NO823916L

NO823916L - Folie til adskillelse av flytende og gassformede flerkomponentsystemer.

Info

Publication number: NO823916L
Application number: NO823916A
Authority: NO
Inventors: Axel Walch; Ekkehard Beer
Original assignee: Hoechst Ag
Priority date: 1981-12-07
Filing date: 1982-11-23
Publication date: 1983-06-08
Also published as: FI71493C; FI71493B; EP0081182A2; FI824184L; DE3148312A1; NZ202711A; ES8404865A1; AU555429B2; JPS58104604A; EP0081182A3; FI824184A0; DK539382A; AU9094782A; CA1214114A; EP0081182B1; DE3272379D1; ES517965A0

Description

Oppfinnelsen vedrører en folie som tjener til fra oppløsninger eller andre flytende eller gassformede flerkomponentsysterner å adskille en eller deler av en komponent.

Det er allerede kjent for å adskille enkelte komponenter fra forskjellige flytende blandinger, spesielt fra oppløsninger og anvende semipermeable membraner. Således anvendes eksempelvis semipermeable membraner til adskillelse av flytende komponenter fra en væskeblanding til adskillelse av gassformede komponenter fra en gassblanding og til adskillelse av flytende oppløsnings-midler fra en blanding som inneholder dette oppløsningsmiddel og et deri oppløst stoff. Stadig større betydning får slike adskillelsesprosesser spesielt i forbindelse med ferskvann-tilberedning av sjø- og saltvann.

Materialet hvorav disse semipermeable membraner består er for

det meste en organisk polymer, som f.eks. celluloseacetat som riktignok må være utformet meget tynt og derfor bare har en

liten rivfasthet. Det er derfor vanlig til beskyttelse av de strukturelt svake membranstoffer må misformninger eller beskadigelse på grunn av hydraulisk trykk eller mekanisk inn-virkning og utstyre disse med et bærer- eller beskyttelses-materiale. Slike bærematerialer er eksempelvis omtalt i DE-OS 26 55 014 og består for det meste av porøst men fast vevnadslignende materiale.'Ytterligere semipermeable membraner og fremgangsmåter til deres fremstilling er kjent fra DE-OS 24 53 128 og DE-AS 23 42 226.

Ved adskillelse av flytende komponenter fra væskeblandinger

er en av driftsparameterne som påvirker den oppnåelige prod-uksjonsmengde den samlede overflate av membranen som kommer i berøring med den tilførte væskemengde. For å oppnå en størst mulig membranoverflate pr. volumenhet er det omtalt tallrike innretninger som har membranstabler, membransekker eller viklede rør av membranstoffer. Spiralformede membranskilleinnretninger omtales eksempelvis i DE-AS 14 42 366, 14 42 420

og 15 17 915.

Imidlertid er ikke bare den benyttede overflate av. membranen av utslagsgivende betydning for utformning av en membranskille-innretning, men som annen parameter er det herved å ta hensyn til typen av overstrømning av membranoverflaten. Optimalt førte strømningsføringer hindrer avleiringer på membranen som kan føre til tilstopninger, senker konsentrasjonspolarisasjonen av det aktive membransjikt til et minimum og sikrer en maksimal per-measjon. For å danne strømningsveier hvorpå væsken kan tre til membranen innføres derfor avstandsholdere (såkalte Spacer)

i belagte eller viklede membranskilleinnretninger. Slike avstandsholdere omtales eksempelvis i DE-OS 28 29 893.

Felles for alle disse kjente belagte eller spiralformet opp-viklede bygningsformer er at de anvender membranfolier med glatte, plane overflater som kombinerer med vidmaskede vevnads-, lignende avstandsholdere for å sikre adgang av væske til mem-branoverf laten . En slik avstandsholder utøver i de kjente konstruksjoner ikke bare avstandsholderfunksjon, men den virker i tillegg også som strømningsbryter og turbulenspromotor fordi den er en fletning av tråder som mellom trådene har hulrom og på sine krysningspunkter fortykninger. Ved turbulensene ned-settes riktignok på den ene siden tendens til oppbygning av avleiringer på membranen og på den annen side oppstår imidlertid utilstrekkelig gjennomstrømmede dødsoner og hele innretningen har en relativt høy strømningsmotstand. En jevn laminar strøm-ning som er fordelaktig til hindring av konsentrasjonspolarisasjon kan således ikke utforme seg ved den kjente kombinasjon av glatte membraner og vevnadslignende avstandsholdere. Innlegg av avstandsholdersjiktet kompliserer også fremstillingen av spiral- eller sjiktlignende oppbyggede membranskilleinnretninger og øker dermed fremstillingsomkostningene. En annen mulighet til å frembringe strømningsveier i belagte eller viklede membranskilleinnretninger omtales i DE-OS 27 22 025. Her åpenbares en membranenhet hvis bæresjikt og derpå påført perm-selektiv membran har en profilering. Derved kan det ved belegning eller spiralformet oppvikling av membranenheten ses bort fra en avstandsholder da strømningsveien er anvist mellom lagene ved profilering av bærematerialet. Disse membranenheter er imidlertid bare egnet for spesifik absorbsjonsfremgangsmåte f.eks. i medisinen og dessuten oppstår ved de således frem-stilte membranenheter relativt storflatede opphøyede områder som ved andre anvendelser for det meste utilstrekkelig nedsetter konsentrasjonspolarisasjon.

