NL9300072A - Samengestelde buis voor membraanfiltratie. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Samengestelde buis voor membraanfiltratie.

De uitvinding heeft betrekking op een samengestelde buis voor membraanfiltratie omvattende een gerede voor membraanfiltratie geschikte buis, of holle vezelbuis, die op de buitenzijde tenminste plaatselijk is voorzien van versterkingsmiddelen.

Een dergelijke buis is bekend uit de Nederlandse octrooiaanvrage 72.14986, en bestaat meer in het bijzonder uit een vezelvliesbuis die aan haar buitenzijde is ontwikkeld met een of meer versterkingsdraden of banden, die tenminste plaatselijk met de buitenzijde van het vezelvlies verbonden zijn. Deze versterkingsdraden kunnen schroeflijnvormig of ongeveer loodrecht op de as van de vezelvliesbuis verlopen. Het bezwaar van een dergelijke versterkte buis is echter dat in axiale richting onvoldoende sterkte wordt verkregen.

Voorts is het bekend om membraanbuizen in te brengen in een buitenste versterkingsbuis, die is gevormd uit PVC of roestvast staal, en poreus dan wel geperforeerd is. Een dergelijke versterkingsbuis is moeilijk toepasbaar voor membraanbuizen met een relatief kleine diameter. Bovendien zijn de vervaardigingskosten hoog.

Gevonden is nu een samengestelde buis voor membraanfiltratie die de bovengenoemde bezwaren niet bezit en geschikt is voor elke buisdiameter.

De uitvinding heeft derhalve betrekking op een samengestelde buis voor membraanfiltratie van het in de aanhef genoemde type, die hierdoor wordt gekenmerkt dat de versterkingsmiddelen bestaan uit een op klemmende wijze om de membraanfiltra-tiebuis passende naadloze buis van vloeistofdoorlatend verster-kingsmateriaal.

Volgens de uitvinding kunnen eveneens niet van vezelvlies, of anderszins gewapende membraanbuizen met een kleine inwendige diameter, van bijvoorbeeld 2 mm, versterkt worden.

Bij voorkeur bestaat de buis van vloeistofdoorlatend versterkingsmateriaal uit een gebreid, geweven of gevlochten materiaal. Doordat een dergelijke buis bovendien naadloos is, wordt in axiale richting een grote sterkte verkregen.

Opgemerkt wordt dat het door de versterkingsbuis mogelijk is geworden om buizen met een kleinere inwendige diameter tegen aanvaardbare kosten toe te passen. Bij gebruik van kleinere diameter-membraanbuizen worden de hieruit vervaardigbare membraanmodules compacter. Zo levert bijvoorbeeld toepassing van de versterkingsbuis met een inwendige diameter van 5,2 mm een module die ruim 6 maal zo compact is als een module gebaseerd op een in een geperforeerde buitenste versterkingsbuis aangebrachte membraan met een diameter van 15 mm.

Het materiaal van de versterkingsbuis kan bijvoorbeeld een aramidevezel, koolstof vezel of glasvezel of een combinatie daarvan zijn. De uitvinding is echter niet tot deze materialen beperkt, uiteraard kunnen ook andere materialen voor de vervaardiging van de versterkingsbuis zijn toegepast.

Bij voorkeur bestaat de buis van versterkingsmateriaal echter uit een glasvezelbuis.

Opgemerkt wordt dat het op zichzelf bekend is om een poreuse buis van gevlochten glasvezels aan de binnenzijde te voorzien van een polymeeroplossing en vervolgens het polymeer te laten coaguleren ter vorming van een membraan.

Een dergelijke vervaardiging is echter arbeidsintensief, en hierbij is een uniforme dikte van de membraanlaag nauwelijks te verkrijgen.

Voorts wordt opgemerkt dat het omwikkelen van een voor membraanfiltratie geschikte buis met glasvezels, het nadeel bezit dat in axiale richting onvoldoende sterkte wordt verkregen. Dit effekt kan nog worden versterkt wanneer door trillingen als gevolg van drukschommelingen de glasvezels ten opzichte van elkaar verschuiven. Irreversibele verplaatsing van de glasvezels kan overigens ook door radiale uitzetting van de membraanbuis optreden. Dergelijke nadelen blijken op verrassende wijze volledig te worden ondervangen door een naadloze versterkingsbuis volgens de uitvinding.

