WO2008000306A1 - Stacked hollow fiber module - Google Patents

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WO2008000306A1 PCT/EP2007/000979 EP2007000979W WO2008000306A1 WO 2008000306 A1 WO2008000306 A1 WO 2008000306A1 EP 2007000979 W EP2007000979 W EP 2007000979W WO 2008000306 A1 WO2008000306 A1 WO 2008000306A1
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Definitions

  • the present invention relates to a capillary or hollow fiber module for the filtration and separation of liquids in dead-end and / or cross-flow operation, its arrangement in a process engineering system and its operation with the features of the preamble of claim 1.
  • capillary modules should be dealt with exclusively. This is for the reason that in such large applications such.
  • the capillary membrane is already a firmly integrated and accepted process engineering component and in these areas is an enormous growth potential of membrane technology.
  • capillary is used as a collective term for the terms commonly used in practice hollow fiber, capillary and tube and covers tubes / tubes with an inner diameter of about 0.1 to about 250 mm, usually those with about 0 , 3 to about 6 mm can be used.
  • the wall of the tubes / tubes is always a more or less permeable membrane, which is reinforced in some embodiments by a substrate or by tissue.
  • Capillary modules are used in the art for filtration, separation, diffusion, pervaporation, dialysis, and other separation techniques. Bioreactors are also manufactured on the basis of capillary modules. The advantages of a capillary module are, above all, the low risk of clogging, the ability to backwash, the compactness of the modules and the relatively low production costs.
  • the original and hitherto largely conventional form is that in which a bundle of capillaries which are open on both sides is introduced into a tubular housing and cast at both ends.
  • the fluid to be treated is pressurized by the
  • the capillaries are flowed from the outside and permeate is discharged through the interior of the capillaries.
  • the driving force can be either pressure on the outside of the capillaries or a negative pressure in the interior thereof.
  • capillary bundles without housing are immersed in liquid.
  • the driving force is usually a negative pressure applied on the inside, or also an externally applied pressure (liquid level in the immersion tank) or a combination of both.
  • Fig. 6 is intended to serve.
  • Z is supply
  • R is retentate outlet
  • P permeate outlet
  • module group A products are summarized in which the fluid feed takes place at one end on one end and the retentate discharge on the other end at the end.
  • the flow of the fluid to be processed takes place inside the capillaries.
  • Permeate discharge takes place via a connection on the module housing.
  • the modules are usually flowed from below.
  • this modular design and mode of operation is chosen. It is usually driven with higher "loaded” media in cross-flow mode.
  • module group B products are grouped together that are identical to those of group A, but run in dead-end mode. Retesting usually takes place only sporadically or to such an extent that no appreciable flow prevails inside the capillaries. As a rule, several such modules are also arranged in parallel racks. Again, the flow is usually from below. This modular design and mode of operation is used for relatively low loaded media (such as drinking water).
  • module group C products are summarized, which are indeed similar to those of the groups A and B, but the principle is reversed, so that the capillaries are flowed through from outside to inside of permeate.
  • the supply fluid enters the module at one end of the housing, flows around the capillaries from the outside and leaves the housing via a connection on the circumference of the housing tube.
  • the permeate exits at the other end of the housing.
  • several modules are arranged in parallel in racks. The flow always takes place from below.
  • This module family can be used for mediocre media (such as wine or sewage treatment plant effluent).
  • module group D products are compiled that are identically structured as those of group C, but are operated in dead-end mode.
  • the construction of such modules also takes place in parallel in so-called racks.
  • the flow is always from below.
  • the applications for such modules are in areas such as those of Group B. With regard to the mode of operation, however, the difference is that one works with more frequent retentate side flushes and drains.
  • Group E includes products that are also referred to as "submerged" modules. They are immersed without external housing in the liquid to be filtered (fluid) and can only be operated in the dead-end process. Such modules can be used both for low-load (eg drinking water) and for very high-loaded Media (eg, activated sludge) can be used as the capillaries are moved and "purged" by a stream of blown in and rising air bubbles.
  • the capillaries are arranged vertically and cast in one or both sides.
  • Module group F comprises products that are also immersed in the medium to be processed and operated only in the dead-end process. However, the capillaries are arranged horizontally. These modules can only be used in liquids that have been freed of coarse and fibrous material. They are also moved with an ascending air bubble stream and "cleaned".
  • the filtrate direction designates the flow direction of the permeate through the wall of the capillary. This can be done from the inside to the outside, wherein the filtering layer is then located on the inner surface of the capillary.
  • the Filtratraum can also be done from the outside in, in this case, the filtering layer is to be found on the outer surface of the capillary.
  • capillaries are housed in a pressure housing and are usually poured in at both ends. Capillaries can also lie freely in the medium without pressure housing.
  • a “driving force” is required. This can be a pressure above or below atmospheric pressure.
  • Capillary modules can be operated in the dead-end or in the cross-flow method.
  • dead-end operation the driving pressure force is applied to the capillary without it being significantly overflowed.
  • cross-flow operation there is a significant overflow, which is suitable for removing deposits on and a covering layer on the membrane surface or keeping it low.
  • Room space requirement is the space required by the membrane surface of several modules in the installed state (rack).
  • the space requirement is given in m 2 / m 3 .
  • TMP transmembrane pressure
  • Backwashing is performed so that periodically a clean fluid (usually permeate) is forced from the permeate side of the membrane to the retentate side. This serves the purpose of "lifting off” deposits on the membrane, thus keeping the top layer low and the performance high.
  • Dead-end modules often use a so-called fast-flush method. This is understood to mean the brief full opening of the retentate outlet in order to push out the concentrated module contents and to achieve a certain top layer degradation.
  • the integrity of the capillaries is tested by means of an integrity test. Usually a pressure holding test is carried out. If the pressure hold test is positive, this means that one or more defective capillaries are present in an assembly of modules (usually a rack) or in a single module. If the integrity test detects that defective capillaries are present, the task is to find out which and where they are. The usual methods for this task are the air bubble test or the "fountain test" on the single module. For a good process control, it is also important that the capillaries in a module have a chosen arrangement and also retain. An accidental arrangement or one that may change significantly during operation is not favorable.
  • Retentate-side dead zones are zones in the capillary bundle, which are insufficiently flown in one or more modes of operation. The same applies to permeation dead zones.
  • Another disadvantage is the high capillary stress. Especially with submerged modules, the capillaries tire over time due to the constant movement caused by the air bubble flushing. For pressure-operated modules, the tensile stress on the capillaries due to the pressure drop across the length of the capillary must be taken into account. This leads to short membrane life and reduced efficiency. Furthermore, there is the danger of membrane breakthroughs and flaking, whereby microorganisms, pollution, etc., get on the permeate side and can contaminate the permeate. The disadvantages mentioned require a high maintenance and lead during the maintenance time to production restrictions.
  • TMP transmembrane pressure
  • DE69516173 A similar approach is followed by DE69516173.
  • DE2650341 A further example can be found in DE2650341 in which the idea of stacked hollow fiber (capillary) layers has already been documented, the ends of which lie on the circumference of the module.
  • DE4230194 also describes a module interior filled with capillaries. The capillaries end here in external rooms.
  • DE19932439 has only one surrounding outer space
  • the invention is not suitable for filtration use
  • DE3750497 a capillary module in plate-frame design is described be made with parallel capillaries and only with a maximum of two external rooms. All these systems still have serious disadvantages, which is why they have not prevailed except in the case of the immersed membrane technology in large-scale use and in the market.
  • DE10393754 represents a further development of the documents cited in the above-mentioned documents.
  • the outer spaces are not provided for setting an advantageous TMP.
  • the Permeatabgang is only on one or two sides and the cross-laying of capillaries within a frame is not planned.
  • the capillaries are not accessible from the outside for inspection and repair.
  • the invention does not provide for direct introduction of fluid into the capillary package.
  • Individual module frames can not be combined into one module unit and operated with one external space per side. For all these and other reasons, it is therefore designed as a competitor to common small-scale flat-membrane cassettes and not for large-scale use in a procedural overall system
  • a capillary defect can be detected by a pressure holding test. Due to the closed design of the modules described above, however, it can not be found out which single capillary is defective. Consequently, in such a case, even if only one of thousands of capillaries is defective, the entire module must be replaced. Even then, a repair of a capillary is not possible because the system is closed. The largely intact module must be discarded.
  • a cleaning of the capillaries by means of a gas bubble stream is only possible in the known modules in such a way that the entire structure is flowed through the gas bubble stream from the very bottom to the very top.
  • it is not possible to set uniform conditions over the entire height since the gas bubbles increase in the upward direction due to the decreasing pressure.
  • the gas bubbles increase in the upward direction due to the decreasing pressure.
  • they sag due to their own weight and are not stabilized. This leads to a tensile stress on the capillaries, especially at the cast-in ends.
  • fluid can not be introduced directly into the capillary stack. A cleaning of capillaries caused thereby due to high local flow does not take place. Accordingly, a separate supply and discharge of fluids into or out of the capillary layer stack is not possible. Furthermore, in a large-scale plant, no concentration of the fluid to be treated to a small residual amount (corresponding to a high yield) is possible.
  • the object of the invention is a capillary or hollow fiber module for filtration and separation of liquids in the dead-end. or develop cross-flow method, which has neither the disadvantages of the hitherto commercially available module systems as well as the recent developments and at the same time gives no new disadvantages.
  • the capillary or hollow fiber module according to the invention should be easier to clean, this is achieved inter alia by facilitating the introduction of liquids and / or gases. Furthermore, a simplified finding and repairing defective capillaries should be possible, the backwashing should work more effectively, the separation result should be more accurate, and indefinable dead zones in the fiber bundle, which make cleaning difficult and facilitate microbial contamination, should be avoided.
  • the invention uses capillary membranes known in the art.
  • the membranes can be made of any known material, for example polymer, ceramic, metal or other materials. Likewise, any available on the market capillary or Rohrmembran carefullymesser be used. Membranes with a filtering layer inside or outside or on both sides can be used.
  • the module according to the invention consists of a multi-layered capillary stack, as has already been described in principle in FR 15 47 549 and in FR 73 25 450.
  • One layer consists of parallel capillaries.
  • the underlying or overlying layer can also have directional capillaries or even those that extend at an angle to it.
  • the capillaries are one layer at 90 degrees to those of an adjacent layer.
  • capillary layers are bordered on all sides to form a frame with capillaries in between. This happens in one in such a way that the capillaries of all or individual layers end open to the outside at least on one of the enclosed sides.
  • the capillaries are bordered only at their two ends.
  • the two remaining sides are formed in this case by a wall of sheet metal or plastic or the like and are fluid-tightly connected to the other two walls.
  • the walls of z. B. sheet metal can also be performed wavy, so that they adapt to the shape of the capillaries.
  • This potting compound can consist of both conventional synthetic resins as well as of ceramic or other organic or inorganic materials. It is possible that on the side to be cast in each case a mold (lined inside possibly with non-adhesive coating) is "plugged" into which potting compound is then introduced, which has the advantage that the casting location can be defined and shaped more accurately and that the contact area can be chamfered to the left and right ends of the potting area, so as to provide more contact surface with the next potting area of the next side, which contact area can also be strengthened and improved before or after potting, by applying suitable materials.
  • a suitable material is an absorbent fleece or net, but pin-shaped connecting parts are also conceivable, and it is also possible that the respective surface is coated with a suitable adhesion-improving chemical before a new casting action and reserved is changed.
  • the stack is round in shape, the above steps are not necessary.
  • the round stack is rotated in a bath of potting compound. Both in the rectangular and the round shape, a conventional spin process can be applied.
  • the top and bottom and possibly also the lateral potting compound surfaces can be ground flat and the outside, on which the capillaries are exposed, machined. This can be done, for example, by cutting off, sawing off, milling off, turning off, etc.
  • the individual capillary layers are not cast, but glued together. This can be done so that first a flat frame is placed with a certain height of a suitable material. Then an adhesive is painted, in which the capillaries are inserted. Over the capillaries now a band is laid, which corresponds in its width approximately to the width of the underlying frame.
  • a module frame is produced with an inner, capillary layer stack through which fluid can flow.
  • the frame is top and bottom plan.
  • the exposed capillaries are visible on the entire circumference, with rectangular frames on at least one, but also on all sides.
  • Such module frames can now be further processed individually into modular units and / or assembled to form larger overall module units with a large membrane area.
  • the modules according to the invention contain so-called outer boxes. Namely, a box is pushed onto individual module frames and adhesively bonded or welded to the module frame in a fluid-tight manner. This creates a permeate space on each outside of a module frame. According to a further embodiment of the invention, it is also possible to insert such a box into a previously cut or milled groove in the potting / gluing compound, which is then glued or welded. Such boxes may be mounted on one or more sides of an entire module frame unit. The boxes can take different forms For improved flow, cleaning, and internal volume reduction, boxes with non-parallel surfaces and non-rectangular corners and edges are preferred.
