DK167176B1 - Fremgangsmaade til fremstilling af en membranfiltreringsenhed - Google Patents

Description

i DK 167176 B1

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af en filtreringsenhed, der omfatter en stabel af membraner, hvori der findes to adskilte systemer af strømningskanaler til at lede væsker langs hver sin af overfladerne af hver membran, nemlig et første system for 5 fødevæske eller koncentrat og et andet system for permeat.

En fremgangsmåde til fremstilling af en sådan filterenhed er kendt fra US patent nr. 3.793.111. Ved denne kendte fremgangsmåde opbygges der en stabel af afvekslende membranark og afstandsorganer. Før 10 stakningen underkastes hvert afstandsorgan en forberedende behand ling, ved hvilken der dannes hule propper af et bindemiddel i diagonalt modstående hjørner med afvekslende di agonal ori entering fra afstandsorgan til afstandsorgan. Under stabl ingen fyldes hulheden i hver prop med et flydende bindemiddel, inden det næste membranark 15 anbringes i stabelen. Når stabl ingen er tilendebragt, bores der huller gennem stabelen i proppernes positioner til tilvejebringelse af tillednings- og afgangskanaler for fødevæske og permeat.

Det er et formål for opfindelsen at tilvejebringe en fremgangsmåde 20 til fremstilling af en membranfiltreringsenhed af den angivne art, ved hvilken alle forberedende trin og mellemtrin før og under stablingen undgås, og der tildannes et ideelt system af indbyrdes afsondrede strømningsveje for fødevæsken og permeatet alene ved nogle få simple fremgangsmådetrin, der bringes til udførelse efter 25 at stablingen af membranerne og de eventuelle afstandsorganer er tilendebragt.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er kendetegnet ved, (a) at der opbygges en stabel af konvolutformede membranenhe- 30 der, (b) at der i et område, der strækker sig over den fulde længde og bredde af en overflade af stabelen, indføres et flydende bindemiddel mellem op til hinanden stødende membranenheder fra disses kanter til en forudbestemt afstand fra den nævnte overflade, 35 (c) at det således indførte bindemiddel bringes til at størkne, (d) og at det størknede bindemiddel og membranenhedernes kanter fjernes til en dybde, der er mindre end den nævnte forudbestemte afstand.

DK 167176 B1 2

Ved den beskrevne fjernelse af materiale fra stabelens overflade bliver samtidig kantområderne af de konvolutformede membranenheder fjernet, hvorved der fra hver membranenhed dannes en udløbsåbning i membranenhedens fulde længde, hvorved modstanden mod udstrømning af 5 permeat ud af enheden reduceres til et minimum. På grund af den begrænsede dybde, til hvilken materialet fjernes, dannes der ikke nogen passage til de frie mellemrum mellem membranenhederne. Når filtreringsenheden anbringes i et filtreringshus med et indstrømningskammer for fødevæske eller koncentrat og et udstrømningskammer 10 for permeat, kan der derfor opnås en pålidelig adskillelse af disse fra hinanden, uden at der kræves særlige tætningsorganer.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen frembyder den yderligere fordel, at der uden at dette medfører nævneværdige produktionsproblemer kan 15 anbringes et afstandsorgan, f.eks. i form af et net eller væv mellem de modstående sider i en membranenhed, ligesom der om ønsket kan anbringes afstandsorganer f.eks. i form af relativt grove net eller væv i mellemrummene mellem hosliggende membranenheder.

20 Der anvendes fortrinsvis membranenheder, hvor de to sider begge består af uvævet stof, f.eks. af kompositfibre bestående af en kerne af polypropylen omsluttet af polyethylen, hvorpå der er udstøbt et tyndt lag af membranmaterialet, f.eks. i form af en polysulfon.

25 De ovenfor omtalte afstandsorganer, d.v.s. såvel dem som tjener til at holde de to membransider adskilte, som dem der holder hosliggende filtreringsenheder adskilte, behøver ikke at udgøre separate elementer, men kan indgå som integrerede dele af membranerne.

30 De anvendte membraner kan eksempelvis være fremstillet ved udstøb-ning af et membranlag, f.eks. af polysulfon eller polyvinylidenfluorid på et uniaksi alt profileret underlag, f.eks. i form af et strikket netværk, idet netværket i den konvolutlignende membranenhed er anbragt på dennes inderside og derved letter strøm-35 ningen af permeat i retning mod permeatudløbet. Der kan eventuelt yderligere være anbragt et netformet afstandsorgan i hver membranenhed.

