-
Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Membrankontaktelemente
für das
Fluidtrennen und Verarbeiten und insbesondere gehäuselose Hohlfasermembrankontaktelemente
und Verfahren zur Fluidverarbeitung, die gehäuselose Hohlfasermembrankontaktelemente
verwenden.
-
Membrankontaktelemente
stellen ein Mittel zum Verwirklichen des Trennens von Gas/Flüssigkeit und
Flüssigkeit/Flüssigkeit
bereit (darunter auch flüssig/gelöster Feststoff).
Membrankontaktelemente werden typisch verwendet, um zwei nicht mischbare Fluidphasen,
zum Beispiel eine erste Flüssigkeit
und eine zweite Flüssigkeit
oder ein Gas und eine Flüssigkeit
miteinander in Kontakt zu bringen, um das Trennen und/oder das Übertragen
eines oder mehrerer Bestandteile von einem Fluid zu dem anderen auszuführen.
-
Ein
Membrankontaktelement ist eine modulare Vorrichtung, die gewöhnlich ein
Bündel
mikroporöser
Hohlfasern aufweist. Membrankontaktelemente weisen typisch einen
starren Einschluss oder ein Gehäuse,
die ein Faserbündel
enthalten, auf. Das Gehäuse
ist typisch mit vier Fluidöffnungen
versehen: ein Einlass zum Einführen
des ersten Fluids, ein Auslass zum Abgeben des ersten Fluids, ein
Einlass zum Einführen
des zweiten Fluids und ein Auslass zum Abgeben des zweiten Fluids.
Die Hohlfasern sind an beiden Enden vergossen, und zwar innerhalb
des Gehäuses,
um polymerische Rohrummantelungen zu bilden, wobei sich die Faseröffnungen
an jedem Ende in einen gemeinsamen ersten und einen zweiten Endkappenabschnitt
des Gehäuses öffnen. Die erste
Endkappe enthält
den Einlass des ersten Fluids, das das „rohrseitige" oder „lumenseitige" Fluid genannt wird,
weil es das Fluid ist, das durch die internen Lumen der Fasern durchgeht.
Die zweite Endkappe enthält
den Auslass zum Abgeben des lumenseitigen Fluids. Das zweite Fluid,
das das „gehäuseseitiges" Fluid genannt wird,
tritt typisch in das Gehäuse
durch Einlass- und Auslassöffnungen,
die zwischen den Rohrummantelungen angeordnet sind, ein und aus,
so dass das gehäuseseitige
Fluid die externen Flächen
der Fasern berührt.
Das gehäuseseitige Fluid
strömt
durch die Lücken
zwischen den Fasern des Faserbündels
und kann gelenkt werden, um parallel oder senkrecht zu der Faserlänge zu strömen. Das
U.S.-Patent Nr. 5 352 361 ,
das hiermit durch Bezugnahme zur Gänze eingegliedert wird, kann
beim Verstehen der allgemeinen Technik des Fluidkontakts über Hohlfasermembranen
in einer Schale helfen.
-
Da
die Rohrummantelungen das lumenseitige Fluid von dem gehäuseseitigen
Fluid trennen, mischt sich das lumenseitige Fluid nicht mit dem
gehäuseseitigen
Fluid, und die einzige Übertragung zwischen
dem lumenseitigen Fluid und dem gehäuseseitigen Fluid tritt durch
die Wände
der Fasern auf. Die feinen Poren in der Faserwand sind normalerweise
mit einer stationären
Schicht eines der zwei Fluide gefüllt, wobei das andere Fluid
aus den Poren aufgrund von Oberflächenspannung und/oder Differenzialdruckwirkungen
ausgeschlossen wird. Masseübertragung
und Trennen können
durch Diffusion verursacht werden, was durch den Unterschied in
der Konzentration der Übertragungssorten
zwischen den zwei Phasen angetrieben wird. Typisch tritt über die Membran
kein Konvektions- oder Massestrom auf.
-
In
dem Fall des Gas-/Flüssigkeitstrennens werden
Membrankontaktelemente typisch mit Wasser abstoßenden mikroporösen Hohlfasermembranen
hergestellt. Da die Membranen wasserabstoßend sind und sehr kleine Poren
haben, läuft
Flüssigkeit
nicht leicht durch die Poren. Die Membranen wirken wie ein inerter
Träger,
der die Flüssigkeit-
und Gasphase in direkte Berührung
ohne Dispersion bringt. Die Masseübertragung zwischen den zwei Phasen
wird von dem Unterschied im Teildruck der übertragenen Gassorten gesteuert.
-
Bei
Flüssigkeitssystemen
wird die Flüssigkeits-/Flüssigkeitsschnittstelle
an jeder Pore typisch durch die entsprechende Auswahl der Membran
und der Flüssigphasendrücke stillgestellt.
In diesem Fall wirkt die Membran auch als ein inerter Träger, um
das direkte Kontaktieren der zwei unvermischbaren Phasen ohne Vermischen
zu erleichtern.
-
Membrankontaktelemente
können
für eine Vielzahl
von Anwendungen eingesetzt werden, darunter das Trennen eines Bestandteils
aus einem Fluid oder das Übertragen
eines Bestandteils von einem Fluid zu einem anderen. Ein Membrankontaktelement
kann zum Entfernen von Verunreinigungen aus einem Abflussstrom verwendet
werden. Bei vielen Industrieprozessen wird als Nebenprodukt ein
verschmutzter Abfallstrom erzeugt. Angesichts von Umweltbesorgnissen
und/oder Bemühungen
zum Verbessern der Prozesseffizienz ist es oft erstrebenswert, eine
oder mehrere Verschmutzungen aus Abwasserströmen zu eliminieren, so dass
die Verschmutzung die Umgebung nicht verschmutzt, oder so dass sie
dem Recycling zugeführt
werden kann. Existierende Industrieprozesse müssen oft aufgerüstet werden,
um Abgaben in die Umwelt zu verringern und/oder die Effizienz anzuheben.
Es ergibt sich daher oft ein Bedarf für einen Prozess und ein System, die
wirtschaftlich an einem existierenden Werk zum Verringern der Abgaben
nachgerüstet
werden können.
-
Mehrere
Faktoren sind bei der Konzeption von Membrankontaktelementen wichtig,
darunter die Trennungscharakteristiken, die Kosten, der Druckabfall,
das Gewicht und die Effizienz. Dieser Druckabfall über ein
Kontaktelement sollte niedrig sein, um den Bedarf an kostspieligeren
Hochdruckausstattungen zu verringern. Ein niedriger Druckabfall
ist bei Nachrüstungsprojekten
besonders wichtig, wenn ein Membrankontaktelement an der Abgabestelle
eines Abwasserprozessstroms hinzugefügt werden soll, da der Prozessdruck
an dieser Stelle typisch dem Luftdruck entspricht oder ihm nahe
liegt. Eine hohe Effizienz der Masseübertragung ist zum Verringern
der Größe des Kontaktelements
wünschenswert.