  • a special feature of these outer boxes is that their outer surfaces can at least partially consist of a removable and closable lid and this is sealed liquid-tight at its edges.
  • This cover may preferably be made of transparent material. Through this designed as a disc cover can be seen on the open ends of the capillaries of the module frame. During an integrity test, but also during operation, defective capillaries can be visually recognized through the window. In the case of a detected defect, the permeate of the respective module unit can be closed immediately.
  • a motion detector can be installed in each of these permeate spaces which, during operation or during the integrity test, identifies any fountains that may emerge from individual defective capillaries and reports such a defect. The repair of a capillary recognized as defective takes place through the opened lid opening in which the ends of the corresponding capillaries are closed.
  • these permeate spaces can also contain process-technical connections through which liquid can be supplied to and removed from the outside or from other outer compartment boxes / permeate spaces.
  • metrological connections can be provided which serve to record process and process engineering data.
  • a module can be designed so that individual capillary layers only open open on one side of the module frame and thus also in different boxes open.
  • One or more capillary layers can be replaced by so-called injection capillaries.
  • injection capillaries This is understood to mean open (possibly of different lengths) or closed and perforated, slotted non-permeable capillaries provided with holes over their length, via which liquid can be introduced directly from outside into the capillary stack.
  • injection capillaries in the filtration of liquids periodically purge gas for generating air bubbles and for cleaning the surfaces of the capillaries are pressed or it is the introduction of chemical cleaning liquid for cleaning the membrane surfaces possible.
  • These injection tubes end in a separate outside space. This liquid can be pressed directly into the permeate.
  • the non-permeable injection capillaries used in the module and the permeable capillaries may have different inner and / or outer diameters.
  • the non-permeable injection capillaries may have different lengths and may be made of plastic, ceramic, metal or any other material.
  • the capillary layers may consist of single capillaries or capillary bundles or of interwoven or otherwise made capillary mats.
  • a capillary mat may consist of two layers of capillaries that are weave-like at an angle to one another, or else of a layer of capillaries, to which individual threads run transversely as a weft.
  • two or more endless Kapillarmattenbahnen can be used, which are folded into one another at an angle to each other alternately.
  • different capillaries can be used in terms of material, design, cut-off and diameter.
  • single capillaries of a layer can be replaced by solid tension threads or tension mats.
  • the distances between the capillaries are defined in each position.
  • the distances can be configured differently depending on the intended use within one layer, in different layers and / or in individual modules.
  • the basic shape of a capillary in plan view may be round, oval, rectangular or polygonal. For reasons of cost-effective module and plant production, the rectangular shape is preferred.
  • capillaries from the roll In the production of a capillary, capillaries from the roll, individually cut to length capillaries, mat-processed fabric from the roll or pre-cut pieces may be used.
  • the dimensions of the base of a Capillary position are down and up technical and economic limits set.
  • the aim is dimensions of a few centimeters up to 2 meters edge length or diameter.
  • the height of the stack of capillary layers can make up only a few capillary layers, but also many hundreds of them, so that stacks of z. B. one meter thickness are conceivable.
  • a stack with capillaries of 0.8 mm outer diameter, a capillary distance of 0.4 mm, a flow-through base of 1 m 2 and a thickness of 10 cm (125 capillary layers) has an active membrane area of about 260 m 2 .
  • Individual layers under or in the layer stack, but also z. B. every other layer, may consist of mesh, latticed or fleece-like material or extending transversely to the course of the capillaries tension threads and serve the flow distribution and / or the stabilization of the stack and / or the spacing between capillaries.
  • a layer of mesh, latticed or fleece-like material can according to the invention also represent the uppermost layer. In such a case, the material essentially serves as a flow distributor and prefilter to prevent contaminants from entering the stack, which can lead to blockages.
  • yarns, fibers, wires, u. ⁇ . be integrated.
  • individual capillaries can be replaced by wires, yarns threads.
  • the modules according to the invention can be divided spatially by means of partitions.
  • one or more intermediate walls are inserted transversely to the direction of the capillaries and between the frame-shaped sides of the module, which divide the interior of a module frame into two or more flow segments.
  • the intermediate segments used may consist of sheet metal, perforated plate or another cast material.
  • a so-called module unit is obtained.
  • the connection between their individual modules can be reversible or fixed, the connection must be fluid-tight.
  • At least two module units can in turn be fluid-tightly assembled via intermediate pieces to form a total module unit.
  • a single frame module or also to a module unit superimposed interconnected frame modules can be provided with a lower and a top and operated so. This creates a so-called head and floor space.
  • a larger unit is obtained by providing several modular units with intermediate pieces and a lower and a upper part. In both cases, this allows the flow through the capillary-filled inner channel of the unit thus created, wherein flow rate and pressure can be set very different depending on the application.
  • Individual module units are reversibly or irreversibly sealed against intermediate, lower and upper parts. This can be z. B. via bonding. For example, sealing over seals or via clip connections is also advantageous.
  • a further and advantageous possibility according to the invention is the compression of the entire arrangement so that all seals seal tightly. The compression can be done manually via a mounted over the top spindle or automatically via a hydraulic device. It is also possible that at the corners of the arrangement of the modules threaded rods, which are connected via eyelets with the modular units, are attached, by means of which the entire assembly can be screwed together.
  • the intermediate pieces and the lower and upper parts may, if necessary, have process-technical connections for the supply and removal of liquids and metrological connections for process and process-related data acquisition.
  • the intermediate piece and / or the lower part and / or the upper part in this case constitute a firmly integrated component of a module unit or a total module unit.
  • the upper part and / or the lower part may be a closure plate, a frame, a tub or to trade a container part.
  • a trickling system can be attached, through which the capillaries can be charged with liquid.
  • a coarse filtering layer may be attached, which serves as a pre-filter and safety filter. This filtering layer can be moved or pulled through a corresponding device so that it can be pulled away with the depositing solids on it. The deposited Solids are removed, so that the again unoccupied filter layer comes to rest again above the modules.
  • the retentate flows in this alternative embodiment of the invention in the lumen of the hollow fiber, the permeate flows into the spaces, which are interspersed with capillaries.
  • Increasing the headspace above the topmost module increases the hydrostatic head so that its pressure as the driving force for filtration is sufficient.
  • the supply pressure to the module assembly can be increased so that the pressure in the interior of the module assembly is sufficient for filtration.
  • the transmembrane pressure (TMP) can be adjusted by appropriate throttling of the permeate valves so that each module of the assembly is applied approximately the same TMP.
  • the liquid to be filtered can be introduced into all or only selected modules.
  • backwashing, rinsing and cleaning with gas, liquid or a mixture of both can be easily performed. It is advantageous here that these processes can take place simultaneously or overlapping.
  • the total module unit may be operated so that the flow direction of the permeate is both out-in (lumen-side suction or retentate-side pressure) and in-out (lumen-side pressure or retentate-side suction).
  • the total module unit can be retentate as well as permeate side under pressure, so that it can come to any outgassing or gas release of a liquid to be filtered.
  • the total module unit can be used as a membrane reactor, wherein nutrients are supplied to at least one module side and / or metabolites are withdrawn.
  • the replacement of individual frame modules or module units within a total module unit can be done easily and easily.
  • the part of the arrangement above the module to be exchanged consisting of membrane modules, intermediate pieces and upper part, which are connected via threaded rods or the like. are raised so far that the underlying membrane module can be easily removed from the arrangement.
  • a layer stack it may be useful to avoid displacements of the individual capillaries to give the stack cohesion, in which this is soaked at least in some areas with a solidifying mass (eg., Strength, textile size o can be washed out again after production of the module frame or the frame module.
  • a solidifying mass eg., Strength, textile size o can be washed out again after production of the module frame or the frame module.
  • the overall module units can be used in a variety of ways in a process engineering design.
  • the following method steps can be selectively controlled: filtration operation, permeate withdrawal, backwashing, purification, module flushing (fast flush) and gas purging.
  • a simple integrity test is possible in which defective capillaries can be specifically identified. If the integrity test shows that there is a capillary defect in one of the modules, the module interior is slowly filled above the level of the relevant module. Also, with full interior pressure can be applied. Through the module window of the outer boxes can be seen from a certain liquid level or a certain pressure, as liquid escapes reinforced from one or more defective capillaries. In most cases, the increased fluid leakage will already be detected during ongoing controls during operation. The corresponding module can be isolated by detecting valve defects when defects are detected until the defective capillaries can be repaired.
  • the defective capillary If the defective capillary is identified, it will continue to leak liquid from the defective capillary. You open the corresponding window of the outside box and can now clog the open end of the capillary and thus shut down the capillary.
  • the invention thus has significant advantages over the prior art. Due to the very compact design of the module and the compact
  • Arrangement of the membranes is the space requirement for the invention Module arrangements very low. Since the module construction in the height, the footprint is extremely low and room heights can be optimally utilized. When using modules with a rectangular design also space can be saved.
  • the energy consumption for the modules according to the invention is in frequent gas purging in about the same amount as the energetically favorable submerged systems. In the system according to the invention, however, no or only a rare gas purging is required, so that the energy requirement is well below the needs of the submerged systems.
  • the flow at each point of each capillary is absolutely identical. Furthermore, the tower-like structure favors the distribution of the medium.
  • the liquid supply can be done directly in the capillary stack. If the total quantity of liquid, corresponding to the amount of withdrawn permeate, is added within a module, then an advantageously high flow is generated therein, which has a cleaning effect. After a certain time, another module for the liquid supply can be switched and thus "cleaned" at the same time.
  • the physical stress of the capillaries in the module according to the invention is very low, since they are arranged stably. Due to low flow rates during out / in operation, the traction effect of the pressure drop of the flowing medium is low. Furthermore, the capillaries do not move and there is no material fatigue.
  • transmembrane pressure In out / in operation, the range of transmembrane pressure (TMP) within a module is negligible. In the entire module arrangement, there is only a slight pressure difference between the top and bottom, and this is usually the case only to the hydrostatic pressure. By setting the permeate pressure, the optimum transmembrane pressure can be set for each module.
  • a flow reversal is possible at any time, even during ongoing production. Cleaning is easy and effective because there are no restrictions and no dead zones. Each capillary can be easily primed and cleaned. The recirculation rate during cleaning can be easily changed and adjusted.
  • the backwashing is easily and effectively possible. It should be noted that the backwashing can be optimally supplied for the reasons already mentioned in "cleaning". Each capillary is flowed evenly and equally well from the backwash medium. By increasing the flow rate, the module can be operated quickly and easily in a fast-flush process. By changing the conveying direction, this is possible even in both directions.
  • the integrity test is easily possible in both directions through the capillary and can be carried out with both liquid and gases. Faulty capillaries can be found easily and, above all, during operation and without removing the module. This ensures optimal operational safety. If a capillary is identified as defective during operation, the corresponding module can be temporarily shut down by closing the permeate valves.
  • the capillaries are arranged in a defined manner. Within a shift, they run absolutely parallel. Individual layers are arranged at a predetermined angle to each other. Owing to the capillary arrangement according to the invention, the formation of dead zones is not possible both on the permeate side and on the retentate side.
  • the residual volume can be concentrated in the system.
  • the liquid level can be lowered to the level of the lowest module.
  • Another important advantage of the modules according to the invention is that the module production can be easily automated.
  • FIG. 1a shows a single-layer capillary course in north-south direction
  • Fig. 1 b shows a single-layer capillary course in the west-east direction
  • Fig. 1c shows the capillary course in two capillary layers, in the 90 °
  • Fig. 2a shows the schematic diagram of a module frame
  • Fig. 2b shows the side view of a module frame
  • Fig. 2c shows the top view of a module frame
  • Fig. 2d shows a frame unit consisting of several superimposed module frame
  • FIG. 3a shows permeatres formed as boxes which are plugged onto the module frames
  • Fig. 3b shows formed as boxes Permeatsammlung which are inserted into the module frame
  • Fig. 3c shows a side view of a module frame with attached
  • Fig. 3d shows a frame unit consisting of three superimposed module frame with inserted Permeatraumkasten
  • Fig. 3e shows a plan view of a module frame having permeate spaces in the form of inserted boxes on all four sides;
  • Fig. 4 shows a system arrangement consisting of three superimposed frame units with inserted Permeat- space boxes and
  • Fig. 5a / b represent exemplary possibilities for the system structure.
  • FIG. 3e A possible embodiment of a capillary or hollow fiber module with open or plug-in outer box-shaped perimeter spaces according to the invention is illustrated with reference to FIG. 3e.
  • the invention is not limited to the above embodiments.
  • FIG. 1 shows the arrangement of individual capillaries 10 relative to one another.
  • the individual capillaries 10 run parallel to one another within one layer, the capillaries 10 in FIG. 1 a in the north-south direction and the capillaries 10 in FIG. 1 b in the west - Oriented East.
  • the next capillary layer 12 below or above may also have directional capillaries 10 or even those which are at an angle thereto.
  • the capillaries 10 are one layer 12, as shown in Fig. 1c, at 90 degrees to those of an adjacent layer 12.
