DE2837489A1

DE2837489A1 - Vorrichtung zur umgekehrten osmose

Info

Publication number: DE2837489A1
Application number: DE19782837489
Authority: DE
Inventors: Gerry Burke Andeen; Thomas Lee Siwecki
Original assignee: WORLD DEV LAB
Current assignee: WORLD DEV LAB
Priority date: 1977-08-29
Filing date: 1978-08-28
Publication date: 1979-03-15
Also published as: FR2403810B1; IT1105791B; JPS5499085A; AU3891278A; AU528111B2; EG13446A; JPS5499087A; GB2003054B; IT7850852A0; US4333832A; JPS5626447B2; JPS5717561B2; FR2403810A1; GB2003054A; NL7808856A; BR7805596A

Description

PATENTANWÄLTE

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ

PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE MANDATAiREs agrees PRfes l'office europeen des brevets

DR.-ING. FRANZ WUESTHOFF

DP. PHIL. "REOA VUESTHOFF (1927-1956)

LIPL.-ING. GE.U;ARL PULS (1951-1571)

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN

DR.-ING. DIETER BEHRENS

DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent Telex: 524070

Anmelder: World Development Laboratories 5301 Beethoven Street
Los Angeles, California 90 066 U.S.A.

Titel:

Vorrichtung zur umgekehrten Osmose

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DR.-ING. PRANZ T7UESTHOFF

PATENTANWÄLTE

UR. 1-HIL. FKEOa TPUESTHOFi (iQ2?-I9$6)

WUESTHOFF - ν. PECHMANN - BEHRENS - GOET2 _aIPL._ItIc. _{eER:iAR3 Pou (l},_;a._I57l)

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE . DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIRES AGREES PRES l'oFFICE EUROPiEN DES BREVETS DIPL.-ING.} DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (083) 66 20 j ι

TELEGRAMM: PROTECTPATENT

telex: j 24 070

IA-5I 271

Anm.: World Development Lab...

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur umgekehrten Osmose oder Ultrafiltration mit Hilfe eines rotierenden Membranmaterials, um z.B. Seewasser zu entsalzen. Die Entsalzung von Wässern durch umgekehrte Osmose (Ultrafiltration-, Membranfiltration) wurde durch entsprechende Membranen möglich (Advancements in Chemistry Series, 38, 1962,
S. 117, "Seawater Demineralization by Means of an Osmotic
Membrane" S. Loeb und S. Sourirajan). Die Entwicklung ging nun in zwei Richtungen, und zwar Verbesserung der Integrität und Leistungsfähigkeit des Membranmaterials selbst und Auffindung entsprechender Packungen und Träger für das
Membranmaterial. Aus dem Membranmaterial mußten die Löcher und großen Poren eliminiert werden, wobei die Einheitlichkeit aufrecht bleiben muß, andererseits mußte der Durchtritt des Salzes verringert und der Durchtritt des Wassers bei Drucken über dem osmotischen Druck verbessert werden.

Diese Probleme sind besonders wichtig für relativ
hohe Salzkonzentrationen wie bei Seewasser, wo der osmotische Druck hoch ist. Da. das Verfahren druckabhängig ist, benötigt man entsprechende Behälter für die Membranen. Die

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verschiedenster] Formen von solchen Packungen wurden bereits untersucht, im Hinblick auf eine große spezifische Oberfläche bei einem gegebenen Volumen, wobei eine spülende Wirkung der Salzlösung der abgestützten Membran stattfindet. Die bisherige Entsalzung fand bei geringen Salzkonzentrationen in der Größenordnung von 3 000 ppm statt. Das neueste Membranmaterial läßt jedoch auch Salzkonzentrationen im Bereich des Seewassers, wie 35 000 ppm, zu. UOP und Di/pont liefern derartige Membranen/spiralig aufgewickelte Folien und die Firma Dow in Form von Hohlfasern.

