DE7026643U - Vorrichtung zur durchfuehrung der umgekehrten osmose. - Google Patents
Vorrichtung zur durchfuehrung der umgekehrten osmose.Info
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Description
Vorrichtung zur Durchführung der umgekehrten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung der umgekehrten Osmose mit mehreren Anordnungen von semipermeablen
Membranen, die zum Durchströmen bzw. Umströmen der zu behandelnden Lösung abgedichtet sind und bei denen
mindestens ein poröses, faseriges ^and schraubenlinienförmig
zu einem ein- oder mehrlagigen porösen Schlauch gewickelt ist.
Umgekehrte Osmose oder "Hyperfiltrierung" ist ein wohlbekanntes
MJttel zur Herstellung von Trinkwasser, das gewöhnlich
weniger als 500 Teile pro Million gelöste Feststoffe aufweist, aus beispielsweise Brackwasser oder Meerwasser,
zur Reinigung von Industrieabv/ässern oder zur Konzentration von Lösungen. Bei der umgekehrten Osmose wird die zu behandelnde
Lösung unter Druck mit der Oberfläche einer semi-
eutsri.e BnnkAI^ München Kcmlo-Nr 20 / I 4 009 Poslschccl
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k Müncli«n 600 60-807
permeablen Membran, z.B. einer Membran aus umgewandeltem
Zelluloseazetat (siehe britische Patentschrift 1 056 636) in Berührung gebracht und, wenn der auf d.\a Lösung ausgeübte
Druck deren osmotischen Druck um einen ausreichenden Betrag überschreitet, wird reines Lösungsmittel durch die
Membran gedrückt, wiährend die gelösten Stoffe zurückgehalten werden und auf der Lösungsseite der Membran verbleiben.
Semi-permeable Membrananordnungen zur Verwendung bei umgekehrter Osmose sollten einen länglichen, porösen Schlauch
aus mehreren Lagen umfassen, der aus Bändern gewickelt ist und eine/semi-permeable Membran für umgekehrte Osmore als
innere oder innerste Lage besitzt. Anordnungen dieser Art enthalten gewöhnlich vier oder mehr Lagen, weil der Druck,
bei dem die Anordnung betrieben werden kann, umso kleiner ist, je kleiner die Anzahl der Lagen ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine sehr einfache und preiswerte, austauschbare Membrananordnung zu
schaffen.
Dieses wird bei der eingangs näher erläuterten Vorrichtung
erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das die einzige Lage oder mehrere Lagen bildende Band bis zu 25 % seiner Breite
überlappt ist und die überlappten Abschnitte durch Wärme oder Lösungsmittel dichtend miteinander verbunden sind, wobei
die semi-permeable Membran als innere oder äußere Lage ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist die überlappte Lage in sich um nicht mehr als 10 % ihrer Breite überlappt.
Wenn mehr als ein Band benutzt wird, kann ein Band überlappt sein, und zwar wieder bis zu 25 % seiner Breite,
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vorzugsweise jedoch um nicht mehr als 10 % der Breite»
Wenn mehr als ein Band überlappt ist, kann jedes dichtend mit sich verbindbar sein und falls gewünscht, kann mehr
als ein Band dichtend mit sich verbunden sein. Wenn mehr als zwei Bänder benutzt werden, kann eine mittlere Lage
abgedichtet sein und die einzige abgedichtete Lage darstellen. Es wird jedoch vorgezogen, daß der Schlauch von
einem Band oder zwei Bändern gewickelt wird, wobei in letzterem Falle nur ein Band mit sich selbst dichtend
verbunden wird.
Die erfindungsgemäße Membrananordnung ist dadurch herzustellen, daß ein Band oder Bänder der gewünschten Breite
und mit Klebstoff auf den geeigneten Seiten mittels eines flexiblen Bandes auf den Dorn einer herkömmlichen Schlauchwickelmaschine
aufgewickelt werden. Der Dorn kann beispielsweise so gestaltet sein, daß er einen Schlauch erzeugt, der
einen Durchmesser zwischen 6,4 und 50,88 mm, z.B. 12,7 mm, 19,1 mm oder 25,4 mm, erzeugt.