Doelmatig is de vloeistofdoorlaatbaarheid van de buis van versterkingsmateriaal groter of gelijk aan die van de membraanfiltratiebuis. Aldus zal de aanwezigheid van de versterkingsbuis de waterdoorlaatbaarheid van de membraanfiltra- tiebuis niet nadelig beïnvloeden en zal de versterkingsbuis ten opzichte van de membraanfiltratiebuis een verwaarloosbare weerstand bezitten. Bij voorkeur ligt de waterdoorlaatbaarheid van de versterkingsbuis in het trajekt van 100 tot 10.000 l/m2/uur/bar, en is doelmatig ongeveer 1000 l/m2/uur/bar.

Opgemerkt wordt dat de dikte van de buis van versterkings-materiaal doelmatig zo dun mogelijk is en de wanddikte van de buis afhankelijk van het gebruikte vezelmateriaal en afhankelijk van de voor de toepassing vereiste werkdruk is.

Zo kan bijvoorbeeld bij het gebruik van glasvezel een werkdruk bereikt worden groter dan 120 bar bij een wanddikte kleiner dan 2 mm.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de samengestelde buis volgens de uitvinding is de buis van versterkingsmateriaal verbonden met de membraanbuis door middel van een thermohardend hars. Aldus kan een volledige klempassing van de versterkingsbuis op de voor membraanfiltratie geschikte buis worden gewaarborgd, waardoor het optreden van enige speling tussen beide buizen wordt voorkomen. Van het systeem waarbij een losse membraanbuis in een buitenste versterkingsbuis ingebracht wordt, is het bekend dat een voor dat soort systemen gebruikelijke speling van slechts 0,1-0,2 mm tot gevolg heeft dat de membraanfiltratiebuis voortijdig kapot gaat. De versterkingsbuis volgens de uitvinding waarborgt daarentegen een zeer lange, effektieve levensduur voor membraanfiltratiebuizen. Uiteraard moet het thermohardende hars zodanig zijn aangebracht dat de waterdoorlaatbaarheid van de samengestelde buis niet wezenlijk wordt beïnvloed. Bij voorkeur is het thermohardende hars een epoxyhars; de uitvinding is vanzelfsprekend niet daartoe beperkt.

Opgemerkt wordt dat de uitvinding toepasbaar is op elk type membraanfiltratiebuis, dat wil zeggen op buizen die geschikt zijn voor microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie en omgekeerde osmose.

Dergelijke membraanfiltratiebuizen dienen voor de scheiding van verschillende stoffen en moeten dan ook tegen verschillende, bij de betreffende scheiding vereiste drukken bestand zijn. Meer in het bijzonder moet een membraanfiltratie- buis voor microfiltratie een druk tot ca. 3 atm., voor ultrafiltratie tot ca. 12 atm., voor nanofiltratie tot ca. 20 atm. en voor omgekeerde osmose tot ca. 80 atm., bij voorkeur zelfs tot 120 atm. kunnen weerstaan. Zoals hierboven is toegelicht voldoet een samengestelde buis volgens de uitvinding volledig en gedurende lange tijd aan een dergelijke specificatie.

De uitvinding heeft voorts betrekking op een samengestelde buis voor membraanfiltratie die hierdoor wordt gekenmerkt dat de membraanfiltratiebuis op de binnenzijde is voorzien van een membraanlaag. Deze membraanlaag is uiteraard van een voor het beoogde scheidingstype vereiste soort, en bij voorkeur gevormd uit een voor membraanfiltratie geschikt polymeer of keramisch materiaal, of combinaties daarvan.

Voorbeelden van geschikte polymeren zijn polysulfon, polyethersulfon, polyetherketon, poly-2,6-dimethyl, 1,4-f enyleenoxyde en derivaten daarvan, polyetherimide, polyamiden, polyimiden, polyvinylideenfluoride, enz.

Voorbeelden van keramische materialen zijn aluminiumoxyde, z irkoonoxyde, enz.

