DE3242816C1 - Vorrichtung zur Massenübertragung mit einem Paket von Membranen - Google Patents

Vorrichtung zur Massenübertragung mit einem Paket von Membranen

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DE3242816C1
DE3242816C1 DE19823242816 DE3242816A DE3242816C1 DE 3242816 C1 DE3242816 C1 DE 3242816C1 DE 19823242816 DE19823242816 DE 19823242816 DE 3242816 A DE3242816 A DE 3242816A DE 3242816 C1 DE3242816 C1 DE 3242816C1
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membranes
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Werner Dipl.-Ing. 6698 Namborn Henssgen
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Fresenius SE and Co KGaA
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    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/24Dialysis ; Membrane extraction
    • B01D61/28Apparatus therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/36Pervaporation; Membrane distillation; Liquid permeation
    • B01D61/362Pervaporation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08Flat membrane modules
    • B01D63/082Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B01D63/084Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes at least one flow duct intersecting the membranes
    • B01D63/085Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes at least one flow duct intersecting the membranes specially adapted for two fluids in mass exchange flow
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2313/00Details relating to membrane modules or apparatus
    • B01D2313/14Specific spacers

Description

  • Die Abstandshaltereinrichtungen werden nämlich maschincll durch Aufdrucken aufgebracht. So werden die umlaufenden Maskenränder sowie die Abstandshalterpunkte zugleich in einem vorgewählten Muster in der Druckstatioll atifgedruckt und anschließend die bcdruckte Membran in einer Ablegestation ZU einem Sta- pcl von Membranen abgelegt.
  • Durch einen derartigen maschinellen Auftrag, insbesondere das Aufdrucken, kann die Dimensionierung der Abstandshalterschicht gegenüber separat eingesetzten Kunststoffabstandshalterpla tten erheblich verringert werden.
  • Da die noch nicht ausgehärtete, auf die Membran aufgetragene Schicht und eine weitere Membran zu~ sammengebracht werden, bei der ebenfalls diese Schicht noch nicht ausgehärtet ist, kann zuverlässig ein Membranpaket erhalten werden, bei dem sämtliche aufgebrachten Flächen und Punkte jeweils an der darüber gestapelten Membranoberfläche befestigt sind. Da klebende Massen als Auftragsmasse eingesetzt werden, kleben die entsprechend aufgetragenen Massen sowohl auf der Auftragsfläche als auch an der aufgestapelten Membran fest und bilden hierdurch eine stabile, dichte Einheit entsprechend dem aufgetragenen Muster. Diese Einheit erstreckt sich natürlich über das gesamte Mcmbranpaket, das nach der Herstellung bereits vollständig dicht und verschlossen ist.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Ausführungsformen sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, F i g. 2 eine Membran mit einer ersten Abstandhalterschicht für das erste Strömungsmedium, F i g. 3 eine weitere Membran mit einer zweiten Abstandshalterschicht für ein zweites Strömungsmedium, F i g. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV - IV durch einen Teil des Membranstapels, der aus den Membranen gem. Fig. 2 und 3 besteht, F i g. 5 einen Schnitt entlang der Linie V - V in ähnlieher Ausführung gem. F i g. 4 und F i g. 6 einen Schnitt entlang der Linie Vl - Vl durch zwei übereinander gestapelte Membranen.
  • In Fig. ist die erfindungsgemäße Vorrichtung mit 10 bezeichnet. Sie ist im wesentlichen als sogen. Plattendialysator ausgebildet und weist ein Gehäuse 12 aul: das einen Zuführstutzen 14 und einen Abführstutzen 16 für das erste Strömungsmedium. also Dialysierflüssigkeit, sofern diese Vorrichtung als Dialysator eingesetzt wird, und einen Zuführstutzen 18 und einen Abführstutzen 20 für das zweite Strömungsmedium aufweist, das im Falle eines Dialysators Blut ist. Diese Stutzen sind mit genormten Anschlüssen versehen und können somit mit entsprechenden Aufsteckeinrichtungen, die an Verbindungsschläuchen angebracht sind, in Verbindung gebracht werden.
