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"Vorrichtung zur Druckfiltration mit semipermeablen Membranen Die
erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Druckfiltration, Ultrafiltration und USsehrosmose
von Lösungen mit echt oder kolloidal gelösten Teilchen durch semipermeable 4enibranen.
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Ultrafiltration und Umkehrosmose durch semipermeable IIembrfanen sind
als Verfahren zur Konzentrierung von Lösungen, zur Abtrennun unerwünschter Bestandteile
aus Lösungen, zur Selektion von Lösungen u,a. in den letzten Jahren stark entwickelt
worden.
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Im Stand der Technik sind zu diesen Verfahren verschiedene Vorrichtungen
bekannt, deren Ziel es ist, die Konzentrationspolarisation und die Ablagerungen
auf den Hembranen, die den Filtrationsprozeß bis zum Erliegen bringen können, mio
licht weit herabzusetzen. Nach den konstruktiven Besonderheiten, mit denen eine
ilerabsetzung zur Konzentrationspolarisation realisiert werden soll, unterscheidet
man zwischen Platten-, Röhren- und Hohlfasertrenneinheiten.
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Die Plattentrenneinheiten zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau
aus. Die Konzentrationspolarisation auf der Membranoberfläche wird durch Rühren,
Vibration, spiralförmige Überströmen der Membranen durch Leiteinrichtungen oder
durch Ausbildung von Potentialwirbeln durch tangentiales Uberströmen der Membranen
verhindert. Jedoch gelingt dies nicht in ausreichendem maßes so daß die Leistungen
der Anlagen dadurch im allgemeinen nur gering sind. Durch die überwiegend verwendeten
zentralen Ableitungen treten große Verluste an aktiver Membranfläche auf.
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Zudem treten bei diesen Vorrichtungen Dichtungsprobleme auf.
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Als Dichtungsmaterial werden Dichtungsringe verwendet.
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Im Hochdruckbereich, d.h. bei der Umkehrosmese, ist oftmals ein zus@tzlicher
Druckbehälter erforderlich, der die Funktion der Anlage wesentlich kompliziert.
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Röhrentrenneinheiten haben nur eine geringe Packungsdichte. Zur Realisierung
technisch interessanter Membranflächen und damit hoher Leistungen ind große Rohrlängen
erforderlich. Damit wird der Platz- und Materialbedarf für derartige Anlagen sehr
hoch.
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für den Einslitz von hohem Druck sind diese Anlagen nicht geeignet.
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Hohlfasertrenneinheiten haben zwar eine sehr große spezifische Iembranoberfläche,
der Durchsatz ist aber wesentlich kleiner als bei anderen Membrantrenneinheiten.
Die zu bearbeitenden Flüssigkeit ist äußerst sorgfältig vorzureinigen, vielfach
durch Ultrefiltration da die Verstopfungsgefahr außerordentlich hoch ist.
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Für Stoffsysteme, die zur Schichtbildung juf der Membranoberfläche
neigen, z.B. eiweiß- oder kolloi@haltige Lösungen, sind diese Trenneinheiten nicht
einsetzbar.
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Die rfindung bezweckt, die den bekannten Vorrichtungen anhaftenden
Mängel zu vermeiden und abzusichern, daß das abzutrennende Produkt qualitativ nicht
vermindert wird und die Vorrichtung zur Wasser- und Abwasserbehandlung, zur Konzentrierung
von eiweißhaltigen Lösungen, wie Milch, Molke oder Enzyme, zur Rückgewinnung von
farbstoffen bei der Elektrotauchlaickierung u.a konstengünstig zu betreiben ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu runde, eine Vorrichtung für die
Ultrafiltration und llmkehrosmose von L;sungen echt oder kolloidal gelöster Teilchen
mit hoher Leistung zu entwickeln und dabei abzusichern, daß die Ko-azenlrationspolarisation
und damit eine Ablagerung auf der Membranoberfläche sowie V rluste an aktiver Membranoberfläche
vermieden werden und die Abdichtung so gelöst wird, daß ein Einsatz auch für den
Hochdruckbereich gewährleistet ist.