Uit de hierboven gegeven uiteenzetting zal het de deskundige duidelijk zijn dat de uitvinding in het bijzonder geschikt is voor zowel buisvormige membranen, al dan niet op een drager, als membranen in de vorm van een holle vezel, zonder drager.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van enkele voorbeelden en een uitvoeringsvoorbeeld met behulp van de tekening, waarin:

Fig. 1 schematisch de opbouw toont van een samengestelde buis volgens de uitvinding,

Fig. 2 schematisch een dwarsdoorsnede door een te versterken membraanfiltratiebuis, en

Fig. 3 een dwarsdoorsnede door een holle vezelbuis toont.

In fig. 1 is schematisch een volgens de uitvinding versterkte samengestelde buis 1 voor membraanfiltratie getoond. Meer in het bijzonder bestaat deze samengestelde buis uit een op zichzelf bekend, gerede buis 2 voor membraanfiltratie, zoals in fig. 2 en 3 nader is weergegeven, die klemmend is omhuld door de naadloze versterkingsbuis 3. Door de klemmende omhulling is geen enkele speling aanwezig tussen de buizen 2 en 3, waardoor de kans op het voortijdig barsten van de membraanfiltratiebuis 2 tot een minimum kan worden beperkt. De versterkingsbuis 3 kan bestaan uit een gebreid, geweven of gevlochten versterkings-materiaal, zoals een aramidevezel, koolstof vezel of glasvezel. Het zal de deskundige duidelijk zijn dat deze opsomming niet limitatief is, andere materialen die tot een naadloze buis kunnen worden gevormd, en voldoende stevigheid en porositeit bezitten kunnen uiteraard eveneens worden toegepast. Door de versterkingsbuis 3 te voorzien van een impregnering, in het bijzonder met een thermohardende hars, zoals bijvoorbeeld een epoxyhars, of een polyurethanhars wordt een samengestelde buis met een nog grotere sterkte verkregen. Een van impregnering voorziene samengestelde buis voldoet uitstekend bij drukken van ongeveer 130 bar. Opgemerkt wordt dat de versterkingsbuis 3 loodrecht op het membraanoppervlak een verwaarloosbare weerstand bezit ten opzichte van de membraanfiltratiebuis 2; de waterdoorlaat-baarheid van buis 3 ligt in het trajekt van 100 tot 10.000 l/m2/uur/bar, en is gewoonlijk ongeveer 1000 l/m2/uur/bar.

In fig. 2 is schematisch een doorsnede door een van een drager voorziene membraanfiltratiebuis 2 weergegeven. Meer in het bijzonder is buis 2 bijvoorbeeld een textielbuis, bestaande uit een buitenste laag 4 van non-woven polyester en een binnenste laag 5 van geweven polyester, waarop de membraanlaag 6 is aangebracht. Het membraan kan zijn gevormd uit bijvoorbeeld polysulfon, polyethersulfon, of polyacrylonitril of een ander willekeurig voor membraanvorming geschikt polymeer.

Als te versterken, gerede buis voor membraanfiltratie kan echter eveneens een (gesponnen) holle vezelbuis, zoals weergegeven in fig. 3 worden toegepast.

Een dergelijke buis bestaat uitsluitend uit het voor het membraan toegepaste polymeermateriaal 7, en bezit geen ondersteuning. Volgens de uitvinding is het nu mogelijk holle vezelmembraanbuizen van grotere diameter te maken met behoud van de voor het membraanfiltratieproces vereiste sterkte.

Door de te verkrijgen grotere sterkte en langere levensduur van de samengestelde buizen volgens de uitvinding zijn deze buizen in het bijzonder geschikt bij nanofiltratie en omgekeerde osmose processen.

VOORBEELD I

In dit voorbeeld werd een textielbuis bestaande uit een buitenste laag van non-woven polyester en een binnenste laag van geweven polyester waarop een membraanlaag van polysulfon was aangebracht, toegepast. Deze membraanfiltratiebuis bezat een inwendige diameter van 5,2 mm. Het toegepaste membraantype was geschikt voor omgekeerde osmose. De membraanfiltratiebuis als zodanig had voor deze toepassing echter onvoldoende sterkte.