  • Diese Zuführstutzen durchsetzen entsprechende Bohrungen im Gehäusedeckel 22 und sind mit entsprechenden, nachstehend erläuterten Durchbrechungen im Membranpaket in Strömungsverbindung.
  • Gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Stutzen 14-20 im wesentlichen senkrecht zur Hauptebene der Vorrichtung angeordnet, die im übrigen mit der Membranpaketebene zusammenfällt.
  • In der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform besteht das Gehäuse 12 aus einem im wesentlichen rechteckigen Hauptbestandteil 24, an das sich im wesentlichen keilförmige Enden 26 und 28 anschließen. Diese vorzugsweise keilförmige Ausführung der Enden 26 und 28 soll der besseren Strömungsführung der zuströmenden und abströmenden Medien dienen, was nachstehend anhand der in F i g. 2 und 3 gezeigten Membranausführungsformen eingehend erläutert wird.
  • Andererseits kann jedoch auch das Gehäuse 12 eine andere Form, beispielsweise eine rechteckige, bauchige u. dgl. annehmen, wobei allerdings darauf zu achten ist, daß eine möglichst günstige Strömungsführung erreicht wird. Diese ist jedoch im wesentlichen durch die Form des aufgetragenen Abstandshaltermusters und weniger durch die Form des Gehäuses 12 gegeben.
  • Die Höhe des Gehäuses entspricht in etwa der Höhe des in das Gehäuse eingelegten Membranpakets, das also beim Zusammensetzen dicht jeweils am Gehäuseboden und am Gehäusedeckel 22 anliegt. Um eine möglichst genau dimensionierte Membranpakethöhe zu erhalten, wird das Gehäuse vorzugsweise beim Zusammensetzen unter Druck gesetzt, wobei die obere Hälfte des Gehäuses auf die untere Hälfte des Gehäuses mit einem Anpreßdruck von etwa 2-10 bar/cm2 angedrückt wird. Ein derartiger Druck gewährleistet, drall die Abstandshaltclschichten nur unwesentlich zusammengedrückt werden und ein einwandfreier Durchgang der Strömungsmedien durch das Membranpaket aufrechterhalten wird. Andererseits kann jedoch auch drucklos gearbeitet werden, sofern sichergestellt ist, daß die Innenflächen des Gehäuses 12 unmittelbar am Membranpaket an liegen, so daß eine Verformung des Membranpakets durch Aufquellen der Membranen nach Beaufschlagung mit den Strömungsmedien sicher verhindert wird. Diese Druckbehandlung ist also lediglich eine Vorsorgebehandlung, um die richtige Positionierung des Membranpakets innerhalb des Gehäuses 12 zu erreichen und ein einwandfreies Arbeiten der Membranen selbst während der Behandlung sicherzustellen.
  • Da die Membranen bei der Beaufschlagung mit Strömungsmedien, insbesondere Wasser, quellen, können erhebliche Drücke innerhalb des Gehäuses 12 auftreten, so daß dieses verformt werden kann, was wiederum das einwandfreie Arbeiten dieser Membran beeinträchtigen kann. Gemäß der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsforin sind daher sowohl der Gehäusedeckel 22 als auch der Gehäuseboden mit Längsrippen 30 und Querrippen 32 verstärkt, die einer Verformung des Gehäuses 12 entgegenwirken und sicher die im Gehäuse 12 auftretenden Drücke abfangen können. Somit gewährleistet dieses Gehäuse eine einwandfreie Positionierung des nachstehend erläuterten Membranpakets.
  • Wie bereits vorstehend erwähnt, werden die Gehäusehälften nach dem Einlegen des Membranpakets aufeinander gelegt und anschließend nach einer ggf. erfolgten Druckbehandlung miteinander verschweißt, wobei die üblichen Gehäusematerialien, beispielsweise Polycarbonat, PVC. Polyethylen. Polypropylen u. dgl., zum Einsatz kommen können. Der Verschweißungsvorgang an sich ist nicht kritisch und erfolgt nach den üblichen bekannten Verfahren, z. B. Ultraschall.
