwassers bildet, durchsetzt die Membranen 36 und 38, um zum Träger 4o des Membranpacks zu gelangen. Diese Flüssigkeit, d "i e die Membran durchdrungen oder durchsetzt hat und hier als FiI-trⁿt bezeichnet wird, bewegt sich dann entlang des Trägers 4o aus-

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-h.q, bis sie die Kante 42 an der äuße"Wn Peripherie des Membran-

erreicht. Das Filtrat wird dann vom Pack durch die Zentrifugalkräfte ausgeschleudert, so daß es in das Gehäuse 18 fällt, das als Rammelerefäß dient. Die aus der schnellen Drehung des Rotors herrührenden Zentrifugalkräfte tragen dazni bei, das Filtrat nach auswärts entlang: des Träffers 4o zu bewegen.

Die entlang des Trübebereichs 34 zwischen den Membranpacks fließende Trübe, von der ein Teil als Filtrat entfernt worden ist, erreicht das PerjiherieKebiet des Trübebereichs 34 mit einer Konzentration an schwebendenden Partikeln und/oder gelösten Feststoffen, so daß diese Flüssigkeit als Konzentrat bezeichnet wird. Das Konzentrat kann nicht radial aus dem Rotor austreten, weil es von den äußeren Dichtungen 28 zurückgehalten wird. Um einen Abzug des Konzentrats zu ermöglichen, sind die Membranpacks 26a, 26b ... nahe ihrer Peripherie mit Auslaßöffnungen 44 versehen; diese sind, über den Stapel

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der Membranpacks im wesentlichen zueinander fluchtend angeordnet, um eine Art von Rohr 46, das aber Schlitze hat, zu bilden, wobei, die Wände der Auslaßöffnungen 44 die festen T_eii_e des Rohrs darstellen, während die Räume zwischen den Membranpacks die Schlitze im Rohr sind. Das während der Flüssigkeitsströmung entlang jedes Trübebereichs 34 erzeugte Konzentrat tritt in das Rohr 46 durch die Schlitze ein und fließt in Längsrichtung zum einen Ende des Rotors hin, so daß die Packs mit ihren fluchtenden Auslaßöffnungen 44 einen Sammler für das Konzentrat bilden. Durch ein Loch in einer Tragplatte 48 fließt das Konzentrat radial einwärts entlang eines Kanals 5o einer oberen Stinplatte 52 des Rotors und in einen Konzentratauslaß 54.

Es ist zu bemerken, daß die fluchtende Anordnung der Auslaß öffnungen aller Packs und die Zufuhr von ursprünglicher Trübe zu allen Packs zu einer langsamen Bewegung der Trübe zwischen den Nahmen- und Peripheriebereichen der Packs führt. Das kann mit nicht-drehenden Systemen verglichen werden, wobei die Trübe nacheinander (in Serie) durch alle Packs fließt und sogar in einer Spirale entlang der Oberfläche jedes Packs fließen kann. Ein solches Fließen bringt eine hohe Strömungsgeschwindigkeit in allen Bereichen hervor, um eine Turbulenz und ein Entfernen von die Membran verstopfendem Material zu erreichen. Ein Fließen mit hoher Geschwindigkeit in räumlich beschränkten Bereichen führt aber zu hohen Druckverlusten, und insofern ist ein beträchtlicher Energiebedarf für das Pumpen der Flüssigkeit erforderlich. Bei dem vorliegenden rotierenden System tritt eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit nur nahe der Wabe auf. Bei der radialen Auswärtsbewegung der Flüssigkeit nimmt die Strömungsgeschwindigkeit ab, während die Zentrifugalkräfte ansteigend stärker werden. Die Zentrifugalkräfte dienen dann dazu, Material, das die Membranen verstopft, wegzubringen, und der Raum zwischen den Packs bleibt für einen ungehinderten radialen Fluß frei. Es ist auch darauf hinzuweisen, daß in vielen Fällen die Partikel, Salz oder eine andere ausgeschiedene Spezies (Ausgeschiedenes) ein gegenüber der Trübe größeres spezifisches Gewicht haben und daß die Auslaßöffnungen nahe der Peripherie des Rotors

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angeordnet werden. Wenn das Ausgeschiedene von geringerer Dichte ist, so können jedoch die Auslaßöffnungen nahe der Nabe des Rotors vorgesehen werden.

