DE2851687A1

DE2851687A1 - Hohle, semipermeable fasern

Info

Publication number: DE2851687A1
Application number: DE19782851687
Authority: DE
Inventors: Richard Lloyd Leonard
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1977-11-30
Filing date: 1978-11-29
Publication date: 1979-05-31
Also published as: NO784013L; DD140000A5; ES475458A1; JPS5488317A; GR67310B; IL56081A; GB2009034A; FR2410494A1; ZA786707B; NO146625B; IT1192290B; IL56081A0; FR2410494B1; NO146625C; ES480626A1; BE872380A; LU80600A1; GB2009034B; TR20777A; AU4202778A

Description

DR. BERG DIPL.-ING. STAFF DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR

Postfach 860245 · 8000 München 86

Anwaltsakte 29 651 ? g, HüV· ^78

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MONSANTO COMPANY St. Louis, Missouri /USA

Hohle _t semipermeable Fasern

07-52005 A

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988274 TELEX: λλλπΛ/-ι /λοΟΠ Bayer Vereinäbank München 453100(BLZ 70020270) 983310 0524560BER<BiO 9 8 Z 2 / U Q Θ U Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)

Beschreibung

Die Erfindung betrifft hohle_;semipermeable Fasern, die für Fluidtrennungen geeignet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung die zu Aggregaten bzw. Bündeln zusammengesetzten hohlen_;semipermeablen Fasern und eine Trennvorrichtung, die diese Aggregate bzw. Faserbündel enthält.

Die erfindungsgemäßen hohlen Fasern sind vorzugsweise für die Verwendung in Fluidtrennvorrichtungen geeignet, in denen die |luidtrennung durch selektive Permeation durch die hohlen Fasern erfolgt. Die erfindungsgemäßen hohlen Fasern stellen die erwünschten Membranoberflächengebiete pro Volumeneinheit der Trennvorrichtung zur Verfügung, wobei eine erhöhte Trennwirksamkeit erreicht wird.

Es sind viele Vorschläge für die Verwendung von semipermeablen Membranen für die Trennung mittels selektiver Permeation von wenigstens einem Fluid von einer Fluidmischung,

enthaltend wenigstens ein weiteres Fluid, gemacht worden. Die kommerzielle Verwendung von semipermeablen Membranen für Fluidtrennungen ist jedoch begrenzt und zur Zeit werden die meisten handelsüblichen semipermeablen Membranen nur für die Entsalzung von Wasser verwendet. Es sind zwar semipermeable Membranen entwickelt worden, die eine geeignete Selektivität bei der Trennung für viele Verfahren aufweisen. Die grundsätzliche Schwierigkeit liegt jedoch darin, daß mit

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diesen Membranen nur eine relativ niedrige Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Daher werden große Oberflächenbereiche der semipermeablen Membranen gewünscht, um die gewünschte ι Mengen an durchgesetztem Produkt zu erhalten.

Die Konfiguration der semipermeablen Membranen beeinflußt in entscheidender Weise die Größe der aktiven Membranoberfläche, die bei einem gegebenen Volumen einer Trennvorrichtung, die die semipermeablen Membranen enthält, erhalten werden kann. Eine gewünschte Membrankonfiguration mit hohen Anteilen/· an aktiver Oberfläche pro Volumeneinheit der Trennvorrichtung ist eine hohle Faser oder ein hohler Faden.

Aus der US-PS 3 228 877, Spalte 2 ist z.B bekannt, daß mit

semipermeablen Membranen in iwme.. Perform 0_f9 m oder mehr aktiver Oberfläche pro 0,028 m Volumen der Trennvor-' richtung geschaffen werden kann„Um so hohe Membranoberflächen pro Volumeneinheit der Trennvorrichtung zu erreichen, müssen die hohlen Fasern gemäß US-PS 3 228 877 einen relativ kleinen Außendurchmesser aufweisen= Der bevorzugte Bereich des Außendurchmessers der hohlen Fasern liegt bei 10 bis 15 p. Es ist auch aus der US-PS 3 339 341 bekannt, daß hohle Fasern mit einem relativ kleinen Außendurchmesser vorteilhaft für Trennvorrichtungen, in denen ausreichend große Membranoberflächen gewünscht werden, verwendet werden können. Gemäß US-PS 3 339 341 betragen die Außendurchmesser dieser hohlen

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Fasern 20 bis 250 μ, wobei in einer Versuchsanlage hohle Fasern mit einem Außendurchmesser von 29,2 u verwendet worden sind.

Die Verwendung von hohlen Fasern mit relativ kleinem Durchmesser als semipermeable Membranen ist neben der Möglichkeit, hohe Anteile von aktiven Oberflächen pro Volumeneinheit der Trennvorrichtung zu erreichen,mit weiteren Vorteilen verbunden. Gemäß US-PS 3 228 877 steht die Größe der Druckdifferenz, der die hohle Faser standhält, direkt in Beziehung mit dem Verhältnis der Dicke der Faserwand zum Innendurchmesser der Faser. Da bei vielen Abtrennvorgängen die erreichbare Strömungsgeschwindigkeit um so größer ist, je größer die Druckdifferenz pro Membran ist, werden hohle Fasern gewünscht, die einer hohen Druckdifferenz standhalten. Aus der US-PS 3 228 877 ist bekannt, daß der Durchmesser der Faser um so kleiner sein muß, je kleiner die entsprechende Wandstärke ist, die dem gegebenen Druckabfall standhalten soll und daß eine Faserwand mit einer geringeren Dicke weniger widerstandsfähig gegen das durchströmende Medium ist. Größere Strömungsgeschwindigkeiten machen daher Faserwände mit größerer Wandstärke erforderlich.

Obwohl verschiedene Vorschläge für relativ große aktive Membranoberflächen pro Volumeneinheit der Trennvorrichtung gemacht worden sind, sind solche Vorrichtungen jedoch nicht für eine Fluidtrennung in einer Umgebung geeignet, in der

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die Fluidtrennung durchgeführt werden muß,um eine wirtschaftlich und verfahrenstechnisch vorteilhafte Vorrichtung zu erhalten. Bei der Verwendung von hohlen Fasern in Trennvorrichtungen können verschiedene Probleme auftreten, die die Wirksamkeit der Trennvorrichtung verringern. So stehen die hohlen Fasern in Kontakt mit anderen Fasern in der Trennvorrichtung, in der die Fasern zusammengefaßt sind. Die "sich ergebende Kontaktfläche ist für die gewünschte Trennung nicht geeignet, so daß die Strömungsgeschwindigkeit und Wirksamkeit verringert wird. Der Kontakt der hohlen Fasern behindert außerdem den Strom des Fluids um die hohlen Fasern und durch die hohlen Fasern hindurch, wodurch ein ungleichförmiger Strom innerhalb der Trennvorrichtung und lokalisierte Strömungsecken erhalten werden. Diese Fluidtaschen enthalten - wenn sie mit der Außenfläche der Fasern in Kontakt stehen - eine erhöhte Konzentration eines weni-

ger durchlässigen Fluids der eingespeisten Mischung. Die größere Konzentration des weniger durchlässigen Fluids der Ausgangsmischung führt zu 'einer erhöhten Durchlässigkeit des weniger durchlässigen Fluids durch die Membranen und verringert so die Selektivität der Trennung. Im Extremfall, bei dem das Ausgangsgemisch eine Flüssigkeit ist, werden die Fluidtaschen so mit dem weniger durchlässigen Fluid gesättigt, daß das weniger durchlässige Fluid ausfällt oder sich zwischen den hohlen Fasern abtrennt. Bei der Verwendung von im allgemeinen hohlen Fasern mit relativ kleinem

