DE4001654C1 - Tubular membrane for micro-filtration of suspensions, etc. - produced from wire material of metal, plastic or glass, etc., with compressive force exerted to maintain spacings - Google Patents

Tubular membrane for micro-filtration of suspensions, etc. - produced from wire material of metal, plastic or glass, etc., with compressive force exerted to maintain spacings

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Abstract

A tubular membrane wound from wire, for microfiltration, ultrafiltration, or pervaporation of suspensions or for gas sepn., is produced from wire material of metal, plastic, glass etc., the dia., partic. for metal, being sufficient for filtration at 5-1000 bar. A compressive force is exerted on the membrane windings and, where necessary, converted into a tensile force, to maintain a spacing of 1 mm upwards for filtration. The ports between the windings can be filled with an active organic or inorganic material to provide sepn. between substances or phases. ADVANTAGE - Extension of filtration range to molecular sepn. range.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer rohrförmig aus Draht gewickelten Membran mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruches 1 zur Mikrofiltration, Ultra­ filtration oder Pervaporation von Suspensionen oder zur Gastren­ nung.The invention relates to a method for producing a tubular wound from wire Membrane with the features of the preamble of the claim 1 for microfiltration, ultra filtration or pervaporation of suspensions or for gas nung.

Es sind Verfahren und Filtervorrichtungen zur Mikrofiltration von Partikeln aus Suspensionen oder Gasen unter Verwendung einer rohrförmig aus Draht gewickelten Membran bekannt. Hierbei werden die Membranwindungen unter Vorspannung gewickelt. Das Feed wird unter Druck durch die Membran geführt. Die schlitzförmigen Mem­ branporen zwischen benachbarten Membranwindungen ermöglichen die Trennung der zu filternden Partikel aus dem Feed. Nachteilig ist, daß ein solches Verfahren zur Mikrofiltration nicht das Ab­ trennen von Partikeln zur Ultrafiltration, die Pervaporation oder die Gas/Gastrennung zuläßt.They are methods and filter devices for microfiltration of particles from suspensions or gases using a tubular membrane wound from wire. Here are the membrane windings are wound under tension. The feed will passed under pressure through the membrane. The slit-shaped mem Branches between adjacent membrane windings enable the Separation of the particles to be filtered from the feed. Disadvantageous is that such a method for microfiltration does not affect the Ab separate particles for ultrafiltration, the pervaporation or permits gas / gas separation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise die Trenngrenzen dieser bekannten Filtermembranen deutlich zu verringern, damit die Größe der abzutrennenden Teilchen aus einem Feed bis in den Ul­ trabereich (mol. Trennbereich) möglich wird und Pervaporation sowie Gas/Gastrennungen durchführbar werden. The invention has for its object the simple To significantly reduce the separation limits of these known filter membranes so that Size of the particles to be separated from a feed up to the ul tra range (mol. separation range) is possible and pervaporation as well as gas / gas separations feasible will.  

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Patentanspruches 1.The invention solves this problem with the characteristic feature paint the claim 1.

Die Erfindung bietet den Vorteil, die Porengröße zwischen be­ nachbarten Windungen einer rohrförmigen Membran einer Filtervor­ richtung auf direktem Wege durch Verringerung der Windungsab­ stände und auf indirektem Wege durch Einlagerung von Feintrenn­ schichten zu verringern. Dadurch gelingt es, in den Ultrafiltra­ tionsbereich zu gelangen und auch Pervaporationen sowie Gas/Gastrennungen durchzuführen. Hierbei wirkt die Feintrenn­ schicht als Filter-, Phasen- oder Gastrennelement, wogegen die rohrförmige Membran im wesentlichen als Stützgerüst mit Mikro­ filtrationseigenschaften für die weitergehende Feintrennschicht dient. Somit kann der Durchmesser des Drahtes für die Membran­ windungen groß gewählt werden. Die Anwendung hoher Filtrations­ drücke und die Erzielung hoher Filterleistungen werden möglich.The invention has the advantage of the pore size between be adjacent turns of a tubular membrane of a filter Direction in a direct way by reducing the winding turn and indirectly through the storage of fine separation reduce layers. This makes it possible to get into the Ultrafiltra range and also pervaporation as well Gas / gas separations. This is where the fine separation works layer as a filter, phase or gas separation element, whereas the tubular membrane essentially as a support structure with micro filtration properties for the further fine separation layer serves. Thus, the diameter of the wire for the membrane large turns can be selected. The use of high filtration pressures and the achievement of high filter performances become possible.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.Further refinements of the invention result from the Un claims.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der Zeichnung zeigtThe invention is described below with reference to a drawing illustrated embodiment explained in more detail. In the Drawing shows

Fig. 1 einen Vertikalschnitt einer rohrförmigen Membran, die in einer üblichen, nicht dargestellten Filtervorrichtung verwendet ist; Fig. 1 is a vertical section of a tubular membrane, which is used in a conventional, not shown filter device;

Fig. 2 eine Draufsicht der Membran nach Fig. 1 und Fig. 2 is a plan view of the membrane of Fig. 1 and

Fig. 3 eine stark vergrößerte Teilschnittansicht eines Win­ dungsspaltes mit einer mit der Membran fest verbundenen oder lose aufliegenden porösen, oder homogenen, trans­ portaktiven Trennschicht. Fig. 3 is a greatly enlarged partial sectional view of a Win expansion gap with a firmly connected to the membrane or loosely lying porous, or homogeneous, trans-active separation layer.

