JP2015093230A - Method and device for filtering and separating fluid medium by membrane - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、膜によって流動媒体を濾過および分離するための方法であって、多数の膜が設けられていてなる実質的に圧密のハウジングと、装置に送られる分離される流動媒体のための少なくとも1つの入口と、装置から送り出される透過物のための少なくとも1つの出口と、送り出される残余分のための出口とが具備されており、膜は、膜の内部空間に集まる透過物を流出させるための開口領域を有する膜クッションとして形成されていてなる方法、ならびに
膜によって流動媒体を濾過および分離するための装置であって、多数の膜が設けられていてなる実質的に圧密のハウジングと、装置に送られる分離される流動媒体のための少なくとも1つの入口と、装置から送り出される透過物のための少なくとも1つの出口と、送り出される残余分のための出口と、が具備されており、膜は、膜の内部空間に集まる透過物を流出させるための開口領域を有する膜クッションとして形成されていてなる装置に関する。
The present invention is a method for filtering and separating a fluid medium by means of a membrane, comprising a substantially compact housing provided with a number of membranes, and at least for the separated fluid medium sent to the device. One inlet, at least one outlet for the permeate delivered from the device and an outlet for the remainder delivered are provided, the membrane for allowing the permeate to collect in the inner space of the membrane to flow out And a device for filtering and separating a fluid medium by means of a membrane, comprising a substantially compacted housing provided with a number of membranes, and a device At least one inlet for the separated fluid medium sent to the apparatus, at least one outlet for the permeate delivered from the device, and the remainder delivered And an outlet for the device, wherein the membrane is in the form of a membrane cushion having an open area for allowing the permeate that collects in the interior space of the membrane to flow out.
方法と、このような方法を実施することができるために用いる装置とは、例えば特許文献1に記載されている。そこには、装置は、いわゆる巻回型膜の形態に形成されておりかつ圧密のハウジングに収容可能である実際の分離ユニットとの関連で形成されている。
A method and an apparatus used for performing such a method are described in
そこで使用された膜要素は、通常は、当業者の中ではクッション膜または膜袋(Membrantaschen)とも呼ばれるいわゆる膜クッションの形態で形成されており、分離される媒体および媒体の大きさ(膜の面)に関して、各々の分離目的に適合されている。膜クッションを形成する材料選択性の実際の膜を、同様に、分離される媒体を分離する目的のために、特にその目的のために選択することができる。 The membrane elements used there are usually formed in the form of so-called membrane cushions, also called cushion membranes or membrane bags in the person skilled in the art, and the medium to be separated and the size of the medium (surface of the membrane). ) For each separation purpose. The actual material-selective membrane that forms the membrane cushion can likewise be selected for the purpose of separating the media to be separated, in particular for that purpose.
圧力駆動の分離技術では、濾過、限外濾過、ナノ濾過、逆浸透が区別される。これらの圧力駆動の分離技術は、部分的に重なる。それ故に、厳格な分離は、当業者からは、膜の中で生じる物質分離の物理的作用メカニズムに関して理論的とのみ見なされる。しかしながら、前述の大まかな区分は、通常に用いられる(非特許文献1を参照せよ)。 Pressure-driven separation techniques distinguish between filtration, ultrafiltration, nanofiltration, and reverse osmosis. These pressure-driven separation techniques overlap in part. Therefore, rigorous separation is only considered theoretical by those skilled in the art with respect to the physical mechanism of action of material separation occurring within the membrane. However, the above-mentioned rough division is usually used (see Non-Patent Document 1).
膜による物質分離は、商工業のほぼすべての分野で始まったのであり、かつ、例えば、船舶、および海上で使用されまたは固定されている掘削用プラットホームのような海洋設備から、工業水および淡水を製造するための海水の脱塩化と、例えば、ごみの集積場で、しかしまた商工業および地方自治体の排水処理の分野で生じる漏水の分離との分野にまでに及ぶ。 Membrane material separation has begun in almost all areas of commerce and industry, and for example, industrial and fresh water from ships and offshore facilities such as drilling platforms used or anchored at sea. It extends to the field of seawater demineralization for production and separation of leaks occurring, for example, in garbage dumps, but also in the fields of commerce and industry and municipal wastewater treatment.
これらの液状の流動媒体の多くは、部分的にはガス状の成分と混合した種々の液状の成分の多様な混合物から組成される。該成分に関しては、従来、分離方法の循環(Durchlaufen)後のあらゆる所望の分離産物のためには、分離方法を実施するために使用される装置、あるいは、産物に特有な分離手段が準備されねばならない。このことは、容易に分かるように、装置に関する高いコスト、更に、方法の、コストのかかる制御を必要とする。かような制御は、複雑な化学混合物を分離するために必要とされねばならないし、あるいは、実行されねばならない。化学混合物からの分離される物質の多くを、上記の分類のためには、種々の分離メカニズムを用いて、分離される化学混合物から分離しなければならない。何故ならば、所定の分離法は、分離される化学混合物のうちの所定の物質にとっては適切ではなく、他の方法のみが成功をもたらすからである。化学的/物理的に同じ物質グループに属する、化学混合物の中の種々の物質でさえも、時々、物質分離の一方の方法によってのみ、分離されるのであって、分離されねばならない全混合物からの物質分離の他方の方法によって分離されるではない。 Many of these liquid fluid media are composed, in part, from various mixtures of various liquid components mixed with gaseous components. With regard to the components, conventionally, for any desired separation product after separation of the separation method (Durchlaufen), the equipment used to carry out the separation method or a separation means specific to the product must be provided. Don't be. This, as can be easily seen, requires high costs associated with the device, as well as costly control of the method. Such control must be required or implemented to separate complex chemical mixtures. Many of the materials that are separated from the chemical mixture must be separated from the separated chemical mixture using various separation mechanisms for the above classification. This is because a given separation method is not appropriate for a given substance of the chemical mixture to be separated, and only other methods will be successful. Even various substances in a chemical mixture belonging to the same chemical / physical substance group are sometimes separated only by one method of substance separation, from the total mixture that must be separated. It is not separated by the other method of material separation.
