DE3426781A1 - Auswechselbare membranhalterung fuer dialysezellen, insbesondere elektrodialysezellen - Google Patents

Auswechselbare membranhalterung fuer dialysezellen, insbesondere elektrodialysezellen

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DE3426781A1
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Gerhard 3380 Goslar Hampe
Wolfgang Dr.-Ing. Krajewski
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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
    • B01D61/42Electrodialysis; Electro-osmosis ; Electro-ultrafiltration; Membrane capacitive deionization
    • B01D61/44Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/52Accessories; Auxiliary operation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D63/00Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08Flat membrane modules
    • B01D63/087Single membrane modules

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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

  • Beschreibung
  • Die Erfindung betrifft eine auswechselbare Membranhalterung für Dialysezellen, insbesondere Elektrodialysezellen. Die Anzahl der in eine Zelle eingebauten Membranhalterungen führt zu einem Zwei- oder Mehrkammersystem .
  • Die Elektrodialyse unterscheidet sich von der reinen Dialyse durch die Anlegung eines elektrischen Feldes senkrecht zur Fläche der Dialysemembran, wodurch die Abwanderung iondisperser gelöster Elektrolyte aus einer Lösung im Vergleich zur reinen Dialyse erheblich beschleunigt werden kann. Solche Elektrodialysezellen werden beispielsweise eingesetzt zur Gewinnung von Metallen mit möglichst hoher Reinheizt.
  • Nachteilig bei diesen Elektrolysezellen ist jedoch die Halterung der Dialysemembran selbst. Entweder verwendet man filterpressenartige Konstruktionen oder wie in der DOS 32 21 371 gezeigt, Rahmen, über die die Membran gespannt ist, wobei wenigstens ein Schenkel des Rahmens vermittels Federdruck beaufschlagt ist.
  • Bei der erstgenannten Ausgestaltung unter Verwendung des Filterpressenprinzips ist die Anordnung und die von Zeit zu Zeit erforderliche Auswechslung der Membran umständlich und zeitraubend. Bei der anderen Elektrodenrahmenausgestaltung nach der DOS ist ebenfalls eine Anordnung eines solchen Rahmens in einem Elektrolytbehälter schwierig zu bewerkstelligen, weil die Membran außen auf dem Rahmen liegt und die Dichtung dadurch kompliziert ist. Außerdem ist die Membran gegen Druckbeeinflussung schlecht geschützt.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Membranhalterung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Ausgestaltungen nicht besitzt, insbesondere eine sichere und dichte Halterung der Membran ermöglicht, außerdem im Betriebszustand eine absolute Dichtung zwischen den beiden Elektrodenräumen gewährleistet, leicht herauszunehmen und wieder einzusetzen ist, wenn die Membran gewechselt werden muß und kostengünstig herstellbar ist.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch einen zweiteiligen keilförmigen Rahmen, der zwischen seinen beiden Teilen die Membran aufnimmt und der in einen mit entsprechenden keilförmigen Nuten versehenen Halter einsetzbar ist, welcher seinerseits im Elektrolysebehälter befestigt ist.
  • Der zweiteilige keilförmige, die Membran enthaltende Rahmen kann so gestaltet sein, daß die beiden Teile identisch sind, aber spiegelbildlich zueinander angeordnet, dergestalt, daß die Trennlinie zwischen den beiden Teilen des Rahmens auf der Längsmittelebene des Keiles erfolgt, der Keil also symmetrische Gestalt hat, d. h. auf beiden Seiten des Halters Keilflächen gleichen Winkels gebildet sind, und zwar sind die Keilflächen an den beiden einander gegenüberliegenden Rändern angeordnet und an dem unteren Rand. Ebenso keilförmig gestaltet sind die Nuten des Halters, in den der Rahmen eingesetzt wird.
