DE3033800A1 - Aus membranschichtkoerper aufgebauter umkehrosmosekoerper - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen spiralartig gewickelten Umkehrosmosekörper gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs_f der zur Fluidreinigung durch Umkehrosmose, Ultrafiltration oder Membrangastrennung dient.

Die Fluidreinigung durch Membranen ist allgemein bekannt. Beispielsweise werden semipermeable Membrankörper mit Einsatzfluid in Form von Lösungen, Salzlösungen, Brackwasser oder unter Druck stehende Gasmischungen gespeist. Verhältnismäßige reines Produkt fluid diffundiert durch die Membrane in einen Fluidkanal, der von dem Einsatzfluid getrennt ist und wodurch konzentriertere Mischungen zurückgehalten werden.

Aus den US-Patentschriften 3 767 504, 3 417 870 und 4 083 870 sind bereits Verfahren bekannt, bei denen Umkehrosmosemembranen eingesetzt werden, die als ein oder mehrere Membranschichtkörper um einen zentralen Kern gewickelt sind. Insbesondere aus der US-PS 3 417 870 nahm die Fachwelt an, daß ein Membranschichtkörper am besten dadurch herstellbar ist, daß eine einzige zusammenhängende Membran über einen Soleabstandshalter gefaltet und an einer geeigneten Trägerschicht angebracht wird. Diese wurden dann an einem zentralen Kern befestigt und

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um den hohlen Kern gewickelt, wobei der Membranschichtkörper als an seiner Faltlinie beginnender Produktkanal wirkt.

Ein Nachteil des bekannten ümkehrosmosekorpers liegt darin, daß ins insbesondere bei der Erzeugung von hochreinem Produktfluid Einsatzfluid aus dem Einsatzfluidkanal endlang der Faltlinie jeder Membran jedes Membranschichtkörpers austreten und in den Produktfluidkanal eintreten kann, wodurch das Produktfluid verunreinigt wird. Bei den bekannten Membranen ist nämlich die aktive Oberfläche der Membran sehr stark gekrümmt, was häufig ein Aufbrechen zur folge hat, und an diesen. Stellen können Salzmoleküle hindurch treten, die sonst von der unbeschädigten Membran zurückgehalten werden. Dieser gravierende Nachteil bei spiralartig gewickelten Umkehrosmosekörpern liegt bereits zahlreiche Jahre vor und konnte bislang nicht vermieden werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen die beim Stand der Technik auftretenden Nachteile vermeidenden Umkehrosmosekörper zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im Kennzeichen des Hauptanspruchs gegebenen Maßnahmen. Demnach verwendet man

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als um einen Kern zu wickelnde Membranschich.tkorper solche, die keine übliche Faltlinie aufweisen. Die Membranschichtkörper bestehen vielmehr aus 2 Membranschichten, die einen Soleabstandshalter einschließen und die an ihren Enden entlang der aktiven Oberflächen miteinander verklebt sind. Auf diese Weise umgibt die Membran den Soleabstandshalter vollständig, ohne daß in ihr scharfe Knicke vorhanden sind.

Die zu einem Spiralkörper aufgewickelten Membranschichtkörper sollen keine Fluidlecks vom Einsatzfluidkanal zum Produktfluidkanal aufweisen, so daß ein Membranspiralkörper für die Erzeugung von hochreinem Produktfluid entsteht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren näher erläutert; es zeigen:

FIGUR 1 ein Ausführungsbeispiel in geschnittener Darstellung;

FIGUR 2 verschiedene Schritte bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Membran;

FIGUR 3 einen Schnitt durch einen Kern mit einem Trägermaterial für eine spiralartig gewickelte Membran aus verschiedenen Membranschichten; und

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FIGUR 4 eine geschnittene Darstellung der membranartig gewickelten Teile mit an dem Trägermaterial angebrachten Membranschichten und um den Kern gewickelten Träger.

FIGUR 1 zeigt einen spiralartig gewickelten Umkehrosmosekörper 1Ö mit einem zentralen Kern 12, der drei Membranschichtkörper 14, 16 und 18 trägt. In einer anderen Ausführung kann auch eine andere Anzahl von Membranschichtkörpern gewählt sein. Die Schichtkörper sind so angeordnet, daß sie jeweils mit einem Ende in der Nähe des Kerns 12 angeordnet und spiralartJLg um diesen gewickelt sind, wobei zwischen jeweils benachbarten Schichtkörpern eine poröse Trägerschicht liegt. Die Trägerschichten 20, 22 und 24 sind hochporös, um eine ungehinderte Strömung in Richtung auf den Kern zuzulassen. Ein., dafür geeignetes Material ist beispielsweise Simplex. Die porösen Trägerschichten sind an einen weiteren porösen Träger 26, Beispielsweise einem Trikot, angeschlos-

sen, welcher eine ungehinderte Strömung paralle zur Längsachse des Kernes zuläßt. Der Träger 26 ist um den Kern 12 gewickelt und bildet einen Vorlauf, mit dem die Trägerschichten 20, 22 und 24 entweder unmittelbar oder mittelbar verbunden sind.

