DK149687B - Apparat til opdeling af en vaeske i to fraktioner - Google Patents

Description

i 149687

Opfindelsen angår et apparat til opdeling af en væske i mindst to fraktioner (i det følgende betegnet en permeatfraktion og en koncentratfraktion) ved omvendt osmose eller ultrafiltrering under anvendelse af semipermeable membraner, hvilket apparat omfatter en 5 stabel af semipermeable membraner og aflange understøtningsplader til understøtning af membranerne og med fremstående ribber til dannelse af bueformede strømningskanaler, der strækker sig langs membranoverfladerne, og idet der i membranunderstøtningspladerne er udformet huller til dannelse af to i stabelens længderetning forløbende 10 hovedstrømningskanaler, organer til tilførsel af væske til en hovedstrømningskanal, organer til udtagning af en eller flere permeatfrak-tioner og organer til udtagning af en koncentratfraktion.

De kendte apparater af ovennævnte art kan være således udformet, at væsken, som skal behandles, strømmer gennem de med 15 membranoverfladerne parallelle strømningskanaler i seriestrøm, i parallelstrøm eller i en kombination af en seriestrøm og en para 11 el strøm.

I et kendt apparat er membranunderstøtningspladerne elliptiske, og hullerne i membranunderstøtningspladerne er placeret således, at de har ellipsens brøndpunkter som centrum eller er placeret i 20 nærheden af disse punkter.

En ulempe ved disse kendte apparater er, at væsken, der langs membranoverfladerne strømmer fra den ene hovedstrømningskanal mod den anden, ikke fordeler sig jævnt over membranoverfladerne, hvorved der ikke opnås en optimal filtreringseffekt.

25 Det er blevet forsøgt at opnå en forbedret fordeling af væ sken over membranoverfladerne ved at anvende membranunderstøtningsplader med fremstående ribber, som er således udformet, at ribberne på to hosliggende membranunderstøtningsplader ved at sammenpresse de mellemliggende membraner i de af ribberne dannede 30 zoner eller ved at presse overfladen af en membran mod ribben på den hosliggende membranunderstøtningsplade danner separate strømningskanaler, som strækker sig fra den ene hovedstrømningskanal mod den anden.

Disse foranstaltninger har ikke ført til en fuldt tilfredsstil-35 lende løsning af det beskrevne problem, hvilket bl.a. skyldes, at der er en væsentligt større modstand mod væskestrømning i de relativt lange strømnings kanaler end i de relativt korte.

Formålet med opfindelsen er at opnå en mere ensartet fordeling af væsken over membranoverfladerne under strømningen fra den 2 149687 ene hovedstrømningskanal mod den anden for derved at opnå en forbedret udnyttelse af membranerne.

Dette formål opnås ifølge opfindelsen med et apparat, der er ejendommeligt ved, at membranunderstøtningspladerne er således ud-5 formet, at væskestrømmen er blokeret i en zone mellem hullerne i pladerne, og at membranerne har et hul med en form og størrelse svarende til denne zone.

Ved at blokere væskestrømmen i zonen mellem hullerne i membranunderstøtningspladerne, nemlig i det område, hvor afstanden 10 mellem hovedstrømningskanalerne er kortest, bliver modstanden mod strømning gennem de bueformede strømningskanaler mere ensartet, hvilket resulterer i en mere ensartet fordeling af væsken over membrano verf laderne.

Blokeringen af væskestrømmen i den ovenfor omtalte zone 15 kan opnås ved at anvende membranunderstøtningsplader, som i det pågældende område på begge sider har en plateau-formet del. Disse plateau-formede dele vil ved sammenspænding af stabelen af membraner og understøtningsplader danne et massivt centralt område. Det foretrækkes dog at anvende membranunderstøtningsplader, som i den 20 pågældende zone har et gennemgående hul. Dette hul er i så fald omgivet af lukkeflanger på begge sider af pladen for at forhindre, at der utilsigtet trænger væske ud i den gennemgående centrale kanal, som dannes af de nævnte huller i stabelen af membraner og understøtningsplader. Ved at udforme et hul på det pågældende sted spares 25 materiale til membranunderstøtningspladerne, og desuden vil den af hullerne i pladerne dannede centrale kanal kunne anvendes til særlige formål, f.eks. som udtagskanal for permeat eller koncentrat.