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Außendurchmesser und dünnen Seitenwänden sind die Fasern sehr flexibel. Selbst wenn die hohlen Fasern in einer Trennvorrichtung so zusammengefaßt werden, daß der Kontakt zwischen den hohlen Fasern so gering wie möglich ist, ist es jedoch nicht zu verhindern, daß die hohlen Fasern zunehmend miteinander in Kontakt geraten und ungleiche Verteilungskanäle aufgrund der leichten Beweglichkeit der hochflexiblen hohlen Fasern während der Durchführung des Trennverfahrens bilden.

Ein weiterer wichtiger Faktor der bei der Frage, ob die Trennvorrichtung wirtschaftlich und verfahrensökonomisch eingesetzt werden kann, zu berücksichtigen ist, ist der Effekt der Trennvorrichtung auf die Energie des behandelten Fluidstromes. Es sind Vorschläge gemacht worden eine Trennvorrichtung, enthalten semipermeable Membrane zur selektiven Trennung von ein oder mehreren Fluiden von einem Fluidgemisch, enthaltend wenigstens ein zusätzliches Fluid, zu verwenden, wobei das Fluidgemisch (Retentat) nach dem Trennvorgang einer Weiterverarbeitung ausgesetzt wird. Wenn die Trennvorrichtung dem Strom des Fluidgemisches einen beachtlichen Widerstand entgegensetzt, wird eine beachtliche Energie benötigt um das Fluidgemisch (Retentat) auf den gewünschten Druck für die nachfolgende Weiterverarbeitung zu rekomprimieren. Der Druckabfall der Fluidmischung, der durch den Strömungswiderstand der Trennvorrichtung verur-

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sacht wird, ist sehr beachtlich wenn die Fluidmischung in die öffnungen der Fasern eingespeist wird. In Chemical Engineering Progress, Oktober 1977, Seiten 76 bis 78 ist die Verwendung einer Trennvorrichtung,enthaltend hohle Fasermembrane für die Entfernung von Wasserstoff aus einem Wasserstoff und Kohlenmonoxid enthaltenden Ström,für eine Oxo-Alkohol-Synthese-Anlage beschrieben. Der Ausgangsstrom,

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der einen Druck von 25,5 kg/cm aufweist,wird auf einen

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Druck von 43 kg/cm beim Durchgang durch die Öffnungen der hohlen Fasern der Trennvorrichtung komprimiert und als Retentatstjfom der Trennvorrichtung wird ein Strom mit einem

Druck von 24,1 kg/cm erhalten. Die Kompression des Ausgangsstroms ist teuer,da derbenötigte Kompressor unddie Betriebskosten des Kompressor-, teuer sind. Obgleich ein wesentlicher Druckabfall damit verbuuaen ist, daß das Ausgangsgejjnisch in die öffnungen der Fasern der Trennvorrichtung eingespeist wird, ist die Einspeisung in die Öffnungen offensichtlich notwendig, da es sonst zu Verteilungslücken und zu: einer Verringerung der Wirksamkeit kommt, wenn der Ausgangsstrom zu den Außenfläche der hohlen Fasern geführt wird.

Die Außenflächeneinspeisung bei hohlen Fasern enthaltenden Trennvorrxchtungen kann andere Vorteile aufweisen. So stellt die äußere Oberfläche der hohlen Fasern einen größeren Oberflächenbereich für die Durchführung der Trennung zur -Verfü-

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gung als die innere Oberfläche der hohlen Fasern. Darüber hinaus halten die hohlen Fasern höhere Druckunterschiede aus, wenn der höhere Druck sich auf der Außenfläche der Fasern und nicht im Innern der Fasern befindet, da die Fasern eine größere Kompressibilität als Zugfestigkeit aufweisen.

Es sind Versuche unternommen worden um die Fluidverteilung zwischen den hohlen Fasern bei Trennvorrichtungen,die Hohlfasermembrane enthalten, zu verbessern. In der US-PS 3 616 wird die Verwendung von stark gekräuselten_;hohlen Fasern als semipermeable Membranen beschrieben. Die gekräuselten,hohlen Fasern sind adhäsiv an einer Vielzahl von angrenzenden Flächen miteinander verbunden, wodurch die räumliche Anordnung zwischen den hohlen Fasern bestimmt wird. Die Trennvorrichtung ist mit Mitteln für die Zuführung des Fluidgemisches in das iZentrum der Ansammlung der hohlen Fasern ausgerüstet, so daß die zugeführten Fluide durch die hohlen Fasern rasch nach außen strömen können. Die üS-Patentschrift enthält jedoch keine Angaben über die Querschnittsfläche der Trenn-Vorrichtung, die von den hohlen Fasern besetzt ist, das heißt, keine Angaben über die Packungsfaktoren oder die Packungsdichte. Dieser Anteil scheint jedoch relativ gering zu sein, z.B. etwa 16.% gemäß Beispiel 4 der US-Patentschrift, während bei üblichen Trennanlacren, in denen das zu trennende Gemisch in die Öffnungen der hohlen Fasern eingespeist wird, diese Fläche oft bei etwa 45 bis 60 % oder mehr liegt (vgl. US-PS 3 339 341, Spalte 5, Zeilen 10 bis 25). Die Verwen-

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dung eines niedrigen Packungsfaktors, wie er in der US-PS 3 616 928 vorgeschlagen wird, steht im Gegensatz zu dem Wunsch der Verkleinerung der Trennvorrichtung. Darüber hinaus macht das adhäsive Verbinden der hohlen Fasern zur Aufrechterhaltung der räumlichen Anordnung der Fasern
einen weiteren Verfahrensschritt notwendig und.die Anwesenheit des Adhäsivs (Klebemittels) verringert die zur Verfügung stehende Membranoberfläche für die Durchführung der Fluidtrennung.