Es sind die verschiedensten zentrifugenartigen Konstruktionen bekannt. Diese führen zu einer hohen Beschleunigung, die auf Materialien unterschiedlicher Dichte unterschiedlich einwirkt. Die Hauptaufgabe einer Zentrifuge ist die Trennung aufgrund von Dichteunterschieden. Bei rotierenden Vorrichtungen für die umgekehrte Osmose beruht die Trennwirkung der Membran auf der Druckdifferenz. Der Dichteunterschied ist zweckmäßig für die Reinigung der Membranen, nicht jedoch für die Trennung.

Es sind vier US-Patentschriften bekannt, die sich mit rotierenden Vorrichtungen zur Beschleunigung von Flüssigkeiten zur umgekehrten Osmose durch Membranen befassen, nämlich US-PS 3 355 382, die in erster Linie auf die Verhinderung einer übermäßigen Konzentration an Salz an der Membran gerichtet ist. Nach diesem Stand der Technik sind Membranen in konzentrischen Zylindern in Form eines Korbs angeordnet. Diese Konstruktion führt zu begrenzten Oberflächen des Membranmaterials, die dem Salzwasser zur Verfügung stehen. Dies begrenzt aber wieder die leistungsfähigkeit zur Wasserentsalzung. Darüberhinaus läßt sich ein solcher Korb mit Membranmaterial nur schwer auswechseln. Das entsalzte Wasser wird nach Verlassen des Membranmaterials an die Rotationsachse.rückgeleitet. Folglich benötigt man eine zusätzliche Druckquelle, um die Salzlösung durch die Membran zu drücken.

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Bei der US-PS 3 400 074 geht es um die Wasserentsalzung, wobei das entsalzte Wasser aus dem Außenteil des Zylinders abgeleitet wird, wodurch man den gewünschten Druck erhält. Die Sole strömt nicht an einen äußeren radialen Punkt sondern wird an einem, inneren Radius ausgetragen. Dies begrenzt die Tendenz

verhinderung des
der / Aufbausvon dichten Materialien an den Membranen, was

zu einer Stagnation führt. Auch nach diesem

Stand der Technik wird eine zylindrische Ausführungsform der Membranen angewandt, deren begrenzte Oberfläche und deren Schwierigkeiten beim Austausch bekannt sind.

Aus der US-PS 3 567 030 geht ein guter Überblick über Verfahren der umgekehrten Osmose unter Anwendung von zentrifugal beschleunigten Flüssigkeiten hervor. Bei diesen rotierenden Vorrichtungen erreicht man höhere Drucke für die umgekehrte Osmose, ohne daß ein zusätzliches Pumpen notwendig ist. Aber auch dort werden zylindrische Membrankonstruktionen angewandt. Die unter erhöhtem Druck stehende Salzlösung durchströmt radial nach innen gegen die Rotationsachse die Membranen. Diese Strömung ist entgegengesetzt der radial nach außen gerichteten Strömung der Sole. Die Sole wird nahe dem Umfang der rotierenden Vorrichtung ausgetragen.

Nach der US-PS 3 669 879 wird eine zylindrische Konfiguration angewandt ähnlich der, wie sie in der US-PS 3 355 382 beschrieben ist. Darüberhinaus werden Düsen angewandt, sodaß das austretende entsalzte Wasser die Rotation der Vorrichtung unterstützt. Dort wird auch eine Anzahl von Membrankonfigurationen beschrieben, die einen korbartigen Rotationszylinder darstellen, wobei die Membranen zylindrisch und/oder radial sein können. Die Sole wird am Umfang ausgetragen.

Gegenstand vorliegender Anmeldung ist ein System (Vorrichtung und Verfahren zu deren Betreiben), um aus einer

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Anfangslösung eine Lösung höherer Konzentration und eine Lösung geringerer Konzentration abzutrennen. Dafür wird eine Packung eines Membranmaterials für umgekehrte Osmose angewandt, welche sich durch hohe spezifische Oberfläche auszeichnet und leicht ersetzbar ist. Bei den erfindungsgemäßen Vorrichtungen kommt es nicht zu einem übermäßigen Aufbau von dichtem Material an der Membran. Das spezielle Anwendungsgebiet des Erfindungsgegenstands liegt auf der Entsalzung von Seewasser.

