DE4138179A1 - Vorrichtung zur deckschichtfreien membranfiltration - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Membranfiltration, bei der durch den apparativen Aufbau die Ausbildung einer Deck­ schicht auf der Membran verhindert und ein gleichmäßig hoher Durchfluß über längere Zeiträume gewährleistet wird.

Durch Membranfiltration ist es möglich, in Abhängigkeit von der Art der Membran kleinste suspendierte oder emulgierte Teilchen, oder sogar Moleküle, aus Lösungen abzutrennen. Die Gewinnung ei­ nes Filterkuchens, wie es bei der klassischen Filtration ange­ strebt wird, ist jedoch wegen der geringen Durchlässigkeit, die ein solcher Filterkuchen aufweisen würde, nicht möglich. Die Bildung eines Filterkuchens, bei der Membranfiltration als Deck­ schicht bezeichnet, wird durch eine angestrebte, größtenteils turbulente Strömung nach Möglichkeit unterdrückt.

Bei der Tangential-flow-Filtration gelingt dies durch Anlegen enger Strömungskanäle über der Membran, die mit hoher Geschwin­ digkeit passiert werden (Biotech.Forum 3 (1), 1986). Dagegen be­ findet sich die Membran beim sogenannten Biodruckfilter auf der Oberfläche eines rotierenden Zylinders (Bio.-Eng. 3 (1987), 36 bis 46).

Membranfilter hoher Leistung müssen eine große Filterfläche aufweisen. Schon aus diesem Grunde sind Tangential-flow-Filter nur für den Laboreinsatz vorgesehen. Bei Biodruckfiltern ist die Baugröße sehr begrenzt, da sich mit zunehmender Höhe und größe­ rem Zylinderdurchmesser zwangsläufig Schwierigkeiten bei der Be­ herrschung der Massenkräfte ergeben. Diese Filter werden daher gegenwärtig ebenfalls nur im Labormaßstab verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachtei­ le zu vermeiden und insbesondere eine Vorrichtung für die Mem­ branfiltration zur Verfügung zu stellen, die zur Gewährleistung einer hohen Leistung eine große Filteroberfläche aufweist.

Die Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Mit Bezug auf Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem vorzugsweise zylindrischen Gehäuse 1, in dessen Längs­ achse sich eine drehbare Welle 3 befindet, auf der mehrere, vor­ zugsweise scheibenförmige Rührer 4 angeordnet sind. Um diese herum sind, in dem Raum zwischen den Rührern und der Gehäusewan­ dung, in Längsrichtung konzentrisch Rohre 2 angebracht. Diese Rohre sind porös ausgestaltet und tragen auf ihrer Oberfläche die Membran. Es ist vorteilhaft, möglichst viele Rohre 2 mit geringem Durchmesser, einreihig oder in mehreren Reihen, ver­ setzt oder fluchtend, anzuordnen. Zur Vergrößerung der Oberflä­ che können die Rohre noch zusätzlich aufgespaltet bzw. gefaltet werden, wobei es jedoch zweckmäßig ist, daß die Tiefe der Spal­ ten 20% des äußeren Rohrdurchmessers nicht übersteigt.

Am oberen und unteren Ende ist die Vorrichtung mit Stutzen 5; 6 für die Zu- und Ableitung des Filtriermediums ausgestattet. Das gewonnene Permeat sammelt sich am unteren Ende 7 der Rohre 2 und kann an dieser Stelle entnommen werden.

Wie alle Membranapparate benötigt die erfindungsgemäße Vorrich­ tung als Triebkraft für ihre Funktion eine Druckdifferenz.

Wenn die Vorrichtung mit dem zu trennenden Gemisch beschickt wird, bildet sich unter dem Einfluß der an der sich drehenden Welle angeordneten (Scheiben-)Rührer 4 eine Wirbelströmung aus, die die Entstehung einer Deckschicht an den Rohren 2 verhindert. Außerdem wird mit steigender Drehzahl die Grenzschicht an der Rohroberfläche verringert, wodurch zusätzlich eine Steigerung des Durchflusses durch die Membran erreicht wird.

In Fig. 2 ist die Abhängigkeit des spezifischen Permeatstromes von der Drehzahl der Rührerwelle 3 für eine halbtechnische Appa­ ratur dargestellt. Man kann sehen, daß bei einer Drehzahl von 1000 min^-1 eine Verdoppelung des Permeatstromes im Vergleich zu einem Apparat ohne Rührung zu verzeichnen ist. Die Effektivität kann noch gesteigert werden, wenn man aufgerauhte Rührerscheiben verwendet. In der genannten halbtechnischen Apparatur erbrachte eine Rauhigkeit von 0,5 mm gegenüber glatten Scheiben eine wei­ tere Erhöhung des Durchflusses um 25% bei der gleichen Drehzahl von 1000 min^-1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber bekannten Mem­ branapparaten bemerkenswerte Vorteile auf:

• - Die Membranoberfläche wird durch die Anzahl der Rohre und deren Geometrie bestimmt;
• - die Rohre sind bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten leicht auswechselbar;
• - die Durchlässigkeit der Membran steigt mit der Rührer­ drehzahl und wird im laufenden Betrieb nicht vermindert.

Damit steht eine Vorrichtung zur Verfügung, die großtechnisch für alle Membrantrennprozesse eingesetzt werden kann, insbeson­ dere auffolgenden Gebieten:

• - Wasseraufbereitung;
• - Biotechnologie (Gewinnung von Biomasse, Enzymen, Antikörpern);
• - Trennung von Emulsionen;
• - Eindicken von Suspensionen (beispielsweise in der Lebensmittelindustrie).

Claims (5)

1. Vorrichtung zur deckschichtfreien Membranfiltration mit Rührern, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Gehäuse (1) be­ steht, in dessen Längsachse sich eine drehbare Welle (3) mit meh­ reren Rührern (4) befindet, und um diese herum, in dem Raum zwi­ schen den Rührern und der Gehäusewandung, in Längsrichtung kon­ zentrisch poröse Rohre (2) angeordnet sind, die die Membranen tra­ gen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (2) in einer oder in mehreren Reihen angeordnet sind, wobei sie bei mehrreihiger Anordnung fluchten oder zueinander versetzt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) eine zylindrische Form aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rührer (4) scheibenförmig sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der scheibenförmigen Rührer (4) aufgerauht ist, wobei die Rauhigkeit höchstens 0,5% des Rührer-Durchmessers beträgt.