DE3048559C2

DE3048559C2 - Kreuz-Gegenstrommodul

Info

Publication number: DE3048559C2
Application number: DE3048559A
Authority: DE
Inventors: Hans-Günter 5600 Wuppertal Breidohr; Rüdiger Dipl.-Ing. 8753 Obernburg Lucks; Clemens Dipl.-Ing. 8765 Erlenbach Neuhaus; Gerhard 8753 Obernburg Wick
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo Patente 5600 Wuppertal De GmbH
Priority date: 1980-12-22
Filing date: 1980-12-22
Publication date: 1985-08-01
Also published as: JPH0233958B2; DE3048559A1; JPS57169597A; US4649991A

Description

bau bereits fertigen Hohlfadeneinbauten müssen nur noch in ein Gehäuse eingebaut und mit diesem vergossen werden, so daß auch die Herstellung des Moduls stark vereinfacht wird.

Das für die Stege geeignete Polymer soll nicht ein ausgesprochener Kleber sein, sondern die Hohlfaden formschlüssig im Steg fixieren und bei Raumtemperatur eine Restadhäsion aufweisen, damit die übereinanderliegenden Stege verschiedener Lagen sich auf einfache Weise verbinden chne dabei aber fest zu verkleben. Ausgesprochene Kleber wie beispielsweise Cyanacrylate sind vollkommen ungeeignet

Der Schmelzpunkt der Polymeren, die sich für die Stege eignen, liegt zwischen 80 bis 190° C, wobei aber solche Polymeren im allgemeinen besser geeignet sind, deren Schmelzpunkt zwischen 100 und 160° C liegt Bei hochviskosen Polymeren, wie Polyamid und Polyester muß die Verarbeitungstemperatur deutlich höher als der Schmelzpunkt liegen, bevorzugt um 40—50°. Bei Polymeren mit einem Schmelzpunkt zwischen 100 und 160° C beträgt die Verarbeitungstemperatur 150—200⁰C

Als geeignet haben sich bisher Polyamid, Pollster, Polyäthylen, Copolymere aus Polyäthylen und Vinylacetat sowie Copolyätherester erweisen.

Überraschenderweise erhält man dann eine besonders gute Abdichtung der übereinanderliegenden Stege, wenn sie einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweisen. Die Stege sind lediglich an den Berührungslinien mit den benachbarten Lagen leicht abgeflacht Ein rechteckiger Querschnitt der Stege entsteht dann, wenn insbesondere bei hochviskosen Polymer-Schmelzen der Steg nach dem Auftragen in einem nachfolgenden Arbeitsgang bis auf den Grund der Hohlfadenlage gedruckt wird. Dabei entsteht ein in Holfadenrichtung besonders dichter Steg. Der Stegdurchmesser soll zweckmäßig dem 13- bis 4fachen Hohlfadendurchmesser entsprechen. Bevorzugt ist jedoch, daß der Stegdurchmesser dem 1,8- bis 2^2fachen Hohlfadendurchmesser entspricht

Wenn es sich als notwendig erweist, die Querfestigkeit der Hohlfadenlagen zu verstärken, ist es in Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, daß die Hohlfadenlagen in jeweils einer Ebene durch Kettfaden quer zur Lumenrichtung fixiert sind und daß die Stege auf die Kettfaden aufgebracht sind.

Der erfindurvgsgemäße Kreuz- und Gfcgenstrom-Modul läßt sich nahezu jedem gewünschten Strömungsprofil anpassen. Sie lassen sich vor allem dadurch verwirkJichen, daß der Stapel aus mehreren versetzt angeordneten Schichten besteht Die Abstände der Stege können in jeder Schicht gleich oder unterschiedlich sein. Bei den üblichen Abmtssungen von ca. 20 bis 200 cm für den Modul betragen die Abstände benachbarter Stege 1 bis 20 cm. Sie sind innerhalb einer Schicht über die Hohlfadenlänge im allgemeinen gleich. Bevorzugt wird, daß die Stegabstände verschiedener Schichten in einem Stapel ganzzahlige Verhältnisse bilden. Dadurch wird erreicht, daß die Stege Verschiedener Schichten zumindestens nach bestimmten Mustern wieder genau übereinander liegen.

Die Herstellung der Stapel für den erfindungsgemäßen Kreuz-Gegenstrom-Modul erfolgt bevorzugt im Anschluß an die Hohlfadenherstellung und tritt an die Stelle der üblichen Aufwicklung. Hohlfaden können nach beliebigen Spinnverfahren und aus beliebigen fadenbildenden Polymeren hergestellt werden, beispielsweise aus regenerierter Ceiblose nach dem Cuoxam- oder Viskoseverfahren. Es ist aber auch möglich, CeIIulosehohlfäden aus Lösungen in tertiären Aminoxiden zu spinnen. Polyester- oder Polyamidhohlfäden werden beispielsweise im Schmelzspinnverfahren hergestellt Auch dort läßt sich die Herstellung der Hohlfadenstapel anstelle der Aufwicklung im Verfahren integrieren.