Jedes poröse, faserige Band kann organische oder anorganische Fasern umfassen und kann durch jede bekannte, kontinuierliche
HerstelLungstechnik, wie z.B. Weben, Ablagerung aus einem Luftstrom oder Papierherstellung,erzeugt werden.
Vorzugsweise besteht jedes dichtend mit sich verbindbare Band aus einem Papier., das aus synthetischen Fasern hergestellt
ist, so daß es mit sich selbst verschmolzen werde kann, beispielsweise kann es ein Polyesterfasern enthaltendes
Papier sein. Jede andere Lage wird ebenfalls vorzugsweise durch ein Papierband gebildet, wobei das Papier aus
natürlichen oder synthetischen Fasern hergestellt sein kann.
Wenn mehr als ein Band benutzt wird, kann der während des Schlauchwickelvorganges benutzte Klebstoff zur dichtenden
Verbindung eines Bandes mit dem nächsten permeabel oder
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impermeabel sein. Wenn der Klebstoff jedoch impermeabel ist, sollte er auf das Band derart, beispielsweise als
Muster, aufgetragen werden, daß der sich ergebende Scnlauch permeabel ist. Der Klebstoff sollte außerdem so beschaffen
sein, daß er eine gute anfängliche Haftung ergibt und nahezu sofort abbindet. Er sollte gewöhnlich ein unter Wärmeeinfluß
schmelzender oder verschmelzbarer Klebstoff sein. Vorzugsweise ist der Klebstoff ein pulverisierter, thermoplastischer
Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen, der gleichmäßig aufgetragen ist.
Die mit der Membran zu versehende Oberfläche des Bandes kann vor oder nach dem Wickeln behandelt werden, jedoch
vor der Aufbringung der Membran, und zwar mit einem Wirkstoff, um die Oberfläche durch Änderung der Oberflächenrauhigkeit
und der Oberflächenspannung zwischen dieser Bandoberfläche und der Membran zur Aufnahme der Membran
besser geeignet zu machen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung der umgekehrten Osmose mit mehreren Anordnungen
von semi-permeablen Membranen, die jeweils eine semipermeable Membran-Oberflächenlage auf einem Stützrohr
aufweisen, zwei Endkappen, die jeweils mit wenigstens einem U-förmigen Kanal zum Verbinden der Enden zweier in
der Kappe gehaltenen Membrananordnungen versehen sind; und Dichtungselementen zwischen jeder Membrananordnung
und jedem jeweils zugeordneten Kanal in der Endkappe, wobei erfindungsgemäß jedes Dichtungselement aus einer
hohlen Büchse aus federndem Material besteht, die überdeckend und abdichtend an einem Teil der Membran an jedem
Ende einer Membrananordnung anliegt und einen Flansch aus federndem Material aufweist, der die Stirnfläche der Membrananordnung
einschließlich der Kontaktfläche zwischen der Membran und dem Stützrohr übergreift, und daß der
federnde Flansch an der Büchse eine Dichtung zwischen der zugeordneten Membrananordnung und der Endkappe bildet.
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Wenn die Membrananordnung bei hohen Drücken arbeiten soll, ist außerdem ein Metallrohr vorgesehen, das in seiner
Wandung eine Mehrzahl von Bohrungen für den Durchtritt von Lösungsmittel aufweist und als Stützelement für eine
schlauem ormige MembranaiioiXuiung, di'snt, die innerhalb oder
außerhalb des Rohres angeordnet ist. Das Rohr besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder einer Aluminiumlegierung
und hat auf einer quadratischen Fläche von 25,4 mm Seitenlänge eine bis vier Bohrungen, die vorzugsweise einen
Durchmesser von 1 aim oder weniger haben.
Wenn die Membrananordnung eine äußere oder innere Lage hat, die eine ι perforierten Stützrohr benachbart ist, und wenn
eine sol e Lage nicht in sich selbst überlappt und wie oben beetrieben abgedichtet ist, können schwache Punkte
auftreten, wenn eine Bandverbindung mit einer Bohrung oder Bohrungen irn Stützrohr zusammenfällt.
