DE3127362A1 - Appliance for mass and heat transfer between two fluids - Google Patents

Appliance for mass and heat transfer between two fluids

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DE3127362A1
DE3127362A1 DE19813127362 DE3127362A DE3127362A1 DE 3127362 A1 DE3127362 A1 DE 3127362A1 DE 19813127362 DE19813127362 DE 19813127362 DE 3127362 A DE3127362 A DE 3127362A DE 3127362 A1 DE3127362 A1 DE 3127362A1
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Klaus Prof. Dr. 1000 Berlin Affeld
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    • B01D63/16—Rotary, reciprocated or vibrated modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D—SEPARATION
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

Published without abstract.

Description

Vorrichtung zum Stoff- und WärmeübergangDevice for mass and heat transfer

zwischen zwei Fluiden Patentbeschreibung: Seite 1 ff Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für den Stoff- und Wärmeübergang zwischen zwei Fluiden, die durch Membranen getrennt sind und bei der durch eine schwingende Bewegung der Membranen in ihrer Ebene eine Erhöhung des Stoff- bzw. Wärmeübergangs erreicht wird. between two fluids Patent description: page 1 ff the The invention relates to a device for mass and heat transfer between two Fluids, which are separated by membranes and in which by an oscillating movement of the membranes in their plane an increase in the mass or heat transfer achieved will.

Bei Membranen, an denen ein Stoffübergang stattfinden soll, kommt es zur Ausbildung von Konzentrationsgrenzschichten, die häufig den Stoffübergang entscheidend begrenzen. Zweck der Erfindung ist eine möglichst weitgehende Verringerung der Konzentrationsgrenzschichtdicke durch eine schwingende Bewegung der Membranen in ihren Ebenen, wobei die Membranen eben sein können oder vorteilhaft wirbelerzeugende Oberflächenunebenheiten haben.In the case of membranes on which a mass transfer is to take place, comes it leads to the formation of concentration boundary layers, which often cause mass transfer limit decisively. The purpose of the invention is to achieve the greatest possible reduction the concentration boundary layer thickness due to an oscillating movement of the membranes in their planes, whereby the membranes can be flat or advantageously vortex-generating Have surface bumps.

Es ist bekannt, daß in einer um ihre Hauptachse schwingende torusförmig ausgebildete Membran Strömungen auftreten, die den Stoffübergang erhöhen. Ferner ist bekannt, daß an Membranen, die wellenförmige Oberflächenunebenheiten aufweisen, bei pulsierender Strömung Wirbel erzeugt werden, die den Stoffübergang an den Membranen erhöhen. Ferner ist bekannt, daß in einer Couetteströmung bei zwei- oder mehrphasigen Fluiden, insbesondere Suspensionen, eine Erhöhung des Stoffübergangs allein durch das Scherfeld stattfindet.It is known that in a toroidal swinging about its main axis formed membrane currents occur, which increase the mass transfer. Further it is known that membranes with undulating surface irregularities When the flow is pulsating, eddies are generated, which cause the mass transfer to the membranes raise. It is also known that in a Couette flow with two or more phases Fluids, especially suspensions, increase the mass transfer solely through the shear field takes place.

Bei der torusförmigen Membran ist es allerdings nötig, die gesamte Struktur einschließlich der Flüssigkeit in Schwingung zu versetzen.In the case of the toroidal membrane, however, it is necessary to use the entire To set the structure including the liquid in vibration.

Dabei treten nachteilige Massenkräfte auf.This creates disadvantageous inertia forces.

Bei den Vorrichtungen mit wellenförmigen Oberflächen der Membranen und pulsierender Strömung ist es allerdings erforderlich, das gesamte Flüssigkeitsvolumen an den Membranen hin- und herzubewegen.In the case of devices with undulating surfaces of the membranes and pulsating flow, however, it is necessary to use the entire volume of liquid move back and forth on the membranes.

Dabei treten nachteilige Druck- und Massenkräfte auf.This creates disadvantageous pressure and inertia forces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wärme- und Stoffübergang an Membranen in vorteilhafter Weise zu erhöhen.The invention is based on the problem of heat and mass transfer to increase membranes in an advantageous manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ebenen oder mit wirbel erzeugender Oberflächenunebenheit versehenen Membranen in ihren Ebenen in Schwingung versetzt werden.This object is achieved according to the invention in that the flat or membranes provided with vortex-generating surface unevenness in their planes be set in vibration.

