NL8103384A - Uit dragerplaten en op maat gesneden stukken van een semi-permeabel membraan bestaande scheidingsinrichting voor fluida. - Google Patents

Description

« -1- SSi/wd/1Sartorius

Uit dragerplaten en op maat gesneden stukken van een semi-permeabel membraan bestaande scheidingsinrichting voor fluida

De uitvinding heeft betrekking op een uit dragerplaten en op maat gesneden stukken van een semi-permeabel membraan bestaande scheidingsinrichting voor fluida die ter weerszijden van het membraan in gescheiden gehouden stromingsbanen worden geleid 5 en waarbij de gescheiden geleiding van de fluida door in de dragerplaten vastgehouden snoervormige of bandvormige afdich-tingselementen wordt gewaarborgd. Als stand van de techniek zijn een aantal scheidingsinrichtingen in verschillende varianten bekend.

10 Bij een bekende scheidingsinrichting volgens de kop van de hoofdconclusie (DE-GM 70 22 655) worden dragerplaten uit kunststof toegepast die over het gehele oppervlak zijn afge-dekt door stukken membraan. In het bereik van de buitenrand zijn op de dragerplaat voor het scheiden van de verschillende 15 stroombanen en voor het verkrijgen van een algehele afdichting van de stromingskamers dunne afdichtingsribben aangebracht, die zich ten gevolge van de aandrukking in de micro-poreuze structuur van het membraan persen. Het membraan moet in het bereik van de afdichtingsribben de eigenlijke af-20 dichtingsfunctie overnemen. Deze wijze van afdichten is in zoverre onbevredigend als dat door vervaardigingstoleranties men geen evenwijdige uitvoering van de platen en de afdichtingsribben kan krijgen en het membraan een zekere dikte moet hebben opdat een afdichtingsfunctie kan worden vervuld. Af-25 hankelijk van de toepassing voor de dialyse, voor de ultrafiltratie, voor omgekeerde osmose, al naar gelang de te behandelen fluida, hetzij vloeistoffen, hetzij gassen, moeten speciale membranen worden gekozen opdat een optimale scheiding mogelijk is. Het is dan ook bekend om voor een betere afdich-30 ting naast de dragerplaten nog speciale afdichtingsplaten tussen de afzonderlijke lagen van de dragerplaten aan te brengen (DE-AS 22 09 116 en US-PS 38 31 763) waarbij de dichtingsraamwerken uitgesneden gedeelten van een speciaal afdichtingsmateriaal zijn. Dit speciale afdichtingsmateriaal 8103384 « * ? -2- moet evenals het membraan en de kunststofplaten meerdere malen in een autoclaaf kunnen worden behandeld zodat niet elk afdichtingsmateriaal voor alle toepassingen en voor elk . gebruik van de scheidingsinrichting geschikt is. De drager- 5. platen uit kunststof moeten een bepaalde sterkte vertonen opdat ze bij de behandeling in de autoclaaf niet gaan trekken en ze moeten weerstand bieden aan de inklemkrachten van de gehele inrichting. De extra noodzakelijke afdichtingsramen vergroten de constructie van een dergelijke pakketvormige 10 scheidingsinrichting en vormen nog extra gevaarlijke punten voor het optreden van lekkages. In een recentere stand van de techniek (DE-OS 29 30 986) wordt daarom weer voorgesteld de afdichting te laten plaatsvinden met in de dragerplaten gevormde afdichtingsribben. Een dergelijke afdichting wordt 15 ook problematisch in het bereik van de in- en de uitlaten, die meestal zijn uitgevoerd als ronde zich door de gehele stapel van de dragerplaten uitstrekkende boringen, die horizontaal overgaan in onderverdelingskanalen.

Het is ook reeds bekend (US-PS 3 585 131) in de drager-20 platen sleufvormige openingen aan te brengen die zich over de gehele breedte van het overstroomde membraanoppervlak uitstrekken, cm op deze wijze een betere verdeling van de stroming te verkrijgen. Bij deze bekende scheidingsinrichting bestaat het membraan uit met elkaar verweven uit holle vezels 25 bestaande membranen die kruisgewijs worden doorstroomd en verticaal worden overstroomd. Het weefselvormige membraan is voor het scheiden van de drie fluidaruimten ten opzichte van de dragerplaten afgedicht door een kunststof plakrups.

Ook hier is de constructie en de afdichting vanwege de 30 wijze van vervaardiging zeer kostbaar. Door de weefselvormige structuur bestaat ook het gevaar dat het afdichtingsmateriaal niet op de juiste wijze in de tussenruimten van het weefsel dringt en dat de afzonderlijke uit holle vezels bestaande membranen alzijdig worden omsloten en ten opzichte van de 35 dragerplaten worden afgedicht.

In afwijking van de toepassing van de op zichzelf stijve dragerplaten is het ook reeds bekend scheidingselementen in meer lagen op te bouwen uit een kunststof weefsel, een aan beide zijden aangebracht vliesvormig dragermateriaal en de 8103384 * · -3- aan weerszijden aangebrachte membranen. De afdichting van de afzonderlijke scheidingseenheden vindt plaats doordat de gehele buitenrand van het scheidingselement wordt omspoten door een kunsthars. De verdeling van de stromingen binnen 5 het scheidingselement vindt plaats door op afstand van de randen aangebrachte boringen, waarbij ter scheiding van de stromingsbanen ten opzichte van elkaar de aangrenzende boringen afwisselend buiten resp. binnen door een boogvormige afdichting uit kunsthars zijn verbonden met de af te dichten 10 buitenranden (DE-OS 29 20 253 en US-Ser.Nr. 90 69 22). Ook deze wijze van afdichting is onbetrouwbaar daar het er in hoofdzaak van afhangt de indringdiepte van de kunsthars in de afzonderlijke lagen van het scheidingselement te regelen en nauwkeurig te begrenzen.

15 Met betrekking tot de stand van de techniek wordt nog gewezen op US-PS 4 113 625, DE-OS 29 30 986, GB-PS 32 92 35, US-PS 3 497 423, DE-OS 23 04 644, DE-OS 22 05 294 en DE-OS 29 022 247, waaruit de verschillende geometrische vormen van de scheidingselementen, de afdichtingselementen, 20 en de dragerplaten bekend zijn.