Die oben beschriebene Endkappe wird in einem Stück aus einem Kunststoff geformt und ist wenigstens mit einem U-förniigen
Tfenal versehen. Bei einer Ausführungsform dieser Endkappe
ist diese außerdem mit einem weiteren Kanal versehen, der von dem U-förmigen Kanal getrennt ist und sich durch die
Kappe erstreckt und mit dieser einen Seite der Kappe in Verbindung
steht, um den Sin- oder Austritt der Lösung zu ermöglichen.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Kappe ist diese außerdem
mit zwei weiteren Kanälen versehen, die vom U-förmigen Kanal getrennt sind, sich durch die Kappe erstrecken und
mit dieser einen Seite der Kappe und der gegenüberliegenden anderen Seite der Kappe in Verbindung stehen, wobei ein Kanal
für den Eintritt der Lösung und der andere Kanal für den Austritt der Lösung vorgesehen ist.
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Die Kappen der ersten Ausführungsform werden in
asymmetrischen Paaren be? ■ ;zt, und zwar eine an jedem
Ende jeder Gruppe von Membrar?anordnungen, wobei dieser
weitere Kanal der einen Kappe dieses Kappenpaares zu,-Eintritt
der Lösung und der entsprechende Kanal in der anderen Kappe zum Austritt der Lösung dient.
Die Kappen nach dem zweiten Ausführungsbeispiel werden jeweils zusammen mit einer Kappe benutzt, die nicht mit
weiteren Kanälen versehen ist, wobei die Anzahl der U-förmigen Kanäle in letzterer um eins höher ist als die
Anzahl der U-förmigen Kanäle in der ersteren Kappe. Wieder wird eine Kappe am einen Ende jeder Gruppe von
Membrananordnungen benutzt und die andere Kappe am anderen Ende angeordnet.
Die Endkappen der ersten Ausführungsform sind vorzugsweise mit drei, sechs oder neun U-förmigen Kanälen versehen
und jene der zweiten Ausführungsform mit fünf oder acht U-förmigen Kanälen. Dementsprechend sind jene
Kappen, die niht mit weiteren Kanälen versehen sind, mit sechs oder neun U-fcrmigen Kanälen ausgestattet.
Die Endkappen bestehen vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Epoxyharz. Die Kappen können in einem einzigen
Gießverfahren hergestellt werden.
Anhand der nun folgenden Beschreibung einer Vorrichtung zur Trennung eines Lösungsmittels in Verbindung mit der
Zeichnung wird beispielsweise die Erfindung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt eine explosionsartige Darstellung eines Endes einer derartigen Vorrichtung, wobei einige
Teile teilweise ausgeschnitten sind.
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Die Vorrichtung umfaßt siebe*, parallele ociilsuchförmige
Membrananordnungen 10, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt sind und wobei jede Meisf'T-ananordni\.:_\_
innerhalb eines Stützrohres 11 aus rostra-lea SvahJL .
geordnet ist. Die Wandungen der Stüv-.r<_5 ■ \ 11 ■ incl in
Abständen mit Perforationen 12 versei«r .-λ L... >-.\ beispielsweise
auf jedes Quadrat der RohroL'-oflächc mit
25,4 mm Seitenlänge vier Perforationen angebracht sein, wobei jede Perforation einen Durchmesser zwischen 1,0
und 1,2 mm hat.
Sechs der Stützrohre und Membrananordnungen sind gleichmäßig in Abständen um das siebte zentrale Rohr bzw. die
siebte zentrale Membrananordnung verteilt. Die Enden der Rohre 11 werden in Bezug auf die Lösung dichtem Eingriff
innerhalb paralleler axialer Bohrungen in einem zylindrischen Stützblock 13 gehalten, der aus glasverstärktem
Epoxyharz gegossen ist. Die einander gegenüberliegenden Enden der Rohre 11 werden in ähnlichen Bohrungen in einem
entsprechenden Stützblock an jedem Ende der Vorrichtung
aufgenommen, wobei ein Block in der Zeichnung nicht dargestellt ist.