Die Erfindung betrifft daher hohle, semipermeable Fasern mit relativ niedriger Wellung oder Kräuselung, die für die Verwendung bei Fluidtrennungen geeignet sind. Diese hohlen Fasern sind insbesondere für die Zusammenlegung von Bündeln von hohlen Fasern, die im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, geeignet. Die Faserbündel könneu zu entsprechend gewünschten hohen Packungsfaktoren zusammengefaßt werden, so daß eine Trennvorrichtung erhalten wird, die einen großen Membranoberflächenbereich trotz eines vorteilhaften kompakten Volumens aufweist. Trotz hoher Packungsfaktoren wird eine gute Fluidverteilung in dem Bündel erreicht. Es kann daher eine Fluidmischung, enthaltend wenigstens ein durchlässiges Fluid, auf die Außenflächen der hohlen Fasern mit dem Permeat aufgegeben werden, wobei es leicht vom Innern der hohlen Fasern abgezocjcn werden kann.Die erfindungsgemäßen hohlen Fasern

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können zusammengefaßt werden unter Bildung von Bündeln, die nicht komplex sind und wobei es nicht notwendig ist,

Mittel anzuordnen für die räumliche Verteilung der Fasern oder spezielle Verfahrensschritte zur Erreichung eines Packungsfaktors, der eine F^idverte.ilung zwischen den Bündeln ermöglicht, vorgesehen werden müssen. Vorteilhafterweise müssen die hohlen Fasern in dem Bündel nicht in ihrer Anordnung untereinander unter Verwendung eines Klebemittels fixiert werden, um einen gewünschten Packungsfaktor im Bündel zu erreichen, wenn dieses in einer Fluidtrennung/« verwendet wird.

Da in den Bündeln, enthaltend die erfindungsgemäßen hohlen Fasern, eine gute Fluidverteilung erreicht werden kann, kann eine Fluidmischung,enthaltend wenigstens ein durch die Membran durchsetzbares Fluid (Durchdringungsfluid)auf die äußeren Seiten der Fasern, das heißt, die Hüllseite des Bündels, aufgebracht werden, wobei eine sehr gute Fluid

trennungswirksamkeit erreicht wird. Die Fluidmischung kann dem Verfahren unterworfen werden und von der Hüllseite der Fluidtrennvorrichtung, enthaltend ein Bündel der erfindungsgemäßen hohlen Fasermembranen, gewonnen werden, wobei die gewonnene Fluidmischung im wesentlichen den gleichen Druck wie die in die Trennvorrichtung eingeführte Fluidmischung aufweist. Es sind daher keine kostspieligen Fluidkompressionsvorrichtungen zur Rekomprimierung des gewonnenen

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Fluids auf ausreichende Drucke für die nachfolgende Weiterverarbeitung notwendig, und selbst wenn eine Rekompression gewünscht werden sollte, ist dazu ein wesentlich kleinerer Kompressor und eine erheblich geringere Kompression notwendig, als wenn die Fluidmischung in die Innenseite des Bündels eingespeist wird.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen hohlen Fasermembranen mit der geringen Kräuselung zeigt sich insbesondere dann, wenn die Fluidmischung auf die Hüllseite der Bündel aufgegeben wifcd, im Vergleich zur Aufgabe der Fluidmischung auf die Hüllseite eines Bündels von hohlen Fasern, die im wesentlichen keine Kräuselung aufweisen. Die Vorteile zeigen sich insbesondere dann, wenn die Fluidmischung radial eingespeist wird, das heißt, wenn die . ._UJ.ui. -hung in den mittleren Teil des Bündels eingegeben wird und im wesentlichen senkrecht zur Orientierung der hohlen Fasern oder überwiegend axial strömt, das heißt, die Fluidmischung wird an einem äußeren

Teil des Bündels eingegeben, fließt im allgemeinen in der gleichen Richtung wie die Fasern und tritt an dem anderen Ende des Bündels aus. Da man annimmt, daß eine radiale Zuführung miteiner verbesserten Fluidtrennwirkung verbunden ist, kann eine vorteilhafte Fluidtrennwirksamkeit erhalten werden, indem man das Gemisch axial in die Bündel, enthaltend die erfindungsgemäßen hohlen Fasermembranen, einführt. Die axiale Zuführung kann wünschenswert sein, da die Trennvorrichtung weniger komplex aufgebaut ist als die Trennvorrichtung mit

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radialer Zuführung und keine radialen Zuführungsvorrichtungen innerhalb des Bündels vorgesehen werden müssen. Die Bündel, die für die axiale Strömung verwendet werden, können einen größeren Anteil Membranoberfläche pro Volumen der Trennvorrichtung enthalten als dies bei der Trennvorrichtung mit radialer Zuführung der Fall ist.

Obgleich die Hüllseitenzuführung zu dem Bündel im allgemeinen bevorzugt wird, gibt es auch Trennvorgänge, bei denen die Innenseitenzuführung gewünscht wird. Wenn zum Beispiel/, eine Fluidmischung für die Behandlung in der Membrantrennung nicht auf einem hohen Druck für die weitere Verarbeitung gehalten werden muß, kann die Innenzuführung für die Gewinnung des durchgesetzten Fluids auf der Hüllseite mit einem geringen Druckabfall aufgrund der Permeation interessant sein.

Die hohlen,semipermeablen Fasern der Erfindung weisen Krau-

seiungen oder Wellen von geringer Amplitude auf. Überraschenderweise ist gefunden worden, daß eine wünschenswerte Verteilung der Fluidmischungen in den Bündeln aus hohlen Fasern auch dann erreicht werden kann, wenn die Bündel einen relativ hohen Packungsfaktor aufweisen. Die Amplitude der Kräuselungen ist nicht so groß, daß es zu einer unerwünschten Zahl von Überkreuzungen bzw. überdeckungen von hohlen Fasern kommt, wenn diese in einem dicht gepackten, im wesentlichen parallel orientierten Faserbündel angeordnet werden.

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Der Ausdruck "Überkreuzungen" bedeutet hierin, daß die Kräuselung bzw. Wellung eine Amplitude aufweist/ die so groß ist/ daß die Welle genügend weit aus der Achse der hohlen Faser herausragt und so zwischen zwei oder mehreren benachbarten hohlen Fasern angeordnet ist, und die benachbarten hohlen Fasern in einem Abstand hält, der wenigstens dem Durchmesser der Faser entspricht. Diese Überschneidungen verhindern, daß Bündel mit hohen Packungsfaktoren erhalten werden.

Die Amplitude der oben beschriebenen Wellen beträgt die Hälfte des seitlichen Abstandes zwischen dem Mittelpunkt der hohlen Faser von einem Scheitelpunkt zu dem Mittelpunkt der hohlen Faser des nächsten benachbarten diametral gegenüberliegenden Scheitelpunkts.Wenn kein benachbarter diametral gegenüberliegender Scheitelpunkt existiert, ist die Amplitude gleich dem seitlichen Abstand zwischen dem Mittelpunkt der hohlen Faser vom Scheitelpunkt bis zum Mittelpunkt der hohlen Faser , die nicht gewellt ist. Vorteilhafterweise beträgt die Amplitude der Wellen weniger als etwa 50 % des Durchmessers der hohlen Faser und im allgemeinen liegen die Amplituden der Wellen im Bereich von etwa 1 bis 30 % des Durchmessers der hohlen Faser. Es können aber auch Amplituden der Faserwellen von über etwa 50 % des Durchmessers verwendet werden, wobei dann jedoch im allgemeinen das Bündel der Fasern zusammengepreßt werden muß, um den gewünschten hohen Packungsfaktor zu erhalten.