  • each layer may also consist of a capillary mat. This can consist of two layers of capillaries 10, which are woven at an angle to one another or from a layer of capillaries 10, to which individual threads extend transversely as a weft.
  • FIG. 2a shows a top view of a module frame which has a plurality of capillary layers 12, which are arranged at 90 ° to each other. The permeate discharge takes place at the open capillary ends 15 which are potted with the frame.
  • Reference numeral 30 shows by way of example a permeate exit from capillaries of the layer X
  • reference numeral 32 shows by way of example a permeate exit from capillaries of the layer X-1.
  • injection capillaries 20 are still integrated between the individual capillary layers 12 in the module.
  • Injection capillaries 20 are nonpermeable capillaries or tubes which are confined within the frame at one end only and open at the other end within the frame and capillary layers.
  • the injection tubes 20 can be the same length or have different lengths.
  • the injection capillaries 20 are roughly open-pored, perforated or slotted and enclosed in the frame.
  • the injection tubes 20 serve to introduce the fluid.
  • a membrane reactor which consists of many modules arranged one above the other, different liquids can be introduced by means of these injection capillaries in the different intermediate layers. Furthermore, the injection tubes 20 ensure easy flushing of the modules with liquid and / or gas. Also, a liquid to be filtered can be introduced directly into the capillary stack.
  • module frames can now be further processed individually into frame modules or, according to FIG. 2d, can also be combined to form larger module frame units, so that units with a large membrane area can again be formed from them.
  • Such frame modules can then be used in a variety of ways in a process engineering design.
  • An outer box 40a is now pushed onto individual module frames according to FIG. 3a and glued or welded to the module frame. This creates a space on the outside of a module frame.
  • a box 40b is inserted according to FIG. 3b into a groove previously cut or milled into the potting / gluing compound and then glued / welded.
  • Such boxes may also be mounted on one or more sides of an entire module frame unit, as shown in FIG. 3d.
  • a special feature of these boxes 40a and 40b is that their outer surfaces (see Fig. 3a, 3b, 3d) at least partially may consist of a removable and closable cover 42 and this fluid-tight at its Kan- sealed.
  • This cover 42 may be made of transparent material.
  • the side view 3c shows that the open ends 15 of the capillaries 10 are visible through this removable, transparent cover 42.
  • FIG. 3c also shows two process connections 48 to the outer space 40a or 40b. During an integrity test, but also during operation, defective capillaries 10 can be visually recognized through the window. In the case of a detected defect, the permeate removal of the respective module unit 5 can be closed immediately.
  • a motion detector can also be installed in each permeate space 40a / 40b which, during operation or during the integrity test, detects any fountains emerging from individual capillaries and reports such a defect.
  • the repair of a capillary recognized as defective takes place through the opened cover opening 42, in which the ends of the corresponding capillaries are closed.
  • the embodiment can also be designed in such a way that individual layers of capillaries only end open open on one side of the module frame and thus also in different boxes.
  • One or more capillary layers 12 may consist of so-called injection capillaries 20. These ends can be pressed in a separate external space 40a or 40b via the fluid directly into the permeate package.
  • This is z. B. desirable for the introduction of gas around the capillaries 10 with gas bubbles clean or for the introduction of cleaning liquid directly to the capillaries 10 or even fluid to supply evenly and directly to the capillary.
  • a single frame module 5 or also to a module unit 6 stacked and interconnected frame modules can be provided with a lower and a top (it creates a head and a floor space) and so operated.
  • a larger unit 8 results if, according to FIG. 4 a, a plurality of stacked modular units 6 with intermediate pieces 50 and a lower part 52 and an upper part 54 are provided. In both cases, this allows the flow through the capillary 10 interspersed with the inner channel of the unit 8 thus created, wherein flow rate and pressure can be set very different depending on the application.
  • Individual module units are fluid-tightly sealed with respect to intermediate 50, lower 52 and upper parts 54. This can be done by gluing. However, it is advantageous the sealing via seals or clip connections.
  • a further and advantageous possibility according to the invention is the compression of the entire arrangement, so that all seals seal fluid-tight. The compression can be done manually via a spindle mounted over the top 54 or automatically via a hydraulic device. It is also possible that at the corners of the arrangement of the modules threaded rods are attached, which are connected via eyelets with the modular units 5, by means of which the entire assembly 8 can be screwed together.
  • the intermediate pieces 50 and the lower 52 and upper parts 54 may, if necessary, be provided with process and metrological connections.
  • a unit shown according to FIG. 4a can now be operated procedurally in a process plant according to FIG. 5a or 5b.
  • the following modes of operation are possible individually or in combination with each other.
  • Fluid is supplied via the supply line and V1.
  • the interior of the modules is filled. If necessary, depending on the application, pump P1 will circulate the fluid through valves V2 and V3. This is a cross-flow speed adjustable.
  • the driving force required for the separation process can be applied via the application of vacuum (pump P2), via the application of supply pressure, via the hydrostatic pressure of the liquid column (high headspace) or via a combination of these.
  • the transmembrane pressure (TMP) of each individual module 5 (or individual module groups 6) can be regulated separately by means of corresponding valves.
  • Backwashing can be done by injecting permeate through pump P3 into the permeate tubing and thus into the inside of the capillary tube. 10.
  • Each individual module 5 (but also individual module groups 6) can be controlled by appropriate valves.
  • the pump P4 is to be cleaned. Different modes of operation are possible: circulation through the entire module structure 8 from bottom to top or vice versa; Circulation over individual module groups 6 from bottom to top or vice versa; Circulation over each module 5 with fully filled module structure 8 from bottom to top or vice versa; Circulation over each module 5 with only up to about module 5 to be cleaned module assembly 8 from bottom to top or vice versa.
  • a module flush (fast flush) of the unit according to FIG. 5a or 5b is possible by increasing the circulation speed via pump P1 and by connecting the pump P4. With P4, each module can also be individually rinsed. This can be done during the ongoing filtration operation and also in both directions of flow.
  • the cleaning effect of the capillaries can furthermore be achieved by introducing the entire supply of fluid to be separated only via the injection capillaries 20 of a single module unit 6. This creates within the capillary stack of this single module unit 6 a strong flow, which acts to a certain extent cleaning off. After a certain time, another module unit 6 can be switched, and so on.
  • a similar effect can be achieved in that a strong overflow of the capillaries of a single module unit 6 is produced by P4 and switching of corresponding valves.
  • the purge gas supply into the unit 8 according to FIG. 5 a or 5 b is possible via the corresponding valves for all modules, for individual module groups 6 or for individual modules 5. This can be done during filtration operation, but also during the cleaning, during the module flushing and during the backwashing. It is advisable to combine the gas flush with liquid circulation, so that a mixture of liquid and gas bubbles is formed. This fluid circulation can be generated with the pump P4.
  • Blanking of the unit according to FIGS. 5 a and 5 b is possible by opening the uppermost gas valve and a drain valve.
  • the integrity test can be performed in both directions (out / in and in / out). By appropriate valve circuits module by module can be tested become. After blanking and closing all exhaust and intake valves, gas pressure can be applied permeator or retentate side and a pressure drop over time can be measured.
  • the module space 8 is filled slowly above the level of the relevant unit 6.
  • pressure can be applied when the interior is full. Through the module window 42 is from a certain liquid level or a certain
  • the corresponding module 6 can be isolated upon detection of defects by appropriate valve circuit until the defective capillaries 10 can be repaired.
  • the defective capillary 10 If the defective capillary 10 is identified, it will continue to leak liquid from the defective capillary 10. One opens the corresponding window 42 and can now plug the capillary end 15.
  • a fast flush is also easily and effectively possible. This can be done by increasing the flow rate of the circulation pump P1 or connecting another pump parallel to P1. By changing the conveying direction of both pumps, this is possible even in both directions.
  • a long-lasting fast flush is furthermore possible because the liquid to be separated is introduced over a certain time only via the injection capillaries 20 of a single module 5. This creates within this module 5 a strong flow, which has a cleaning effect. After some time, another module 5 can be switched and so on. A similar effect can be achieved in which a strong overflow of a single module 5 is generated by P4 and switching of corresponding valves.

Abstract

The invention relates to a capillary module or hollow fiber module for filtering and separating liquids in dead-end and/or cross-flow operation, the arrangement thereof in an entire technical system, and the operation thereof. The inventive capillary module or hollow fiber module is easier to clean as the same comprises external boxes that are easy to open while facilitating the introduction of liquids and/or gases. The inventive external permeate chambers make it easier to locate and repair defective capillaries. Furthermore, backflushing is more effective, the separation result is more accurate, and there are no indefinable dead zones in the fiber bundle, which render cleaning more difficult and promote germ formation.

Description

HOHLFASERSTAPEMODUL HOLLOW FIBER TAPE MODULE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kapillar- bzw. Hohlfasermodul zur Filtration und Separation von Flüssigkeiten im Dead- End- und / oder Cross- Flow- Betrieb, dessen Anordnung in einem verfahrenstechnischen Gesamtsystem und Betriebsweise desselben mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to a capillary or hollow fiber module for the filtration and separation of liquids in dead-end and / or cross-flow operation, its arrangement in a process engineering system and its operation with the features of the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Im Bereich der membrantechnischen Behandlung von Flüssigkeiten, Gasen o- der Flüssigkeits- Gas- Gemischen haben sich auf weiten Gebieten der Anwendungstechnik verschiedene Kapillar- Membransysteme etabliert. Andere Methoden als die Verwendung von Kapillarmodulen spielen in Bereichen wie z. B. der Wassertechnik, der Getränketechnik oder auch der Abwasser- Klärtechnik eine eher geringe Rolle. In den Bereichen, in denen die Kapillarmembran ihre vielen Vorteile "ausspielen" kann, wird diese Membrankonfiguration vornehmlich eingesetzt.In the field of membrane-technical treatment of liquids, gases or liquid-gas mixtures, various capillary membrane systems have become established in wide areas of application technology. Other methods than the use of capillary modules play in areas such. As the water technology, beverage technology or sewage treatment technology a rather minor role. In the areas in which the capillary membrane can "play out" its many advantages, this membrane configuration is primarily used.
Im Rahmen der in dieser Schrift angestellten Betrachtung soll daher ausschließ- lieh auf Kapillarmodule eingegangen werden. Dies hat seinen Grund auch darin, dass in solch großen Anwendungsbereichen wie z. B. der Wassertechnik, der Abwassertechnik, der Getränketechnik, der Biotechnologie und der Gastechnik die Kapillarmembran bereits eine fest integrierte und akzeptierte verfahrenstechnische Komponente ist und in diesen Bereichen ein enormes Wachstumspotential der Membrantechnik liegt.Within the scope of the discussion in this document, therefore, capillary modules should be dealt with exclusively. This is for the reason that in such large applications such. As the water technology, wastewater technology, beverage technology, biotechnology and gas technology, the capillary membrane is already a firmly integrated and accepted process engineering component and in these areas is an enormous growth potential of membrane technology.
Im Rahmen dieser Schrift wird Kapillare als ein Sammelbegriff für die in der Praxis gebräuchlichen Begriffe Hohlfaser, Kapillare und Rohr verwendet und deckt Röhrchen/Rohre mit einem Innendurchmesser von ca. 0,1 bis ca. 250 mm ab, wobei meist solche mit ca. 0,3 bis ca. 6 mm verwendet werden. Die Wandung der Röhrchen / Rohre ist stets eine mehr oder weniger permeable Membran, die bei manchen Ausführungsarten durch ein Trägermaterial oder durch Gewebe verstärkt wird.In this document, capillary is used as a collective term for the terms commonly used in practice hollow fiber, capillary and tube and covers tubes / tubes with an inner diameter of about 0.1 to about 250 mm, usually those with about 0 , 3 to about 6 mm can be used. The wall of the tubes / tubes is always a more or less permeable membrane, which is reinforced in some embodiments by a substrate or by tissue.
Kapillarmodule werden im Stand der Technik für die Filtration, die Separation, die Diffusion, die Pervaporation, die Dialyse und andere Trenntechniken eingesetzt. Auch Bioreaktoren werden auf der Basis von Kapillarmodulen hergestellt. Die Vorteile eines Kapillarmoduls liegen vor allem in der geringen Verstopfungsgefahr, der Rückspülfähigkeit, der Kompaktheit der Module und in den relativ geringen Herstellkosten.Capillary modules are used in the art for filtration, separation, diffusion, pervaporation, dialysis, and other separation techniques. Bioreactors are also manufactured on the basis of capillary modules. The advantages of a capillary module are, above all, the low risk of clogging, the ability to backwash, the compactness of the modules and the relatively low production costs.
Im angewandten Stand der Technik sind verschiedene Ausführungsformen von Modulen hinreichend bekannt. Trotz vieler Vorteile weisen jedoch alle Modulbauformen auch wesentliche Nachteile auf, die deren Anwendbarkeit einschränken und die Wirtschaftlichkeit herabsetzen.In the prior art, various embodiments of modules are well known. Despite many advantages, however, all module designs also have significant disadvantages that limit their applicability and reduce the efficiency.
