NO862122L - Forbedret membran inneholdende hule fibre. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en forbedret hul fibermembran-anordning hvori et forholdsvis tynt materiale omgir og innstrammer flere fibre satt sammen rundt en tilførselsstrøms-fordelingsanordning.

US patent nr. 3.339.341 beskriver en vanlig hulfibermembrananordning hvori et fleksibelt, porøst hylseelement omgir fibrene. En sirkulær strikket stoffhylse foretrekkes. Denne hylse brukes til å lette innsetningen av fiberbunten i trykk-kjelen og i den ønskede reduksjon av tverrsnittflaten til buntene under inn-setning.

US patent nr. 3.526.001 beskriver anvendelsen av en flek-sibel porøs hylse over en hulfibermembranbunt som en hjelp for håndtering.

US patent nr. 4.380.460 beskriver en membrananordning hvori et slisserør omgir hulfiberbunten, men dette rør ekspanderes til kontakt med den innvendige flate av anordningens hus. Det følger at slisserøret ikke innsnevrer bevegelsen til hulfibrene sterkt. Splittrøret har til hensikt å skjerme fiberbunten fra flak og andre avfall på den innvendige husvegg.

US patent nr. 4.421.529 beskriver en fremgangsmåte for å drive periodiske membrangass separasjonsanordninger slik at virkningssvekkelsen reduseres. Det er her beskrevet at en porøs ytre polymer innpakning kan anvendes rundt bunten for å forhindre forskyvning av fibrene. Et "DYNEL" stoff ytterinnpakning ble brukt i eksemplene. "DYNEL" er et vevet polyesterstoff som selges av Lamports Filter Media, Inc. of Cleveland, Ohio.

US patent nr. 3.690.465 beskriver en hulfibermembrananordning satt sammen rundt en porøs polyolefinkjerne som omfatter tynne sjikt av i det vesentlige parallelle hulfibre skilt av tynne hullede materialer som begrenser bevegelsen til fibrene og forhindrer floking. Det hullede materialet reduserer volumproduktiviteten til en slik anordning betraktelig.

Hulfibermembrananordninger brukes for selektiv separasjon av i det minste en fluidkomponent fra en blanding av fluider eller en løsning. Slike anordninger omfatter generelt flere hulfibermembraner, hvilke membraner er selektivt gjennomtrengelig for i det minste en komponent i fluidblandingen. Hulfibermembranene er plassert inne i ett hus. Huset har i det minste et innløp for å bringe en fluidtilførsel i kontakt med en overflate av de hule fibermembraner. En anordning for å bevirke jevn fordeling av væsketilførselen er ønskelig. I det minste et utløp for tømning av væsken som ikke trenger gjennom membranen og i det minste et utløp for fluidum som trenger gjennom membranen kreves også. Hulfibrene er innbygd i minst et rør. Fiberboringene henger sammen med permeatutløpet fra huset. Røret står i tettende kontakt med husets indre flate.

Foreliggende forbindelse vedrører en forbedret hulfibermembrananordning av den art som omfatter flere hulfibermembraner satt sammen i en bunt rundt en tilførselsstrøms fordelingsanordning med membranene innstøpt i minst et rør og fiberhulrommene har forbindelse gjennom dette røret. Forbedringene omfatter minst en innpakning av et materiale som omhyller en hoveddel av den langsgående dimensjon av flere innvendige fibre satt sammen rundt tilførselsstrøms fordelingsanordningen. Innpakningen plasseres med en avstand fra tilførsels fordelingsanordningen som ikke er større enn 25% av den lengste ribbe gjennom et tverrsnitt av den ytre flate av den hule fiberbunt perpendikulær på lengdeaksen til bunten. Innpakningen innstrammer ved normal drift av anordningen fibrenes bevegelse inne i dekket, men er hullet eller inneholder andre åpninger som tillater passasje av tilført væske gjennom de innvendige fibre til hulfibermembranene.

Fig. 1 er et skjematisk tverrsnitt av en hul fibermembran-anordning som utgjør en utførelsesform av oppfinnelsen.