Ten opzichte van deze stand van de techniek beoogt de uitvinding een uit een aantal afzonderlijke elementen samengesteld scheidingselement te verschaffen met een groot effectief membraanoppervlak, dat ondanks het grote aantal af-25 zonderlijke scheidingselementen een eenvoudige en betrouwbare afdichting van de te scheiden stromingsbanen en strcmings-kamers mogelijk maakt en een stromingstechnisch gunstige geleiding van de fluida en een effectief gebruik en een effe-tieve overstroming van de membraanvlakken toelaat.

30 Volgens de uitvinding wordt dit verkregen doordat de dragerplaten voor het opnemen van de afdichtingselementen naar het vlak van de plaat open kanaalvormige groeven en hierin openingen tonen, die ten minste sectiegewijs met elkaar in verbinding staan en een in vloeibare toestand inge-35 bracht en daarin verhardend dichtingsmateriaal opnemen. De geometrische vorm van de dragerplaten,cfe wijze van geleiding van de stroming van de fluida en de daardoor noodzakelijke uitvoering van de afdichtingselementen zijn voor het verkrijgen van een optimale scheiding, een optimale afdichtfunc- 8103384 % * -4- tie en een optimale wijze van vervaardiging in zekere mate van elkaar afhankelijk. Voorkeursuitvoeringen van de schei-dingselementen zijn in de conclusies 2 en 7 en in de volg-conclusies beschreven.

5 De uitvindingsgedachte die de meest verschillende uitvoeringmogelijkheden toelaat^is aan de hand van de tekening in drie voorkeursuitvoeringsvoorbeelden nader verduidelijkt.

In de tekening toont: fig. 1 een perspectivische afbeelding van de gehele '10 inrichting met de verschillende delen op afstand van elkaar getekend met een verticale doorsnede door de tot een blok of dergelijke met elkaar verbonden afzonderlijke scheidings-elementen volgens de lijn I-I uit figuur 2, fig. 2 een bovenaanzicht op tw® op elkaar liggende 15 identieke dragerplaten met membranen gedeeltelijk als detail aan de voorzijde en aan de achterzijde, fig. 3 een doorsnede door een stapel met elkaar verbonden scheidingselementen volgens de lijn III-III uit figuur 2, fig. 4 een gedeeltelijke doorsnede door een dragerplaat 20 met een membraan volgens de lijn IV-IV uit figuur 2, fig. 5 een langsdoorsnede door een dragerplaat met membraan volgens de lijn V-V in figuur 2, fig. 6 een detail in doorsnede door een dragerplaat met een steunelement van weefsel, 25 fig. 7 in zijaanzicht een inrichting als geheel in een gewijzigde uitvoering, fig. 8 een bovenaanzicht van een uit stromingstechnisch oogpunt optimaal gewijzigde dragerplaat aan de zijde van het membraan, 30 fig. 8a een detail uit figuur 8 op grotere schaal, fig. 9a en 10a een bovenaanzicht van de uit twee halve platen gevormde afsluitplaat in bereik van de hoofdaansluiting van dë scheidingsinrichting volgens figuur 7, fig. 9b en 10b details uit de uitvoering volgens figuur 35 9a en 10a.

De scheidingsinrichting is opgebouwd uit identieke dra-gerplaten die echter voor een betere aanduiding zijn aangegeven met dragerplaat 1 en met dragerplaat 2. Volgens figuur 2 heeft elke dragerplaat 1 , 2 een in hoofdzaak rechthoekige om- 8103384 -5- > trek en een rechthoekige doorsnede. De dragerplaten 1,2 vertonen aan alle vier rechthoekszijden een aantal sleufvormige openingen 7, 8 die alleen uit stabiliteitsoverwegin-gen onderbroken zijn door verbindingsdammen 16. Deze verbin-5 dingsdammen 16 kunnen bij kleinere uitvoeringen van de dragerplaten komen te vervallen. De sleufvormige openingen 7,8 eindigen telkens in het bereik van de buitenranden van de membranen M1 en M2 zodat de in de sleuf vormige openingen 7, 8 geleide stroming de membranen M1, M2 op stromingstech-10 nische wijze over de gehele breedte kan overstromen. De drager-plaat 1 is vanaf de membraankant afgebeeld en deze zijde is aangeduid met 1TM. De membraanzijde van de dragerplaten 1,2 vertoont steunelementen 4 en stromingskanalen 5. Volgens figuur 5 worden deze gevormd door in dwarsdoorsnede prisma-15 vormige groeven en ribben, waarbij de groeven de stromingskanalen 5 en de toppen van de dammen de steunelementen 4 voor de stukken membraan vormen. De groeven 5 vertonen langs de bodem op afstand van elkaar aangebrachte doorlaatopeningen 19 naar de andere zijde van de dragerplaat 1, 2 en de openingen 20 19 zijn aan de andere zijde van de plaat uitgebreid tot zich dwars op de groeven 5 uitstrekkende verzamelgoten 20, die uitmonden in de sleufvormige openingen 8 voor het tweede medium F2. De afzonderlijke op maat gesneden stukken membraan zijn aan het randbereik 6 rondgaand in een soort komvormig 25 deel van de dragerplaten door lassen of plakken afdichtend met de dragerplaten verbonden. In het bereik tussen de mem-braanranden 6 en de sleufvormige openingen 7 zijn afstand-houders 17 en doorlaten 18 aangebracht, die enerzijds mogelijk maken dat het fluïdum F1 uit de sleufvormige openingen 30 7 door de doorlaatopeningen 18 over de bovenzijde 1 MO van het membraan kan stromen naar de tegenover liggende sleufvormige openingen 7, anderzijds ook waarborgen dat de op elkaar liggende dragerplaten ten opzichte van elkaar een voldoende evenwijdige vlakke ondersteuning door de afstandhouders 17 35 krijgen. Op overeenkomstige wijze vertoont de achterzijde van elke dragerplaat, zoals is aangegeven bij 2TR van de dragerplaat 2 in hoofdzaak evenwijdige vlakken die alleen zijn onderbroken door de verzamelgoten 20. De achterzijden van de dragerplaten 1, 2 steunen dus tegen elkaar met een groot opper- 8103384 * * -6- vlak.