Niedriges Gewicht ist wünschenswert,
um die Installations- und Wartungskosten zu verringern und ist bei
Offshore-Anwendungen besonders wichtig. Es hat sich herausgestellt,
dass existierende Membrankontaktelemente diese Zielsetzungen weniger
als zufrieden stellend erfüllen.
Der Gehäuseabschnitt
der typischen Membrankontaktelemente trägt zum Beispiel beträchtlich
zu ihrem Gewicht und zu ihren Kosten bei. Kontaktelemente des Gehäusetyps
müssen
typisch auch bei erhöhten
Drücken
funktionieren. Es besteht daher ein Bedarf an einem Membrankontaktelement
mit verbesserten Merkmalen im Vergleich zu bekannten Membrankontaktelementen.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine mikroporöse Hohlfasermembranvorrichtung
und ein Verfahren bereit, das diesen und anderen Erfordernissen
der vorliegenden Erfindung entspricht.
-
Die
vorliegende Erfindung stellt ein einfaches, kostengünstiges,
effizientes Membrankontaktelement bereit, das keinen äußeren Einschluss
oder Gehäuse
hat. Das Fehlen eines Gehäuses
erlaubt es dem Kontaktelement der vorliegenden Erfindung, einfach
an oder in der Nähe
der Abgabestelle eines Abwasserstroms hinzugefügt zu werden, um Verunreinigungen
zu eliminieren oder den Strom durch membranunterstützte Diffusion
anderswie zu verarbeiten. Das Membrankontaktelement der vorliegenden
Erfindung erzeugt beim Betrieb wenig oder keinen Rückdruck
und minimiert daher dazugehörende Druckabfälle und
verringert den Bedarf an zusätzlichen
Pumpen, Gebläsen
oder anderen Antriebsmitteln. Das Fehlen eines Gehäuses verringert
ferner das Gewicht und die Materialkosten.
-
Bei
der vorliegenden Erfindung tritt ein gehäuseseitiges Fluid von einer
externen Quelle in das Kontaktele ment durch ein Fluidverteilungselement ein,
um welches mindestens eine und vorzugsweise ein Bündel von
Hohlfasermembranen vereint ist. Dieses gehäuseseitige Fluid wird von dem
Fluidverteilungselement in Kontakt mit den Außenflächen der Hohlfasermembranen
abgegeben. Vorzugsweise besteht kein Konvektionsströmen von
Fluid über
die Hohlfaserwand. Nur ein kleiner Bruchteil des Prozessfluids wird über die
Hohlfaserwand durch Diffusion übertragen,
wobei die Diffusion durch eine Massenübertragungsantriebskraft verursacht
wird, die typisch ein Unterschied im chemischen Potenzial zwischen
dem gehäuseseitigen
Fluid und einem lumenseitigen Fluid der übertragenen Sorten ist. Die
Hohlfasern können
an einem Ende in einer gemeinsamen einzelnen Endkappe offen oder
alternativ an beiden Enden in zwei getrennten Endkappen offen sein,
wobei eine Endkappe an jedem Ende der Fasern bereitgestellt wird.
Bei alternativen Ausführungsformen können die
Hohlfasern in einer allgemein U-förmigen Anordnung
eingerichtet werden, wobei ihre Einlässe mit den Auslässen benachbart
sind. Eine Rohrummantelung oder andere Barriere stellt eine fluiddichte Abdichtung
bereit, die das gehäuseseitige
Fluid von dem lumenseitigen Fluid, das innerhalb der Lumen der Hohlfasermembranen
transportiert wird, trennt. Die Rohrummantelungen sind vorzugsweise
dauerhaft an dem Fluidverteilungselement befestigt, das dem Tragen
der Rohrummantelungen starr in Position dient. Eine oder mehrere
Endkappen können
dauerhaft an dem Fluidverteilungselement und/oder den Rohrummantelungen
befestigt werden, so dass sie einen Teil des Membrankontaktelements
bilden. Alternativ kann das Membrankontaktelement die Form einer
ersetzbaren Patrone haben, die freigebbar an einer oder mehreren
Endkappen oder einer anderen externen Struktur eines Fluidliefersystems
durch fluiddichte freigebbare Abdichtmittel angeschlossen werden
kann, wie zum Beispiel eine Dichtung oder O-Ring-Dichtung und eine
freigebbare Klammer oder eine Steckverbindung.
-
Das
Membrankontaktelement der vorliegenden Erfindung kann an eine Vielfalt
von Einsätzen
angewandt werden, darunter und uneingeschränkt: das Trennen eines oder
mehrerer Bestandteile aus einem Fluid; das Übertragen eines Bestandteils
von einem Fluid zu einem anderen Fluid; das Trennen von Verunreinigungen
oder Giften aus verschmutztem Prozesswasser, Abgasen oder anderen
Fluiden; das Entgasen von Flüssigkeiten
durch Vakuum oder Spülfluid;
das selektive Extrahieren organischer Stoffe aus wässrigen
Flüssigkeiten
und das Extrahieren gelöster
anorganischer Salze aus organischen Lösemitteln.
-
Kurz
beschrieben stellt ein Aspekt der Erfindung ein gehäuseloses
Fluidkontaktelement bereit, das ein Fluidverteilungselement aufweist,
das mindestens einen Einlass für
den Empfang eines gehäuseseitigen
Fluids und mindestens einen Auslass zum Abgeben des gehäuseseitigen
Fluids aufweist. Das Kontaktelement weist ferner mindestens eine
Hohlfasermembran auf, die eine mikroporöse Wand umfasst, die eine innere
Fläche
aufweist, die ein Lumen abgrenzt, und die eine äußere Fläche aufweist, die dem Kontakt
mit dem gehäuseseitigen
Fluid ausgesetzt ist, wobei jede Hohlfasermembran eine erste Öffnung in
Fluidverbindung mit dem Lumen umfasst. Das Kontaktelement weist
ferner eine Barriere zum Trennen der ersten Öffnung jeder Hohlfasermembran von
dem gehäuseseitigen
Fluid auf.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Fluidkontaktelement
zum Übertragen
mindestens eines Bestandteils von einem gehäuseseitigen zu einem lumenseitigen
Fluid bereit. Das Fluidkontaktelement weist vorzugsweise ein im
Wesentlichen starres Fluidverteilungsrohr auf, das eine Wand hat,
die eine äußere Fläche und
einen inneren Durchgang definiert, ein erstes Ende in Fluidkommunikation
mit dem inneren Durchgang, und das einen Einlass für den Empfang
eines gehäuseseitigen
Fluids bildet, und ein geschlossenes zweites Ende dem ersten Ende
gegenüberliegend.