I en anden foretrukket udførelsesform anvendes membranenheder, DK 167176 B1 3 dannet ved udstøbning af et membranlag på et kraftigt bi aksi alt profileret underlag, f.eks. i form af et groft net. Herved kan der opnås membraner, som er profilerede på begge sider. Ved anvendelse af sådanne membraner opnås strømningsfremmende kanal systemer i såvel 5 membranenhedernes indre som i mellemrummene mellem hosliggende membranenheder.

Kanalsystemet i de nævnte mellemrum (koncentratkanalerne) skyldes, at membranlagene presses ind i maskezonerne under indvirkning af 10 driftstrykket i koncentratkanalerne.

I en yderligere udførelsesform anvendes membranenheder besteånde af et membranlag udstøbt på et uniaksialt profileret underlag med et groft netværk fastgjort til, f.eks. ved svejsning, underlagets 15 bagside. Nettet sikrer, at membranenhedernes sider holdes adskilte, idet driftstrykket vil få membranlagene til at blive deformeret i de områder, der svarer til maskerne i det grove netværk, og det uniaksialt profilerede underlag sikrer dannelsen af et kanal system for permeat.

20 I stedet for at anvende et til bagsiden af membranunderlaget fastgjort net, kan der også anvendes en tynd profileret eller perforeret plade. Fastgørelsen af en sådan plade kan f.eks. være opnået ved punktsvejsning.

25

Et sådant system har en forholdsvis stor styrke og stivhed og er i stand til at modstå relativt store forskydningskræfter. Den nævnte plade kan være uni- eller bi aksi alt profileret.

30 Ved udvælgelse af passende separate afstandsorganer og/eller integrale afstandsorganer kan der opnås ønskede hovedstrømningsretninger på såvel koncentrat- som permeatsiden. Det foretrækkes at anvende afstandsorganer, som sikrer, at hovedstrømningsretningen på koncentratsiden er vinkelret på hovedstrømningen på permeatsiden, og 35 at strømningen på permeatsiden sker direkte mod udløbsåbnin-gen/-åbningerne i hver membranenhed.

De konvolutformede membranenheder fremstilles fortrinsvis ved at anbringe et membranark, f.eks. med rektangulær form, oven på et DK 167176 B1 4 andet og ved at sammensvejse eller -lime kanterne af arkene på alle fire sider, idet der om ønsket indlægges et afstandsorgan mellem membranarkene, inden sammensvejsningen eller -limningen finder sted.

5 Efter en eventuel overfladebehandling af de områder, som senere kommer i berøring med det hærdel ige bindemiddel, med henblik på at øge bindemidlets vedhængning til membranenhederne, dannes en stabel af membranenheder og eventuelle afstandsorganer, og der indføres hærdel igt bindemiddel i mellemrummene mellem membranenhederne på 10 mindst en og eventuelt to modstående overflader af stabelen.

Det anvendte hærdelige bindemiddel er fortrinsvis en polyurethan, men også andre stoffer, såsom epoxyharpiks, som er i stand til at danne binding mellem membranenhederne, og som er bestandig under de 15 betingelser, som hersker under driften af et membranfiltreringsapparat, kan komme på tale.

Efter at bindemidlet er blevet hærdet, gennemføres der en fjernelse af kanterne af membranenhederne og eventuelle herimellem liggende 20 afstandsorganer og bindemiddel fra den eller eventuelt de overflader, hvor der tidligere indførtes bindemiddel i mellemrummene mellem membranenhederne. Materialefjernelsen standses, når der er dannet de ønskede åbninger ved membranenhedernes kanter, således at den resterende bindemiddel fuge ikke nedbrydes.

25

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er særlig egnet til fremstilling af filtreringsenheder til anvendelse i filtreringsapparater af den i patentansøgning nr. 1394/90 angivne konstruktion, men de ved fremgangsmåden fremstillede enheder kan også anvendes i andre membran-30 filtreringsapparater, i hvilke der ønskes det samme mønster af strømningskanaler.

Opfindelsen skal herefter beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor 35 fig. 1 viser et eksploderet billede af en udførelsesform for et apparat, i vhilket der hensigtsmæssigt kan anvendes membranfiltreringsenheder fremstillet ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, DK 167176 B1 5 fig. 2 viser et eksploderet billede af en filtreringsenhed, der er egnet til brug i det i fig. 1 viste apparat og hensigtsmæssigt kan fremstilles ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, 5 fig. 3-5 illustrerer trin i fremstillingen af en filtreringsenhed ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, fig. 6-8 viser eksempler på membranenheder, der kan anvendes ved udøvelsen af fremgangsmåden ifølge opfindelsen, 10 fig. 9 viser i forstørret målestok et skematisk delsnit gennem en filtreringsenhed, der er opbygget af membranenheder som vist i fig.