既に上に略述したように、複雑に組成された流動媒体では、従来、中間生成物の分離を、同様に、装置による、すなわち分離される所望の生成物にその都度合致されている装置による新たな実行によって、順々に達成することができることが追加される。このことは、既述した装置に関するコストのほかに、非常に多くの時間を要し、かつ、高いエネルギコストを要する。 As already outlined above, in complexly structured fluid media, conventionally, the separation of intermediate products is likewise effected by the device, i.e. by the device that is matched to the desired product to be separated each time. New executions add what can be achieved in turn. This takes a very long time and high energy costs in addition to the costs associated with the previously described device.
従って、本発明の課題は、分離される複雑な化学混合物から1つの工程で種々の生成物を分解することができる方法を提供することであって、これらの生成物は、夫々、種々の分離メカニズムに使用可能であり、この方法は、従来の分離装置に比較して装置に関しより低いコストを要し、例えば、装置の、すなわち、かような方法を実行することができることを意図する装置の改造は、不要である、それ故に、この方法を、迅速にかつ安価に実行することができる。 Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method capable of decomposing various products in one step from a complex chemical mixture to be separated, each of these products having various separations. This method can be used for a mechanism, and this method requires a lower cost for the device compared to a conventional separation device, e.g. of the device, i.e. of a device intended to be able to carry out such a method. No modification is required, so the method can be performed quickly and inexpensively.
上記課題は、第1の本発明に係わる解決策により、膜スタックでは、種々の分離範囲の膜の集合の各々の部分集合を、分離される流動媒体の、各々の予め定められた、異なった圧力で駆動させることができることによって、解決され、かつ、第2の本発明に係わる解決策により、膜スタックでは、種々の分離範囲の膜の集合の各々の部分集合を、分離される流動媒体の、各々の予め定められた、異なった真空、で駆動させることによって、解決される。 According to the solution according to the first aspect of the present invention, in the membrane stack, each subset of a collection of membranes of various separation ranges is separated from each predetermined, different fluid medium to be separated. By being able to be driven by pressure, and by the solution according to the second invention, in the membrane stack, each subset of a collection of membranes of different separation ranges is separated from the fluid medium to be separated. This is solved by driving with each predetermined, different vacuum.
2つの非常に有利な本発明に係わる解決策のうち後者の解決策は、複雑な化学混合物からなる物質を分離することを可能にする。物質は、膜によってのみ実行することができ、例えば浸透気化の方法によって動く。 Of the two very advantageous solutions according to the invention, the latter solution makes it possible to separate substances consisting of complex chemical mixtures. The substance can only be carried out by means of a membrane, for example moving by means of pervaporation.
各々の分離方法に関する本発明に係わる解決策の利点は、課題に関して試みられたように、いわば1つの方法段階で、圧力をかけられたすべての膜用の集合の個々の部分集合の選択された種々の物質範囲に従って、選択的な物質分離が可能であり、すなわち、分離される化学混合物からの各々の所望の生成物に対し選択的である。このことによって、従来では必要な何回も繰り返し使用される分離方法を、原理的には、1回の分離方法に減じることができる。このことは、試みられたように、装置に関するかなりの利点だけでなく、時間およびコストの節約において実現される利点でもある。 The advantage of the solution according to the present invention for each separation method is that, as tried for the problem, the selection of individual subsets of the set for all the membranes under pressure, so to speak, in one method step. According to different material ranges, selective material separation is possible, i.e. selective for each desired product from the chemical mixture to be separated. As a result, the separation method that has been used repeatedly as many times as necessary in principle can be reduced to a single separation method in principle. This is not only a significant advantage for the device, as attempted, but also an advantage realized in time and cost savings.
原理的には、同じ利点が、提案された、本発明に係わる解決策によって、達成される。この解決策では、物質分離プロセスが、低圧(真空)によって、すなわち、以下の方法によって、つまり、所定の化学混合物の分離が、膜要素の透過物側での低圧によってのみ可能であってなる方法によって、なされる。 In principle, the same advantages are achieved with the proposed solution according to the invention. In this solution, the material separation process is performed by low pressure (vacuum), ie by the following method, ie the separation of a given chemical mixture is only possible by low pressure on the permeate side of the membrane element Made by.
方法の有利な実施の形態によれば、膜スタックの膜の集合の、予め設定可能な部分集合を、分離される流動媒体の異なった真空で駆動させる。すなわち、膜スタックの膜要素の各々の集合が、一方の分離課題または一方の分離範囲のみを担っており、他方、膜スタックの膜の集合の他方の部分集合は、分離される媒体の他方の分離範囲に関して特定されている。膜の個々の部分集合の、集合の大きさは、同様に、生じる分離される流動媒体の集合(体積)によって、および、分離される全化学混合物中の所定の種々の物質の、予測可能な割合の集合(体積) によって、定められる。 According to an advantageous embodiment of the method, a pre-settable subset of the membrane population of the membrane stack is driven with different vacuums of the fluidized media to be separated. That is, each set of membrane elements of the membrane stack is responsible for only one separation task or one separation range, while the other subset of the membrane stack membrane set is the other of the separated media. It is specified with respect to the separation range. The size of the individual subsets of the membrane is likewise predictable by the resulting separated fluid medium collection (volume) and of a given variety of substances in the total chemical mixture to be separated. It is determined by the set (volume) of proportions.
同様なことが、低圧による物質分離にも同様に当てはまることは有利である。膜スタックの膜の集合の、予め設定可能な部分集合に、分離される媒体に関し高さの異なる真空を供給することは有利である。 It is advantageous that the same applies to material separation at low pressure as well. It is advantageous to supply a pre-settable subset of the membrane stack's membrane assembly with vacuums of different heights with respect to the media to be separated.
