DE2846582A1

DE2846582A1 - Vorrichtung zur membranfiltration

Info

Publication number: DE2846582A1
Application number: DE19782846582
Authority: DE
Inventors: Cornelis Van Zon
Original assignee: Wafilin BV
Current assignee: Wafilin BV
Priority date: 1977-10-27
Filing date: 1978-10-26
Publication date: 1979-05-03
Also published as: FR2407012B1; GB2006639A; JPS5484881A; NL171535B; US4239624A; NL171535C; JPS572103U; GB2006639B; NL7711845A; DE2846582C2; FR2407012A1

Description

Vorrichtung zur Membranfiltration

"Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Membranfiltration der im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Art.

Bei bekannten derartigen Vorrichtungen mit perforierten Stützrohren in Form starrer Kunststoffrohre, die in öffnungen von Endplatten angebracht sind, sind diese Stützrohre mit kleinen oder größeren gegenseitigen Abständen gehalten, ohne sich jemals zu berühren,da die Befestigung der Stützrohre eine solche gegenseitige Berührung nicht zuläßt.

Das Permeat wird bei der bekannten Vorrichtung durch ein zentrales, mit Bohrungen versehenes Permeatableitrohr abgeführt, das in den freien Raum des die Stützrohre aufnehmenden Gefäßes ausmündet.

Die Erfindung schafft demgegenüber eine Vorrichtung zur Membranfiltration in einer Ausgestaltung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. überraschend hat sich hierbei gezeigt, daß die Filterwirkung, insbesondere ein Entsalzen, und der Durchsatz, d.h. die Gesamtmenge der durch die Membranenfläche bei einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur hindurchströmenden Flüssigkeit, dadurch beträchtlich vergrößert wird, daß die Stützrohre in einer bestimmten

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Längsanordnung in Berührung stehen und vorzugsweise miteinander und mit der Viand des Gefäßes, in dem sie untergebracht sind, sowie mit der Wand des zentralen Permeat-v ableitrohres in Kienmeingriff sind.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung wird die Ausfilterung, insbesondere das Entsalzen, und der Flüssigkeitsdurchsatz durch die Membranen beispielsweise um 20 bis 30? erhöht. Dies ist zum Teil auf die Tatsache zurückzuführen, daß eine beträchtlich kleinere Fläche für eine gegebene Anzahl von Stützrohren und somit Membranen erforderlich ist. Eine derartige Verbesserung beim Entsalzen und in der Durchflußmenge pro Oberflächeneinheit der Vorrichtung bleibt jedoch sehr überraschend und ist in keiner V/eise naheliegend.

Dieses Phänomen ist schwierig zu erklären, jedoch wird angenommen, daß der besondere Längskontakt der Stützrohre, insbesondere ihr gegenseitiger Klemmeingriff, zur Folge hat, daß die Anordnung der Stützrohre und Membranen starrer wird und dies zu einer beträchtlichen Verbesserung der Filter- bzw. Entsalzungseigenschaften und Erhöhung der durch die Membranen hindurchtretenden Flüssigkeitsmengen beiträgt.

Wie bereits hervorgehoben.wurde, liegt eine Mehrzahl von Stützrohren der Stützrohranordnung an einem inneren

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Zylinder an, der in weiterer Ausgestaltung der Erfindung von der Wand des Permeatableitrohrs gebildet ist, woraus eine sehr dichte Packung der Stützrohre in dem Ringraum resultiert, der von der Hülse bzw. dem Gefäßmantel und der Außenseite des Permeatableitrohrs umgrenzt ist.

Die beschriebene Vorrichtung kann auf einfache Weise hergestellt werden, da eine große Anzahl von innenseitig mit Filtermembranen versehenen Stützrohren in einen Zylinder eingepreßt werden kann, derart, daß zwei benachbarte Rohre einander stets berühren, wobei jedes Stützrohr fernerhin mit der Ummantelung oder mit einem weiteren Stützrohr bzw. der Außenseite des Permeatableitrohrs in Berührung steht.