  • Es ist nochmals hervorzuheben, daß die Innenoberflächen des Gehäuses im wesentlichen plan sein sollen und vorzugsweise im Bereich der Durchführungen der Stutzen 14-20 ringförmige Erhebungen aufweisen sollen, die eine sichere Dichtung mit den nachstehend erläuterten Durchbrechungen in den Membranen gewährleisten sollen.
  • In Fig. 2 und 3 sind Membranen 34 und 36 gezeigt, die jeweils verschiedene Beschichtungsmuster aufweisen. Die in F i g. 2 gezeigte Membran weist ein derartiges Muster auf, das auf der Seite des Strömungsmediums eingesetzt werden kann, in dessen Abteil ein Unterdruck herrscht. Dieses Muster weist daher einen den Umfangsrand der Membran 34 umgebenden Abstandshalterrand 38 auf, der sich im Eckbereich 40 und 42 dieser Membran 34 erheblich verbreitert und nahezu diesen gesamten Eckbereich 40 und 42 ausfüllt. Dieser insgesamt mit 38 bezeichnete Abstandshalterrand hat einerseits die Aufgabe, ein wechselweise aus den Membranen 34 und 36 zusammengesetztes Membranpaket umfangseitig abzudichten und andererseits die Durchbrechungen 44 und 46 in der Membran 34, die in dem Eckbereich 40 und 42 vorgesehen sind, fluiddicht abzuschließen.
  • Weiterhin weist die Membran 34 im Anschluß an diesen Abstandshalterrand 38 eine Vielzahl von Abstandshalterpunkten 48 auf, die im wesentlichen regelmäßig über die übrige Gesamtfläche der Membran verteilt sind, mit der Ausnahme der Durchbrechungen 50 und 52 sowie der diese im wesentlichen konzentrisch umgebenden sternförmigen Erhebungen 34. Die zwischen den Abstandshalterpunkten 48 verbliebenen Zwischenräume 56 stellen einen ersten Strömungspfad für das erste Strömungsmedium dar, das somit durch diese Zwischenräume hindurch von der Durchbrechung 52 bis zur Durchbrechung 54 oder umgekehrt strömen kann. Im Beispielsfall stellt die Gesamtheit der Zwischenräume 56, die vom Abstandshalterrand 38 umschlossen wird, ein erstes Abteil dar, das von Dialysierflüssigkeit durchflossen wird.
  • Um eine gleichmäßige Verteilung der Dialysierflüssigkeit über die Gesamtheit der Zwischenräume 56 zu gewährleisten, sind die Durchbrechungen 52 und 54 mit den vorstehend erwähnten sternförmig angeordneten Erhebungen 54 umgeben. Diese sternförmigen Erhebungen weisen vorteilhafterweise eine tropfenförmige Gestalt auf, deren Spitze zur Durchbrechung 50 und 52 hinweist. Hierdurch wird eine günstige hydrodynamische Durchströmung der zwischen den Erhebungen 54 gebildeten Kanäle 58 erreicht, durch die dieses Strömungsmedium, also insbesondere Dialysierflüssigkeit, in die Zwischenräume 56 einfließt. Es hat sich dabei herausgestellt, daß diese Anordnung eine im wesentlichen über die Gesamtbreite der Membran 34 gleichmäßige Strömungsfront dieses Strömungsmediums erzeugt, so daß im wesentlichen in sämtlichen Bereichen der Oberfläche der Membran 34 gleiche Austausehbedingungen gewährleistet sind.
  • Die Strömungsgeschwindigkeit und die einheitliche Strömungsverteilung orientieren sich weiterhin an der Größe der Zwischenräume und der geometrischen Beschaffenheit der Abstandshalterpunkte 48. Die Volumengröße der Zwischenräume 56 steht dabei ebenfalls in Beziehung mit der Größe der Abstandshalterpunkte 48.