  • Es ist aber auch möglich, den Rahmen und entsprechend den Halter nur einseitig keilförmig zu gestalten, während die andere Seite plan ist, so daß das zweite Teil des Rahmens ebenfalls aus einem planflächigen damit zusammenwirkenden Rahmen besteht. Die Membran, die aus jedem bekannten und für den jeweiligen Verwendungszweck geeigneten Stoff bestehen kann, wird in den Abmessungen des Rahmens zwischen die beiden Teile gelegt und Rahmen mit dazwischenliegender Membran in den Halter eingesetzt und niedergedrückt, so daß die keilförmigen Randflächen des Rahmens mit den entsprechenden Randflächen des Halters dichtend und die beiden Teile des Rahmens zusammenpressend in Berührung gelangen.
  • Um ein unerwünschtes Hochrutschen des Rahmens mit der Membran zu verhindern, können an den beiden oberen Enden oder den benachbarten Wänden des Halters bzw. des Behälters, in welchem der Halter befestigt ist, Niederhaltevorrichtungen, beispielsweise in Form eines Joches mit Preßschra uben vorgesehen sein.
  • Der freie Rahmenausschnitt, der zum Durchgang der Ionen vorhanden ist und in welchem die Membran ausgespannt ist, kann zum Abfangen von auf die Membran einwirkenden unterschiedlichen Belastungen mit Längs- und Querverstrebungen versehen sein, die je nach Membran, Material und Arbeitsbedingungen unterschiedliche Abstände aufweisen können. Diese Längs- und Querverstrebungen können im Querschnitt rund, dreieckig oder vieleckig sein, jedoch so bei den querverlaufenden Streben, daß Ablagerungen auf den obersten dieser Streben vermieden werden. Membranhalterung, also Rahmen und Halter, sind aus einem inerten kriechfesten Material, vornehmlich aus hochfesten oder armierten Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen gefertigt, z. B. aus PP, PTFE, Polymerbeton und dergleichen.
  • Falls gewünscht, können in die Dichtflächen des Rahmens und in die Dichtflächen des den Rahmen aufnehmenden Halters beständige Dichtungen eingearbeitet sein.
  • Zum Abfangen von Verunreinigungen, vor allem bei Einzelmembranwechsel ohne Elektrolytablauf ist am Grund der unteren über dem Boden liegenden Keilnut eine rinnenförmige Vertiefung eingearbeitet, in der sich Verunreinigungen ansammeln können und nicht auf den Dichtflächen liegen bleiben. Zur einfacheren Badreinigung kann diese Nut auch beidseitig mit Spülverschlüssen versehen sein.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels, welches in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
  • In der Zeichnung stellen dar: Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Dialysezelle bzw. Elektrodialysezelle gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt auf der Linie ll-ll der Fig. 1, Fig. 3 ein Teil des zweiteiligen Rahmens für die Halterung der Membran, Fig. 4 eine Ansicht des zweiteiligen Rahmens, der die Membran aufnimmt und Fig. 5 den Halter, in den der Rahmen nach Fig. 4 eingesetzt wird.
  • Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Halterung, die das Beazugszeichen 1 trägt und aus den beiden in Fig. 4 und 5 dargestellten Teilen besteht, in einem Behälter 2 angeordnet und mit dessen Seitenwänden 3 und 4 und der Bodenwand 5 flüssigkeitsdicht verbunden. In Fig. 1 ist lediglich der Rahmen gemäß Fig. 5 der Zeichnung zu sehen und hat das allgemeine Bezugszeichen 6. In den Räumen beiderseits der Membranhalterung befindet sich der Elektrolyt, und auf jeder Seite der Membranhalterung ist eine Elektrode angeordnet, die jeweils Kathode oder Anode bildet. In der Zeichnung sind diese Elektroden der Übersichtlichkeit wegen weggelassen. Diese Ausgestaltung ist bekannt.
  • In Fig. 2 ist ein Schnitt auf der Linie ll-ll der Fig. 1 dargestellt, und die Seitenwand des Behälters ist hier abgebrochen, so daß nur ein Stück davon übrig bleibt, das mit dem Rahmenhalter 6 verbunden ist, ebenso ein Stück des Bodens 5. In Verbindung mit Fig. 1 und 5 ist aus Fig. 2 zu erkennen, daß in dem Rahmenhalter 6 Nuten 7 eingefräst sind, die U-förmig verlaufen und deren Seitenwände einen Winkel x mit der Vertikalen bilden. Dies ist besonders deutlich aus Fig. 2 ersichtlich.