En særligt effektiv udnyttelse af membranerne opnås, når membranunderstøtningspladernes og membranernes omrids er super-30 elliptiske, d.v.s. bestemt ved formlen x m v n I * l 25 hvor a og b angiver længden af superellipsens halvakser, og hvor m og n er mindst 2 og enten m eller n er større end 2.

Når der anvendes membranunderstøtningsplader med superelliptisk form har det centrale blokerede område fortrinsvis også en superelliptisk form.

3 1Λ9687 Når lukkeflangen har et superelliptisk omrids, har eventuelle ribber på membranunderstøtningspladerne form som parallel kurver til lukkeflangens kurveform.

En foretrukket udførelsesform for apparatet ifølge opfindel-5 sen er ejendommelig ved, at ribbernes højder over pladerne tiltager i retning fra den centrale del mod pladernes periferi.

Som følge af den tiltagende ribbehøjde i retning mod pladernes periferi kan man kompensere for den af den forøgede strømningsbanelængde fremkaldte stigende strømningsmodstand ved at forøge 10 gennemstrømningstværsnittet af de op til membranerne grænsende strømningsbaner. Denne løsning er særlig fordelagtig i apparater til behandling af en række væsker, der forekommer i mejeribruget. Der er her tale om såkaldte potens-lov væsker, d.v.s. væsker, for hvilke det gælder, at 15 t = K x γη hvor τ er forskydningskraft, γ forskydningsspændingen, n er et helt tal, der bestemmes empirisk, og K er en empirisk bestemt konstant.

20 For sådanne væsker gælder, at forholdet mellem højderne (b^ og bg) af to strømningskanaler bør opfylde følgede formel: n 25 b2 Ml+ 2 S " \ψ hvor L.j og L^ er kanal længderne.

I praksis vil 0,05 < n < 1, og hvis n = 0,2 fås følgende ka-30 nalhøjder for de nedenfor nævnte L-værdier: L.j = 192,8 mm b^ = 1,30 mm l_2 = 220,8 mm b^ - 1/44 mm

Lg = 264,7 mm b3 = 1,64 mm 35 = 326,0 mm b^ = 1,90 mm

Lg = 411,2 mm bg = 2,24 mm.

For at opnå samme pladetykkelse over hele pladen tiltager tykkelsen af selve pladen fortrinsvis i retning fra den perifere mod 4 149687 den centrale del i samme takt, som ribbehøjden tiltager i den modsatte retning.

Opfindelsen skal herefter beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor 5 fig. 1 viser et planbillede af en membranunderstøtnings plade til brug i en udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen, fig. 2 viser et planbillede af en anden membranunderstøtningsplade til brug i en anden udførelsesform 10 af apparatet ifølge opfindelsen, fig. 3 viser et tværsnitsbillede af membranunderstøt ningspladen ifølge fig. 1 efter linien l-l, fig. 4 viser et tværsnitsbillede af membranunderstøt ningspladen ifølge fig. 2 efter linien 11-I I, 15 fig. 5 viser et eksploderet billede af en foretrukket ud førelsesform for apparatet ifølge opfindelsen, fig. 6 viser et eksploderet billede af en anden foretrukket udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen, og 20 fig. 7 er et tværsnitsbillede gennem hul kanten af en membranunderstøtningsplade og tilhørende membraner samt membranholdeorganer.

Den i fig. 1 og 3 viste membranunderstøtningsplade har to cirkulære huller 1 og 2 samt et ellipseformet centralt hul 3. Pladen 25 har langs sin periferi en ringformet ydre lukkeflange 4. Omkring de cirkulære huller er der anbragt fastsiddende membranholdeorganer 5 henholdsvis 6. Membranunderstøtningspladens overflader er forsynet med fremstående krumme ribber 7 og en indre ringformet lukkeflange 8 langs periferien af det centrale ellipseformede hul 3.

30 Membranunderstøtningspladens ydre kontur er bestemt af, at den ydre kontur af den indre lukkeflange 8 har superelliptisk form og er bestemt af formlen 3 2 *- + - 1 35 a3 b2 149687 5 hvor a og b er ellipsens halvakser, og af, at formen af ribberne 7 og formen af den ydre lukkeflange 4 danner parallel kurver til den indre lukkeflange 8's superelliptiske form.

Den i fig. 2 og fig. 4 viste membranunderstøtningsplade er 5 i princippet opbygget som den i fig. 1 og fig. 3 illustrerede plade, og der er i fig. 2 og fig. 4 anvendt samme henvisningstal som i fig.