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Erfindungsgemäß wird die Auffjac dadurch gelöst, daß paarweise an
eordnete Strömungsführungsplatten und Filtratabs leitplatten, zwischen denen sich
die iiembranen befinden, so angeordnet sind, daß die zentralen Bohrungen fortfallen,
selbstzentrierende Abdichtelemente vorgesehen sind und die Strömung der Flüssigkeit
so geleitet wird, daß sie bei hoher Turbulenz nacheinander alle membranen überströmt.
Die Strömungsführungsplatten sind so ausgebildet, daß sie einen Kupplungsteil aufweisen,
durch den die Platten der Tore ein heit beim Zusaia;enbau zentriert werden. Ein
weiteres erfindungsgemäßes Merkmal der Lösung gewährleistet, daß die Ströunsührunsplatten
im Zentrum absolut gegeneinander abgedichtet sind.
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Die Strömungsführungsplatten sind in Segmente eingeteilt, die sich
zum Zentrum verjüngen. Daran schließen sich düsenförmige Aussparungen an, die den
Flüssigkeitsstrom beschleunigen und darnit zu einer Verringerung der Konzentrationspolarisation
beitragen. Weiterhin sind innerhalb der Segm0ntewaschbrettartige Konturen eingeearbeitet,
wodurch eine hohe Turbulenz an der Membranoberfläche erreicht wird Die Strömungsführungsplatten
sind in der Nahe des Zentrums und am äußeren Rand so gestaltet, daß das Umlenken
der Flüssigkeit durch düsenfönaige Durchbrüche erfolgt. Diese Formgebung der strömungsführungsplatten
sichert eine sehr hohe Turbulenz über den membranen.
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Durch diese erfindungsgemäße Anordnung wird die Strömungsgeschwindigkeit
erhöht und die Konzentrationspolarisation weiter herabgesetzt und Ablagerungen weitestgehend
verhindert und somit eine hohe Leistung auch bei der Ultrafiltration und Umkehrosmose
von kolloidalen Lösungen erreicht.
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Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel an Hand
der zugehörigen Zeichnung näher erläutert werden.
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Die Trenneinheit besteht aus einer zylindrischen Säulensektion und
wird mit Ein- und Auslaufplatten 1, Strömungsführungsplatten 3, Filtrationsplatten
4 und dazwischenliegenden Membranen 6,
welche durch Spannungen gehalten
werden, durch Spannbolzen zusammengeschraubt.
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Nachdem die Flüssigkeit die ebranan durchdrungen hat, wird sie durch
eine Filtratableitplatte 4, die ebenfalls als Plastformteil ausgebildet ist und
ähnlich einem Sieb durchbrochen ist, abgeleitet. Die Filtratableitplatte 4 weist
im Innern einen Hohlraum auf, in dem sich die Flüssigkeit sammelt und aus dem sie
mittels eines Filtratabiaufrohres 5 abgeleitet Wird. Um die Filtratableitplatte
4, StrömungsfiÅhrunçsplatten 3 und Membranen 6 gegeneinander abzudichten, werden
in die Strömüngsführungsplatten 3 und die Filtratableitplatten Dichtlippen, -wulste
oder nuten 7 eingearbeitet, so daß zur Abdichtung keine Dichtringe erforderlich
sind. Die Platten dichten beim Zusammenpre'sen mehrere Platten- und Vrranpaare selbständig
und hochdruckfest ab. Hierdurch entfällt ein komplizierter Zusammenbau der Trenneinheiten
und es besteht nicht die Gefahr, daß sich Verunreinigungen an den bisher üblichen
Gummidichtungen absetzen.
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Zum Zusammenhalten der Plattenpakete einschließlich der Einlauf-
und Auslnufplatten ist es angebracht, Zuganker zu verwenden, die außerhalb der genannten
Dichtlippen, -wulste oder -nuten angebracht sind. Sie können außerhalb der gesamten
Platte angeordnet sein, aber es ist auch möglich, Aussparungen hierfür in den Platten
vorzusehen. Das Spannen der Plattenpakete erfolgt mittels Zuganker oder hydraulischer
Vorrichtung. Die Zuganker können manuell oder hydraulisch gespannt werden. Je nach
Bedarf werden mehrere Strömungsführungsplatten zu einer Säule zusammengsetzt. Es
besteht gleichzeitig die Aöglichkeit, verschiedene Membrantypen zu einer und/oder
mehreren Sektionen einzusetzen und zu betreiben.
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L e e r s e i t e