  • Der Durchmesser und die Form der Punkte sind ebenfalls abhängig von der Größe der Zwischenräume und der Strömungsgeschwindigkeit des Ströinungsmediums. Überlicherweise liegt der Durchmesser der Abstandshalterpunkte 48 in einem Bereich von etwa 0,5-1,5, insbesondere bei etwa 1 mm. Dabei ist dieser Durchmesser nach unten hin begrenzt durch die Art der Auftragung. Wird beispielsweise gemäß der bevorzugten Ausführungsform das Siebdruckverfahren verwendet, so ist der Durchmesser dieser Punkte in Abhängig keit von der eingesetzten Masse zu ihrer Herstellung auf etwa 0,5 mm beschränkt.
  • Weiterhin ist die Form der Punkte ebenfalls auf das Auftragungsverfahren beschränkt und wird im allgemeinen eine in etwa kreisrunde einnehmen, sofern die vorstehenden Durchmesser eingehalten werden.
  • Die Höhe der Abstandshalterpunkte 48 als weitere Dimension für die Volumengröße der Zwischenräume 56 bestimmt sich nach den durchzusetzenden Mengen des Strömungsmediums und der Strömungsart selbst, die im laminaren Zustand bleiben soll. Dabei sind stark erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten im wesentlichen unerwünscht, da hierdurch der Massenaustausch negativ beeinflußt wird. Im allgemeinen wird die Punkthöhe wenigstens etwa 100 pm für die in Fig. 2 gezeigte Membran 34, also insbesondere für das Abteil für die Dialysierflüssigkeit betragen. Sie liegt insbesondere in einem Bereich von etwa 100-150 um.
  • Die in F i g. 3 gezeigte Membran 36 weist im wesentlichen eine der Membran 34 von F i g. 2 ähnliche Gestalt auf, so daß gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet werden. Demgemäß sind aus F i g. 3 ebenfalls die Durchbrechungen 44, 46,50,52 sowie die Punkte 48 und die Zwischenräume 56 ersichtlich. Der Abstandshalterrand 60 ist gegenüber der in Fig.2 gezeigten Ausführung in bezug auf die Ecken 62 und 64 verändert, ist jedoch im im wesentlichen rechteckigen Hauptbereich der Membranoberfläche identisch. Dieser Hauptbereich entspricht im übrigen dem Hauptbestandteil 24 des Gehäuses 12. Weiterhin sind sämtliche aufgebrachte Abstandshaltereinrichtungen, also die Abstandshalterränder und die Abstandshalterpunkte gleich hoch, so daß im wesentlichen der Abstand zwischen zwei Membranen 34 und 36 über die Gesamtmembranoberfläche hinweg gleich ist.
  • Gemäß der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform weist der Bereich der Ecken 62 und 64 im Gegensatz zu dem Eckbereich 40 und 42, der im wesentlichen vollständig abgedichtet ist, von den Durchbrechungen 44 und 46 abzweigende Kanäle 66 auf, die durch die Erhebungen 68 gebildet werden. Diese Erhebungen 68 zweigen dabei derart von der Durchbrechung 44 bzw. 46 vorteilhafterweise ab, daß die Kanalbreite im wesentlichen gleich bleibt und eine im wesentlichen widerstandsfreie Strömungsführung für das aus den Durchbrechungen 44 und 46 austretende Strömungsmedium gewährleistet wird.
  • Da die Ecken 62 und 64 im wesentlichen wie die Eckbereiche 40 und 42 V-förmig zugeschnitten sind, besitzen die Erhebungen 68 vorteilhafterweise eine im wesentlichen V-förinige Struktur.