1 og fig. 3 til angivelse af tilsvarende dele.

Pladen, som er vist i fig. 2 og fig. 4, har en form, som er givet ved, at den indre lukkeflange 8's ydre kontur er bestemt af 10 formlen >ål + £1 = i a2,3 b2,3 15 Den viste plade afviger også fra den i fig. 1 og fig. 3 viste plade ved, at højden af ribberne 7 tiltager i retning fra det centrale hul 3 mod pladens periferi. Denne højdevariation medfører, at højden af de af modstående ribber afgrænsede strømningskanaler mellem to hosliggende membraner tiltager i ovennævnte retning og derved kom-20 penserer for strømningskanalernes varierende længde, nir det gælder den samlede strømningsmodstand.

De i fig. 5 og fig. 6 viste apparater består af en stabel af membranunderstøtningsplader 9, der i det væsentlige er opbygget som vist i fig. 2 og fig. 4, og membraner 10, idet der mellem to membran- 25 understøtningsplader 9 er anbragt to membraner 10. Den nævnte sta bel holdes sammenspændt mellem to endeplader 11 og 12 ved hjælp af spændebolte 13 og 14. Hullerne 1 og 2 i membranunderstøtningspla-derne 9 danner sammen med tilsvarende huller i membranerne 10 to langsgående hovedstrømningskanaler. Membranen 10 holdes ved kan-30 terne af hullerne i membranunderstøtningspladerne 9 fastlåst til sidstnævnte ved hjælp af ovennævnte membranholdeorganer 5, 6, hvoraf et er vist detaljeret i fig. 7, og som hver består af en underdel 15 og en tilsvarende overdel 16. Underdelen 15 er på undersiden forsynet med takker 17, mellem hvilke væske kan passere ud fra eller ind i 35 den tilsvarende hovedstrømningskanal. Underdelen 15 har på oversiden to diametralt anbragte tappe 18 og to diametralt anbragte huller 19.

Overdelen 16 har på undersiden to diametralt anbragte huller 20, hvori tappene 18 kan indsættes, samt to diametralt anbragte 149687 6 tappe 21, som er således udformet og anbragt, at de kan indsættes i hullerne 19.

Membranunderstøtningspladerne er i området omkring hullerne 5 og 6 udformet med huller 22, der er således anbragt, at enderne 5 af tappene 18 og 21 kan føres igennem disse huller, når membranerne 10 ved hjælp af de omtalte holdeorganer skal fastlåses til membranunderstøtningspladerne i området omkring hullerne 5 og 6.

Stabelen omfatter også lukkeplader 23, der er anbragt i forskellige niveauer i de to hovedstrømningskanaler for på de pågæl-10 dende steder at lukke for gennemstrømning og derved tvinge væsken til i parallelstrømme at bevæge sig i retning med den anden hovedstrømningskanal i en række med membranoverfladerne parallelle strømningsbaner.

Membranunderstøtningspladerne 9, der indgår i apparatet 15 ifølge fig. 5, er forsynet med kanaler 24, der strækker sig fra pladens overside og pladens underside til en central hovedstrømningskanal, som er dannet af de centrale huller 3 i membranunderstøtningspladerne. Denne centrale hovedstrømningskanal udmunder i et centrart udløbshuf 25 i den øverste endeplade 11.

20 Væsken, der skal behandles i apparatet, der er illustreret i fig. 5, indføres gennem et hul 26 i den øverste endeplade 11 i den ene hovedstrømningskanaL Som følge af tilstedeværelsen af lukkepladen 23 tvinges væsken til i form af parallelle deistrømme at strømme mod den anden hovedstrømningskanal, idet den under denne strømning.

25 bevæger sig langs med og i Intim kontakt med membranoverfladerne.

Efter at have nået den anden hovedstrømningskanat samles delstrømmene og strømmer ned gennem den anden hovedstrømningskanal. En heri anbragt lukkeplade 23 vil imidlertid igen få væsken til at strømme tilbage mod den første hovedstrømningskanal i form af en række paral-30 leile delstrømme. Her samles delstrømmene igen og strømmer længere ned i stabelen i den første hovedstrømningskanal, hvorfra væske på tilsvarende måde som ovenfor beskrevet afbøjes og igen tvinges til at strømme i retning mod den anden strømningskanal, hvorfra den gennem et udløb 27 t den nederste endeplade 12 føres ud af apparatet 35 som en koncentratfraktion.