Die ursprüngliche und bislang weitestgehend übliche Form ist die, bei der in ein rohrförmiges Gehäuse ein Bündel von beidseitig offenen Kapillaren eingebracht und an beiden Enden vergossen wird. Das zu behandelnde Fluid wird unter Druck durch dieThe original and hitherto largely conventional form is that in which a bundle of capillaries which are open on both sides is introduced into a tubular housing and cast at both ends. The fluid to be treated is pressurized by the
Kapillaren gepumpt, das Permeat tritt durch die Kapillaren hindurch und wird in denPumped capillaries, the permeate passes through the capillaries and is in the
Zwischenräumen gesammelt und aus dem umgebenden Rohr abgeführt.Gaps collected and removed from the surrounding pipe.
Weitergehende Entwicklungen drehen dieses Prinzip um, so dass nun in einem ähnlichen Gehäuse die Kapillaren von außen angeströmt werden und Permeat durch das Innere der Kapillaren abgeführt wird. Dabei kann die treibende Kraft entweder Druck auf die Außenseite der Kapillaren sein oder ein Unterdruck im Inneren derselben.Further developments turn this principle around, so that now in a similar housing, the capillaries are flowed from the outside and permeate is discharged through the interior of the capillaries. In this case, the driving force can be either pressure on the outside of the capillaries or a negative pressure in the interior thereof.
Die beiden genannten Konfigurationen weisen wesentliche Nachteile auf, was die Entwicklung der so genannten getauchten Systeme antrieb. Hierbei werden im Prinzip Kapillarbündel ohne Gehäuse in Flüssigkeit eingetaucht. Als treibende Kraft dient meist ein innenseitig angelegter Unterdruck, oder auch ein außenseitig angelegter Druck (Flüssigkeitsstand im Tauchbecken) oder auch eine Kombination aus bei- dem.The two configurations mentioned have significant disadvantages, which drove the development of the so-called submerged systems. In principle, capillary bundles without housing are immersed in liquid. The driving force is usually a negative pressure applied on the inside, or also an externally applied pressure (liquid level in the immersion tank) or a combination of both.
Zur besseren Darstellung des Stands der Technik soll Fig. 6 dienen. Darin wer- den alle derzeit im Markt in großtechnischem Einsatz befindlichen Module nach ihrem Funktionsprinzip in Gruppen eingeteilt. Es steht Z für Zufuhr, R für Retentatauslaß und P für Permeatauslaß.To better illustrate the state of the art, Fig. 6 is intended to serve. In this module, all modules currently in commercial use in the market are grouped according to their functional principle. Z is supply, R is retentate outlet and P is permeate outlet.
In der Modulgruppe A sind Produkte zusammengefasst, bei denen die Fluidzu- fuhr stirnseitig an einem Ende und die Retentatabfuhr stirnseitig am anderen Ende er- folgt. Die Strömung des zu bearbeitenden Fluids erfolgt im Inneren der Kapillaren. DieIn module group A, products are summarized in which the fluid feed takes place at one end on one end and the retentate discharge on the other end at the end. The flow of the fluid to be processed takes place inside the capillaries. The
Permeatabfuhr erfolgt über einen Anschluss am Modulgehäuse. In der Regel werden mehrere solche Module parallel in so genannten Racks angeordnet. Die Module werden üblicherweise von unten angeströmt. In vielen Anwendungen (wie z. B. der Getränketechnik oder der öl- Wasser- Trennung) wird diese Modulbauart und -betriebsweise gewählt. Es wird meist mit höher "belasteten" Medien im Cross- Flow- Betrieb gefahren.Permeate discharge takes place via a connection on the module housing. In general, will be several such modules are arranged in parallel in so-called racks. The modules are usually flowed from below. In many applications (such as beverage technology or oil-water separation), this modular design and mode of operation is chosen. It is usually driven with higher "loaded" media in cross-flow mode.
In der Modulgruppe B sind Produkte zusammengefasst, die identisch aufgebaut sind wie die der Gruppe A, jedoch im Dead- End- Betrieb gefahren werden. Der Reten- tatablauf erfolgt meist nur sporadisch oder in so geringem Maße, dass im Inneren der Kapillaren keine nennenswerte Strömung herrscht. In aller Regel werden ebenfalls mehrere solche Module parallel in Racks angeordnet. Auch hier erfolgt die Anströmung meist von unten. Diese Modulbauart und -betriebsweise wird für relativ wenig belastete Medien (wie z. B. Trinkwasser) verwendet.In module group B, products are grouped together that are identical to those of group A, but run in dead-end mode. Retesting usually takes place only sporadically or to such an extent that no appreciable flow prevails inside the capillaries. As a rule, several such modules are also arranged in parallel racks. Again, the flow is usually from below. This modular design and mode of operation is used for relatively low loaded media (such as drinking water).
In der Modulgruppe C sind Produkte zusammengefasst, die zwar ähnlich aufgebaut sind wie die der Gruppen A und B, wobei das Prinzip jedoch umgekehrt wird, so dass die Kapillaren von außen nach innen von Permeat durchströmt werden. Das Zu- fuhrfluid gelangt stirnseitig an einem Ende des Gehäuses in das Modul, umströmt die Kapillaren von außen und verlässt das Gehäuse über einen Anschluss am Umfang des Gehäuserohres. Das Permeat tritt am anderen Ende des Gehäuses aus. Auch bei diesem Typ werden mehrere Module parallel in Racks angeordnet. Die Anströmung er- folgt hierbei immer von unten. Diese Modulfamilie kann für mittelmäßig belastete Medien (wie z. B. Wein oder Kläranlagenablauf) eingesetzt werden.In the module group C products are summarized, which are indeed similar to those of the groups A and B, but the principle is reversed, so that the capillaries are flowed through from outside to inside of permeate. The supply fluid enters the module at one end of the housing, flows around the capillaries from the outside and leaves the housing via a connection on the circumference of the housing tube. The permeate exits at the other end of the housing. Also in this type several modules are arranged in parallel in racks. The flow always takes place from below. This module family can be used for mediocre media (such as wine or sewage treatment plant effluent).
In der Modulgruppe D werden Produkte zusammengefasst, die identisch aufgebaut sind wie die der Gruppe C, jedoch im Dead- End- Betrieb gefahren werden. Der Aufbau solcher Module erfolgt ebenfalls parallel in so genannten Racks. Die Anströ- mung erfolgt ebenfalls immer von unten. Die Anwendungen für solche Module liegen in Bereichen wie die der Gruppe B. Bezüglich der Betriebsweise besteht jedoch der Unterschied, dass mit häufigeren retentatseitigen Spülungen und Entleerungen gearbeitet wird.In module group D, products are compiled that are identically structured as those of group C, but are operated in dead-end mode. The construction of such modules also takes place in parallel in so-called racks. The flow is always from below. The applications for such modules are in areas such as those of Group B. With regard to the mode of operation, however, the difference is that one works with more frequent retentate side flushes and drains.
Gruppe E umfasst Produkte, die auch als "getauchte" Module bezeichnet wer- den. Sie werden ohne Außengehäuse in die zu filtrierende Flüssigkeit (Fluid) eingetaucht und können nur im Dead- End- Verfahren betrieben werden. Solche Module können sowohl für gering belastete (z. B. Trinkwasser) als auch für sehr hoch belastete Medien (z. B. Belebtschlamm) verwendet werden, da die Kapillaren durch einen Strom unten eingeblasener und aufsteigender Luftblasen bewegt und "abgereinigt" werden. Die Kapillaren sind senkrecht angeordnet und ein- oder auch zweiseitig eingegossen.Group E includes products that are also referred to as "submerged" modules. They are immersed without external housing in the liquid to be filtered (fluid) and can only be operated in the dead-end process. Such modules can be used both for low-load (eg drinking water) and for very high-loaded Media (eg, activated sludge) can be used as the capillaries are moved and "purged" by a stream of blown in and rising air bubbles. The capillaries are arranged vertically and cast in one or both sides.
In der Modulgruppe F sind Produkte zusammengefasst, die ebenfalls in das zu bearbeitende Medium eingetaucht und nur im Dead- End- Verfahren betrieben werden. Die Kapillaren sind hierbei jedoch waagerecht angeordnet. Diese Module sind nur einsetzbar in Flüssigkeiten, die von grobem und faserigem Material befreit wurden. Sie werden ebenfalls mit einem aufsteigenden Luftblasenstrom bewegt und "abgereinigt".Module group F comprises products that are also immersed in the medium to be processed and operated only in the dead-end process. However, the capillaries are arranged horizontally. These modules can only be used in liquids that have been freed of coarse and fibrous material. They are also moved with an ascending air bubble stream and "cleaned".
Die nachfolgend verwendeten Begriffe sind wie folgt zu verstehen: Die Filtratrichtung bezeichnet die Strömungsrichtung des Permeats durch die Wand der Kapillare. Dies kann von innen nach außen erfolgen, wobei sich die filtrierende Schicht dann an der Innenfläche der Kapillare befindet. Die Filtratrichtung kann auch von außen nach innen erfolgen, hierbei ist die filtrierende Schicht an der Außenfläche der Kapillare zu finden. Weiterhin gibt es Kapillaren, die beidschichtig aufgebaut sind.The terms used below are to be understood as follows: The filtrate direction designates the flow direction of the permeate through the wall of the capillary. This can be done from the inside to the outside, wherein the filtering layer is then located on the inner surface of the capillary. The Filtratrichtung can also be done from the outside in, in this case, the filtering layer is to be found on the outer surface of the capillary. Furthermore, there are capillaries that are constructed in two layers.
Bei einigen Modultypen werden Kapillaren in einem Druckgehäuse untergebracht und üblicherweise an beiden Enden eingegossen. Kapillaren können aber auch ohne Druckgehäuse frei im Medium liegen.In some types of modules, capillaries are housed in a pressure housing and are usually poured in at both ends. Capillaries can also lie freely in the medium without pressure housing.
Um Permeat durch die Membran und die Kapillarwand zu "drücken" oder zu "ziehen" ist eine "treibende Kraft" erforderlich. Diese kann ein Druck über oder unter Atmosphärendruck sein.To "push" or "pull" permeate through the membrane and capillary wall, a "driving force" is required. This can be a pressure above or below atmospheric pressure.
Kapillarmodule können im Dead- End- oder im Cross- Flow- Verfahren betrieben werden. Beim Dead- End- Betrieb wird die treibende Druckkraft an die Kapillare angelegt, ohne dass diese nennenswert überströmt ist. Beim Cross- Flow- Betrieb erfolgt eine wesentliche Überströmung, die dazu geeignet ist, Ablagerungen auf und eine Deckschicht an der Membranoberfläche abzutragen bzw. gering zu halten.Capillary modules can be operated in the dead-end or in the cross-flow method. In dead-end operation, the driving pressure force is applied to the capillary without it being significantly overflowed. During cross-flow operation, there is a significant overflow, which is suitable for removing deposits on and a covering layer on the membrane surface or keeping it low.
Unter Raumflächenbedarf wird der Raumbedarf verstanden, den die Membranfläche mehrerer Module im eingebauten Zustand (Rack) einnimmt. Der Raumflächenbedarf wird in m2/m3 angegeben.Room space requirement is the space required by the membrane surface of several modules in the installed state (rack). The space requirement is given in m 2 / m 3 .
Der Aufwand an Energie entsteht im Wesentlichen entweder durch die für Cross- Flow- Umwälzung notwendigen Pumpen oder durch die Zuführpumpen beim Dead- End- Betrieb oder durch Zuführpumpen und Gaszufuhr bei getauchten Systemen.The expenditure of energy arises essentially either by the pumps necessary for cross-flow circulation or by the feed pumps at Dead-end operation or by feed pumps and gas supply in submerged systems.
Wichtig ist die Sicherstellung einer gleichmäßigen Anströmung der Kapillaren im Modul, damit alle die gleiche Leistung erbringen können, sich nicht unregelmäßig belegen und sich gleich gut reinigen lassen. Der Grad der Kapillarbeanspruchung ergibt sich zum Einen auf Grund der Anströmung der Kapillaren und zum Anderen auf Grund mechanischer Bewegung.It is important to ensure a uniform flow of capillaries in the module, so that all can perform the same performance, do not occupy irregular and can be cleaned equally well. The degree of capillary stress arises on the one hand due to the flow of the capillaries and on the other hand due to mechanical movement.
Der durchschnittliche Transmembrandruck (TMP) stellt die bereits angesprochene treibende Kraft dar. Zu beachten ist auch die Spanne zwischen TMP am Modul- eintritt und TMP am Modulaustritt.The average transmembrane pressure (TMP) represents the driving force already mentioned. Note also the margin between TMP at the module entrance and TMP at the module exit.
