SE529548C2 - Permeatrör - Google Patents

Description

25 30 35 r 529 548 2 Uppfinningen Spirallindade membran (eller spiralvindade membran) kan användas för mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering, eller omvänd osmos.

Penneatet -rör sig i spiral inuti membranet till uppsamlingsröret, fortsättningsvis definierat som permeatröret, och det uppsamlade permeatet utgår genom den ena eller båda ändarna hos röret.

Mikrofiltrering är den grövsta av membranfiltrerings klasserna med ett intervall av 0,1 till 10 mikron (pm). Ultrafiltreringsmembran klassificeras av värdet på den minsta molekylvikt som kvarhålles av membranet, 90 % av denna skall kvarhàllas av membranet. Ultrafiltreringsintervallet sträcker sig från kvarhållande av molekylvíkter från 1000 till 500.000.

Nanofiltreringsmembran kvarhåller lösta molekyler med en molekylvikt inom området 100 till 1.000. Omvänd osmos har de tätaste membranen, vilka är kapabla att separera även de minsta molekylerna. Membran framställs av en stor mångfald material, som inbegriper sintrade metaller, keramer och polymerer. Framställningsprocesserna resulterar i ett antal olika membranstrukturer som, mikroporösa, asymmetriska, komposita och så vidare.

Spiralmoduler eller spirallindade membrankassetter framställs genom att ett vävt plastnät som fungerar som perrneatkanal som placeras mellan två membranlager varpå tre sidor försluts. Den fiärde sidan av denna sandwich fastsättes på permeatröret. Ett annat plastnät, som fungerar som tillförselkanal, placeras över och allt lindas runt det centrala permeatröret. Denna modul kan också klara höga tryck men är känslig för blockering av tillförselkanalerna av suspenderade partiklar.

Permeatet passerar genom membranlagren eller skikten för passage genom ett antal transportorgan i permeatröret. Permeatröret framställs lämpligen av relativt styvt material eftersom det är det centrala nav eller kärna runt vilket de andra kassettelementen lindas.

Man har följaktligen funnit att den totala funktionen hos den spirallindade membrankassetten kan förbättras genom att tillhandahålla ett permeatrör för ett spirallindat membran, som innefattar åtminstone en rörformad enhet som har en stor mängd permeattransportorgan fördelade över 10 15 20 25 30 35 529 5348 enhetens längd, och en eller flera spår som förbinder permeattransportorganen. Spârenbildar flödeskanaler längs enheten. På detta sätt framställs permeatröret enligt uppfinningen av en eller flera rörformade enheter försedda med en stor mängd permeattransportorgan för transport av permeat från lagren av membran eller skikt till det inre av enheten. Permeattransportorganen kan utgöras av hål, snitt, slitsar, perforeringar eller öppningar, företrädesvis hål eller snitt, företrädesvis hål. Transportorganen kan vara jämt fördelade eller gradvist tilltagande längs rörets längd, företrädesvis är transportorganen jämt fördelade längs rörets längd. Lämpligen finns transportorganen anordnade på linje i en eller flera rader längs rörets längd, det kan flnnas en, två, tre eller fyra rader av transportorgan, och företrädesvis finns det tvâ rader. Röret är på rörets yttre vägg försett med ett eller flera spår som bildar flödeskanaler, som tranporterar permeat via transportorganen till det inre av permeatröret. Spåren kan omge rörets omkrets som en spiral och förbinda organen för permeattransport, lämpligen finns en, två, tre eller fyra spiralformade spår som förbinder organen för permeattransport.

Företrädesvis finns två spiralformade spår som förbinder organen för permeattransport. Spåren har ett djup inom intervallet från omkring 0,25 till omkring 2,5 mm, lämpligen inom intervallet från omkring 0,5 till omkring 1,5 mm, och företrädesvis inom intervallet 0,75 till 1,25 mm.

Spårens djup är vanligen inom intervallet 1:6 till 1:2 av godstjockleken hos permeatröret, lämpligen inom intervallet 1:5 till 122,5, företrädesvis inom intervallet 1:4 till 1:3.