Nach der Erfindung wird eine Anfangslösung in einer rotierenden Vorrichtung beschleunigt und gelangt zur Einwirkung auf eine oder mehrere dichte Packungen des Membran-

Achse materials für umgekehrte Osmose, welche nicht in dejjangeordnet sind. Diese Membran packungen befinden sich in abgestützten Behältern. Die beschleunigte Anfangslösung wird möglichst nahe der Rotationsachse des Behälters zugeführt. Die verdünnte Lösung wird am Umfang der rotierenden Vorrichtung nach Durchwandern des Membranmaterials ausgetragen. Die höher konzentrierte Lösung, die nicht durch das Membranmaterial geströmt ist, wird außen an der Vorrichtung abgezogen und in unmittelbare Achsnähe wieder eingeführt, wodurch der Aufbau von dichtem Material an den Membranen weitgehendst verhindert wird. Ein feststehendes äußeres Gehäuse und ein dicht passendes rotierendes inneres Gehäuse werden zur Austragung der geringer konzentrierten Lösung und zur Verringerung der Luftreibungsverluste angewandt.

Die Erfindung wird an den folgenden Figuren weiter erläutert:

Fig. 1 zeigt die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Vielzahl von Behältern; Pig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Querschnitt; Fig. 3 zeigt eine Detaila.nsicht eines Behälters mit einer besonderen Packung von Hohlfasermembranen;

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Fig. 4 ist eine Detaila.nsicht eines Behälters mit einer Membranpackung, in welcher die Membran spiralig aufgewickelt ist;

ffig. 5 zeigt einen Behälter mit einer bevorzugten Membranpackung;

Pig. 6 ist eine schematische Darstellung einer Vorzentrifugenkammer und

Pig. 7 zeigt einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Ableitungen, Ventilen und einem exzentrischen Rücklauf.

Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen nach Fig. 1 und 2 gelingt die Auftrennung einer Anfangslösung in eine höher^konzentrierte und eine geringer konzentrierte Lösung mit einem Membranmaterial für die umgekehrte Osmose. Das Hauptanwendungsgebiet liegt bei der Entsalzung von Wasser, sodaß die Anfangslösung eine Salzlösung ist. Die höher — konzentrierte Lösung ist die Sole und die nieder-konzentrierte Lösung ist das angestrebte entsalzte Wasser.

Der "Beschleuniger" ist eine rotierbare Einrichtung in einem stationären Rahmen-12, der über den Motor 18 betätigt wird. Im Falle der Wasserentsalzung tritt das Seewasser über

Achse
28 in deryexn. Die Behälter 10, enthaltend die Packungen des Membranmaterials für die umgekehrte Osmose, sind durch die Fixierung 11 nicht in aer/ gehalten. Das eingespeiste Seewasser gelangt über den drehbaren Anschluß 17 in den Durchgang 20 der Welle in die Radialleitungen 21. Durch die Rotation wird das Seewasser beschleunigt beim Durchgang durch die Radialleitungen und tritt über 24 in den Behälter 10 ein. Die unter erhöhtem Druck stehende Anfangslösung, d.h. das Seewasser, durchströmt die Membran in der Packung des Behälters .

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Der Teil des Seewassers, der nicht durch, die Membran dringt, hat nun höhere Konzentration "Sole". Es ist wesentlich, daß sioh dieses dichte Material nicht auf den Membra-' nen sammelt, diese verstopft und die Strömung behindert. Dies wird verhindert durch einen radialen Fluß der Sole in Richtung der Zentrifugalbeschleunigung. Dazu wird Seewasser an der Stelle 24 des Behälters 10 eingespeist, welche der Rotationsachse am nächsten ist, und Sole bei 22 abgeleitet, also an einer von der Rotationsachse am weitesten entfernten Stelle. Wie erwähnt, ist der Behälter 10 so gelagert, daß der Wassereintritt 24 möglichst nahe der Rotationsachse und die Soleableitung 22 möglichst weit von der Rotationsachse ist.