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Eine gewisse Kompression des Bündels dient dazu, die hohlen Fasern in einer im wesentlichen fixierten Anordnung zueinander zu halten und zu verhindern, daß die hohlen Fasern sich bewegen und so seitliche Durchströmkanäle bilden, die die Wirksamkeit der Trennung herabsetzen. Die Kompression der Fasern soll nicht zu einer unerwünschten Lokalisierung von hohlen Fasern führen, so daß der Durchtritt des Fluids in diesen Regionen unterbunden wird, oder daß es zu einer ungleichförmigen Beladung der hohlen Fasern kommt, was zu einem Kollaps der hohlen Fasern führen kann. Jede der Jwellen auf einer hohlen Faser oder zwischen den hohlen Fasern die verwendet werden um ein Bündel zu bilden, weist die gleiche oder eine unterschiedliche Amplitude auf als die anderen Wellen. Die Amplituden der Wellen können über den gesamten Bereich variieren, damit es nicht zur Ausbildung eines Registers zwischen den hohlen Fasern kommt. Das Bündel kann auch hohle Fasern enthalten, die im wesentlichen ohne Wellen ausgerüstet sind und die zwischen den hohlen Fasern mit Wellung verteilt sind. Hohle Fasern mit einer Verteilung einer Wellenamplitude von etwa 10 bis 30 % des Durchmessers der hohlen Faser, die zu einem Bündel mit einem Packungsfaktor von etwa 50 % zusammengefaßt sind, weisen eine gute Fluidverteilung bei einer axialen Zuführung auf.

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Die Durchmesser der hohlen Fasern können über einen weiten Bereich variiert werden, wobei die hohle Faser jedoch eine ausreichende Wandstärke aufweisen sollte, so daß die Wellung erhalten bleibt. Der Außendurchmesser der hohlen Fasern beträgt im allgemeinen wenigstens etwa 50 bzw. wenigstens etwa 100 ^i, wobei Fasern mit dem gleichen oder mit unterschiedlichem Außendurchmesser zu einem Bündel zusammengefaßt werden. Oft beträgt der Außendurchmesser bis zu etwa 800 oder 1000 μ. Obwohl hohle Fasern mit einem größeren Außendurchmesser verwendet werden können, sind diese jedoch weniger feevorzugt aufgrund des geringen Anteils der Hohlfaseroberfläche pro Volumeneinheit der Fluidtrennvorrichtung. Vorzugsweise beträgt der Außendurchmesser der hohlen Fasern etwa 150 oder 350 bis 800 u. Die Amplitude der Wellen liegt im allgemeinen im Bfcj-exch ■ etwa 10 bis 400 p. bzw. etwa 1(Jj bis 300 μ mit einer mittleren Wellenamplitude von etwa 15 bis 25Op.

Es wurde gefunden, daß die Wellen nicht kontinuierlich über die Länge der hohlen Fasern verteilt sein müssen, um entsprechende hohle Fasermembranen für die Zusammensetzung in einem Bündel zu erhalten. So können die Wellen intermittierend über die Länge der hohlen Faser angeordnet sein und die Frequenz der Wellen kann unregelmäßig sein. Es können auch Fasern mit einer Verteilung von regelmäßigen Wellen verwendet werden. Im allgemeinen sind wenigstens etwa 50 %, vorzugsweise wenigstens etwa 75 % der. Fasern in einem Bündel gewellt bzw. gekräuselt. Die hohlen Fasern

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die periodisch gewellt sind, weisen durchschnittlich wenigstens eine Welle pro 5 cm Faserlänge auf. Die mittlere Frequenz der Wellen über die Länge der hohlen Faser beträgt etwa 0,2 bis 10 oder mehr,insbesondere 0,25 bis 5 pro cm.

Für den Fall, daß die Frequenz der Wellen in der hohlen Faser unregelmäßig ist, liegen die Wellen im allgemeinen mit einer Häufigkeit von etwa 1 bis etwa 50 Wellen pro 5 cm ζ. B. 1 bis 30 Wellen pro 5 cm der hohlen Faserlänge vor.

Die Periode der Wellen, das heißt die Länge jeder Welle soll möglichst so kurz sein, daß die Welle diese Konfiguration beibehält und es im wesentlichen nicht zu einer Änderung der Amplitude der Welle kommt, wenn die hohlen Fasern zu einem Bündel zusammengefaßt werden. Wenn die Periode der Welle z^i lang ist und allmählich bis zum Scheitelpunkt ansteigt, werdeigeringe mechanische Kräfte angewendet, um die hohle Faser zu strecken. Um die erfindungsgemäßen Vorteile

zu erhalten, kann die Periode der Welle relativ kurz sein, z.B. weniger als etwa 5 cm . Die Länge der Wellen ist im allgemeinen begrenzt durch die Dimensionen der hohlen Faser, das heißt, mit hohlen Fasern mit kleinerem Durchmesser können im allgemeinen kleinere Wellenperioden erhalten werden. Die mittlere Wellenperiode liegt bei etwa 0,05 bis 5, z.B. bei 0,1 bis 2 cm. Das Verhältnis der mittleren Wellenperiode zur mittleren Frequenz der Wellen kann in weiten Bereich variieren, z.B. von etwa 0,0 5 : 1 bis 1:1, insbesondere etwa 0,1 : 1 bis 1:1.

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Die Amplitude, die Frequenz der Wellen und die Wellenperiode sind Faktoren, die in Beziehung zur Konfiguration der hohlen Fasern stehen. Ein nützliches Hilfsmittol, das diese Faktoren für die Beschreibung der Konfiguration der hohlen Fasern enthält ist das Verhältnis der wirklichen Länge der gewellten hohlen Fasern zur Länge der hohlen Fasern, wenn diese gestreckt sind. Es stehen optische Analysegeräte, z.B. sogenannte Bildanalysatoren für die Bestimmung dieser Faktoren zur Verfügung, bei denen die hohlen Fasern nicht gereckt v/erden müssen. Im Hinblick auf die geringen Unterschiede zv/ischen der gewellten bzw. ge-

kräuselten Länge und der ungewellten Länge kann auch der Unterschied (in Prozent) der Längenänderung aufgrund der Kräuselung herangezogen werden. Die Längenänderung in Prozent liegt im allgemeinen im Bereich von etwa 0,01 bis 10, insbesondere bei 0,05 bis 5.