Die Wand des Fluidverteilungsrohrs weist vorzugsweise einen perforierten
Wandabschnitt mit mehreren Abgabeöffnungen zum Abgeben des gehäuseseitigen
Fluids aus dem inneren Durchgang auf. Das Fluidkontaktelement weist
ferner eine Rohrummantelung auf, die in abdichtendem Eingriff mit
der Außenfläche des
Fluidverteilungsrohrs zwischen dem ersten Ende des Fluidverteilungsrohrs
und dem perforierten Wandabschnitt installiert ist, und ein Tragelement, das
auf das Fluidverteilungsrohr neben dessen zweitem Ende installiert
ist. Das Fluidkontaktelement weist vorzugsweise mehrere Hohlfasermembranen auf,
die das Fluidverteilungsrohr umgeben, wobei jede Hohlfasermembran
ein erstes Ende, ein zweites Ende, ein inneres Lumen zum Übertragen
eines lumenseitigen Fluids und eine äußere Fläche hat. Das erste Ende jeder
Hohlfasermembran erstreckt sich vorzugsweise abdichtend durch die
Rohrummantelung, das zweite Ende jeder Hohlfasermembran ist an dem
Tragelement befestigt, und mindestens ein Abschnitt der Außenfläche jeder
Hohlfasermembran ist der Umgebungsluft ausgesetzt. Bei einer Ausführungsform
weist das Tragelement einen Schließblock zum Verschließen der
zweiten Enden der Hohlfasermembranen gegenüber dem Durchgehen des lumenseitigen
Fluids auf. Bei einer alternativen Ausführungsform weist das Tragelement
eine zweite Rohrummantelung auf, die den Durchgang des lumenseitigen
Fluids durch Öffnungen
in den zweiten Enden der Hohlfasermembranen bereitstellt.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Mehrstufenbaugruppe
zur Fluidverarbeitung bereit. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Baugruppe eine erste Stufe auf, die ein erstes gehäuseloses
Fluidkontaktelement aufweist, das ein Fluidverteilungselement, mit
mindestens einem Einlass zum Empfangen eines gehäuseseitigen Fluids und mindestens
einem Auslass zum Abgeben des gehäuseseitigen Fluids hat. Das erste
gehäuseseitige
Fluidkontakte lement weist ferner mindestens eine Hohlfasermembran
auf, die eine mikroporöse
Wand mit einer inneren Fläche
hat, die ein Lumen definiert, und einer äußeren Fläche, die mit dem gehäuseseitigem
Fluid in Kontakt ist. Jede Hohlfasermembran hat eine erste Öffnung in
Fluidkommunikation mit dem Lumen. Das erste gehäuselose Fluidkontaktelement
weist ferner eine Barriere zum Trennen der ersten Öffnung jeder
der mindestens einen Hohlfasermembran von dem gehäuseseitigen
Fluid auf. Die Baugruppe weist ferner eine zweite Stufe auf, die
ein zweites Fluidkontaktelement hat. Das zweite Fluidkontaktelement
weist ein Fluidverteilungselement auf, das mindestens einen Einlass
zum Empfangen eines gehäuseseitigen
Fluids und mindestens einen Auslass zum Abgeben des gehäuseseitigen
Fluids umfasst. Das zweite Fluidkontaktelement weist ferner mindestens
eine Hohlfasermembran mit einer mikroporösen Wand auf, wobei die mikroporöse Wand
eine innere Fläche
hat, die ein Lumen definiert, und eine äußere Fläche, die mit dem gehäuseseitigen
Fluid in Kontakt ist. Jede Hohlfasermembran hat ferner auch eine
erste Öffnung
in Fluidkommunikation mit dem Lumen. Das zweite Fluidkontaktelement
weist ferner eine Barriere zum Trennen der ersten Öffnung jeder
Hohlfasermembran von dem gehäuseseitigen
Fluid auf. Die Baugruppe weist ferner Sammel- und Übertragungsmittel
zum Sammeln des gehäuseseitigen
Fluids, das von dem mindestens einen Auslass des ersten Fluidkontaktelements
abgegeben wird, auf, und die das gesammelte gehäuseseitige Fluid zu mindestens
einem Einlass des zweiten Fluidkontaktelements übertragen. Je nach der gewünschten
Anwendung können
drei oder mehr Stufen bereitgestellt werden.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Übertragen
eines flüssigen
Bestandteils zwischen einem gehäuseseitigen
Fluid und einem lumenseitigen Fluid bereit. Der Prozess umfasst
die Schritte des Einführens
eines gehäuseseitigen
Fluids in ein Fluidverteilungselement eines gehäuselo sen Fluidkontaktelements; das
Einführen
eines lumenseitigen Fluids in ein Lumen mindestens einer Hohlfasermembran
außerhalb des
Fluidverteilungselements sowie das Abgeben des gehäuseseitigen
Fluids aus dem Gehäuseverteilungselement
in Kontakt mit mindestens einer Hohlfasermembran, um ein Übertragen
eines Fluidbestandteils zwischen dem gehäuseseitigen Fluid und dem lumenseitigen
Fluid auszuführen.
-
Diese
sowie weitere Merkmale und Vorteile der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren
beschrieben.
-
1 zeigt
ein Membrankontaktelement in teilweiser Querschnittansicht gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
2 zeigt
ein Membrankontaktelement in teilweiser Querschnittansicht gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
3 zeigt
ein Membrankontaktelement in teilweiser Querschnittansicht gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung.
-
4 zeigt
ein Membrankontaktelement in teilweiser Querschnittansicht, das
ein Filterelement gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung umfasst.
-
5 zeigt
eine Mehrstufenbaugruppe gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren, in welchen gleiche Bezugszeichen
gleiche Teile darstellen, werden nun bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 1 bis 4 zeigen
beispielhafte Ausführungsformen
eines gehäuselosen
Membrankontaktelements 10 gemäß bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. Das Membrankontaktelement 10 weist
im Allgemeinen ein Fluidverteilungselement 12, mindestens
eine Hohlfasermembran 14 und eine Barriere 16 auf.
Jeder dieser Bestandteile und eine Anzahl zusätzlicher optionaler Elemente,
die in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen bereitgestellt
werden, werden unten ausführlicher
beschrieben.
