DE3035853A1 - Verfahren zum einfuehren eines hohlfasermembran-buendels fuer fluessigkeitstrennungen in ein permeatorgehaeuse - Google Patents

Verfahren zum einfuehren eines hohlfasermembran-buendels fuer fluessigkeitstrennungen in ein permeatorgehaeuse

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DE3035853A1
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Description

DR. BERG DIPL.-ING. STA?? DIPL.-ING. SCHWABE DR. DR. SANDMAIR
PATENTANWÄLTE <*> η Ί C O C 1
Postfach 860245· 8000München 86 w
Dr. Berg Dipl.-Ing. Stapf und Partner, P.O.Box 860245, 8000 München 86 " Ihr Zeichen Unser Zeichen MauerkircherstraOe 45
Yourref. Ourref. 31 J.O6 8000 MÜNCHEN 80 2 3. Sept. 1980
Anwaltsakte-Nr.·: 31 106
MONSANTO COMPANY St. L ο u i s, Missouri / USA
Verfahren zum Einführen eines Hohlfasermembran-Bündels für Flüssigkeitstrennungen in ein Permeatorgehäuse
X/R 1300U/1337
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O7-52-O427A GW
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Aufbau von Permeatoren, die Hohlfasermembranen für Flüssigkeitstrennungen enthalten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum Einführen von Hohlfasermembranen in ein Permeatorgehäuse. Vorteilhafterweise sind die. Verfahren der vorliegenden Erfindung relativ unkompliziert und stellen ein minimales Risiko hinsichtlich einer Schädigung der Unversehrtheit der oftmals sehr zerbrechlichen Hohlfasermembranen sicher.
Membranen in Form von Hohlfasern sind häufig im Hinblick auf die relativ hohe Membranoberfläche, die pro Volumeneinbeit des Permeators erzielt werden kann, für eine Verwendung in Permeatoren vorteilhaft. Darüber hinaus können Hohlfasermembranen selbsttragend sein und quer durch ihre Wandungen hindurch hohen Druckdifferentialen widerstehen. Obwohl Hohlfasermembranen hohen Druckdifferentialen widerstehen können, sind sie oftmals sehr zerbrechlich. Eine Schädigung der Hohlfasermembranen kann zu einem Verlust der Trennfähigkeiten und/oder zu einem Verlust an Festigkeit führen, die erforderlich ist, um den Betriebsbedingungen bei den durchzuführenden Flüssigkeitstrennungsoperationen standzuhalten. Beispielsweise sind anisotrope Membranen mit einer dünnen, dichten Haut (oder Barriere-Schicht), getragen von einer offeneren Wandstruktur, oftmals infolge des relativ geringen Wider-
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stands gegenüber dem Durchgang von Flüssigkeiten, der durch die Wände der anisotropen Hohlfasermembranen ermöglicht wird, erwünscht. Jedoch kann diese dünne Haut besonders empfindlich für Beschädigungen sein, welche das Verhalten der Hohlfasermembranen nachteilig beeinflussen.
Permeatoren mit Hohlfasermembranen sind im allgemeinen dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vielzahl von Hohlfasermembranen aufweisen, die gewöhnlich unter Bildung eines länglichen Bündels longitudinal orientiert sind, wobei das Bündel innerhalb eines im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen, röhrenförmigen Gehäuses angeordnet ist. Innerhalb des Gehäuses sind Vorrichtungen vorgesehen, um die flüssige Verbindung zwischen der Eingangsseite und der Permeat-Ausgangsseite der Hohlfasermembran zu verhindern, ausgenommen durch die Wände der Hohlfasermembran. Daher ist gewöhnlich zumindest ein Ende einer jeden der Hohlfasermembranen in dem Permeator in einer im wesentlichen flüssigkeitsdichten Verbindung in einer Rohrwand eingehüllt, oder eingebettet, derart, daß nur die Rohrseelen der Hohlfasermembranen in flüssiger Verbindung durch die Rohrwand stehen. Die Rohrwand ist oftmals mit dem Gehäuse im wesentlichen flüssigkeitsdicht verbunden. Das andere Ende einer jeden Hohlfase rmembr an ist ebenfalls im wesentlichen flüssigkeitsdicht zwischen der Außenseite und der Rohrseele der Membran ver-
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bunden. Die gewünschte Verbindung an dem anderen Ende der Hohlf as ermeinbranen kann dadurch erzielt werden, daß man das andere Ende einer jeden Hohlfasermembran in eine Rohrwand einbettet, die eine getrennte Rohrwand, oder die gleiche Rohrwand sein kann, wie diejenige, in welcher das erste Ende einer jeden der Hohlfasermembranen eingebettet ist. Wahlweise können die anderen Enden einer jeden der Hohlfasermembranen in einer im wesentlichen flüssigkeitsdichten Weise abgedichtet werden.