Voor een gescheiden geleiding van de beide fluida F1 en F2 vertoont elke dragerplaat ten minste aan twee tegenover elkaar liggende hoekpunten openingen 11. In het onder-5 havige voorbeeld zijn aan alle vier hoeken openingen 11 aangebracht. Deze tegenover elkaar liggende openingen 11 worden verbonden door in beide richting verlopende kanalen 13. Deze zijn in het uitvoeringsvoorbeeld aan beide zijden van de dragerplaten aangebracht. Het is echter voldoende wanneer ten 10 minste aan êên zijde dergelijke kanalen 13 zijn aangebracht/ daar door het op elkaar plaatsen van een aantal dragerplaten wordt gewaarborgd dat tussen twee dragerplaten 1, 2 telkens een rondgaand kanaal 13 aanwezig is. Bovendien zijn in de kanalen 13 verdeeld over de lengte verdere openingen 12 15 aangebracht die boven elkaar liggend, zich schachtvormig door alle dragerplaten 1, 2 heen uitstrekken (fig. 3). Deze openingen 11, 12 en de kanalen 13 dienen voor het opnemen van het nog te beschrijven afdichtmiddel om het gehele buiten-bereik af te dichten en zo te komen tot een duurzame verbin-20 ding van de op elkaar gestapelde dragerplaten 1, 2. Voor het af dichten van de ruimte voor het fluidum ten behoeve van een gescheiden geleiding van het fluidum F1 ten opzichte van de geleiding van het fluidum F2 is evenwijdig aan de stromings-kanalen 5 buiten het randbereik 6 van het membraan M1 aan de 25 beide tegenover liggende rechthoekzijden telkens een goot '14 aangebracht, welke in verbinding staan, met de kanalen 13 en/of de openingen 11, 12. Deze beide goten 14 zijn slechts aan die zijde van de membraandragerplaten 1, 2 aangebracht, die in figuur 2 zijn aangeduid met 1TM. Op de achterzijde 30 en de beide andere tegenover liggende rechthoekzijden van de dragerplaten 1,2 zijn twee overeenkomstige goten .14' aanwezig die zich evenwijdig aan de verzamelgoten 20 uitstrekken en met de kanalen 13 en/of de openingen 11, 12 in verbinding staan. De goten 14.en 14' zijn gevuld met een 35 dichtingsmiddel 15/zoals later nog zal worden beschreven. Daardoor wordt gewaarborgd dat het aan de achterzijde van het membraan uittredende medium weliswaar door de openingen 19 in de dragerplaten 1, 2 kan stromen en van de verzamelgoten 20 in de sleufopeningen 8, echter niet in de sleufopeningen 8103384 * * -7- 7 die het eerste fluïdum F1 geleiden. De achterzijde van de membranen is in figuur 2 voor het membraan 2 aangeduid met 2MR.

Bovendien zijn in de dragerplaten 1,2 ten minste in de 5 vier hoekbereiken openingen voor montageklemmen 10 aangebracht die bij het monteren aanvankelijk dienst doen als geleider voor de op elkaar te stapelen dragerplaten 1, 2.

De van de membraanstukken M1 en M2 voorziene dragerplaten 1,2 worden paarsgewijs met de membranen op elkaar liggend, 10 zoals figuur 3 laat zien, op de montageklemmen 10 opgestapeld en tot een stapel van 10 of 20 dragerplaten 1,2 verenigd. Met behulp van de montageklemmen 10 en niet afge-beelde aandrukmiddelen worden de laagsgewijs op elkaar liggende dragerplaten 1, 2 vast tegen elkaar gedrukt. Alle 15- niet verdiepte vlakken van de dragerplaten 1, 2 liggen daarbij vlak aan tegen de tegenvlakken van de andere dragerplaten. In deze voorgemonteerde toestand wordt in de openingen 11 het afdichtingsmiddel 15 in de vorm van een vloeibare kunsthars, een lijm of een thermoplastische kunststof gespoten. 20 Het inspuiten kan bij voorbeeld volgens figuur 2 in de linker onderste opening 11 plaatsvinden. Wordt daarbij het pakket dragerplaten 1, 2 zo geplaatst dat de diagonalen van de beide tegenover elkaar liggende openingen 11 verticaal staan, dan stijgt het ingespoten afdichtingsmiddel 15 in beide richtingen 25 in de kanalen 13 en de goten 14, 14' op in de richting van de bovenste opening 11 en vult daarbij door verdringing van de ingesloten lucht de door de openingen 11, de kanalen 13 en de goten 14, 14' gevormde holle ruimten. Daar het bij het afdichtingsmiddel 15 om een tijdens de verwerkingstijd vloei- 30 bare doch thermisch en/of na enige tijd uithardende kunststof gaat kunsthars en/of lijm, krijgt men na het vast worden van het afdichtingsmiddel 15 een blijvende dichte verbinding van de afzonderlijke dragerplaten met elkaar, zodat na het verwijderen van de montageklemmen 10 een pakketvormige of blok-35 vormige scheidingsinrichting 30 overeenkomstig fig. 1 ontstaat, die als een blok tussen de beide eindplaten 27 en 28 afdichtend kan worden ingeklemd.

Om het vullen van de kanalen 13 en de goten 14, 14' te versnellen en om nog een betere vertanding van de drager- 8103534 -8- platen 1, 2 ten opzichte van elkaar over de gehele omtrek te verkrijgen heeft men extra in het bereik van de kanalen 13 verdere openingen 12 aangebracht die overeenkomstig figuur 1 het afdichtingsmiddel 15 in doorgaande kolommen opnemen.

5 In de eenvoudigste uitvoeringsvorm wordt de stapel laagvormig op elkaar liggende dragerplaten 1, 2 telkens door de achterzijde van een dergelijke dragerplaat afgesloten.

Het telkens het verst naar buiten liggende stuk membraan is daarbij door de achterzijde van de telkens buitenste drager-10 plaat beschermd tegen mechanische beschadiging.