-
Unter
allgemeiner Bezugnahme auf 1 bis 4,
weist bei bevorzugten Ausführungsformen das
Fluidverteilungselement der vorliegenden Erfindung ein im Wesentlichen
starres Fluidverteilungsrohr 20 auf, das eine Wand hat,
die eine äußere Fläche 22 und
einen inneren Durchgang 24 definiert. Das Fluidverteilungsrohr 20 ist
vorzugsweise ein allgemein zylindrisches Element, das aus Kunststoffen, Polyolefinen,
Polypropylen, Metallen oder anderen Werkstoffen hergestellt wird,
die inert sind oder nicht mit Materialien in den Fluidströmen oder
Verschmutzungen, die verarbeitet werden sollen, reagieren. Alternativ
kann das Fluidverteilungsrohr 20 ein Rohr mit allgemein
quadratischem oder anders geformtem Querschnitt aufweisen. Ein erstes
Ende 26 des Fluidverteilungsrohrs 20 ist offen,
um einen Einlass für den
Empfang eines gehäuseseitigen
Fluids E von einer externen Quelle zu bilden und kommuniziert das gehäuseseitige
Fluid E zu dem inneren Durchgang 24. Das erste Ende 26 kann
mit Gewinden oder anderen Kupplungen zum Befestigen an einer Rohrleitung
oder Verrohrung, die zu der externen Quelle gehört, versehen sein. Ein zweites
Ende 28 des Fluidverteilungsrohrs 20, im Allgemeinen
dem ersten Ende 26 gegenüber gestellt, ist vorzugsweise
für den Strom
des gehäuseseitigen
Fluids E verschlossen. Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform,
die in den Figuren dargestellt ist, wird das zweite Ende 28 durch Installieren
eines Tragelements 30 auf oder neben dem zweiten Ende 28 verschlossen.
Alternativ kann das zweite Ende durch Bilden des Fluidverteilungsrohrs 20 als
geschlossener Zylinder, durch Verformen des Fluidverteilungsrohrs 20,
durch einen Stopfen oder durch andere Verschlussmittel verschlossen werden.
Das Fluidverteilungsrohr 20 weist vorzugsweise einen perforierten
Wandabschnitt 32 auf, der ein oder mehrere Abgabeöffnungen
oder Auslässe 34 zum
Abgeben des gehäuseseitigen
Fluids E aus dem inneren Durchgang 24 umfasst. Vorzugsweise werden
mehrere Abgabeöffnungen 34 allgemein gleichmäßig über den
perforierten Wandabschnitt 32 verteilt bereitgestellt.
Die Abgabeöffnungen 34 erstrecken
sich vorzugsweise allgemein radial von dem inneren Durchgang 24 zu
der äußeren Fläche 22 nach
außen.
-
Es
werden auch eine oder mehrere Hohlfasermembranen 14 bereitgestellt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
werden mehrere Hohlfasermembranen 14, die ein Faserbündel 40 bilden,
bereitgestellt. Das Faserbündel 40 umgibt
im Allgemeinen zumindest einen Abschnitt des perforierten Wandabschnitts 32.
Die Hohlfasermembranen 14 können jede beliebige einer Anzahl
von Formen aufweisen, die von der gewünschten Anwendung abhängen. Die
Hohlfasermembranen 14 können
zum Beispiel hinsichtlich ihrer Porenmorphologie homogen oder asymmetrisch
sein, sie können
eine dichte nicht poröse
Außenhaut
oder eine Verbundstruktur haben oder nicht, und sie können für einen
beliebigen der Prozessfluidbestandteile durchlässigkeitsselektiv sein oder
nicht (eine höhere
Durchlässigkeit
für eine Sorte
oder einen Bestandteil haben als für einen anderen). Beispiele
für Hohlfasermembranen,
die mit der vorliegenden Erfindung angewandt werden können, umfassen
durchlässigkeitsselektive
Fasermembranen, die im Handel von Celgard, LLC, Charlotte, North
Carolina unter der Bezeichnung Celgard Hollow Fiber Membranes, von
Dainippon Ink und Chemicals, Inc. Japan oder von Akzo-Nobel, Niederlande, bezogen
werden können.
Jede Hohlfasermembran 14 weist vorzugsweise eine mikroporöse Wand
auf, die mehrere Mikroporen hat, wobei eine innere Fläche ein
inneres Lumen definiert, und eine äußere Fläche.
-
Jede
Hohlfasermembran
14 hat ein erstes Ende
44, das
sich durch sie erstreckt und hat ihre externe Fläche in abdichtendem Kontakt
mit der Barriere
16, wobei die Barriere als Rohrummantelung
dient. Die ersten Enden
44 werden vorzugsweise abgeschnitten
oder enden sonst in etwa bündig
mit einer äußeren Fläche
46 der
Rohrummantelung
16, wobei die äußere Fläche
46 der Rohrummantelung
von dem perforierten Wandabschnitt
32 des Fluidverteilungsrohrs
20 gegenüberliegt.
Die offenen ersten Enden
44 bilden Öffnungen, die ein lumenseitiges
Fluid zu und/oder von den Lumen der Hohlfasermembranen
14 kommunizieren.
Die Rohrummantelung
16 wird vorzugsweise aus einem polymerischen
Vergussharz gebildet (hier bedeutet „polymerisches" Vergussharz jeden
Thermoplaststoff oder jedes thermisch abbindende Vergussharz). Die
Rohrummantelung
16 wird vorzugsweise um die äußere Fläche des Fluidverteilungsrohrs
20 gebildet
oder in dichtendem Eingriff mit der äußeren Fläche
22 des Fluidverteilungsrohrs
20 zwischen
dem ersten Ende
26 und dem perforierten Wandabschnitt
32 installiert.
Beispielhafte Materialien und Verfahren zum Aufbauen der verschiedenen
Bauteile der vorliegenden Erfindung, die hier nicht spezifisch beschrieben
werden, sind für
den Fachmann klar. Der Leser wird auch auf
U.S. Patent Nr. 4 220 535 ,
U.S. Patent Nr. 5 284 584 und
U.S. Patent Nr. 5 352 361 verwiesen,
die alle hiermit durch Bezugnahme zur Gänze eingegliedert werden, und
wo man zusätzliche
Information in Zusammenhang mit Materialien und Verfahren zum Aufbauen,
die an die vorliegende Erfindung angewandt werden können, findet.
-
Die
zweiten Enden 50 der Hohlfasermembranen 14 werden
vorzugsweise von einem Tragelement 30 getragen, das neben
dem zweiten Ende 28 des Fluidverteilungsrohrs 20 installiert
wird. Derart werden die Hohlfasermembranen 14 in gestreckter Konfiguration
gehalten, wobei die Rohrummantelung 16 in die ersten Enden
abdichtend eingreift, und das Tragelement 30 in die zweiten
Enden abdichtend eingreift, und wobei zumindest ein Abschnitt ihrer äußeren Flächen zwischen
der Rohrummantelung 16 und dem Tragelement 30 mit
dem gehäuseseitigen
Fluid E, das von dem perforierten Wandabschnitt 32 des Fluidverteilungsrohrs 20 abgegeben
wird, in Kontakt ist. Unter besonderer Bezugnahme auf 1 kann das
Tragelement 30 die Form eines Schließblocks 54 haben,
der dazu dient, das zweite Ende 28 des Fluidverteilungsrohrs 20 gegenüber dem
Durchgang des gehäuseseitigen
Fluids E zu verschließen
und der zum Abkapseln oder Verschließen in anderer Art der zweiten
Enden 50 der Hohlfasermembranen 14 dient, um das
Durchgehen des lumenseitigen Fluids I zu verhindern. Der Schließblock wird
vorzugsweise aus einem polymerischen Vergussharz ähnlich wie das
Material der Rohrummantelung 16 gebildet.