Wie Fig. 7 zeigt, weist der Träger 4o eines jeden Membranpacks zwei poröse Blätter 6o, 62 eines Trägerpapiers und eine erhaben geformte Leitungsplatte 64 aus Kunststoff auf. Die Trägerpapierblätter 6o und 62, die eine hohe Naßfestigkeit haben und sehr durchlässig sind, stützen die Membranen 36, 38 und sorgen für Poren, durch die das Frischwasser oder anderes Filtrat zur Leituneesplatte 64 hingelangen können. Die Trägerblätter 6o, 62 können aus Filterpapier derjenigen Art bestehen, wie es bei ölfiltern und zur Trennung von Batterieplatten verwendet wird, oder es kann irgendein Blattmaterial, das eine hohe Permeabilität und Naßfestigkeit hat, Verwendung finden. Die Lsitungsplatte 64 ist mit radial verlaufenden Kanälen 66 versehen, entlang der das Filtrat gut gegen die Peripherie des Membranpacks hin fließen kann. Geflochtene Gitter können als Leitungsplatte dienen, um radiale Kanäle für das Filtrat zu bilden; die erhaben geformte Kunststoff-leitungsplatte ist jedoch billig herzustellen. Wie Fig. 8 zeigt, hat die Kunststoff-Leitungsplatte 64 viele feine Rillen 66, die sich im allgemeinen radial entlang der Platte erstrecken und radiale Kanäle für das Filtrat bilden. In einem rund um die Auslaßöffnung 44 verlaufenden Bereich ist die Platte 64 jedoch nicht vertieft bearbeitet, um das Filtrat von der Auslaßöffnung 44 fernzuhalten.

Bei einem radialen Fließen des Filtrats, z.B. Frischwasser, entlang des Trägers 4o und bei längsgericht-etem Fluß von Konzentrat, z.B. Wasser mit einer hohen Konzentration an Bakterien oder Salz, durch die Auslaßöffnungen 44 ist es wichtig, die Bereiche der Auslaßöffnungen der Membranpacks abzudichten, um ein Eintreten von Konzentrat in den Träger 4o zu verhindern. Bisher ist es nicht möglich gewesen, die Kanten von vielen, als Membran begehrten Materialien in einer zuverlässigen Weise bei niedrigen Kosten abzudichten, ausgenommen durch Verkitten der einen mit der anderen Membran oder durch Einsatz

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mechanischer Abdichtmittel . Mechanische Dichtungen, wie Dichtgummi, sind nicht erwünscht, da sie einen beträchtlichen Raum zwischen den Packs beanspruchen und weil die auf sie einwirkenden Zentrifugalkräfte zu einer übermäßigen Beanspruchung des Membranpacks führen.

Im Fall der Erfindung werden die Auslaßöffnungen 44 durch Tränken des Trägers 4o mit einem Klebemittel 7o, das die Membranen 36,38 dicht mit den Trägerpapierblättern 6o,62 verbindet, abgedichtet. Damit wird eine frei stehende Dichtung gebildet, d.h., eine solche, die keine äußeren Elemente zur Lieferung von Kompressionskräften erfordert, die nicht nur die Membranen dicht am Träger hält, sondern auch die Trägerpapierblätter gegen die Bewegung der Flüssigkeit durch diese auf Grund von Kapillarwirkung od.dgl. in dem der Auslaßöffnung 44 benachbarten Bereich abdichtet; ferner wird hierdurch auch das Trägerpapier mit der erhaben bearbeiteten Kunststoff-Leitungsplatte 64 dicht verbunden. Ein Silikonmaterial, das katalysiert ist, wird als Klebemittel 7o verwendet, um irgendwelche Poren im Trägerpapier zu verschließen und die Blätter des Träcerpapiers dicht haftend mit den Membranen und der Leitungsplatte zu verbinden.

Es ist die Möglichkeit gegeben, die Trägerpapierblätter 6o, 62 rund um die Bereiche der Auslaßöffnungen 44 auszuschneiden und ledigich die Membranen dicht mit der Leitungsplatte 64 zu verbinden. Das führt ,i'ecLoch zu einer Änderung in der Stärke des Trägers und damit zu Stufen oder abrupten Veränderungen in der Ebene der Trägerflächen; auch hat sich gezeigt, daß das Falten in den Membranen 36, 38 hervorruft. Unter hohem Druck haben Falten in der Membran das Bestreben, Kniffe zu bilden, die reißen können und einen Zutritt von Konrentrat in das Fütrat zulassen. Es wurde auch festgestellt, daß dort, wo eine Falte in der Membran auftritt, das Klebemittel sich von der auswärts gebeulten Linie der Falte trennen will, was zu einem Lecken von Konzentrat in das Filtrait führen kann. Durch Erstrecken der porösen Blätter des Trägerpaniers restlos bis zu den Auslaßöffnungen 44 werden plötzliche Wechsel in

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der Stärke des Trägers vermieden und damit Falten in der Membran ausgeschaltet, wodurch die Zuverlässigkeit der Abdichtung im Bereich rund um die Auslaßöffnungen gesteigert wird.