Voor het opnemen van een dergelijke eenheid zijn voor het verkrijgen van een afdichtende verbinding met de beide eindplaten 21, 28 hieraan afdichtingsringen 29 aangebracht. Wanneer de buitenste dragerplaten een extra bescherming 15 van het stuk membraan moeten krijgen, kan dit bij voorbeeld gebeuren door een ongeprofileerde vlakke afsluitplaat 3 aan elke zijde van het blok 30. De afsluitplaten 3 hebben, zoals figuur 1 laat zien, bijpassende sleufvormige openingen 7, 8. De afsluitplaten 3 kunnen zelf echter ook als vlakke 20 afdichtingen zijn uitgevoerd, dat wil zeggen ze hebben een zekere blijvende elastische werking en nemen de afdichtings-functie tussen de pakketvormige scheidingsinrichting 30 en de beide eindplaten 27, 28 over, zodat hierbij geen afzonderlijke ringvormige afdichtingen 29 nodig zijn.

25 Volgens figuur 1 zijn de beide eindplaten 27, 28 iets "groter en bestaan ze bij voorkeur uit edelstaal waarbij ze in het randbereik een aantal boutgaten 22 vertonen die spanelementen 21 kunnen opnemen. De onderste eindplaat 27 vertoont ten behoeve van de toevoer van het eerste fluidum F1 30 een buisvormige hoofdaansluiting 23, die hoort bij de aan de rechterkant aangebrachte sleufvormige openingen 7 van de dragerplaten 1, 2 waarbij de hoofdaansluiting 23 als hoofd-aansluitingssleuf 23' op de bovenzijde van de onderste eindplaat 27 eindigt. In het tegenover liggende randgedeelte van 35 de bovenste eindplaat 28 is een overeenkomstige hoofdaansluiting 24 met een bijbehorende hoofdaansluitingssleuf 24' aanwezig, die in het getekende uitvoeringsvoorbeeld dienst doet als uittree voor het eerste fluidum F1. Het in de hoofdaansluiting 23 binnentredende eerste fluidum F1 vult dus de 8103384 -9- sleufvormige openingen 7 op, stroomt in de afzonderlijke vlakken over de stukken membraan en treedt in de tegenover liggende sleufvormige openingen 7 en treedt dan via de bovenste hoofdaansluiting 24 naar buiten. De stroming in 5 omgekeerde richting is natuurlijk ook mogelijk. Wanneer volgens het principe van de diffusie het tweede fluidum F2 de achterzijde van het membraan moet overstromen, dan worden twee verdere hoofdaansluitingen 25 en 26 in de beide eindplaten 27, 28 voor het fluïdum F2 aangebracht. Het fluidum 10 F2 treedt in de onderste eindplaat 27 via de hoofdaansluiting 25 in de hoofdaansluitsleuf 25' en vandaar in de sleufvormige openingen 8. De achterzijden van het stuk membraan worden zo overstroomd en het fluidum F2 treedt in de tegenover liggende sleufvormige openingen 8 en vandaar uit in de hoofd-15 aansluitingssleuf 26' en in de hoofdaansluiting 26. Ook hier is de omgekeerde stromingsrichting mogelijk.

De hoofdsleufopeningen 23', 25', 24' en 26' kunnen zoals in figuur 1 is aangeduid zijn uitgerust met ringvormige afdichtingen of andere vlakke afdichtingen 26, wanneer niet 20 een speciale afdichting op de boven- en onderzijde van de pakketvormige scheidingsinrichting 30 aanwezig is. Overeenkomstige afdichtingen 29' moeten dan ook in het bereik van de blinde aansluitingen voor de andere sleufvormige openingen 7, 8 zijn aangebracht.

25 Voor het doorvoeren van een ultrafiltratie is voor het 'fluidum F2 op zich zelf slechts êén hoofdaansluiting, dus 6f de hoofdaansluiting 25 of de hoofdaansluiting 26 nodig.

Daar het filtraat de achterzijde van het stuk membraan niet behoeft te overstromen doch slechts van het gehele opper-30 vlak moet worden afgevoerd, is het ook alleen maar nodig aan de derde of aan de vierde rechthoekzijde sleufvormige openingen 8 aan te brengen. Om van tevoren met behulp van de dragerplaten 1, 2 een ruime toepassing te waarborgen, zijn deze uitgevoerd voor de tweezijdige overstroming. Ook bij de 35 ultrafiltratie is het van voordeel wanneer het filtraat in beide richtingen vanaf de achterzijde van het stuk membraan wordt afgevoerd.

De dragerplaten 1,2 zijn uit kostenoverwegingen gevormd van kunststof. Ze kunnen natuurlijk ook voor bijzondere 8103384 \ * * -10- toepassingen zijn vervaardigd uit edelstaal.

De dragerplaten 1, 2 volgens de figuren 2 tot 5 en 8 zijn in het bijzonder geschikt voor filtratie. Voor het uitvoeren van scheidingen volgens het principe van de 5 diffusie zijn dragerplaten zoals die in figuur 6 zijn af-gebeeld meer geschikt. Bij een stofuitwisseling volgens het principe van een diffusie is het voordelig wanneer ook het tweede actieve fluïdum F2 met een zo groot mogelijk vlak van het membraan aan de achterzijde ervan in aanraking •10 komt. Hiervoor is bij voorbeeld een weefsel 39 geschikt, dat het membraan M1. ondersteunt, en is bevestigd in een raamvormig venster 40 van de dragerplaat 1. Dit kan plaatsvinden doordat door thermoplastische vervorming van een uitstekend deel van het venster 40 het weefsel 39 in het raamwerk van 15 de dragerplaat 1 wordt geïntegreerd en in dit bereik op de buitenrand van het membraan 6 wordt vastgehouden. Overigens komt de uitvoering van de dragerplaat overeen met de in figuren 2 tot 5 afgebeelde details, wat betreft de vorm van de geleiding voor de stroming en de vorm van de afdichtingen.

20 De uitvoeringsvorm volgens de figuren 7 tot 10 laat een

Scheidingsinrichting zien die in het bijzonder is uitgevoerd met het oog op een gemakkelijke hantering, een optimale scheidingscapacïteit en een goedkope vervaardiging. De hiervoor beschreven constructiedelen 1 tot 30 stemmen 25. functioneel met die volgens de figuren 1 tot 6 overeen, zodat .zonder meer op de hiervoor gegeven uiteenzettingen en beschrijvingen kan worden teruggegrepen.