-
Bei
alternativen Ausführungsformen,
zum Beispiel den in den 2 bis 4 dargestellten, kann
das Tragelement 30 eine zweite Rohrummantelung 56 aufweisen.
Die zweite Rohrummantelung 56 greift abdichtend in die äußeren Flächen der
zweiten Enden 50 der Hohlfasermembranen 14 ein.
Die zweiten Enden 50 erstrecken sich durch die zweite Rohrummantelung 56 und
werden vorzugsweise abgeschnitten oder anderswie in etwa bündig mit
einer äußeren Fläche 58 der
zweiten Rohrummantelung 56 abgeschlossen, wobei die äußere Fläche 58 der zweiten
Rohrummantelung 56 von dem perforierten Wandabschnitt 32 des
Fluidverteilungsrohrs 20 gegenüberliegt. Die offenen zweiten
Enden 50 bilden zweite Öffnungen,
die ein lumenseitiges Fluid I zu und/oder von den Lumen der Hohlfasermembranen 14 kommunizieren.
Derart kann das lumenseitige Fluid I das Kontaktelement 10 durch
die Lumen der Hohlfasermembranen 14 durchqueren, an der
ersten oder zweiten Öffnung
eintreten und aus der anderen abgegeben werden. Die erste und die
zweite Rohrummantelung 16, 56 trennen das lumenseitige Fluid
I von dem gehäuseseitigen
Fluid E. Die zweite Rohrumman telung 56 wird vorzugsweise
im Wesentlichen auf die gleiche Art wie die erste Rohrummantelung 16 aus
einem polymerischen Vergussharz hergestellt. Die zweite Rohrummantelung 56 wird
vorzugsweise wie die äußere Fläche 22 des
Fluidverteilungsrohrs 20 ausgebildet oder in abdichtendem
Eingriff mit der externen Fläche 22 des
Fluidverteilungsrohrs 20 neben seinem zweiten Ende 28 ausgebildet.
-
Das
Fluidkontaktelement 10 der vorliegenden Erfindung kann
optional auch eine oder mehrere Endkappen aufweisen. Wie am besten
unter Bezugnahme auf 1 ersichtlich, kann zum Beispiel
eine erste Endkappe 70 in abdichtendem Eingriff mit der ersten
Rohrummantelung 16 bereitgestellt werden, um eine erste
Kammer 72 zu bilden, die für die Fluidkommunikation mit
den ersten Öffnungen
der Hohlfasermembranen 14 offen ist. Die erste Endkappe 70 kann
eine allgemein halbkugelförmige
oder andere hohle Verkleidung sein, die eine Randfläche in Verbindung
mit dem Außenrand
der äußeren Seite 46 der
ersten Rohrummantelung 16 hat. Die erste Endkappe 70 weist
ferner eine erste lumenseitige Fluidöffnung 74 zum Empfangen
und/oder Abgeben eines Stroms lumenseitigen Fluids I auf. Die erste
lumenseitige Fluidöffnung 74 kann
mit Gewinden oder anderen Kupplungen oder Armaturen zum Befestigen an
einem externen Fluidsystem versehen werden. Das erste Ende 26 des
Fluidverteilungsrohrs 20 erstreckt sich durch die erste
Kammer 72, um eine gehäuseseitige
Fluidöffnung
außerhalb
der ersten Endkappe 70 bereitzustellen. Das erste Ende 26 des
Fluidverteilungsrohrs 20 kann mit Gewinden oder anderen
Kupplungen oder Armaturen zum Befestigen an einem externen Fluidsystem
versehen werden. Die erste Endkappe 70 kann aus einem Stück mit dem Fluidverteilungsrohr 20 als
eine Einheit ausgebildet werden, oder die zwei können als getrennte Elemente
gebildet und verbunden oder abgedichtet werden, um das Durchgehen
des Fluids zwischen ihnen zu vermeiden.
-
Unter
Bezugnahme auf 2 kann das Fluidkontaktelement 10 der
vorliegenden Erfindung ferner eine zweite Endkappe 80 aufweisen.
Die zweite Endkappe 80 wird vorzugsweise in abdichtendem Eingriff
mit der zweiten Rohrummantelung 56 bereitgestellt, um eine
zweite Kammer 82 zu bilden, die zur Fluidkommunikation
mit den zweiten Öffnungen
der Hohlfasermembranen 14 offen ist. Die zweite Endkappe 80 kann
im Wesentlichen ähnlich
oder identisch mit der ersten Endkappe 70 sein, und umfasst im
Allgemeinen eine halbkugelförmige
oder andere hohle Verkleidung, die eine Randfläche in fluiddichtem Anschluss
mit dem äußeren Rand
der äußeren Fläche 58 der
zweiten Rohrummantelung 56 hat. Die zweite Endkappe 80 weist
vorzugsweise eine zweite lumenseitige Fluidöffnung 84 zum Empfangen und/oder
Abgeben eines Stroms lumenseitigen Fluids I auf. Die zweite lumenseitige
Fluidöffnung 84 kann
mit Gewinden oder anderen Kupplungen oder Armaturen zum Befestigen
an einem externen Fluidsystem versehen werden. Es ist klar, dass
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit einem Schließblock als das Tragelement 30,
wie bei der in 1 abgebildeten Ausführungsform,
typisch nicht das Bereitstellen einer zweiten Endkappe 80 erfordern,
da sich die Hohlfasermembranen 14 nicht durch den Schließblock erstrecken,
um Öffnungen aufzuweisen,
die die Kommunikation lumenseitigen Fluids in eine zweite Kammer 82 erlauben.
-
Das
Fluidkontaktelement 10 der vorliegenden Erfindung kann
auch eine abnehmbare und ersetzbare Kontaktelementpatrone zum Einfügen in ein externes
Fluidliefersystem mit Endkappen oder anderen Bestandteilen zur Fluidlieferung
zu dem Fluidkontaktelement 10 aufweisen.
-
Wie
unter Bezugnahme auf 3 sichtbar, umfasst das Fluidkontaktelement 10 gemäß dieser Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung keine erste oder zweite Endkappe 70, 80.
Stattdessen können
zwischen der oder den Rohrummantelungen 16, 56 und
den zusammenwirkenden Bestand teilen des äußeren Gehäuses sowie zwischen dem ersten Ende 26 des
Fluidverteilungsrohrs 20 und den zusammenwirkenden Bestandteilen
des externen Gehäuses
Abdichtelemente 90, wie zum Beispiel O-Ring-Dichtungen
oder Dichtungen bereitgestellt werden. Die Abdichtelemente vermeiden
den Verlust des lumenseitigen Fluids I und des gehäuseseitigen Fluids
E aus den Eingriffsstellen zwischen dem Fluidkontaktelement 10 und
dem externen Gehäuse,
und sie erhalten das Trennen des lumenseitigen Fluids I von dem
gehäuseseitigen
Fluid E aufrecht. Klemmen oder andere Befestigungsmittel 92 können zum
Verbinden des Fluidkontaktelements 10 mit dem externen
Gehäuse
bereitgestellt werden.