Die Lösung mit geringerer Konzentration, also hier entsalztes Wasser, ist der Teil des Seewassers, der das Membranmaterial durchdrungen hat. Durch die Rotation baut sich in den Radia.lleitungen 21 ein Druck auf, der die Entsalzung des Seewassers durch umgekehrte Osmose bewirkt. Das entsalzte Wasser sammelt sich in dem Behälter und wird über 25 ausgetragen. Es sammelt sich nun über 15 im äußeren Gehäuse 13, welches es über 16 verläßt. Um Reibungsverluste möglichst gering zu halten, wird - wie in Fig.1 zu erkennen ein inneres mitlaufendes Gehäuse 14 angewandt. Es läuft mit der drehbaren Konstruktion um und ist dicht eingepaßt in dem äußeren Gehäuse, um die Verluste gering zu halten.

Die bei 22 austretende Sole wird über 23 in die unmittelbare Nähe der Rotationsachse geführt. Der Salzgehalt der Sole kann über die Leitfähigkeitszelle 26 überwacht werden; mit dieser kann der Zulauf an Seewasser in die Behälter 10 mit Hilfe des fernsteuerbaren. Ventils 27 gedrosselt werden. Dieses Ventil kann auch zur Abschaltung eines Behälters herangezogen werden. Wird das Ventil 27 nahe an der Achse vorgesehen, so erreicht man eine Hiederdruckregelung und die Sole kann über den drehbaren Anschluß 19 ausgetragen werden.

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Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach. Pig. 2 wird die Sole, zur Rotationsachse rückgeleitet. Die Strömung durch das System wird aufrechterhalten durch Erhöhung des Drucks, z.B. mit einer (nicht gezeigten) Pumpe. Bei den im folgenden beschriebenen Ausführungsformen Dewirkt die Konstruktion der rotierenden Vorrichtung selbst die Strömung durch das System.

Da die Sole.zur Mittellinie oder Achse der drehbaren Vorrichtung rückgeleitet wird und sich im wesentlichen auf dem gleichen Energiezustand befindet wie/bex der Einspeisung, benötigt man für die Flüssigkeitsströmung durch das System außerordentlich wenig Energie. Bei den üblichen Systemen für umgekehrte Osmose wird die eingespeiste Flüssigkeit mit einer Pumpe auf hohen Druck gebracht, bevor sie in den das Membranmaterial enthaltenden Behälter eintritt. Nach Verlassen des Behälters wird der Druck herabgesetzt, gleichbedeutend dem Verlust der gesamten Energie der ablaufenden Flüssigkeit. Während bei üblichen Systemen der umgekehrten Osmose eine wirksame Nutzung der Energie bedeutet, daß Rückleitungen in hohem Umfang notwendig sind, ermöglicht die rotative Beschleunigung den Betrieb mit einem niederen Rückführungsverhältnis ohne Nachteile hinsichtlich der aufgewandten Energie. Dies ist ein wesentlicher Vorteil bei hochkonzentrierten Salzlösungen wie Seewasser, da eine weitere Konzentrations— steigerung, wie bei Betrieb mit hohem Rückleitsverhältnis, zu einer unnötigen Steigerung des osmotischen Drucks führt. Darüberhinaus besteht bei höheren Konzentrationen die Gefahr von Ausfällung/und damit der Verstopfung der Membran.

Bezogen auf die Strömungsgeschwindigkeit von Frischwasser Q ergibt sich der Kraftbedarf W bei einem üblichen System ohne einer (Abwärme)-Turbine bei der Seewasserentsalzung aus

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worin P der angewandte Druck, £ der Wirkungsgrad der Pumpe und T} das Verhältnis von Frischwasser/Salzwasser ist. Der Kraftbedarf für die Entsalzung durch, rotative Beschleunigung ergibt sich aus

W= 2 PQ + Verluste

Der Faktor 2 berücksichtigt nicht-wiedergewonnene kinetische Energie des gegen das 'vWiedergewinnungsjgehäuse gerichteten Reinwassers. Bei großen Einheiten können die Verluste auf einen kleinen Teil des Aufwandes für den Kraftbedarf beschränkt werden. Pur eine Anlage mit einer Tagesleistung von ■a