  • Die Bodennut 8 besitzt ebenfalls geneigte Randflächen 9 und ist dann noch um einen Betrag als rechtwinklige Rinne vertieft. Diese Vertiefung ist mit 10 bezeichnet. Die keilförmigen Flächen 9 sind auch gut aus Fig. 1 zu erkennen.
  • Der Rahmenhalter 6 nach Fig. 1 ist für sich noch einmal in Fig. 5 dargestellt. Die keilförmig ausgeführten Randflächen sind durch die gestrichelte Linie 11 seitlich begrenzt, und es ist bei 12 zu ersehen, daß auch diese Randflächen sich keilförmig nach unten erstrecken, was durch den Winkel y angedeutet ist.
  • Es ergibt sich also eine U-förmig verlaufende Nut, die aus drei Seiten besteht und deren einander gegenüberliegende Flächen keilförmig gestaltet sind.
  • Die Nuten 7 und 8 in dem Rahmenhalter 6 sind nun hinsichtlich ihrer Abmessungen so bemessen, daß in diese U-förmigen Nuten ein Rahmen einsteckbar ist, der aus zwei der in Fig, 3 dargestellten Teile besteht und der das Bezugszeichen 13 trägt Durch den Winkel x bei 114 wird angedeutet, daß diese Seitenfläche der Seitenfläche der beiden gegenüberliegenden keilförmigen Flächen 15 der Nuten 7 entsprechen und der Winkel z der Fläche am unteren Rand des Teiles in Fig. 3 entspricht dem Neigungswinkel der Randflächen 9 im Rahmenhalter 6, d. h.
  • von dem in Fig. 3 gezeigten Rahmen verläuft die eine Oberfläche unter dem Winkel x, nämlich die Oberfläche 16, während die andere Oberfläche 17 auf der gegenüberliegenden Seite plan verläuft. Die Oberfläche 17 fällt praktisch mit der Längsmittellinie 18 in Fig. 2 zusammen. Für die Halterung der Dialysemembran wird nun noch einmal das in Fig. 3 gezeigte Teil danebengesetzt, so daß sich die beiden planen Oberflächen 17 gegenüberliegen, und die Membran liegt nun zwischen diesen beiden Rahmenteilen, von denen einer in Fig. 3 dargestellt ist. Zusammen mit der Membran wird dann der Rahmen aus den beiden Rahmenteilen 13 in die Nuten 7 und 8 des Rahmenhalters eingesetzt und niedergedrückt.
  • Dabei dichtet die Membran, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, die beiden Rahmenteile gegeneinander ab, während die keilförmigen Flächen 16 des Rahmens mit den keilförmigen Flächen 15 zusammenwirken und die unteren unter dem Winkel z verlaufenden Schrägflächen der Rahmenteile 13 mit den Schrägflächen 9 in der Nut 8 des Rahmenhalters. Um ein Heraustreten des zweiteiligen Rahmens mit der Membran aus den Nuten 7 und 8 des Rahmenhalters 6 zu verhindern, kann ein jochartiger Niederhalteroberhalb des Rahmens 13 angeordnet sein, der den Rahmen mit Druck beaufschlagt.
  • Aus den Fig. 4 und 5 sind die Funktion und der Gebrauch der erfindungsgemäßen Membranhalterung nun deutlich zu verstehen. Das' Rahmenteil 13 in Fig. 4, das aus zwei Teilen gemäß Fig. 3 besteht, zwischen denen die Membran liegt, wird aus der Stellung gemäß Fig. 4 in Richtung des Pfeiles P in den Rahmenhalter gemäß Fig. 5 hineingedrückt.
  • Dabei drücken die aufeinandertreffenden keilförmigen Flächen, die beiden Teile 13 des Rahmens zusammen und dichten so zunächst die Membran gegen den Rahmen ab, und bei weiterem Hineindrücken des Rahmens in den Halter nach Fig. 5 dichten die Keilflächen des Rahmens mit den Keilflächen des Halters beide Teile ab, so daß ein Durchgang von Flüssigkeit mit Sicherheit vermieden ist.
  • Die große Mittelöffnung des Rahmens, die in Fig. 4 mit 19 bezeichnet ist und die für den Durchgang der Ionen erforderlich ist und in der die Membran ausgespannt ist, kann mit Längsstreben 20 und Querstreben 21 versehen sein, so daß eine Abstützung der Membranfläche stattfindet. Diese Streben 20 und 21 sind vorzugsweise rund oder mehreckig, insbesondere sind die Querstreben 21 so gestaltet, daß sich auf ihren Oberseiten keine Ablagerungen ansammeln können. Die beim Auswechseln des Rahmens gegebenenfalls herabfallenden Feststoffteilchen sammeln sich in der nutförmigen Vertiefung 10 des Rahmenhalters 6 und zur Beseitigung solcher Ansammlungen kann diese Vertiefung 10 mit Spülanschlüssen versehen sein. Damit sind die dichtenden Keilflächen immer frei von Ablagerungen und schließen immer dicht ab. - Leerseite -

