DE69308744T2

DE69308744T2 - Filtrationsmodul

Info

Publication number: DE69308744T2
Application number: DE69308744T
Authority: DE
Inventors: Pierre Bathelet
Original assignee: Tech-Sep
Current assignee: Tech-Sep
Priority date: 1992-11-12
Filing date: 1993-10-15
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2013-10-16
Also published as: FR2697886B1; DE69308744D1; US5366624A; EP0597742A1; JP2512382B2; ATE149874T1; JPH06205946A; FR2697886A1; EP0597742B1; ES2100493T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Filtrationsmodul, insbesondere zur Mikro- und Ultrafiltration mit einem Bündel aus rohrförmigen Mineralmembranen.
Aufgrund ihrer großen Beständigkeit gegenüber physikalisch chemischen Beanspruchungen werden Membranen zunehmend zur Filtration unterschiedlicher Industriefluide verwendet.
Diese Module sind in einer großen Anzahl von Veröffentlichungen und Patenten beschrieben, beispielsweise im Patent US-A- 3 977 967.
Ein Beispiel für eine Ausführungsform eines derartigen Moduls ist in der beiliegenden Zeichnung dargestellt; in dieser zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Filtrationsmoduls,
Fig. 2 eine Explosionsansicht des Moduls von Fig. 1 mit zusätzlicher Darstellung einer Spann- bzw. Klemmschelle und ihrer Dichtung an jedem Ende des Moduls,
Fig. 3 einen Teilschnitt auf der Höhe des Endes einer Membran sowie mit einer Dichtung gemäß dem Stand der Technik.
Aus Fig. 1 geht hervor, daß das Filtrationsmodul 1 aus einem zylindrischen Gehäuse 2 besteht, in dessen Inneren mehrere rohrförmige Mineralmembranen 3, 3a, 3b untergebracht sind, die parallel im Bündel quer zu wenigstens zwei perforierten Platten angeordnet sind, die an den beiden Enden des Gehäuses angeordnet sind.
Das Membranbündel wird an jedem seiner beiden Enden durch eine Gegenplatte 4 und 4a gehalten, die von so vielen Löchern 5, 5a und 5b durchsetzt ist, wie Membranen vorhanden sind. Jede Membran 3, 3a, 3b greift in das Loch 5, 5a, 5b der entsprechenden Gegenplatte quer zum entsprechenden Loch 6, 6a ein, das quer zur Dichtung 7, 7a aus Elastomermaterial eingearbeitet ist.
An der Peripherie des Gehäuses 2 sind Gewindestangen 8 angeordnet, auf welche die Dichtung 7 und die Gegenplatte 4 quer über Löcher 9 und 10 befestigt sind, die jeweils in der Gegenplatte und der Verbindung eingearbeitet sind, und mittels der Mutter 11. Die Einspannung der Dichtung wird bewirkt. Auf dem Kopf des Moduls wird eine Dichtung 12, 12a angeordnet. Das Röhren- und Modulsystem wird durch einen Kragen bzw. eine Schelle 13, 13' oder ein Flanschsystem festgesetzt gehalten.
In Fig. 2 ist die Membran 3 zu erkennen, die quer über die Perforationen der Tragplatte P&sub1;, der Dichtung 7 und der Gegenplatte 4 angeordnet ist.
In den Fig. 2 und 3 ist eine Dichtung 7 mit einer Shore-A- Härte kleiner als 60 dargestellt, die zwei Extrusionswülste 21 und 22 aufweist, die in dem Spiel- bzw. Zwischenraum 23 (plastisch) eingeflossen bzw. eingeformt sind, der zwischen den Platten 4 und P&sub1; und der Membran 3 vorhanden ist.
Das Filtrationsmodul 1 arbeitet in der folgenden Weise:
Die zu behandelnde Flüssigkeit tritt in Richtung des Pfeils F&sub1; ein und am anderen Ende des Moduls, dem Pfeil F&sub2; folgend aus.
Das Permeat, das außerhalb der Membranen und innerhalb des Moduls 2 hindurchgetreten ist, tritt durch die Öffnungen 14, 14a, den Pfeilen F&sub3; und F&sub4; folgend aus.
In dem in Fig. 1, 2 und 3 gezeigten Filtrationsmodultyp bildet die Dichtung 7, 7a das heikle Teil.
Tatsächlich stellt diese Dichtung ein Teil von enormer Wichtigkeit dar, da es die Dichtung zwischen einerseits dem Permeat, das innen im Gehäuse 2 und außerhalb der Membranen 3 zirkuliert und andererseits dem Retenat, das innerhalb der Membranen quer durch das Modul zirkuliert und außerhalb der Membranen strömt, sicherstellt. Diese Dichtung muß ausreichend weich bzw. nachgiebig sein, um eine korrekte Dichtheit sicherzustellen.
Die Verwendung von biegsamen Dichtungen aus polymerem Material in Modulen mit Keramikträgertrennelementen ist in der EP-A-0 270 051 beschrieben.
In dem Fall der nachgiebigen Dichtung, wie sie aus Fig. 3 hervorgeht, passiert es häufig, daß bei Temperaturanstiegen des Retenats und unter der Einwirkung der Klemmspannung der Platten P&sub1; und P&sub2; und der Gegenplatten 4, 4a auf die Dichtung 7, 7a, die Dichtung 7, 7a einer Wulst 21, 22 in dem Spielraum 23, 23a folgend, der zwischen den Membranen, den Platten und den Gegenplatten vorhanden ist, extrudiert bzw. plastisch herausfließt.
Diese Temperaturanstiege des Retenats können beispielsweise bei der Dampfsterilisation der Membranen, oder besonders für bestimmte Industrieverfahren, die erhöhte Temperaturen oberhalb von 100ºC erfordern, ungefähr 130ºC erreichen. Dieses plastische Fließen der Dichtung 7, 7a und die Relativbewegungen zwischen den Membranen und der Hülle bei Wärmedehnungen ruft eine Verschlechterung der Dichtung und infolge davon einen Dichtigkeitsverlust hervor.