Auf die die Hohlfadenspinnmaschine verlassenden Hohlfadenscharen wird in bestimmten Abständen voneinander das die Stege bildende geschmolzene Polymer unter einem solchen Winkel kontinuierlich auf die Hohlfadenschar ausgesponnen, daß trotz fortschreitender Hohlfadenschar die Stege im wesentlichen senkrecht zur Fadenlaufrichtung verlaufen. Eine dazu geeignete Vorrichtung besteht aus einem in einem spitzen Winkel

is zur Fadenlaufrichtung angeordneten Doppelrohr, dessen äußeres Rohr mit einem gerade verlaufenden die ganze Breite der Fadenschar überstreichenden Schlitz versehen und nicht drehbar, festgelager* ist während sein inneres Rohr mit mindestens einem die ganze Breite in mindestens einer Wendel schraubenförmig überstreichenden Schlitz versehen, in das äußc··: Rohr, drehbar gelagert, eingepaßt und mit A.ntrieb verbunden ist, wobei der Innenraum des inneren Rohres an einen Behälter für das geschmolzene Polymer angeschlossen ist Diese Vorrichtung hat den Vorteil, daß auf eine changierende Düse, die an den Umkehrstellen schnell abgebremst und wieder in entgegengesetzter Richtung beschleunigt werden muß, verzichtet werden kann. In den F i g. 1 bis 3 sind einige Ausbildungsformen des erfindungsgemäßen Moduls bzw. der Stapel dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 die Anordnung der Hohlfaden (1) im Stapel beim Übergang von einer Schicht zur nächsten. Dabei gehören die oberen 4 Ebenen der Hohlfäden (1) im Längsschnitt (Fig. la) resp. im Querschnitt (Fig. Ib) zu der einen und die unteren 4 Ebenen der Hohlfäden (l)-zu einer anderen Schicht im Stapel, was daran erkennbar ist, daß die Stege (2) jeder Schicht jeweils genau übereinander angeordnet sind. F i g. Ic ist die den F i g. la und 1 b zugehörige Aufsicht. Die gestrichelt eingezeichneten Linien (3) deuten den Strömungsverlauf des am Austausch beteiligten Stoffstromes um die Hol !fäden (1) an, während die mit Pfeilen versehenen Linien (4) innerhalb der Hohlfäden (1) den Strömungsverlauf des durch die Hohlfaden (1) geleiteten anderen am Austausch beteiligten Stoffstromes zeigen.

Fig.2 zeigt den Längsschnitt eines Krcuz-Gegcn- ■ Strom-Moduls für den Stoff- und/oder Wärmeaustausch, bei dem ein Stapel aus nur einer Schicht zusammengesetzt ist, die aus Lagen von jeweils in einer Ebene durch Stege (2) quer zur Lumenrichtung fixierten Hohlfäden (1) besteht. Alle Stege sind im gleichen konstanten Abstand voneinander genau übereinander angeordnet. Dadurch ergibt sich der durch die gestrichelten Linien (3) angedeutete Strömungsverlauf um die Hohlfaden (1).

Fig.3 zeigt den Längsschnitt eines Kreuz-Gegenstrom-Moduls für den Stoff- und/oder Wärmeaustausch mit einem Stapel, der aus drei Schichten zusammengesetzt ist, wobei das Verhältnis der Stegabstände äußere Schichten zu der in der Mitte angeordneten Schicht 2 :1 beträgt und die unten angeordnete Schicht um den halben Stegabstand zur oben angeordneten Schicht versetzt angeordnet ist. Mit (1) sind wiederum die Hohlfaden einer Lage, mit (2) die Stege und mit (3) der Strömungsverlauf um die Hohlfaden (1) bezeichnet.

Hierzu 2 birttt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kreuz-Gegenstrom-Modul für Stoff- und/oder Wärmeaustauscher aus an den Stirnseiten mit dem Gehäuse vergossenen Hohlfadenbündeln und Einrichtungen zum Führen des Stoffstromes an der Außenseite der Hohlfäden, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnseiten die Hohlfaden als Stapel mit dem Gehäuse vergossen sind und der Stapel aus ein oder mehreren Schichten zusammengesetzt ist, die aus Lagen von in jeweils einer Ebene durch Stege quer zur Lumenrichtung fixierten Hohlfaden bestehen und daß die in vorbestimmten konstanten Abständen angeordneten Stege aller Lagen innerhalb einer Schicht jeweils genau übereinander angeordnet sind und daß die Zwischenräume zwischen den Hohlfäden an den Keuzungsstellen von den Stegen ausgefüllt sind, wobei die Stege aus einem Polymeren mit einem Schmelzpunkt von 80 bis 190⁰C und mn. siner Restadhäsion bei Raumtemperatur bestehen.

2. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt des Polymeren 100— 160⁰C beträgt

3. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach Anspruch 1 —2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Polyamid ist

4. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach den Ansprüchen 1—2, dadurch gekennzeichnet daß das Polymer ein Polyäthylen ist

5. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach den Ansprüchen 1—2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Copolymer aus Polyäthylen und Vinylacetat ist.

6. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach den Ansprüchen 1—2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Copolyätherester ist.

7. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach den Ansprüchen 1—6, dadurch gekennzeichnet daß die Stege einen im wesentlichen runden Querschnitt aufweisen.

8. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach den Ansprüchen 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stegdurchmesser dem 13- bis 4fachen Hohlfadendurchmesser entspricht.

9. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stegdurchmesser dem 1,8- bis 2,2fachen Hohlfadendurchmesser entspricht

10. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach den Ansprüchen 1 —9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege auf Kettfaden aufgebracht sind.

11. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach den Ansprüchen 1 — 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stapel aus mehreren versetzt angeordneten Schichten besteht.

12. Kreuz-Gegenstrom-Modul nach den Ansprüchen 1 — 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände benachbarter Stege 1 —20 cm betragen.

13. Kfeuz-Gegenstrom-Modul nach den Ansprüchen 1 — 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegabstände verschiedener Schichten in einem Stapel ganzzahlige Verhältnisse bilden.

Die Erfindung betrifft einen Kreuz-Gegenstrom-Modul für Stoff- und/oder Wärmeaustauscher aus an den Stirnseiten mit dem Gehäuse vergossenen Hohlfadenbündeln und Einrichtungen zum Führen des Stoffstromes an der Außenseite der Hohlfäden.

Aus der Verfahrenstechnik sind Kreuz-Gegenstromwärmeaustauscher mit Einrichtungen zum Führen des Stoffstromes gut bekannt wodurch einer der Stoffströme durch Rohrbündel geleitet wird und der andere ^ am

ίο Austausch beteiligte. Stoff strom um die Rohre geleitet wird. Zum Führen des Stoffstromes um die Rohre sind Einbauten vorgesehen, die den Kreuzgegenstrom bewirken. Bei solchen Wärmeaustauschern mit Rohrbündeln sind die Gesetze des Wärmeaustausches weitge- hend erforscht so daß die Wirksamkeit des Wärmeaustausches bei einer bestimmten Strömungsführung berechenbar und optimierbar wurden. Deshalb ist man bestrebt die gleichen Gesetzmäßigkeiten auch auf den Wärmeaustausch bei Hohlfädenmodulen und, da der Stoffaustausch nach analogen Gesetzmäßigkeiten verläuft auch auf den Stoffaustausch für Module mit Hohlfadenbü'.deln anzuwenden. Da Hohlfaden aus fadenbildendci Polymeren hergestellt werden, bereitet es Schwierigkeiten, entsprechende flüssigkeitsdichte Ein bauten zur Führung des Stoffstromes um die Hohlfäden anzubringen.

Die US-PS 40 82 67O.i>eschreibt einen Kreuz-Gegenstrom-Modul mit Hohlfadenbündeln, bei denen die Strömung durch eine entsprechende Gestaltung des

Gehäuses erzielt wurde.

Aus der US-PS 35 Jo 611 ist ein Kreuzstrom-Modul bekannt bei dem die durch Kettfäden festgelegten Hohlfäden um ein zentrales Verteilerrohr gewickelt sind, durch welches eine Flüssigkeit quer zur Fadenach se um die Hohlfäden geieitet wird, die durch die Gehäu sewand abgeleitet wird.

Die DE-OS 27 21 444 beschreibt einen Hohlfaserdialysator, bei dem die mit Hilfe von Fäden untereinander zu einer querliegende Hohlfasern aufweisenden Bahn verbunden sind und diese auf einen Kern aufgewickelt ist. Eine bestimmte Strömungsrichtung für die umströmende Flüssigkeit ist nicht vorgesehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war die Schaffung eines Moduls mit verbesserten Leistungsdaten, dessen Herstellung sich durch besondere Einfachheit auszeichnet und sowohl bei der Herstellung der Hohlfäden als auch bei der Herstellung der Module besondere Vorteile bietet Gelöst wird diese Atifgabe durch einen Kreuz-Ge gönstrom- Modul, der dadurch gekennzeichnet ist, daß an den Stirnseiten die Hohlfäden als Stapel mit dem Gehäuse vergossen sind und der Stapel aus ein oder mehreren Schichten zusammengesetzt ist, die aus Lagen von in jeweils einer Ebene durch Stege quer zur Lumen richtung fixierten Hohlfäden bestehen und daß die in vorbestimmten konstanten Abständen angeordneten Stege aller Lagen innerhalb einer Schicht jeweils genau übereinander angeordnet sind und daß die Zwischenräume zwischen den Hohlfäden an den Kreuzungsstel- len von den Stegen ausgefüllt sind, wobei die Stege aus einem Polymeren mit einem Schmelzpunkt von 80 bis 190° C und mit einer Restadhäsion bei Raumtemperatur bestehen.

Ein solcher Modul bietet den Vorteil, daß bei der

Hohlfadenherstellung das Aufwickeln auf Spulen überflüssig wird und die einzelnen Lagen von Hohlfadenscharen übereinander geschichtet und gleich zu Stapeln zusammengefaßt werden können. Diese für den Modul-