Strömt das Medium immer in eine gewisse Richtung so besteht die Gefahr, dass sich "gerichtete" Ablagerungen auf der Membran aufbauen und entsprechend in der Rauhigkeit jeder Membran und auf derselben festsetzen. Mit einer periodischen Strömungsumkehr kann diesem Effekt entgegengewirkt werden. Jede Membrananlage ist von Zeit zu Zeit zu reinigen. Es ist für die dauerhaft gute Funktion einer Anlage wichtig, dass die Reinigung effektiv und leicht möglich ist.If the medium always flows in a certain direction, there is the danger that "directed" deposits build up on the membrane and attach accordingly in the roughness of each membrane and on the same. With a periodic flow reversal this effect can be counteracted. Each membrane system is to be cleaned from time to time. It is important for the lasting good function of a plant that the cleaning is effective and easily possible.
Eine Rückspülung wird so durchgeführt, dass periodisch ein reines Fluid (in der Regel Permeat) von der Permeatseite der Membran auf die Retentatseite gedrückt wird. Dies dient dem Zweck, Ablagerungen auf der Membran "abzuheben" und so die Deckschicht gering und die Leistung hoch zu halten. Bei Dead- End- betriebenen Modulen wird häufig ein sogenanntes Fastflush- Verfahren angewandt. Man versteht darunter das kurzzeitige volle öffnen des Retentatauslasses, um den aufkonzentrierten Modulinhalt auszuschieben und einen gewissen Deckschichtabbau zu erzielen.Backwashing is performed so that periodically a clean fluid (usually permeate) is forced from the permeate side of the membrane to the retentate side. This serves the purpose of "lifting off" deposits on the membrane, thus keeping the top layer low and the performance high. Dead-end modules often use a so-called fast-flush method. This is understood to mean the brief full opening of the retentate outlet in order to push out the concentrated module contents and to achieve a certain top layer degradation.
Die Unversehrtheit der Kapillaren wird mittels eines Integritätstests getestet. Meist wird ein Druckhaltetest durchgeführt. Ist der Druckhaltetest positiv, bedeutet dies, dass in einer Anordnung von Modulen (meist ein Rack) oder in einem einzelnen Modul eine oder mehrere defekte Kapillaren vorhanden sind. Wird über den Integritätstest herausgefunden, dass defekte Kapillaren vorhanden sind, so stellt sich die Aufgabe herauszufinden, welche und wo diese sind. Die üblichen Methoden für diese Aufgabe sind der Luftblasentest oder der "Fountain-Test" am einzelnen Modul. Für eine gute Prozeßführung ist es weiterhin wichtig, dass die Kapillaren in einem Modul eine gewählte Anordnung haben und auch behalten. Eine zufällige Anordnung oder eine, die sich während des Betriebs wesentlich verändern kann, ist nicht günstig.The integrity of the capillaries is tested by means of an integrity test. Usually a pressure holding test is carried out. If the pressure hold test is positive, this means that one or more defective capillaries are present in an assembly of modules (usually a rack) or in a single module. If the integrity test detects that defective capillaries are present, the task is to find out which and where they are. The usual methods for this task are the air bubble test or the "fountain test" on the single module. For a good process control, it is also important that the capillaries in a module have a chosen arrangement and also retain. An accidental arrangement or one that may change significantly during operation is not favorable.
Retentatseitige Totzonen sind Zonen im Kapillarbündel, die in einer oder mehrerer Betriebsweisen ungenügend angeströmt werden. Dasselbe gilt auch für permeat- seitige Totzonen.Retentate-side dead zones are zones in the capillary bundle, which are insufficiently flown in one or more modes of operation. The same applies to permeation dead zones.
Von entscheidender Bedeutung für die Kosten pro m2 Membranfläche eines Moduls ist neben einer kostengünstigen Membranproduktion auch die kostengünstige Herstellung des Moduls selbst. Hier ist wiederum die Automatisierbarkeit der Herstellung entscheidend.Of crucial importance for the cost per m 2 membrane area of a module is in addition to a cost-effective membrane production and the cost-effective production of the module itself. Here, in turn, the automation of the production is crucial.
Es ist von entscheidender Bedeutung wie einfach oder schwierig der Betrieb eines Moduls in einer Gesamtanlage ist und wie verfahrenstechnisch einfach oder aufwändig eine Anlage mit Modulen eines bestimmten Typs gebaut werden kann.It is crucial how easy or difficult the operation of a module in an overall system is and how procedurally simple or complex a system with modules of a certain type can be built.
In der folgenden Tabelle sind die einzelnen oben charakterisierten Modulgruppen nach dargestellten Kriterien bewertet und charakterisiert.In the following table, the individual module groups characterized above are evaluated and characterized according to the criteria presented.
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Fasst man die Beurteilungen zum Stand der Technik zusammen und reduziert diese auf die wichtigsten Punkte so ergibt sich folgendes Bild: Alle Systeme haben einen relativ hohen Raumflächenbedarf. Bei Modulen der Gruppen A bis D entsteht dieser durch die Tatsache, dass jedes Modul relativ kurz ist (in großtechnischen AnIa- gen sind Längen von 1 bis 1 ,5 m üblich) und eine relativ geringe Membranfläche aufweist (in großtechnischen Anlagen üblicherweise 5 bis 60 m2). Werden solche Module mit erforderlichen Zwischenabständen parallel in ein Rack eingebaut, so ergibt sich nachteilig eine große Stellfläche und eine sehr geringe Bauhöhe. Bei den Modulen der Gruppe E und F ergibt sich der ungünstige Raumflächenbedarf durch den Einbau in relativ niedrige Becken mit Zwischen- und Seitenabstand zwischen den Modulen und den Becken.Summing up the assessments of the state of the art and reducing them to the most important points, the following picture emerges: All systems have a relatively high space requirement. In the case of modules of groups A to D, this is due to the fact that each module is relatively short (in industrial plants lengths of 1 to 1.5 m are usual) and has a relatively small membrane area (usually 5-60 in industrial installations) m 2 ). If such modules are installed in parallel with required intermediate distances in a rack, so there is disadvantageous a large footprint and a very low height. In the case of the modules of group E and F, the unfavorable space requirement results from the installation in relatively low basins with intermediate and lateral distance between the modules and the basins.
An- bzw. Umströmung der filtrierenden Membran: Insbesondere in den Modulgruppen C bis F werden die Kapillaren retentatseitig auf Grund der zufälligen Bündelung der Kapillaren schlecht angeströmt. Permeatseitig trifft dies insbesondere auf die Module der Gruppen A bis D zu. Dies führt zu einer Reihe von Nachteilen. Die Membranflächen werden unterschiedlich belastet. Dadurch ergibt sich ein unterschiedlicher Deckschichtaufbau, was wiederum eine unterschiedliche Trenncharakteristik bewirkt. Die retentatseitige Totzonen stellen "vergeudete" Membranfläche dar. Die Reinigung der Kapillaren ist erschwert. Zur Reinigung der Kapillaren ist eine häufige Rückspülung nötig, was zu Ausbeute- und Zeitverlusten führt.Inflow or flow around the filtering membrane: Especially in the module groups C to F, the capillaries are poorly flown on the retentate side because of the random bundling of the capillaries. On the permeate side, this applies in particular to the modules of groups A to D. This leads to a number of disadvantages. The membrane surfaces are loaded differently. This results in a different cover layer structure, which in turn causes a different separation characteristic. The retentate-side dead zones represent "wasted" membrane surface. It is difficult to clean the capillaries. To clean the capillaries frequent backwashing is necessary, resulting in yield and time losses.
Ein weiterer Nachteil ist die hohe Kapillarbeanspruchung. Insbesondere bei getauchten Modulen ermüden die Kapillaren über die Zeit durch die ständige Bewegung bedingt durch die Luftblasenspülung. Bei druckbetriebenen Modulen ist die Zugbeanspruchung der Kapillaren bedingt durch den Druckabfall über die Länge der Kapillare zu beachten. Dies führt zu kurzer Membranlebensdauer und verringerter Wirtschaftlichkeit. Weiterhin besteht die Gefahr von Membrandurchbrüche und -abplatzungen, wodurch Mikroorganismen, Schmutzfracht, usw. auf die Permeatseite gelangen und das Permeat verunreinigen können. Die genannten Nachteile bedingen einen hohen Wartungsaufwand und führen während der Wartungszeit zu Produktionseinschränkungen.Another disadvantage is the high capillary stress. Especially with submerged modules, the capillaries tire over time due to the constant movement caused by the air bubble flushing. For pressure-operated modules, the tensile stress on the capillaries due to the pressure drop across the length of the capillary must be taken into account. This leads to short membrane life and reduced efficiency. Furthermore, there is the danger of membrane breakthroughs and flaking, whereby microorganisms, pollution, etc., get on the permeate side and can contaminate the permeate. The disadvantages mentioned require a high maintenance and lead during the maintenance time to production restrictions.
Insbesondere bei den druckbetriebenen Modulen mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in der Kapillare aber auch bei den mit relativ niedrigem Druck betriebenen Modulen ist die Spanne des Transmembrandrucks (TMP) hoch, wodurch es zu einer ungleichmäßige Anlagerung einer Deckschicht entlang der Kapillarlänge kommt. Um dies zu verhindern, sind häufige Strömungsumkehrschaltungen (sofern dies über- haupt möglich ist) und häufige Rückspülungen erforderlich, was wiederum zu einem Ausbeute- und Zeitverlust führt. Die Rückspülung führt häufig nur zu ungleichmäßigen Effekten, so dass die Kapillaren weiterhin häufig gereinigt werden müssen. Dadurch entstehen Kosten an Reinigungschemikalien, außerdem entsteht in dieser Zeit ein Produktionsverlust. Die genannten Nachteile führen zu einem hohen anlagentechnischern Aufwand.Particularly in the case of the pressure-operated modules with high flow velocity in the capillary but also in the modules operated at relatively low pressure, the span of the transmembrane pressure (TMP) is high, which leads to an uneven deposition of a cover layer along the capillary length. To prevent this, frequent flow reversal circuits (if this is possible at all) and frequent backwashes are required, which in turn results in a loss of yield and time. The backwashing often only leads to uneven effects, so that the capillaries continue to be cleaned frequently. As a result, costs for cleaning chemicals arise, in addition, there is a loss of production during this time. The disadvantages mentioned lead to a high plant engineering effort.
Das Fast- Flush- Verfahren und Rückspülung sind bei einigen Modulsystemen nur bedingt oder sogar gar nicht möglich. Ein sehr großer Nachteil bei allen aufgeführten Modulen besteht weiterhin darin, dass das Auffinden und Reparieren defekter Kapillaren einen großen Wartungsaufwand bedeutet und das Risiko in sich birgt, dass defekte Kapillaren gar nicht erkannt werden können.Fast-flushing and backwashing are limited or even impossible with some module systems. A major disadvantage of all modules listed is still that finding and repairing defective capillaries means a lot of maintenance and involves the risk that defective capillaries can not be detected at all.
Bei keinem der im Stand der Technik aufgeführten Modulsysteme ist eine geordnete Kapillaranordnung realisiert. Daraus ergibt sich eine ganze Reihe von Nachteilen. Die Anordnungen weisen sowohl retentatseitig als auch permeatseitig Totzonen auf. Aufgrund der schlechten Anströmung der Kapillaren müssen häufig Rückspülun- gen und / oder Reinigungen durchgeführt werden. Weiterhin besteht das Risiko mikro- biellen Wachstums und nicht reversibler Verblockungen in den Totzonen. Alle diese Nachteile führen zu Leistungseinschränkungen und einer Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit.In none of the modular systems listed in the prior art, an ordered capillary arrangement is realized. This results in a whole series of disadvantages. The arrangements have dead zones both on the retentate side and permeate side. Due to the poor flow of the capillaries, frequent backwashing and / or cleaning must be carried out. Furthermore, there is a risk of microbial growth and non-reversible blocking in the dead zones. All these disadvantages lead to performance limitations and a deterioration of the economy.