Under delstrømmenes passage langs overfladerne af membranerne 10 passerer relativt lavmolekylære forbindelser gennem disse i form af et permeat, som herfra strømmer gennem kanalerne 24 ind i den centrale hovedstrømningskanal og ud gennem hullet 25 som perme- 149687 7 atfraktionen.

I apparatet, der er illustreret i fig. 6, er der i kanten af hver membranunderstøtningsplade 9 anbragt et permeatudløbsrør 28, som er forbundet med en ringformet indre kanal 29, der står i forbin-5 delse med såvel oversiden som undersiden af membranunderstøtningspladen.

Det ί fig. 6 illustrerede apparat har ydermere en forbindelseskanal 30, der forbinder en hovedstrømnings kanal med en indløbsåbning 31 i samme endeplade 12. Denne indløbsåbning 31 er forbundet 10 med en central hovedstrømningskanal, der står i forbindelse med en central udløbsåbning 32, i den øverste endeplade 11.

Væsken, som behandles i apparatet, der er illustreres i fig.

6, indføres i apparatet gennem et hul 26 i den øverste endeplade 11 og strømmer gennem stabelen af membranunderstøtningsplader og 15 membraner på samme måde som forklaret i forbindelse med virkemåden af apparatet ifølge fig. 5, når bortses fra, at koncentratfraktionen, som passerer ud gennem udløbet 27 gennem forbindelseskanalen 30, føres ind i den centrale hovedstrømningskanal og gennem sidstnævnte strømmer op gennem stabelen og ud gennem udløbsåbningen 32. De 20 væskefraktioner, som passerer gennem de af en givet understøtningsplade 9 understøttede membraner, samles i den tilsvarende ringformede kanal 29 og passerer herfra ud af apparatet gennem det tilsvarende permeatudløbsrør 28. Den samlede mængde væske, som forlader apparatet gennem permeatud løbsrørene, udgør permeatfraktionen.

25 På tegningen er stabelen af membraner og membranunder støtningsplader anbragt lodret. Det skal imidlertid bemærkes, at stabelen i mange tilfælde med fordel anbringes vandret, idet en sådan anbringelse letter udskiftningen af defekte membraner og/eller membranunderstøtningsplader.

Claims (7)

149687

1. Apparat til opdeiing af en væske i mindst én permeat- og en koncentratfraktion ved omvendt osmose eller ultrafiltrering under anvendelse af semipermeable membraner, hvilket apparat omfatter en 5 stabel af semipermeable membraner (10) og aflange understøtningsplader (9) til understøtning af membranerne (10) og med fremstående ribber (7) til dannelse af bueformede strømningskanaler, der strækker sig langs membranoverfladerne, og idet der i membranunderstøtningspladerne er udformet huller (1,2) til dannelse af to i stabelens læng- 10 deretning forløbende hovedstrømnings kanal er, organer (26) til tilførsel af væske til en hovedstrømningskanal, organer (24,28, 29) til udtagning af en eller flere permeatfraktioner og organer (27, 30,31,32,) til udtagning af en koncentratfraktion, kendetegnet ved, at membranunderstøtningspladerne (9) er således udformet, at væske- 15 strømmen er blokeret i en zone mellem hullerne (1,2) i pladerne (9), og at membranerne (10) har et hul med en form og størrelse svarende til denne zone.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at membranunderstøtningspladerne (9) i den nævnte zone har et gennem- 20 gående hul (3).

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at hullet (3) er omgivet af lukkeflanger (8) på begge sider af pladerne (9).

4. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at 25 membranunderstøtningspladerne (9) har kanaler (24), som forbinder pladernes oversider og undersider med en af de centrale huller (3) dannet central hovedstrømningskanal.

5. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at ribbernes (7) højder over en plade (9) tiltager i retning fra pladens 30 centrale del mod dens periferi.

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at tykkelsen af selve pladen (9) tiltager i retning fra den perifere mod den centrale del i samme takt som ribbehøjden tiltager i den modsatte retning.

7. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at membranerne (10) ved hjælp af holdeorganer (5, 6) fastholdes til membranunderstøtningspladerne (9) i området omkring hullerne (1, 2), og at holdeorganerne (5, 6) består af to ringformede dele (15, 16), som er indbyrdes forbundne ved hjælp af tappe (18, 21) i den