膜スタックの膜の集合の、少なくとも1つの第1の予め設定可能な部分集合に、分離される媒体に関し高さの異なる真空を供給し、かつ、膜の集合の、少なくとも1つの第2の予め設定可能な部分集合に、異なった圧力をかけることが可能であるのは有利である。 Supplying at least one first pre-settable subset of the membrane set of membrane stacks with different heights with respect to the medium to be separated and at least one second pre-set of the membrane set; It is advantageous to be able to apply different pressures to the configurable subset.
膜によって流動媒体を濾過および分離するための装置であって、膜によって流動媒体を濾過および分離するための、明細書の最初の部分に記載された方法を実施するために用いる装置が、膜スタックを形成する膜の集合の各々の部分集合が、分離される流動媒体に関して異なった分離範囲のために形成されているように、形成されていることは好ましい。 An apparatus for filtering and separating a fluid medium through a membrane, the apparatus used to perform the method described in the first part of the specification for filtering and separating a fluid medium through a membrane is a membrane stack. It is preferred that each sub-set of the membrane assembly forming the is formed for a different separation range with respect to the separated fluid medium.
例えば、膜スタックを形成する膜の集合の一方の部分集合が、例えばナノ濾過のために適切である膜からなり、膜の他方の部分集合が、逆浸透の原理に基づく分離のために駆動可能である膜からなり、かつ、膜スタックの膜の他方の集合が、限外濾過の原理に基づく分離のために形成されている膜からなることは好ましい。種々の分離範囲のための種々の膜集合のこのような列挙は、ここでは、例として理解されねばならない。すべての他の膜も、膜スタックの膜の各々の部分集合を形成することができる。しかし、これらの他の膜は、ここでは、明白に挙げられていない。明細書の最初の部分に記載の方法との関連で記載された、同様な課題における利点が、本発明により形成された装置に対し当てはまる。 For example, one subset of the membrane assembly that forms the membrane stack consists of membranes that are suitable for nanofiltration, for example, and the other subset of membranes can be driven for separation based on the principle of reverse osmosis Preferably, the other set of membranes of the membrane stack is made up of membranes that are formed for separation based on the principle of ultrafiltration. Such an enumeration of different membrane assemblies for different separation ranges has to be understood here as an example. All other films can also form a subset of each of the films in the film stack. However, these other membranes are not explicitly listed here. The advantages in a similar problem, described in the context of the method described in the first part of the specification, apply to the device formed according to the invention.
原理的には、本発明に係わる装置を、装置におけるまたは該装置の一部であるハウジングにおける膜の設置に関して、任意に適切に選択することができるにもかかわらず、すなわち、膜要素が中空糸膜または毛細管膜から構成されてなる装置も、原理的には適切であるにもかかわらず、膜スタックをマルチレイヤ形のスパイラルとして形成することは、非常に有利である。このような膜スタックは、スパイラルモジュールとも呼ばれ、かつ、スパイラルの中を端面側で貫流する分離される媒体のためのスパイラル状に設けられた膜を流動媒体が貫流する際に、膜のすべての位置において同一の圧力比が支配的である、という大きな利点を有する。このようなスパイラルモジュールは、巻きモジュールとも呼ばれ、同じ空間体積上で、例えば膜要素スタックよりも大きな膜表面を収容することができる。膜要素スタックでは、分離される媒体は、膜要素スタックを通って、分離される媒体のための入口から、装置からの残余分の出口まで雷文状に送られる。 In principle, the device according to the invention can be chosen arbitrarily and appropriately with regard to the installation of the membrane in the device or in a housing which is part of the device, i.e. the membrane element is hollow fiber Although a device composed of a membrane or a capillary membrane is also suitable in principle, it is very advantageous to form the membrane stack as a multilayer spiral. Such a membrane stack is also referred to as a spiral module, and all of the membrane when the flow medium flows through the spirally provided membrane for the separated media that flows through the spiral on the end face side. This has the great advantage that the same pressure ratio dominates at the position. Such a spiral module, also called a winding module, can accommodate a membrane surface that is larger than the membrane element stack, for example, on the same spatial volume. In the membrane element stack, the media to be separated is sent in a lightning pattern through the membrane element stack from the inlet for the media to be separated to the remaining outlet from the device.
スパイラルモジュールまたは巻きモジュールの実施の形態は、種々の分離範囲を有する膜の個々の集合の、本発明に係わる装置に関しては、膜表面のあらゆる位置において、分離される媒体(供給物)の同じ圧力比が支配的であるという利点を有する。 The embodiment of the spiral module or winding module is the same pressure of the medium (feed) to be separated at any location on the membrane surface, with respect to the device according to the invention of individual collections of membranes with different separation ranges. It has the advantage that the ratio is dominant.
膜分離技術では、膜クッションの内部空間で材料選択性の膜要素すなわち膜クッションの実際の膜の間に生じる透過物が、迅速にかつ妨げなしに流出することができることは、重要である。透過物が、種々の分離範囲(この範囲に合わせて膜が設計されている)では、種々の流動性を有するので、該流動性を、少なくとも1つの中間要素が、内部空間の中で、複数の膜要素の間に設けられていることによって、最適化することは有利である。該中間要素は、間隔機能を有し、すなわち、膜クッションの膜の2つの内面を離しておくだけではない。その目的は、透過物を、膜クッションの内部空間の中で、妨げなくすなわちスムーズに流出させるためでもある。 In membrane separation technology, it is important that the permeate that occurs between the membrane-selective membrane elements, ie the actual membrane of the membrane cushion, in the interior space of the membrane cushion can flow out quickly and without interruption. Since the permeate has various fluidity in various separation ranges (membranes are designed for this range), the fluidity can be increased by at least one intermediate element in the internal space. It is advantageous to optimize by being provided between the membrane elements. The intermediate element has a spacing function, i.e. not only keeps the two inner surfaces of the membrane of the membrane cushion apart. The purpose is also to allow the permeate to flow out unimpeded, ie smoothly, in the interior space of the membrane cushion.