Die Nabenteile 68 (I¹Ig. 4-) eines ,jeden der Membranpacks sind ebenfalls mit Klebemittel; abgedichtet, um ein Eintreten der eingespeisten Trübe in den Träger des Membranpacks zu verhindern. Die Außenumfangskante 4-2 der einzelnen Packs wird nicht abgedichtet, da das Filtrat hier nach außen fließen muß; die äußeren Dichtungen 28 verhindern, daß die Konzentratflüssigkeit die Außenkanten der Packs erreicht.

Die inneren Dichtungen 3o, die die in Fig. 4- und 5" gezeigte Ausbildung haben, weisen zahlreiche axiale Nuten 32 auf aref ihrer oberen SÜHKfes wie unteren Fläche auf. Die Stufen sind so ausgebildet, daß die inneren Dichtungen ineinandergreifen; die Membranpacks 26a, 26b ... werden zwischen einander benachbarten inneren Dichtungen 3o gehalten. Der von den inneren Dichtungen gebildete Stapel wird durch die obere Stirnplatte 52 und die untere Stirnplatte 7O¹ zusammengehalten. Die Stirnplatten 52 und 70' sind entlang' ihres Außemirofangs durch Verbindungsbolzen 72 verklammert. Der Stapel der inneren Dichtungen ^o bildet eine Hohlwelle 74, längs der sich die eingespeiste Trübepis zu den Ebenen der einzelnen Trübebereiche 34pwischen den Membranpacks bewegt; durch die Nuten 32 der Di chtungen 3o, die Öffnungen in der von den Dichtungen gebildeten Hohlwelle darstellen, kann die eingespeiste Trübe austreten.

Wenn man versuchen will, eine zusätzliche zentrale Welle in Berührung mit den inneren Dichtungen 3o vorzusehen, so wird es nötig sein, die inneren Dichtungen 3o mit häherer Genauigkeit zu fertigen, um einen gleichförmigen Kontakt dieser mit einer solchen zusätzlichen Welle sicherzustellen. Wird eine zusätzliche Welle und die Berührung mit.den inneren Dichtungen nicht vorgesehen, so können bei der Fertigung dieser Dichtungen größere Toleranzen zugelassen werden. Eine zentrale Welle kann aber angewendet werden,

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wenn die inneren Dichtungen zu ihr einen Abstand haben, wobei nur einige wenige zentrierende Vorsprünge vorgesehen werden, so daß der von dem Stapel der Dichtungen umschlossene Teil des Nabenbpreichs die Trübe in Längsrichtung leitet und der Dicbtungsstspel noch als Flüssiskeits-Verteilerrohr dient.

Die äußeren Dichtungen 28 sind dünne Ringe mit hofrer Festigkeit, die aber aus einem Material von geringem Gewicht, z.B. mit Glasfasern verstärkter Polyester-Kunststoff, das kein KaltfließvermÖGcen aufiveist, bestehen, und sie können mit Ausstanzungen rund um die Auslaßöffnungen 4-4- der Membranpacks ausgestattet sein. Weil die äußeren Dichtungen 28 das Konzentrat■ geeeen ein Lecken zur Peripherie des Rotors abhalten müssen, da dieses sonst das Filtrat verschmutzt, ist es notxirendig, die äußeren Dichtungen fest geffen die peripheren Teile der Filtrierpacks 26a, 26b ... zu halten. Dies wird, wi€ ^ im» 6 zeigt, durch Nasen 8o an den unteren Flächen der äußeren Dichttungen 28 und durch Vorsehen von entsprechenden Löchern 82 in den Membranpacks erreicht. Die Nasen 8o haben eine Erstreckung D, die etwas kleiner i^at als die Stärke des nicht-zusammengepreßten Membranpacks. Beim Zusammenbau des Rotors v/erden die Nasen 8o einer jeden äußeren Dichtung 2« in die Tocher 82 des Membranpcks, auf dem die Dichtung liegt, eingesetzt, die äußere Dichtung wird mit mäßig hoher Kraft niedergedrückt, und dann werden Ultraschallschwingungen ausgelöst, um das Bodenteil einer jeden Nase 8o mit d^r Oberseite der nächsten darunterliegenden Dichtung mittels Ultraschall zu verschweißen. Selbstverständlich kann ein Lösungs- oder ein anderes Klebemittel dazu dienen, die Dichtungen miteinander zu verschv,r-ißen.

