SE447633B - Forfarande for separering och modul for genomforande av forfarandet - Google Patents

Description

44_7_ 633 2 Membranen har framställts i form av ihåliga fibrer med öppna ändar, vilka anordnats och tätats i ändplattor så, att det bildas ett separeringsorgan för flödet över utsidorna på de ihåliga fibrerna från varje ström i borrningarna i de ihåliga fibrerna.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för separering av be- ståndsdelarna av en gas/gas-, vätskalvätska- eller en vätska/fast materialblandning eller -lösning, vilken blandning eller lösning under tryck föres till en ihålig filamentseparationsmodul, som omfattar en bunt semipermeabla ihåliga filament, varvid permeatet passerar genom väggarna i filamentet och separeras från andra beståndsdelar av blandningen eller lösningen, vilken bunt har formen av en ihålig rak t cirkulär cylinder och består av ett antal filamentlager, vilka lager samtliga är anordnade i en spiral, med spiralerna i angränsande lager lindade i motsatt riktning, vilka filament antingen samtliga har bägge ändar öppna eller samtliga har ena änden tillsluten och en ände öppen.

Uppfinningen kännetecknas därav att filamentens uträtade längd, när båda dess ändar är öppna eller två gånger den uträtade längden av filamenten när en ände är tillsl uten och en ände är öppen hålles mindre än eller lika med Lkrít i cm, varvid :VIP -a-ß) x (m3 x (ro Lkrit SOF där P = modulens inmatartryck i kg/cmz ¿3gr = osmotisk tryckskillnad mellan den matade lösningen och det genomströmmade materialet 1 kg/cm? ID = filamentets inre diameter i mikron (y) R = förhållandet mellan filamentets inre diameter och g dess yttre diameter F = flödet i filamentetebaserat på dess yttre diameter vid det effektiva drifttrycket uttryckt som en hastighet i mikron per sekund ( /1/sek.). 447 633 Uppfinningen avser även en modul för genomförande av detta förfa- rande och denna modul kännetecknas därav, att fibrerna väljes med en ut- vändig diameter mellan 100 mikron och 1000 mikron och en inre diameter, som är mellan 0,3 och 0,8 gånger den yttre diametern.

Modulen enligt föreliggande uppfinning eliminerar allvarliga nack- delar vid tidigare kända utformningar av modulen med fina ihåliga fib- rer. En av dessa nackdelar, som har eliminerats, har i stort sett av- seende på förfarandet för sammanförande av fibrer i tätande rörark eller ändplattor och därefter för öppnandet av fibrerna för åstadkommande av utlopp från de individuella fiberborrningarna in i en uppsamlingskammare för genomströmmande material.

Enligt föreliggande uppfinning uppnås i första hand, att modulens inre tryck, som verkar mot det fibrerna sammanhållande organet, föres till botten medelst en yta på detta fibrerna sammanhållande organ, i vilket ej uppträder några skurna fiberändar. För det andra befinner sig ytan på det sammanhållande organet, som upptar den axialkraft, vilken utvecklas av det inre hydrauliska trycket, vinkelrätt mot modulens huvudaxel (i huvudsak parallellt med ytan på det sammanhållandet orga- net, som är vänt inåt mot den under tryck stående delen av modulen). För det tredje bildar fibrernas skurna ändar utloppet för flödet av genom- strömmande material i åtkomliga ytor i det inre av bindemedlet antingen vid annan nivå eller med annan vinkel än ytan på det sammanhållna orga- net, som erfordras för upptagande av den tryckalstrande axialkraften eller båda.

Ytterligare ett kännetecken på uppfinningen framgår av kraven 3 - 9.

Det skall påpekas, att det är möjligt att använda ihåliga fibrer i omvänd osmos antingen med borrningen öppen vid ena änden och sluten vid den andra eller är borrningen öppen vid båda ändar. I detta fall till- slutes den öppna fiberänden i en massa av sammanhållande ämnen och dess borrning mynnar i en lågtrycksuppsanflingszon eller -kammare för genom- strömmande material. Den slutna änden kan införas i en plastmassa eller liknande för att bidra till att uppbära och stöda ena änden på det knippe, i vilket fibern ingår. 447_eas När båda ändarna på borrningen är öppna i varje fiberstycke, måste båda ändarna av fibern tillslutas i ett bindemedel på så sätt, att borr- ningsutloppet föreligger i en uppsanflingszon eller -kammare med lågt tryck för genomströmmande medel. De båda ändarna på varje fiber kan förekomma i samma massa bindemedel och varje borrningsutlopp kan mynna i samma uppsamlingszon eller kan fibrerna sammanbindas på så sätt, att varje borrningsutlopp mynnar i en separat uppsanflingszon.

När båda de öppna ändarna uppträder i samma massa bindelmedel och borrningen mynnar i sanma uppsanflingszon, skall vanligen fibern mellan sina skurna ändar ha formen av en ögla. Öglan kan helt enkel ha formen av en hårnål med raka skänklar eller kan den följa en mera komplicerad bana i rymden i två eller tre dimensioner. Om emellertid varje fiberände är bunden i en separat tätningsmassa, kan fiberformen mellan de skurna ändarna med fördel vara helt rak eller kan den följa många olika an- tingen slumpvis eller geometriskt utformade banor.

Det är vanligen lämpligt att anordna fibrerna längs spiralbanor, vilkas axel är kongruent och parallell med huvudriktningen av det matade tryckets flöde. De skurna fiberändarna kan tillslutas i samma massabin- demedel och mynnar i en gemensam kammare eller kan de tillslutas i två separata massor av bindemedel och mynna i två separata zoner, vanligen vid varandra motsatta ändar av fiberspiralens axel.