Die Querschnittsflächen des offenen Raums zwischen den verschiedenen Stützrohren beträgt vorzugsweise weniger als 35? und dabei insbesondere weniger als 25% der Querschnitts fläche des Raums zwischen der Ummantelun, und dem Permeatableitrohr. Dies bietet den Vorteil, daß eine Reinigungsbehandlung des Permeatraums der Vorrichtung nur mit außerordentlich wenig Reinigungsflüssig keit durchgeführt werden kann.

Vorzugsweise ist eine zylindrische Hülse bzw. Ummantelun abgedichtet in einen ersten und einen zweiten Endteil eingesetzt, wobei der ersten Endteil mit einem Einlaß und einem Auslaß versehen ist und der zweite Endteil

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einen offenen Verbindungsraum zwischen der Auslaß- und der Einlaßseite bildet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachstehenden Beschreibun in Verbindung mit der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel des Gegenstands der Erfindung veranschaulicht is In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Filtriervorrichtung,
Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II der

Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III der Fig. 1,

Fig. 4 eine Reihe von zu einer Einheit zusammengefaßten Filtriervorrichtungen und

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Endbereich der FiItriervorrichtung.

Geiiriß der Darstellung in Fig. 1 umfaßt die Vorrichtung einen Außenzylinder 1, der einenends in einer kreisförmigen öffnung 3 eines End- oder Oberteils.2 aufgenommen ist. Dichtungsringe H in Nuten 5 zwischen der Innenwandfläche der öffnung 3 des Oberteils 2 und der Außenseite des Zylinders 1 bewirken eine sehr gute Abdichtung.

Der Oberteil 2 ist des weiteren mit einem Durchgang für die Hindurchführung eines Permeatableitrohrs 7 ver-

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ORIGINAL INSPECTED

sehen. Ein in eine Nut 8 eingesetzter Dichtungsring 9 dichtet das Permeatableitrohr 7 in bezug auf die Wandung des Durchgangs 6 im Oberteil 2 ab.

Die Oberseite des Permeatab leitrohrs 7 ist mittels eines Deckels oder einer Kappe 10 abgeschlossen.

Die Wandung des Permeatab leitrohrs 7 umfaßt Durchgangsöffnungen oder -bohrungen 11, die eine einwandfreie Verbindung zwischen der Innenseite und der Außenseite des Permatableitrohres 7 herstellen.

Am anderen Ende des Permeatableitrohrs 7 ist der Außenzylinder 1 in einer öffnung 12 eines weiteren Endteils oder Unterteils 13 der Vorrichtung eingesetzt, der mittels Dichtungsringen 'la in Nuten 5a abgedichtet ist. Der Unterteil 13 der Vorrichtung weist einen Flüssigkeitseinlaß 14 und einen Flüssigkeitsauslaß

15 auf.

Der Unterteil 13 ist ferner mit einer Durchgangsbohrung

16 versehen, durch die das Permeabableitrohr 7 hindurchgeführt ist, das in ein offenes freies Rohrende 7a zur Abgabe des durch die Filtermembran hindurchgetretenen Permeats ausmündet.

Das Permeatableitrohr 7 ist mittels einer Mutter 18 ange-

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schlossen.und hat im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie jedes Stützrohr.

An der Irmerujeite der Bohrung l6 sind Dichtungsringe tf zur Erzielung einer guten Abdichtung zwischen der Bohrung 16 und dem Permeatabloitrohr 7 vorgesehen.

Innerhalb des vom Außenzylirider 1 umgrenzten Raums sind Stützrohre aus Polyvinylchlorid angeordnet, deren Innenseite jeweils eine Abstützung 38 für ein Nonwoven- bzw. F iservliesrohr und eine rohrförmige Filtermembran 39 bildet.

Wie ersichtLich ist, wirken Stützrohre 19 und 23 vorzugsweise durch KLemmeingriff zusammen, während ein drittes iJtütarohr 21 wechselseitig mit den Rohren I¹J und 20 zus aminen wirkt und die Rohre 20 und 21 außerdem gegen die Innenwand 22 des Außenzylinders 1 gedrückt s ind.