Hulfibermembrananordninger for separasjon av en fluidkomponent fra en blanding eller løsning er godt kjent fra tidligere. US patent nr. 3.228.876, 3.455.460 og 4.061.574 beskriver slike anordninger. Fluidtilførselen kan hensiktsmessig være en flytende løsning som i tilfellet revers osmose. Den foreliggende forbedrede membrananordning erkarakterisert veden innstrammende innpakning og er spesielt foretrukket for separasjon av gassblandinger.

Hulfibrene i membrananordningen er gjerne satt sammen rundt et sentralt, perforert rør eller ekvivalent tilførselsstrøms fordelingsanordning. Perforeringene i kjernen bør plasseres slik at de gir i det vesentlige jevn radial strøm utover gjennom hulfiberbunten. Med fordel omfatter tilførselsstrøms fordelingsanordningen et porøst polyolefinrør som tjener til å utjevne forandringer i strømningshastighet og fordeler strømmen jevnt.

Samlet rundt tilførselsstrøms fordelingsanordningen er fibre omsluttet av en innstrammende innpakning. Disse innvendige fibre kan være hule eller kompakte og kan ha samme eller en annen sammensetning enn de hule fibermembraner. Fortrinnsvis har de innvendige fibre den samme sammensetning som hulfibermembranen, men hulrommene i de innvendige fibre nærmest tilførselsstrøms fordelingsanordningen er tettet, slik at boringene til de indre fibre ikke henger sammen gjennom røret.

I en utførelsesform er den innstrammende innpakning et fleksibelt, porøst materiale, som heretter kalles et hullet materiale eller innpakning. De hullede materiale bør ha tilstrekkelig fysisk styrke til at det både bibeholder sin integretet og innstrammer de innvendige fibre under normal drift av membrananordningen. Den angivelse at den hullede innpakningen omslutter flere fibre betyr at en linje trukket fra et punkt på tilførsels-strøms fordelingsanordningen til den nærmeste utvendige overflate av hulfiberbunten normalt ville gå gjennom en rekke av flere innvendige fibre (fortrinnsvis minst 100 fibre), den hullede innpakningen og deretter flere hule fibre.

I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen er den innvendige innstrammende innpakning plassert generelt konsentrisk rundt tilførselsstrøms fordelingsanordningen. Den innvendige tilstrammende innpakning kan ha enhver passende form sålenge den ønskede innstramning på de innvendige fibres bevegelse oppnås. Innstramningsinnpakningen kan være en rørformet hylse, en relativt smal strimmel av et hullet materiale viklet i en spiral rundt innvendige fibre konsentrisk satt sammen rundt tilførsels-strøms fordelingsanordningene, eller en strimmel av materiale med omtrent samme bredde som lengdedimensjonen til den eksponerte utvendige flate av den hule fiberbunt, og strimmelen er pakket rundt de innvendige fibre på rørformig måte. Om nødvendig holdes strekket av innstramningsinnpakningen ved å feste det i rør-materialet eller andre hensiktsmessige anordninger.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er den inn-strammede innpakning et arkmateriale, som når man ser i et tverrsnitt loddrett på buntens lengdeakse viser innpaknings-spiralene utover fra strømningsfordelingsanordningen. Eventuelt kan innpakningen innføres samtidig med buntenheten, spesielt når bunten er satt sammen som i US patent nr. 3.755.034. I denne utførelsesform av oppfinnelsen kan innstramningsinnpakningen være ikke-porøst eller ikke-hullet, men et porøst eller hullet materiale foretrekkes imidlertid.

Hulfibermembranet er satt sammen rundt den hullede innpakning. Både hulfibermembranene og de indre fibre kan være parallelle eller tvunnet i en spiral rundt strømningsfordelings-anordningen. Spiralformen er beskrevet i US patent nr. 3.422.008. Foreliggende oppfinnelse er generelt mest virknings-full når den anvendes i en anordning med hulfibermembraner plassert på parallell måte. Buntens lengdeakse kan være bue-formet, selv om det foretrekkes at denne akse er lineær.