Bei den meisten Modulsystemen ist eine einfache Betriebsweise nicht möglich, da ein komplizierter Anlagenaufbau erforderlich ist, um viele relativ kleine Module einbauen, fahren, rückspülen, reinigen, auf Integrität testen usw. zu können. Die Entwicklung der Module der Gruppen E und F stellte gegenüber den Modulen der Gruppen A bis D bereits einen wichtigen Schritt dar, jedoch auch nur für die Anwendungen in denen Module der Gruppen E und F überhaupt einsetzbar sind. Aufzuführen sind hier beispielhaft DE29624474, DE20300546 und JP11147028. In diesen und ähnlichen Schriften ist die Idee der getauchten Kapillarmembranen dokumentiert. Schon frühzeitig wurde auch versucht, die vielen oben aufgeführten Nachteile umfassend zu beseitigen. Mit diesem Ziel wurden verschiedene rahmen- und zylinderförmig aufgebaute Module entwickelt. Beispielsweise wurden in DE1642811 Kapillaren in Platten integriert. Einen ähnlichen Ansatz verfolgt DE69516173. Ein weiteres Beispiel ist zu finden in DE2650341 worin bereits die Idee gestapelter Hohlfaser- (Kapillar-) lagen dokumentiert ist, deren Enden am Umfang des Moduls liegen. Auch in DE4230194 ist ein mit Kapillaren gefüllter Modulinnenraum beschrieben. Die Kapillaren enden hierbei in außenliegenden Räumen. Das Modul ist jedoch nicht „stapelbar" und daher für groß- industriellen Einsatz nicht geeignet. Eine ähnliche Erfindung ist US 4176069 mit gleich gearteten Nachteilen. In EP350853 sieht man ebenfalls übereinander geschichtete Kapillarlagen, jedoch in einem runden oder mehreckigen Rahmen, der in einem Gesamtgehäuse steckt. Die Anordnung ist innen nicht durchströmbar und ein TMP (Transmembrandruck) ist nicht regelbar. So ähnlich sind auch US5182019 und EP0560720 gestaltet. Die Durchströmbarkeit ist hier zwar gegeben, jedoch gibt es nur einen außen liegenden Raum. Eine individuelle Einstellung des TMP ist hier nicht möglich. In an sich ähnlicher Art und Weise ist dies auch bei EP454918 festzustellen. DE19932439 besitzt nur einen umgebenden äußeren Raum. Die Erfindung ist für Filtrationseinsatz nicht geeignet. In DE3750497 ist ein Kapillarmodul in Platten-Rahmen- Ausführung beschrieben. Dieses kann jedoch nur mit parallel verlaufenden Kapillaren hergestellt werden und nur mit maximal zwei außen liegenden Räumen. Alle diese Systeme weisen immer noch gravierende Nachteile auf, weswegen sie sich außer im Falle der getauchten Membrantechnik im großtechnischen Einsatz und im Markt nicht durchgesetzt haben.Simple operation is not possible with most modular systems because of the complexity of plant construction required to install, drive, backwash, clean, test for integrity, and so forth on many relatively small modules. The development of the modules of the groups E and F was already an important step compared to the modules of the groups A to D, but only for the applications in which modules of the groups E and F can be used at all. To be listed here are by way of example DE29624474, DE20300546 and JP11147028. In these and similar writings the idea of submerged capillary membranes is documented. At an early stage, attempts were also made to completely eliminate the many disadvantages listed above. With this goal, various frame and cylindrical modules have been developed. For example, in DE1642811 capillaries have been integrated into plates. A similar approach is followed by DE69516173. A further example can be found in DE2650341 in which the idea of stacked hollow fiber (capillary) layers has already been documented, the ends of which lie on the circumference of the module. DE4230194 also describes a module interior filled with capillaries. The capillaries end here in external rooms. However, the module is not "stackable" and therefore not suitable for large-scale industrial use A similar invention is US 4176069 with similar disadvantages EP350853 also shows capillary layers layered on top of each other, but in a round or polygonal frame, in an overall housing The arrangement can not be flowed through on the inside and a TMP (transmembrane pressure) is not controllable.So similarly US5182019 and EP0560720 are designed.The flowability is given here, but there is only one outer space.An individual setting of the TMP is here In a manner similar in itself, this is also to be found in EP 454918. DE19932439 has only one surrounding outer space The invention is not suitable for filtration use In DE3750497 a capillary module in plate-frame design is described be made with parallel capillaries and only with a maximum of two external rooms. All these systems still have serious disadvantages, which is why they have not prevailed except in the case of the immersed membrane technology in large-scale use and in the market.
DE10393754 stellt eine Weiterentwicklung der in o. g. Schriften angeführten I- deen dar. Die außen liegenden Räume sind hierbei jedoch nicht zur Einstellung eines vorteilhaften TMP vorgesehen. Der Permeatabgang ist nur auf einer bzw. zwei Seiten und die kreuzweise Legung von Kapillaren innerhalb eines Rahmens ist gar nicht geplant. Ferner sind die Kapillaren nicht von außen zur Inspektion und Reparatur zugänglich. Die Erfindung sieht kein direktes Einbringen von Fluid in das Kapillarpaket vor. Einzelne Modulrahmen können nicht zu einer Moduleinheit zusammengefaßt und mit einem äußeren Raum pro Seite betrieben werden. Aus all diesen und anderen Gründen ist sie daher als Konkurrenz zu gängigen kleintechnischen Flachmembrankassetten konzipiert und nicht für den großtechnischen Einsatz in einem verfahrenstechni- sehen GesamtsystemDE10393754 represents a further development of the documents cited in the above-mentioned documents. However, the outer spaces are not provided for setting an advantageous TMP. The Permeatabgang is only on one or two sides and the cross-laying of capillaries within a frame is not planned. Furthermore, the capillaries are not accessible from the outside for inspection and repair. The invention does not provide for direct introduction of fluid into the capillary package. Individual module frames can not be combined into one module unit and operated with one external space per side. For all these and other reasons, it is therefore designed as a competitor to common small-scale flat-membrane cassettes and not for large-scale use in a procedural overall system
Ein Kapillardefekt kann über einen Druckhaltetest erkannt werden. Auf Grund der geschlossenen Bauweise der oben beschriebenen Module kann jedoch nicht herausgefunden werden, welche einzelne Kapillare defekt ist. Konsequenterweise muss in einem solchen Fall, auch wenn nur eine von Tausenden Kapillaren defekt ist, das ganze Modul ausgetauscht werden. Auch danach ist eine Reparatur einer Kapillare nicht möglich, da das System geschlossen ist. Das an sich weitestgehend intakte Modul muss verworfen werden.A capillary defect can be detected by a pressure holding test. Due to the closed design of the modules described above, however, it can not be found out which single capillary is defective. Consequently, in such a case, even if only one of thousands of capillaries is defective, the entire module must be replaced. Even then, a repair of a capillary is not possible because the system is closed. The largely intact module must be discarded.
Weiterhin ist es nicht möglich einzelne Module bei Erkennen eines Kapillardefektes stillzulegen. Im Bereich der Filtration von Wasser, Getränken und biotechnologi- sehen Flüssigkeiten oder der Entkeimung von Gasen ist dies jedoch zur Sicherung der mikrobiologischen Qualität absolut erforderlich und muss auch bei Fortführung der Produktion mit den restlichen Modulen möglich sein.Furthermore, it is not possible to shut down individual modules upon detection of a capillary defect. In the field of filtration of water, beverages and biotechnological liquids or the degermination of gases, however, this is absolutely necessary to ensure the microbiological quality and must be possible even if the production with the remaining modules continues.
Eine Abreinigung der Kapillaren mittels eines Gasblasenstromes ist bei den bekannten Modulen nur dergestalt möglich, dass der gesamte Aufbau durch den Gasbla- senstrom von ganz unten nach ganz oben durchströmt wird. Hierbei ist es jedoch nicht möglich, einheitliche Verhältnisse über die gesamte Höhe einzustellen, da sich die Gasblasen nach oben hin aufgrund des abnehmenden Drucks vergrößern. Insbesondere bei höheren Kapillarlagenstapeln, bei denen mehrere Lagen übereinander angeordnet sind, hängen diese auf Grund ihres Eigengewichtes durch und sind nicht stabili- siert. Dies führt zu einer Zugbeanspruchung der Kapillaren vor allem an den eingegossenen Enden.A cleaning of the capillaries by means of a gas bubble stream is only possible in the known modules in such a way that the entire structure is flowed through the gas bubble stream from the very bottom to the very top. However, it is not possible to set uniform conditions over the entire height, since the gas bubbles increase in the upward direction due to the decreasing pressure. Particularly in the case of higher capillary layer stacks, in which several layers are arranged one above the other, they sag due to their own weight and are not stabilized. This leads to a tensile stress on the capillaries, especially at the cast-in ends.
Des Weiteren ist festzustellen, dass Fluid nicht direkt in den Kapillarlagenstapel eingebracht werden kann. Eine dadurch erzeugte Abreinigung von Kapillaren aufgrund hoher lokaler Strömung findet nicht statt. Entsprechend ist auch eine separate Zu- und Ableitung von Fluiden in den oder aus dem Kapillarlagenstapel nicht möglich. Ferner ist in einer großtechnischen Anlage keine Aufkonzentrierung des zu behandelnden Fluids auf eine kleine Restmenge (entsprechend einer hohen Ausbeute) möglich.It should also be noted that fluid can not be introduced directly into the capillary stack. A cleaning of capillaries caused thereby due to high local flow does not take place. Accordingly, a separate supply and discharge of fluids into or out of the capillary layer stack is not possible. Furthermore, in a large-scale plant, no concentration of the fluid to be treated to a small residual amount (corresponding to a high yield) is possible.
Beschreibungdescription
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Kapillar- bzw. Hohlfasermodul zur Filtration und Separation von Flüssigkeiten im Dead- End. oder Cross- Flow- Verfahren zu entwickeln, das weder die Nachteile der bisher großtechnisch marktgängigen Modulsysteme als auch die neuerer Entwicklungen aufweist und gleichzeitig keine neuen Nachteile ergibt. Das erfindungsgemäße Kapillar- bzw. Hohlfasermodul soll einfacher zu reinigen sein, dies wird unter anderem durch erleichtertes Einbringen von Flüssigkeiten und / oder Gasen erreicht. Weiterhin soll ein vereinfachtes Auffinden und Reparieren defekter Kapillaren möglich sein, die Rückspülung soll effektiver wirken, das Separationsergebnis soll genauer sein und undefinierbare Totzonen im Faserbündel, die die Reinigung erschweren und die Verkeimung erleichtern, sollen vermieden werden.The object of the invention is a capillary or hollow fiber module for filtration and separation of liquids in the dead-end. or develop cross-flow method, which has neither the disadvantages of the hitherto commercially available module systems as well as the recent developments and at the same time gives no new disadvantages. The capillary or hollow fiber module according to the invention should be easier to clean, this is achieved inter alia by facilitating the introduction of liquids and / or gases. Furthermore, a simplified finding and repairing defective capillaries should be possible, the backwashing should work more effectively, the separation result should be more accurate, and indefinable dead zones in the fiber bundle, which make cleaning difficult and facilitate microbial contamination, should be avoided.
Diese Ziele der Erfindung werden mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs erreicht. Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.These objects of the invention are achieved with the subject matter of the independent claim. Features of advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Bei der Erfindung werden aus dem Stand der Technik bekannte Kapillarmembranen verwendet. Die Membranen können aus jeglichem bekannten Material, bei- spielsweise Polymer-, Keramik-, Metall- oder andere Werkstoffe, bestehen. Ebenso kann jeder auf dem Markt erhältliche Kapillar- oder Rohrmembrandurchmesser Verwendung finden. Es können Membranen mit einer filtrierenden Schicht innen oder außen oder beidseits zum Einsatz kommen.The invention uses capillary membranes known in the art. The membranes can be made of any known material, for example polymer, ceramic, metal or other materials. Likewise, any available on the market capillary or Rohrmembrandurchmesser be used. Membranes with a filtering layer inside or outside or on both sides can be used.
Das erfindungsgemäßen Modul besteht aus einem viellagigen Kapillarstapel, wie er prinzipiell bereits in FR 15 47 549 und in FR 73 25 450 beschrieben worden ist. Eine Lage besteht aus parallel verlaufenden einzelnen Kapillaren. Die darunter oder darüber liegende Lage kann ebenso gerichtete Kapillaren aufweisen oder aber auch solche, die in einem Winkel dazu verlaufen. Vorzugsweise liegen die Kapillaren einer Lage im 90 Grad Winkel zu denen einer benachbarten Lage.The module according to the invention consists of a multi-layered capillary stack, as has already been described in principle in FR 15 47 549 and in FR 73 25 450. One layer consists of parallel capillaries. The underlying or overlying layer can also have directional capillaries or even those that extend at an angle to it. Preferably, the capillaries are one layer at 90 degrees to those of an adjacent layer.
In dem Modul werden mehrere Kapillarlagen so an allen Seiten eingefasst, dass ein Rahmen mit dazwischen verlaufenden Kapillaren entsteht. Dies geschieht in einer solchen Art und Weise, dass mindestens an einer der eingefassten Seiten die Kapillaren aller oder einzelner Lagen nach außen hin offen enden. Alternativ werden die Kapillaren nur an ihren beiden Enden eingefasst. Die beiden verbleibenden Seiten werden in diesem Fall durch eine Wand aus Blech oder Kunststoff oder ähnlichem gebildet und sind fluiddicht mit den beiden anderen Wänden verbunden. Die Wände aus z. B. Blech können auch gewellt ausgeführt sein, so dass sie sich der Form der Kapillaren anpassen.In the module, several capillary layers are bordered on all sides to form a frame with capillaries in between. This happens in one in such a way that the capillaries of all or individual layers end open to the outside at least on one of the enclosed sides. Alternatively, the capillaries are bordered only at their two ends. The two remaining sides are formed in this case by a wall of sheet metal or plastic or the like and are fluid-tightly connected to the other two walls. The walls of z. B. sheet metal can also be performed wavy, so that they adapt to the shape of the capillaries.