Oppfinnelsens oppgave er således å tilveiebringe en folie som muliggjør fremstillingen av lagformede eller spirallignende oppbyggede membranskilleinnretninger som tjener til adskillelse av flytende eller gassformede flerkomponentsysterner på enkel måte ved bortfall av separate avstandshblder-sjikt og samtidig dermed å tilveiebringe forbedrede strømningsforhold i membran-sjiktenes mellomrom og derved å fjerne ulempene ved allrede forprofilert bærematerial.

Denne oppgave løses ved hjelp av en folie, spesielt til adskillelse av flytende eller gassformede flerkomponentsysterner og som består av en semipermeabel membran som på sin overflate har profileringer.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er den semipermeable membran påført på et for strømningsdyktig medier gjennomtrengelig på begge sider glatt bæresjikt den overflate av folien som er vendt bort fra den glatte bæresjikt har profileringer.

I ytterligere spesielle utførelsesformer ifølge oppfinnelsen

er profileringene frembragt ved profileringsgivningselementer og som enten er fast forbundet med mebransjiktets glatte overflate (fig. 1) eller er delvis ført i membransjiktet, men ennu rager ut derifra (fig. 2) eller finner seg således stillingsfiksert mellom bæresjiktet og membransjiktet at det ligger på bæresjiktet og dekkes av membransjiktet (fig. 3).

Den semipermeable membran kan bestå av det allerede for slike formål anvendte materiale, s f.eks. regenerert cellulose, celluloseester, celluloseeter, karbonhydratgeler, polypeptider, proteiner, polyamider, polysulfoner, blokk-kopolymere med polykarbonat, polymere eller kopolymere av derivater av acryl-syre eller metacrylsyre som nitriler og estere eller polymere eller kopolymere med vinylakohol. Den semipermable membrans porestørrelse ligger i området fra 2x10 4 til 10ym.

Den semipermeable membran befinner seg fortrinnsvis på en for strømningsdyktig medium gjennomtrengelig bæresjikt som tjener til opptak av permeatet og dets avledning. Det tjener også

til forsterkning av støtting av membranen således at membranen er lett å håndtere og membranbeskadigelser unngås. Den semipermeable membran kan imidlertid også like godt anvendes uten bærematerial.

Bæresjiktet er på begge sider glatt og består eksempelvis av papir, en vevnad, flor eller maskenett av kunststoff eller metall. Også plater eller folier av porøse eller sugbare materialer er egnet som bæresjikt, består eksempelvis av sintret polyetylen, men også av sigbar kunstsvamp, spesielt av regenerert cellulose som er kjent som svampdukmaterial.

Med glatt er det å forstå at overflatene hver gang strekker

seg i et eneste plan, dvs. ikke har fremspring.

For anvendelser som krever meget kompakte membranenheter kan imidlertid bæresjiktet også bortfalle således at det bare foreligger membran og profilgivningselementer. Profilgivnings-elementene består av material som er i stand til permanent forbindelse med membranen uten uheldig å påvirke i dens egenskaper forøvrig, fortrinnsvis anvendes ekstruderbare termoplastiske kunststoffer som polyamid, polyester, polyetylen eller polypropylen. Av disse materialer kan det eksempelvis på overflaten av membranen påekstruderes,påsveises, påklebes eller på annen måte være befestiget tråder av runde, trekantede, firkantede eller mangekantede tverrsnitt eller en annen ut-førelsesf orm av oppfinnelsen kan disse tråder delvis være nedsenket i membranen eller de kan befinne seg stillingsfiksert mellom bæresjikt og membransjikt. Trådene kan være fastgjort over deres hele pålagringsflate på underlaget eller bare innen enkelte områder. Påføring av trådene kan foregå kontinuerlig eller avbrutt idet trådene også kan bestå av kjeder av på hverandre følgende punktformede forhøyninger. Fortrinnsvis er disse tråder eller punktkjeder anordnet parallelt til hverandre for at det ved belegning eller vikling av - folien kan danne seg kanaler hvorgjennom blandingen som skal skilles kan strømme. Profilergivningselementene kan imidlertid også være omanordede således at de danner et kryssaktig nettverk på underlaget, hvorved hvis ønsket det i strømningen oppstår turbulenser eller de kan være anordnet kurveformet eller også bare punktformet i uregelmessige fordeling over flaten.