-
Das
Fluidkontaktelement 10 der vorliegenden Erfindung kann
optional auch ein Beutelfilter 100 (siehe 4)
oder andere Filtermittel aufweisen, die innerhalb des inneren Durchgangs 24 des
Fluidverteilungsrohrs 20 installiert werden. Das Beutelfilter 100 wird
vorzugsweise aus einem inerten Material hergestellt, das nicht mit
den besonderen Fluiden oder Verunreinigungen reagiert, die beim
beabsichtigten Gebrauch wahrscheinlich angetroffen werden. Das Beutelfilter 100 kann
zum Ersetzen oder Reparieren abnehmbar sein oder auch nicht. Das
Filter 100 unterstützt
beim Eliminieren von partikelförmigen Stoffen
aus dem gehäuseseitigen
Fluid E, die ansonsten das Faserbündel 40 verstopfen
und die Effizienz des Kontaktelements 10 verringern könnten. Die
Partikelgröße des Filters 100 wird
vorzugsweise in Abhängigkeit
von der Nähe
des Stapelns von Hohlfasermembranen 14 in dem Faserbündel 40 ausgewählt. Lässt sich
das Filter 100 nicht entfernen (das heißt, dass es dauerhaft innerhalb
des inneren Durchgangs 24 des Fluidverteilungsrohrs 20 befestigt
ist), kann das Filter in regelmäßigen Abständen „rückwärts ausgespült" werden, indem die
Strömungsrichtung
innerhalb des Fluidverteilungsrohrs 20 umgekehrt wird,
um dort gefangene Partikel zu lösen
und eliminieren. Lässt
sich das Filter 100 abnehmen, kann es in regelmäßigen Abständen ersetzt oder
zum Reinigen herausgenommen werden.
-
Das
Fluidkontaktelement 10 der vorliegenden Erfindung eliminiert
vorteilhafterweise die Notwendigkeit eines umgebenden Gehäuses und
wird daher als „gehäuseloses" Fluidkontaktelement
bezeichnet. Das Wegfallen eines umgebenden Gehäuses verringert das Gewicht
und die Kosten und ergibt über
das Fluidkontaktelement minimalen Druckabfall. Das Strukturtragen
für das
Kontaktelement 10 wird in erster Linie von dem Fluidverteilungsrohr 20 bereitgestellt,
das die Barriere oder die erste Rohrummantelung 16 und
das Tragelement 30 in ihren jeweiligen Konfigurationen
zurückhält. Bei
größeren Fluidkontaktelementen
kann zusätzliches
Stützen
erforderlich sein, das durch Bereitstellen einer oder mehrerer Tragstangen
(nicht gezeigt) bereitgestellt werden kann, die sich zwischen der
Barriere der ersten Rohrummantelung 16 und dem Tragelement 30 erstrecken.
Die Hohlfasermembranen 14 sind allgemein in Kontakt mit
der Umgebung zwischen der Barriere oder der ersten Rohrummantelung 16 und
dem Tragelement 30.
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst auch das Bereitstellen einer Mehrstufen-Kontaktelementbaugruppe 105 zum
Verarbeiten von Fluid. Insbesondere unter Bezugnahme auf 5 umfasst
die Baugruppe 105 vorzugsweise zumindest zwei Stufen, wobei
jede Stufe ein oder mehrere Fluidkontaktelemente 110 aufweist.
Die Baugruppe wird unter Bezugnahme auf die dargestellte Zwei-Stufen-Kontaktelementbaugruppe 105 beschrieben,
die eine erste Stufe 112 und eine zweite Stufe 114 aufweist.
Es ist klar, dass zusätzliche
Stufen zu dem System in im Wesentlichen der gleichen Art, in Abhängigkeit
von den erwünschten
Systemmerkmalen hinzugefügt
werden können. Mindestens
ein Fluidkontaktelement 110 und vorzugsweise alle, die
in der Baugruppe 105 enthalten sind, weisen im Wesentlichen
wie oben beschrieben gehäuselose
Fluidkontaktelemente auf. Jede Stufe 112, 114 weist
vorzugs weise eine Tragbasis 116, 118 auf, auf
die die Kontaktelemente 110 der jeweiligen Stufen montiert
werden. Jede Tragbasis 116, 118 kann zum Beispiel
ein im Wesentlichen starres Blech oder eine Platte gebildet aus
einem inerten Material aufweisen. Jede Tragbasis 116, 118 kann
mit einer oder mehreren Öffnungen
versehen werden, um den Durchgang von Fluidleitungen aufzunehmen,
die lumenseitiges Fluid und/oder gehäuseseitiges Fluid zu den Kontaktelementen 110 kommunizieren.
Die Tragbasen 116, 118 können auch als Barrieren für den Fluiddurchgang
zwischen benachbarten Stufen der Baugruppe 105 dienen und
es dem Fluid erlauben, von einer Stufe zu der nächsten nur durch die Kontaktelemente 110 zu
strömen.
Die Baugruppe 105 weist ferner vorteilhafterweise Sammel-
und Übertragungsmittel
zum Sammeln des gehäuseseitigen
Fluids E, das von einer Stufe abgegeben wird, und Übertragen
des gehäuseseitigen
Fluids E zu der zweiten Stufe auf. Bei der dargestellten Ausführungsform
weisen die Sammel- und Übertragungsmittel zum
Beispiel die Wand oder Wände 120 (nicht
gezeigt!) eines Abschnitts eines Stapels, ein Abgaberohr oder eine
andere Leitung für
einen Abwasserverarbeitungsstrom auf. Bei alternativen Ausführungsformen
können
die Sammel- und Übertragungsmittel jeden
fluiddichten Einschluss aufweisen, der eine oder mehrere Stufen
der Baugruppe umgibt. Einlassverteiler 124 und Auslassverteiler 122 für das lumenseitige
Fluid I können
bereitgestellt werden. Vorzugsweise kommunizieren die Einlassverteiler 124 Fluid von
einer externen Quelle in die ersten lumenseitigen Fluidöffnungen 74 (siehe
zum Beispiel 1) jedes Kontaktelements 110,
und die Auslassverteiler 122 kommunizieren Fluid von den
zweiten lumenseitigen Fluidöffnungen 84 (siehe
zum Beispiel 2) jedes Kontaktelements 110 zu
einem Auslass.
-
Beim
Gebrauch ermöglicht
das Fluidkontaktelement 10 der vorliegenden Erfindung ein
Verfahren zum Übertragen
eines oder mehrerer Fluidbestandteile zwischen einem gehäuseseitigen
Fluid E und einem lumenseitigen Fluid I. Das gehäuseseitige Fluid E wird in
das Fluidverteilungselement des gehäuselosen Fluidkontaktelements
von einer äußeren Quelle
her eingeführt.