För åskådliggörande av fiberlängdens ofördelaktiga inverkan på borrningsflödeseffekterna behöver den verkliga banformen för varje fiber icke beaktas. Det är emellertid viktigt att numeriskt beakta följden av drift med ena änden tätad i förhållande till båda ändarna öppna. Vid tillsluten ände är det uppenbart, att flödet i fiberborrningen kan ske blott för den tätade änden hos den öppna änden. Vid båda ändarna öppna blir flödet i fiberborrningen dubbel riktad i förhållande till samma punkt eller zon längs fiberbanan. Detta innebär, att de måste föreligga en stagnationspunkt eller ett område i borrningen i motsvarighet till den tätade änden vid utformningen med en öppen ände. Borrningsflödet på ena sidan av denna punkt eller zon riktas mot borrningens utlopp vid den skurna änden, under det att borrningsflödet på andra sidan om denna zon är riktat mot borrningsutloppet vid den andra fria änden. Ett läge i a, 447 635 huvudsak mitt emellan banans ändar vid fibrer med två öppna ändar mot- svarar sålunda den tätade änden vid en fiber med en ände öppen.

I den följande diskussionen kommer banlängden mellan de skurna ändarna på fibrerna med båda ändar öppna att betecknas med L. Man skall därvid komma ihåg, att vid fibrer med ena änden öppen, fiberlängden från snittet till den öppna änden normalt motsvara en halva av längden vid en fiber, som är öppen vid båda ändar. Den nntsvarande omgången fiberegen- skaper och moduldriftbetingelser resulterar i begränsningar av längden av den skurna änden till den tillslutna änden till i huvudsak hälften av det som är tillåtet till banlängden mellan ändarna på en utformning med båda ändarna öppna.

Driften av förhållandet enligt kravet 1 skall åskådliggöras med några exempel. I samtliga fall har ett knippe fibrer formats till en ögla och öglans skänklar har tillslutits i bindemedel och alla fibrernas öppna ände utsättes på ena sidan av nämnda medium. Längden av fiberöglan på motsatta sidor om ämnet har monterats i det inre av tryckrör och utsatts för följande matning av saltlösning under tryck. Längden av öglan L bestämmes som det totala avståndet från fiberns ena skurna ände till dess andra skurna ände, och i huvudsak hela denna längd befinner sig inom den för undertryck försatta matarzonen och en förhållandevis ringa mängd utgörande fiberns längd i bindemedel. En mindre korrigering kan genomföras för den s.k. "inaktiva längden” hos fibern, som tillslutits medelst bindemedlet. Det skall påpekas, att för en fackman denna längd emellertid utgör en ringa bråkdel av fiberns “aktiva längd".

Korrigering för delen med "overksam längd" är kvantitativt betydelse- 447 633 lös, när förhållandet overksam längd/verksam längd är ca 0,1 eller mindre. I alla praktiska fall kan detta krav lätt uppfyllas.

Alla fibrer, som kommer till användning enligt nedanstående exempel, bestod av ett sammansatt polysulfon- substrat med en rejektspärr av sulfonerad polyfuranplast.

' Den utvändiga diametern var 25Qp och invändiga diameter 8Qp (med toleransernanu iip). De olika proverna valdes för att täcka ett ganska stort område av flödes- och rejektegen- skaper. 0 Varje prov framställdes med olika längder mellan ändarna. Varje prov prövades på genomströmningsflödet och rejektet hos en lösning med 2000 ppm NaCl-lösning vid se kg/cmz påfzsrt tryck till ett så lågt värde som 14,5 kg/cm2 påfört tryck (200 psi). Det osmotiska trycket (à'fi) i inmatningsmaterialet bestämdes till 1,4 kg/cm2.

Flödet och rejektet i varje fiberprov mättes “»åvid var och en av tre fiberlängder och därvid erhölls de försöksresultat, som framgår av nedanstående tabeller IA och IB. Flödet inriktades mot längden såsom visas i diagrammen 1 och 2. Förhållandevis pålitliga extra pole- ringar mot "noll"-längdflödet gjordes för dessa kurvor och har införts inom parentes i tabellerna IA och IB.

I tabellen ingår även värdena på Lcrit, som här beräknats genom tillämpning av ekvationen (1) för varje fiberprov och drifttryck. Under användning av dessa beräknade värden på Lcrit beräknades förhållandet L/LC för varje provlängd och dessas värden anges likaledes i tabellen. Rejektet beräknades på vanligt sätt, R = 100 (1-saltkoncentrationen av genomströmmat material/saltkoncentration i matat material).

Flödet anges såväl i gallon per square feet per dag (gfd) som hastighetsparametern mikron/sekund ty/sek.). Dessa är relaterade medelst 1 gfd = 0,466p/sek; Flödesförhållandet vid varje bestämd längd gentemot "noll"-längdflödet F/Fo uppfördes även i tabellerna.