実質的に平面状に形成された中間要素が、膜クッションの分離範囲に従って予め選択可能な、異なった厚さを有することは有利である。厚さは、選択された分離範囲(この分離範囲のために、膜要素が選択されまたは形成されている)に調整されており、膜要素には、最適化された形状が付与される。その目的は、膜の内部空間に集まる透過物の流出の妨害を回避するためである。 Advantageously, the substantially planar intermediate element has different thicknesses that are pre-selectable according to the separation range of the membrane cushion. The thickness is adjusted to a selected separation range (for which the membrane element is selected or formed), and the membrane element is given an optimized shape. The purpose is to avoid hindering the permeate outflow that collects in the interior space of the membrane.
分離される媒体を膜スタックの中でできる限りスムーズに流れさせるために、本発明の更なる有利な実施の形態によれば、膜スタックを形成する複数の膜クッションの間には、複数の間隔要素が設けられている。これらの間隔要素は、分離される流動媒体が実質的にスムーズに流れることができることを引き起こすことが意図される。膜スタックの中を通る分離される媒体のための流路に関しても、実質的に平面状にまたは格子状に形成された間隔要素が、両側で隣接した膜クッションの少なくとも各々の膜クッションの膜要素の分離範囲に従って選択可能な、異なった厚さを有することは、非常に有利である。間隔要素のこの厚さも、膜スタックを通る分離される流動媒体のできる限りスムーズな流れを定める。間隔要素の厚さを、各々の膜クッションの選択された分離範囲に適応して選択することができる。かくして、同様に、膜スタックを通る分離される媒体の最適な流れを達成するという目的を持った容易な適合が可能である。 In order to make the separated media flow as smoothly as possible in the membrane stack, according to a further advantageous embodiment of the invention, a plurality of gaps are provided between the membrane cushions forming the membrane stack. Elements are provided. These spacing elements are intended to cause the separated fluid medium to flow substantially smoothly. Also with respect to the flow path for the separated media passing through the membrane stack, the spacing elements formed in a substantially planar or grid-like manner are at least membrane membrane elements of each membrane cushion adjacent on both sides It is very advantageous to have different thicknesses that can be selected according to the separation range. This thickness of the spacing element also defines the smoothest possible flow of the separated fluid medium through the membrane stack. The thickness of the spacing element can be selected to accommodate the selected separation range of each membrane cushion. Thus, an easy adaptation with the aim of achieving an optimal flow of the separated media through the membrane stack is likewise possible.
本発明の他の有利な実施の形態によれば、膜スタックを形成する複数の膜クッションは、スパイラルとして、装置を貫通する透過物排出・収集手段の周りに巻き重ねられており、膜クッションの開口領域は、透過物排出・収集手段の、対応の透過物排出開口部に接続されている。この目的のために、透過物排出・収集手段は、膜クッションの管状の外被を通る多数の孔を有する。これらの孔は、該孔が、透過物排出開口部または膜クッションの透過物排出開口部または透過物排出領域に接続されており、かつ、透過物が、これらの孔を通って流出することができるように、整列されている。 According to another advantageous embodiment of the invention, the plurality of membrane cushions forming the membrane stack are wound around the permeate discharge / collection means penetrating the device as a spiral, The opening area is connected to the corresponding permeate discharge opening of the permeate discharge / collection means. For this purpose, the permeate discharge and collection means has a number of holes through the tubular envelope of the membrane cushion. These holes are connected to the permeate discharge opening or the permeate discharge opening or the permeate discharge area of the membrane cushion, and the permeate can flow out through these holes. Aligned so that you can.
本発明の更に他の有利な実施の形態によれば、スパイラルとして形成された膜スタックは、別個の管要素の表面に巻きつけられており、管要素の内孔には、透過物排出・収集手段が収容される。このことは、スパイラルモジュールまたは巻きモジュールを、いわば使用可能な状態で予め製造することができ、かつ、管状に形成された、この実施の形態では別個の透過物排出・収集手段へ、押し被せる必要がないという利点を有する。装置のこの実施の形態では、管状の透過物排出・収集手段を、装置のハウジングを貫通する中央の締付ねじとして使用することができる。その目的は、スパイラルモジュールまたは巻きモジュールを、圧密で装置のハウジングに収容することができるためである。 According to a further advantageous embodiment of the invention, the membrane stack formed as a spiral is wound around the surface of a separate tube element, and the perforation discharge / collection is provided in the inner bore of the tube element. Means are accommodated. This means that the spiral module or the winding module can be pre-manufactured in a usable state, and must be pushed onto the separate permeate discharging / collecting means, which in this embodiment is formed in a tubular shape. Has the advantage of not. In this embodiment of the device, the tubular permeate discharge and collection means can be used as a central clamping screw that penetrates the housing of the device. The purpose is that the spiral module or the winding module can be compactly accommodated in the housing of the apparatus.
同様に明細書の最初の部分に略述したように、装置の本発明に係わる原理を、交互に積み重ねられかつディスク状に形成された多数の間隔要素および膜クッションによって形成される膜スタックへ、適用することも可能である。このような装置は、例えばEP-A-0 289 740から公知である。該公報は、原理的には同じ構造において多くの実施の形態では従来の技術で知られている。装置および方法に関する、本発明に係わる原理は、このような膜スタックへ容易に適用される。 Similarly, as outlined in the first part of the specification, the principle of the device according to the invention can be applied to a membrane stack formed by a number of interstitial and disc-shaped spacing elements and membrane cushions. It is also possible to apply. Such a device is known, for example, from EP-A-0 289 740. The publication is known in the prior art in many embodiments in principle in the same structure. The principles according to the invention relating to the apparatus and method are readily applied to such membrane stacks.