Ist der Stapel von rechteckiger Form, so wird er Seite für Seite mit Vergussmasse versehen und ausgehärtet. Diese Vergussmasse kann sowohl aus bisher QbIi- chen Kunstharzen bestehen, als auch aus Keramikmaterial oder anderen organischen oder anorganischen Materialien. Es ist möglich, dass auf die jeweils zu vergießende Seite eine Form (innen ggf. mit nicht haftendem Belag ausgekleidet) „aufgesteckt" wird, in die dann Vergussmasse eingebracht wird. Dies hat den Vorteil, dass die Vergussstelle genauer definiert und geformt werden kann und dass die linken und rechten En- den des Vergussbereichs abgeschrägt werden können, um so mehr Kontaktfläche zum nächsten daran anschließenden Vergussbereich der nächsten Seite zu schaffen. Dieser Kontaktbereich kann, ebenfalls erfindungsgemäß, vor oder nach dem Vergießen durch Aufbringen geeigneter Materialien verstärkt und verbessert werden, so dass eine absolut schlüssige Verbindung in diesem Bereich entsteht. Ein geeignetes Material stellt saugfähiges Vlies oder Netz dar, es sind aber auch stiftförmige Verbindungsteile denkbar. Weiterhin ist es auch möglich, dass die jeweilige Fläche vor einer neuen Vergießaktion jeweils mit einer geeigneten haftverbessernden Chemikalie eingestrichen und vorbehandelt wird.If the stack of rectangular shape, it is provided side by side with potting and cured. This potting compound can consist of both conventional synthetic resins as well as of ceramic or other organic or inorganic materials. It is possible that on the side to be cast in each case a mold (lined inside possibly with non-adhesive coating) is "plugged" into which potting compound is then introduced, which has the advantage that the casting location can be defined and shaped more accurately and that the contact area can be chamfered to the left and right ends of the potting area, so as to provide more contact surface with the next potting area of the next side, which contact area can also be strengthened and improved before or after potting, by applying suitable materials. A suitable material is an absorbent fleece or net, but pin-shaped connecting parts are also conceivable, and it is also possible that the respective surface is coated with a suitable adhesion-improving chemical before a new casting action and reserved is changed.
Ist der Stapel von runder Form, so sind die oben genannten Schritte nicht not- wendig. In diesem Fall wird der runde Stapel in einem Bad aus Vergussmasse gedreht. Sowohl bei der rechteckigen als auch der runden Form kann ein üblicher Schleudervorgang Anwendung finden.If the stack is round in shape, the above steps are not necessary. In this case, the round stack is rotated in a bath of potting compound. Both in the rectangular and the round shape, a conventional spin process can be applied.
Sofern erforderlich, können danach die oberen und unteren und ggf. auch die seitlichen Vergussmasseflächen plan geschliffen werden und die Außenseiten, an de- nen die Kapillaren offen liegen, bearbeitet werden. Dies kann beispielsweise durch abschneiden, absägen, abfräsen, abdrehen usw. geschehen. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Herstellungsvariante des Modulrahmens werden die einzelnen Kapillarlagen nicht vergossen, sondern miteinander verklebt. Dies kann so erfolgen, dass zunächst ein Flachrahmen mit einer gewissen Höhe aus einem geeigneten Material gelegt wird. Darauf wird eine Klebemasse gestrichen, in die die Kapillaren eingelegt werden. Über die Kapillaren wird nun ein Band gelegt, das in seiner Breite ungefähr der Breite des untenliegenden Rahmens entspricht. Durch das Niederfahren eines Stempels mit derselben Grundfläche wie der gesamte Kapillarla- genstapel wird die Lage an Kapillaren nun in die auf den Rahmen aufgestrichene Klebemasse eingedrückt. Die Menge an Klebemasse ist hierbei so dosiert, dass beim Vor- gang des Zusammendrückens der Raum zwischen den Kapillaren ausgefüllt wird. Nachdem der Stempel wieder hochgezogen wurde, wird nunmehr auf das oben liegende Band wieder Klebemasse aufgebracht, Kapillaren werden eingelegt, Band wird aufgelegt und der Stempel drückt wieder alles zusammen. Dies wird bis zum vollständigen Stapel so fortgeführt. Oben auf den Stapel wird als letztes wieder ein Rahmen aufge- legt. Auch bei dieser Art von Modulrahmen werden die Außenseiten nun in bekannter Art und Weise, z. B. durch abschneiden, absägen, abfräsen, abdrehen usw., bearbeitet.If necessary, then the top and bottom and possibly also the lateral potting compound surfaces can be ground flat and the outside, on which the capillaries are exposed, machined. This can be done, for example, by cutting off, sawing off, milling off, turning off, etc. In a further production variant of the module frame according to the invention, the individual capillary layers are not cast, but glued together. This can be done so that first a flat frame is placed with a certain height of a suitable material. Then an adhesive is painted, in which the capillaries are inserted. Over the capillaries now a band is laid, which corresponds in its width approximately to the width of the underlying frame. By lowering a stamp with the same footprint as the entire Kapillarla- stapel the position of capillaries is now pressed into the pasted onto the frame adhesive. The amount of adhesive is in this case dosed so that the space between the capillaries is filled during the process of compression. After the stamp has been pulled up again, adhesive is now applied to the tape above, capillaries are inserted, tape is placed on it and the stamp presses everything together again. This will continue until the complete stack. At the top of the pile, a frame is added last. Even with this type of module frame, the outsides are now in a known manner, for. B. by cutting, sawing, milling, turning off, etc., processed.
Aufgrund der oben genannten Verfahrensschritte wird ein Modulrahmen mit einem innen liegenden, von Fluid durchströmbaren Kapillarlagenstapel hergestellt. Der Rahmen ist oben und unten plan. Bei runden Rahmen sind am gesamten Umfang, bei rechteckigen Rahmen an mindestens einer, aber auch an allen Seiten, die offen liegenden Kapillaren sichtbar. Solche Modulrahmen können nunmehr einzeln zu Moduleinheiten weiterverarbeitet werden und / oder zu größeren Gesamtmoduleinheiten mit großer Membranfläche zusammengesetzt werden.Due to the above-mentioned method steps, a module frame is produced with an inner, capillary layer stack through which fluid can flow. The frame is top and bottom plan. For round frames, the exposed capillaries are visible on the entire circumference, with rectangular frames on at least one, but also on all sides. Such module frames can now be further processed individually into modular units and / or assembled to form larger overall module units with a large membrane area.
Damit die Kapillaren zur Wartung der Module leicht zugänglich sind, enthalten die erfindungsgemäßen Module so genannte außen liegende Kästen. Und zwar wird an einzelne Modulrahmen ein Kasten aufgeschoben und mit dem Modulrahmen fluid- dicht verklebt oder verschweißt. Somit entsteht ein Permeat- Raum an jeder Außenseite eines Modulrahmens. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, einen solchen Kasten in eine vorher in die Verguss- / Verklebmasse eingeschnittene oder eingefräste Nut einzuschieben, die danach verklebt bzw. verschweißt wird. Solcherart Kästen können an einer oder mehrerer Seiten einer gesamten Modulrahmeneinheit angebracht werden. Die Kästen können verschiedene Formen aufweisen, zur Verbesserung der Durchströmung, der Reinigung und zur Verminderung des internen Volumens werden Kästen mit nicht parallelen Flächen und nicht rechtwinkligen Ecken und Kanten bevorzugt.So that the capillaries are easily accessible for the maintenance of the modules, the modules according to the invention contain so-called outer boxes. Namely, a box is pushed onto individual module frames and adhesively bonded or welded to the module frame in a fluid-tight manner. This creates a permeate space on each outside of a module frame. According to a further embodiment of the invention, it is also possible to insert such a box into a previously cut or milled groove in the potting / gluing compound, which is then glued or welded. Such boxes may be mounted on one or more sides of an entire module frame unit. The boxes can take different forms For improved flow, cleaning, and internal volume reduction, boxes with non-parallel surfaces and non-rectangular corners and edges are preferred.
Eine Besonderheit dieser außen liegenden Kästen besteht darin, dass Ihre au- ßen liegenden Flächen wenigstens teilweise aus einem abnehmbaren und verschließbaren Deckel bestehen können und dieser flüssigkeitsdicht an seinen Kanten abgedichtet ist. Dieser Deckel kann vorzugsweise aus durchsichtigem Material bestehen. Durch diesen als Scheibe ausgebildeten Deckel kann auf die offenen Enden der Kapillaren des Modulrahmens gesehen werden kann. Während eines Integritätstestes, aber auch schon während des laufenden Betriebes, können defekte Kapillaren durch das Fenster visuell erkannt werden. Im Falle eines erkannten Defektes kann die Permea- tabfuhr der betreffenden Moduleinheit sofort geschlossen werden. Erfindungsgemäß kann in diese Permeaträume je ein Bewegungsmelder eingebaut werden, der im laufenden Betrieb oder während des Integritätstestes aus einzelnen defekten Kapillaren eventuell austretende Fontänen erkennt und einen solchen Defekt meldet. Die Reparatur einer als defekt erkannten Kapillare erfolgt durch die geöffnete Deckelöffnung, in dem man die Enden der entsprechenden Kapillaren verschließt.A special feature of these outer boxes is that their outer surfaces can at least partially consist of a removable and closable lid and this is sealed liquid-tight at its edges. This cover may preferably be made of transparent material. Through this designed as a disc cover can be seen on the open ends of the capillaries of the module frame. During an integrity test, but also during operation, defective capillaries can be visually recognized through the window. In the case of a detected defect, the permeate of the respective module unit can be closed immediately. According to the invention, a motion detector can be installed in each of these permeate spaces which, during operation or during the integrity test, identifies any fountains that may emerge from individual defective capillaries and reports such a defect. The repair of a capillary recognized as defective takes place through the opened lid opening in which the ends of the corresponding capillaries are closed.
Weiterhin können diese Permeaträume auch prozesstechnische Anschlüssen enthalten, durch die Flüssigkeit von außen oder von anderen äußeren Kompartiment- kästen / Permeaträumen zu und abgeführt werden kann. Zudem können messtechnische Anschlüsse vorgesehen werden, die der Erfassung prozess- und verfahrenstechnischer Daten dienen.Furthermore, these permeate spaces can also contain process-technical connections through which liquid can be supplied to and removed from the outside or from other outer compartment boxes / permeate spaces. In addition, metrological connections can be provided which serve to record process and process engineering data.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Modul so gestaltet werden, dass einzelne Kapillarlagen nur jeweils an einer Seite des Modulrahmens und somit auch in unterschiedlichen Kästen offen enden. Eine oder mehrere Kapillarlagen können dabei durch so genannte Injektionskapillaren ersetzt werden. Darunter versteht man offene (ggf. von unterschiedlicher Länge) oder aber geschlossene und über ihre Länge mit Löchern versehene, perforierte, geschlitzte nicht permeable Kapillaren, über die Flüssigkeit von außen direkt in den Kapillarstapel eingebracht werden kann. So kann z. B. bei der Filtration von Flüssigkeiten periodisch Spülgas zur Erzeugung von Luftblasen und zur Abreinigung der Oberflächen der Kapillaren eingedrückt werden oder es ist das Einbringen von chemischer Reinigungsflüssigkeit zur Reinigung der Membranoberflächen möglich. Diese Injektionsröhrchen enden in einem separaten außenliegenden Raum. Über diesen kann Flüssigkeit direkt in das Permeatpaket eingedrückt werden. Dies ist z. B. wünschenswert für die Einbringung von Gas, um die Kapillaren mit Gasblasen abzureinigen oder für die Einbringung von Reinigungsflüssigkeit direkt an die Kapillaren. Aufgrund dieser Anordnung kann Flüssigkeit gleichmäßig und direkt dem Kapillarstapel zugeführt werden. Diese Möglichkeit ist z. B. auch nutzbar für die Einbringung von Nährflüssigkeit in den Kapillarstapel, wenn die Erfindung als Membranreaktor verwendet wird.According to a preferred embodiment, a module can be designed so that individual capillary layers only open open on one side of the module frame and thus also in different boxes open. One or more capillary layers can be replaced by so-called injection capillaries. This is understood to mean open (possibly of different lengths) or closed and perforated, slotted non-permeable capillaries provided with holes over their length, via which liquid can be introduced directly from outside into the capillary stack. So z. B. in the filtration of liquids periodically purge gas for generating air bubbles and for cleaning the surfaces of the capillaries are pressed or it is the introduction of chemical cleaning liquid for cleaning the membrane surfaces possible. These injection tubes end in a separate outside space. This liquid can be pressed directly into the permeate. This is z. B. desirable for the introduction of gas to clean the capillaries with gas bubbles or for the introduction of cleaning liquid directly to the capillaries. Due to this arrangement, liquid can be fed evenly and directly to the capillary stack. This possibility is z. B. also useful for the introduction of nutrient fluid in the capillary stack, when the invention is used as a membrane reactor.