Ytterligere gjenstand ved oppfinnelsen er fremgangsmåte til fremstilling av folier ifølge oppfinnelsen. I en første fremgangsmåte helles en oppløsning som inneholder et materiale som er i stand til membrandannelse på et profilert underlag og overføres etter faseinversjonsfremgangsmåten til membranen.

Ved faseinversjonsfremgangsmåten lar man på det flytende sjikt som inneholder et materiale som er i stand til membrandannelse innvirke en utfellingsvæske hvorved det membrandannede materiale koagulerer. Etter fjerning av væsken trekker man deretter mem-1: branen fra det med profileringer utstyrte underlag og får således profileringene inn negativt på membrano.verflaten. Underlaget hvorpå oppløsningen med det membrandannede'materiale helles på kaller man releasemateriale, fordi man alltid igjen kan anvende det. Man får således bærefrie profilerte memebraner.

En ytterligere fremgangsmåte til fremstilling av folien ifølge oppfinnelsen blir en oppløsning som inneholder et materiale som er i stand til membrandannelse gjennom en dyse som inneholder en sliss som på den ene side er begrenset ved en rett kant og på den annen side ved en kant med profileringer binde inn i et utféllingsbad og overføre etter faseinversjonsfremgangsmåten til membran. Også her gjennomføres faseinversjonsfremgangsmåten således at etter at materialet som er i stand til membrandannelse er koagulert, fjernes væsken og således fåes en bære-fri membran. .Påfører man ekstrudatet fra dysen like på et for strømnings-dyktige medier gjennomtrengelig bæresjikt og gjennomfører deretter faseinversjonsfremgangsmåten så får man en folie be-stående av membransjiktet som på sin overflate har profileringer og som befinner seg på bæresjiktet.

I en ytterligere fremgangsmåte til fremstilling av folien

ifølge oppfinnelsen påføres profilgivningselementer på membranens overflate som eventuelt kan være forbundet med et bæremateriale og forbindes fast med det. Dette kan eksempelvis foregå i en ekstruksjonsprosess hvoi det termoplastiske kunststoffmaterial i smelteflytende tilstand eksempelvis i form av en tråd påeks-truderes på membranens overflate og forbinder seg ved stivning fast til membranmaterialet eller ved forekstruderte termoplastiske kunststoffmaterialer av profileringselementene kan også

med klebestoff fastgjøres på membranens overflate. Som klebe-stoffer anvendes fortrinnsvis smelteklebestoffer, disse kan være polyetylen, polypropylen, polyuretaner, samt andre kjente også kunstige eller naturlige typer.

En ytterligere fremgangsmåte til.fremstilling av folien

ifølge oppfinnelsen innleires profileringselementene i det ennu flytende eller delvis flytende membransjikt delvis således at de rager ut herifra tilstrekkelig langt i ønsket høyde og til inngår ved fastgjøring av membransjiktet således en fastklebende forbindelse med dette. Derved kan det som profileringselementer enten anvendes tråder eller nettverk, nett-verkets krysningspunkter kan derved danne knutelignende for-

tykkelser således at det på denne måte kan oppnås punktformede profileringselementer.

En ytterligere fremgangsmåte til fremstilling av folien ifølge oppfinnelsen blir de som profileringselementer tjenende tråder påført direkte på bærematerialet fastgjort der og på den således dannede profilerte overflate av bærematerialet påføres deretter den semipermeable membran således at den tilpasser seg til den påforhånd gitte profilering hvorved membranens ytterside profileres tilsvarende.

Folien ifølge oppfinnelsen kan anvendes til fremstilling av spiral- eller sjiktlignende oppbyggede membranskilleinnretninger. Slike innretninger er kjent for fagfolk, folien ifølge oppfinnelsen har imidlertid den fordel at ved oppbygning av de kjente membranskilleinnretninger av disse bortfaller innlegg av et spesielt avstandsoversjikt hvorved det muliggjøres en av-gang av blandingen som skal skilles til membranoverflaten.

Denne fordel muliggjøres ved profileringen ifølge oppfinnelsen som befinner seg på f-oliens overflate og hvorved det spiral-aktige eller lagvis anordning av folien oppnås dannelse av strømningskanaler.