8, 15 fig. 10 viser et delsnit efter linien X-X i fig. 9, og fig. 11 viser i perspektiv skematisk et hjørne af en filtreringsenhed, der er opbygget af membranenheder som vist i fig. 8 med en modifikation.

20

Det i fig. 1 viste apparat omfatter fem kassetteramner 1, 2, 3, 4 og 5, der hver indeholder en centralt anbragt filtreringsenhed 6, som kun udfylder en del af kassetterammernes indre, hvorved der fremkommer frie zoner 7 og 8 ved modsatte ender af hver kassetteramme.

25 En kassetteramme med deri anbragt filtreringsenhed skal i det følgende benævnes en kassette. På oversidne af hver kassette findes et afgangsrør 9 for permeat. Røret 9 står i forbindelse med et permeatopsamlingskammer, som vil blive beskrevet nærmere i det følgende. Mellem hosliggende kassetter er der anbragt plader 10, 11, 30 12 og 13, idet der langs periferien af hver plade findes en ramme 14, der strækker sig ud til begge sider af den pågældende plade.

Pladerne 10-13 understøttes af to stænger 16, som er lejret i endeplader 17 og 18 på et stativ 19.

Endepladerne er forbundet af to yderligere stænger 20. Stængerne 16, 20 er hule, og der er i stængerne anbragt spindeler 21, som er fastgjort i spindel fæster 22 på ydersiden af endepladen 18.

35 DK 167176 B1 6 Når apparatet er samlet, er de gevindskårne ender af spindlerne 21 i indgreb med møtrikker 23 monteret på ydersiden af endepladen 17. Møtrikkerne er forbundet med kædehjul 24, og alle fire kædehjul 24 kan drives synkront af en ikke vist motor.

5

Som det fremgår af fig. 1, er to af kassetterammerne, nemlig 1 og 5, tilsluttet et tillednings-/udløbsrør 25 for fødevæske henholdsvis koncentrat. I pladerne 10-13 er der udformet passageåbninger 26, idet pladerne skiftevis har passageåbninger ved modsatte ender.

10

Den i fig. 2 viste filtreringsenhed omfatter en membranstabel 60 bestående af et stort antal parvis anbragte membraner, f.eks. i størrelsesordenen 100 eller mere. Mellem membranerne i hver par 62 er der anbragt et afstandselement i form af et net eller væv 63, som 15 tjener til at holde membranerne i afstand fra hinanden, så at permeatet kan strømme langs membranerne til et permeatsamlekammer, der skal beskrives nedenfor. Membranparrene holdes i afstand fra hinanden ved hjælp af afstandselementer i form af net eller væv 64, der er grovere end nettene eller vævene 63. Ved enderne af membran- 20 stabelen er der anbragt endeplader 65, som på stabelen 60's under side er forbundet med hinanden ved hjælp af en bundplade 66.

På membranstabelen 60's sideflader er der anbragt støtteribber 67, hvis ender er fastgjort i slidser 68 ved endepladernes kanter.

25

Oversiden af filtreringsenheden dannes af en topplade 69, der sammen med nedad rettede sidevægsdele 69a og endevægsdele 69b danner et permeatsamlekammer 70 ovenpå membranstabelen 60. I dette kammer findes tværgående støtteribber 71, i hvilke der foroven er udformet 30 bueformede indskæringer 72, der tillader permeat, som samlet i kammeret, at strømme til et permeatudløb 73.

Den i fig. 2 illustrerede filtreringsenhed kan hensigtsmæssigt fremstilles på følgende måde: Den ene ende af hver støtteribbe 67 35 indsættes i den tilhørende randslidse 68 i en af endepladerne 65 og fastsvejses deri. Det krævede antal membranpar 62 med indskudte afstandsorganer fremstilles ved at anbringe et net el le væv 63 mellem de to membraner i hvert par og lukke hvert par langs tre kanter ved hjælp af et klæbemiddel eller ved svejsning. De således DK 167176 B1 7 fremstillede membranpar 62 stables derefter ovenpå hinanden på den nævnte endevæg 65 under indskydelse af afstandselementer 64 mellem parrene. Den anden endeplade 65 lægges nu på stabelen og forbindes med støtteribberne 67 ved, at de frie ender af ribberne indføres i 5 pladens randslidser 68 og fastsvejses i disse. Der indføres nu et støbemateriale eller bindemiddel i mellemrummene mellem membranparrene 62 fra toppen og bunden af den således fremstillede enhed ved, at denne i henholdsvis omvendt og retvendt stilling anbringes i en støbekasse, der er delvis fyldt med støbematerialet. Dette trænger 10 også op i afstandselementerne 64's mellemrum. Støbematerialet indføres indtil en afstand af f.eks. 40 mm fra henholdsvis den øvre og den nedre overflade af enheden.