Jeder Membranschichtkörper 14,16 und 18 wei st eine Membran 30, 32 und 34 auf, die poröse Bahnen 36, 38 und 40 umgeben.

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Diese porösen Bahnen 36, 38 und 40 werden allgemein als Soleabstandshalter bezeichnet. Die Soleabstandshalter 36, 38 und 40 bestehen vorzugsweise aus halbsteifem Polyethylengewebe und trennen die Membranen jedes Mambranschichtkörpers derart daß Fluide ungehindert hindurch strömen können.

Der gesamte Umkehrcsmosekörper 1Q ist vorzugsweise mit einem nicht dargestellten Klebestreifen oder mit einem Glasfaser verstärkten Epoxyd-Harz öder mit einer Kombination davon umgeben, um im Betrieb eine radiale Ausdehnung zu verhindern. Ein oder mehrere derartige Körper werden in ein Druckgefäß eingelegt, in welchem sie eine Trennungsfunktion erfüllen.

Im Betrieb wird ein Einsatzfluid,beispielsweise eine Lösung, eine Salzlösung, Brackwasser oder eine Gasmischung mit Hilfe von nicht dargestellten Einrichtungen in die Soleabstandshalter eingeleitet, durch die das Einsatzfluid parallel zur Achse des Kernes strömt. Aufgrund der Umkehrosmose, der öltrafiltration oder Gasmembrantrennung diffundiert verhältnismäßig reines Produktfluid durch die aktiven Seiten der Membranen 30, 32 und 34. Poröse Trägerschichten 20, 22 und 24 bilden einen Produktfluidkanal und lassen das Produktfluid spiralartig zum Kern fließen.

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Der Kern weist Perforationen 42 auf, durch die das Produktfluid in die Bohrung 44 des Kerns eindringt und auf nicht dargestellte Weise aus dem Umkehrosmosekörper 10 austritt.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung betrifft den Aufbau und das Verfahren zur Herstellung eines Membranschichtkörpers, bei dem die Membranen nach dem Einsatz in den Trennkörper keine Falten aufweisen, denn derartige Falten können das Memfcranmaterial so stark beschädigen, daß Einsatzfluid in die Produktfluidkanäle eintreten und dieses verunreinigen kann.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Membranschichtkörpers wird anhand von FIGUR 2 näher erläutert. FIGUR 2 A zeigt hierzu eine Membranbahn 20 im Querschnitt. Die Membranbahn wird auf bekannte Weise hergestellt, beispielsweise gemäß US-PS 3 673 084 oder US-PS 3 238 042, auf die hiermit Bezug genommen wird. Die Membran besteht in.einer bevorzugten Ausführung aus Celluloseacetat und ist etwa 0,2mm dick. Gemäß FIGUR 2 A ist ein Stütztuch 46 vorgesehen, das etwa O,13 mm dick ist. Darüber liegt eine Schicht 48 von 0,02 mm Dicke,, die eine Mischung aus Tuch und Membran ist, woran sich eine reine Membranschicht 50 von 0,05 mm dicke und schließlich eine "aktive" Schicht 52 von 100 bis 1000 S Dicke anschließt.

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Zur Herstellung des Menibranschichtkörpers 14 wird die Membran 30 zunächst gemäß FIGUR 2B über sich selbst gefaltet, wobei die aktive Schicht 52 innen liegt. Dann wird ein Ende der Membran 30 gemäß FIGUR 2C wieder zurückgeschlagen, wobei sich ein sich überlappender Bereich von etwa 2,5 cm Breite ergibt. Nun wird ein Klebestreifen 54 gemäß FIGUR 2D aufgebracht, der den Raum zwischen dem sich überlappenden Teil der Membran verschließt. Hierauf wird die Membran in der Nähe der Endfaltlinie abgeschnitten, wodurch 2 Membranschichten 30a und 30b gebildet sind, die von dem Klebestreifen 45 zusammengehalten werden. Die Enden der Membranschichten 30a und 30b werden dann gespreizt und es wird gemäß FIGUR 2F Klebstoff 56 auf die aktiven Seiten der Membranen 30a und 30b aufgebracht. Der Klebestreifen 54 verhindert ein Ausbreiten des Klebstoffes 56 über einen bestimmten Bereich zwischen den Membranen 30a und 30b hinaus. Eine Klammer 58 hält die Enden der Membranen 30a und 30b solange zusammen, bis der Klebstoff 56 ausgehärtet ist. Nach dem Aushärten des Klebstoffes 56 wird die Klammer 58 entfernt, daß zuvor eingeklemmte Ende wird abgeschnitten und ein Soleabstandhalter 36 wird entlang der aktiven Schichten zwischen die Membranen 30a und 30b eingeschoben, um gemäß FIGUR 2H einen Fluidkanal für Einsatzfluid zu bilden.