Bei den besonderen Ausführungsformen,
die oben beschrieben sind, tritt das gehäuseseitige Fluid E in das erste
Ende 26 des Fluidverteilungsrohrs 20 ein und läuft in den
internen Durchgang 24. Das lumenseitige Fluid I wird in
ein Lumen mindestens einer Hohlfasermembran außerhalb des Fluidverteilungselements
eingeführt.
Bei den oben beschriebenen besonderen Ausführungsformen tritt zum Beispiel
das lumenseitige Fluid I durch die erste und/oder die zweite lumenseitige
Fluidöffnung 74, 84 ein.
Das lumenseitige Fluid I wird durch eine lumenseitige Fluidöffnung 74, 84 in
die erste und/oder die zweite Kammer 72, 82 innerhalb
der jeweiligen Endkappe 70, 80 kommuniziert und
in die Lumen der Hohlfasermembranen durch die erste und/oder zweite Öffnung der
Hohlfasermembranen eingeführt.
Wie in 5 dargestellt, können das gehäuseseitige
Fluid E und das lumenseitige Fluid I in allgemein entgegen gesetzte
Richtungen (Gegenstrom) strömen.
Alternativ können
das gehäuseseitige
Fluid E und das lumenseitige Fluid I allgemein in die gleiche Richtung (paralleler
Strom) strömen.
-
Das
gehäuseseitige
Fluid E wird von dem Fluidverteilungselement in Kontakt mit der
oder den äußeren Flächen mindestens
einer Hohlfasermembran abgegeben, um ein Übertragen eines Fluidbestandteils
zwischen dem gehäuseseitigen
Fluid und dem lumenseitigen Fluid auszuführen. Bei den oben beschriebenen
besonderen Ausführungsformen
wird zum Beispiel das gehäuseseitige
Fluid E von den Öffnungen
oder Auslässen 34 der
perforierten Wandabschnitts 32 in Kontakt mit der oder
den äußeren Flächen mindestens
einer Hohlfasermembran abgegeben. Die Diffusion eines oder mehrerer
Fluidbestandteile tritt über
die mikroporösen
Wände der Hohlfasermembranen
ein, wobei eine Übertragung des
oder der Bestandteile zwischen dem gehäuseseitigen Fluid E und dem
lumenseitigen Fluid I bereitgestellt wird. Die Hohlfasermembranen 14 werden
für bestimmte
Anwendungen ausgewählt,
um einen Fluidstrom über
die Hohlfaserwand zu verhindern und dadurch die Übertragung zur Diffusion über die
Hohlfaserwand einzuschränken
und das selektive Steuern des oder der übertragenen Bestandteile zu
ermöglichen.
Die Antriebskraft für
die Diffusion über
die Hohlfaserwand wird vorzugsweise durch einen Unterschied in der
Konzentration, im Teildruck oder allgemeiner im chemischen Potenzial
des oder der Übertragungsbestandteile
zwischen dem gehäuseseitigen
Fluid E und dem lumenseitigen Fluid I bereitgestellt. Die Übertragung
kann selektiv durch entsprechende Auswahl des gehäuseseitigen
Fluids E, des lumenseitigen Fluids I, des Materials und der Stärke der
Hohlfasermembran und/oder der Drücke oder
anderen Bedingungen oder Merkmale der Fluide gesteuert werden. Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Fluidbestandteil von dem gehäuseseitigen Fluid E zu dem
lumenseitigen Fluid I übertragen.
Alternativ kann der Fluidbestandteil von dem lumenseitigen Fluid
I zu dem gehäuseseitigen
Fluid E übertragen
werden.
-
Vorzugsweise
wird das gehäuseseitige
Fluid E von dem Fluidverteilungsrohr 20 allgemein radial nach
auswärts
von mehreren allgemein radialen Öffnungen 34,
die sich von dem inneren Durchgang 24 durch die wand des
Fluidverteilungsrohrs 20 erstrecken, abgegeben. Die mindestens
eine Hohlfasermembran weist vorzugsweise mehrere Hohlfasermembranen 14 auf,
die ein Faserbündel
bilden, das die mehreren allgemein radialen Öffnungen 34 umgibt.
Vorzugsweise wird das gehäuseseitige
Fluid E allgemein radial nach außen durch die Zwischenräume zwischen
den mehreren Hohlfasermembranen 14 verteilt. Das gehäuseseitige
Fluid E kann von dem gehäuselosen
Fluidkontaktelement nach Kontakt mit der oder den äußeren Flächen der
mindestens einen Hohlfasermembran gesammelt werden, um das Übertragen
des oder der Bestandteile zwischen dem gehäuseseitigen Fluid E und dem lumenseitigen
Fluid I auszuführen.
Wie oben unter Bezugnahme auf 5 besprochen,
kann das gesammelte gehäuseseitige
Fluid E dann nach Wunsch zu einer zweiten und eventuell weiteren
zusätzlichen
Stufe von Fluidkontaktelementen zur weiteren Verarbeitung übertragen
werden.
-
Mehrere
beispielhafte Anwendungen des Fluidkontaktelements und Verfahrens
der vorliegenden Erfindung werden nun bereitgestellt. Die beispielhaften
Anwendungen werden beschrieben, um ein besseres Verstehen der Erfindung
zu ermöglichen
und sind in keiner Weise einschränkend.
-
Beispiel 1: Entgasen von Wasser
-
Eine
beispielhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung stellt das Entgasen
von Wasser oder anderer Flüssigkeiten
durch das Anlegen eines teilweisen Vakuums (das heißt eines
negativen Druckdifferenzials) durch die Lumen der Hohlfasermembranen
bereit. Diese Anwendung kann unter Einsatz eines Fluidkontaktelements
mit Hohlfasermembranen umgesetzt werden, die an einem ersten Ende
offen und an einem zweiten Ende geschlossen sind, wie zum Beispiel
durch einen Schließblock,
wie in 1 gezeigt, indem ein Vakuum an die einzelne lumenseitige
Fluidöffnung
angelegt wird. Alternativ kann diese Anwendung ausgeübt werden,
indem ein Fluidkontaktelement mit Hohlfasermembranen verwendet wird,
die an beiden Enden offen sind, wie in 2 bis 4 gezeigt,
indem ein Vakuum an beide lumenseitigen Fluidöffnungen angelegt wird, oder
indem eine lumenseitige Fluidöffnung
blockiert und das Vakuum an die andere angelegt wird.
-
Wasser
oder eine andere Flüssigkeit,
die zu entgasen ist, kommt mit dem gehäuseseitigen Fluid durch das
erste Ende des Fluidverteilungsrohrs in Kontakt und wird von dem
perforierten Wandabschnitt in Kontakt mit dem Faserbett nach außen abgegeben.