Die hohlen Fasern gemäß der Erfindung können zu Bündeln jeder geeigneten Konfiguration zusammengefaßt werden. Vorteilhafterweise sind die hohlen Fasern im wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Der Querschnitt des Bündels kann jede Form aufweisen, die für die Verwendung in Fluidtrennvorrichtungen geeignet ist, z.B. einen kreisförmigen Querschnitt oder einen ovalen Querschnitt. Der Packungsfaktor des Bündels wird beeinflußt von der Amplitude der Wellen,der Frquenz der Wellen, der Periode der Wellen und der Kompression des Bündels. Im allgemeinen liegt der

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Packungsfaktor des Bündels bei wenigstens etwa 40 % bis zu 65 % und mehr. Der Packungsfaktor des Bündels liegt vorzugsweise bei etwa 45 bis 65 %. Bei einer Trennvorrichtung,, bei der die Mischung axial zugeführt wird, liegt der Packungsfaktor des Bündels vorzugsweise bei etwa 45 bis 55 %. Da der Packungsfaktor aufgrund der Konfiguration der hohlen Pasern erhalten wird, ist es nicht notwendig Raumverteilungsvorrichtungen vorzusehen, um dei Packungsfaktor in den gewünschten Bereichen einzustellen. Für Bündel mit im wesentlichen kreisförmigem Quer schnitt kann der Durchmesser des Bündels in weiten Bereichen variieren, z.B. von wenigstens etwa 0,02 bis zu 1 m oder mehr. Wird die Mischung der Trennvorrichtung radial zugeführt, kann der Durchmesser des Bündels größer als 1 m sein, wobei es trotzdem zu einer entsprechenden Fluidvertei]|ung in dem Bündel kommt, ohne daß es zur Ausbildung eines unerwünschten Druckabfalls kommt. Auf der anderen Seite ist festgestellt worden, daß, wenn die

Mischung der Trennvorrichtung axial zugeführt wird, eine verstärkte Fluidverteilung im Bündel mit höherer Raumgeschwindigkeit erreicht werden kann. Vorzugsweise werden kleinere Bündeldurchmesser verwendet, z.B. etwa 0,02 oder 0,05 bis 0,5 m. Die effektive Länge der hohlen Fasern im Bündel kann in weiten Bereichen variieren, z.B. von etwa 0,2 bis 15 oder 20 m, insbesondere etwa 1 bis 10 m.

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Das Bündel ist an wenigstens einem Ende fest eingebettet um eine Fluidverbindung zwischen den äußeren und inneren Flächen der hohlen Fasern, mit Ausnahme durch die semipermiiablen Wände der Fasern, zu verhindern. Jede geeignete Methode für das Einbetten der Fasern in das Einbettungsmaterial kann verwendet werden, z.B. Gießen des Einbettungsmaterials um die Enden des Bündels herum (vgl. US-PS'en 3 339 341 und 3 442 389) oder Imprägnieren der Enden der Fasern mit Einbettungsmaterial während die hohlen Fasern zu einem Bündel zusammengefaßt werden (vgl. US-PS'en 3 455 460 und 3 6 90 465) .

Es wird gewünscht, daß beim Zusammenfassen der Bündel die Wellen der hohlen Fasern nicht zu einem Register zusammenfallen. Die Verhinderung der Bi^.. ng eines Registers kann durch verschiedene Maßnahmen erreicht werden, z.B. dadurch, daß man die Fasern so anordnet, daß die Wellen bei regelmäßig gewellten hohlen Fasern nicht ineinanderpassen. Dieses Verfahren ist unerwünscht kompliziert. Vorteilhafterweise unterscheiden sich die ' ohlen Fasern wenigstens in den Wellenfrequenzen, der Wellenperiode und/oder den Wellen amplituden, so daß die hohlen Fasern willkürlich zusammengefaßt sind und die Wahrscheinlichkeit, daß man eine unerwünschte Anzahl von Fasern in Form eines Registers erhält, minimal ist.

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Die hohlen Fasern können aus allen üblichen synthetischen und natürlichen Materialien hergestellt werden, sofern diese für die Fluidtrennungen geeignet sind oder als Träger für Materialien geeignet sind, die in die Fluidtrennungen eingesetzt werden können. Die Auswahl des Materials für die hohle Faser hängt ab von der Widerstandsfähigkeit der chemischen Beständigkeit und/oder der mechanischen Festigkeit der hohlen Faser, als auch von anderen Faktoren, die sich aus der Fluidtrennung ergeben, für die die Fasern verwendet werden und aus den Verfahrensbedingungen, denen die Fasern ausgesetzt werden. Damit die Fasern die erfindungsgemäße Wellung beibehalten, sollten die Fasern geeignete mechanische Eigenschaften aufweisen, z.B. sollten die Wellen nicht im Laufe der Zeit oder während des Trennvorganges verschwinden. Wenn hohle Fasern aus Materialien mit geringerer Zugfestigkjeit hergestellt werden, kann es notwendig sein, die Fasern mit größerem Durchmesser und stärkerer Wandstärke zu verwenden, um den Wellen der hohlen Fasern die ausreichende Festigkeit zu verleihen, damit sie ihre Konfiguration beibehalten. Im allgemeinen beträgt die Wandstärke der hohlen Fasern wenigstens etwa 5 μ und in einigen Fällen beträgt die Wandstärke bis zu etwa 200 oder 300 u, insbesondere etwa bis 200 u. In den meisten Fällen weist das Material der hohlen Faser einen relativ hohen Zugmodul, das heißt Elastizitätsmodul oder Joung-Modul auf, so daß die Wellen sowohl longitudinal als auch lateral belastet werden können. Im allgemeinen beträgt der Zugmodul (ASTM D638) v/enigstens etwa

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15kg/mm ,-insbesondere wenigstens etwa 40 kg/mm und bei eini-

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gen Metallen und Legierungen betrügt der Zugmodul bis zu

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etv/a 3000 kg/mm oder mehr. Die vorzugsweise verwendeten polymeren Materialien werden ausgewählt aus solchen PoIy-

nieren, die einen Zugmodul von etwa 60 bis 500 kg/mm aufweisen.

Um einen entsprechenden Durchsatz durch die hohlen Fasern zu erhalten, müssen die hohlen Fasern,insbesondere dann worm hohle Fasern mit etwa 50 μ verwendet werden, eine entsprechende Porenzahl· aufweisen* bie Poren sind Bereiche innerhalb der/.Wand der hohlen Faser, die kein Material auf v/u Ls cn Wenn die Fasern Poren aufweisen ist die Dichte der höh Lon Faser geringer als die Dichte des Ilauptiuaterials dor höh Lon Faser. Wenn Poren gewünscht sind, beträgt das Porvnvo I union der hohlen Fasern bis zu etwa 9O, .i mibesondero etwa IO bi;; 80 und ¹In einigen Fällen etwa 20 oder 30 bis 70 'h, bezogen auf das Obcrf lachen volumen der hohlen Fasern, da:; heißt,dem Volumen enthalten in der Gesain tdimension. Die Dichte der hohlen Faser kann im wesentlichen über die Wandstärke gleich sein, das heißt isotrop sein,oder daß sie wenigstens eine relativ dichte Zone in der Wand hinsichtlich des Fluidstromes, der die Wand der hohlen Faser passiert aufweist, das heißt die hohle Faser kann auch anisotrop sein. Im allgemeinen ist die relativ dichte Zone der anisotropen hohlen Fasern im wesentlichen auf der Außenfläche der hohlen Faser angeordnet.