En rørplate dannes normalt nær i det minste en ende av hulfiberbuntene, mens en rørplate eller endeplate med fordel foreligger nær den motsatte ende av fibrene. Rørplate og endeplate fremstilles hensiktsmessig fra en epoksy- eller annen termoherdende harpiks. I bruk er rørplate og endeplate eller endeplatene i tett forbindelse med en trykkhylse. Rørplate og endeplate avgrenser sammen med trykkhylsen et rom utenfor de hule fibre som ikke direkte henger sammen med porene til de hule fibre.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til noen spesiell form av en hulfibermembran separasjonsanordning. Imidlertid foretrekkes den ovenfor beskrevne standardform. Tilførselsfluidet som skal skilles strømmer fra inne i fiberbunten ut til fibrene utenfor. En person med kjennskap til membranområdet vil vite at andre former for hulfibermodulus er tilgjengelige. F.eks. kan hulfibrene anordnes slik at begge ender av fibren stikker gjennom en enkelt rørplate, eller en enkel sentral rørplate kan brukes.

Det bør påpekes at en rekke separasjonsanordninger kan forbindes parallelt eller i serie for å øke kapasiteten og/eller forbedre separasjonen. En fagmann kan lett tilpasse det som her er beskrevet til slike konfigurasjoner.

Fig. 1 viser i tverrsnitt og illustrerende hensikt en hulfibermembran separasjonsanordning som viser en anordning ifølge denne oppfinnelse. Væskeblandingen som skal separeres innføres i innløpet 1 av væsketilførsels fordelingsanordningen 2. Tilførsels fordelingsanordningen 2 går gjennom en første rørplate 3 og slutter i en andre rørplate 4. Avsnittet av tilførsels-fordelingsanordningen 2 mellom disse to rørplater 3 og 4 inneholder flere perforeringer 5 hvorigjennom tilførselsfluidumet går til kontakt med utvendige flater av en rekke innvendige fibre 6 anordnet generelt langsgående og parallelt rundt den perforerte tilførsels-fordelingsanordning 2. En hullet innpakning 15 omgir og innstrammer de innvendige fibre 6. Flere hulfibermembraner 17 er generelt satt sammen parallelt med og konsentrisk rundt tilførsels-fordelingsanordningen 2. En porøs hylse 9 av elastomert stoff omgir bunten av hulfibre 17. Noe av tilførselsvæsken går aksialt, men prinsippielt radialt gjennom bunten av hulfibre 17 til et utløp 7 i trykkhylsen 8 som omgir bunten. Resten av tilførselsfluidumet trenger gjennom de hule fibres 17 vegger. Boringene i hulfibrene 17 har ved hver ende gjennom rørplaten forbindelse med et samletankrom 11 og 12 på bortsiden av begge rørplater. Fluidumet som har trengt gjennom de hule fibre og samlet seg i samletankrommet 11 eller 12 kan fjernes gjennom utløpene 13 og 14 i trykkhylsen 8, som hver har sammenheng med et av samletankrommene 11 og 12. For enkelhets skyld er små eller eventuelle tidligere kjente trekk såsom O-ring tetninger mellom rørplate og trykkhylse, rørplatestøtter (som f.eks. beskrevet i US patent nr. 4.061.579) og maskineriet på trykkhylsen ikke vist på fig. 1. Eventuelt kunne en spylevæske innføres i et samletankrom og fjernes gjennom utløpet i det andre samletankrom for å hjelpe oppsamlingen av permeatet.

Den indre innpakning kan lages av rekke plastfilmer, vevede stoffer, ikke-vevede stoffer (innbefattende papir), metallfolier eller andre kjente materialer med den tilstrekkelige strekk-fasthet og andre egenskaper. Fortrinnsvis er denne innpakning laget av et fleksibelt, hullet ark med relativ stor overflate sammenlignet med tykkelsen. I en foretrukket utførelsesform er den innvendige innpakning et rørformet elastomert stoff. Den innvendige innpakning er med fordel tynt, slik at det ikke nevneverdig reduserer det tilgjengelige volum for hulfibermembranene.

I foretrukne utførelsesformer av denne oppfinnelse inneholder den innvendige innpakning flere perforeringer, porer eller åpninger. Egnede hullede materialer har perforeringer, porer eller andre åpninger hvorved materialet er hullet. I slike materialer representerer åpningene en større del av overflate-området og overflaten er ujevn. Størrelsen av åpningene i de hullede materialer kan variere sterkt. For eksempel kan åpningene variere fra 1 p eller 5 M til 100 mils eller 250 mils i sin største tverrdimensjon.