Tabell 1 A. Olika fiberprover vi p -2117 = 56,7 kg/cm 447 633 Flöde och rejekt i förhållande till fiberlängd 3 ett tryck B. Ett fiberprov 2367-5-4 vid olika tryck _ L L/LC ____gï;¿;g_____ F/Fo nej. L L/LC ___p1111d F/Fo Rei- A(cm) - (gfd) (9/sec) - (3) (cm) _ (gfa) (9/566) _ (%) Iäfiäïfi 2292-14-2. Lcrit = 113 cm. Pihn 13.1 Kg/cm*, L it = 108 cm l 0 o (13.6) (6,3) - - o o (8.2) (3.8) - - 43 _24 13.3 6.2 .98 99.9 41 _38 8.0 3.1 .98 91.1 182 1.95 12.1 5-6 _89 98.3 82 .16 1.6 3.5 .93 96.6 365 1.99 9.2 4.3 .68 92.8 123 1.14 6.2 2.9 .16 96.5 BRQVZ. 2292-14-3, Lcrít = 121 cm. P-An 20.3 kg/cmz, Lcrít = 113 cm. o o (28.2) (13.1) - o o (11.3) (s.3) - 44 _36 21.1 12.6 .96 99.1 41 .36 11.1 5.2 .98 91.1 118 1.41 21.5 1o.o _16 98.9 82 .13 10.1 4.1 .89 91.8 362 2.99 12.5 5.8 .44 89.1 123 1.09 8.1 4.1 .11 91.2 PR0V::2292-6:3; Lcrit = 110 cm P-An 34.9 gg/6m2,'Lcrit 118 cm o o (14.4) (6.1) _ o 9 (18.1) (8.4) - 41 _24 14.0 6.5 .91 99.4 41 _35 11.1 8.2 _99 98.5 122 .68 11.5 5.4 _89 99.1 82 .69 11.9 1.9 .94 98.5 183 1.98 10.3 4.8 .12 91.8 123 1.04 14.2 6.6 .19 91.8 2Rov'=2292-2-1, Lcrit = 239 en P-An 42.1 Kg/cmz, Lcrit 120 cm o o (1.1) (3.6) _ o o (2o.1) (9.1) - 40 .11 1.6 3.5 .99 41 .34 29.5 9.6 _99 98.6 121 .ss 6.8 3.2 _88 98.6 82 .68 2o.o 9.3 _91 98.1 181 .19 6.9 3 2 _90 98.9 123 1.03 16.6 1.1 .so 98.2 2Rov2s2361-5-4, Lerin = 122 cm P-61 49.4 kg/cmz, Lcrít = 129 cm. 0 0 (21.4) (12.8) ~ o o (24.5) (11.4) _ 41 . . _26.8 12.5 .98 98.1 41 _34 24.1 11.2 .98 98.6 82 .61 25.6 11.9 _93 98.9 82 .68 22.1 19.5 _92 98.1 123 1.01 22.9 1o.2 .so 91.8 123 1.93 19.6 9.1 .8o 98.9 . - _,.. 447 655 -.-._- 0 Û Nsöäš ämm u .Rfld nfl> mfiflm .>ona mnmfim .umcmfi unemwcmm mumflm »ngn f.. ..._-u aïnl-:I--Q- l w Emuomfla om» os» www .....-_. --..__ ___ __ _ 447 633 .rä . 2: .É ä efmnßwnw mcnm>oun um>oHa mxflfio xmm umcmfl uosmpcmm mumflu N emuomwo H ._ . ..2.,l..1.|1.. ||nl1|1||1>x..|1|. ||.|1|~||å0w||c.|.i| nlc. I: , , k.. dt ä» ......,.. ,,,.,.,.... .. 447 635 10 kw Qw _¶. «< _; _ 1. »|:-;, UÉ...no._\|_ »oamwcmm . w °@\@ _mn@fi ¥m~mm«-e~@z .Wemnmmflo 1 ... xU>~@ Q «-m->@mN ø ,..._.... _.

I N_.=u\m./_ wfnm .nd #6 447 633 11 ü .-.ur _... ....:..-_...-__._.. ... . en hfl. vwüü 1 ._\._ »oemßcmw ocflcßmnumëocmmuflmw R Q ENHGNHO o» ....|.i!r||... .. .. .. ..|I 1 ._ 1 _ n 12 knä. 54 /lljcnomsfiälrrn/hj Ä 442_6ss 19 Värdena i tabell 1 anger klart, att såväl flöde som rejekt minskar med ökande fiberlängd L. En motsvarande analys av effekten av L på flödet anges i diagram 3, där förhållandet mellan flöde vid vissa längder och "noll"-längdflöde (F/Fo) har inritats gentemot förhållandet mellan den provade fiberlängden L och den kritiska fiber- längden LC, som beräkning enligt ekvation 1:(L/LC). Punk- terna är uppenbart fördelade på så sätt, att kurvan kan uppdelas i fyra kvadranter medelst en vertikal linje, a_vilken motsvarar L/LC = 1 och en horisontell linje, som -motsvarar F/Fo = 0,88. Vid värdena på L mindre än Lb blir flödet 87,5% av "noll"-längdflödet eller större för alla utom en av 15 punkter. För värdena på L större än Le uppgår ' det iakttagna flödet till 83% av "noll"-längdflödet eller lägre för sju av åtta punkter. När L är så stort som två till tre gånger LC, kan det bestämda flödet sjunka till L ett så lågt värde som 40 - 50% av "noll"-längdflödet.

Längdens inverkan på rejektet, som åskådliggöres i tabell 1, framgår även av diagrammet 4 för flera av proverna. För detta diagram användes värdet % saltgenom- flöde och bestämmas genom: saltgenomflödet = (100% - % rejekt). j saltgenomflöde inritas mot förhållandet L/LC i diagram 4.

Det framgår att när L ökar mot LC, % saltgenomlopp ökar blott några få tiondelar av en procent men vid L/LC = 1, börjar % saltgenomloppet att öka ganska snabbt.