Die Kompaktheit der Ultrafiltrationsmodule und die engen Abmessungstoleranzen der rohrförmigen Mineralmembranen erlauben weder eine Verringerung der Spielräume noch eine Verwendung von extrusions- bzw. fließverhindernden Ringen, welche die Dichtungen 7, 7a einspannen.
Andererseits erlaubt die Verwendung von Dichtungen 7, 7a erhöhter Härte mit Sicherheit eine Unterdrückung des Extrusionsphänomens; der Mangel an Nachgiebigkeit der Dichtung verhindert jedoch, die Dichtigkeit sämtlicher Membranen des Moduls zu verwirklichen.
Durch die Erfindung wird genau das vorstehend angesprochene Problem gelöst bzw. überwunden. Sie betrifft im einzelnen ein Filtrationsmodul 1 mit einem Bündel von Membranen 3, 3a, 3b, die im Innern eines Gehäuses angeordnet und an jedem ihrer beiden Enden durch eine perforierte Platte P&sub1;, P&sub2; gehalten sind, einer perforierten Dichtung 7, 7a und einer perforierten Gegenplatte 4, 4a, wobei jedes Membranende aufeinanderfolgend die fluchtenden Perforationen einer Platte P&sub1;, P&sub2;, einer Dichtung 7, 7a und einer Gegenplatte 4, 4a durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungen in ihrer Dikkenrichtung aus drei übereinanderliegenden Zonen gebildet ist, wobei die beiden äußeren Zonen eine Shore-A-Härte von wenigstens gleich 65, und wobei die zentrale Zone eine Shore- A-Härte kleiner als 55 aufweist.
Bevorzugt weist die zentrale Zone eine Shore-A-Härte zwischen 45 und 50 auf, und die beiden äußeren Zonen 2 weisen eine Shore-A-Härte von vorzugsweise zwischen 70 und 75 auf.
Die Verbindung kann durch ein einziges Teil gebildet sein, das in seiner Dicke bzw. Dickenrichtung die drei vorstehend genannten Zonen aufweist oder besonders bevorzugt kann die Dichtung aus einer dreilagigen Schicht gebildet sein, deren Härten denjenigen der drei vorstehend genannten Zonen entspricht.
Die Erfindung läßt sich besser aus dem Studium des nachfolgenden Ausführungsbeispiels verstehen, das ohne Beschränkung beispielhaft angeführt ist, wobei auf die beiliegende Zeichnung bezug genommen wird, in welcher Fig. 4 wie Fig. 3 einen Teilschnitt auf der Höhe des Endes einer Membran 3 zeigt, jedoch mit einer Dichtung 7 in Übereinstimmung mit derjenigen, die in der Erfindung verwendet wird.
Aus Fig. 4 geht hervor, daß die Dichtung 7 aus zwei äußeren Lagen 24 und 25 mit einer Shore-A-Härte größer oder gleich 65 gebildet ist, welche eine innere Lage 26 einer Shore-A-Härte kleiner als 55 einschließen.
Vorzugsweise weisen die Lagen 24, 25 und 26 im wesentlichen analoge Dicken auf. Außerdem weisen die übereinander angeordneten drei Schichten eine Gesamtdicke auf, die im wesentlichen analog zu der nachgiebigen Dichtung von Fig. 3 ist, die aus einer einzigen Schicht gebildet ist.
In dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Beispiel weist das Modul ein Bündel aus 120 Membranen auf, wobei jede Membran 1,2 m lang ist, einen Innendurchmesser von 0,6 cm und einen Außendurchmesser von 1 cm aufweist.
Die Dichtung 7 ist aus einer inneren Schicht 26 einer Shore- A-Härte von 50 zusammengesetzt, die sandwichartig durch zwei Schichten der Shore-A-Härte von 75 umgeben ist. Jede Schicht hat eine Dicke von ungefähr 2,10 mm. Die drei Schichten bestehen aus Butylkautschuk.
Das Ultrafiltrationsmodul gemäß der Erfindung wird einem Sterilisationszyklus unterworfen, der die folgenden Schritte aufweist:
- Anfeuchten der Membranen unter 6 Bar während 20 min,
- einen ersten Dampfdurchleitungszyklus bei 122ºC während 18 min; Abkühlen für 3 Stunden,
- einen zweiten Dampfdurchleitungszyklus bei 122ºC während 29 min, daraufhin bei 125ºC während 15 min; Abkühlen für 2 Stunden,
- einen dritten Dampfdurchleitungszyklus während 25 min und Abkühlen für 10 Stunden,
- Befeuchten der Membranen unter 6 Bar während 15 min,
- einen vierten Sterilisationszyklus bei 125ºC während 35 min; Abkühlen für 4 Stunden und Dampfdruck 1 Bar.
Daraufhin lassen sich die Gegenplatten ohne Schwierigkeiten abnehmen, und an der Dichtung 7 ist keinerlei Extrusion bzw. keinerlei plastisches Fließen festzustellen.
Es spielt keine Rolle, welches Elastomermaterial angewendet wird, um die Dichtung 7 zu verwirklichen. Es empfiehlt sich jedoch als Elastomer ein Silikon, einen Butyl- oder Nitrilkautschuk oder Viton zu verwenden.
Der Dichtungsverbundstoff 7 kann durch Aufeinanderschichten von Lagen bzw. Schichten mit einer Shore-A-Härte hergestellt werden, die gefolgt durch Abschneiden unter Druck zum Verwirklichen von Löchern geeignet ist. Es kann auch in Aussicht genommen werden, daß der Dichtungsverbundstoff 7 aus einer einzigen Schicht realisiert wird, jedoch unter Vorsehen einer Schicht geeigneter Shore-A-Härte, die beispielsweise durch Verändern der Zusammensetzung des Elastomers erhalten wird (Belastung bzw. Beschwerung, Katalysator, Plastifizierungsmittel, usw. ...)