Die auch hierbei auftretenden - allerdings geringeren - Massenkräfte können bei paarweise gegeneinander schwingenden Membranen ausgeglichen werden.The inertia forces that also occur here, albeit lower can be compensated for diaphragms that oscillate in pairs against each other.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das stoffübergangserhöhende Scherfeld und die stoffübergangserhöhenden Wirbel direkt an den Membranen auftreten und somit die schwingenden Massen minimal werden können.The advantages achieved with the invention are in particular: that the mass transfer increasing shear field and the mass transfer increasing vortices occur directly on the membranes and thus the oscillating masses are minimal can.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Abb. 1 dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben: Eine stapelförmig übereinander angeordnete Reihe von Membranen (1) ist so mit einem ähnlich angeordneten Membranstapel (2) zusammengefügt, daß beide Stapel in den von den Pfeilen (3) und (4) gezeigten Richtungen gegeneinander schwingen können und der Stoffübergang in den Flüssigkeitsspalten (5) somit erhöht wird. Durch eine Lagerung der Membranen wird eine gleichmäßige Dicke der Flüssigkeitsspalte bewirkt. Der Flüssigkeitsstrom (6) tritt in das Gehäuse (7) durch die Zu- und Abläufe (8) ein und aus. Der zu übertragende Stoff wird dabei durch die Leitungen (9) zugeführt bzw. über die Leitungen (lo) abgeführt. Ein weiteren Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 2.An embodiment of the invention is shown in Fig. 1 and is described in more detail below: One stacked one on top of the other Row of membranes (1) is like this with a similarly arranged membrane stack (2) put together that both stacks in the directions shown by arrows (3) and (4) can oscillate against each other and the mass transfer in the liquid gaps (5) is thus increased. By mounting the membranes, a uniform Thickness of the liquid gap causes. The liquid flow (6) enters the housing (7) through the inlets and outlets (8) in and out. The material to be transferred is thereby fed through the lines (9) or discharged through the lines (lo). Another The embodiment is shown in Fig. 2.

Hier sind die Membranen (1) und (2) durch die klirbelwellen (3) so gelagert und geführt, daß sich die Membranen der Reihe (1) gegen die Reihe (2) parallel zueinander auf Kreisbahnen bewegen.Here the membranes (1) and (2) are like this due to the tinkling waves (3) stored and guided that the membranes of the row (1) against the row (2) parallel move towards each other on circular paths.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.The invention is not restricted to the exemplary embodiments.

Ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel zeigt Abb. 3. In einer Anordnung gemäß Abb. 1 sind die Membranen (1) so angebracht, daß sie in einem Stück gefaltet auf der Stützstruktur (2) befestigt sind. Ein in die Spalte (3) eingreifender- in der Abb. 3 nicht dargestellter -Stapel von Membranen ist gleichartig ausgebildet.Another exemplary embodiment is shown in Fig. 3. In one arrangement According to Fig. 1, the membranes (1) are attached so that they are folded in one piece are attached to the support structure (2). An in the column (3) intervening in the Fig. 3 stack of membranes, not shown, is designed in the same way.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 4. Hier sind die Membranen in koaxial ineinander gefügten Zylinderflächen angeordnet.Another embodiment is shown in Fig. 4. Here are the membranes arranged in coaxially joined cylinder surfaces.

Die Schwingung der Membranen gegeneinander erfolgt entweder in der Richtung der Pfeile (1) oder (2) oder in einer kombinierten Schwingung.The vibration of the membranes against each other takes place either in the Direction of arrows (1) or (2) or in a combined oscillation.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt Abb. 5. Hier sind die Membranen in Abwandlung von Abb. 4 nicht als Kreiszylinder ausgebildet, sondern als spiralförmig ineinander gefügte Hembranflächen.Another embodiment is shown in Fig. 5. Here are the membranes In a modification of Fig. 4, it is not designed as a circular cylinder, but as a spiral nested membrane surfaces.

Claims (19)