Volgens figuur 7 is de scheidingsinrichting uitgevoerd als staande inrichting met verticaal aangebrachte drager-30 platen 1, 2. De inrichting volgens figuur 7 bestaat uit de verticale eindplaat 27' welke alle vier hoofdaansluitingen 23 tot 26 voor de beide fluida F1 en F2 vertoont en welke hoofdaansluitingen als boringen in de eindplaat 27 eindigen.

De andere eindplaat 28 is zonder aansluiting en uitsluitend 35 op de beide onderste spanelementen 21 horizontaal verschuifbaar uitgevoerd en wordt ondersteund door een centrale schroefspindel 33, die zelf weer wordt gesteund in een verticale tegenlegerplaat 34. De tegenlegerplaat 34 is via vier horizontale spanelementen 21 verbonden met de eind- 8103384 -11- plaat 27'. De beide onderste spanelementen 21 dienen gelijktijdig als geleiding en bevestiging voor de . als blok resp. als cassette 30 uitgevoerde scheidingsinrichting, die is ingeklemd tussen de beide eindplaten 27' en 28'.

5 De naar de aansluitingsloze eindplaat 28' gekeerde aansluitplaat 3' dekt de achterzijde, dat wil zeggen de met de verzamelgoten 20 uitgeruste zijde van de laatste drager-plaat 1 volgens figuur 2 resp. volgens figuur 8 af, en is hiermee geïntegreerd door middel van het afdichtingsmiddel T0 15. De naar de aansluitzijde gekeerde afsluitplaat 3'' en 3"' is tweedelig uitgevoerd en is afgebeeld in de figuren 9a, 9b en 10a, 10b en wordt in het volgende nader beschreven.

De tweedelige af sluitplaat 3" en 3'" vormt eveneens een geïntegreerd bestanddeel van de eigenlijke scheidingsinrichting, 15 zodat zowel de dragerplaten 1, 2 als ook de beide afsluitplaten 3' en 3", 3'" de eigenlijke cassette 30 vormen, welke overeenkomstig figuur 7 op eenvoudige wijze tussen de beide eindplaten 27' en 28' wordt geplaatst. Geleidingsgroeven 37 in de cassette 30 zorgen voor een geleidend steunen op de 20 beide onderste spanelementen 21 en ingevormde vastgrijp- groeven 38 vergemakkelijken het hanteren van de cassette 30 bij het plaatsen van de cassette tussen de beide eindplaten 27', 28'. Twee tegenover elkaar liggende zijden van de cassette 30 vertonen telkens de geleidingsgroeven 37 resp. de 25 vastgrijpgroeven 38, zodat de cassette 30 telkens slechts over 180° behoeft te worden gedraaid om op de juiste wijze te worden geplaatst, zodat een foutief plaatsen uitgesloten is.

Deze uitvoering heeft het voordeel dat geen aansluitingen en vastgeschroefde verbindingen moeten worden losgemaakt, 30 wanneer een cassette 30 moet worden uitgewisseld tegen een nieuwe cassette.

Dit vindt uitsluitend plaats doordat men de centrale schroefspindel 33 losmaakt.

De in stromingstechnisch opzicht optimale uitvoering 35 van de dragerplaat volgens de figuren 8, 8a komt in de functionele constructie overeen met de dragerplaat volgens de figuren 2 tot 5 wat betreft de constructieelementen 4 tot 20.

Bij betrekkelijk grote dragerplaten 1, 2 uit kunststof, bestaat het gevaar dat op grond van vervaardigingstoleranties 8103384 * t i -12- zich over het gehele oppervlak van het overstroomde membraan voorkeursstromingszones vormen, waardoor het nuttig effect van het gehele membraanoppervlak zou hebben te lijden.

Volgens de uitvinding vertoont elke groef 5 onder verwijzing 5 naar het detail volgens figuur 8a een aantal over de lengte van de groef verdeeld aangebrachte stromingsbarrieres 31 , die in het vlak van de toppen 4 van de ribben of daaronder eindigen^waarbij elke groef 5 ten minste met êên doorlaat-opening 19 in verbinding staat met een kruisende verzamel-10 groef 20 aan de tegenover gelegen zijde van de dragerplaten 1, 2. Het grote aantal stromingsbarrieres 31 is op ongeveer evenwijdig aan elkaar en schuin ten opzichte van de groeven 5 verlopende barrierelijnen 32 geplaatst. Bij een ongeveer vierkant membraanvlak verloopt de langste barrierelijn 32 15 ongeveer met een hoek van 45° volgens de diagonaal, terwijl de andere barrierelijnen 32 op enige afstand daarvan evenwijdig daaraan lopen. Al naar gelang de verhouding tussen de lengten van de zijden van een rechthoekig membraanvlak, kruisen de barrierelijnen 32 de groeven 5 onder een hoek van 20 ongeveer 30 tot 60°. De barrierelijnen 32 van twee met de gegroefde zijden naar elkaar toe gekeerde dragerplaten 1,2 lopen tegen elkaar in, dat wil zeggen, ze kruisen elkaar (zoals met streepstippellijnen in figuur 8 is aangegeven).

Onder de druk van het overstromende fluïdum F1 treedt een 25 zekere welving van het stuk membraan in de ondersteunende groeven 5 op, wat in het bereik van de stromingsbarrieres 31 wordt verhinderd zodat op deze plaatsen een zekere stuwing optreedt en kortsluitpaden worden uitgesloten. Op grond van de elkaar kruisende barrierelijnen 32 van twee naar elkaar 30 toe gekeerde plaatzijden wordt de diagonaalstroming weer opgeheven zodat een gelijkmatige overstroming van het gehele membraanoppervlak over de gehele aanstroomzijde langs de sleufvormige openingen 7 is gewaarborgd.

De buitenste omtrek van de dragerplaten 1, 2 wijkt af 35 ten opzichte van die volgens figuur 2 door het aanbrengen van geleidingsgroeven 37 aan tegenover elkaar liggende buitenranden en het aanbrengen van vastgrijpgroeven 38 eveneens aan de tegenover elkaar liggende buitenranden.