Innerhalb der Enden der Membrananordnungen 10 werden hohle
Büchsen 14 aus federndem Material aufgenommen, wobei diese Büchsen Endflansche 15 aufweisen, die auf der Stirnfläche
des Stutzblockes 13 aufliegen.
Die Stützblöcke 13 an entge3engesetzten Enden der Vorrichtung werden innerhalb der Enden eines einhüllenden Stützrohres
16 aus rostfreiem Stahl aufgenommen, welches die Anordnung aus Röhren 11 umschließt. Ein federnder O-Ring
17 liegt innerhalb einer Umfangsnut in jedem Stützblock 13 und schafft eine lösungsmitteldichte Verbindung zwischen
dem Block und dem Rohr 16.
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-S-
■'..-: ominelförmige Endkappen 18 sind an jedem Ende der Vor-.·
I :·' uung mittels Schrauben 19 befestigt, die sich durch
i.. Laie Bohrungen in jeder Endkappe erstrecken und in Ge-■*.
debohrungen im benachbarten Stützblock 13 eingreifen.
Die innere Fläche jeder Endkappe 18 ist mit sieben ringförmigen Ausnehmungen 20 versehen, die so angeordnet sind,
daß sie die Flansche 15 dar Büchsen 14 aufnehmen. Jede ringförmige Ausnehmung 20 umgibt eine Öffnung, die mit
einem Kanal in der Endkappe 18 in Verbindung steht. In jeder Endkappe sind drei U-förmige Kanäle 21 vorgesehen,
die sich zwischen Öffnungen an der inneren Stirnfläche der Endkappe erstrecken, sowie ein Kanal 22, der sich in axialer
Richtung geradewegs durch die Endkappe 18 erstreckt. Zwei der Schrauben 19 dienen außerdem dazu, ein Rohr 23
gegenüber dem Kanal 22 in jeder Endkappe auszurichten. Ein Rohr 23 dient als Einlaß zur Vorrichtung und das Rohr
23 am gegenüberliegenden Ende als Auslaß. Ein Entweichen der Lösung zwischen jeder Endkappe 18 und jedem Rohr 23
v/ird durch Dichtungsringe 24 verhindert.
Die U-förmigen Kanäle in den beiden Endkappen setzen Paare von Membrananordnungen derart miteinander in Verbindung,
daß durch den Einlaßkanal 22 strömende Lösung abwechselnd durch alle Membrananordnungen vor- und zurückgeführt wird,
bis es die Vorrichtung durch den Auslaßkanal an der gegenüberliegenden Endkappe verläßt.
Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß die Membrananordnungen auf einfache Weise in die Vorrichtung
eingesetzt und aus dieser entfernt werden können.
Bei einer nicht gezeigten alternativen Ausfülv; ungsform ist
in der Vorrichtung eine gerade Anzahl von Membrananordnungen vorgesehen, beispielsweise zwölf Membrananordnungan,
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und es ist offensichtlich, daß in diesem FaIx der Auslaßkanal
in der gleichen Endkappe vorgesehen sein muß wie der Einlaßkanal. Die sowohl den Einlaß- als auch den Auslaßkanal
umfassende Endkappe wird deshalb fünf U-iörmige Kanäle enthalten, während die Endkappe am anderen Ende
der Vorrichtung t>echs U-χ crmige Kanäle aufweisen wird, .jedoch
keinen sich axial geradewegs durch die Endkappe erstreckenden Kanal.
Obwohl die Endkappe 18 trommeiförmig dargestellt ist, kann sie offensichtlich in jeder anderen geeigneten Form hergestellt
sein. Beispielsweise kann sie die Form eines rechteckigen Blockes aufweisen. In diesem Fall können die öffnungen
an den Enden der U-förmigen Kanäle und andere Kanäle in einer- sechseckigen eng zusammengerückten Art in einer
rechteckigen Stirnfläche des Blockes angeordnet sein.
Es ist ersichtlich, daß die Anzahl der Membrananordnungen in der Vorrichtung verändert werden kann, in jedem Falle
jedoch, in dem eine ungerade Zahl von Anordnungen benutzt wird, wird der Auslaßkanal in der lindkappe angeordnet
sein, die der Endkappe gegenüberliegt, die den Einlaßkanal aufweist, während bei einer geraden Anzahl von Me"ibranan->
Ordnungen sowohl der Einlaß als auch der Auslaß in der gleichen Endkappe vorgesehen sind.