Det framgår därför, att den kritiska längden LC mellan ändarna, som beräknats medelst ekvationen här ovan, kan användas som praktiskt värde för bibehållande av såväl hög halt av "noll"-längdflödet som däremot svarande högre saltrejektegenskaper. Det är sålunda uppenbart, att man skall undvika att bygga upp moduler med fibrer, vilkas längd mellan ändarna är större än Le, eftersom därvid föreligger såväl en ganska betydande förlust i effektivi- 447 633 13 teten vid framställningen av genomloppsmaterial liksom en försämring av det genomströmmande materialets kvalitet, vilket kan nå icke godtagbara värden. Det exakta värdet på LC bestämmer emellertid icke alltid en absolut gräns för godtagbart uppträdande. Det kan mycket väl inträffa, att "noll"-längdflödets och rejektets värden är så gynnsamma, att en flödeseffek- tivitet på något mindre än 0,85 kan tolereras tillsammans med några få procents ökning i saltgenomströmningen. Med tanke på detta kan man använda gränser för i 10% kring LC för modultillverkning i praktiken.

Vid ett lämpligt förfarande för framställning av fiberknippen enligt uppfinningen lindas de ihåliga fib- rerna kontinuerligt i omväxlande spiraler och i början med liten diameter under uppbyggande av ett ringformigt knippe. Banlängden för fibrer, som bildar en spiral från knippets ena ände till dess andra ände är en funktion av det radiella läget av fibern i ringen och dess spiral- vinkel. Om sålunda ej lämpliga åtgärder vidtages med avseende på den relativa rotationshastigheten för lind- ningsaxeln och den tvärgående hastigheten från ände till ände av filamentknippet vid lindningen, kommder det att bildas en kontinuerligt ökande längd av fibrerna vid passerandet mellan de två ändarna på knippet, allt eftersom det radiella läget ökar. Förändringarna kan resultera i en flerfaldig ökning av längden på spiralen eller t.o.m. mer. Under vissa betingelser kanske ända upp till det 6- till 10-faldiga. Om sålunda längden av spiralöglan från den ena änden till den andra har bestämts för optimalt flöde och rejekt och den begynnande lindningen på dornen skulle uppnå denna optimala längd, skulle det yttre lindningsskiktet hos ringen komma att kraftigt överstiga den önskade längden. Genom val av i förväg beräknade längder för det speciella förhållandet av z _ ._._._____...___.- _, . ., -_._....,. 447_6ss 1U rotationshastigheten hos lindningsdornen och den fram och åter gående, i tvärriktningen anordnade mekanismen kan spiraler anbringas vid valda radiella lägen i ringen med mycket ringa variation i förhållande till deras längd.

Exempelvis kan en spirallängd från det inre till det yttre området hos ringen aldrig variera mer än 10% från den opti- mala längden.

Man kan anta, att detta tillstånd skulle kunna uppnås genom att man väljer ett kontinuerligt minskande asrjbrhållande mellan dornens rotationshastighet och den tvärgående hastigheten. Detta skulle emellertid leda till andra problem, som har avhjälpts genom föreliggande upp- finning. Det kan påvisas, att vid valda förhållanden mellan rotationshastigheten och den tvärgående hastigheten, spiral- lindningarna kan byggas upp på beräknat sätt ovanpå varandra, och det bildas därigenom åsar. Dessa förhållanden är ound- vikliga vid varje monotont sjunkande diagram. Följden av upphöjningarna blir en uppbyggnad av en ringformig för- packning av spiraler med åsar och dalar, som aldrig är fullständigt fyllda allt eftersom lindningen fortskrider.

Vid förfarandet enligt föreliggande uppfinning undvikes detta problem genom att man väljer en rad separata för- hållanden för lindningens och den tvärgående rörelsens hastighet och man ändrar från ett förhållande till nästa under lindning vid förutbestämda ringlägen.

Ett annat kännetecken på uppfinningen är att det ringformiga knippet av spiraler är självbärande. Även om det är tidigare känt i vissa sammanhang att använda spiral- knippen, är dessa vanligen säkert och permanent förbundna med lindningsaxeln eller -röret, som ursprungligen omfattar dornytan. I motsats till detta har man enligt föreliggande uppfinning funnit förbättrade resultat såväl vid lindningen som vid den efterföljande behandlingen av fiberknippet före dess sammanbindning genom användningen av en hopfällbar, .ne 1 v! 447 633 15 isärspännbar hylsa, som den yta, på vilken direkt lindas de första skikten i knippet. Denna hylsa kan utgöras av t.ex. ett flätat garnrör. Hylsan kan fastgöras över lind- ningsaxeln längs en sträcka, som överstiger den axiella längden av ringen för stöd av ringens insida. En extra längd av den isärspännbara hylsan, som är tillräcklig för att bilda en kontinuerlig, skyddande hylsa för de yttre fibrerna i ringen, som lindas kring ena änden av ringen, uppbäres även på lindningsaxeln. Ännu ett kännetecken på uppfinningen avser ett förfarande för att innesluta ena änden på ringen i det som här ovan kallats bindemedlet.

Uppfinningen skall i det följande närmare för- klaras med hänvisning till de bifogade ritningarna, varå fig. 1 är en perspektivvy av en med ihåliga filament ut- formad separeringsmodul enligt uppfinningen och fig. 2 visar ett brutet längdsnitt genom modulen enligt fig. 1 längs linjen 2-2 i riktning av pilarna och fig. 5, 4 och 5 visar var sitt tvärsnitt längs linjerna 5-3, 4-4 resp. 5-5 i riktning av pilarna i fig. 2. Fig. 6 är en sprängvy av en cylindrisk upplindningsbäraxel och en hopfällbar utspänningshylsa, kring vilken ihåliga filament lindas under tillverkningen av fiberknippet till modulen enligt fig. 1. Fig. 7 är en perspektivvy av bäraxeln med hylsan i läge på denna före upplindningen och fig. 8 är en perspektivvy av bäraxeln och hylsan med fiberspiraler lindade därpå för åstadkommande av fiberknippet. Fig. 9 är en perspektivvy, som åskådliggör avlägsnandet av bär- axeln samt sträckningen och vikningen av hylsan efter slutförd lindning av knippet. Fig. 10, 11 och 12 är delvis schematiska,dellängdvyer, som åskådliggör lindningen av det första, ett mellanliggande resp. det sista eller yttre skiktet i ringknippet. Fig. 13 är en schematisk vy av det inre, yttre och mellanliggande ringskiktet, som åskådliggör läget i vart och ett av dessa skikt, där fibrerna med 447 ess 16 resp. skikt korsar fibrerna i föregående skikt i det färdiga knippet. Fig. 14 är en perspektivvy, som åskådliggör de relativa lägena av ringkníppena och den hopfällbara, isärpressbara hylsan i det färdiga knippet.