Betreffende membraanfiltratiebuis werd uitwendig voorzien van een op klemmende wijze om de membraanfiltratiebuis passende naadloze buis van een glasvezelweefsel met een dikte van 1 mm.

Deze glasvezelbuis bezat in dwarsrichting een verwaarloosbare weerstand ten opzichte van de te versterken membraanfiltratiebuis . De waterdoorlaatbaarheid van de glasvezelbuis bedroeg ongeveer 1000 l/m2/uur/bar.

De aldus verkregen, samengestelde buis werd toegepast voor het verwijderen van water uit wei, onder een werkdruk van 40-60 bar.

De buis sneuvelde na ongeveer 1200 drukschommelingscycli.

Vervolgens werd eenzelfde samengestelde buis toegepast, echter met dit verschil dat de glasvezelbuis was voorzien van een impregnering van een thermohardend hars. Deze buis werd eveneens toegepast voor het verwijderen van water uit wei, onder een werkdruk van 40-60 bar, en doorstond hierbij meer dan 25.000 drukschommelingscycli.

VOORBEELD II

Een volgens voorbeeld I versterkte en met een thermohardend hars geïmpregneerde, samengestelde buis werd afgeperst met olie.

Daarbij bleek de buis een druk van meer dan 178 bar te kunnen weerstaan.

VOORBEELD III

Holle vezelbuizen met een inwendige diameter van 2 mm werden aan de buitenzijde voorzien van een naadloze buis van een aramidevezel, waarbij beide buizen klemmend op elkaar pasten. Daarna werd de versterkingsbuis van aramidevezels verbonden met de membraanbuis door middel van een epoxyhars, zodanig dat de porositeit van de holle vezelbuis niet werd gewijzigd. Toepassing als membraan voor omgekeerde osmose bij het ontzouten van zeewater toonde aan dat de samengestelde buis tenminste 20.000 cycli van 60 bar goed doorstond en geen barsten vertoonde.

Claims (13)

1. Samengestelde buis voor membraanfiltratie omvattende een gerede voor membraanfiltratie geschikte buis, of holle vezelbuis, die op de buitenzijde tenminste plaatselijk is voorzien van versterkingsmiddelen, met het kenmerk, dat de versterkingsmiddelen bestaan uit een op klemmende wijze om de membraanfiltratiebuis (2) passende naadloze buis (3) van vloeistofdoorlatend versterkingsmateriaal.

2. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de buis (3) van vloeistof doorlatend versterkingsmateriaal bestaat uit een gebreid, geweven of gevlochten materiaal.

3. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het versterkingsmateriaal van de buis bestaat uit glasvezels, aramidevezels of koolstof vezels of combinaties daarvan.

4. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens een of meer der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de vloeistof-doorlaatbaarheid van de buis (3) van versterkingsmateriaal groter of gelijk aan die van de membraanfiltratiebuis (2) is.

5. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens een of meer der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de combinatie van wanddikte van de versterkingsbuis (3) en keuze van het versterkingsmateriaal zodanig is dat de samengestelde buis (1) een druk van tenminste 2 x de voor de toepassing vereiste werkdruk kan weerstaan.

6. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de buis (3) van versterkingsmateriaal een wanddikte kleiner dan 2 mm bezit.

7. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens een of meer der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de buis (3) van versterkingsmateriaal is verbonden met de membraanbuis (2) door middel van een thermohardende hars.

8. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het thermohardende hars een epoxyhars, polyurethanhars of polyesterhars is.

9. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens een of meer der conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de membraanfil-tratiebuis (2) een samengestelde buis (4, 5) is die aan de binnenzijde is voorzien van een membraanlaag (6).

10. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens een of meer der conclusies 1-8, met het kenmerk, dat de membraanfil-tratiebuis (2) een holle vezelbuis is.

11. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de membraanlaag is gevormd uit een geschikt polymeer of combinatie van polymeren.

12. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de membraanlaag bestaat uit een geschikt keramisch materiaal of een combinatie van dergelijke materialen.

13. Samengestelde buis voor membraanfiltratie volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de membraanlaag bestaat uit een combinatie van een of meer polymeren met een of meer keramische materialen.