Claims

1. Filtrationsmodul (1) mit einem Bündel von Membranen (3, 3a, 3b), die im Innern eines Gehäuses (2) angeordnet und an jedem ihrer beiden Enden durch eine perforierte Platte (P&sub1;, P&sub2;) gehalten sind, einer perforierten Dichtung (7, 7a) und einer perforierten Gegenplatte (4, 4a), wobei jedes Membranende aufeinanderfolgend die fluchtenden Perforationen einer Platte (P&sub1;, P&sub2;), einer Dichtung (7, 7a) und einer Gegenplatte (4, 4a) durchsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungen (7, 7a) in ihrer Dickenrichtung aus drei übereinanderliegenden Zonen (24, 25, 26) gebildet ist, wobei die beiden äußeren Zonen (24, 25) eine Shore-A-Härte von wenigstens gleich 65, und wobei die zentrale Zone (26) eine Shore-A-Härte kleiner als 55 aufweist.

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Zone (26) eine Shore-A-Härte zwischen 45 und 50 aufweist, und die äußeren Zonen (24, 25) eine Shore- A-Härte zwischen 70 und 75 aufweisen.

3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungen (7, 7a) aus einem einzigen Stück gebildet ist.

4. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Dichtungen (7, 7a) ein Verbundstoff ist und durch die Aufeinanderschichtung von drei Schichten gebildet ist, deren Shore-A-Härten denjenigen der drei Zonen (24, 25, 26) entsprechen.