このように形成された膜スタックでは、通常は格子状に形成されている上記の平面状に形成された間隔要素と類似の作用において、膜表面の上方および膜表面の下方で、分離される媒体のための対応の空間に達するためには、間隔要素の少なくとも1つの表面上に、表面から突出している多数の突起が設けられていることは好ましい。これらの突起の高さは、膜クッションの各々の液体選択性の表面が、突起の高さに載っておらず、むしろ、突起を、膜クッションからの僅かな間隔で、必要な場合には支持するほどの寸法を有する。他の種類の突起では、ディスク状の間隔要素から突出している突起は、わずかな表面でもって、間隔要素の表面に対し平行に形成されている。それ故に、膜要素は、突起のこれらの平行な面に身を支えることができる。その目的は、物質選択性の膜表面の損傷を回避するためである。 In the membrane stack formed in this way, the medium separated above and below the membrane surface in an action similar to that of the above-mentioned planarly formed spacing element usually formed in a lattice shape. In order to reach a corresponding space for, it is preferred that a number of protrusions projecting from the surface are provided on at least one surface of the spacing element. The height of these protrusions is such that the liquid-selective surface of each of the membrane cushions does not rest on the height of the protrusions, but rather supports the protrusions at a slight distance from the membrane cushion, if necessary. It has a size to do. In another type of protrusion, the protrusion protruding from the disc-shaped spacing element is formed with a slight surface and parallel to the surface of the spacing element. Hence, the membrane element can support itself on these parallel surfaces of the protrusion. The purpose is to avoid material selective membrane surface damage.
一般的に当てはまるのは、間隔要素の厚さが、突起の高さによって定められることである。 It is generally true that the thickness of the spacing element is determined by the height of the protrusion.
最後に、膜スタックのこの実施の形態では、同様に、間隔要素は、周囲を取り囲む外側の縁部を備えていてもよい。この縁部は夫々、間隔要素の表面から突出している。間隔要素の厚さは、間隔要素の縁部の高さによって定められる。 Finally, in this embodiment of the membrane stack, the spacing element may also comprise an outer edge that surrounds the periphery. Each of these edges protrudes from the surface of the spacing element. The thickness of the spacing element is determined by the height of the edge of the spacing element.
かくして、膜要素スタックのこの実施の形態では、分離される媒体のための常に1つの通路が、突起の高さおよび/または縁部の高さに適合して、媒体の所望の領域部分に対応して、容易に保証されている。 Thus, in this embodiment of the membrane element stack, always one passage for the media to be separated is adapted to the height of the protrusions and / or the height of the edges to correspond to the desired area portion of the media. And it is easily guaranteed.
以下の略図を参照して、本発明の第1の実施の形態を詳述する。第2の実施の形態を、第1の実施の形態の変形例に関してのみ、略述する。 The first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the following schematic drawings. The second embodiment will be outlined only with respect to a variation of the first embodiment.
装置10の構造に関しては、まず、図1および2に言及する。装置10は、圧密のハウジング14を有し、ハウジングは、ここでは、図1および2では、シリンダ状の要素として形成されている。ハウジング14に対し実質的に軸方向には、装置14を実質的に貫通する透過物排出・収集手段21が設けられている。透過物排出・収集手段は、更に、分離ユニット110を支持しまたはまとめる締付ボルトの機能を有する。この点については、以下に詳細に述べる。
With regard to the structure of the
分離ユニット110の一部が図2に示されている。この分離ユニットは、装置10をボルト状に貫通する透過物排出・収集手段21のほかに、閉鎖要素25,26を有する。図2には、閉鎖要素は、見易いように、示されていない。
A portion of the
透過物排出・収集手段21には、別個の管要素27がある。この管要素を、透過物排出・収集手段へ押し被せることができるが、透過物排出・収集手段21から引き抜くこともできる。
The permeate discharge / collection means 21 has a
装置10を同様に実質的に貫通し、かつハウジング14の軸方向の長さよりもわずかに短い軸方向の長さを有する別個の管要素27には、膜クッション13として形成されている多数の膜が、マルチエレメント形のまたはマルチレイヤ形のスパイラル20として巻き重ねられている(図3を参照せよ)。図1および2では、マルチエレメント形のスパイラル20が、最終的な、巻き重ねられた状態で示されている。
A number of membranes formed as membrane cushions 13 are formed in a
図1及び図2に示したすべての膜要素の集合は、図3に示され、かつ以下に詳細に述べられる膜スタック12を形成する。膜スタック12を形成する膜クッション13は、分離される流動媒体11に関し種々の分離範囲のために形成される。このことが意味するのは、膜スタック12の一部が、膜要素すなわち膜クッション13から形成され、膜要素は、例えば逆浸透のために、例えばナノ濾過のために、例えば限外濾過のために、または通常の濾過のためにも、または浸透気化の方法による物質分離のためにも形成されていることである。
The collection of all membrane elements shown in FIGS. 1 and 2 forms the
膜スタック12を形成する膜クッション13の集合の所定の部分集合を、前述のように、膜スタック12を形成するために使用する。
A predetermined subset of the set of membrane cushions 13 that form the