Die Erstreckung D der Nese 8o wird derart gewählt, daß die äußeren Dichtungen fest gegen den Pack drücken, um hier die Abdichtung zu bewirken; jedoch soll die Kraft nicht so groß sein, daR das Trägerpapier 6o, 62 in die Kanäle 66 der Leitunesplatte 64- gedrückt wird, was den radial auswärts gerichteten Fluß des Filtrats verhindern würde. Wenn der Rotor zusammengebaut ist und die Verbin-

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dungsbolzen 72 (Fig. 4·) angezogen sind, so unterstützt dieses Anziehen das Aufrechterhalten eines Drucks der äußeren Dichtungen gegen die Membranpacks. Jedoch wird eine zuverlässige Abdichtung der äußeren AfePichtungen gegenüber den Merabranpacks auch ohne ein solch hohes Maß an Anziehen der Verbindungsbolzen 72, daß die Packs so gedrückt werden können, daß sie den Träger gegen das radiale Aus strömen des Filtrats blockieren, erreicht. Wenn ein Auseinanderbauen des Stapels 26 gewünscht wird, dann werden die Nasen 80 gegen die anliegenden Dichtungen nicht verschweißt. Die Nasen dienen aber dennoch dazu, das Maß der Packkompression, wenn der Stapel 26 durch die Verbindungsbolzen 72 oder andere Klemmvorrichtungen dicht zu sammengespant wird, zu kontrollieren.

Der Rotor wird zusammengebaut, indem zuerst eine Anzahl von Membranp33ks 26e, 26b ... aufeinandergestapelt wird, wobei die inneren und äußeren Dichtungen zwischen benachbarten Packs liegen und jede äußere Dichtung 28 mit der nächsten darunterliegenden bei dem Stapelvorgang dicht verbunden wird. Bei der Vorrichtung von Fig. Λ und 4- sind die Packs in Moduln 9o angeordnet, wobei ,jeder Modul eine bestimmte Anzahl von Membranpacks, z.B. 36 Stück, aufweist_T die übereinanderliegend einen Stapel 26 bilden; jeder Modul enthält also 36 Packs sowie die zugehörigen Dichtungen, die auf einer Tragplatte 4-8 gehalten sind. Bei einem typischen Rotor ist eine Gruppe von acht solcher Moduln zwischen den Stirnplatten 52, 70' angeordnet und durch die Verbindungsbolzen 72 zusammengehalten. Die Bolzen 72 erstrecken sich durch Löcher in den Tragplatten 4-8, so daß letztere die Verbindungsbolzen gegen die Zentrifugalkräfte versteifen. Die Verbindungsbolzen liegen weitgehend frei, so daß sie zur Entfernung von z.B. in ihren Gewinden haftenden Bakterien ohne Auseinarderbauen des Rotors gereinigt werden können; gleichwohl können die Bolzen durch Löcher in den äußeren Dichtungen und den Packs geführt sein. Eine Anzahl von Verbindungsbolzen, z.B. 24· Stück, wird mit gleichem Abstand auf dem Umfang des Rotors angeordnet, um die Kompressionskräfte zu verteilen. Wie Fig. 3 erkennen läßt, hat jeder der Membranpacks einige mit Abstand zueinander im Peripheriebereich ausgebildete Auslaßöffnungen 4-4,

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um das Konzentrat von vielen Bereichen rund um die Peripherie des Packs abzuführen.

Die Membranpacks und Dichtungen sind dünn, so daß einp e-roße ZaH von Packs in einer Vorrichtung: von vorgegebenem Volumen untergebracht werden kann. Jeder Pack und ,iede äußere Dich tuner kann beispielsweise eine Stärke von P,S mm haben, so daß ein acht Moduln mit jeweils 36 Membranpacks mit einem Durchmesser von 60 cm

ρ enthaltender Rotor eine Membranfläche von etwa 139 m in einem Raum von etwa 425 1 - oder anders ausgedrückt - eine Membranfläche von etwa 9m pro 28 1 bietet, ^iη solcher Rotor kann mit annähernd 1000 U/min betrieben werden, um eine mittlere Zentrifugalkraft zu erzeugen, die etwa 200mal größer als die Schwerkraft ist.