  • Weiterhin ist gemäß der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform die Durchbrechung 50 bzw. 52 mit einer Dichtanordnung 70 umgeben, die ebenfalls zur aufgetragenden Abstandshaltei.einricht ung gehört. Diese Dichtanordnung 70 gewährleistet, driß das durch die Durchbrechungen 50 und 52 geführt Strömungsmedium nicht in das durch die Zwische räume 56 gemäß Fig. 3 gebildete Abteil strömt, d. h. also zum nächsten Abteil weiterströmt, das gemäß der irÇ F i g. 2 gezeigten Ausführungsform entspricht.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die in F i g. 3 gezeigten Erhebungen 68 und somit die Kanäle 66 entfallen und werden ersetzt durch eine Vielzahl von Abstandshalterpunkten, die den frei gewordenen Bereich einnehmen. Im letztgenannten Fall verbleibt also lediglich der Umfangsrand in den Ecken 62 und 64, dessen Breite etwa der Breite im rechteckigen Hauptbereich der Membran 36 entspricht. Es bleibt natürlich die Dichtanordnung 70, wie vorstehend erläutert, aufrechterhalten, damit Strömungsmedium, also im Fall der Dialyse Dialysierflüssigkeit, nicht in dieses Abteil eindringen kann. Das in dieses Abteil eingeführte Strömungsmedium ist Blut, sofern es sich hier um einen Dialysator handelt, und wird über die Durchbrechungen 44 und 46 sowie die mit diesen Durchbrechungen in Verbindung stehenden Stutzen 18 und 20 zugeführt. Dabei ist die Wahl der Zuführung der Strömungsmedien so getroffen worden, daß das Blut sich bereits einheitlich über die Gesamtbreite der Membran 36 verteilt hat, bevor es mit der auf der anderen Seite der Membran durch dic näher zum Mittelpunkt der Membran gelegenen l#urchbrechungen 50 und 52 geförderte Dialysierflüssigkeit in Berührung gebracht wird. Hierdurch wird die Austauschleistung der erfindungsgemäßen Vorrichtung optimiert Zweckmäßig liegt die Höhe der Abstandshalterpunkte 48 in einem Bereich oberhalb 100 um, insbesondere zwischen 100-150 um.
  • Die in F i g. 2 und 3 gezeigten jeweiligen Membranen 34 und 36 werden nach dem Auftrag der Abstandshalterschicht wechselweise aufeinandergelegt, so daß jeweils ein Abteil für das erste Strömungsmedium über das andere Abteil für das zweite Strömungsinedium zu liegen kommt. Es wird also ein Paket aus den Membran nen 34 und 36 gebildet, wobei die Pakethöhc von der Anzahl der einzusetzenden Membranen 34 und 36 abhängt. Üblicherweise werden etwa 50-100, insbesondere etwa 80-100 Membranen aufeinandergelegt. Dabei ist das wesentliche Kriterium für diese Anzahl die zur Verfügung stehende Austauschfläche, die natürlich, wie vorstehend erläutert, von der Fläche der Membran und dem für den Massenaustausch nicht mehr zur Verfügung stehenden Bereich der Membran abhängt, die mit den Abstandshaltereinrichtungen bedeckt ist. Inlolgedessen bleibt es dem Fachmann überlassen, wieviel Lagen er einsetzen wird.
  • Als Membranmaterial kommen die üblicherweise für den Massenaustausch eingesetzten Materialien zum Einsatz, beispielsweise Zelluloseacetat, regenerierte Zellulose, Polyacrylnitril, Polypropylen u. dgl. Derartige Membranen sind bekannt und werden in einem weiten Umfang eingesetzt.
  • Die Dicke der Membran ist ebenfalls nicht kritisch und liegt in dem üblicherweise eingesetzten Bereich von etwa 5-15 um. Die Membrandicke kann eher bei geringeren Dicken als bei größeren Dicken liegen, da die Gefahr des Brechens einer derartigen Membran erheblich gesenkt worden ist.
  • In den Fig. 4-6 sind verschieden Schnitte durch aufeinandergestapelte Membranen 36 und 36 gezeigt.
  • F i g. 4 zeigt einen Schnitt durch übercinanclergestapelte Membranen im Bereich der Durchbrechung 50.
  • Hieraus ist ersichtlich, daß die Dichtanordnung 70 im ersten Abteil wirksam ein Eindringen von Slrömungsmedium verhindert, das im darauf folgenden Abteil durch die Kanäle 58 abströmen kann.