Die zwei Lösungen, welche hauptsächlich für Permeatoren, die Hohlfasermembranen yerwenden, vorgeschlagen wurden, sind transversal gespeiste Permeatoren und axial gespeiste Permeatoren. In transversal gespeisten Permeatoren, wie radial gespeisten Permeatoren, strömt die Flüssigkeit an der Außenseite der Hohlfasern hauptsächlich quer zu der überwiegend longitudinalen Orientierung der Hohlfasermembranen durch den Permeator. In axial gespeisten Permeatoren strömt die Flüssigkeit an der Außenseite der Hohlfasermembranen hauptsächlich durch den Permeator in der gleichen Richtung wie die longitudinale Orientierung der Hohlfasern. Die transversale Strömung der Flüssigkeit bei den Hohlfasermembranen in axial gespeisten Permeatoren erfolgt zumindest teilweise infolge der durch die Gegendrucke zur Flüssigkeitsströmung in dem Permeator bewirkten Verteilungen, d.h. der
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Weg des geringsten Widerstandes für die Plüssigkeitsströmung muß transversal zu der Orientierung der Hohlfasermembranen sein, um die gewünschte transversale Strömung zu erzielen. Häufig werden die Wirkungsgrade der Permeatoren, insbesondere von axial gespeisten Permeatoren erhöht, wenn die Hohlfasermembranen innerhalb des Permeators dicht gepackt sind, um die Gegendrucke zu vergrößern, welche die Verteilung der Flüssigkeit in dem Bündel fördern und um die Hohlfaserbewegung so klein wie möglich zu halten, die Umleitungskanäle für die Flüssigkeit ausbilden kann. Darüber hinaus werden mit den dichter gepackten Bündeln Vorteile insofern erzielt, als größere Membranoberflächen zur Durchführung von Trennungen pro Volumeneinheit des Permeators geschaffen werden können. Obwohl die Vorteile der Schaffung dichter gepackter Bündel eindeutig zu ersehen ist, ist es jedoch auch offensichtlich, daß die Anordnung von Permeatoren, welche derartige dichter gepackte Bündel enthalten, auch das Risiko der Beschädigung der Hohlfaserm-mbranen erhöhen kann.
In der US-Patentschrift 3 442 002 wird ein Verfahren zum Zusammenbauen eines Permeators beschrieben, bei welchem ein Bündel von Hohlfasermembranen mit einer flexiblen, porösen Umkleidung umgeben wird, die sich entlang des Bündels erstreckt und das Bündel lateral einschnürt, um ein kompaktes Bündel beizubehalten. Es wird ausdrücklich erwähnt, daß die
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Umhüllung aus einem Material oder eine Konstruktion sein sollte, die fähig ist, zumindest in der querlaufenden, peripheren Dimension zu schrumpfen oder sich zu verkürzen, wobei eine gleichmäßige, zwangsweise Verdichtungswirkung auf das, beziehungsweise entlang des eingeschlossenen Bündels von Hohlfasermembranen ausgeübt wird. Es wird nach dieser Patentschrift beyorzugt, eine ringförmige Umkleidung aus Maschenware zu verwenden, die einer erheblichen Reduktion in transversaler, peripherer Dimension fähig ist, wenn die Umkleidung unter longitudinale Spannung gesetzt wird. Es ist jedoch noch möglich, daß, wenn eine derartige Umkleidung aus Maschenware unter eine longitudinale Spannung gesetzt wird, die peripheren, durch die Umkleidung bewirkten Verdichtungskräfte in manchen Zonen entlang der Bündellänge größer sein können, im Vergleich zu den Verdichtungskräften in anderen Zonen entlang der Bündellänge. Darüber hinaus kann die Verwendung von Umkleidungen aus Maschenware einen örtlichen Druck auf eine Hohlfasermembran am Berührungspunkt mit dem Endlosfaden oder dem Garn der Umkleidung ergeben. Demzufolge kann eine Beschädigung der Hohlfasermembranen noch auftreten r obwohl das Bündel relativ gleichmäßig verdichtet zu sein scheint. Außerdem können bei Umkleidungen mit offenerer Maschenware Teile der Hohlfasermembranen außerhalb des Bündels von der Umkleidung entblößt sein, wodurch ein Risiko auftritt, daß sie während der Handhabung des Bündels
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und seines Einführens in das Gehäuse beschädigt werden können. Auch kann die Anwesenheit von im wesentlichen nicht zusammendrückbaren Elementen auf, oder innerhalb des Bündels, wie beispielsweise Rohrwandungen, die Erzielung der gewünschten lateralen Verdichtung verhindern.