Zwei Zy linderhälf ten können zweckmäßig von den Stützrohren gebildet werden, wobei in jeder ZyiinderbäLfte die Stützrohre und die eigentlichen Zylinderhälften aneinander, vorzugsweise durch gegenseitigen Klemmeingriff, angrenzen. Eine Zylinderhälfte umfaßt dam beispielsweise die Rohre 19,20 und 21 auf der linken Seite einer gedachten Trennlinie 33, während die andere Zylinde hälfte Rohre 2^,25 und 26 auf der rechten Seite der

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Trennlinie 33 umfaßt.

Die Rohre zwischen der Innenwand 22 des Außenzylinders und der Wand des Perineatableitrohrs 7 liegen, vorzugsweise unter leichtem Klemrnei ngri f f, aneinander an.

In dem dargestellten Beispiel gemäß Fig. 2 sind zwei Zylinderhälften zu beiden Seiten der Trennlinie 33 vorge'-sehen ,wobei die Anzahl der Fi 1 terniembranen vom Einlaß zum Auslaß hin gleich ist. Unter bestimmten Umständen kann der Unterteil 13 der Vorrichtung jedoch auch in der Weise ausgebildet sein, daß die zu behandelnden Flüssigkeiten durch zum Beispiel zwei Drittel der Anzahl der Filtermembranen hindurchgehen, woraufhin die.abzugebenden Flüssigkeiten durch ein Drittel der Gesamtzahl der Fi Iterrnembranen zum Auslaß hin hindurchtreten. Dies ergibt sich daraus, daß während des Durchtritts der Flüssigkeit durch zwei Drittel der Membranen die Permeatmenge aus der Flüssigkeit abgezogen wird, was einen Druckabfall in der Vorrichtung verursacht. Dieser Druckabfall wird dadurch wieder aufgehoben, daß nur ein Drittel der Anzahl der Filtermembranen für das Abführen der Flüssigkeit aus dem Oberteil 2 verwendet werden. Strichpunktierte Linien 32 in Fig. zeigen eine Unterteilung der Filtermembranen vom Flüssigkeitseinlaß IH zum Oberteil 2 hin und die Anzahl der Filtermembranen vom Oberteil 2 zum Auslaß 15 hin.

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Der äußere Ring der Fi ltemembranen, der die Stützrohre 20,21 umfaßt, kann ebenfalls mit dem Flüssigkeitseinlaß lh verbunden sein, während der innere Ring der Stützrohre 19,23,2^,25,26,27 für die Ableitung der Flüssigkeit vom Oberteil 2 zum Flüssigkeitsauslaß 15 hifi verwendet werden kann.

In den öffnungen 3 und 12 ist jeweils eine Platte 29 angeordnet, die mit Durchgängen bzw. Bohrungen 2 8 und einem mittleren Kanal für das Permeatableitrohr 7 versehen sind. Die Öffnungen 28 in den Platten 29 sind derart bemessen, daß ihr Innendurchmesser im wesentlichen gleich dem Durchmesser der rohrförmigen Filtermembranen 39 ist.

Aufgrund einer Sperrwand 30 mit einem Dichtungsstreifen 30a wird die zu behandelnde und durch den Flüssigkeitseinlaß lh zuzuführende Flüssigkeit ausschließlich den Kunststoffstützrohren 20,21 etc. auf der linken Seite der Trennlinie 33 in Fig. 1 zugeführt.

Bei Anordnung der Stützrohre 20,21 etc. in einem Querschnitt des Außenzylinders 1 beträgt die gesamte freie Fläche 31 weniger als 35? der gesamten Querschnittsfläche des Raums, in dem die Stützrohre angeordnet sind.

Die Fig. h zeigt eine Filtriereinrichtung, die aus einer

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Mehrzahl von untereinander verbundenen Filtriervorrichtungen entsprechend Fig. 1 zusammengesetzt ist. Hierdurch wird eine sehr große Membranenoberfläche geschaffen, wobei verhältnismäßig kurze Meinbrarienrohre verwendet werden können, was die Behandlung und Handhabung der Membranen vereinfacht.