Slike hullede materialer er metalliske og ikke-metalliske materialer og de ikke-metalliske materialer kan være av alle naturlige eller syntetiske opprinnelser. Syntetiske materialer foretrekkes, fordi de er billigere og lettere å fabrikkere. Representative syntetiske materialer kan være polyetylen eller polypropylen spinnebundede ark, nylonstrikket klede eller nylonvevet klede. Andre beskrivelser og eksempler på hullede materialer er beskrevet i US patent nr. 3.690.465.

Den indre innpakning i denne oppfinnelsen befinner seg relativt nær fluidstrømfordelingsanordningen. Videre er denne innpakning normalt under moderat strekk, slik at det gir inn-stramningsbevegelse av fibrene innenfor innpakningen. For sterk sammentrekning av de innvendige fibre på grunn av den innvendige innpakning kan redusere separasjonsproduktiviteten av disse fibre, når fibrene er hulfibermembraner. Når de innvendige fibre er hule fibermembraner, utgjør de fortrinnsvis mindre enn 25%, enda heller mindre enn 10% på overflatebasis av de foreliggende hulfibermembraner. Strekket på det indre dekket under sammensetningen er fortrinnsvis i området 175 til 1750 newtons pr.

meter. ••

Det er funnet at innstramningsbevegelsen av disse innvendige fibre og eventuelt tetning av hulrommene, om slike foreligger, til disse fibre betydelig forlenger driftstiden for foreliggende membrananordninger. Overraskende er det funnet at innpakningen videre fra tilførselsfluidfordelingen kan redusere volumproduktiviteten med liten, om overhodet noen ytterligere gevinst. En elastisk rørformet hylse rundt buntens ytterflate er også ønskelig.

Det foretrekkes at den innvendige innpakning befinner seg nær tilførselsstrøms fordelingsanordningen i forhold til fiber-buntens ytterflate. Hvis den innvendige innpakning plasseres for langt fra tilførselsstrømfordeleren, er den mindre effektiv som fiberinnstramningsbevegelse og reduserer volumproduktiviteten til membrananordningen.

På den annen side bør den innvendige innpakning omgi flere fibre, slik at tilførselsfluidumet får kontakt med flere fibre før det går gjennom eller forbi den indre innpakning. Fortrinnsvis vil en linje trukket fra et punkt på tilførselsstrømfor-deleren gjennom de innvendige fibre til et punkt på den innvendige innpakning gå gjennom gjennomsnittlig minst 10, enda heller minst 100 og aller helst 1000 fibre.

De innvendige fibre kan være tette eller hule. Disse fibres størrelse er generelt ikke kritisk, med utvendige diametere i området fra 10 til 500 p foretrukket. Fortrinnsvis er den utvendige diameter av den innvendige fiber i området pluss eller minus 50% av den gjennomsnittlige utvendige diameter av hulfibermembranene.

Sammensetningen av de innvendige fibre kan være valgt fra diverse materialer som er kjent for å være forenelige med driftsmiljøet og bestanddelene i membranen. Den innvendige fiber velges gjerne fra de samme materialer som hulfibermembraner. Fortrinnsvis er den innvendige fiber identisk i sammensetning av størrelse med den foreliggende hulfibermembran. Hvis den innvendige fiber er en hulfibermembran, har hullrommene av den innvendige fiber gjerne ikke sammenheng med det samme rom som hulfibermembranene satt sammen rundt den innvendige innpakning. De innvendige fibre kan ha sine hulrom tilstoppet eller ganske enkelt ikke åpnet under maskinbearbeiding av rørplate for å forhindre slik forbindelse.

De innvendige fibre er fortrinnsvis tett pakket inne i den innvendige innpakning. Det foretrekkes at de innvendige fibres vegger normalt har kontakt med veggene til en eller flere andre fibre. Fortrinnsvis opptar de innvendige fibre et volum på minst 30%, enda eller minst 50% av volumet i den innvendige innpakning som ikke er opptatt av væskestrømsfordelingsanordningen.