Demzufolge wurden alternative Verfahren zur lateralen Verdichtung eines Bündels von Hohlfasermembranen gesucht, um das Einführen des Bündels in ein Permeatorgehäuse auch bei Gegenwart von im wesentlichen nicht zusammendrückbaren Elementen auf, oder innerhalb des Bündels, zu erleichtern. Vorteilhafterweise sollten diese Verfahren einen maximalen Schutz der Hohlfasermembranen sicherstellen, und, bis zu einem möglichen Ausmaß, lokalisierte Bereiche innerhalb des Bündels, die größeren Kräften unterworfen sind als diejenigen in anderen Bereichen innerhalb des Bündels während dieses Verdichtens, vermeiden. Darüber hinaus sollten diese Verfahren imstande sein, rasch, leicht und ohne Anwendung einer allzu großen Erfahrung seitens des Herstellers durchgeführt zu werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Verfahren zum Einführen eines länglichen Bündels von Hohlfasermembranen in ein längliches, röhrenförmiges Permeatorgehäuse geschaffen. Bei diesen Verfahren wird ein Bündel mit einer im wesentlichen
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flüssigkeitsundurchlässigen, flexiblen Umhüllung umgeben. Das Innere der flexiblen Umhüllung wird dann auf einem niedrigeren Gesamtdruck als der Druck an der Außenseite der flexiblen Umhüllung gehalten, derart, daß die flexible Umhüllung mit dem Bündel in Kontakt gelangt und das Bündel lateral verdichtet. Da die Verdichtung durch ein Druckdifferential über die Wand der flexiblen Umhüllung geschaffen wird, können die Kräfte an den Hohlfasermembranen an den Kontaktpunkten im wesentlichen über das Bündel hin gleich sein. Die flexible Umhüllung, welche das Bündel enthält, wird in das Gehäuse eingeführt, während das Druckdifferential über die Wand der flexiblen Umhüllung aufrechterhalten wird. Sobald die Umhüllung innerhalb des Gehäuses eingeführt worden ist, braucht das Druckdifferential über die Wand der flexiblen Umhüllung nicht mehr länger aufrechterhalten zu werden. Die flexible Umhüllung kann dauernd innerhalb des Gehäuses bleiben, oder sie kann entfernt v/erden. Wenn es gewünscht wird, die flexible Umhüllung zu entfernen, kann ihre Entfernung oftmals erleichtert werden, indem man das Innere der flexiblen Umhüllung druckbelüftet derart, daß sie sich von den Hohlfasermembranen hinweg ausdehnt und den Kontakt mit den Hohlfasermembranen herabsetzt. Im allgemeinen kann, sobald die flexible Omhullung expandiert ist, die Druckbelüftung des Inneren der flexiblen Umhüllung eingestellt werden.
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Die flexible Umhüllung sollte eine ausreichende Festigkeit aufweisen, um dem Druckdifferential, dem sie während des Zusammenbaus des Permeators ausgesetzt wird, zu widerstehen. Die flexible Umhüllung sollte auch aus einem Material hergestellt sein, das eine ausreichende Abriebfestigkeit und Zähigkeit aufweist, so daß die flexible Umhüllung vor und während des Einführens des Bündels in das Permeatorgehäuse nicht perforiert oder unzulässig geschwächt wird. Insbesondere wenn es gewünscht wird, die flexible Umhüllung von dem Bündel nach der Einführung des Bündels in das Permeatorgehäuse zu entfernen, sollten die Oberflächen der flexiblen Umhüllung relativ glatt sein, um die Abriebgefahr für die Hohlfasermembranen so klein wie möglich zu halten. In manchen Fällen kann ein Schmiermittel (z.B. fest, in Gelform oder flüssig) auf der äußeren oder inneren, oder auf beiden Oberflächen der flexiblen Umhüllung brauchbar sein, um das Placieren der flexiblen Umhüllung um das Bündel herum, und/oder das Einführen des Bündels in das Permeatorgehäuse, und/oder das Entfernen der flexiblen Umhüllung aus dem Permeatorgehäuse nach dem Einführen des Bündels, zu erleichtern. In ähnlicher Weise kann ein Schmiermittel auf die innere Oberfläche des Permeatorgehäuses aufgebracht werden. Gewöhnlich wird jedoch die Verwendung eines Schmiermittels auf den Hohlfasermembranen vermieden, es sei denn, daß das Schmiermittel leicht von den Hohlfasermembranen entfernt