Die semi-permeable Membrananordnung kann folgendermaßen hergestellt sein. Zwei faserige Bänder wurden schraubenlinienförmig
mit einer Geschwindigkeit von 33mm/Sekunde auf einen Dorn aufgewickelt, der einen Durchmesser von
12,8 mm hat, um einen Schlauch zu erzeugen. Das innere Band
hat ein im wesentlichen urigeleimte.3, 90 gm standard 3500
doppelschichtip;es, einfaches, wasserglasgeleimtes Papier
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mit einer Breite von 26 mm, das äußere Band ist ein
Polyesterfaserpapier mit einer Breite von 27 mm. Das * innere Band wird mit seiner rauhen Seite zum Dorn ge-Vfiokel-fc
und in sich selbst um etwa 1 mm überlappt, während,
das äußere Band in sich selbst um 2 bis 3 mm überlappt wird.
Ein Polyäthylengranulat umfassendes Klebemittel wird vor dem Wickeln auf jene Oberfläche des äußeren Bandes aufgebracht,
die dem inneren Band zugekehrt ist, wobei das Klebemittel vor dem Wickelvorgang durch Erwärmung auf
eine Temperatur zwischen 110 und 150 0C haftfähig gemacht
wird. Bei fortschreitendem Wickelvorgang werden die überlappten Abschnitte der äußeren Lage unter Wärmeeinwirkung
miteinander dichtend verbunden, und zv/ar durch Berührung mit einem beheizten Schuh, der- mit 125 Wattund
einem 240 Volt Einphasenwechselstrom von 50 Hz betrieben wird. Bei einer Umgebungstemperatur von 20 0C liefert
diese Energieversorgung eine Schuhtemperatur zwischen 300 0C und 350 0C. Während der Schlauch den Wickeldorn
verläßt, wird eine Membran mit einer Dicke zwischen 0,11 und 0,13 mm auf die innere Oberfläche des Schlauches
aufgegossen.
- Ansprüche -
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Claims (3)
- Schutzansprüche1r Vorrichtung zur Durchführung der umgekehrten Osmose mit mehreren Anordnungen von semi-permeablen Membranen, die zum Durchströmen bzw. Umströmen mittels der zu behandelnden Lösung abgedichtet sind und bei denen mindestens ein poröses, faseriges Band schraubenlinienförmig zu einem ein- oder mehrlagigen porösen Schlauch gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das die einzige Lage oder mehrere Lagen bildende Band in sich bis zu 25 % seiner Breite überlappt ist und die überlappten Abschnitte durch Wärme oder Lösungsmittel dichtend miteinander verbunden sind, wobei die semi-permeable Membran als innere oder äußere Lage ausgebildet ist.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das oder jedes überlappte Band in sich um nicht mehr als 10 % seiner Breite überlappt ist.
- 3. Vorrichtung zur Durchführung der umgekehrten Osmose mit mehreren Anordnungen von semi-permeablen Membranen, die jeweils eine semi-permeable Membran-Oberflächenlage auf einem Stützrohr aufweisen, zwei Endkappen, die jeweils mit wenigstens einem U-förmigen Kanal zum Verbinden der Enden zweier in der Kappe gehaltenen Membrananordnungen versehen sind, und Dichtungselementen zwischen jeder Membrananordnung und dem jeweils zugeordneten Kanal in der Endkappe, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Dichtungselement aus einer hohlen Büchse (14) aus federndem Material besteht, die überdeckend und abdichtend an einem Teil der Membran an jedem Ende einer Membrananordnung (10) anliegt und einen Flansch (15) aus federndem Material aufweist, ier die Stirnflächo der Merabrananordnung (10) einschließlich der Kontaktfläche zwischen der Membran und dem Stützrohr (11) übergreift, und daß der federnde Flansch (15) an der Büchse (14) eine Dichtung zwischen der zugeordneten Membrananordnung (10) und der Endkappe (18) bildet.7026643 17.07.75
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