946,25 m schätzt man die Verluste mit 0,5 PQ. Hinsichtlich des Energieaufwandes erreicht man mit rotativer Beschleunigung Vorteile, wenn die Wiederverwertung (recovery) <0,4 ist (größer a.ls die Pumpenleistung ist zu berücksichtigen). Die Membranhersteller bewerten ihre Seewassermembranen mit einer Leistung oder Ausbeute (recovery) von 30 <fo und raten von 40 °/o ab im Hinblick a.uf die lebensdauer der Membran. Für die Seewasserentsalzung besitzt die rotative Beschleunigung einen deutlichen Vorteil hinsichtlich der aufgenommenen Energie.

. Die Membranpackungen bei niedereren Leistungsverhältnissen (recovery ratios) zu betreiben, bedeutet, daß die Membranen aufgrund der geringeren Konzentration und dem geringeren osmotischen Druck mehr Wasser durchlassen und man wenige Membranen benötigt in einer Anlage gegebener Größe. Niederere Konzentrationen bedeuten längere Arbeitszeiten zwischen den notwendigen Membranreinigungen und eine längere Lebensdauer.

Eines der lästigen Probleme üblicher Systeme, nämlich die übermäßige Konzentrationspolarisation, wird bei rotativer Beschleunigung verringert. In der Nähe der Membran-

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Oberfläche steigt die Konzentration der Flüssigkeit durch. Abwanderung des Wassers. Diese erhöhte Konzentration liegt an der Membran über der Durchschnittskonzentration bei guter Durchmischung des Materials. In der Praxis der üblichen umgekehrten Osmose soll die Wasserströmung der Konzentrationspolarisation entgegenwirken. Diese waschende Wirkung erfordert eine Strömung - im Widerspruch zu der angestrebten Energienutzung -, um ein hohes "recovery ratio" zu erlangen. Bei der rotativen Beschleunigung ergibt sich jedochkeine Widersprüchlichkeit. Eine viel intensivere Strömung^als sie benötigt wird, kann zur Verfugung gestellt werden an einem Punkt, wo/ein uoermaßxger Strömungsdruckabfall zeigt. Darüberhinaus begünstigt die zentrifugenartige Wirkung die Entfernung von Flüssigkeiten höherer Dichteven der Membranoberfläche.

Die Möglichkeit der Nutzung der Zentrifugalkraft zur Reinigung der Membran führt in einem der wesentlichen Merkmale von/rotativer BescnXeunigung, nämlich daß eine Vorbehandlung nicht erforderlich ist. Eine Vorbehandlung ist in üblichen Systemen der umgekehrten Osmose notwendig, um kleine Teilchen, Kolloide und dergleichen vor Eintritt der Flüssigkeit in die Membranpackung zu entfernen. Es werden auch Chemikalien zugesetzt, um eine Ausfällung mit steigender Solekonzentration in den Membraηkammern zu vermeiden.

In den Figuren 3 "bis 5 sind verschiedene Ausführungsformen der Behälter dargestellt. Diese Behälter enthalten und stützen ab die Packungen für das Membranmaterial zur umgekehrten Osmose. Obwohl zylindrische Behälter gezeigt sind, können diese auch andere Formen haben, wie würfelförmig, und Membranpackungen enthalten, während die Flüssigkeiten unter hohem Druck stehen. Eine Reihe von getrennten Membranpackungen wird gegenüber einer ununterbrochen ringförmigen Struktur bevorzugt. Die Behälter enthalten getrennte Membranpackungen und gestatten die individuelle Regelung, Aus-

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tragung und Austausch der Membranpackungen. Die Bellälter konfiguration unterstützt weitgehend die Fixierung der Membranpackungen mit großer Oberfläche, wie sie üblicherweise hergestellt werden. Die Behälter sollen in Form einer Reihe zylindrischer Hohlräume in einer massiven Struktur vorliegen und nicht so sehr eine Reihe von zylindrischen Hülsen sein, wie sie der Figur 1 und 2 entnommen werden können.