Fig. 15 är ett brutet tvärsnitt av det färdiga knippet, som anbragts i en form under bindningsförfarandet, varvid en ände av det ringformiga fiberknippet inneslutes och fig. 16 visar ett delsnitt av en modifierad utföringsform pfsenligt uppfinningen, där fiberåtkomstytplanen i binde- medlet erhålles på olika sätt. Fig. 17 visar ett deltvärsnitt, l varvid ytterligare ett förfarande åskådliggöres för upp- nående av fiberåtkomstplan.

En modul, som konstruerats enligt uppfinningen, har som enhet på ritníngarna betecknats med 20. Modulen visas i sin fullständiga form i fig. 1 - 5 och omfattar en ring 22, som bildas av lindade, permeablq, ihåliga filament och den flätade hylsan 26, som dubbelviks för att skikta filamenten över den större delen mellan de inre och yttre hylssektionerna vid 26a och 26b och med en solid stång 28 sträckande sig i det inre av och upp- tagande ringkärna 30. i Det speciella sätt, på vilket ringen lindas, beskrivas i detalj här nedan. Fibrerna, som har relativt stor diameter, lindas på spiralliknande sätt med varandra närliggande rader lindade i motsatta riktningar i för- hållande till varandra. Det föreligger relativt enhetlig fördelning av fibrer med stor diameter och kanalutrymmen samt de ytor på fibrerna, vilka är användbara för separe- ring. Vid en lämplig utföringsform har de ihåliga fibrerna en yttre diameter på 250 mikron eller mer. I vissa fall är det lämpligt med en yttre diameter på 500 mikron. Även om vilken som helst lämplig ihålig fiber kan komma till användning, skall vid en lämplig utföringsform en ihålig sammansatt fiber utgöras av ett poröst substrat, som är täckt med en viss högfiltrerande rejektspärr. 447 633 17 Ringen 22 inneslutes i ett tryckbeständigt hölje 32 och en tryckhylsa 54 mellan ändplattorna 56 och 58 hålles i läge medelst stavar 40, som är förda genom hål 42, vilka är utformade i ändtappen. Axiella mataröppningar 44 är anbragta i ändplattan 39 för att den fluid, som bearbetas, skall kunna spola utsidan på fibern 22 efter passerande genom ett förfilter 46 och en perforerad skiva 48. I vissa fall kan förfiltret 46 och/eller skivan 48 utelämnas. Vid en lämplig utföringsform utgöres förfiltret 46 av en filtkonstruktion, genom vilken vätskan kan passera och skivan utgöres av ett stelt plastorgan.

Tryckhylsan 54 är försedd med radíella öppningar SO, 52, som bildar utlopp för genomströmmat material resp. koncentrat. Öppningen 50 tjänar som ett snyfthål. Lämpliga O-ringar 57, 58, 60, 62, 64 har anordnats. Änden på ringen 22 i det inre av tryckhylsan 34 är innesluten i en binde- medelsmassa 46, vilket skall beskrivas i det följande.

Sättet för lindning av ringen 22 framgår av fig. 6 - 14. En hopfällbar, expanderbar, flätad hylsa 26 är fäst över en lämplig lindníngsaxel 68 längs en sträcka, som överstiger den axiella längden för ringen, i ändamål att stöda ringens insida. Detta är den yta, på vilken direkt under det första skiktet av ringen 22. Dessutom har anordnats ett stycke expanderbar hylsa, som är till- räckligt för att åstadkomma en kontinuerlig skiljande yta på utsidan av ringen, som lindas kring ena änden av ringen.

Enligt ett lämpligt förfarande för framställning av fiberknippen enligt uppfinningen, lindas de ihåliga fibrerna kontinuerligt i omväxlande spiraler med början på en axel med liten diameter för uppbyggande av ett ringformigt knippe. Såsom angivits i det föregående är banlängden för fibern, som bildar en spiral från ena änden av knippet till den andra en funktion av det radiella läget av fibern i ringen och dess spiralvinkel. Om sålunda . . ..--..-.--.....__...._.._ w... . . . ...-. .. .. 447_ss3 18 nej lämpliga inställningar vidtagas beträffande rotations- hastigheten för lindningsaxeln och den tvärgående rörelsen från ände till ände av knippet eller filamenten under lindningen, kommer man att erhålla en kontinuerligt ökande fiberlängd vid varje passerande mellan knippets båda ändar, allt eftersom det radiella läget ökar. Enligt uppfinningen har man valt i förväg beräknade gränsvärden för det specifika förhållandet mellan rotationshastigheten hos lindningsdornen och den i tvärriktningen fram och åter gående mekanismen samt ett anbringande av spiraler vid ïešfërutbestämda radiella lägen i ringen med ringa variation i Förhållande till dess längd. Exempelvis får 'aldrig en spirallängd från det inre till det yttre området av ringen variera mer än 10% kring den optimala längden, vilket lätt och enkelt kan uppnås.