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werden kann, da das Schmiermittel die Arbeitsweise der Hohlfasermembranen nachteilig beeinflussen kann. Die flexible Umhüllung kann aus irgendeinem geeigneten, im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen Material hergestellt worden sein, was ein natürlich vorkommendes, wiederaufgearbeitetes oder synthetisches Material sein kann, und sie ist häufig aus einem polymeren Material hergestellt, insbesondere aus Polyäthylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyäthylenterephthalat, und dergleichen. Die flexible Umhüllung kann ferner auch Füllstoffe, Verstärkungsmittel, Weichmacher, Pigmente, Antioxidantien, antistatische Mittel, Schmiermittel, und dergleichen, enthalten, um eine erwünschte Handhabung, Festigkeit, chemische Beständigkeit, Stabilität, und dergleichen, zu erreichen. Wenn die flexible Umhüllung in dem Permeator dauernd bleiben soll, sollte das Material der flexiblen Umhüllung mit den Flüssigkeiten verträglich sein, von denen erwartet wird, daß sie in dem Permeator zugegen sein werden. Die flexible Umhüllung ist vorzugsweise relativ dünn, um die begehrte hohe Flexibilität zu erzielen. Oftmals beträgt die Wanddicke der flexiblen Umhüllung weniger als etwa 300 Mikron (300 jxm), nämlich etwa 50 bis 250 Mikron (50 bis 250 jim) .
Die flexible Umhüllung ist um das Bündel herum angeordnet und ummantelt das Bündel in einer im wesentlichen flüssig-
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keitsdichten Weise derart, daß das Druckdifferential über die Wand der flexiblen Umhüllung erhalten werden kann. Die flexible Umhüllung kann aus einer Folie bestehen, die um das Bündel herumgewickelt und abgedichtet ist, oder sie kann eine vorgefertigte, röhrenförmige Struktur sein, die zur Aufnahme des Bündels angepaßt ist. Vorzugsweise sind die innenseitigen Abmessungen der flexiblen Einlage ausreichend groß, so daß das Bündel leicht innerhalb der flexiblen Umhüllung ohne unzulässiges Risiko einer Beschädigung der Hohlfasermembranen angeordnet werden kann. Es ist gewöhnlich erwünscht,daß die flexible Einlage ausreichend dicht um das Bündel herum angepaßt ist, so daß irgendeine Verringerung in der Größe der Seitendimensionen der flexiblen Einlage ebenfalls zu einer seitlichen Verdichtung des Bündels führen wird. Oftmals entsprechen die inneren peripheren Abmessungen der flexiblen Umhüllung annähernd (z.B. können sie innerhalb von 20, nämlich innerhalb von 10 oder 5 % betrafen) den peripheren Abmessungen des nicht verdichteten Hohlfasermembran-BündeIs.
Die flexible Umhüllung kann um das Bündel herum in irgendeiner geeigneten Weise placiert werden, die kein unzulässiges Risiko einer Beschädigung der Hohlfasermembranen bewirkt. Beispielsweise kann, wenn die flexible Umhüllung eine vorgefertigte, röhrenförmige Konstruktion ist, die flexible Umhül-
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lung sorgfältig über das Bündel gleiten. Wenn die flexible Umhüllung" in Form einer Folie vorliegt, kann die Folie um das Bündel in irgendeiner geeigneten Weise herumgewickelt und die Überlappungen in einer im wesentlichen flüssigkeitsdichten Weise abgedichtet werden. Vor der Ausbildung des Druckdifferentials über die Wand der flexiblen Umhüllung sollte die flexible Umhüllung das Bündel in einer im wesentlichen flüssicfkeitsdichten Weise ummanteln. Wenn beispielsweise die flexible Umhüllung ein vorgefertigtes Rohr ist, müssen die Enden in einer flüssigkeitsdichten Weise abgedichtet werden.