Zum Aufbau eines ,ieden Moduls 26 werden große Kreise aus Kunststoff-Flachmaterial, aus Trä^erpapier und aus Membranmaterial mit großen Löchern im Zentrum der Kreise und kleineren Auslaßöffnunren 44 sowie Aufnahme off η ungcen 8^ für die Nasen 8o nahe der Peripherie gefertigt. Das Kunststoff-Flachraaterial wird einem Formvorerang· zur Ausbildung der in Fig. 8 gezeigten Kanäle 66 unterworfen. Jedes Blatt Träererparn er wird mit Klebemittel rund um dq^ ^nBf? mittige Loch und um ,i^de Auslaßöffnung¹ versehen, indem eim¹ Form um das Blatt herum angeordnet und das Klebemittel eingespritzt wird. Es wird ein Klebemittel auf Silikonbasis verwendet, dp dieses an einer feuchten Membran haften kann, was besonders nichtig·. ist, weil die meisten Membranen nicht austrocknen dürfen. N^ch -Tem Einbringen des Klebemittels in das Trägerpfoier läßt man ps t -^r cknen, um überschüssiges Lösungsmittel zu entfernen, und das B1at<wird dann bei einer Temperatur von ca. I50 C fünf Minuten lan? ausgeheizt, um das Klebemittel zu ""vernetzen. Der Eri-rä-pnmnTSvor^ai-.p· erzeugt eine Klebrigkeit und steigert die Kohäsionsfesti e-keit dr-.q Klebemittels. Die Papierblätter x^erden dann «regen di^ ansp-eformte Kun st stoff-Lei. tungsp latte und die Membranen g-eleg-t, worauf der Flachmaterialsatz fest zusammengepreßt wird.

BAD ORIGINAL

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Τγ\ Anwendunecsfälleu mit niedrigem Fi 1 t-ratfluß, wie das für die um^ek^hrt-e Osmose typisch ist, können die porösen Laeren, z.B. das ^i^Ώ Membran stützende Papier, ohne eigene Trägern!atten v^r-••end^t «erdPTi. Die Pip:. Q zeigt ein^n Teil eines Membranpacks 1oo, bei dem ein dickes Blatt Papier 1o2 zum Stutzen eier Membranen io4, 1o6 und zur radialen Leitung des Filtrats zur Anwendung kommt. Das Blatt 1o2 aus Träe-erpapier ist mit Klebemittel 1o8 rund um die Auslaßöffnune;en 44 getränkt, um beide Membranen unmittelbar zu halten und den Bereich der Auslaßöffnun«*en gegen das Einfließen von Konzentrat abzudichten.

Die Trennvorrichtung gemäß der Erfindung kann für eine Ultrafiltration oder für umgekehrte Osmose ßrebant werden. Bei der Ultrafiltration werden Schwebeteilchen, wie Bakterien oder nicht-selöste Chemikalien, unter Verwendung einer nitrafiltrationsmembran entfernt. Bei der umgekehrten Osmose werden Salz oder andere gelöste Stoffe vom ^iltrat unter Verwendung einer Membran für umgekehrte Osmose abgetrennt.

Kin weiteres, der "FiK. 4 ähnliches Ausführungsbed spiel Kemäß der K, <3as dasnn zum Einsatz kommt, wenn das schxvebende oder Material, das vom Filtrgt zu trennen ist, eine geringere Dichte als das FiJtrat hat, zeigt die Fig. 1o. Die Trübe tritt in den Potor PoA durch ein Anschlußstück Λ?Α ein und strömt entlang eines Kanals ROA zur Peripherie des Rotors. Dann fließt die Flüssigkeit in längsrichtune: durch die fxiluchtenden Auslaßöffnungen 44A der Membran packs ?6X zur Verteilung auf die zwischen diesen liegenden Bereiche. Hierauf bewegt sich die Trübe radial einwärts^

während da ρ Fi.ltrat in die Packs 26X fließt. Das Konzentrat, d-ⁿs ein niedrigeres spezifisches Gewicht als die ursprüngliche Trübe .hat, tritt dann durch die Nuten 32A in den inneren Dichtungen und bewegt sich in Längsrichtung entlang des Nabenteils des Rotors, um an einem Anschlußstück 54A auszutreten. Es ist zu bemerken, daß der Rotor drei Behälterabschnitte 11o umfaßt, die über Halteglieder 112 miteinander verbunden sind, um die Stapel von Membranpacks 26X zusammengedrückt zu halten. Der von den Ab-

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schnitten ΛΛο gebildete Behälter wird anstelle von Verbindungsbolzen 72 Γ^ίκ. ^ zum Verklammern des Stpnels benutzt. Die Behälterabschnitte haben'löcher 114, durch die das "Filtrat tritt, da, in einem stationären Π-ehäuse Ί8Α aufgenommen wird.