Når støbematerialet er hærdet, fjernes støbekassen, og når både 15 toppen og hunden er behandlet på denne måde, fastsvejses bundpladen 66 mellem de to endeplader 65.

Toppen af den således fremstillede enhed underkastes nu en spåntagende bearbejdning til fjernelse af materiale indtil en dybde, der er 20 væsentligt mindre end den ovennævnte afstand, f.eks. 3 mm. Derved tilvejebringes en fri passage til strømningskanalerne mellem de to membraner i hvert par 62, uden at der tilvejebringes forbindelse med de strømningskanaler, der dannes af afstandselementerne 64 mellem efter hinanden følgende membranpar 62.

25

Til slut dannes permeatsamlekammeret ved, at toppladen 69 med støtteribberne 71 og vægdelene 69a og 69b fastsvejses til enheden.

Fig. 3-5 illustrerer de væsentlige trin i fremgangsmåden ifølge 30 opfindelsen til fremstilling af en filtreringsenhed.

Fig. 3 er et skematisk delsnitsbillede af membranpar 62 anbragt i en stabel. Afstandsorganerne 63 og 64 i fig. 2 er udeladt i fig. 3, fordi de påkrævede mellemrum mellem membranerne ved nogle udførel-35 sesformer for fremgangsmåden kan opnås ved andre midler end særskilte afstandselementer, således som det skal forklares senere.

Fig. 4 illustrerer indføringen af et bindemiddel 101 i mellemrummene mellem de af membranparrene 62 dannede membranenheder fra stabelens DK 167176 B1 8 overside indtil en afstand a fra oversiden. Hvis der findes afstandsel ementer 64 mellem membranenhederne, vil bindemidlet trænge ind i disses mellemrum. Den stiplede linie 102 i fig. 4 markerer den dybde b, til hvilken der fjernes materiale, f.eks. ved en spåntag-5 ende bearbejdning, efter at bindemidlet er hærdet. Det materiale, der fjernes, omfatter bindemidlet og kantområderne af membranenhederne og de eventuelle afstandselementer 63 og 64.

Fig. 5 illustrerer stabelen af membranenheder i dens færdige form.

10 Det vil ses, at der i hver membranenhed er dannet en strømningskanal 103, som ved stabelens top har en uhindret åbning 104, der strækker sig i membranenhedens fulde længde, så at det i membranenheden samlede permeat kan strømme ud af enheden med et minimum af modstand. På den anden side er hele stabelens overside, inklusive 15 membranenhedernes frie åbninger 104, tætnende adskilt fra de koncentratstrømningskanaler 105, der dannes mellem membranenhederne af de strenge af bindemiddel 106, der forbliver mellem membranenhederne.

20 Ved den i fig. 2 viste udførelsesform indføres der også bindemiddel mellem membranenhederne fra stabelens bund, men der sker ikke derefter nogen fjernelse af materiale. Ved denne operation bliver der også dannet strenge af bindemiddel mellem membranenhederne ved stabelens bund, og desuden bliver membranerne lukket langs deres 25 bundkanter, hvis de ikke var det i forvejen. Hvis membranenhederne allerede er lukket langs alle fire kanter, inden de stables, kan bearbejdningstrinnene ved stabelens bund om ønsket udelades, men kan dog være nyttige med henblik på stabilisering af membranenhederne.

På den anden side kan arbejdsfrinnene i deres helhed, inklusive 30 fjernelsen af materiale, i dette tilfælde gentages ved stabelens bund, hvis man ønsker at udføre filtreringsenheden med et yderligere permeatudløbskammer ved stabelens bund.

Fig. 6 viser en membranenhed, der også er sammensat af to membraner 35 107 og 108. Hver membran består af et uniaksialt profileret under lag, hvorpå der er udstøbt en membranbelægning, idet de profilerede sider af membranerne er vendt mod hinanden.

Som det fremgår af detai 1 biΠedet i fig. 6, har de mod hinanden DK 167176 B1 9 vendende membransider en lodret profilering, hvorved der dannes et stort antal tynde lodrette strømningskanaler 109 for permeat. Når der opbygges en stabel af membranenheder af den i fig. 6 viste type, kan der hensigtsmæssigt, ligesom i fig. 2, indsættes afstandsorganer 5 64 mellem membranenhederne.