Röret kan framställas som en rörforrnad enhet med transportorganen för _ perrneat och spåren som bildar flödeskanaler, eller kan byggas upp genom att sammanfoga två eller flera rörformade enheter med transportorgan för permeat och spår som bildar flödeskanaler ände mot ände. När det finns mer än en rörformad enhet kan röret framställas av två enheter. som har en änddel och en anslutningsdel som är förenade antingen utan några andra enheter eller med en eller flera enheter som har två, anslutningsdelar beroende på rörets längd. Företrädesvis framställes röret av två enheter som har en änddel och en anslutningsdel förenade tillsammans med en enhet som har två anslutningsdelar sammanfattningsvis tre rörformade enheter. 10 15 20 25 30 35 529 548 Enligt uppfinningen har insidan av den rörformade enheten ett cirkulärt eller polygonalt tvärsnitt. När tvärsnittet är polygonalt kan det vara fyrsidigt, femsidigt, sexsidigt, sjusidigt eller åttasidigt, lämpligen är tvärsnittet sexsidigt eller åttasidigt och företrädesvis är tvärsnittet sexsidigt. Ett polygonalt tvärsnitt möjliggör en lättare hantering när membranskikten skall lindas (eller vindas) runt permeatröret, innebärande tidsbesparingar, och som också möjliggör ett tätare lindande av kassetten utan behov av extra verktyg eller element. Enligt en föredragen utföringsform finns det polygonala tvärsnittet i en del av enheten som har åtminstone en änddel. Enligt en annan föredragen utföringsform är tvärsnittet cirkulârt och i en del av enheten som har åtminstone en änddel finns en skära i det cirkulära tvärsnittet för att möjliggöra ett lättare hantering när membranskikten lindas runt permeatröret.

Materialet i röret kan utgöras av metall, kompositmaterial, plastmaterial, polymermaterial, glas eller glasfiber, det polymera materialet väljes lämpligen från en grupp bestående av polyeten, polyfenylensulfid, polypropen, acetal, akrylnitril-butadienstyren (ABS). ABS' polykarbonatföreningar, polystyren, polystyren-butadien, Pfflyefefímíd, polyvinylklorid, polysulfo-n, polyetereterketon (PEEK) eller poly(fenylenoxid) eller blandningar av dessa. Företrädesvis kan alla plastmaterial som lämpar sig för formsprutning användas.

Uppfinningen innefattar även en spirallindad kassett som innehåller ett perrneatrör av ovan beskrivet slag. Spiralmembrankassetten enligt föreliggande uppfinning kan framställas av en mängd membranskikt, en mängd organ för permeattransport, och en mängd mellanplattor lindade runt permeatröret.

Det föreslås också ett sätt att framställa det ovan beskrivna perrneatröret.

Sättet enligt uppfinningen innefattar: (i) att hälla monomert material, d v s monomerer och/eller sammonomerer, i formar som »har negativ återgivning av en eller flera spår som bildar flödeskanaler och negativ återgivning av mängden permeattransportorgan; 10 15 20 25 30 35 529 548 (ii) polymerisering av de monomera materialen för att forma enheter som har två änddelar, enheter som har en änddel och en anslutningsdel, och/eller enheter som har två anslutningsdelar; och (iii) valfritt förena två eller flera rörformade enheter formade i steg (ii) ände mot ände.

Enligt föreliggande uppfinning kan de rörformade enheterna formas som en del, eller så kan enheterna formas som två avlånga halva delar av de rörformiga enheterna och de två delarna limmas sedan, eller förenas genom påverkan av lösningsmedel eller ultraljud längs långsidorna, företrädesvis formas enheterna som en del. Enligt en i föredragen utföringsform av sättet enligt uppfinningen formas enheten eller röret som en del i en två-delad form vilka två delar av formen sträcker sig längs enhetens eller rörets längd och innefattar negativ återgivning av enheten eller tuben.

Sättet kan också innefatta limning, sammanfogning med hjälp av lösningsmedel eller sammansvetsning med ultraljud av rörformade enheter eller delar för att forma permeatröret.

Sättet enligt uppfinningen innefattar också sammanfogning av en eller flera rörformade enheter ände mot ände, t ex två enheter som har en änddel och en anslutningsdel, varvid enheter som formats i olika formar förenas. Beroende på den önskade längden hos det färdiga permeatröret innefattar sättet sammanfogning av två enheter som har en änddel och en anslutningsdel med åtminstone en enhet som har två anslutningsdelar.

Permeatröret enligt uppfinningen kan användas i spiralmembrankassetter använda för mikroflltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering, eller omvänd osmos och membranen används lämpligen för applikationer som avsaltning. Andra utföringsformer av uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.

Kort beskrivning av ritninqgna Figur 1 visar ett tidigare känt permeatrör. 10 15 20 25 30 35 529 548 Figur 2 visar en del av ett föredraget permeatrör enligt uppfinningen.

Figur 3 visar en annan vy av denna del av det föredragna permeatröret Figur 4 visar en föredragen tvärsektion av röret enligt uppfinningen.

Figur 5 en föredragen tvärsektion av röret och en föredragen form i två delar.