Hulfibrene som brukes i de foreliggende membrananordninger kan fremstilles fra ethvert materiale som brukes for dette formål innenfor området. Som man har kjennskap til vil praktisk talt enhver organisk polymer som kan brukes til å fremstille hule fibre ha selektiv permeabilitet for noen gasser. Den enkelte polymer som velges bør ha spesiell selektivitet ved utførelse av denønskede separasjon. Illustrerende termoplastpolymerer som kan brukes til å danne hulfibermembraner er polybutadien, etylenvinylacetat kopolymerer, butadien akrylonitril kopolymerer, styren-butadien kopolymerer, polykarbonater, polyfenyloksyder, polyetylen, polyisobutylen, poly-cis-isopren, kopolymerer av alfa-olefiner, polyestere såsom polyetylen tereftalat, polyvinyl-klorid, polysulfoner, perfluorkarbonsulfonsyre polymerer, polyvinylpyrrolidon, polyamider og celluloseestere eller etere. Hulfibre som foretrekkes for foreliggende formål er slike som er fremstilt fra tørt asymmetrisk celluloseacetat eller poly(4-metylpenten-1). Ytterligere omtale av slike hulfibre kan finnes i US patent nr. 4.068.387 og US patent nr. 3.798.185.

Hulfibermembranen kan av operative grunner inneholde permeabilitet modifiseringsmidler, plastifiseringsmidler og andre additiver, flerkomponent eller flersjiktsmembraner. Videre omtale kan finnes i US patent nr. 3.874.986 og 4.230.463.

Hulfibre kan generelt fremstilles ved ekstrudering av termoplasten gjennom en oppvarmet spinnevorte ved temperaturer som gir en smelte på kjente måte. Nitrogengass eller et annet inert fluidum pumpes gjennom midten av den nyspunnede fiber for å forhindre den i å falle sammen under avkjøling. Fiberen kan trekkes ned til den ønskede størrelse mens den enda er sterkt plastisk ved Godet-ruller som befinner seg en kort vei fra spinnevorten. Kjølehastighen for den nyspunnede hulfiber kontrolleres fortrinnsvis om nødvendig til å gi en hulfiber med optimale fysikalske egenskaper og permeabilitet. Fagmannen kan lett empirisk bestemme spinningsbetingelsene for enhver spesiell polymer som gir en fiber med optimale egenskaper.

Spinningen av asymmetriske celluloseacetat hulfibre krever noe forskjellig betingelser fra symmetriske hulfibermembraner. US patent nr. 4.127.625 beskriver en fremgangsmåte for å fremstille membraner fra asymmetriske hulfibre. Celluloseacetat hulfibrene kan generelt inneholde opp til ca. 40 vekt% acetyl-rester.

Hulfiberboringens størrelse og veggtykkelsen i fibrene er generelt ikke kritiske. Hulfibre med en innvendig diameter fra 25 til 300 g og en utvendig diameter fra 35 til 400 p er egnet sålenge den utvendige diameter er tilstrekkelig større enn den innvendige diameter, slik at hulfibrene ikke på uheldig måte påvirkes ved tverrmembrantrykkene som brukes under drift.

Hulfibermembranen kan være satt sammen rundt den innvendige innpakningen i et parallelt eller spiralformet mønster ved kjente teknikker. US patent nr. 3.422.008 og 3.755.034 forklarer slike teknikker og er egnet til å illustrere dem. Det foretrekkes i noen utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse at de hule fibermembraner settes sammen under et svakt strekk slik at de legges ned på lineær måte.

Dannelsen av rørplater i hulfibermembrananordninger gjennom både forming på stedet eller sentrifugalstøpeteknikker er tidligere kjent som illustrert i US patent nr. 3.455.460, 3.492.698 og 3.755.034. Termoherdede epoksyharpikser foretrekkes generelt for dannelsen av rørplater, men en rekke anvendelige materialer er kjente for formålet. Se f.eks. US patent nr. 4.323.454 og de der angitte henvisninger. Teknikker for maskin-behandling av rørplatene og åpning av fiberhulrommene som deri er innstøpt er også kjente som beskrevet i US patent nr. 4.183.890.

I en foretrukket utførelsesform av denne oppfinnelse strekkes en porøs hylse av et elastomerstoff over den eksponerte fiberoverflate av hulfiberbunten mellom rørplatene. Mangfoldige elastomerhylser kan også anvendes, en på toppen av den annen for å gi optimal strekk for å forbedre membranvirkningen.