Das Druckdifferential über die Wand der flexiblen Umhüllung kann in irgendeiner geeigneten Weise erzielt werden. Beispielsweise kann der Druck an der Außenseite der flexiblen Umhüllung erhöht werden, um ein Druckdifferential zu liefern, welches bewirkt, daß die flexible Umhüllung das Bündel lateral verdichtet. Häufiger steht die flexible Umhüllung in Verbindung mit einer Vakuumquelle, um das gewünschte Druckdifferential zu schaffen. Das verwendete Druckdifferential wird zumindest teilweise durch den Betrag der lateralen Verdichtung des Bündels, der gewünscht wird, bestimmt. Oftmals ist das Druckdifferential über die Wand der flexiblen Umhüllung kleiner als etwa 5 Atmosphären, z.B. kleiner als etwa 1 Atmosphäre, nämlich etwa 0,1 bis 1 Atmosphäre. Vorzugswei-
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se wird das Bündel in der gewünschten Anordnung für das Einführen in das Permeatorgehause vor dem Anlegen des Druckdifferentials an die flexible Umhüllung eingerichtet. In vielen Fällen führt die durch das Druckdifferentxal über die Wand der flexiblen Umhüllung bewirkte laterale Verdichtung dazu, daß die aus Bündel und Umhüllung bestehende Anordnung relativ inflexibel wird, derart, daß die Änderung der Gestalt des Bündels schwieriger wird. Jedoch erleichtert diese Herabsetzung der Flexibilität des Bündels oftmals die Handhabung desselben und seine Einführung in das Permeatorgehause.
Die Anordnung aus flexibler Umhüllung und Bündel wird in das Gehäuse eingeführt, während das Druckdifferential über die Wand der flexiblen Umhüllung aufrechterhalten wird. Wenn die Anordnung nicht leicht durch Schieben in das Permeatorgehause hineingleitet, kann es erwünscht sein, Mittel zur Schaffung zusätzlicher Kräfte zu verwenden, um das Einführen der Anordnung in das Permeatorgehause zu unterstützen. Beispielsweise kann das eine Ende des Bündels so angepaßt sein, daß es eine Schnur aufnimmt, an der gezogen werden kann, um die Anordnung in das Permeatorgehause hineinzuziehen. Oftmals existiert ein ausreichender Kontakt zwischen der Umhüllung und dem Bündel, so daß irgendwelche Zugkräfte auf die flexible Umhüllung über das Bündel verteilt werden.
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So kann eine Schnur direkt an der flexiblen Umhüllung befestigt werden, um das Einführen und Einziehen der Anordnung in das Permeatorgehäuse zu unterstützen. Verstärkungsmittel (wie Verstärkungsbänder oder andere verstärkende Teile) können longitudinal an oder innerhalb der Wand der flexiblen Umhüllung angebracht werden, um der flexiblen Umhüllung zusätzliche Festigkeit in einer longitudinalen Richtung zu verleihen, und der flexiblen Umhüllung während derartiger Operationen zum !"uhren und Einziehen des Bündels in das Permeatorgehäuse eine Widerstandskraft gegenüber einem Strecken zu verschaffen. Die Schnur kann anstelle einer Befestigung an der Umhüllung an den Verstärkungen angebracht sein. Wahlweise kann das Bündel eine oder mehrere Verstärkungen, ^ie im wesentlichen maßbeständige Drähte, Schnüre, etc. aufweisen, die an zumindest einem Ende des Bündels befestigt sind, z.B. dadurch, daß sie in eine Rohrwand eingebettet sind, und die Schnur kann an dieser Verstärkung befestigt werden.
Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann Anwendung zur Einführung von Bündeln in einer großen Vielzahl von Querschnittsanordnungen und -dimensionen im Permeatorgehäuse finden. Die Querschnittsanordnung des Bündels kann beispielsweise kreisförmig, oval, polygonal, völlig frei, oder dergleichen, sein. Vorzugsweise hat das Bündel eine im wesentlichen kreisförmige Querschnittsanordnung. Die maximale Quer-
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Schnittsdimension eines Bündels kann oftmals bis zu 1 m oder darüber sein. Besonders häufig haben die Bündel eine maximale Querschnittsdimension von zumindest etwa 0,2, z.B. etwa 0,05 bis 0,5 oder 1 m.
Die Verfahren der vorliegenden Erfindung können zur Herstellung von Permeatoren brauchbar sein, die hinsichtlich ihrer Packungs-Faktoren in weitem Umfang variieren. Ein Packungs-Faktor, wie er hier verwendet wird, ist der Prozentsatz einer gegebenen Querschnittsfläche, die durch Hohlfasermembranen eingenommen wird (einschließlich der durch die Rohrseelen der Hohlfasermembranen eingenommenen Fläche). Der Packungs-Faktor basiert auf den innenseitigen Querschnittsabmessungen des Permeatorgehäuses und die Querschnittsfläche der Hohlfasermembranen für in Übereinstimmung mit einem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellten Permeatoren ist vorzugsweise zumindest etwa 35, nämlich etwa 40 oder 45 % Da es die Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglichen, hohe Packungs-Faktoren zu erzielen, ist es oftmals erwünscht, daß der Packungs-Faktor auf Basis der innenseitigen Querschnittsabmessungen des Permeatorgehäuses zumindest 50 % ist, und der Packungs-Faktor kann bis zu etwa 65 oder 70 % betragen. Sehr häufig ist der Packungs-Faktor auf Basis der innenseitigen Querschnittsabmessungen des Permeatorgehäuses etwa 50 bis 65 %.