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Die Materialien für die Herstellung der hohlen Fasern können aus anorganischen, organischen oder gemischten anorganischen und organischen Materialien bestehen. Geeignete anorganische Materialien sind z.B. Glas, Keramik, Cermets (Metallkeramik), Metalle usw. Als organische Materialien werden üblicherweise Polymere verwendet. In dem FaLl, in dem Polymermaterialien verwendet werden, können diese sowohl aus Additionspolymeren und Kondensationspolymeren, die für die Herstellung geeigneter hohler Fasern eingesetzt worden können, bestehen. Die organischen Materialien un<l oini.-ge organische Polymermaterialien können auch mit anorganischen Materialien, ζ.B. Füllmaterial Leu vermisch L sein. Geeignete Pulymeriiiaterialien können substituierte oder unsubstituierte Polymermaterialien sein, die ausgewühlt sind z.B. aus Polysulfonen, Polystyrolen einschließlich Styrol Enthaltenden Copolymeren, z.B. Acrylnitril-styrol-Copolymere, Styrol-butadien-Copolymere und Styrol-vinylbenzylhalogenid-Copolymere; Polycarbonate, Zellulosepolymermaterialien z.B. Zelluloseacetat, Zellulose-acetatbutyrat, Zellulosepropyonat, Ethylzellulose, Methylzellulose, Nitrozellulose usw.; Polyamide und Polyimide einschließlich Ary!polyamide und Ary!polyimide; Polyether; Polyaryl-Oxide, z.B. Polyphenylenoxid und Polyxylylenoxid; PoIyosLoramid-diisocyanat; Polyurethane; Polyester einschließlich Polyacrylate, z.B. Polyethylenterephthalat, PoLyalky!-methacrylate, Polyalkyl-acrylate, Polyphenylenterephthalat usw.; Polysulfide, Polymere aus Monomerverbindungen, die O^-olefinisch ungesättigt sind und zwar

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andere Monomerverbindungen als oben erwähnt, z.B. Polyethylen, Polypropylen, Polybuten-1, Poly-4-methyl-penten-l, Polyvinyl, z.B. Polyvinylchlorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenfluorid, Polyvinylalkohol, Polyvinylester, z.B. Polyvinylacetate und Polyvinylpropionate, Polyviny!pyridine, Polyvinylpyrrolidone, Polyvinylether, Polyvinylketone, Polyvinylaldehyde, z.B. Polyvinylformaldehyd und Polyvinylbutyraldehyd, PoIyvinylamide, Polyvinylamine, Polyvinylurethane, Polyvinylharnstoffe, Polyvinylphosphate und Polyvinylsulfate; Polyallyle, Polybenzobenzimidazol; Polyhydrazide, Polyoxadiazole; Polytriazole, Polybenzimidazol; Polycarbodiimide, Polyphosphazine und Interpolymere einschließlich Blockterpolymere enthaltend widerholende Einheiten der oben genannten Einheiten, z.B. Terpolymere von Acrylnitrilvinylbromid (Natriumsalz) d. _ _t .."-Fophenylmethallylather und Pfropfpolymere und Polymermischungen enthaltend die vorher genannten. Die geeigneten Substituenten für die substituierten Polymerverbindungen sind Halogen, z.B. Fluor, Chlor und Brom, Hydroxylgruppen, niedrige Alkylgruppen, niedrige Alkoxygruppen, monocyclische Arylgruppen, niedrige Acylgruppen usw.

Die Wellen können in die hohlen Fasern in üblicher Weise eingearbeitet v/erden. So kann man z.B. gerade hohle Fasern mit einem Lösungsmittel oder einem Plastifiziermittel erweichen, mechanisch deformieren, um die Wellengestalt einzuarbeiten

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und dann entsprechend weiterbearbeiten, z.B. Trocknen um das Lösungsmittel oder Plastif iziermittel zu entfernen, damit die Faser wieder die gewünschte Festigkeit erhält. Alternativ dazu oder zusätzlich dazu kann das Material der hohlen Faser durch Anwendung von Wärme erweicht v/erden. In jedem Fall ist das Erweichen des Materials dann ausreichend, wenn der Innenkern der Faser bei der Anwendung mechanischer Kräfte zur Herstellung der Welle im wesentlichen unverändert bleibt, bzw. nicht verkleinert wird. Ein geeignetes Verfahren für die Herstellung von Wellen bei koagulierten hohle.n| Spinnfasern, das heißt hohlen Fasern, die aus einer Lösung des Materials in ein Nichtlösungsmittel für das Material gesponnen werden, ist das Aufdrehen der hohlen Spinnfaser auf eine Haspel während die Fasern noch naß sind. Wenn das Lösungsmittel abgedampft wird, und die hohle Faser auf der'.'Haspel getrocknet wird, neigen die hohlen Fasern dazu, zu schrumpfen und üben so einen erhöhten Druck auf die unteren Fasern auf. Dieser Druck liefert die mechanische Kraft ^; die notwendig ist, um die gewünschte Kräuselung zu erzeugen und beim Verdampfen des Lösungsmittels erhalten die Fasern ihre Festigkeit zurück, so die Wellenfixiert werden. Da die Kräfte, die auf die hohlen Fasern ausgeübt werden, mit der Tiefe der hohlen Faser innerhalb des Bündels variieren, kommt es zur Ausbildung unregelmäßiger Wellen auf den hohlen Fasern, wobei die äußeren Anteile des Bündels eine geringere weiträumigere Kräuselung aufweisen als die

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hohlen Fasern, die im inneren Zentrum des Bündels angeordnet sind.

Die folgenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung. Alle Teile und Prozentangaben der Flüssigkeiten und Feststoffe sind Gewichtsteile bzw. Gewichtsprozente und alle Teile und Gewichtsangaben der Gase sind Volumenteile bzw. Volumenprozente, falls nichts anderes angegeben ist.

/, Beispiel 1

Es wurde eine hohle Faser hergestellt aus der trockenen Polysulfonpolyinerverbindung mit der folgenden sich wiederholenden" Einheit

worin η (Polymerisationsgrad) etwa 50 bis 80 ist (erhältlich von Union Carbide, P-35OO). Das Polysulfon wird mit Dimethylacetamid vermischt und eine Masse zu erhalten, die etwa 27,5 Gew.-% Polymerverbindung enthält und die Masse wird dann versponnen (koaguliert), indem man sie durch eine Spinndüse preßt, die in Wasser von etwa 4 C eingetaucht ist. Die Spinndüse weist einen äußeren Düsendurchmesser von 0,0559 cm und eine innere Dorngröße von 0,0229 cm