例えば、適切に形成された膜クッション13では、浸透気化の、真空補助下の方法により、物質分離を行なうことも可能である。流動媒体11の異なった分離範囲のあらゆる組み合わせが可能であり、かつ、スパイラル状に構成された膜スタック12を形成することができる。
For example, the appropriately formed
図2の線C−Dに沿った図2の断面をより大きな尺度で示す、図3の描写(Darstellung)は、図2とは異なって、管要素27の内孔270に挿入された透過物排出・収集手段21と、個々の膜クッション13からなるマルチエレメント形のスパイラル20とを示す。図3に実線で示した膜クッションは、現尺通りには示されていない。実現された実施の形態では、膜クッションは、例えば、950mmmの幅および755mmの長さを有する。長さは、管要素27の方向に見た膜クッション13の有効長である。膜クッションに関する、幅および長さの前記の数値は、1つの可能な実施の形態のみに関する。しかし、装置10の異なった実施の形態に関しては、膜クッション13の全く異なった幅および長さも考えることができる。
The depiction (Darstellung) of FIG. 3, which shows the cross section of FIG. 2 along line CD in FIG. 2 on a larger scale, is different from FIG. 2 in that the permeate inserted into the
図3に示した実施の形態では、マルチエレメント形のスパイラル20は、18の膜クッション13からなる。この場合でも、異なった数の膜クッション13がスパイラル20を形成することを指摘しなくてはならない。
In the embodiment shown in FIG. 3, the
所望の適用方法に従って、膜スタック12を形成する膜クッション13の集合の各々の部分集合を選択し、従って、複雑に組成された流動媒体の、試みられた物質分離に考慮して、すなわち、質的および量的に達成される所望の分離度および所望の分離結果全体に従って、膜クッションを前もって組み立てることができる。
According to the desired application method, each subset of the set of membrane cushions 13 forming the
同様に、図3の描写が、装置10をより良く理解させるために、ただ図式的であると理解されねばならないことを指摘しておこう。それ故に、マルチエレメント形のスパイラル20を形成する個々の膜クッション13は、ここでは、いわば引き離された状態で示されている。
膜クッション13は、図5,6および7に示された構造を有する。これについては、以下に詳しく言及する。マルチエレメント形のスパイラル20の、最終的に巻き重ねられた状態では、スパイラル20は、図1および2に側面断面図で示されている形状を取る。
Similarly, it should be pointed out that the depiction of FIG. 3 should only be understood as schematic in order to better understand the
The
マルチエレメント形のスパイラル20の膜クッション13は、透過物排出開口部131を有する管要素27に対して、以下のように、すなわち、透過物排出領域、つまり透過物排出開口部131が、径方向孔271に向けられており、あるいは該径方向孔に通じており、径方向孔は、管要素27に形成されている(同様に、図3を参照せよ)ように、設けられている。例えば、以下のことが可能である。膜すなわち膜クッション13の透過物排出開口部から出る透過物18は、径方向孔271に入りことができ、かつ、該径方向孔を通って、管要素27の内孔270に設けられた、透過物排出・収集手段21の透過物流入開口部ヘ、入りこむことができる。そこから、透過物は、軸方向の溝の形態を取りかつ透過物排出・収集手段21に形成された透過物流入開口部210を通って、透過物排出・収集手段21の一端に形成された環状通路へ送られ、更に、そこから、透過物用出口16を通って、外側へ送り出されることができる。
The
しかしながら、別個の溝状の透過物流入開口部210の代わりに、管要素27の内孔270と、装置10を実質的に貫通するボルト状の透過物排出・収集手段21との間に、環状の通路を設け、この通路を通って、次に、透過物18を透過物用出口16へ送ることも可能である。
However, instead of a separate groove-like
装置10の、ここに記載した実施の形態では、18の膜クッション13に対応して、管要素27に18の径方向孔271が設けられている。別個の管要素27に沿って、膜クッション13の長さに従って、軸方向に直列に設けられた多数の径方向孔271が備わっている。その目的は、膜クッション13を出て行く透過物18の均等な流出を保証するためである。
In the described embodiment of the
マルチエレメント形の第2のスパイラル22は、複数の間隔要素22によって形成される。これらの間隔要素は、マルチエレメント形のスパイラル20を形成する膜クッション13同士が、マルチエレメント形のスパイラル22を形成する多数の間隔要素23によって離されているように、設けられている。図3では、間隔要素23は、膜クッション13とは異なり、破線で示されている。
The multi-element
膜クッション13とほぼ同じ長さおよび幅を有する間隔要素23は、格子状の構造を有する(図4aおよび4bを参照せよ)。図4aおよび4bにおける間隔要素23の描写は、間隔要素23の構造を明らかにするために、拡大して示されている。間隔要素23の格子状の構造は、実質的に直交する複数の第1の及び第2の要素230,231によって形成される。これらの要素230,231は、棒状に形成されている。ここでは、第1の要素230の横断面は、第2の要素231の横断面よりも大きい。間隔要素23は、装置10にまたは複数の膜クッションからなるマルチエレメント形の第1のスパイラル20を形成するために、以下のように、すなわち、間隔要素23の第1の要素231が、管要素27従ってまたボルト状の透過物排出・収集手段21に対し実質的に軸方向に整列されており、それ故に、スパイラル20および22を貫通する、分離される流動媒体が、第2の要素231に沿って流れることができ、すなわち、分離される流動媒体11のための無視できるほどに小さい流れ抵抗を形成するように、設けられている。
Spacing
間隔要素23の第1のおよび第2の要素230,231は、ここ図4aおよび4bに示した実施の形態では、実質的に円形の構造を有する。しかし、基本的には、他の横断面形状も可能であるのは、流動媒体が、マルチエレメント形のスパイラル20の膜クッション13から溢れ流れる際に、例えば、分離される媒体11の乱流の発生を的確に達成することが意図される場合である。このことは、特別に所望な適用例のために必要であり得る。間隔要素23は、弾性材料、例えば、弾性プラスチックであってもよいプラスチックからなる。
The first and
各々の望ましい膜クッション13の所定の集合によって形成された、膜クッションの部分集合の、その態様に従って、間隔要素23が、選択可能な、異なった厚さを有することが意図される。間隔要素23の選択可能な厚さによって、2つの隣接する膜クッション13の間の流動媒体11のための各々の流路を、同様に、流動媒体11の所望の分離結果および各々の所望の分離範囲に従って定めることができる。膜ストック12では、従って、所定の分離範囲のために形成された膜クッション13の各々の部分集合に従って、同様に、異なった厚さ232を有する異なった間隔要素23を使用することができる。
In accordance with that aspect of the membrane cushion subset formed by each desired set of membrane cushions 13, it is contemplated that the