Driftsbetingelsene for foreliggende membrananordninger har i alminnelighet likhet med tidligere kjente anordninger som bruker de samme hulfibermembraner. US patent nr. 4.421.529 og andre henvisninger som her er sitert beskriver driftsbetingelser. Transmembrantrykket, dvs. trykkdifferensialet mellom tilførsels-siden av hulfibermembranen og trykket på permeatsiden av membranen under drift, må være tilstrekkelig til å gi gjennomtrengning gjennom membranen med en aksepterbar hastighet, men ikke så stor at hulfiberen ødelegges eller faller sammen. Det operable området for transmembrantrykk avhenger av mange faktorer såsom membranmaterialet, membranens tykkelse, fluidene som skilles og temperaturen under drift. Et transmembrantrykk er typisk på 69 kPa, fortrinnsvis anvendes minst 276 kPa. Den øvre grense for transmembrantrykket dikteres av styrken til ikke bare hulfibermembranen, men også tilhørende rørs og utstyrs evne til å motstå trykk. Generelt er transmembrantrykk ved visse tynnveggede hulfibre over 1035 kPa ikke ønsket, selvom de er operable. For best virkning er det generelt ønskelig å holde så lavt trykk som praktisk mulig på permeatsiden under drift.

Det er observert at tynnveggede hulfibermembraner som gjentatt utsettes for trykkforandringer på tilførselssiden på 518 kPa i 10 til 15 sekunder under oppstarting etter en tid ute av bruk får betydelig dårligere virkning sammenlignet med anordninger som ikke utsettes for slike trykkforandringer. En spesiell hulfiberanordnings ømfintlighet for raske trykkforandringer på tilførselssiden av membranen avhenger av membranmaterialet, membrantykkelsene, driftstemperaturen og tallrike faktorer. Følgelig kan man ikke gi noen definitiv oppskrift på akseptable trykkforandringshastigheter uten først å ha spesi-fisert disse faktorer. Imidlertid bør i alminnelighet en større trykkforandring enn 207 kPa på 15 sekunder unngås på membrantil-førselssiden, spesielt hvor denne trykkforandring opptrer under begynnelsestrykket på membranen.

Temperaturen av tilførsel og permeat i gass-separasjoner bør være høy nok til at de ikke inneholder kondenserte gasser i mengder som på uheldig måte kan påvirke hulfibermembranene, og slik at gjennomtrengningen går med en økonomisk hensiktsmessig hastighet. Driftstemperaturen bør også være lav nok til at membranens virkning, levetid og integritet ikke påvirkes uheldig. Temperaturer i området fra ca. -10°C til ca. 50°C foretrekkes i alminnelighet, ca. 10°til ca. 30°C foretrekkes sterkest. Generelt er romtemperatur hensiktsmessig. Membrananordningen påvirkes typisk sterkest ved plutselige forandringer i tilfør-selstrykk under cyklisering ved de høyere driftstemperaturer.

Fluidblandingen som skal separeres ved foreliggende frem- - gangsmåte kan variere sterkt i sammensetning. Man bør velge en membran som ikke påvirkes uheldig ved fluidkomponentene som foreligger i blandingen og som er selektivt gjennomtrengelige for de ønskede bestanddeler. Hvis den oppnådde separasjon gjennom en separasjonsanordning ikke er tilfredsstillende, kan en serie av slike anordninger anvendes.

I en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse formes et polyolefin dannet fra ca. 75 til 100 vekt% 4-metylpenten-1 og en resterende mengde andre olefiner til en hulfiber og anvendes i en membranseparasjonsanordning til å skille luft i oksygenanrikede og nitrogenanrikede strømmer. 4-Metylpenten-l polymeren kan eventuelt inneholde modifiseringsmiddel som beskrevet i US patent nr. 3.798.185. Den oksygenanrikede gass kan brukes til visse medisinske formål eller i kjemiske reak-sjoner hvor oksygen er en reaktant. Den nitrogenanrikede gass kan brukes som et gassteppe i kjeler som inneholder brennbare væsker og derved risikere risikoen for forbrenning. Alle de foregående anvendelser kan medføre periodevis bruk av separa-sjonsanordningen. I en foretrukket utførelsesform av denne oppfinnelse bibeholder membranen i det minste ca. 90% av sitt opprinnelige ikke-permeat utbytte etter 500 runder fra hvile til driftstilstand.