Under henvisning til tegningen skal oppfinnelsens gjenstand forklares nærmere.

Fig. 1 viser, en utførelsesform av folien ifølge oppfinnelsen

i snitt, hvor profileringselementene 1 er fast forbundet

med overflaten av den glatte membransjikt 2,

fig. 2 viser en utførelsesform av folien ifølge oppfinnelsen

i snitt hvor profileringselementene 1 delvis er nedsenket i membransjiktet 2 og fast forbundet med dette, fig. 3 viser en utførelsesform av folien ifølge oppfinnelsen

i snitt hvor profileringselementene 1 befinner seg stillingsfiksert således mellom bæresjikt 3 og membransjikt 2, at de ligger mot bæresjiktet.

Claims

1. Folie, spesielt til adskillelse av flytende eller gassformede flerkomponentsysterner, karakterisert ved at den består av en flat semipermeabel membran som på sin overflate har profileringer.

2. Folie ifølge krav 1, karakterisert ved at den semipermeable membran er påført på et for strømbare medier gjennomtrengelig på begge sider glatt bæresjikt og at overflaten av folien som vender bort fra det glatte bæresjikt har profileringer.

3. Folie ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at profileringene frembringes ved profileringselementer som er fast forbundet med membransjiktets overflate.

4. Folie ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at profileringene frembringes ved profileringselementer som er delvis nedsunket i membransjiktet og fast forbundet med dette.

5. Folie ifølge et av kravene 1 eller 2, karakterisert ved at profileringene frembringes ved hjelp av profileringselementer som befinner seg stillingsfiksert således mellom bæresjikt og membransjikt at de ligger på bæresjiktet.

6. Folie ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at profileringselementene består av et i tverrsnitt runde eller mangekantede tråder som er anordnet parallelt til hverandre.

7. Folie ifølge et av kravene 1-6, karakterisert ved at de som profileringselementer tjenende tråder er anordnet parallelt til strømningsretningen.

8. Folie ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at de som profileringselementer tjenende tråder er forbundet over dens hele lengde av deres påleiringsf late i.f ast med den semipermeable membran.

9. Folie ifølge et av kravene 1-7, karakterisert ved at de som profileringselementer tjenende tråder bare i de. enkelte avgrensede områder av deres påleiringsflater er forbundet fast med den semipermeable membran.

10. Folie ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at de som profileringselementer tjenende tråder er avbrutt i regelmessige avstander.

11. Folie ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at profileringene er utformet som punktkjeder som forløper parallelt til hverandre.

12. Folie ifølge krav 11, karakterisert ved at de som profileringer tjenende punktkjeder er anordnet parallelt til strømningsretningen.

13. Folie ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at profileringene består av et stort antall uregelmessige over hele folieoverflaten fordelte punktformede for-høyninger.

14. Fremgangsmåte til fremstilling av en membranfolie som på sin overflate har profileringer, karakterisert ved at en oppløsning som inneholder et materiale i stand til membrandannelse helles på et profilert underlag og etter faseinversjonsfremgangsmåten overføres til membranen.

15. Fremgangsmåte til fremstilling av en membranfolie som på sin overflate har profileringer, karakterisert ved at en oppløsning som inneholder et til membrandann else egnet materiale gjennom en dyse som inneholder .en sliss som på en side er begrenset ved hjelp av en rett kant og på den andre side ved hjelp av en rand med profileringer innspinnes i et fellebad' og overføres etter faseinversjonsfremgangsmåten til membranen.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, karakterisert ved at ekstrudatet fra dysen bringes på et for strømnings-dyktig medier gjennomtrengelig bæresjikt.

17. Fremgangsmåte til fremstilling av en membranfolie som på sin overflate har profileringer som dannes ved profileringselementer, karakterisert ved at profileringselementene påføres fra ekstruderbart termoplastisk materiale i en ekstrusjonsprosess på membranens overflate og forbindes fast med den.

18. Fremgangsmåte til fremstilling av en membranfolie ifølge krav 17, karakterisert ved at profileringselementene med en smeltekleber fastgjøres fast på membranens overflate.

19. Fremgangsmåte til fremstilling av en membranfolie ifølge krav 17, karakterisert ved at profileringselementene delvis innleires i det ennu flytende membransjikt og ved dets fastgjøring inngår fast forbindelse med dette.

20. Fremgangsmåte til fremstilling av en membranfolie ifølge krav 17, karakterisert ved at den semipermeable membran påføres på det allerede med profileringselementer utstyrte bæresjikt.

21. Anvendelse av en folie ifølge et av kravene 1-20 til fremstilling av spiral- eller lagaktig oppbyggede membranskilleinnretninger.