Erf indtJnFsgempß wird eine kompakte, wirtschaftli ehe und zuverlsssipe Trennvorrichtung feeschaffen, bei der ein Stapel von voneinander durch Dichtungen getrennten Membranpacks, um zwischen diesen von der Trübe durchströmte Bereiche zu bilden, zur Anvendtine: kommen kann. Die Packs weisen Auslaßöffnunpen auf, die im wesentlichen miteinander fluchten, um einen rohrähnlichen Sammler zur Ableitung des Konzentrats zu bilden. Jn einem Zentrifue-alsystem, wobei die Packs schnell gedreht werden, sind die Auslaßöffnun pen nahe der Peripherie der Packs angeordnet, so daB die besamte Trübe radial zwischen der Nabe und dem Außenumfang dpr Packs fließt und eine einfache Konzentrat-Sammelleitung im Stapel hergestellt wird. Ein derartiger radialer Fluß unterliegt in dean Räumen ζ^ά sehen den Stapeln keiner Behinderung oder BlooMerune·, so daß ein beträchtlicher Fluß trotz des geringen Abstand der Packs zueinander erMLten wird .

Jeder der Packs der Trennvorrichtung enthält einen plattenartigen Träecer und Membranen an dessen gegenüberliegende?i Flächen. Der Träger hat eine gleichmäßige Stärke, insbesondere nahe den Auslaß öffnung: en, um Stufen in den Flächen des trägers, die zu einer Wellen- oder Faltenbildung an den Membranen führen können, zu vermeiden. Der Träger ist rund um jede Auslaßöffnung mit einem wasserundurchlässigem Klebemittel getränkt, um gleichzeitig den Trä'eer gegen ein Einfließen von Konzentrat abzudichten und die Membran sicher an den Flächen des Trägers zu halten. Wenn der Träger Blätter eines Trägerpapiers, die auf einer mittigen Leitungsolatte liegen, aufweist, so kann das Trägerpapier mit dem Klebemittel getränkt werden. Die Packs haben auch mittiee Löcher, deren Wände mit dem Klebemittel getränkt sind, das dazu dient, den Pack zusammenzuhalten, und das eine Druckprüfung vor dem Zusammenbau zu einem Stapel zuläßt.

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Ein Rrotor der Trennvorrichtung;, der von den Packs und Dichtungen Gebildet wird, kann einen Stapel von inneren Dichtune-en mit fluchtenden Löchern, die eine mittlere Speiseleitung bilden, durch die die ^rübe fliiäeßt, aufweisen. Die inneren Dichtungen haben radial verlaufende Nuten, die zur Zufuhr der Trübe zwischen die Packs Durchgänge bilden. Zusätzlich, zu den den Stapel zusammenhaltenden Verbindungsbolzen können die äußeren Dichtungen miteinander verschweißt werden, um die Dichtigkeit der Dichtungen gegenüber den Pecks sicherzustellen, auch wenn eine örtliche Kompression durch die Verbindungsbolzen ungenügend ist. Die äußeren Dichtungen haben Nasen, die sich durch die Packs erstrecken und gegen benachbarte P^cks anliegen. Die Nasen dienen als Abstandshalter, um die Dichtungen an der Peripherie der einzelnen Pocks fest ziisammenfceTpreßt aber nicht verdrückt in einer genauen Distanz voneinander zu halten.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Trennung von Bestandteilen einer Trübe, gekennzeichnet durch schnelles Drehen eines £&us einem Stapel (26) von einen geringen Abstand zueinander aufweisenden Membranpacks (26a, 26b ...) gebildeten Rotors(2o) um eine Längsachse (22), durch Zuführen der Trübe in das Nabenteil (68) des Rotors und Einführen der Trübe nahe dem Nabenteil des Rotors in die zwischen den Membranpacks liegenden Bereiche (3^), so daß die Trübe parallel über sämtliche Membranpecfcs fließt, Filtrat aus der Trübe in die Membranpacks eintreten kann und die Trübe bei ihrer radialen Auswärtsbewegung zur Bildung eines Konzentrats nahe:.- der Peripherie des Rotors fortschreitend konzentriert wird, durch Leiten des Konzentrats im wesentlichen in Längsrichtung durch die Peripheriebereiche der Packs zur Sammlung des Konzentrats und durch Entfernen des Konzentrats vom Rotor.

Verfahren zur Trennung von Bestandteilen einer Trübe, die ein Filtrat und Stoffe niedrigeren spezifischen Gewichts als ä*«-o(fts

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e/'enthält, gekennzeichnet durch schnelles Drehen eines aus einem Stapel (26) von einen geringen Abstand zueinander aufweisenden Membranpacks (26X) gebildeten Rotors um eine Längsachse, durch Führen der Trübe im wesentlichen in Längsriohtung durch die Peripheriebereiche der Packs*zur Verteilung der Trübe an der Peripherie der Membranpacks in die zwischen den Membranpacks liegenden Bereiche, durch Führen der Trübe radial einwärts in paralleler Richtung durch die Packs zu deren Nabenteilen, so daß die Trübe an den Nabenteilen (32A) ein Konzentrat bildet, und durch Entfernen des Konzentrats von den Nörbenteilen des Rotors.

Trennvorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von in einem Stapel (26) mit Abstand zueinander angeordneten Membranpacks (26a, 26b ...), die jeweils an beiden Seiten eines Packs eine Membran (36, 38) zum Durchtritt von Filtrat und zum Zurückhalten des ausgeschiedenen Rückstands aufweisen* durch wenigstens

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eine jeden der Membranpacks durchsetzende Auslaßöffnung (44) und durch fluchtende Anordnung der Auslaßöffnungen zur Ausbildung eines rohrförmigen, der Ableitung eines Konzentrats dienenden Kanals (46).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran packs (26a, 26b ...) entlang einer vorbestimmten Achse (22) gestapelt sind, daß die Auslassöffnungen (44) nahe der Peripherie der Packs ausgebildet sind, daß Einrichtungen (12,15,^2) zur Zufuhr der Trübe zwischen die Membranpacks nahe der Achse (22) vorhanden sind und daß ein Antrieb (24) zur schnellen Drehung des Stapels um die Achse (22) vorgesehen ist.

5· Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnungen (44) nahe der Peripherie der Membranpacks ausgebildet sind, daß der Raum (3^) zwischen benachbarten Membraripacks in einem Bereich zwischen einer inneren und äußeren Dichtung (3o bzw. 28) für eine radiale Strömung frei ist, daß Einrichtungen (12, 15, 32) zur Zufuhr der Trübe zwischen die Membranpacks (26a, 26b ...) nahe der Achse (22) vorgesehen sind und daß ein Antrieb (24) zur schnellen Drehung des Stapels mit den Dichtungen um die Achse (22) zur Erzeugung einer radial auswärts gerichteten Strömung von Flüssigkeit zwischen den Membranpacks vorhanden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Membranpacks einen Träger (4o) von bis zu den Wänden der Auslaßöffnungen (44) gleichmäßiger Stärke mit einem Paar von sich bis zu den Wänden der Auslaßöffnungen erstreckenden und an diesen Öffnungen dicht mit dem Träger verbundenen Membranen (36, 38) aufweist.

7. Trennvorrichtung zur durchführung der Verfahren nach Anspruch

1 oder 2, gekennzeichnet durch einen plattenartigen Träger (4o), durch ein Paar von auf den gegenüberliegenden Seiten des Träffers angebrachten Membranen (36, 38), durch eine Mehrzahl von Auslaß-

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öffnungen (4-4-) in jedem Träger und jeder der Membranen, die miteinander fluchtend angeordnet sind, durch eine im wesentlichen gleichmäßige Stärke des Trägers im Bereich um jede Auslaßöffnung (44), so daß der Träger in diesem Bereich frei von Absätzen ist und durch dichte, rund um jede Auslaßöffnung (44) faltenlose Befestigung der Membranen am Träger (4o).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7_? dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4o) wenigstens ein Blatt eines mit einem Klebemittel (7o) rund um jede der AuslaßÖffnungen (44) getränkten Trägerpapiers (6o, 62) aufweist, das mittels des Klebers (7o) mit einer Membran (36, 38) verbunden ist.

9. Vorrichtung zur durchführung der V_erf_ahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen dünnen Träger (4o), durch je eine an den gegenüberliegenden Seiten des Trägers angeordnete Membran (36, 38), durch eine Mehrzahl von den Träger und die Membranen durchsetzenden Auslaßöffnungen (44), die miteinander fluchten, und durch Tränken wenigstens eines Teils des Trägers im-Bereich um jede AuslaPöffnung mit einem wasserundurchlässigen' Klebemittel (7o), das die Membranen an den gegenüberliegenden Trägerflächen hält und einen Durchtritt von Konzentrat in den Träger verhindert.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4o) die Membranen (36, 38) unmittelbar stützende Trägerblätter (6o, 62) mit zu den Auslaßöffnungen in den Membranen gleich großen Aus !^öffnungen (44) aufweist und daß das Klebemittel (7o) in jede Auslaßöffnung unmittelbar umgebenden Bereichen der Trägerblätter angeordnet ist. _ ·

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (4o) und die Membranen (36, 38) wenigstens drei mit Abstand zueinander im 'Peripheriebereich der Membranen angeordnete Auslaßöffnung-en (44) sowie wenigstens ein zentral liegendes Loch aufweisen und daß die die Auslaßcffnungen (44) Howie das zentrale

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Loch χβ&κ&χκβκ umgebenden "Flächenbereicbe des Trägers und der Membranen alle mit dem Klebemittel getränkt sind, das Träger und Membranen als Pack zusammenhält, der vor Einbau in die Vorrichtung auf einwandfreie Abdichtung: prüfbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einer einzigen Lage eines permeablen, flachen Trägermaterials (1o2) besteht und das Klebemittel in das Trägermaterial auf dessen besamter Stärke rund um ,"jede Ausla ßföffnung (44A) eingeführt ist.