Man kann auch eine ununterbrochene Ringstruktur anwenden, jedoch unter Inkaufnahme von Schwierigkeiten in der Konstruktion und in der Regelung. Um eine "schräge" Konfiguration mit innerem Eintritt und äußerem Austritt zu erreichen, sollte die Vorrichtung kegelstumpfförmige Innen- und Außenwände besitzen.

Fig. 3 zeigt eine Behälterkonfiguration für Packungen 4.0 von Hohlfasermembranen für die umgekehrte Osmose (Dow Chemical Go. und DuPont). Diese Membranpackung 40 ist für das System nicht optimal, da die Anfangslösung in der Mitte bei 24 eintritt und nicht an einer möglichst nahen Stelle zur Rotationsachse, wie in Fig. 2. Das Problem mit dieser Konfiguration liegt darin, daß etwas Sole durch die Zentrifugalkraft entgegen der allgemeinen Strömungsrichtung sich bewegt. Dies begrenzt die Möglichkeit der Entfernung von Sole von der Membranoberfläche. Eine bevorzugte Packung für Hohlfasern ist in der Fig. 5 dargestellt.

Der Behälter nach Fig. 3 läßt sich in einem System, wie es in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, jedoch mit verringerter Leistung anwenden. Der Behälter 10 ruht auf den Tragarmen 11. Das beschleunigte Seewasser strömt über 24 in das durchbrochene Rohr 43 und rinnt abwärts. Das Seewasser, welches nicht in die Membran eintritt, strömt radial zum Behälter über die Außenseite der Hohlfasern kk. Die Sole wird bei 22 ausgetragen. Dies ist durch die Schräglage des Behälters möglich. Das in die Hohlfasermembranen eindringende

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Seewasser durchströmt diese und den Ansatzteil 41 und wird in dem Raum 42 gesammelt, von wo es bei 25 abgezogen wird. In der Figur ist nur eine einzige Hohlfaser 44 gezeigt; in der Packung 40 befindet sich, eine ganze Anzahl von ähnlich aufgewickelten Hohlfasern.

Pig. 4 zeigt eine andere Behälterkonfiguration für spiralig aufgewickeltes Membranmaterial, wie es von UOP geliefert wird. Bei dieser Konfiguration liegen die angestrebten Strömungsverhältnisse vor, denn Seewasser tritt in unmittelbarer Hähe zur Rotationsachse ein und Sole wird an der entferntesten Stelle von der Rotationsachse abgeleitet. Der Behälter 10 sitzt auf auf den Radialarmen 11. Über 24 wird Seewasser zugeleitet, welches über die Oberfläche der Membran läuft. Die Membranpackung 50 besteht aus einem folienartigen Membranmaterial, welches eng gewickelt ist um das Mittelrohr 52, in dem sich das Reinwasser sammelt. Der Querschnitt der aufgewickelten Membran ist eine Spirale. Die Sole, die nicht die Membran durchströmte, wird im Raum 51 gesammelt und bei 22 ausgetragen. Durch die Schräglage des Behälters 10 liegt die Wässeraustragung 22 am weitesten entfernt von der Rotationsachse. Die Sole wird durch die Zentrifugalwirkung der Vorrichtung bewegt. Dies verhindert Soletaschen in der Membranpackung 50.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte Behälterkonfiguration für Hohlfasermembranen gezeigt, zum Unterschied von Fig. 3 ist die Seewasserströmung radial. Eine Packung 60 mit einer Reihe von aufgewickelten Fasern 61 wird angewandt; alle Faserenden sind im Kopfteil 41 zusammengefaßt. An der Packung 60 liegen Strömungsverteilungskanäle 62/63 an, wobei 62 nahe an der Rotationsachse liegt und das eingespeiste Seewasser aufnimmt und 63 am weitesten entfernt ist von der Rotationsachse und die Sole aufnimmt. Diese Kanäle können Teil der auswechselbaren Packung sein. Die Packung wird schräg in der drehbaren Anlage durch die Arme 11 gehalten. Die Anfangslösung (Seewasser) tritt bei 24 ein und gelangt