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Die Hohlfasermembranen können irgendeine geeignete Querschnittsanordnung haben, obwohl die Hohlfasermembranen besonders häufig eine im wesentlichen kreisförmige Querschnittsanordnung mit einer konzentrischen Rohrseele aufweisen. Die Hohlfasermembranen können eine beliebige Querschnittsdimension, geeignet für rlüssigkeitstrennungen, besitzen. Oftmals betragen die Außendurchmesser von im wesentlichen kreisförmigen Hohlfasermembranen bis zu etwa 800 oder 1000 Mikron (800 bis 1000 Jim) . Vorzugsweise liegt der Außendurchmesser der Hohlfasermembranen bei etwa 50 bis 800 Mikron (50 bis 800 Jim) , nämlich bei etwa 150 bis 800 Mikron (150 bis 800 μπι)
Besonders vorteilhafte Hohlfasermembranen für Flüssigkeitstrennungen haben Wellen oder Kräuselungen. Kräuselungen mit niedriger Amplitude werden bevorzugt. Die Krauselungsamplitude bezieht sich hier auf die Hälfte des lateralen Abstandes zwischen dem Mittelpunkt der Hohlfasermembran an einem Scheitelpunkt zum Mittelpunkt der Hohlfasermembran an dem nächsten benachbarten, gegenüberliegenden Scheitelpunkt. Wenn kein benachbarter, gegenüberliegender Scheitelpunkt existiert, ist die Amplitude die laterale Distanz zwischen dem Mittelpunkt der Hohlfaser am Scheitelpunkt zu dem Mittelpunkt der Hohlfaser, die nicht gekräuselt ist. Die Kräuselungen mit niedriger Amplitude haben vorteilhafterweise eine Amplitude von weniger als 50 % des Durchmessers der
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Hohlfasermembranen, und gewöhnlich liegt die Amplitude der Kräuselung innerhalb des Bereiches von etwa 1 bis 30 % des Durchmessers der Hohlfasermembran.
Jede der Kräuselungen in einer Hohlfasermembran oder den zur Ausbildung des Bündels verwendeten Hohlfasermembranen kann die gleichen oder verschiedenen Amplituden wie andere Kräuselungen aufweisen, und es können die Amplituden der Kräuselungen über einen Bereich zur Unterstützung der Störung irgendeiner genauen Einstellung zwischen Hohlfasermembranen variieren. Darüber hinaus kann das Bündel Hohlfasermembranen enthalten, die im wesentlichen keine Kräuselungen aufweisen, wobei diese Hohlfasermembranen durchsetzt sein können mit Hohlfasermembranen, die Kräuselungen aufweisen. Die Kräuselungen müssen nicht kontinuierlich über die Länge der Hohlfasermembran vorliegen. So können die Kräuselungen über die Länge der Hohlfasermembran in Abständen angeordnet sein, und es kann die Häufigkeit der Kräuselungen regellos sein.
Irgendeine laterale Kompression eines Bündels, bei dem zumindest ein Teil der Hohlfasermembranen Kräuselungen aufweist, dient zur Aufrechterhaltung der Hohlfasermembranen in einem im wesentlichen fixierten "Verhältnis zueinander. In Übereinstimmung mit einem Gesichtspunkt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann ein Hohlfasermembran-Bündel lateral
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derart verdichtet werden, daß das Bündel in ein Permeatorgehäuse eingeführt werden kann und das Bündel unter lateraler Kompression yerbleibt, sobald es in das Permeatorgehäuse eingeführt worden ist.