Ή. Vorrichtung: zur -Durchführung: der Verfahren nach odpr 2, gekennzeichnet durch einen Stapel (26) von entlang einer vorbestimmten Achse (22) angeordneten Memhranpacks (26a, 26b ... ), die ,Ie einen plattenförmigen Träger (4o") und wenigstens eine an diesem angebrachte Membran (36, ?>8) aufweisen, durch die Membranp«cks voneinander in Abstand haltende Elemente, die eine Mehrzahl von Inneren, zwischen den Packs an zu deren Mittelpunkt nahegelegenen Stellen ancceo^dnete "Dic'htiingen (3ο) einschließen, und durch fluchtende, einen mittigen Kau»] (74^ für eine axiale Führung der Trübe zu den Packs bildende Öffnungen in den inneren Dichtungen sowie durch die Flüssigkeit zwischen die Packs leitende, radial verlaufende Nuten (3?) in den inneren Dichtungen.

14. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Stapel Γ?6^ von entlang piner vorbestimmten Achse (??) angeordneten Membranpacks (?6a, 26b ...), die ,ie einen plattenförmigen Träger (4o) hskI und wenigstens eine an diesem angebrachte Membran (36, 38) aufweisen, durch eine Mehrzahl von zwischen den Membranpacks an zu deren Mitte nahegelegenen Stellen angeordneten inneren Dichtungen (3ο), durch eine Mehrzahl von zwischen den Membranpa cks nahe deren Peripherie angeordneten äußeren Dichtungen (28) und durch eine Mehrzahl von nahe den äußeren Dichtungen

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in Längsrichtung sich erstreckenden, diese Dichtungen fest gegen die Membranpacks angepreßt haltende Snannbolzen (7?).

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Dichtungen (3o) fluchtende, einen mittigen Kanal (74-) für eine Führung der Trübe zu den Membranpacks bildende Löcher sowie radiale, die Flüssigkeit zwischen die Packs leitende Nuten (32) aufweisen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jede Dichtung mit benachbarten Dichtlingen unter Zusammenpressen des dazwischenliegenden Membranpacks zum Vorspannen des Stapels und zur Sicherstellung der Dichtheit verschweißt ist, so daß ein Anziehen der Verbindungsbolzen (72) in einem zum Knittern der Packs und zum Verhindern einer Flüssigkeitsströmung zu den Peripherien führenden Maß unnötig ist.

17. Vorrichtung zur Buchführung ^_er Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von plattenartigen, in einem Stapel (26) entlang einer vorgegebenen Achse (22) mit Abstand zueinander angeordnetenMembranpacks (26a, 26b....) die jeweils für den ^urchganf: einer Flüssigkeit in radialer Richtung zu ihrer Peripherie hin durchlässig sind, durch eine Mehrzahl von ringförmigen, nahe der Peripherie der Membranpacks gelegenen, diese voneinander trennenden Dichtungen (28) und durch eine Schweißverbindung von einander benachbarten Dichtungen (28), wobei der Pack zwischen diesen zusammenge^peßt ist und der Stapel zur Sicherstellung der Abdichtung unter Vorspannung steht.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Membranpacks eine Mehrzahl von Löchern (82) zur Aufnahme einer Nase (8o) aufweist und daß jede äußere Dichtung (28) eine Mehrzahl von durch die Löcher (82) sich erstreckenden Nasen (8o) hat, die mit der auf der anderen Seite des Packs

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liegeenden Dichtung; verschleißt sind.

19. Vorrichtung: nach Ans-nruch. 17, gekennzeichnet durch nahe der Achse (P?) p-elegrene Einrichtungen (1?., 15, -5?) zur Zufuhr von Flüssigkeit zwischen dip Hembrappacks, durch an der Peripherie der Packs austretende Flüssigkeit sammelnde Bauteile (18^) und durch Vorrichtungen zur schnellen Drehung; des Membran· packstapels (26).

Dfpf.-lng/p. E Meissner

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