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in den Verteilungskanal 62 der Membranpackung. Die Lösung geringerer Konzentration (Reinwasser) tritt bei 25 aus, die Sole oder die Lösung höherer Konzentration sammelt sich in dem Kanal 63 und tritt bei 22 aus. Hier herrscht die angestrebte Situation, wonach die Strömungsrichtung radial nach außen beschleunigt durch die Rotation ist.Für eine Anpassung für höhere Durchströmung, welche sonst zu einem übermäßigen Druckabfall führen würde, ist es wünschenswert, gegenüber handelsüblichen Einheiten die Packungsdichte der Pasern etwas herabzusetzen.

Pig. 6 zeigt nun ein Vorzentrifugensystem. Eine Verunreinigung der Membran durch nichtfiltrierte Substanzen kann durch ein Vorzentrifugieren der Anfangslösung (Seewasser) vermieden werden. An dem Behälter 10 befindet sich zu diesem Zweck eine Vorzentrifugenkammer 71, während der Behälter 10 wieder in der Rotiervorrichtung mit Hilfe der Arme 11 gehalten wird. Seewasser tritt bei 70 ein und verläßt die Vorzentrifugenkammer bei 24, um in den Behälter einzutreten. Am Umfang der Kammer 71 ist eine Austragleitung 73 mit Regelventil 72 zur Austragung von dichtem Material bzw. Peststoffen möglich, sodaß deren Eintritt in den Behälter 10 vermieden ist.

In Pig. 7 sind noch einige" zusätzliche Linien und Ventile für Materialien hoher und geringer Dichte gezeigt. Die Leitung 80 für Material geringer Dichte führt von einem inneren Teil der Speiseleitung in den Behälter 10 in unmittelbare Nähe der Rotationsachse. Über das Ventil 81 wird Material geringer Dichte aus dem Behälter, wie mitgerissenes Gas oder Öljabgezogen. Da das Ventil· 81 nahe an der Rotationsachse liegt, kann es ein Niederdruckventil sein.

Wenn keine Vorzentrifugierung stattfindet, ist es wünschenswert, eine Austragung 82 für dichtes Material mit einem Regelventil 83 im Behälter 10 am weitesten entfernt von der Rotationsachse vorzusehen. Diese kann nahe der Soleableitung 22 vorgesehen werden. Normalerweise reicht die Ab-

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leitung 22 für die Sole aus, jedoch. Feststoff, wie Sand, oder schwere Produkte können zu deren Verstopfung führen.

Wie in Mg. 2 gezeigt, kann man Sole über 23 zu der Rotationsachse so rückleiten, daß in geringem Umfang von außen Druck aufgebracht werden muß, um die Flüssigkeit durch, das System zu pumpen. Dies ist bei einer Vorrichtung nach Fig. 7 nicht notwendig. Die Sole gelangt über die Rückleitung 23 bis zu der außerhalb der Achse liegenden Austragung 84, sodaß sich die Sole in dem Raum 85 sammeln kann, waaus sie über 86 ausgetragen wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Flüssigkeit aufgrund der Rotation durch das System gedruckt.

Grundsätzlich benötigt man nur einen einzigen Behälter außerhalb der Rotationsachse, jedoch kann man für größeren Durchsatz eine Vielzahl von derartigen Behältern anwenden. Eine übliche Anordnung ist eine Fixierung der Behälter in einem Kreis um die Achse, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt. Weitere Möglichkeiten für eine Vielzahl von Behältern ist deren Anordnung in konzentrischen Kreisen um die Rotationsachse.

Wie erwähnt, eignet sich, der Anmeldungsgegenstand in erster Linie für die Seewasserentsalzung» jedoch gibt es verschiedene Anwendungsgebiete, in denen eine Anfangslösung aufgetrennt wird in eine Lösung höherer Konzentration und in eine Lösung geringerer Konzentration; so kann man z.B. unerwünschtes Wasser aus einem Anstrichmittel entfernen. Aufgrund der Möglichkeit, die Membranoberflache durch. Zentrifugalreste zu reinigen, läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch, zur großindustriellen Entfernung von Lösungsmitteln aus Kolloiden heranziehen.