Wie aus Fig. H ersichtlich ist, sind fipezialkappen 3¹I vorgesehen, die eine vollkommene Verbindung zwischen der Auslaßseite 15 einer ersten Filtervorrichtung urni der ELnlaßseite l'la einer zweiten Filtervorrichtung, gewährleisten, so daß die gewünschte Form von Meint« ι·ίγηίγ filtraten leicht herbeigeführt werden kann.

In dem oben angefünrten Fall haben die Stützrohr·«; -.-inen Außendurchmesser von 20 mm, während das Gefäß t-in.-n Innendurchmesser von Ψ) mm und einen Außendurchr.··.:..■ -r von 103 mm aufweist.

Zweckmäßig wird ein flexibles Hohrteil !>[) aus (ati.ni bzw. gummielastischem Material, zur Abdichtung ein- F-Vmbrarien verwendet. (Fig. 5). Das Gummi röhrte i L V. erstreckt sich zu beiden Seiten der Stirnseite eint·:; Stützrohres, wobei es im Bereich außerhalb des Stützrohres 20 in einer Ausnehmung 38 aufgenommen ist, die sich über die mit dem Oberteil 2 verbundene Fläche 39a hinauserstreckt. Das Gummirohrteil 35 hat einen Außen-

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durchmesser, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der FL Ltennenbran 39 ist. Vorzugsweise ist hiurbei der AuP.endurchmesser etwas größer als der Innendurchmesser der FL L termeiiiti ran 39.

Um /.u verhindern, daß das Ounmi röhrte L L 35 mitgezogen oder· .'.u:inmmengedrückt wird, ist eine starre Hülse 3b iriit l'i:-.;it^ ^,ler einem sehwachen Kleinmsi fcz im Gummi iMhr'teil 5'.) angeurdnet. Lippen 57 der starren HüLse V₁, ti i ti Vu r:: ng ;·.,;■ i :;e aus Kunststoff, z.B. Po Ly viny Ich l.iri a , b:!:iteht , sind tit'i .i->m tlarg.es te 1L ten BeispieL nach an. -·ί I eiirdc«. t. und gegen das fluinmi röhrte i L 3'> geklemmt.

Iit't' obere b.w, untere bereien der öffnungen 2B in ut-n Platt.en <!^:) nat '.U;¹ Verlies:, e rung der FLü:;:; igke itssti·' : ;. w .•..ie'.-k. ti ii ig -*i:i-.· < >tii:;che Ot-erf 1'iche ?.^l);i.

I'ie 1 ι.-.¹ r"V L i ··.; r ·ίι rt; k."nnen auch von einer aus (Jl'isi : a t''./ί. - fi 1 amen t-Mi be.; teilenden Uitinül lung at>gestützt .;■ u , die η tan jev/'iL.; ein Γ> tut.',rohr anstelle vier Kunst:, i. ;; s LiIt/. t-itire aus z.U. Polyvinylchlorid biLden. fiolvhe Atifir ir.ung.en van Membranen und Faservlies rohren, die mit (il.isf i lamanten bedeckt sind, sind an sich bekannt.

Wie aus FLg. d ersichtlich ist, bilden die Stützrohre Vi, 23,2'l ,2ϊ'ί,26 und 27 eine erste Reihe, wobei jedes Rohr den Außenumfang des mittleren bzw. Permeatableitrohrs 7 beriihrt, welches den gleichen Durchmesser wie die Stützrohrt

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aufweist. Die Mittellinien der die erste Rohrreihe bilden den Stützrohre 19,23,2h ,2¹J ,26 und 27 liegen nuf einem Kreis, dessen Durchmesser das Zweifache des Durchmessers der Stützrohre beträgt.

Die zweite oder äußere Reihe der ".B. die Rohre 20 und 21 umfassenden Stützrohre ist konzentrisch zur ersten Rohrreihe angeordnet. Jedes Rohr der äußeren Rohrreihe berührt die Wand des Außenzylinders 1 und ferner ein anderes Rohr dieser zweiten oder äußeren Rohrreihe. Andererseits berühren die Rohre der äußeren Rohrreihe auch die Rohre der ersten bzw. inneren Rohrreihe.