Eine übliche, nicht dargestellte Filtervorrichtung weist eine oder mehrere rohrförmige Membranen 1 auf. Diese werden von drahtförmigen Windungen 2 gebildet, die mit großer Vorspannung gewickelt sind. Als Drahtmaterial findet Metall, Kunststoff, Glas oder dgl. Verwendung.A conventional filter device, not shown, has one or more tubular membranes 1 . These are formed by wire-shaped windings 2 , which are wound with great pretension. Metal, plastic, glass or the like is used as wire material.

Der Durchmesser, insbesondere des Metalldrahtes, ist so groß gewählt, daß die rohrförmige Membran einen Filtrationsdruck im Mittel- und Hochdruckbereich von 5 bis <1000 bar standhält.The diameter, especially of the metal wire, is so large chosen that the tubular membrane a filtration pressure in Withstands medium and high pressure ranges from 5 to <1000 bar.

Die Wickelvorspannung kann mindestens 10 Kilogramm betragen. Die schlitzförmigen Poren 3 der Membran 1, die wegen produktionsbe­ dingter Unebenheiten der Drahtoberfläche nicht unter 0,5 µm re­ duziert werden können, werden durch axialen Druck auf die Mem­ bran und somit durch Einebnung bis auf 1 nm reduziert.The winding tension can be at least 10 kg. The slit-shaped pores 3 of the membrane 1 , which cannot be reduced under 0.5 μm due to production-related unevenness in the wire surface, are reduced by axial pressure on the membrane and thus by leveling down to 1 nm.

Bei der Filtration eines flüssigen oder gasförmigen Feeds kann eine poröse oder transportaktive Schicht 4 verwendet werden, die auf der Rohrmembran 1, zum Beispiel auf der Innenfläche der Windun­ gen 2, abgelagert ist.In the filtration of a liquid or gaseous feed, a porous or transport-active layer 4 can be used, which is deposited on the tubular membrane 1 , for example on the inner surface of the windings 2 .

Zur Bildung der porösen Schicht 4 kann eine Suspension mit anorganischen Bestandteilen, z. B. Glaspulver (bis in den Körnungsbereich von 0,1 µm), Keramikpartikel, Metallpulver oder andere pulverförmige Materialien in so geringem Umfang einge­ bracht werden, daß sich im filterwirksamen Porenbereich nur eine Schicht mit 1 bis 2 Körnungslagen bilden kann. Innerhalb der Rohrmembran 1 werden die Partikel durch rotierende Bewegung bei gleichzeitiger Membranerwärmung verteilt und ange­ sintert. Bei entsprechend geringer Verteilung der Teile in der Suspension erfolgt eine Anlagerung nur im engsten Bereich der Abstände der Windungen 2. Der durch die Abstände der Windungen 2 gebildete Porenschlitz 5, der ohne vorgenannte Schicht nur größere, scheibenförmige oder stabförmige Partikel permeieren ließ, wird so unterbrochen. Scheibenförmige oder stabförmige Partikel können nicht mehr permeieren.To form the porous layer 4 , a suspension with inorganic constituents, e.g. B. glass powder (up to the grain size range of 0.1 microns), ceramic particles, metal powder or other powdery materials are brought in to such a small extent that only one layer with 1 to 2 grain layers can form in the filter-effective pore area. Inside the tubular membrane 1 , the particles are distributed and sintered by rotating movement with simultaneous membrane heating. With a correspondingly low distribution of the parts in the suspension, they accumulate only in the narrowest area of the distances between the turns 2 . The pore slit 5 formed by the spacings of the turns 2 , which allowed only larger, disk-shaped or rod-shaped particles to permeate without the aforementioned layer, is thus interrupted. Disc-shaped or rod-shaped particles can no longer permeate.

Die durch den Porenschlitz 5 gebildete, ursprüngliche Porengröße verringert sich - in Abhängigkeit von der Größe der eingelager­ ten Partikel - weiter.The original pore size formed by the pore slit 5 decreases further, depending on the size of the embedded particles.

Transportaktive (Composite-)Schichten zur Pervaporation oder Gas/Gastrennung können auf die unbeschichtete Membran oder auf die poröse Schicht 4 aufgebracht werden.Transport-active (composite) layers for pervaporation or gas / gas separation can be applied to the uncoated membrane or to the porous layer 4 .