  • Andererseits ist in F i g. 5 der Strömungskanal für das zweite Strömungsmedium, also die Durchbrechung 44, gezeigt. In dieser Ausführungsform verhindert der Abstandshalterrand 38 im ersten Abteil ein Eindringen dieses Strömungsmediums, das im zweiten Abteil durch die Kanäle 66 in die Zwischenräume 56 austreten kann.
  • In Fig. 6 ist weiterhin ein Schnitt durch den mittleren Membranbereich gezeigt, aus dem die Anordnung der Abstandshalterpunkte 48 über die Gesamtbreitc der Membran hin ersichtlich ist.
  • Ein Membranstapel wird nun auf folgende Weise hergestellt: Zum Auftragen der Abstandshaltereinriehtungen können die üblichen Verfahren zur Übertragung einer Schicht eingesetzt werden, insbesondere Druckverfahren, so beispielsweise das Offsetdruckverfahren und das Siebdruckverfahren. Hiervon ist das Siebdruckverfahren besonders geeignet.
  • Bei dem letztgenannten Verfahren wird vorteilhakerweise eine Endlosmembrank:lie von einer Rolle abgezogen und über eine Siebdruckwalzc geführt, auf der die Abstandshaltennasse mittels der üblichen Siebdrucktechniken auf die Membl anfolie übertragen wird.
  • Dabei ist die Meinbntnfolie derart dimensioniert, daß zugleich mehrere Muster nebeneinander bedruckt werden. beispielsweise 5-10 Muster.
  • Das Bedrucken der Muster erfolgt vorteilhafterweise in der Längsachse, da hierdurch eine bessere Dimensionierung der Abstandshaltereinrichtungen erhalten werden kann.
  • Die, nachstehend erläuterte Masse, die sich nunmehr in dem entsprechenden Muster auf der Membranfolie befindet, wird nach der Druckstation in eine Vortrocknungsstation geleitet, in der der Aushärtungsvorgang angestoßen und zugleich beschleunigt wird. Eine derartige Vortrocknungsstation wird üblicherweise als Tunncl ausgebildet, in dem die Folie mehrfach umgelenkt wird.
  • I-linter dem Tunnel wird die Folie mit der aushärtenden, noch klebrigen Masse in die Ablegestation gePahren, in der zunächst die Folie über der Stapelform positioniert wird, anschließend abgelegt und danach mit Hilfe einer Abkantpresse exakt auf die Stapeldimension zugeschnitten wird. Nachdem die gewünschte Anzahl von Membranen abgelegt ist, wird der gebildete Stapel entnommen und abgelegt.
  • Wenn das Paket oder der Stapel ausgehärtet ist, werden die Durchbrechungen 42, 44 und 50,52 durch Stanzen oder Bohren angebracht. Anschließend wird dieser Stapel in das Gehäuse 12 eingelegt, das - wie vorstehend erläutert - gegebenenfalls unter Druck derart gesetzt werden kann, daß die Gesamthöhe des Pakets um bis zu 10% verringert wird. Danach erfolgt das Dichtschweißen des Gehäuses 12.
  • Als aushärtbare Masse für derartige Abstandshaltereinrichtungen kommen solche Massen in Frage, die einerseits schnell aushärten und andererseits auch im ausgehärteten Zustand eine gute Biegeelastizität aufweisen. Beispiele für derartige Massen sind Polyurethan, Silicone oder Polyester.
  • Sie sollen für die erfindungsgemäßen Zwecke etwa eine Topfzeit von wenigstens 5 Min. und eine Aushärten zeit von höchstens 15 Min. aufweisen und im übrigen für die Siebdruck technik ohne Schwierigkeiten einsetzbar sein. Besonders bevorzugt von den vorstehenden Materialien ist dabei Polyurethan, das diese Voraussetzungen erfüllt, keine Füllstoffe aufweist und im übrigen toxikologisch unbedenklich ist, wenn die Masse ausgehärtet ist.