I en annen foretrukket utførelsesform anvendes en tørr celluloseestermembran til å skille karbondioksyd og hydrogen-sulfid fra lavtkokende hydrokarboner. Det fraskilte karbondioksyd kan så injiseres i naturgassbrønner ifølge velkjente teknikker for å øke gass- eller oljeutbyttet.

I en tredje foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen anvendes en celluloseester eller polyamid hulfibermembrananordning i revers osmose.

Det er funnet at den innvendige innpakning som er beskrevet forut kan forbedre begynnelsesproduktiviteten av en hulfibermembrananordning ved å gjøre fordelingen jevnere. Den innvendige innpakning og tettningen av rom i innpakkede hulfibere er observert å gjenvinne produktiviteten av hulfibermembrananordninger hvor virkningen er blitt dårligere under drift.

De følgende eksempler og sammenligningseksperimenter er fremlagt for å illustrere oppfinnelsen.

Eksempel 1

Tre lignende membrananordninger som den som er vist på

fig. 1 ble satt sammen. Hver anordning inneholdt ca. 14xl0<6>hulfibre i en bunt på 20,32 cm diameter. Ca. 96,52 cm av hver fiber ble eksponert mellom epoksyharpiksrørplater. Fibrene ble smeltespunnet fra en 4-metylpenten-l polymer. Fibrene ble satt sammen på et 2,54 cm innvendig diameter aluminiumsrør med 1,27 cm huller boret med 7,62 cm mellomrom i fire rekker på kjernen. Hullrekkene er adskilt med 90° mellomrom rundt kjernen og enkelthuller ble utstanset i naborekker for å forbedre strøm-fordelingen. Kjernen var innesluttet i en porøs polyetylen hylse for å fordele tilførselsplassen jevnere.

Hulfibrene ble satt sammen rundt kjernen på parallell måte under svakt strekk og jevnt fordelt under dannelse av en bunt ca. 20,32 cm i diameter. På to av buntene ble en innpakning av 7,62 cm bred polyesterduk (solgt under handelsnavnet DYNEL) lagt ca. 1,9 cm fra kjernen konsentrisk fra kjernen. Kledeinn-pakningen ble foretatt spiralformet med ca. 50% overlapp og et strekk på ca. 700 til 1226 newton pr. meter). I et sammenlig-ningseksperiment ble en forøvrig lignende hulfiberanordning uten den indre innpakning fremstilt. Mens fibrene ble satt sammen med kjernen, ble en flytene epoksyharpiks inneholdende et alifatisk aminherdemiddel tilført på ca. 7,62 cm fiber ved hver ende av bunten. Denne harpiks ble herdet ved oppvarming etter hulfiberbunten er fullstendig sammensatt for å danne rørplatene. Forsiden av rørplaten ble så skåret vekk med et skjerpet metall-blad på en dreibenk for å blottlegge de åpne fiberhulrom. I eksempel 1 og sammenligningseksempel 1 ble en enkelt hudfarget, rørformig, elastisk, kirurgisk rayonbandasje med nominell avspent bredde på 12 cm lagt flatt, skåret til å passe og trukket over ringer som var dimensjonert til å strekke den elastiske støtten for å lette innsetting av membranfiberbunten. Fiberbunten ble forsiktig satt inn i den elastiske støtte for å unngå skade på fibrene. En sylindrisk plastsikt ble plassert over den elastiske innpakning. I eksempel 2 ble tre elastiske støtter anvendt. Hver bunt ble så satt inn i en trykk-kjele.

Hver hulfibermembrananordning ble gjentatt cyklisert ved de samme betingelser fra operasjonstrykk til en hviletilstand ved en temperatur i området 25 til 40° C. Tilførselstrykket var normalt 621 kPa, men var så høyt som 793 kPa. Ventilen for innføring av tilførselen ble åpnet langsomt over et tidsrom på ca. 180 sekunder ved driftsstart. Ventilen ble så lukket i ca. 70 sekunder. Etter 2201 cykler ble hulrommene til fibrene inne i den innvendige innpakning tettet med epoksyharpiks i eksempel 1 og 2. Driftstemperaturen, ikke-permeat volum prosent oksygen, permeatstrøm i standard kubikk fot pr. minutt (SCFM) og inert gjenvinning (dvs. ikke-permeatstrøm delt med summen av permeat-og ikke-permeatstrømmen) er tabulert i tabell I for hver av tre hulfibermembrananordninger.