Soweit zulässig, wird während der Filtration der zur Verringerung des Windungsabstandes axial auf die Membran ausgeübte Druck wieder aufgehoben oder in einen Zug umgekehrt, so daß die zwischen den Windungen 2 befind­ lichen Poren 3 einen größeren filterwirksamen Abstand zum Zweck der Leistungserhöhung erhalten können.To the extent permissible, the pressure exerted axially on the membrane to reduce the winding spacing is canceled again or reversed in a train, so that the pores 3 between the windings 2 can receive a larger filter-effective distance for the purpose of increasing the performance.

Da die Filterleistung nicht allein vom Querstrom, sondern auch vom Druck abhängt, kann der die Windungen 2 bildende Draht so stark gewählt werden, daß Filterdrücke von 5 bar bis <1000 bar möglich werden. Hochdruckapplikationen der vorgenannten Art füh­ ren zu nennenswerter Leistungserhöhung und Qualitätsverbesserung des Permeats in Fällen, in denen die poröse Feintrennschicht 4 aus nicht kompressiblem Material besteht (z. B. bereits im Feed enthaltene ungelöste oder ausgefällte Metalle, adsorbierende Ma­ terialien, wie Aktivkohle, Kieselgur oder Ceolithe oder Kataly­ satoren, die in Granulatform eingebracht werden).Since the filter performance depends not only on the cross flow, but also on the pressure, the wire forming the turns 2 can be chosen so strongly that filter pressures from 5 bar to <1000 bar are possible. High-pressure applications of the aforementioned type lead to a noticeable increase in performance and an improvement in the quality of the permeate in cases in which the porous fine separation layer 4 consists of non-compressible material (e.g. undissolved or precipitated metals already contained in the feed, adsorbent materials such as activated carbon, diatomaceous earth or Ceolithe or catalysts, which are introduced in granular form).

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer aus Draht gewickelten rohrförmigen Membran zur Mikrofiltration, Ultrafiltration oder Pervapo­ ration von Suspensionen oder zur Gastrennung, dadurch ge­ kennzeichnet, daß axial ein Druck auf die Membran­ windungen (2) ausgeübt wird, bei Bedarf der Druck wieder auf­ gehoben und in einen Zug umgekehrt wird, so daß die zwischen den Windungen befindlichen Poren (3) einen filterwirksamen Abstand von 1 nm an aufwärts erhalten.1. A process for the manufacture of a wire-wound tubular membrane for microfiltration, ultrafiltration or pervapo tion of suspensions or for gas separation, characterized in that axial pressure is exerted on the membrane windings ( 2 ), if necessary the pressure is lifted and is reversed in a train, so that the pores ( 3 ) between the turns receive a filter effective distance of 1 nm upwards. 2. Verfahren zur Herstellung der Membran nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranwindungen unter Vorspannung gewickelt werden.2. A method for producing the membrane according to claim 1, characterized in that the membrane windings under tension be wrapped. 3. Verfahren zur Herstellung der Membran nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des zur Membranherstellung verwendeten Drahtes so groß ist, daß das Feed mit einem Förderdruck von 5 bis <1000 bar durch die Membran bewegbar ist.3. Process for the preparation of the membrane according to Claims 1 or 2, characterized in that the diameter of the wire used to manufacture the membrane is so large that the feed with a discharge pressure movable from 5 to <1000 bar through the membrane is. 4. Verwendung der Membran nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Membranporen (3) organische oder anorganische Substanzen ein­ gebracht werden, die eine poröse oder transportaktive Fein­ trennschicht (4) bilden, die der Stoff- oder Phasentrennung dient.4. Use of the membrane according to one or more of the preceding claims, characterized in that organic or inorganic substances are introduced into the membrane pores ( 3 ) which form a porous or transport-active fine separation layer ( 4 ) which serves to separate substances or phases . 5. Verwendung der Membran nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feintrennschicht (4) in Form einer Suspension, eines Polymerfilmes der Membran zugeleitet und dort abgela­ gert wird. 5. Use of the membrane according to one or more of the preceding claims, characterized in that the fine separation layer ( 4 ) in the form of a suspension, a polymer film is fed to the membrane and is stored there. 6. Verwendung der Membran nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die poröse Feintrennschicht (4) bildende Material im Feed enthalten ist oder dem Feed zugesetzt wird.6. Use of the membrane according to one or more of the preceding claims, characterized in that the material forming the porous fine separation layer ( 4 ) is contained in the feed or is added to the feed. 7. Verwendung der Membran nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der porösen Feintrennschicht (4) adsorbierendes Material, z. B. Aktivkohle oder Kieselgur, Material mit defi­ nierter Porengröße, z. B. Ceolithe, katalytisch oder enzyma­ tisch wirkende Substanzen, z. B. Platin, Palladium, angela­ gerte Enzyme, verwendet werden.7. Use of the membrane according to one or more of the preceding claims, characterized in that to form the porous fine separation layer ( 4 ) adsorbing material, for. B. activated carbon or diatomaceous earth, material with defined pore size, z. B. Ceolithe, catalytically or enzymatically acting substances, for. B. platinum, palladium, angela gerte enzymes can be used.
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