Die Mittellinien der Stützrohre der äußeren Rohrreihe liegen auf einem Kreis mit einem Durchmesser von 4 χ Stützrohrdurchmesser χ cos 15 . Der Außr-nzylinder hat einen Innendurchmesser von 4 χ .Stützrohrdurchmesser χ cos 15° + Stützrohrdurchmesser.

Vorzugsweise sind die Stützrohre zwischen der Innenseite der Wandung des Außenzylinders 1 und der Außenseite des Permeatablextrohrs 7 eingeklemmt gehalten.

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I e e rseiie

Claims

Paten tansprüche

1. Vorrichtung zur Membranfil tixation, bestehend aus einem Gefäß mit einem Flüssigkeitseinlaß für eine Zufuhr von zu behandelnder Flüssigkeit, einem Flüssigkeitsauslaß für die Ableitung behandelter Flüssigkeit und einem Permeatableitrohr, wobei eine Mehrzahl von Stützrohren von einer Gefäßwand.umgeben ist, die Stützrohre ein Faservlies rohr mit auf diesem angebrachter Filtermembran abstützen und Dichtungsglieder für eine Abdichtung des Endes jeder Anordnung von Stützrohr, Faservliesrohr und Membran vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrohre (19 bis 27) einander in Längsrichtung berühren, zumindest zwei konzentrische Reihen einander berührender Stützrohre vorgesehen sind und der äußere Bereich jedes Stützrohres der äußeren Reihe auf einem gedachten Außenzylinder und der innere Bereich jedes Stützrohres der inneren Rohrreihe auf einem gedachten inneren Zylinder liegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

ein zentrales Rohr (7*), dessen Außenumfang den inneren Zylinder

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bildet, wobei das zentrale Rohr vorzugsweise das Perneatableitrohr ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daft die Mittellinien der ersten Reihe von Stützrohren (20,21) auf einem Kreis mit einem das Zweifache des Stützrohrdurchmeissers betragenden Durchmesser liegen und die Mittellinien der zweiten Reihe von Stützrohren (l^r), 25 bis 27) auf einem Kreis angeordnet sind, dessen Durchmesser durch die Formel Ί χ Stützrohrdurchmesser χ cos 1S° bestimmt ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis j5,dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser der zylindrischen Gefäßwandung durch die Formel Ί χ Stutzrohrdurchrnesser χ cos 15° + Stützrohrdurchmesser bestimmt ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis ^l\, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrohre (19 bis 27) in Klemmeingriff miteinander und vorzugsweise mit dem Permeatableitrohr (7) sowie mit der den gedachten Außenzylinder bildenden Gefäßwand gehalten sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vor-

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richtung ted 1 einen ersten, dem ntisf i gkei t:;ei nlaß und einen zweiten, (lon Flüi-ni gkei tsaunlaß umfassenden Bereich umfaßt, die voneinander durch eine Trennwand (30) getrennt sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekonnzeichnet, daß ein zweiter Vorrichtungsteil von einem Deckel mit einem offenen Innenraum gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch je eine Platte (29) mit in eine Ausnehmung im ersten und im zweiten Vorrichtungsbereich ausmündenden öffnungen (28).

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützrohre (19 bis 27) von perforierten Polyvinylchloridrohrteilen gebildet sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis S, gekennzeichnet durch eine Abdichtung zwischen der Innenseite der Membran (39) und der Innenseite des Stützrohres einschließlich der Membran.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch Stützrohre aus einer Verstärkung fi lamente , vorzugsweise Glasfilamen

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umfassenden Umhüllung.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der

Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälfte der Pilterrohre im Einlaßbereich und die andere Hälfte der Pilterrohre im Auslaßbereich ausmündet.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der

Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der im Einlaßbereich ausmündenden Filterrohre flie Anzahl der im Auslaßbereich ausmündenden Pilterrohre übersteigt.

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