Die anliegende Zeichnung dient zur Unterstützung der weiteren Erläuterung der Erfindung, und ist eine schematische Abbildung einer Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Das Permeatorgehäuse 10 ist mit Flanschen 12 und 14 an jedem Ende versehen, die zur Aufnahme von Verschlußkappen angepaßt sind. Das flexible Rohr 16 führt longitudinal durch dar- Permeatorgehäuse 10 hindurch, wobei das eine Ende in Verbindung mit einer Vakuumquelle 18 steht. Das andere Ende des flexiblen Rohrs 16 steht in Verbindung mit dem Inneren der flexiblen Umhüllung 20. Die flexible Umhüllung 20 hat die Form
einer Röhre, die das Bündel 22 aus einer Vielzahl von Hohlfasermembranen -umgibt. Das eine Ende des Bündels 22 ist gegen die flüssige Verbindung abgedichtet, und das andere Ende ist in die Rohrwand 24 eingebettet, durch welches die Rohrseelen der Hohlfasern in Verbindung stehen. Das abgedichtete Ende
des Bündels 22 wird der erste Teil des Bündels sein, der in das Permeatorgehäuse 10 hineingezogen wird. Demzufolge ist
das flexible Rohr 16 mit der flexiblen Umhüllung 20 an einer
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dem abgedichteten Ende des Bündels 22 benachbarten Stellung verbunden. Gemäß Abbildung wird eine wesentliche flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen der flexiblen Umhüllung 20 und dem flexiblen Rohr 16 durch Verwendung des Klebebandes 26 erzielt. Das andere Ende der flexiblen Umhüllung 20 ist an der Seite der Rohrwand 24 durch Verwendung eines Klebebandes 28 in einer flüssigkeitsdichten Weise angebracht.
Bei der Durchführung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Vakuum innerhalb der flexiblen Einlage 20 mittels der Vakuumquelle 18 ausgebildet. Dieses Vakuum führt dazu, daß die flexible Umhüllung 20 zusammensinkt und das Bündel 22 in dichter Weise ummantelt und das Bündel radial zusammenschnürt. Dieses Zusammensinken führt oftmals dazu, daß das Bündel eine größere Starrheit erhält und hierdurch sein Einführen in das Permeatorgehäuse 10 erleichtet. Nachdem die flexible Umhüllung zur Einschnürung des Bündels zusammengesunken ist, kann das Bündel durch kombiniertes Ziehen desselben in dem Permeator und durch Ziehen des flexiblen Rohres 16 in Stellung, und Ziehen des Bündels in das Permeatorgehäuse, in dieses eingeführt werden. Nachdem das Bündel im wesentlichen innerhalb des Permeatorgehäuses placiert worden ist, kann das flexible Rohr 16 mit einer Druckluftquelle zum Expandieren der flexiblen Umhüllung 20 verbunden werden. Nach dem Expandieren der flexiblen Umhüllung 20
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kann das Band 28, welches die flexible Umhüllung mit der Rohrwand 24 verbindet, entfernt werden. Die flexible Umhüllung kann anschließend aus dem Permeatorgehäuse durch Ziehen an dem flexiblen Rohr und der flexiblen Umhüllung herausgezogen werden. Nach Entfernung der flexiblen Umhüllung kann der restliche Zusammenbau des Permeators bewerkstelligt werden.
Beispielsweise wurden annähernd 136Ο anisotrope Hohlfasermembranen mit einer kreisförmigen Querschnittsanordnung mit einem Außendurchmesser von etwa 559 Mikron (559 Jim) zu einem Bündel mit einer Länge von etwa 3 m zusammengestellt. Das eine Ende des Bündels hatte eine Rohrwand und das andere Ende ist mit einem Gießharz abgedichtet. Ein Polyäthylenrohr mit einem Durchmesser von etwa 4,45 cm und einer Wandstärke von etwa 100 Mikron (100 Jim) wurde um das Bündel herum placiert. Am einen Ende des Bündels wurde das Polyäthylenrohr zur Expansion rund um die Rohrwand gereckt und durch Klebeband an der Peripherie der Rohrwand befestigt. Das andere Ende des Polyäthylenrohrs wurde an einem flexiblen Schlauch in Verbindung mit einer Vakuumpumpe befestigt. Das Ende des flexiblen Schlauchs ist innerhalb des Polyäthylenrohrs und durch einen porösen Filz umgeben. Der poröse Pilz erstreckt sich nach dem abgedichteten Ende zu dem Hohlfasermembran-Bündel hin, und verhindert, daß durch das
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Vakuum das Polyäthylenrohr zwischen dem Ende des flexiblen Schlauchs und dem Bündel zusammensinkt. Ein Streifen von faserverstärktem Klebeband (2,5 cm breit) wird an der Außenseite des Polyäthylenrohrs in einer Längsrichtung zur Verleihung von Festigkeit befestigt. Die Außenseite des Polyäthylenrohrs ist mit Mineralöl als Gleitmittel überzogen. Der flexible Schlauch führt durch ein Permeatorgehäuse mit einem Innendurchmesser von etwa 2,4 cm. Das Bündel wird im wesentlichen gerade gehalten und ein Vakuum unter Verwendung der Vakuumpumpe angelegt. Das Vakuum beträgt etwa 0,97 Atmosphären. Das Bündel wird dann in das Gehäuse hineingezogen. Das Vakuum wird abgestellt und der flexible Schlauch kurz an eine Laboratoriumsquelle für Preßluft (etwa 4 Atmosphären absolut) angeschlossen, um das Innere des Polyäthylenschlauchs unter Druck zu setzen. Die Druckluft wird abgestellt, das Band zur Befestigung des Polyäthylenrohrs an die Rohrwand entfernt, und das Polyäthylenrohr aus dem Gehäuse herausgezogen. Der Packungs-Faktor des Bündels in dem Gehäuse wurde zu etwa 59,8 % berechnet.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum Einführen eines Bündels von Hohlfasermembranen in ein Permeatorgehäuse, wobei diese Verfahren nur ein minimales Risiko einer Schädigung der Hohlfasermembranen aufweisen und hohe Packungs-Faktoren der Hohlfasermembranen innerhalb des