膜クッション13からなる第1のマルチエレメント形のスパイラル20が、最終的な形にもたらされるとき(図1および2を参照)、複数の膜クッション13の間に設けられた間隔要素23は、各々の隣り合った膜クッション13の各々の隣り合った膜要素133,134の表面にフィットするが、しかし、各々の隣り合った膜クッション13の各々の膜要素133,134が直接に重なることを阻止し、従って、分離される流動媒体のための流路を形成する。それ故に、流動媒体は、端面側で、膜クッション13からなるマルチエレメント形のスパイラル20に入ることができ(図1の右側を参照せよ)、マルチエレメント形のスパイラル20からなる膜クッション13の全長をなでた後に、再度流出することができる(図1の左側を参照せよ)。第1のマルチエレメント形のスパイラル20の複数の膜要素の間に設けられかつ同様にマルチエレメント形の第2のスパイラル22を形成する間隔要素23を備えることによって、常に、流動媒体11のために十分に大きな流路が保証されている。
When the first
ここに記述した例では36の要素、すなわち180の膜クッション13と、18の間隔要素23とからなる第1のおよび第2のスパイラル20,22が、最終的な、巻きつけられた状態にもたらされ(図1及び2を参照せよ)、すなわち、膜クッション13が、間隔要素23の各々の中間位置決めの下で重なっているとき、スパイラル20,22は、外周面24(図2を参照せよ)において固定される。このことは、例えば、スパイラル20,22の外周面24が、1つの糸状の要素または複数の糸状の要素で巻きつけられることによって、生じることができる。スパイラル20,22に、まだ巻きつけられた状態で、より高い剛性を付与するために、糸状の要素を、硬化可能な樹脂またはプラスチックで含浸することができる。熱を適切に供給することによって、あるいは、樹脂またはプラスチックの硬化過程の適切な調整(Einstellung)によって、スパイラル20,22を巻きつけた後に、糸状の要素の硬化工程を引き起こすことができる。しかしまた、スパイラル20,22の外周面24を、例えば弾性材料からなるバンドによって、コイルのように巻きつけることも可能である。
In the example described here, the first and
スパイラル20,22からなる、例えば図2に示されている、かように出来上がった物体を、次に、装置10をボルト状に貫通する透過物排出・収集手段21へ押し被せる。次に、マルチエレメント形のスパイラル20および管要素27からなるこの物体に、両側で区画する各々の閉鎖要素25,26を備えることができる。該閉鎖要素には、分離される流動媒体11のための少なくとも1つの入口15と、残余分19のための出口17とが設けられている。適切な密閉手段およびカバースリーブによって、閉鎖要素25,26は、管要素17に対して密閉状態に保たれる。閉鎖要素25,26は、スパイラル20,22と、透過物排出・収集手段21と、閉鎖要素25,26とからなる分離ユニット110を、ハウジング14に挿入した後に、閉鎖要素をハウジング14(図1を参照)に対し圧密に位置決めすることができる密閉手段を有する。
The thus-formed object composed of the
装置10の中で使用される膜クッション13は、実質的に矩形の構造を有する(図5を参照せよ)。
The
このタイプの膜のクッション13は、例えばEP-B-0 129 663に記載されており、知られた方法で製造されてもよい。
This type of
このような膜クッション13は、通常、2つの膜要素133,134からなり、かつ、通常は、適切なポリマー材料から製造されている。ポリマーは、ポリマーが、特に装置10によって実行される分離の課題に関して、分離される流動媒体11に従って、選択されるように、選択されている。2つの膜要素133,134(図6および7も参照せよ)の、周囲を取り巻く縁部136は、知られた方法で、例えば超音波処理によって、溶接または適切に貼着されている。
Such a
本発明に係わる装置との関連で使用される膜クッション13における特徴は、膜クッション13の端面132において、すなわち、所定の領域で、透過物排出開口部131が形成されており、該透過物排出開口部が、管要素27の上記の径方向孔271と整列しており、膜クッション13から透過物排出開口部131を通って流出する透過物18が、管要素27の径方向孔271に入ることができるようになっていることである。膜クッション13の内部には、すなわち、膜クッション13を形成する膜要素133と134の間には、少なくとも1つの中間要素135が設けられていてもよい(図6に示した膜クッション13の実施の形態を参照せよ)。
A feature of the
中間要素135は、同様に、異なった厚さ139を有する。その目的は、膜クッション13を形成する2つの材料選択性の膜層の間に形成された中間空間を、膜クッションの中に生じる透過物18に関して分離される流動媒体11に最適に適合させるためである。装置10によって分離される流動媒体に従って、中間要素135の厚さ139の適切に選択によっても、実際の膜の実施の形態の態様および間隔要素23の適切に選択可能な厚さ233のほかに、他のパラメータがある。このパラメータは選択可能であり、かつ、分離さなれる流動媒体11への最適な適合を可能にする。中間要素135は、膜クッション13へ機械的安定性をもって作用することもできる。すべての中間要素135の集合は、膜スタック12全体を、同様に機械的に更に安定化させることができる。
The
中間要素135は、非常に類似の構造を有することができる。このことによって、透過物が、透過物排出開口部131へ、より容易に流れ、または流出することができる。しかしながら、基本的には、膜要素133と134の間に中間要素135を備えないことも可能である(図7に示す膜クッション13の実施の形態を参照せよ)。
The
装置10は、一般的に、スパイラル・巻回膜モジュールにおいて通常である構造との関連で、前に述べた。本発明に係わる装置10および本発明に係わる方法を原理的には、膜スタック12においても適用することもできる。このような膜スタックは、以下の分離手段として形成されている。このような分離手段では、シリンダ状のスタックとしてスタック状に組み立てられた間隔要素が、夫々、各々の膜クッション13の中間層の下方に設けられている。このような装置は、例えばEP-A-0 289 740に記載された。
The
このようなディスク状の間隔要素は、例えば図8および9に示されている。流動媒体11は、膜クッション13および平面状に形成された間隔要素23からなるスタックの中で、流動媒体11のための入口から残余分のための出口へ雷文状に貫流される。透過物は、知られた方法で、中央の透過物排出・収集手段21に集められ、透析物のための出口を通って、ここには詳しくは示さない装置から送り出される。間隔要素23は、2つの表面28,29を有する、これらの表面は、実質的に互いに平行に形成されており、かつ、多数の突起30を有する。突起の高さ31は、流動媒体11のための流路を規定する。夫々2つの間隔要素23の間には、1つの間隔要素23が閉じ込められている。間隔要素23を両側で取り囲む縁部32,33は、同様に、突起30の高さの代わりに、または高さに追加的に、間隔要素23の両側で流動媒体に関する流れ横断面を規定する。従来の技術では知られている、間隔要素23の複数の実施の形態では、膜クッション13は、突起30の先端の間でのみ支えられるが、しかしながら、突起(diesen)上には載っていない。これに対し、他の間隔要素23では、膜クッション13は、間隔要素の表面に対し平行にかつ平坦に形成され、かつ突起30の先端に設けられている突起面の上で、突起30の先端に軽く載っている。
Such a disc-shaped spacing element is shown, for example, in FIGS. The fluid medium 11 flows in a lightning pattern in a stack consisting of a
一般的に認められるように、図8および9との関連で記述された装置が、膜クッション13に備えられており、かつ駆動されることができる。装置は、前記スパイラル・巻回膜モジュールとの関連で記述された。
As will be generally appreciated, the apparatus described in connection with FIGS. 8 and 9 is provided in the
本発明に係わる方法は、例えば、本発明により記載された装置10を利用して、以下のように実施される。すなわち、