Medelst en rad olika förhållanden mellan vinkel- hastigheten och hastigheten i tvärriktningen under lind- ningen vid förutbestämda ringlägen undviker man sålunda uppbyggandet av åsar och dalar.

På ritningen har det första skiktet av spiral- lindningar som exempel betecknats med 23, det andra med 24 och det tredje med 25, varjämte i motsatta riktningar har anordnats dessa närbelägna mellanliggande lindningar utan beteckningar.

Härigenom löses problem, som föreligger vid konventionella moduler beträffande tryckförluster, som hör samman med borrningsflödet i en ihålig fiber och som har avseende på fiberlängden och borrningsdiametern. Häri- genom undvikes en ökning av salthaltsgenomloppet och en minskning av det effektiva utnyttjandet av ytan på fibern i förhållande till det nominella "nolU-längdflödet och .flödet och rejektet minskas icke på grund av att fibrerna är "för långa" i förhållande till deras borrningsdimension och genomströmningsgrad. 447 633 Efter avslutad lindning vikes den yttre änden 26b av flätan över ringen 22, varvid den inre änden 26a på flätan kvarlämnas i det inre och dornen 68 avlägsnas och frilägger borrningen 30.

Efter lindningen inneslutes den ena änden på ringen 22 i ett bindemedel 66. Sättet för gjutning av fibrösa och andra material i en gemensam matris är välkänt. Det är även känt att välja bindemedelsföreningar, bland vilka epoxiföreningar må nämnas som exempel, så att deras fören- lighet med fibrer och andra material, som skall inkapslas, möjliggör en hel bindning vid fiberytorna mellan fibrerna eller partiklarna och dess omslutande material. När sålunda ihåliga fibrer skall inneslutas i bindemedlet 66 är det mest önskvärt att fiberytorna är omsorgsfullt fuktade med bindemedlet i dess förpolymiserade vätskeform. Som en naturlig följd av den goda vätbarheten hos fibrerna medelst bindemedlet före dess härdníng, uppkommer det på grund av kapillärkraften mellan fibrerna en tendens hos bindemedlet att före sitt förhärdade tillstånd vandra t.o.m. en betydande sträcka förbi det läge, där ämnet skulle utnyttjas i sitt härdade tillstånd. Vid sammanfogningen skulle detta ledetíll tilltäppning och en förlust av membranytan vid vissa fibrer, eventuella fickor av otätade områden och onödig förbrukning av epoxiförening.

Enligt föreliggande uppfinning påföres en ring av gummicement, som i fig. 15 betecknats med 70 på den uttänj- bara hylsan på lindningsaxeln 68 under lindningen vid*ett läge, vilket slutligen motsvarar de övre områdena 72 på bindemedlet 66, när detta anbringas i formen 74, såsom visas i fig. 5. När därefter fibrerna lindats först på den uttänjbara hylsan och därefter ovanpå de föregående fiber- skïkten, såsom visas i fig. 10 - 13, påföres ett kontinuer- ligt skikt av samma gummicement vid i huvudsak samma läge på ringen. Vid avslutad lindning av hela ringen erhålles en som 447 633 zo en 0-ring utformad spärr av gummicement i ett plan, och denna spärr har som enhet betecknats med 70 och Skiljer den del av fibern, som slutligen skall inbäddas i binde- medlet från den övriga delen av deras längd. För samma ändamål har även änden på den inre isärspännbara hylsan 26a försetts med ett spärrmembran, som är fäst därvid, så att även om här skulle föreligga en möjlighet för kapillär vandring av det förhärdade bindemedlet, denna kapillärkraft brytes vid en axiell punkt i dess läge.

Den produkt, som erhålles efter gjutningen och lindningen, visas i fig. 15, där formen och bindemedlet betecknas med 74 resp. 66. Den icke härdade bíndemedels- föreningen 66 i formen 74 underkastas vibration med underljuds- till ultraljudsfrekvenser medelst en lämplig impulsanordning, t.ex. en vibrationshammare eller ultra- ljudstransformator (ej visad). Fiberknippet 22 nedföres i formen 74, som innehåller den förhärdade bindemedels- '/föreningen 76, vilken under påverkan av vibrationsenergin, som matas till formen, söker vandra in i och fylla ut mellanrummen i knippet med mycket större lätthet än vad som skulle vara fallet om ämnet påfördes blott medelst tyngdkraften.

Efter gjutningen måste fibrerna i ringen öppnas,' så att inträngt material vid de olika borrningarna kan mottagas och uppsamlas i uppsamlingskammaren eller det ringformiga galleriet 71, som utformats i formens gjute blandning och avlägsnas genom öppningen 50. Ett känne- tecken på uppfinningen är att åstadkomma ett inre tryck, som utvecklas i modulen under användningen och som verkar mot fibergjutämnet 66, som.motverkas av en yta på gjut- ämnet 66, i vilken ej förefinnes några fiberändar. Denna yta har i fig. 2 betecknats med 67. Dessutom upptar ytan 67 på bindemedlet det axialtryck, som utvecklas av det inre hydrauliska tryck, vilket verkar mot den inåt vända ytan på bindemedlet. iii 447 633 21 Enligt uppfinningen befinner sig ändarna på fibrerna, som skäres eller frilägges för att bilda ytor för genomströmningsflödet, i åtkomliga ytor på binde- medlet vid olika nivåer eller med en annan vinkel än ytan på bindemedlet, som kräves för upptagande av axial- tryckkraften, eller anordnas de på båda dessa sätt.