Patentansprüche 1. Vorrichtung für den Stoffübergang von Membranen auf Fluide, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen zur Erhöhung des Stoffübergangs in ihrer Ebene schwingen.Claims 1. Device for the mass transfer of membranes on fluids, characterized in that the membranes to increase the mass transfer vibrate in their plane. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen in einer oder gleichzeitig in zwei Achsen schwingen, die in der Membrenebene liegen.2. Device according to claim 1 or the following, characterized in that that the membranes vibrate in one or at the same time in two axes, which in the Membrane level lie. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen glatt sind oder wirbelerzeugende Unebenheiten aufweisen.3. Device according to claim 1 or the following, characterized in that that the membranes are smooth or have vortex-generating unevenness. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten in die Membran fest eingeformt sind.4. Apparatus according to claim 1 or the following, characterized in that that the bumps are firmly molded into the membrane. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Unebenheiten durch eine flexible Membran und eine entsprechend ausgebildete Stützstruktur aufgrund einer transmembranen Druckdifferenz gebildet werden.5. Device according to claim 1 or the following, characterized in that that the bumps by a flexible membrane and a correspondingly trained Support structure can be formed due to a transmembrane pressure difference. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen mit der Stützstruktur, z.B. durch Verklebung oder Beschichtung, fest miteinander verbunden sind.6. Device according to claim 1 or the following, characterized in that that the membranes with the support structure, e.g. by gluing or coating, are firmly connected to each other. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen stapelförmig angeordnet sind und zwei Stapel ineinandergreifend gegeneinander eine schwingende Bewegung innerhalb eines gemeinsamen ruhenden Gehäuses ausführen.7. Apparatus according to claim 1 or the following, characterized in that that the membranes are arranged in a stack and two stacks interlocking against each other an oscillating movement within a common stationary housing carry out. 8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Membranstapel gegenüber dem gemeinsamen Gehäuse schwingt und der andere Membranstapel fest mit dem Gehäuse verbunden ist.8. Device according to claim 1 or the following, characterized in that that only one membrane stack vibrates with respect to the common housing and the other Membrane stack is firmly connected to the housing. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß beide Membranstapel nicht gegeneinander mit dem Phasenwinkel 1800 sondern parallel (Phasenwinkel 00) oder einem beliebigen Phasenwinkel zueinander schwingen.9. Device according to claim 1 or the following, characterized in that that both membrane stacks are not mutually opposite with the phase angle 1800 but parallel (Phase angle 00) or any phase angle to each other. lo.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Schwingung erforderliche Lagerung der Membranstapel zueinander und innerhalb des gemeinsamen Gehäuses über elastisch verformbarevkonstanten Abstand haltende) Elemente verwirklicht ist.lo.Vorrichtung according to claim 1 or the following, characterized in that that the storage of the membrane stacks required for the vibration to each other and within the common housing over an elastically deformable constant distance holding) elements is realized. 11.Vorrichtung nach Anspruch I oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungen zu den schwingenden Membranstapeln über flexible Leitungen erfolgen.11.Vorrichtung according to claim I or the following, characterized in that that the supply and discharge lines to the vibrating membrane stacks via flexible lines take place. 12.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Leitungen gleichzeitig als Lagerelemente für die schwingenden Membranstapel benutzt werden.12.Vorrichtung according to claim 1 or the following, characterized in that that the flexible lines at the same time as bearing elements for the vibrating Membrane stacks are used. 13.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Membranstapel durch Faltung einer einzigen Membran gebildet wird.13.Vorrichtung according to claim 1 or the following, characterized in that that the membrane stack is formed by folding a single membrane. 14.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen auf Mantelflächen-von Zylindern angeordnet sind, deren Grundlinie unterschiedlich geformt sein kann, insbesondere kreisförmig, elliptisch, rechteckig und spiralig.14.Vorrichtung according to claim 1 or the following, characterized in that that the membranes are arranged on the lateral surfaces of cylinders, the base line of which can be shaped differently, in particular circular, elliptical, rectangular and spiral. 15.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluide, zwischen denen ein Stoffaustausch stattfindet, im Gleich-, Gegen- oder Kreuzstrom geführt werden.15.Vorrichtung according to claim 1 or the following, characterized in that that the fluids, between which a mass transfer takes place, in the same, counter- or cross-flow. 16.Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß statt eines Stoffes zwischen den Fluiden Wärme ausgetauscht wird und anstelle der Membranen wärmeleitende Wände treten.16.Vorrichtung according to claim 1 or the following, characterized in that that instead of a substance heat is exchanged between the fluids and instead the membranes enter the heat-conducting walls. 17. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung für den Stoffübergang bei Blut als ein Fluid verwendet wird.17. The device according to claim 1 or the following, characterized in that that the device is used for mass transfer in blood as a fluid. 18. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die schwingende Bewegung der Membranstapel mechanisch durch eine rotierende Exzentereinrichtung oder piezoelektrisch oder elektromagnetisch oder auf andere Weise, wie z.B. durch hydrodynamische Kräfte, erzeugt wird.18. Device according to claim 1 or the following, characterized in that that the oscillating movement of the membrane stack is mechanically replaced by a rotating one Eccentric or piezoelectric or electromagnetic or other Manner, such as generated by hydrodynamic forces. 19. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Apparat nach Art einer Wirbelschicht einmalig oder in einem Teilstrom kontinuierlich Partikel zugefügt werden, die die scherbedingte Erhöhung der Transportvorgänge weiter steigen und die selbst Träger eines Stoffen sein können.19. The device according to claim 1 or the following, characterized in that that in the apparatus in the manner of a fluidized bed once or in a partial flow particles are continuously added, which increases the transport processes due to shear continue to rise and which can themselves be carriers of a substance.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0388546A1 (en) * 1989-03-10 1990-09-26 Joseph Bradley Culkin Device and method for filtering a colloidal suspension
US6322698B1 (en) 1995-06-30 2001-11-27 Pall Corporation Vibratory separation systems and membrane separation units

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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