De tweedelige af sluitplaat 3, 3", 3'" is eveneens 8103384 -13- gevormd uit kunststof en komt wat betreft de buitenste om-treksvorm en wat betreft de sleufvormige openingen 7, 8 overeen met de dragerplaat 1,2 volgens figuur 8. De niet afgebeelde achterzijde van de halve afsluitplaat 3-'?’ 5 volgens figuur 9a, 9b, is glad uitgevoerd en vormt een afdekking voor de bovenste draagplaat en wel de de verzamelgoten 20 vertonende achterzijde, zoals in figuur 2 is aangegeven met 2TR. Eveneens zijn hier de goten 14 en de kanalen 13 aangebracht.

10 Volgens figuur 9a, 9b zijn de sleufvormige openingen 7, 8 omsloten door verdeler- en-verzamelpijpen 35, die in doorsnede ongeveer gootvormig zijn uitgevoerd en in verbinding met de dekkend daar boven liggende gootvorm van de verdeler- en verzamelpijpen 35 volgens figuur 10 15 een volledige pijp vormen. De verdeler- en verzamelpijpen 35 van de beide afsluitplaathelften 3''' en 3" zijn gevat in kanalen 13' en goten 14' en aangesloten op de openingen 11, waardoorheen het vloeibare afdichtmiddel 15 in alle kanalen en goten van alle platen van de cassette 30 wordt 20 gespoten. De afsluitplaathelft 3" komt wat de constructie betreft aan de naar de afsluitplaathelft 3''' gekeerde zijde overeen met deze laatste zijde en is aan de naar de eind-plaat 27' toegekeerde zijde in hoofdzaak glad. De in de verdeler- en verzamelpijpen 35 aangebrachte boringen 36 25 liggen gelijk met de boringen van de hoofdaansluiten 23 tot 26. De boringen 36 zijn aan de naar de eindplaat 27' gekeerde zijde uitgerust met U-ringafdichtingen, die zich afdichtend aanleggen tegen de eindplaat 27' wanneer de cassette 30 door de centrale schroefspil 33 wordt gedrukt tegen de eindplaat 30 27'.

Al naar gelang de geometrische \orm van de platen en de uitvoering van de stromingsbanen en het aanbrengen van de noodzakelijke afdichtingselementen kar het voldoende of ook doelmatig zijn, ten minste sectorsgewijs over de plattegrond 35 van de dragerplaten verdeeld, openingen 11, 12 en kanaal- vormige groeven 13, 14, 13', 14' aan te brengen, die binnen de stapel platen met elkaar in verbinding staan,zodat afzonderlijke gedeelten over de gehele'hoogte van de stapel gemeenschappelijk worden afgedicht. In de afgebeelde uitvoeringsvoorbeel- 8103384 * £ -14- den vindt het aanbrengen van de afdichtingselementenzo plaats dat alle kanaalvormige groeven 13, 14, 13', 14' en de openin-gen 11, 12 met elkaar in verbinding staan,zodat alle platen gemeenschappelijk door êên enkele inspuiting van 5 kunststof worden afgedicht en blijvend met elkaar worden verbonden.

Voor het tot stand brengen van een onberispelijke af-dichtingswerking is het echter slechts nodig een een af-dichtingsfunctie overnemende kunststof, bij voorbeeld •10 een silicon toe te passen, terwijl de eigenlijke verbinding van het aantal platen met elkaar tot een cassette door andere klemmiddelen kan worden verkregen.

De scheidingsinrichting kan voor alle in de industrie gebruikelijke scheidingsmethoden worden toegepast, dus 15 als dialysator, als filter, als oxygenator, voor het scheiden van stoffen uit melk, voor het bereiden van water en dergelijke en ook kan de inrichting worden gebruikt als kunstmatige nier of als kunstmatige long voor medische toepassingen.

20 Door het opstellen van verscheidene van dergelijke blok vormige scheidingsinrichtingen 30 kan men het totale membraan- van oppervlak variëren, waarbij door het sluiten sleufvormige openingen van een rij aan de buitenste dragerplaten 1, 2 resp. door een bijzondere uitvoering van de afsluitplaten 3, de 25 afzonderlijke paketvormige scheidingsinrichtingen 30 stromings-_technisch in serie of parallel kunnen worden geschakeld.

8103384

Claims (25)

1. Uit dragerplaten en op maat gesneden stukken membraan van een semi-permeabel membraan bestaande scheidingsinrichting voor fluida, die aan weerszijden van het membraan in gescheiden gehouden stromingsbanen worden geleid en waarbij 5 de gescheiden geleiding van de fluida door in de dragerplaten vastgehouden, snoervormige of bandvormige afdichtingselementen is gewaarborgd, met het kenmerk, dat de dragerplaten (1, 2) voor het opnemen van de afdichtingselementen naar het vlak van de plaat toe open kanaalvormige groeven (13, 14, 13', 14') 10 en hierin openingen (11, 12) vertonen, die ten minste over bepaalde gedeelten met elkaar in verbinding staan en een in vloeibare toestand ingebracht en daarin vast wordend afdichtingsmateriaal (15) opnemen.