Det har visat sig, att om ett antal vinkelvärden åstadkommas vid ändarna av cylindern med fibrer inne- hållande bindemedel, förbindelsepunkter nära mitten på ytan 69 uppåt och utåt med punkter i ytan 71 på den ringformiga pelargången med de i bindemedlet, som bildar de kontinuerliga kanalerna förbindande ytorna 69, 71 och bildar en spets i ytan längs 78 såsom framgår av figurerna har alla fibrer öppna ändar, som är vända mot pelargången 76.

Såsom visas i fig. 3 omfattar de tre V-formiga ytorna sex åtkomstytor 79, som bildar sned vinkel med basen på bindemedlet. Dessa åtkomstytplan, vilka erhålles genom skärning, kommunicerar med den ringformiga pelar- gången i lågtrycksområdet med den sammansatta modulen och möjliggör därvid lätt åtkomst till systemet för uppsamlïng av genomströmningsmaterialet. framställningen av planen J genom skärning av bindemedlet åstadkommas vid en lämplig utföringsform vid en tidpunkt under härdningscykeln för bindemedlet före dess slutliga härdning. Genom val av ett bindemedel samt styrning av tid och temperatur efter ned- doppningen av fiberknippet i gjutformen, antar bindemedels- föreningen ett tillstànd, i vilket den lätt kan skäras utan uppkomst av icke önskade avnötningsprodukter, som till- sluter fiberöppningarna men fortfarande med tillräcklig elastisk integritet för att skäras rent medelst ett skarp- slipat blad. Efter härdning slutföres härdningen av bindemedlet medelst värme och/eller förlopp av tid. 447 633 29.

En modifierad utföringsform av uppfinningen, som har avseende på åstadkommande av skurna fiberändar i ett åtkomligt ytplan för bindemedel visas i fig. 16. I detta exempel lindas fiberspiralknippet på så sätt, att ena änden av fiberhöljet följer en kontinuerligt ökande, spetsigare vinkel och bildar en koniskt avsmalnande insida längs en sträcka, som antytts medelst den med klammer antydda sträcka, som i fig. 16 betecknats med 80. När denna koniskt avsmalnande ände på den ringformiga delen av fibrerna ingjutes i en form, monteras den längs en avsatsformig tapp 81 på så sätt, att bindemedelsföreningen i samverkan därmed omsluter änden på fiberknippet och t?PDen. Efter härdningen bearbetas en smal ringformig, :~*åtkomlig yta 79 in i bindemedelsföreningen vid en nivå ovanför bärytan, som bildas av tappen.

Ytterligare en utföringsform av uppfinningen visas i fig. 17. I detta fall framställes ett lindat knippe av filament med öglor vid den ena änden, som sträcker sig vinkelrätt mot knippets huvudaxel.

På dornen kan anbringas en tunn skiva, vars diameter är flera centimeter större än dornens diameter.

Under limningen föres garnet i tvärriktningen axiellt förbi denna skiva, så att en del av garnet från varje ögla vid lindningen kommer att sträcka sig över den yttre kanten på skivan, innan garnríktningen omkastas. Resultatet av denna lindning blir, att vid ena änden av det spiral- lindade knippet bildas en cirkulär utbuktning av fibrerna, vilkas axlar vid detta ställe bildar i huvudsak rät vinkel med ringaxeln. Senare blir hela den flänsliknande cirkulära utbuktningen av fibrerna plus ytterligare ett område axiellt innanför denna utbuktning platsen för insprutning av bindemedlet. Gjutformen för ett sådant sammanfogande bildar organet för bildandet av segment i 447 633 _ - 'JC- _. 23 bindemedlen med fibrerna i det flänsliknande knippes- förlängningen belägna i nämnda segment av bindemedlet.

Efter fu1lständig.härdning av bindemedlet är det möjligt att åstadkomma öppna fiberändar i de fiberstycken, som är belägna vinkelrätt mot ringens huvudaxel genom skärning av segmentzoner i bindemedlet, i vilket den flänsliknande utbuktningen av fibrer har inbäddats. Sålunda åstadkommas ett åtkomstplan 79, där varje sådan segmentzon av binde- medel har avbrutits från kroppen i formen. Öppna ändar på fibrerna kommer ånyo att befinna sig i plan, som bildar en viss vinkel, vanligen rät vinkel med den yta, mot vilken utövas axialtrycket mot bindemedlet under moduldriften.

Ett annat kännetecken på uppfinningen avser tät- ningen av de' koncentrerade tryckregionerna i modulen, som är åtskilda från modulens område för uppsamling av genomströmningsmaterial.

Enligt föreliggande uppfinning är uppsamlings- kammaren 76 för uppsamling av genomströmningsmaterial tätat mot den under tryck stående koncentratregionen i bindemedlet medelst O-ringar 56, 58 med ett snyfthål 54, som dessutom skyddas av O-ringsätet 60 i ändamål att möjliggöra läckning av koncentrat ur modulenheten utan oavsiktlig sammanblandning med genomströmningsmaterialet.

Det under tryck stående koncentratet avlägsnas vid öpp- ningen 52, som är tätad medelst 0-ringar 60 och 62. Även om 0-ringarna är gömda under drift av modulen kan eventuell läckning förbi dem lätt upptäckas och korrigering genomföras. 0-ringarna 58, 60 begränsar en mellanzon mellan uppsamlingszonen, som omfattar en uppsamlingskammare 71 och tryckzonen, som omges av det tryckbeständiga höljet 52. 447 635 2.” _ - :__ Vid de tidigare kända modulerna har tryckhöljet utgjortsp av en cylindrisk kammare med tanke på det vedertagna sättet att uthärda höga hydrostatiska tryck. Kravet har ställts på höljet att klara av såväl ringformiga belastningar som axiella belastningar genom förbindelse med ändplattorna.