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Claims

DR.-ING. FRANZ WUESTHOFF

PATENTANWÄLTE _pR_ _p._jiL_ „_{REpA WÜ},_STHOFF ^_?m

WUESTHOFF - v. PECHMANN - BEHRENS - GOETZ _DIpl.-i_NG. ge.karl. puls (i₉$,-i₉,i)

DIPL.-CHEM. DR. E. FREIHERR VON PECHMANN PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE DR.-ING. DIETER BEHRENS

MANDATAIIIES AGREES PRES l'oFFICE EUROPEEN DES BREVETS DIPL.-ING.; DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ

D-8000 MÜNCHEN 90 SCHWEIGERSTRASSE 2

telefon: (089) 66 20 j ι

TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: J24070

Anm.: World Development LaTa,

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Auftrennung einer Lösung bestimmter Anfangskonzentration in eine Lösung höherer Konzentration und eine Lösung geringerer Konzentration durch umgekehrte Osmose, gekennzeichnet durch zumindest einen Behälter, enthaltend eine Membran für umgekehrte Osmose, welcher in der drehbaren Vorrichtung außerhalb der Rotationsachse angeordnet ist, und eine Ableitung für die durch die Membran gedrungene

nicht ,

Lösung höherer Konzentration und für die/durch die Membran gedrungene Lösung geringerer Konzentration vorgesehen sind.

2o Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Ableitung für die Lösung geringerer Konzentration radial möglichst weit entfernt von der Rotationsachse ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Rückleitung für die Lösung höherer Konzentration in die unmittelbare Nähe der Rotationsachse vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß eine Leitung für die Lösung höherer Konzentration in ein zu der Rotationsachse versetzten Bereich vorgesehen ist.

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5. Vorrichtung nach Anspruch. 1 bis 4, dadurch g e kennzeich.net, daß die Behälter in einem Kreis in gleichem Abstand von der Rotationsachse angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5? dadurch gekennzeichnet , daß ein inneres Gehäuse, welches mit dem drehbaren Teil der Vorrichtung verbunden ist, um die Behälter vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein äußeres stationäres Gehäuse eng eingepaßt mit dem inneren drehbaren Gehäuse vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7₅ dadurch gekennzeichnet s daß eine Vorzentrifuge für die Reinigung der eingespeisten Lösung vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regelvorrichtung für die Strömung der eingespeisten Lösung nahe der Rotationsachse vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet , daß eine Austragleitung für Material geringer Dichte in unmittelbarer Nähe der Rotationsachse im Behälter vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß eine Austragleitung für Feststoffe oder Material hoher Dichte in dem Teil des Behälters, der am weitesten von der Rotationsachse entfernt ist, vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch g e kennzeichnet , daß der Behälter zylindrisch ist

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und in der Vorrichtung so schräg fixiert ist, daß die Austragsleistungen von der Rotationsachse wegführen.

13· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Behälter die Leitungen für die eingespeiste Lösung derart sind, daß die das Membranmaterial durchströmende Lösung radial nach Außen fließt.

14· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß das Membranmaterial .in dem Behälter eine spiralig aufgewickelte Folie ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet , daß das Membranmaterial Hohlfasern sind, deren Austrittsseite mit der Ableitung für die Lösung geringerer Konzentration verbunden ist und deren Eintrittsenden möglichst nahe an der Rotationsachse liegen.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Packung mit dem Membranmaterial mit einem Strömungsverteilungskanal für die eingespeiste Lösung nahe der Rotationsa.chse und einem Strömungsverteilungskanal für die Ableitung der Lösung mit erhöhter Konzentration möglichst weit entfernt von der Rotationsachse versehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß der Behälter zylindrisch ist und die Strömungsverteilungska.näle zu der Zylinderachse parallele an dem Zylinder anliegende Rohre sind.

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