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Permeatorgehäuses ermöglichen. Bei den Verfahren wird ein Hohlfasermerabran-Bündel von einer im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen, flexiblen Umhüllung umgeben. Das Innere der Umhüllung wird unter einem niedrigeren Gesamtdruck als der Druck auf der Außenseite der Umhüllung, gehalten, derart, daß die flexible Umhüllung in Kontakt mit dem Bündel gelangt und das Bündel lateral verdichtet. Die das Bündel enthaltene Umhüllung wird dann in ein Permeatorgehäuse eingeführt, wobei das Druckdifferential aufrechterhalten wird. Die flexiblejUmhüllung kann innerhalb des Permeatorgehäuses verbleiben oder aus diesem durch Herausziehen entfernt werden.

Claims (12)

P a' t e η t a η- s: ρ r ü c h e
1. Verfahren zum Einführen eines Hohlfasermembran-Bündels für Plüssigkeitstrennungen in ein Permeatorgehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel mit einer im wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen, flexiblen Umhüllung umgeben ist, das Innere der flexiblen Umhüllung auf einem niedrigeren Gesamtdruck als der Druck an der Außenseite der flexiblen Umhüllung gehalten wird derart, daß die flexible Umhüllung das Bündel lateral zusammendrückt, und die das Bündel enthaltende flexible Umhüllung in das Permeatorgehäuse eingeführt wird, wobei das Innere der flexiblen Umhüllung auf einem niedrigeren Gesamtdruck als der Druck an der Außenseite der flexiblen Umhüllung gehalten wird.
X/R
»(089)988272 988273 988274 983310
O7-52-O427A GW
130014/1337
Telegramme:
BERGSTAPFPATENT München TELEX: 0524560 BERG d
ORiGiNAL INSPECTED
Bankkonten: Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM Bayec Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270) Postscheck München 65343-808 (BLZ 70010080)
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdruck-Differenz zwischen der Außenseite und der Innenseite der flexiblen umhüllung kleiner als 5 Atmosphären ist.
3. Verfahren nach Anspruch I7 dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdruck-Differenz zwischen der Außenseite und der Innenseite der flexiblen Umhüllung im Bereich von 0,1 bis 1 Atmosphäre liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenseite der flexiblen Umhüllung unteratmosphärischer Druck herrscht.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichne t,daß die flexible Umhüllung entfernt wird, nachdem das Bündel im wesentlichen in das Permeatorgehäuse eingeführt worden ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Umhüllung entfernt wird, indem man das Innere der flexiblen Umhüllung auf einen höheren Gesamtdruck als den Druck an der Außenseite der flexiblen Umhüllung bringt, so daß sich die flexible Umhüllung von den
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Hohlf asermeinbranen hinweg ausdehnt und abgezogen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Hohlfasermembranen Kräuselungen aufweisen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die laterale Verdichtung des Bündels durch die flexible Umhüllung ausreichend ist, um die Flexibilität des Bündels zu einer Änderung in der Anordnung herabzusetzen.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel in einer für die Einführung in das Permeatorgehäuse geeigneten Anordnung vorgesehen ist, bevor das Innere der flexiblen Umhüllung auf einem niedrigeren Gesamtdruck als der Druck an der Außenseite der flexiblen Umhüllung gehalten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a durch gekennzeichnet, daß der Packungsfaktor der Hohlfasermembranen in dem Permeatorgehäuse von 50 bis 65 % beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da-
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durch gekennzeichnet, daß das Permeatorgehäuse eine im wesentlichen kreisförmige Querschnittsanordnung aufweist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasermembranen eine im wesentlichen kreisförmige Querschnittsanordnung aufweisen.
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DE19803035853 1979-09-24 1980-09-23 Verfahren zum einfuehren eines hohlfasermembran-buendels fuer fluessigkeitstrennungen in ein permeatorgehaeuse Withdrawn DE3035853A1 (de)

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