  • Im übrigen können natürlich auch unterschiedliche Membranen zugeführt werden, d. h. es können Membranen mit anderem Trennverhalten eingesetzt werden, die etwa im mittleren Teil des Pakets abgelegt werden.
  • Beispielsweise kann. etwa 1/ der Membranzahl aus anderen Membranmatcrialien bestehen, so beispielsweise Membranen, mil denen Mittelmoleküle in der Dialyse abgetrennt werden. Zur Vereinheitlichung des Abtrennverhaltens kann auch von verschiedenen Rollen gedruckt werden, da die Membranstärke von Rolle zu Rolle variiert und durch den Einsatz unterschiedlicher Rollen ein im wesentlichen konstanter Mittelwert erhalten werden kann.
  • Die Vorrichtung ist insbesondere zum Einsatz in einem Hämodialysegerät geeignet und weist gemäß der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform vier Öffnungen auf, wobei zwei für die Dialysierflüssigkeit und zwei für Blut vorgesehen sind. Andererseits kann jedoch auch nur eine Öffnung für Ultrafiltrat vorgesehen sein, so daß diese Vorrichtung auch als Plasmafilter eingesetzt werden kann.
  • Weiterhin kann die Vorrichtung jedoch auch für eine weitere Blutbehandlung eingesetzt werden, beispielsweise in einer künstlichen Lunge.
  • Im übrigen stellen die Strömungsmedien Blut und Dialysierflüssigkeit lediglich eine spezielle Anwendung dar und können ohne weiteres durch andere Fluidarten ersetzt werden. So kann diese Vorrichtung ohne weiteres zur Konzentrierung von flüssigen Nahrungsmitteln, Abwasseraufbereitung u. dgl. eingesetzt werden.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur Massenübertragung, insbesondere Diffusionszelle in einem Oxygenator oder einer künstlichen Niere, mit einem Paket aus übereinandergestapelten biegsamen semipermeablen Membranen, die jeweils durch flächige Abstandshaltereinrichtungen voneinander getrennt sind, die auf jede Membran aufgedruckt und umfangsseitig geschlossen sind, in ihrem inneren Bereich jedoch nur über einen Teil der jeweiligen Membranfläche reichen und beiderseits jeder Membranfläche Strömungszwischenräume bilden, die auf der jeweils ei nen Seite von einem ersten Strömungsmedium und auf der jeweils anderen Seite von einem zweiten Strömungsmedium durchströmbar sind und jeweils mit Zuführungs- und Abführungskanälen in Verbindung sind, die über die Höhe des Pakets geführt sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Her# stellung der Vorrichtung die auf die Membran (34, 36) aufgetragene Masse im noch nicht ausgehärteten Zustand jeweils mit einer auf sie abgelegten Membran (34, 36) in Berührung gebracht und mit dieser dadurch verklebt wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Massen Polyurethane, Silicone oder Polyester sind Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Massenübertragung, insbesondere Diffusionszelle in einem Oxygenator oder einer künstlichen Niere, mit einem Paket aus übereinandergestapelten biegsamen semipermeablen Membranen, die jeweils durch flächige Abstandshaltereinrichtungen voneinander getrennt sind, die auf jede Membran aufgedruckt und umfangsseitig geschlossen sind, in ihrem inneren Bereich jedoch nur über einen Teil der jeweiligen Membranfläche reichen und beiderseits jeder Membranfläche Strömungszwischenräume bilden, die auf der jeweils einen Seite von einem ersten Strömungsmedium und auf der jeweils anderen Seite von einem zweiten Strömungsmedium durchströmbar sind und jeweils mit Zuführungs- und Abführungskanälen in Verbindung sind, die über die Höhe des Pakets geführt sind.
    Eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art ist aus der DE-OS 29 18 140 bekannt. Die darin beschriebene Blutaustauschvorrichtung besteht im wesentlichen aus einer akkordeonartig gefalteten Membran, die wenigstens in ihren Randbereichen eine aufgedruckte Mem bran aufweist. Dabei wird diese Membran derart bedruckt, daß sowohl die Oberseite als auch die Unterseite entsprechende Maskenaufdrucke aufweisen.