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Es ist klar, daß das Verbinden der Membranen auch auf andere Weise erfolgen kann, beispeilsweise durch Aufbringen eines KlebstoffStreifens an der Innenseite der Faltlinie oder durch Verschließen der Membran in der Faltlinie durch Klebstoff oder Klebestreifen.

Der Aufbau des Umkehrosmosekörpers läßt sich am besten anhand der FIGUREN 3 und 4 in Verbindung mit FIGUR 1 erläutern.

FIGUR 3 zeigt einen Schnitt durch einen Kern 12, an dem der Vorlauf angeklebt oder auf andere Weise an der Stelle angebracht ist. Drei Trägerschichten 20,22 und 24 sind entweder unmittelbar oder mittelbar mit dem Vorlauf 26 verbunden, beispielsweise durch Vernähen, Verkleben oder auf andere geeignete Weise. In dem dargestellten Aufführungsbeispiel ist die Trägerschicht 24 unmittelbar an der Stelle 61 an den Vorlauf 26 angeschossen, während die Trägerschichten 20 und 22 an den Stellen 62 und 64 an der Träger schicht 24 angebracht sind, und zwar beispielsweise durch Vernähen, Verkleben oder auf andere geeignete Weise.

Anschliepend werden die drei Manbranschichtkörper 14, 16 und 18, von denen einer in FIGUR 2H in Einzelheiten erkennbar ist, an den entsprechenden Stellen eingeschoben, so daß jeder Membranschichtkörper von einem benachbarten durch eine Trägerschicht getrennt ist. Gemäß FIGUR 4 liegt somit

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der Membranschichtkorper 14 zwischen den Trägerschichten 20 und 22, der Membranschichtkorper 16 zwischen den Trägerschichten 22 und 24 und der Membranschichtkorper 18 unter der Trägerschicht 24, wobei der letztere beim Aufwickeln zwischen der Trägerschicht 24 und der Trägerschicht 20 liegt. Anschließend werden die Membranschichtkorper durch Drehung des Kernes 12 oder auf andere Weise um den Kern 12 zu der in der FIGUR 1 erkennbaren Form gewickelt.

Dies ergibt einen verbesserten Umkehrosmosekörper, der zahlreiche beim Stand der Technik auftretende Nachteile vermeidet.

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1. Umkehrosmosekörper aus gewickelten Membranschichtkörpern, gekennzeichnet durch

- einen zentralen Kern (12),

- mindestens einen Membranschichtkörper (14, 16, 18),

- mindestens eine poröse Trägerschicht (14, 16, 18) zur Bildung eines Strömungskanals für Produktfluid bei um den Kern (12) gewickelten und zwischen den Trägerschichten (20, 22, 24) eingeschlossenen Membranschichtkörpern (14, 16, 18), und

- radiale Öffnungen im zentralen Kern (12).

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2. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranschichtkörper (14, 16, 18) zwei Membranschichten (30a, 30b) von etwa gleicher Länge und mit aktiver Oberfläche (52) aufweist, die mit ihren aktiven Oberflächen (52) einander zugewandt im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und an einem Ende durch Klebstoff (56) verbunden sind, und daß zwischen den Membranschichten (30a, 30b) ein Abstandshalter (36) liegt, der sich im wesentlichen über die gesamte Länge der aktiven Oberflächen (52) erstreckt und einen Fluidkanal bildet.

3. Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (12)hohl ist und daß die Membranschichtkörper (14, 14, 16, 18 ) spiralartig um den Kern (12) gewickelt sind.

4. Körper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die porösen Trägerschichten (20, 22, 24 ) Fluidströmung in Richtung auf den Kern (12) zulassen, und daß der poröse Abstandshalter (36) eine Strömung parallel zur Achse des Kernes (12) gestattet.

5. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,daß der poröse Abstandshalter (36) ein halbsteifes Polyethylengewebe ist.

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6. Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht (20, 22, 24) ein Trikot ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Umkehrosmosekorpers aus faltenfrei um einen Kern gewickelten Membranschichtkörpern, dadurch gekennzeichnet, daß eine Membranschicht über sich selbst gefaltet wird, so daß die aktive Oberfläche aufeinander liegt und wobei ein offenes und ein durch Faltung geschlossenes Ende der Membranschicht entsteht, durch Versiegeln des geschlossenes Endes der Membranschicht an der aktiven Oberfläche in der Nähe der Membranfaltlinie, daß die Membranschicht an der Faltlinie zur Bildung einer ersten und zweiten Membranschicht geschnitten wird, und daß die Enden der ersten und zweiten Membranschichten durch Einbringen von Klebstoff miteinander verklebt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die aufeinanderliegenden Membranschichten ein poröser Abstandshalter eingelegt wird.

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