Detal'|erad beskrivning av de föredragna utföringsformerna.

Ett känt permeatrör visas i figur 1, de kända permeatrören är vanligen framställda av styva plaströr med en stor mängd borrade hål längs rörets längd.

Permeatröret enligt uppfinningen visas i figur 2. Röret innefattar åtminstone en rörformad enhet 1, en mängd transportorgan för perrneat fördelade längs enhetens längd, enligt en föredragen utföringsform utgöres transportorganen för permeat av hål 2. Ett eller flera spår '3 bildar flödeskanaler som cirklar runt röret/enheten i spiralformlängs dess längd.

I figur 2 visas två spår 3. Flödeskanalernaförenar transportorganen. för permeat d. v.s. hålen i figur 2. Hålen är jämt fördelade längs enhetens längd itvå rader på diagonalt motsatta sidor hos enheten. Det föredragna permeatröret är uppbyggt av tre rörforrnade enheter som kopplats samman ände mot ände, två enheter har en slutdel 5 och en anslutningsdel 4 och en enhet har två anslutningsdelar 4 en i varje ände av enheten. Den enhet som har två anslutningsändar finns mellan de två enheter som har en slutdel och en anslutningsdel. Företrädesvis är enhetens tvärsnitt sexsidigt som framgår av figur 4.

Figur 5 visar en vy av en tvärsektion av enheten eller röret tillsammans med den föredragna tvådelade formen 6, vilken har medel för negativ återgivning av ett ellerflera spår och negativ återgivning av en stor mängd hål för permeattransport. Formen är uppbyggd av två delar för att möjliggöra ett enkelt uttagande av enheten eller röret.

Den föreliggande uppfinningen förklaras i ytterligare detalj genom ett exempel. 10 15 20 25 30 35 529 548 Mellan ändarna på membranskikten och den yttre ytan hos permeatröret uppstår ett tryckfall, vilket kan orsakade en minskning av membranets funktion. Trycket påverkar både flöde- och fluxhastigheten.

Permeatflödet definieras här som den volym permeat som under en given tidsrymd passerar membranet. Permeatflödet mäts i liter (dma) per timma.

Permeatfluxen definieras här som den volym permeat som passerar en given membranyta under en given tidsperiod. Permeatfluxen mäts i liter (dmß) per kvadratmeter per timma. l följande exempel genomförs en undersökning av tryckets påverkan på flödeshastigheten och fluxhastigheten och en jämförelse görs mellan ett spirallindat membran enligt tidigare känd teknik och ett spirallindat membran enligt uppfinningen. Ändamålet med exemplet är att illustrera prestanda hos permeatröret enligt uppfinningen, och är inte avsett att begränsa ramen för uppfinningen.

Exempel 1 Permeatröret enligt uppfinningen jämfördes med ett standard permeatrör enligt känd teknik, permeatröret enligt uppfinningen har två rader av hål 2 och två spiralformade spår 3 förbundna med hålen, och standardröret har fyra rader hål och inga spår. Runt de testade permeatrören- fanns membranskikt, skikt för permeattransport, och distansskikt lindade.

Testema genomfördes parallellt i rör under tryck. Trycken mättes in till och ut från rören vid rörens ändar, vilket gav ett genomsnittligt tryck av mellan 2 bar och 10 bar. Temperaturen var 20°C och omgivningstrycket var 1,0 Bar, och flödet genom rören var 30 mS/h under testkörningen.

Resultaten framgår i tabell 1. i 529 548 Tabell 1 Tid P Permeatröret enligt Det kända permeatröret minuter Bar :Lioofi ninuen ' Permeat Permeat Permeat Permeat flöde flux flöde flux dma/h dms/(mzxh) dm3/h dm3/(m2xh) 0 1 ,93 _ 1550 92 1450 86 15 3,03 2300 137 2200 131 30 4,06 2750 164 2530 151 40 5,05 3025 180 2860 170 50 6,07 2970 177 I 2750 164 so 6,93 3190 190 soso 193 100 7,93 3630 216 3520 210 105 9,01 4070 242 3960 236 120 10,10 4510 268 4290 255 Försöksresultaten visar att kapaciteten hos permeatröret enligt 5 uppfinningen avseende flux genom membranet ökar mellan 5 och 10 % jämfört med permeatröret enligt känd teknik. Rörens prestanda avseende flödeshastighetema visar samma resultat.