    Nach dem Beschichten der Membranen härtet die aufgetragene Masse zunächst aus, so daß die Beschichtung selbst nur an einer Oberfläche der Membran anhaftet. Um die eingangs erwähnte Vorrichtung herzustellen, wird daher die bedruckte Membranfolie akkordeonartig aufgefaltet, wobei die einander entsprechenden aufgedruckten Schichten in der vorbestimmten geometrischen Reihenfolge übereinander zu liegen kommen sollen. Eine solche exakte geometrische Übereinstimmung erfordert natürlich eine äußerst genaue Arbeitsweise, was wiederull~i zu einer aufwendigen Herstellullgsappalatul führt.
    Ein weiteres Problem stellt die mechanische Verfestigung des Membranpakets dar, die einerseits die Dichtigkeit der Diffusionsvorrichtung und andererseits die Einsetzbarkeit der Diffusionsvorrichtung gewährleisten soll. Insbesondere die Abdichtung der Vorrichtung hat sich als sehr problematisch erwiesen, da einerseits die Strömungsmedien nicht aus der Vorrichtung fließen sollen und andercrseits die Strömungszwischenräume gegeneinander absolut dicht sein müssen, also ein Ineinanderfließen der Strömungsmedien in jedem Fall verhindert werden muß. Bekanntlich wird im medizinischen Bereich bei der Hämodialyse ein Unterdruck im Dialysierflüssigkeitszwischenraum bzw. ein Überdruck im Blut enthaltenden Zwischenraum angelegt, mit der Folgc, daß der sich einstellende Transmembrandruck sofort aufgehoben würde, sofern die voneinander getrennten Strömungsmedien infolge fehlerhafter Abdichtung der Strömungszwisehenräume ineinander diffundieren könnten.
    Insofern bleibt also festzustellen, daß die Membranpakete des Standes der Technik entweder durch einen Verguß der Seitenränder oder aber durch eine mechanische Verdichtung der umlaufenden randartigen Masken abgedichtet werden müssen, was entweder einen weiteren, kostenaufwendigen Verfahrensschritt oder aber eine stete Undichtigkeitsquelle nach sich zieht.
    Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der die Membranen des Pakets in einem Verfahrenszug beschichtet und zugleich hermetisch abgedichtet werden, ohne daß die Seitenränder vergossen oder eine mechanische Verdichtung durchgeführt werden müssen.
    Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
    Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann gegenüber den bekannten Vorrichtungen in einem Verfahrenszug hergestellt werden, ohne daß zunächst das Aushärten der aufgetragenen Beschichtungen abgewartet oder spezielle Abstandshaltereinrichtungen zwischen die Membranen eingelegt werden müßten.
    Erfindungsgemäß wird nämlich die Beschichtungsmassc auf die Membranfolie aufgetragen, die anschließend in Abschnitte geschnitten wird, die bei noch nicht ausgehärteter Druckmasse übereinander gestapelt werden. Somit erfolgt also die Aushärtung der Druckmasse nach der Aufstapelung der Membranen, die somit durch das Aushärten fest aneinander fixiert sind. Hierdurch wird zunächst das gesamte Membranpaket gegenüber äußeren Einflüssen hermetisch abgedichtet, ohne daß hierzu mechanische Drücke in das Membranpaket eingebracht werden müßten. Andererseits sind auch die Strömungszwischenräume nach dem Aushärten der Druckmasse dicht gegeneinander festgelegt und die Zuführungskanäle über ihre gesamte Höhe sicher abgedichtet, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung beim Betrieb die zu behandelnden Flüssigkeiten sicher voneinander trennt, andererseits die gewünschte Massenübertragung zuläßt Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vollautomatisch hergestellt werden, ohne daß es beim Zusammensetzen der einzelnen Membranteile und der Abstandshaltereiiirichtungen einer manuellen Tätigkeit bedürfte.
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JPS59150504A (ja) 1984-08-28

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