Fig. 7 viser to membraner 110 og 111 svarende til de i fig. 6 viste membraner 107 og 108. Membranenheden består yderligere af et mellem membranerne 110 og 111 anbragt stift afstandsorgan 112, som på begge 10 sider er forsynet med ribbeformede fremspring 113, der forløber vinkelret på profileringen på de mod hinanden vendende membransider.

Som følge af det relativt høje væsketryk på koncentratsiden vil membranerne under brug blive presset ind i mellemrummene mellem de 15 ribbeformede fremspring, hvorved der vil blive dannet vandrette strømningskanaler for den væske, som skal behandles, hvilke strømningskanaler danner en vinkel på 90° med strømningskanalerne på permeatsiden.

20 Med den viste membranenhed opnås således strømningskanal systemer på både permeat- og koncentratsiden.

Et tilsvarende fordelagtigt strømningsmønster kan opnås med den i fig. 8 viste membranenhed, der består af en membran 114 med en 25 profilering svarende til den, der er omtalt i forbindelse med fig.

6, og en yderligere membran 115, som er dobbeltprofileret, idet den omfatter zoner 116 med en fin profilering adskilt af højere ribbelignende fremspring 117, der ved anvendelse af membranenheden i en stabel danner vandrette strømningskanaler 118 på koncentratsiden, 30 medens profileringen af membranerne 114 danner lodrette strømningskanaler 119 på permeatsiden, som illustreret i fig. 9 og 10. I disse figurer er hver membran illustreret i form af en membranbelægning henholdsvis 114 og 115, der er udstøbt på underlag henholdsvis 114a og 115a bestående af strikkede væv, der er profileret som ovenfor 35 anført.

Den i fig. 11 viste filtreringsenhed er opbygget af membranenheder som vist i fig. 8, idet dog membranenhederne ved de to sider er tilspidsede til dannelse af mellemrum, som ved filtreringsenhedens DK 167176 Bl 10 hjørner udfyldes af et hærdet bindemiddel 120.

Som det fremgår af fig. 11 omfatter filtreringsenheden et stort antal fine lodrette strømningskanaler 119 for permeat og adskilt 5 herfra et mindre antal vandrette strømningskanaler 118 for væske, der skal behandles.

10 15 20 25 30 35

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en filtreringsenhed, der 5 omfatter en stabel af membraner, hvori der findes to adskilte systemer af strømningskanaler til at lede væsker langs hver sin af overfladerne af hver membran, nemlig et første system for fødevæske eller koncentrat og et andet system for permeat, kendetegnet ved, 10 (a) at der opbygges en stabel af konvolutformede membranenheder (62; 107,108; 110,111; 114,115), (b) at der i et område, der strækker sig over den fulde længde og bredde af en overflade af stabelen, indføres et flydende bindemiddel (101) mellem op til hinanden stødende membranenheder fra 15 disses kanter til en forudbestemt afstand (a) fra den nævnte over-fl ade, (c) at det således indførte bindemiddel bringes til at størkne, (d) og at det størknede bindemiddel og membranenhedernes kanter fjernes til en dybde (b), der er mindre end den nævnte forudbestemte 20 afstand.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der anvendes membranenheder (62; 107,108; 110,111; 114,115), som har indbyggede integrerede eller separate afstandsorganer. 25

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der ved opbygningen af stabelen indlægges afstandsorganer (64) mellem de konvolutformede membranenheder.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at der anvendes membranenheder (62; 107,108; 110,111; 114,115) med indbyggede afstandsorganer af en sådan struktur eller udformning, at der dannes strømningspassager for permeat i hver membranenhed.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 4, kendetegnet ved, at der anvendes membranenheder (110,111; 114,115) med indbyggede afstandsorganer af en sådan udformning, at der dannes strømningspassager mellem op til hinanden stødende membranenheder. DK 167176 B1 12

6. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der anvendes konvolutformede membranenheder fremstillet ved, at to rektangulære membranark forbindes langs deres kanter f.eks. ved svejsning, varmeforsegling eller limning. 5

7. Fremgangsmåde ifølge krav 1, k e n d e t e g n e t ved, at der anvendes en bindemiddel bestående af en polyurethan.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at 10 fjernelsen af materiale sker ved en spåntagende bearbejdning.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at fremgangsmådetrinnene (b) og (c) udføres i to modstående overfladearealer af stabelen. 15

10. Fremgangsmåde ifølge krav 9, kendetegnet ved, at også fremgangsmådetrinnet (d) udføres i to modstående overfladearealer af stabelen. 20 25 30 35