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und eine Einspritzöffnung von 0,0127 cm,durch die Wasser eingeführt wird, auf. Die Masse wird zu der Spinndüse in einer Menge von etwa 7,2 ml pro Minute gepumpt und von der Spinndüse als hohle Faser in einer Menge von 33 m/Minute abgezogen. Nachdem die Koagulation der Fasern im wesentlichen beendet ist, wird diese bei Raumtemperatur gewaschen. Die hohle Faser wird im wesentlichen ohne Spannung mittels einer Haspel auf Rollvorrichtungen auf eine 30,48 cm Haspel (Abstand zwischen den inneren Köpfen ca. 25,4 cm) aufgedreht. Die hohle Faser wird durch ein axial angeordnetes !'Führungsorgan, welches an beiden Enden der Haspel angeordnet ist, geführt und auf der Oberfläche der sich drehenden Haspel gesammelt, so daß die hohle Faser auf der Haspel in aufeinanderfolgenden Schichten in Helixform aufgedreht wird. Die Haspel wird in feuchtem Zustand bei Raumtemperatur gelagert, wobei die Fasern in dem Bündel schrumpfen und dabei die Wellen bzw. Kräuselung bilden. Die hohlen Fasern werden dann zu einem Knäuel mit einem Umfang von etwa 6 m aufgewickelt. Die hohlen Fasern werden dann vom Knäuel in 3 m langen Strängen abgenommen, aufgehängt und dann bei umgebungstemperatur und normaler Laborfeuchtigkeit getrocknet. Die hohlen Fasern weisen einen äußeren Durchmesser von etwa 540 u und einen Innendurchmesser von etwa 260 ja auf.

Eine zufällige Probe der hohlen Fasern wird von dem getrockneten Strang entfernt und bezüglich der Konfigurationseigenschaf ten mit einem Bildanalysator analysiert. Die zu-

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fällige Probe enthält Faserteile von der Innenseite, dem Mittelteil und dem äußeren Teil der Haspel. Die Untersuchungsergebnisse sind in der folgenden Tabelle I zusammengefaßt.

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TABELLE I

relative Frequenze'fsnheinung

	Entnahme der hohlen Faser	0 bis	Wellen / an	1 bis 2	2	bis 3	Wellen	0	Amplitude (mm)	0,1	bis 0,2	I	0,2 u.mehr	0	Längenänderung	1 bis 2\|2	pro	an ( % )	3 u.mehr
	von Bündel		1				D bis 0,05		,05 bis 0,1					bis I¹		bis	3
te		24		143		0					190	7			136			42
O	Innen						13		144					60		144
co
Ou		9		82		S					179	4			233			2
N>	Mitte						6		54					47		38
N)
		108		0		0					162	00			72			0
ω	Außen						0		72					190		2
09
Θ

<7 Beispiel 2

Es wurden gewellte bzw. gekräuselte hohle Fasern im wesentlichen nach dem Verfahren gemäß Beispiel 1 hergestellt und
zu einem Bündel zu im wesentlich parallel orientierten hohlen Fasern zusammengefaßt. Es wurden ungefähr 1200 hohle Fasern miteiner Länge von etv/a 30 cm verwendet, wobei die Fasern
zufällig ausgewählt wurden aus den Feisern, die aus allen
Anteilen der Haspel erhalten wurden. Die hohlen Fasern bilden ein zylindrisches Bündel mit einem Durchmesser von etv/a 2,5 cm uiid einen Packungsfaktor von etv/a 50 %. Das Bündel
wurde mittels einer Oxyharzmasse an beiden Enden versiegelt und dann wurden die Enden (Rohrwand und Stutzenendon) in
eine flüssige Epoxyharzmasse getaucht und dann Ließ man das Epoxyharz aushärten. Nachdem das Harz ausgehärtet war, wurden di^ Enden abgeschnitten, um die Innenräume der hohlen
Fasern beim Rohrwandende zu öffnen.

Das Bündel wird dann in eine Lösung von 5 Gew.-% eines vernetzten Dimethylsiloxanpolymers, das bei Umgebungstemperatur aushärtet, in Isopentan eingetaucht. Das Innere der hohlen
Fasern steht in Verbindung mit einem Vakuum von etwa 600 bis 700 mm Hg. Das Bündel wird für etwa 15 Minuten in die Losung eingetaucht und das Vakuum wird für etv/a weitere 15 Minuten aufrechterhalten, nachdem das Bündel aus der Lösung herausgezogcnwordcn ist. Das beschichtete Bündel wird bui. olv/a

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4O bis 50 C für etwa 24 Stunden ausgehärtet und in eine Fluidtrennvorrichtung mit axialer Zuführung eingebetzfc. Es wird ein Gasgemisch,enthaltend Wasserstoff und Kohlenmonoxid, auf die äußere Seite der Fasern der Trennvorrichtung aufgegeben und dann die Durchlässigkeit des durchzusetzenden Gases bestimmt. Die Durchlässigkeit wird bestimmt unter Verwendung des partiellen Druckabfalls (log mean partial pressure drop) entlang der hohlen Fasern bestimmt. Der Trennfaktor wird bestimmt, indem man die Durchlässigkeit des Wasserstoffs durch die Durchlässigkeit des Kohlenmonv oxids dividiert. Außerdem wird die Trennwxrksartikeit bestimmt, indem man den Trennfaktor berechnet aus dem zugeführten Gas, enthaltend Wasserstoff und Kohlenmonoxid, durch den Trennfaktor dividiert den man erhält, wenn man die Trennung von im wesentlichen reinem Wasserstoff und im wesentlichen reinem Kohlenmonoxid vornimmt.

Geringe Trennv/irksamkeiten zeigen oft eine geringe Fluidverteilung im Bündel an, wobei es zu lokalen Gebieten hoher Konzentrationen der unerwünschten Komponente (Kohlenmonoxid) kommt, und wobei die Permeation der unerwünschten Komponente ansteigt und der Trennfaktor abfällt. Die Versuchsergebnisse sind in der folgenden Tabelle II zusammengefaßt.

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!	90 9 8	I N^	Versuch	abs. Drück (atm)	Innen	TABELLE	Innen	Speisung	II	^C02	CO	Durchlässigkeit _g cc/cm -Sek-cn Hg χ 10	co	Trenn-, faktor	Bezg	Trennwirk-
	K) KJ	U) OI	1	Aufienn- seite	3,65		3,0	17,2		10,3	73,8	^H2	1,45	Mischg.	33	ssTikeit
	CD CX)		U) NJ	28	7,8 7,9	Straining, S. (STM)/M±ti"	9,2 6,7	28,6 11,2		HHl	27 27	45	2,0 2,0	31	34 34	93
	OO O		4	21,5 21,5	4,4	Außen seite	8	27	Zufuhr (Vol.-f&	-	27	51 53	2,0	26 27	34	74 80
			5	14,5	4,4	1.4,2	5	Ιο,4	^H2	-	27	56	1,8	28	34	83
	6	14,6	3,8	19,5 4,5	8,5	23,6	15,9	-	50	56	1,8	31	33	89
	7	28	3,8	19	3,3	16,3	73 73	-	76	45	1,6	26	33	76,
	8	28	3,7	1/4	15,8	24,3	I⁷³	-	27	44	2,4	27	32	81 :
9	28	3,8	15	3,6	16,2	I 3	-	76	54	1,4	22	32	69
10	28	3,7	13	9	22	50	-	50	42	2,2	^! 22	32	67
11	28	3,8	8,6	3,2	15,5	24	11	73	49	1,8	22	32	68
12	28	0,63	12,6	1,2	11,8	73	-	97	45	1,5	! 26	33	79 ^!N° CO
	27		13			24			34		; 23		68 ^
			12,3		50						CO
		10,6	16 j
	3 j