2. Uit dragerplaten en op maat gesneden stukken membraan 15 van een semi-permeabel membraan bestaande scheidingsinrich- ting voor fluida, waarbij: a) de dragerplaten als stromingskanalen dienst doende steunelementen voor de stukken membraan vertonen, b) elk stuk membraan aan de randen afdichtend is verbon-20 den met de dragerplaat en de steunelementen bedekt, c) buiten de randen van de membranen een aantal boringen .of sleufvormige openingen in de dragerplaten zijn aangebracht, die zich rechthoekig op de membraanvlakken uitstrekkende verdelerschachten voor de fluida vormen, 25 d) in overeenstemming met de bedoeling afzonderlijke verdelerschachten toevoeren en afvoeren voor een over de membraanvlakken stromend en te behandelen eerste fluidum vormen, e) in overeenstemming met de bedoeling de verdere ver-30 delerschachten met betrekking tot de stroming in verbinding staan met de als stromingskanalen dienst doende steunelementen, en dienen voor het geleiden van een ander fluidum, f) de buitenzone van de dragerplaten naar buiten toe door afdichtingen is afgedicht en in het randbereik van het mem- 35 braan verdere afdichtingen in de dragerplaten zijn aange- 8103384 i v -16- bracht voor een gescheiden geleiding van de béide fluida, g) in lagen tot een stapel opgebouwde scheidings-elementen door geleidings- en klemelementen tussen eind-platen of huiselementen kunnen worden ingeklemd, welke 5 eindplaten of huiselementen de beide buitenste scheidings- : elementen van de stapel afdekken, h) de verdelerschachten voor het eerste fluïdum in verbinding staan met in êên eindplaat of.huiselement of in beide eindplaten of huiselementen aangebrachte hoofdtoevoeren 10 en hoofdafvoeren, i) de verdelerschachten voor het tweede fluïdum op overeenkomstige wijze in verbinding staan met ten minste êên apart aangebrachte hoofdaansluiting in een eindplaat of huiselement, • 15 met het kenmerk, j) dat voor het opnemen van een afdichting de buitenzones van de dragerplaten (1, 2) op ten minste twee tegenover elkaar liggende gedeelten aangebrachte openingen (11, 12) vertonen, 20 k) dat de op afstand aangebrachte openingen (11, 12) met elkaar zijn verbonden door ten minste aan êên zijde van de dragerplaat (1, 2) in beide verbindingsrichtingen gerichte open kanalen (13), l) dat voor het opnemen van een afdichting in het 25 randbereik (6) van het membraan elke dragerplaat (1, 2) evenwijdig aan de randen (6) van het membraan verlopende open goten (14) vertoont die met de kanalen (13) en/of openingen (11, 12) zijn verbonden en m) dat de afdichting (15) wordt gevormd door een 30 vloeibare thermisch en/of naar verloop van tijd uithardbare kunststof en/of lijm die zich uitstrekt door de gehele stapel scheidingselementen (1, 2, M1, M2) heen in de openingen (11, 12), de communicerende kanalen (13) en de goten (14).

3. Scheidingsinrichting volgens conclusie 2, met het 35 kenmerk, dat de aan ten minste twee tegenover elkaar liggende gedeelten aangebrachte openingen (11) verdeeld over de lengte van de kanalen (13) zijn aangevuld met verdere openingen (12).

4. Scheidingsinrichting volgens een der conclusies 1 tot 3, met het kenmerk, dat de verdere openingen (12) een 8103384 -17- aan de kanalen (13) aangepaste sleufvorm vertonen.

5. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 1 tot 4, met het kenmerk, dat een aantal van. deze schei-dingseenheden onlosmaakbaar zijn verbonden door een 5 afdichtingsmiddel (15) tot een blok resp. tot een cassette (30) .

6. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 1 tot 5, met het kenmerk, dat het afdichtmiddel (15) wordt gevormd door thermoplastische kunststoffen zoals polypropy- 10 leen, polystyrol, polyamid, polyacetaathars, polyvinylchloride (PVC), polyethyleen (PE), polycarbonaat, EVA, acryl-styrol-copolymeraat (ABS), styrol-acrylnitril-copo-lymeraat (SAN), CA of dat het afdichtmiddel (15) bestaat uit een kunsthars, zoals polyurethaanhars, epoxyhars, ureum. 15 formaldehydhars of formaldehyd-melamine, of formaldehyd-fenol-hars.

7. Uit in hoofdzaak rechthoekige dragerplaten en bijpassende stukken membraan van een semi-permeabel membraan bestaande scheidingsinrichting voor fluida, waarbij 20 a) de dragerplaten als stromingskanalen dienst doende steunelementen voor de stukken membraan vertonen, b) elk membraanstuk aan de buitenranden afdichtend is verbonden met de dragerplaat en steunelementen afdekt, c) een aantal in lagen tot een stapel gevormde schei-25 dingselementen door geleidings- en klemelementen kunnen wor- 'den ingeklemd tussen eindplaten, die de beide buitenste scheidingselementen van de stapel afdekken, met het kenmerk, dat d) buiten de buitenranden van het membraan op ten minste 30 drie rechthoekzijden aan de randen evenwijdig verlopende sleufvormige openingen (7, 8) in de dragerplaten (1, 2) zijn aangebracht en de sleufvormige openingen (7, 8) rechthoekig op de membraanvlakken staande verdelerschachten voor de fluida (F1, F2) vormen, 35 e) de verdelerschachten (7) aan twee tegenover elkaar liggende rechthoekzijden toevoeren en afvoeren voor het over de membraanoppervlakken stromende en te behandelen eerste fluidum (F1) vormen. f) de aan tenminste de derde rechthoekzijde aangebrachte 8103364 > kr -18- verdelerschachten (8) met betrekking tot de stroming zijn verbonden met de als stromingskanalen dienst doende steunelementen (4) , g) de buitenste zones van de dragerplaten (1,2) 5 rondgaand naar buiten toe door afdichtingen (13, 15) zijn afgedicht en in het membraanbereik verdere afdichtingen (14, 15) in de dragerplaten (1, 2) aanwezig zijn voor een gescheiden geleiding van de beide fluida (F1, F2), h) de verdelerschachten voor het eerste fluïdum (F1) 10 in verbinding staan met in êên eindplaat of in beide eind- aangébrachte platen (27·, 28) hoófdtoevoeren en hoofdafvoeren (23, 24), i) de verdelerschachten (8) voor het tweede fluïdum (F2) op overeenkomstige wijze met ten minste één afzonderlijk aangebrachte hoofdaansluiting (25, 26) in een eindplaat 15 (27, 28) zijn verbonden.

8. Scheidingsinrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de steunelementen (4) van de dragerplaat (1) bestaan uit een in een raamwerkvormig venster (40) van de dragerplaat (1) bevestigd weefsel (34) of netwerk.

9. Scheidingsinrichting volgens conclusie 7, met het ken merk, dat de steunelementen (4) worden gevormd door in de . stromingsrichting van het te behandelen eerste fluidum (F1) verlopende groeven (5) en toppen (4) van de ribben, waarbij de groeven (5) in langsrichting op afstand van elkaar 25 geplaatste openingen (19) naar de andere zijde van de dragerplaten (1, 2) vertonen en de openingen (19) zijn uitgebreid tot zich dwars op de groeven (5) aan de andere zijde van de plaat uitstrekkende verzamelgoten (20) , die uitmonden in de sleufvórmige openingen (8) voor het tweede fluïdum 30 (F2) .

10. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 en 9, met het kenmerk, dat elke groef (5) een aantal over de lengte van de groef verdeeld aangebrachte stromingsbarrieres (31) vertoont, die in het vlak van de toppen (5) of daar 35 beneden eindigen, waarbij elke groef ten minste met êên opening (19) met een kruisende verzamelgoot (20) aan de andere zijde van de dragerplaat (1, 2) in verbinding staat.

11. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7, 9, 10, met het kenmerk, dat het stel stromingsbarrieres 8103384 -19- (31) is gecombineerd tot ongeveer evenwijdig aan elkaar en schuin op de groeven (5) verlopende barrierelijnen (32).

12. Scheidingsinrichting volgens één der conclusies 7, 9, 10, 11, met het kenmerk, dat de barrierelijnen (32) de groeven 5 (5) onder een hoek van 30 tot 60° kruisen.

13. Scheidingsinrichting volgens een der conclusies 7, 9 tot 12, met het kenmerk, dat de barrierelijnen (32) van twee met de gegroefde zijden naar elkaar toe gekeerde dragerplaten (1, 2) in tegengestelde richting verlopen, dit wil zeggen dat 10 ze elkaar kruisen.

14. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 tot 13, met het kenmerk, dat de parallel aan het randbereik (6) van het overstroomde membraanoppervlak van een rechthoek-zijde aangebrachte sleufvormige openingen (7, 8) bij voorkeur 15 een openingslengte van 90 tot 100% van het bijbehorende membraanbereik (6) vertonen.

15. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 tot 14, met het kenmerk, dat de sleufvormige openingen (7) inch dragerplaten (1, 2) aan êên rechthoekzijde uitmonden 20 in een hoofdaansluitingssleuf (23') van een deze sleuf overdekkende hoofdaansluitpijp (23) voor het eerste fluidum (F1) in de ene eindplaat (27) en de sleufvormige openingen (7) van de tegenover liggende rechthoekzijde op overeenkomstige wijze uitmonden in een hoofdaansluiting (24, 24') van de 25 andere eindplaat (28) en dat de sleufvormige openingen (8) Voor het tweede fluidum (F2) in bijbehorende hoofdaansluitingen (25, 25', 26, 26') in de eindplaten (27, 28) eindigen.

16. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 tot 14, met het kenmerk, dat twee dragerplaten (1, 2) met 30 de membraanvlakken op elkaar liggend de kleinste tussen de eindplaten (27, 28) inklembare scneidingseenheid vormen.

17. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 tot 16, met het kenmerk, dat een aantal van deze scheidings-eenheden onlosmaakbaar zijn verbonden door een afdichtingsmid-35 del (15) tot een cassette (30).

18. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 tot 17, met het kenmerk, dat de openingen (7, 8) aan de bovenzijde van de cassette (30) zijn omsloten door afdichtingen.

19. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 8103384 > w -20- 7 tot 17, met het kenmerk, dat de afdichtingen worden gevormd door een de beide buitenste dragerplaten (1, 2) van de cassette (30) afdekkende, blijvend elastische afsluitplaat (3).

20. Scheidingsinrichting volgens één der conclusies 5. tot 17, met het kenmerk, dat de openingen (7, 8) door in de eindplaten (27, 28) aangebrachte ringvormige of vlakke afdichtingen (29) zijn omsloten.

21. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 tot 20, met het kenmerk, 10 dat voor het afdichten van de buitenzones van de dragerplaten (1, 2) deze aan tenminste twee tegenover liggende hoekpunten aangebrachte openingen (11, 12) vertonen, dat de op afstand van elkaar aangebrachte openingen (11, 12) met elkaar zijn verbonden door tenminste aan êên 15 zijde van elke dragerplaat (1, 2) in beide verbindingsrich-tingen naar de openingen (11, 12) gekeerde open kanalen (13), dat voor het opnemen van de afdichting in het randbereik (6) van het membraan de dragerplaten (1, 2) evenwijdig aan de randen (6) van het membraan verlopende open goten (14) 20 vertonen, die in verbinding staan met de kanalen (13) en/of de openingen (11, 12), en dat het afdichtingsmiddel (15) wordt gevormd door een vloeibare en thermisch en/of naar verloop van tijd uithardbare kunststof en/of lijm, die zich door de gehele stapel van 25 de scheidingselementen (1, 2, M1, M2) via de openingen (11, 12) uitstrekt en de verbindingskanalen (13) en goten (14) opvult.

22. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 tot 21, met het kenmerk, dat de in ten minste twee tegenover elkaar liggende hoekpunten aangebrachte openingen (11) 30 zijn aangevuld met zich over de lengte van de kanalen (13) verdeelde verdere openingen (12).

23. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 tot 22,'met het kenmerk, dat de hoofdaansluitingen (23 tot 26)_ zijn aangebracht in êên enkele eindplaat (27') en de tweede 35 eindplaat (28') een op de klemelementen (21') verschuifbare aandrukplaat voor de cassette (30) uit scheidingselementen vormt en steun vindt door middel van een centrale schroefas (33) tegen een tegenlegerplaat (34).

24. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 81 0 3 3 8 4 -21- tot 23, met het kenmerk, dat de naar de aandrukplaat (28') toegekeerde zijde van de dragerplatencassette door een gesloten afsluitplaat (3') is afgedekt en hiermee is verbonden door het afdichtmiddel (15) en overeenkomt met de 5 omtrek van de dragerplaten (1, 2).

25. Scheidingsinrichting volgens êên der conclusies 7 tot 23, met het kenmerk, dat de af sluitplaat (33") welke is gekeerd naar de eindplaat (27') met de hoofdaansluitingen (23 tot 26), in het inwendige in het bereik van 10 de sleufvormige openingen van de dragerplaten (1, 2) verdeler-en verzamelpijpen (35) vertoont, die als boringen (36) op de naar de eindplaat (27') gekeerde zijde eindigen^oor middel van elastische ringvormige afdichtingen in de als boringen eindigende hoofdaansluitingen (23 tot 26) van de eindplaat 15 (27) overgaan, waarbij de afsluitplaat (3", 3'") door het afdichtingsmiddel (15) deel uitmaakt van de cassette (30) uit scheidingselementen. * 8103584