Das Kontaktelement kann in ein Plenum eingetaucht werden, aus dem
Wasser ununterbrochen abgegeben wird, oder mehrere Kontaktelemente
können
in einem einzelnen Behälter
installiert werden. Die Hohlfasern sind vorzugsweise Wasser abstoßend oder
haben eine gasdurchlässige dichte
Haut auf ihren äußeren Flächen, so
dass sie das Wasserübertragen
durch die Wand der Hohlfasern vermeiden. Eine externe Vakuumquelle
legt ein Vakuum an die Lumen der Hohlfasern an. Gelöste Gase
werden von der Flüssigkeit
gestrippt, diffundieren durch die Faserwände und in die Lumen der Hohlfasern.
Die Gase werden aus den Lumen durch die lumenseitigen Fluidöffnungen
entfernt und können
in die Umgebung abgegeben oder gesammelt werden. Die entgaste Flüssigkeit
tritt aus dem Kontaktelement durch das Faserbündel aus und kann gesammelt
und optional zu zusätzlichen
Stufen zur weiteren Verarbeitung übertragen werden.
-
Beispiel 2: Spülgasübertragung
-
Ein
weiteres Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt das Übertragen
eines Fluidbestandteils von dem gehäuseseitigen Fluid zu einem
lumenseitigen Spülgas
bereit. Diese Anwendung wird vorzugsweise unter Einsatz eines Fluidkontaktelements
ausgeführt,
das Hohlfasermembranen hat, die an beiden Enden offen sind, wie
in 2 bis 4 gezeigt, indem das lumenseitige
Spülgas
in die lumenseitige Fluidöffnung
eingeführt
und das lumenseitige Spülgas
von der anderen lumenseitigen Fluidöffnung abgegeben wird. Optional
kann ein Vakuum gleichzeitig an die Abgabeöffnung angelegt werden. Endkappen
können
an einem oder an beiden Enden des Kontaktelements nach Wunsch bereitgestellt
werden. Der übertragene
Bestandteil diffundiert durch die Wand aus Hohlfasermembran von dem
gehäuseseitigen
Fluid in das lumenseitige Spülgas.
Das Spülgas
wird dabei mit übertragenem
Bestandteil angereichert, und das gehäuseseitige Fluid wird von dem übertragenen
Bestandteil abge reichert. Diese Anwendungsverfahren kann mit dem
Verfahren des oben stehenden Beispiels 1 kombiniert werden. Zum
Beispiel kann Wasser zuerst mit Vakuum gemäß dem Beispiel 1 entgast werden,
um einen wesentlichen Anteil der gelösten Gase, darunter Sauerstoff
zu entfernen. Das entgaste Wasser, das von dem Vakuumkontaktelement
des Beispiels 1 abgegeben wird, wird dann gesammelt und zu einem
Spülgaskontaktelement übertragen.
Das Niveau an gelöstem
Sauerstoff in dem Wasser wird weiter durch Diffusion in ein Spülgas, wie
zum Beispiel Stickstoff, in dem Spülgaskontaktelement verringert.
-
Beispiel 3: Strippen von Gasbestandteilen
in ein flüssiges
Absorptionsmittel
-
Bei
einer weiteren Variante kann das erfindungsgemäße Fluidkontaktelement verwendet
werden, um ein Gas oder einen Abgasstrom vor dem Abgeben in die
Umgebung zu verarbeiten, indem giftige oder schädliche Bestandteile aus dem
Gasstrom entfernt und in ein geeignetes flüssiges Absorptionsmittel übertragen
werden. Diese Anwendung wird vorzugsweise unter Einsatz eines Fluidkontaktelements mit
Hohlfasermembranen, die an beiden Enden offen sind, wie in 2 bis 4 gezeigt,
umgesetzt. Der zu verarbeitende Gasstrom wird als das gehäuseseitige
Fluid durch das Fluidverteilungsrohr eingeführt und strömt radial nach außen und
quer über
das Faserbett, bevor er direkt in die Umgebung abgegeben wird. Als
lumenseitiges Fluid wird ein geeignetes flüssiges Absorptionsmittel bereitgestellt.
Das flüssige Absorptionsmittel
wird daran gehindert, in die Poren der Hohlfaserwand einzudringen,
entweder durch das Oberflächenausschlussmerkmal
der feinen Poren oder aufgrund der Gegenwart einer hoch gasdurchlässigen,
dünnen,
dichten Haut auf der Innenfläche
der Faserwand. Giftige oder schädliche
Bestandteile des Gasstroms diffundieren durch die Wand aus Hohlfasermembranen
aus dem Gasstrom in das flüssige
Absorptionsmittel.
-
Beispiel 4: Extrahieren organischer Komponenten aus
einem wässrigen
Strom
-
Bei
einer weiteren Variante kann das erfindungsgemäße Fluidkontaktelement verwendet
werden, um organische Verunreinigungen oder Schadstoffe aus wässrigen
Strömen
zu extrahieren, wie zum Beispiel aus Abwasserströmen, bevor sie in die Umgebung
abgegeben oder recycliert werden. Diese Anwendung wird vorzugsweise
unter Einsatz eines Fluidkontaktelements mit Hohlfasermembranen,
die an beiden Enden offen sind, wie in 2 bis 4, umgesetzt.
Das lumenseitige Fluid ist ein beliebiges geeignetes ungiftiges
organisches Lösemittel,
das als Extraktionsmittel dient, um die organischen Zielverunreinigungen
selektiv aus Wasser oder wässrigen
Fluiden zu extrahieren. Der wässrige
Strom ist das gehäuseseitige
Fluid. Organische Verunreinigungen oder Schadstoffe diffundieren
durch die Wand aus Hohlfasermembranen von dem Wasser oder wässrigen
Fluid in das organische Extraktionsmittel.
-
Beispiel 5: Extrahieren eines anorganischen
Lösungsprodukts
aus organischem Lösemittel
-
Bei
einer anderen Variante kann das erfindungsgemäße Fluidkontaktelement verwendet
werden, um gelöste
anorganische Salzverunreinigungen aus einem organischen Lösemittel
zu extrahieren. Das erzielt man durch Kontakt des organischen Lösemittels
durch die Wände
von Hohlfasermembranen mit Wasser oder einem anderen wässrigen
Material, das das Salz selektiv aus dem Lösemittel laugt. Diese Anwendung
wird vorzugsweise unter Einsatz eines Fluidkontaktelements mit Hohlfasermembranen, die
an beiden Enden offen sind, wie in 2 bis 4 gezeigt,
umgesetzt. Die organische Flüssigkeit,
die zu verarbeiten ist, dient als das gehäuseseitige Fluid, und das Waschwasser
oder andere wässrige
Material dient als lumenseitiges Fluid. Anorganische Salzverunreini gungen
diffundieren durch die Wand aus Hohlfasermembranen von der organischen
Flüssigkeit
in das Waschwasser oder andere wässrige
Material.