Claims (8)

  1. Ansprüche 1. Auswechselbare Membranhalterung für Dialysezellen, insbesondere Elektrodialysezellen mit einem Rahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung aus einem zweiteiligen, die Membran zwischen sich aufnehmenden keilförmigen Rahmen (13) besteht und einem den Rahmen (13) aufnehmenden Rahmenhalter (6) mit einer der Keilform des Rahmens entsprechenden keilförmigen Nut (7, 8), der in einem Behälter (2) eingebaut ist.
  2. 2. Membranhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen aus zwei identischen spiegelbildlich angeordneten Teilen (13) besteht, von denen jeweils die außenliegende Oberfläche (16) unter einem Winkel (x) zur Vertikalen verläuft.
  3. 3. Membranhalterung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen (15) der Nuten (7) in dem Rahmenhalter (6) unter einem entsprechenden Winkel (x) zur Vertikalen verlaufen.
  4. 4. Membranhalterung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere horizontal verlaufende Boden nut (8) mit einer zusätzlichen Vertiefung (10) versehen ist, die an eine Spülleitung angeschlossen werden kann.
  5. 5. Membranhalterung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Mittelöffnungen (19) der Teile des Rahmens (13) mit aussteifenden Streben (20, 21) für die Membran versehen sind.
  6. 6. Membranhalterung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Rahmen (13) und Rahmenhalter (6) aus einem inerten kriechfesten Material, vornehmlich aus hochfesten oder armierten Kunststoffen oder Verbundwerkstoffen bestehen.
  7. 7. Membranhalterung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die dichtenden Flächen der Rahmenteile (13) und des Rahmenhalters (6) beständige Dichtungen eingearbeitet enthalten.
  8. 8. Membranhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiteilige Rahmen und der den Rahmen aufnehmende Halter (6) nur einseitig keilförmige Oberflächen aufweisen, während die andere Seite plane Oberflächen besitzt.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3446329A1 (de) * 1984-12-19 1986-07-03 Minemet Recherche S.A., Trappes Vorrichtung zur durchfuehrung von elektrodialyseverfahren

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3221371A1 (de) * 1982-06-05 1983-12-15 JV Kunststoffwerk GmbH, 8544 Georgensgmünd Elektrodenrahmen fuer die elektrolytische gewinnung oder raffination von metallen

Patent Citations (1)

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