Som man kan se fra eksempel 2, øker den indre innpakning nær kjernen betydelig den inerte gjenvinning fra hulfibermembrananordningen. I eksempel 1 var begynnelsesutbyttet godt, men etter flere hundre cykler førte noe brudd på hulfibrene inne i det innvendige dekket til en redusert virkning. Tetning av hulrommene til fibrene inne i det innvendige dekket gjenopprettet virkningen i både eksempel 1 og eksempel 2 for flere tusen driftscykler. I tilfellet eksempel 1 var det først etter membranen ble utsatt for høyere enn normale driftstemperaturer etter mer enn 10.000 cykler at inert gjenvinning avtok. Modulen med tre elastiske strømper i eksempel 2 viste den mest gjennom-førte virkning.

Claims (10)

1. Hulfibermembrananordning omfattende flere hulfibermembraner satt sammen i en bunt rundt en tilfø rselsstrøms fordelingsanordning, hvor membranene er innstøpt i minst en rørplate og hulrommene til de hule fibermembraner har forbindelse gjennom rørplaten, karakterisert ved at hulfibermembrananordningen har minst en innpakning av et hullet materiale som omgir en hoveddel av lengdedimensjonen til flere indre fibre satt sammen rundt tilførselsstrøms-fordelingsanordningen, idet den hullede innpakning er plassert i en avstand fra tilførselsstrø ms-fordelingsanordningen som ikke er større enn 25% av den lengste bunt gjennom et tverrsnitt av den ytre overflate av hulfiberbunten i det loddrette plan på buntens lengdeakse og den hullede innpakningen gir under drift av anordningen en innstrammende bevegelse av fibrene innenfor innpakningen.

2. Hulfibermembrananordning ifølge krav 1, karakterisert ved at hulfibermembranene er fremstilt fra et polyolefin eller polyolefinblanding bestående av 75 til 100 vekt% 4-metylpenten-l og en restmengde av andre olefiner.

3. Hulfibermembrananordning ifølge krav 2, karakterisert ved at hulfibermembranene også inneholder fra 0,1 til 3 vektdeler av et organosiloksan eller en hydrokarbonolje for hver del polyolefin.

4. Hulfibermembrananordning ifølge krav 2, karakterisert ved at flere av de indre fibre ikke er hule eller er tettet slik at hulrommene til disse fibrene ikke henger sammen gjennom rø rplaten.

5. Hulfibermembrananordning ifølge krav 2 eller 4, karakterisert ved at de indre fibre er de samme som de hule fibermembraner.

6. Hulfibermembrananordning ifølge krav 2, karakterisert ved at det hullede materialet er spiralformet innpakket rundt de indre fibre som er satt sammen på tilførselsstrø ms-fordelingsanordningen, idet innpakningen er generelt konsentrisk rundt tilførselsstrøms-fordelingsanordningen .

7. Hulfibermembrananordning ifølge krav 6, karakterisert ved at det hullede materialet er et ikke-vevet stoff eller et vevet polymerstoff.

8. Fremgangsmåte ved separasjon av oksygenanrikede og nitrogenanrikede gass-strømmer fra en blanding av oksygen og nitrogen, karakterisert ved at man (a) fører inn i tilførselsfluidfordelingsanordningen i membrananordningen ifølge hvert av kravene 1 til 7 en blanding av oksygen og nitrogen under trykk; (b) tar ut fra hulrommene til de hule fibermembranene en oksygenanriket gass; og (c) tar ut en ikke-permeatgass-strøm som har gått gjennom den hule fiberbunt, idet strømmen inneholder en høyere nitrogen-konsentrasjon enn tilførselsgassen.

9. Hulfibermembrananordning ifølge krav 1, karakterisert ved at innpakningen i planet loddrett på hulfiberbuntens lengdeakse er anordnet i en spiral med en maksimumsavstand fra tilfø rselsfluidfordelingsanordningen ikke større enn 25% av den lengste bunt gjennom et tverrsnitt av hulfiberbunten i planet.

10. Hulfibermembran ifølge hvert av kravene 1 til 9, karakterisert ved at hulfiberbunten er innhyllet og innsnevret med minst et elastisk rørformet element.