Claims (19)

10 15 20 25 30 35 529 548 67' Patentkrav

1. Permeatrör för spirallindade membran innefattande åtminstone en formgjuten eller formsprutad rörformad enhet (1), vilken enhet kan sammanfogas med en eller flera formgjutna eller formsprutade rörformade enheter (1), varje enhet (1) har fördelat längs sin längd en mängd av permeattransportorgan (2), och ett eller flera yttre spår (3) som bildar flödeskanaler som förbinder permeattransportorganen (2), varvid insidan av den rörformiga enheten har polygonalt tvärsnitt.

2. Permeatröret enligt krav 1, varvid mängden av permeattransportorganen (2) är fördelade längs den rörformade enhetens (1) längd i en eller flera rader.

3. Permeatröret enligt krav 2, varvid mängden av permeattransportorganen (2) är fördelade i två rader längs enhetens längd och på diagonalt motsatta sidor av enheten.

4. Permeatröret enligt något av föregående krav, där ett eller flera spår (3) bildar flödeskanaler som spiralformigt förenar mängden av permeattransportorganen (2) runt enheten (1) och längs enhetens längd.

5. Permeatröret enligt något av föregående krav, varvid enheten (1) har två spår (3) som spiralformigt förenar mängden av permeattransportorganen (2) runt enheten (1) och längs enhetens längd.

6. Permeatröret enligt något av föregående krav, varvid mängden av permeattransportorganen (2) är jämt fördelade eller gradvis tilltagande fördelade längs enhetens (1) längd.

7. Permeatröret enligt något av föregående krav, varvid mängden av permeattransportorganen (2) är jämt fördelade längs enhetens (1) längd.

8. Permeatröret enligt något av föregående krav, varvid enheten (1) består av en rörformad enhet eller två Iångsträckta halvsidor av den rörformade enheten sammanfogade längs de långsträckta halvsidorna av de sektioner som bildar den rörformade enheten. 10 15 20 25 30 35 i 529 548 /0

9. Permeatröret enligt något av föregående krav, varvid permeatröret är uppbyggt av två eller flera rörformade enheter (1) sammanfogade ände mot ände.

10. Permeatröret enligt något av föregående krav, varvid permeatröret är uppbyggt av rörformade enheter (1) innefattande enheter som har två änddelar (5) och ingen anslutningsdel, enheter som har en änddel (5) och en anslutningsdel (4), enheter som har två anslutningsdelar (4), och kombinationer av dessa.

11. Permeatröret enligt något av föregående krav, varvid insidan av den rörformiga enheten har ett fyrsidigt, sexsidigt eller åttasidigt tvärsnitt.

12. Permeatröret enligt något av föregående krav, varvid röret är framställt av ett polymert material valt ur den grupp som innefattar polyeten, polymetylpenten, polyfenylensultid, polypropen, cellulosapolymerer, acetal, akrylnitrilbutadienstyren (ABS), ABS- polykarbonatföreningar, polystyren, polystyren-butadien, polyeterimid, polyvinylklorid, polysu|fon,polyetereterketon (PEEK) eller poly(fenylenoxid), eller blandningar av dessa.

13. En spirallindad kassett innefattande ett permeatrör enligt något av kraven 1 till 12 runt vilket permeatrör ett eller flera permeattransportskikt, ett eller flera membranskikt och ett eller flera distanssskikt är lindade.

14. Ett sätt att framställa ett permeatrör enligt något av kraven 1-12 innefattande: (i) hällande av polymert material i formar som har negativ återgivning av ett eller flera spår och negativ återgivning av ett antal permeattransportorgan; (ii) bildande av enheter som har två slutdelar, enheter som har en slutdel och en anslutningsdel, och/eller enheter som har två anslutningsdelar; och (iii) om så önskas sammanfogande av två eller flera enheter framställda i steget (ii) ände mot ände.

15. Sättet enligt krav 14, varvid de rörformade enheterna formas som en del eller gjuts som två långsträckta halvsektioner av de rörformade enheterna. 10 15 529 548 //

16. Sättet enligt krav 14 eller 15, varvid de rörformade enheterna limmas, sammanfogas med hjälp av lösningsmedel, eller sammansvetsade med ultraljud för att bilda permeatröret.

17. Sättet enligt något av kraven 14 till 16, varvid två rörformade enheter har en slutdel och en anslutningsdel limmas, sammanfogas med hjälp av lösningsmedel eller sammansvetsas med ultraljud, eller en eller flera rörformade enheter med två anslutningsdelar limmas, sammanfogas med hjälp av lösningsmedel eller sammansvetsas med ultraljud med två rörformade enheter som har en slutdel och en anslutningsdel.

18. Användning av en spirallindad membrankassett enligt krav 13, som ett membran för mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering, eller omvänd osmos.

19. Användning av en spirallindad membrankassett enligt krav 18 för avsaltningsförfaranden.