流動媒体11を膜13によって分離するのであって、装置10は、多数の膜13が設けられていてなる実質的に圧密のハウジング14を有し、かつ、装置に送られる分離される流動媒体11のための少なくとも1つの入口15と、装置10から送り出される透過物11のための少なくとも1つの出口13と、送り出される残余分のための出口17とを有する。膜13は、膜の内部空間137に集まる透過物18を流出させるための開口領域すなわち透過物排出開口部131を有する膜クッションとして形成されている。方法は、膜スタック12を形成する膜13の集合の各々の部分集合が、分離される流動媒体11に関して異なった分離範囲のために形成されているように、実施され、かつ装置は、かように構成されている。
The method according to the invention is carried out, for example, as follows, using the
The
方法および装置は、以下のように、すなわち、膜スタック12の膜13の種々の分離範囲について、膜が、分離される流動媒体11への各々の予め設定可能な、異なった圧力で駆動されるように、構成されている。しかし、種々の分離範囲に関して膜に、各々の異なった、予め設定された真空を供給することも可能である。
The method and apparatus is driven as follows, i.e. for different separation ranges of the
10 装置
110 分離ユニット
11 流動媒体
12 膜スタック
13 膜/膜クッション
130 膜クッションの端部
131 透過物排出開口部
132 端面
133 膜要素
134 膜要素
135 中間要素
136 領域
137 膜の内部空間
138 縁部
139 厚さ/中間要素
14 ハウジング
15 入口
16 透過物用出口
17 透過物用出口
18 透過物
19 残余分
20 スパイラル(第1の)
21 透過物排出・収集手段
210 透過物流入開口部(透過物排出・収集手段)
22 スパイラル(第2の)
23 間隔要素
230 棒状の第1の格子要素
231 棒状の第2の格子要素
232 厚さ/間隔要素
24 外周面(スパイラル)
25 閉鎖要素
26 閉鎖要素
27 管要素
270 内孔
271 径方向孔
28 表面
29 表面
30 突起
31 高さ/突起
32 縁部
33 縁部
34 高さ/縁部
DESCRIPTION OF
21 Permeate discharge / collection means 210 Permeate inflow opening (permeate discharge / collection means)
22 Spiral (second)
23
25
Claims (17)
膜スタックでは、種々の分離範囲の前記膜の集合の各々の部分集合を、前記分離される流動媒体の、夫々に予め設定された、異なった圧力で、駆動させることを特徴とする方法。 A method for filtering and separating a fluid medium by means of a membrane, comprising a substantially compact housing provided with a number of membranes, and at least one inlet for said fluid medium to be separated sent to a device And at least one outlet for the permeate delivered from the device and an outlet for the remainder delivered, the membrane allowing the permeate to collect in the interior space of the membrane to flow out In a method that is formed as a membrane cushion having an opening region for
In a membrane stack, the method is characterized in that each subset of the collection of membranes of different separation ranges is driven with a different preset pressure of the separated fluid medium.
前記膜スタックでは、種々の分離範囲の前記膜の集合の各々の部分集合を、前記分離される流動媒体の透過物側で、夫々に予め設定された、異なった真空で駆動させることを特徴とする方法。 A method for filtering and separating a fluid medium by means of a membrane, comprising a substantially compact housing provided with a number of membranes, and at least one inlet for said fluid medium to be separated sent to a device And at least one outlet for the permeate delivered from the device and an outlet for the remainder delivered, the membrane for allowing the permeate to collect in the inner space of the membrane to flow out. In a method that is formed as a membrane cushion having an opening region of
The membrane stack is characterized in that each subset of the membrane set of different separation ranges is driven on a permeate side of the separated fluid medium, each with a preset different vacuum. how to.
膜スタック(12)を形成する前記膜(13)の集合の各々の部分集合は、前記分離される流動媒体に関して異なった分離範囲のために形成されていることを特徴とする装置。 A device (10) for filtering and separating a fluid medium (11) by means of a membrane (13), a substantially consolidated housing (14) provided with a number of membranes (13), said device At least one inlet (15) for the separated fluid medium (11) sent to (10) and at least one outlet (16) for the permeate (18) delivered from the device (10) And an outlet (17) for the remainder (19) to be sent out, the membrane (13) for letting out the permeate (18) that collects in the inner space (137) of the membrane. In the apparatus formed as a membrane cushion having an opening region of the above, that is, a permeate discharge opening (131),
Apparatus wherein each subset of the set of membranes (13) forming a membrane stack (12) is formed for a different separation range with respect to the separated fluid medium.
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