Dessutom har ändplattorna 8 monterats på höljet och an- slutits medelst snäppringar e.l., som upptar axialpå- känningen mot ändplattorna och överför denna till höljes- ytan genom spår eller andra förbindelseåsar e.l. Detta har krävt, att höljet skulle ha betydande tjocklek samt mekanisk integritet i alla riktningar. Enligt föreliggande uppfinning fasthåller dragbultarna 40 de två ändplattorna 36, 38 vid tryckcylindern vid varandra och eliminerar därigenom axiella påkänningar på höljet. Genom användning av dessa påkänningar upptagande stänger har man även eliminerat problem, som är förknippade med att förena ändplattorna med höljet medelst snäppringar 0.1. Dessa kännetecken möjliggör *Neamciara tillverkning av själva höijat sant sammansättning och isärtagning av hela systemet liksom åtkomst till dess inre delar.

Sålunda har förutom andra fördelar man uppnått alla de fördelar, som förklarats i det föregående.

Claims (9)

IV UT 447 653 P a t e n t k r a v

1. Förfarande för separering av beståndsdelarna av en gas/gas-, vätska/vätska- eller en vätska/fast material- blandning eller -lösning, vilken blandning eller lösning under tryck föres till en ihålig filamentseparationsmodul, som omfattar en bunt semipermeabla ihåliga filament, varvid permeatet passerar genom väggarna 1 filamentet och separeras från andra beståndsdelar av blandningen eller lösningen, vilken bunt har formen av en ihålig rak cirkulär cylinder och består av ett antal filamentlager, vilka lager samtliga omfattar filament, som samtliga är anordnade i en spiral, med spiralerna i angränsande lager lindade i motsatt riktning, vilka filament antingen samtliga har bägge ändar öppna eller samtliga har ena änden tillsluten och en ände öppen, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att filamentens uträtade längd, när båda dess ändar är öppna eller två gånger den uträtade längden av filamenten när en ände är tillsluten och en ände är öppen hålles mindre än eller lika med Lkrit i cm, varvid Lkrit = \/(1>_~an );<(I1>)5 x (Rf SOF där P = modulens inmatartryck i kg/cm2 An, = osmotisk tryckskillnad mellan den matade lösningen och det genomströmmade materialet i kg/cme ID = filamentets inre diamter i mikron ( p) R = förhållandet-mellan filamentets inre diameter och dess yttre diameter F = flödet i filamentet baserat på dess yttre diameter vid det effektiva drifttrycket uttryckt som en hastighet i mikron per sekund ( p/sek.). 447_§33 26 __

2. Modul för genomförande av förfarandet enligt kravet l för separering av beståndsdelarna av en gas/gas-, vätska/vätska- eller en vätska/fast materialblandning eller -lösning, vilken blandning eller lösning under tryck föras till en ihålig filamentseparationsmodul, som -omfattar en bunt semipermeabla ihåliga filament, varvid permeatet passerar genom väggarna i filamentet och sepa- reras från andra beståndsdelar av blandningen eller lös- ningen, vilken bunt har formen av en ihålig rak cirkulär cylinder och består av ett antal filamentlager, vilka lager samtliga omfattar filament, som samtliga är anord- nade i en spiral, med spiralerna i angränsande lager linda- de i motsatt riktning, vilka filament antingen samtliga har bägge ändar öppna eller samtliga har ena änden till- sluten och en ände öppen, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att fibrerna väljes med en utvändig diameter mellan 100 mikron och 1000 mikron och en inre diameter, ísom är mellan 0,3 och 0,8 gånger den yttre diametern. =--§ *~\~/' , ,

3. ' 3. Modul enligt kravet 2, i vilken som filament väljes en sammansatt ihålig fiber, som omfattar ett poröst underlag, vilket är belagt med en spärr för filtrerings- rejekt.

4. Modul enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att filamentet är belagt med hög spärr för filtreringsrejekt för användning vid tillämpning av omvänd osmos.

5. Modul enligt något av kraven 2-4, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att organ är anordnade att alstra en inmatning under tryck vid ena änden av knippet för att alstra ett flöde på utsidan av filamenten i en riktning, som i huvudsak är parallell med axeln på fila- mentknippet.

6. Modul enligt något av kraven 2-5, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att en ring av filament består 'av ett antal skikt semipermeabla ihåliga filament med zvl varje sådant skikt anordnat att bilda en spiral med när- liggande skikt tvinnad i motsatt riktning, att varje filament har två öppna ändar, vilka kan förekomma vid samma av de motsatta ändarna av ringen, att banlängden mellan de öppna ändarna ligger inom 10% avvikelse från L kritiskt i cm och att filamenten uppvisar ett flöde på åtminstone l mikron per sekund vid ett effektivt driv- tryck på 20 kg/cmz mätt på fibersegment med en längd understigande eller lika med 25 cm.

7. Modul enligt något av kraven 2-6, k ä n n e t e c k- n a d d ä r a v, att ringen omfattar en kanal, att en hylsa är anordnad i kanalen, vilken hylsa sträcker sig ut från kanalen och är rullad runt den ena änden av ringen för skydd av denna.

8. Modul enligt något av kraven 2~7, k ä n n e t e c k- n a d d ä r a v, att den yttre diametern på det ihåliga filamentet överstiger 100 mikron.

9. Modul enligt något av kraven 2-8, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att den inre diametern på det ihåliga filamentet är mellan 0,2 och 0,9 gånger den yttre diametern.