Beispiel 3 (Vergleichsbeispiel)

Das Verfahren von Beispiel 2 wurde im wesentlichen wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß die verwendeten hohlen Fasern nicht nach dem Spinnvorgang auf eine Haspel aufgewickelt worden waren und daher keine Kräuselung aufwieson Da die hohlen Fasern im wesentlichen wellenfrei sind , weist das Bündel der Fasern auch einen kleinen Durchmesser auf. Bei den Versuchen enthielt die gasförmige Einspeisung 22 Vol.-3. Wasserstoff und 78 Vol.-% Kohlenmonoxid. In zwei Versuchen betrug der Außendruck auf den Fasern etwa 28 atm (absoluter Druck) und im Innern der Fasern etwa 4,1 aim (absoluter Druck). Bei einer Einspeisung von 12,3 1 pro Minute (STP) wurde eine Sauerstoffdurchlässigkeit von 37,7 χ 10 ' cc/cm -Sek-cmHg und eine Kohlenmonoxiddurchlüssigkeit von 1,60 χ 10 cc/cm -Sek-cmHg ermittelt. Der Trennfaktor wurde zu 23,6 errechnet, was einer Treimwirksamkeit von etwa 63 % entspricht. Bei einer höheren Einspeisungsrate von z.B. 21,2 l'pro Minute (STP) betrug die Wasser-

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stoffdurchlässigkeit 41,4 χ 10 cc/cm -Sek-cmHg und die Kohlenmonoxiddurchlässigkeit 1,74 χ 10 cc/cm -Sek-cmHg. Der Trennfaktor wurde zu etwa 23,8 errechnet, was einer Trennwirksamkeit von 64 % entspricht. In beiden Versuchen ergaben die Berechnungen, bezogen auf die Strömungsgeschwindigkeiten und Durchlässigkeiten weniger als 95 % des Wasserstoffs,' der in die Trennvorrichtung mit der Einspeisung eingegeben worden ist. Das Verfahren wurde wiederholt mit einem Druck auf der Außenseite der Fasern von 28 atm (absolu-

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ter Druck ) und einem Druck auf der Innenseite der Fasern von 2,5 atm (absoluter Druck) einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 14,5 1 pro Minute (STP), einer Gasmischung enthaltend 27,2 % Wasserstoff und 72,0 % Kohlenmonoxid. Die Wasserstoffdurchlässigkeit betrug etwa 31,6 χ 10 cc/cm Sek-cm/Hg. Die Kohlenmonoxiddurchlässigkeit betrug etwa

a - ο
2,0 χ 10 cc/cm -Sek-cmHg und der Trennfaktor betrug 15,8.

Der Bezugs-Trennf aktor betrug 36 _f0, v/as einer TreUnwirksamkeit von 42 entspricht. Es wurde der gesamte Wasserstoff für den Materialausgleich berücksichtigt.

Da die,Durchmesser-der untersuchten-Bündel in den Beispielen 2 und 3 relativ kloin.waren, ist der Unterschied in den Trennwirksamkoiten nicht so groß wie sonst,, wenn größere Bündel verwendet werden, in denen ein entsprechend größerer Druchsijttz vorliegt.

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Claims

Patentansprüche

1. Hohle, semipermeable Faser für die Verwendung bei Fluidtrennungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser eine Vielzahl von Wellen aufweist, die Wellen Wellenamplituden von bis zu etwa 50 % des Außendurchmessers der hohlen Faser und eine mittlere Wellenperiode von weniger als etwa 5 cm besitzen, wobei die hohle, semipermeable Faser eine.ausreichende Festigkeit aufweist, so daß die Vielzahl der VJeIlen während der Fluidtrennungen erhalten bleibt.

2. Faser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenänderung der hohlen Fasern aufgrund der Wellen bzw. der Kräuselung etwa 0,01 bis 10 %, der Außendurchmesser der hohlen Faser wenigstens etwa 150 u beträgt und das Material der hohlen Faser eine Zugfestigkeit (Zugmodul) von wenig-

stens etwa 15 kg/mm aufweist.

3. Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser etwa 150 bis 800 u, die Wandstärke der hohlen Faser etwa 50 bis 200 u, die mittlere Wellenamplitude etwa 15 bis 250 ^i beträgt und das Material der

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Γ (089)988272 - Telegramme: Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850

988273 BERGSTAPFPATENT München (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM

82 74 TELEX: Bayec Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270)

1NspBT»*n

hohlen, semipermeablen Faser eine Zugfestigkeit von wenig-

2 stens etwa 40 kg/mm aufweist.

4. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Faser ein Porenvolumen von etwa

10 bis 80 % besitzt.

5. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Wellenamplitude etwa 1 bis 30 %

des Außendurchmessers der hohlen Faser beträgt, ί

6. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der mittleren Wellenperiode zur mittleren Wellenfrequenz etwa 0,1 : 1 bis 1 : 1 beträgt.

I,

7. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hohle Faser eine anisotrope Faser ist.

8. Bündel hohler, semipermeabler Fasern für die Verwendung bei Fluidtrennungen, wobei das Bündel eine Vielzahl von im v/esentlichen parallel orientierten hohlen Fasern aufweist und das Bündel einen Durchmesser von wenigstens etwa 0,02 m und einen Packungsfaktor von wenigstens etwa 40 % besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens etwa 50 % der hohlen Fasern aus den gewellten bzw. gekräuselten Fasern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 bestehen.

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9. Bündel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gekräuselten hohlen Faser sich wenigstens in einem der folgenden Faktoren unterscheiden: Wellenfrequenzen, Wellenperioden und Wellenamplituden.

10. Bündel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens etwa 75 % der hohlen Fasern gewellt bzw. gekräuselt sind.

11." Bündel nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Packungsfaktor etwa 45 bis 65 % beträgt.

12. Fluidtrennvorrichtung, enthaltend einen Behälter, ein Bündel hohler, semipermeabler Fase. für die Durchführung der Fluidtrennung in dem Behälter, eine Eintrittsöffnung in dem Behälter entsprechend der ausgewählten Zuführung einer zu behandelnden Flui<dmischung zu einer Zuführseite jeder der hohlen Fasern, eine Auslaßöffnung in dem Behälter - entsprechend der ausgewähl/ ;n Entfernung der Fluidmischung von der Zuführseite der hohlen Fasern und einer permamenten Öffnung im Behälter entsprechend der selektiven Entfernung des Permeats von der entgegengesetzten Seite jeder der hohlen Fasern, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel aus hohlen _t semipermeablen Fasern gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11 besteht.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführseite der hohlen Fasern die Außenseite (shell side) der hohlen Fasern ist.

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