Die im Modul verwendeten nichtpermeablen Injektionskapillaren und die permeablen Kapillaren können unterschiedliche Innen- und / oder Außendurchmesser aufweisen. Die nichtpermeablen Injektionskapillaren können unterschiedliche Längen aufweisen und aus Kunststoff, Keramik, Metall oder jedem anderen Material bestehen.The non-permeable injection capillaries used in the module and the permeable capillaries may have different inner and / or outer diameters. The non-permeable injection capillaries may have different lengths and may be made of plastic, ceramic, metal or any other material.
Die Kapillarlagen können aus einzeln liegenden Kapillaren oder Kapillarbündeln oder aus verwobenen oder anderweitig hergestellten Kapillarmatten bestehen. Eine Kapillarmatte kann aus zwei Lagen von Kapillaren, die in einem Winkel zueinander webartig verarbeitet sind, bestehen oder aber aus einer Lage von Kapillaren, zu denen als Schuss einzelne Fäden quer verlaufen. Bei der Herstellung des Membranmoduls können beispielsweise zwei oder mehrere endlose Kapillarmattenbahnen verwendet werden, die in einem Winkel zueinander alternierend ineinander gefaltet werden.The capillary layers may consist of single capillaries or capillary bundles or of interwoven or otherwise made capillary mats. A capillary mat may consist of two layers of capillaries that are weave-like at an angle to one another, or else of a layer of capillaries, to which individual threads run transversely as a weft. In the manufacture of the membrane module, for example, two or more endless Kapillarmattenbahnen can be used, which are folded into one another at an angle to each other alternately.
In unterschiedlichen Lagen (und teilweise auch innerhalb einer einzelnen Lage) können bezüglich Material, Ausführungsart, Trenngrenze und Durchmesser verschiedene Kapillaren verwendet werden. Um der Anordnung Stabilität zu geben, können einzelne Kapillaren einer Lage durch solide Spannfäden oder Spannmatten ersetzt werden.In different layers (and sometimes also within a single layer) different capillaries can be used in terms of material, design, cut-off and diameter. To give the arrangement stability, single capillaries of a layer can be replaced by solid tension threads or tension mats.
Die Abstände zwischen den Kapillaren sind in jeder Lage definiert. Die Abstän- de können abhängig vom Verwendungszweck innerhalb einer Lage, in unterschiedlichen Lagen und / oder in einzelnen Modulen unterschiedlich ausgestaltet sein. Die Grundform einer Kapillarlage in Draufsicht kann rund, oval, rechteckig oder vieleckig sein. Aus Gründen einer kostengünstigen Modul- und Anlagenfertigung wird die rechteckige Form bevorzugt.The distances between the capillaries are defined in each position. The distances can be configured differently depending on the intended use within one layer, in different layers and / or in individual modules. The basic shape of a capillary in plan view may be round, oval, rectangular or polygonal. For reasons of cost-effective module and plant production, the rectangular shape is preferred.
Bei der Herstellung einer Kapillarlage können Kapillaren von der Rolle, einzeln auf Länge geschnittene Kapillarstücke, zu Matten verarbeitete Ware von der Rolle oder vorgestanzte Stücke Verwendung finden. Den Abmessungen der Grundfläche einer Kapillarlage sind nach unten und oben technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt. Angestrebt sind Abmessungen von wenigen Zentimetern bis zu 2 Metern Kantenlänge bzw. Durchmesser. Die Höhe des Stapels aus Kapillarlagen kann nur einige wenige Kapillarlagen ausmachen, jedoch auch viele Hundert davon, so dass Stapel von z. B. einem Meter Dicke denkbar sind. Ein Stapel mit Kapillaren von 0,8 mm Außendurchmesser, einem Kapillarabstand von 0,4 mm, einer durchströmten Grundfläche von 1 m2 und einer Dicke von 10 cm (125 Kapillarlagen) hat eine aktive Membranfläche von ca. 260 m2.In the production of a capillary, capillaries from the roll, individually cut to length capillaries, mat-processed fabric from the roll or pre-cut pieces may be used. The dimensions of the base of a Capillary position are down and up technical and economic limits set. The aim is dimensions of a few centimeters up to 2 meters edge length or diameter. The height of the stack of capillary layers can make up only a few capillary layers, but also many hundreds of them, so that stacks of z. B. one meter thickness are conceivable. A stack with capillaries of 0.8 mm outer diameter, a capillary distance of 0.4 mm, a flow-through base of 1 m 2 and a thickness of 10 cm (125 capillary layers) has an active membrane area of about 260 m 2 .
Einzelne Lagen unter oder im Lagenstapel, aber auch z. B. jede zweite Lage, können aus netz-, gitter- oder vliesartigem Material oder aus quer zum Verlauf der Kapillaren verlaufenden Spannfäden bestehen und der Strömungsverteilung und / oder der Stabilisierung des Stapels und / oder der Abstandshaltung zwischen Kapillaren dienen. Eine Schicht aus netz-, gitter- oder vliesartigem Material kann erfindungsgemäß auch die oberste Lage darstellen. In einem solchen Fall dient das Material im We- sentlichen als Strömungsverteiler und Vorfilter, um zu verhindern, dass Verunreinigungen in den Stapel eindringen, die zu Verblockungen führen können. Weiterhin können zur Stabilisierung des Kapillarpaketes auch Lagen aus soliden Bändern, Garnen, Fasern, Drähten, u. ä. integriert werden. Weiterhin können zur Stabilisierung des Kapillarpaketes innerhalb einer Kapillarlage einzelne Kapillaren durch Drähte, Garne Fäden etc. ersetzt werden.Individual layers under or in the layer stack, but also z. B. every other layer, may consist of mesh, latticed or fleece-like material or extending transversely to the course of the capillaries tension threads and serve the flow distribution and / or the stabilization of the stack and / or the spacing between capillaries. A layer of mesh, latticed or fleece-like material can according to the invention also represent the uppermost layer. In such a case, the material essentially serves as a flow distributor and prefilter to prevent contaminants from entering the stack, which can lead to blockages. Furthermore, to stabilize the capillary and layers of solid ribbons, yarns, fibers, wires, u. Ä. be integrated. Furthermore, to stabilize the capillary within a Kapillarlage individual capillaries can be replaced by wires, yarns threads.
Die erfindungsgemäßen Module können mithilfe von Zwischenwänden räumlich unterteilt werden. Dafür werden quer zur Verlaufsrichtung der Kapillaren und jeweils zwischen den rahmenförmigen Seiten des Moduls eine oder mehrere Zwischenwände eingefügt, die das Innere eines Modulrahmens in zwei oder mehrere Strömungsseg- mente einteilen. Die verwendeten Zwischensegmente können aus Blech, Lochblech oder einem anderen gegossenen Material bestehen.The modules according to the invention can be divided spatially by means of partitions. For this, one or more intermediate walls are inserted transversely to the direction of the capillaries and between the frame-shaped sides of the module, which divide the interior of a module frame into two or more flow segments. The intermediate segments used may consist of sheet metal, perforated plate or another cast material.
Werden mindestens zwei Einzelrahmenmodule über- (vertikal / stehend) oder nebeneinander (horizontal / liegend) angeordnet und miteinander verbunden, so erhält man eine so genannte Moduleinheit. Die Verbindung zwischen deren Einzelmodulen kann reversibel oder auch fest erfolgen, wobei die Verbindung fluiddicht sein muss. Mindestens zwei Moduleinheiten können wiederum über Zwischenstücke fluiddicht zu einer Gesamtmoduleinheit zusammengesetzt werden. Ein einzelnes Rahmenmodul oder auch zu einer Moduleinheit übereinander miteinander verbundene Rahmenmodule können mit einem Unter- und einem Oberteil versehen und so betrieben werden. Hierbei entsteht ein so genannter Kopf- und Bodenraum. Eine größere Einheit ergibt sich, wenn man mehrere Moduleinheiten mit Zwi- schenstücken und einem Unter- und einem Oberteil versieht. In beiden Fällen erlaubt dies das Durchströmen des mit Kapillaren gefüllten Innenkanals der so geschaffenen Einheit, wobei Fließgeschwindigkeit und Druck je nach Einsatzfall stark unterschiedlich eingestellt werden können.If at least two single-frame modules are arranged above (vertical / vertical) or next to each other (horizontally / horizontally) and connected to each other, a so-called module unit is obtained. The connection between their individual modules can be reversible or fixed, the connection must be fluid-tight. At least two module units can in turn be fluid-tightly assembled via intermediate pieces to form a total module unit. A single frame module or also to a module unit superimposed interconnected frame modules can be provided with a lower and a top and operated so. This creates a so-called head and floor space. A larger unit is obtained by providing several modular units with intermediate pieces and a lower and a upper part. In both cases, this allows the flow through the capillary-filled inner channel of the unit thus created, wherein flow rate and pressure can be set very different depending on the application.
Einzelne Moduleinheiten sind gegenüber Zwischen-, Unter- und Oberteilen re- versibel oder nicht reversibel abgedichtet. Dies kann z. B. über Verkleben erfolgen. Vorteilhaft ist beispielsweise auch die Abdichtung über Dichtungen oder über Klippverbindungen. Eine erfindungsgemäße weitere und vorteilhafte Möglichkeit ist das Zusammendrücken der gesamten Anordnung, so dass alle Dichtungen dicht verschließen. Das Zusammendrücken kann manuell über eine über dem Oberteil angebrachte Spindel oder automatisch über eine hydraulische Vorrichtung erfolgen. Möglich ist auch, dass an den Ecken der Anordnung der Module Gewindestangen, die über Ösen mit den Moduleinheiten verbunden sind, angebracht sind, mittels derer die gesamte Anordnung zusammengeschraubt werden kann.Individual module units are reversibly or irreversibly sealed against intermediate, lower and upper parts. This can be z. B. via bonding. For example, sealing over seals or via clip connections is also advantageous. A further and advantageous possibility according to the invention is the compression of the entire arrangement so that all seals seal tightly. The compression can be done manually via a mounted over the top spindle or automatically via a hydraulic device. It is also possible that at the corners of the arrangement of the modules threaded rods, which are connected via eyelets with the modular units, are attached, by means of which the entire assembly can be screwed together.
Die Zwischenstücke und die Unter- und Oberteile können, soweit erfor- derlich, prozesstechnische Anschlüsse zur Zu- und Abfuhr von Flüssigkeiten und messtechnische Anschlüsse zur prozess- und verfahrenstechnischen Datenerfassung aufweisen. Das Zwischenstück und / oder das Unterteil und / oder das Oberteil stellen hierbei einen fest integrierter Bestandteil einer Moduleinheit bzw. einer Gesamtmoduleinheit dar. Bei dem Oberteil und / oder dem Unterteil kann es sich um eine Ab- schlussplatte, einen Rahmen, eine Wanne oder um ein Behälterteil handeln.The intermediate pieces and the lower and upper parts may, if necessary, have process-technical connections for the supply and removal of liquids and metrological connections for process and process-related data acquisition. The intermediate piece and / or the lower part and / or the upper part in this case constitute a firmly integrated component of a module unit or a total module unit. The upper part and / or the lower part may be a closure plate, a frame, a tub or to trade a container part.
Im Oberteil oder über jedem Modul kann ein Verrieselungssystem angebracht werden, über das die Kapillaren mit Flüssigkeit beaufschlagt werden können. Weiterhin kann über mindestens einem Rahmenmodul eine grob filtrierende Schicht angebracht sein, die als Vor- und Sicherheitsfilter dient. Diese filtrierende Schicht kann über eine entsprechende Vorrichtung so bewegt bzw. durchgezogen werden, dass sie mit den sich auf ihr ablagernden Feststoffen weggezogen werden kann. Die abgelagerten Feststoffe werden entfernt, so dass die erneut unbelegte Filterschicht wieder über den Modulen zu liegen kommt.In the upper part or above each module, a trickling system can be attached, through which the capillaries can be charged with liquid. Furthermore, over at least one frame module, a coarse filtering layer may be attached, which serves as a pre-filter and safety filter. This filtering layer can be moved or pulled through a corresponding device so that it can be pulled away with the depositing solids on it. The deposited Solids are removed, so that the again unoccupied filter layer comes to rest again above the modules.
Innerhalb der oben beschriebenen Gesamtmoduleinheit ist es auch möglich, dass mindestens zwei Kompartimentkästen über die aussenliegenden Kästen so mit- einander verbunden werden, dass sie im Cross- Flow- Betrieb oder im Dead- End- Betrieb bei Permeatflussrichtung von innen nach außen durch die Kapillare betrieben werden können. Das Retentat fließt bei dieser alternativen Ausführungsform der Erfindung im Lumen der Hohlfaser, das Permeat fließt in die Räume ab, die mit Kapillaren durchsetzt sind. Durch eine Erhöhung des Kopfraumes über dem obersten Modul wird die hydrostatische Säule so erhöht, dass deren Druck als treibende Kraft für die Filtration ausreicht. Weiterhin kann der Zufuhrdruck zur Modulanordnung so gesteigert werden, dass der Druck im Inneren der Modulanordnung zur Filtration ausreicht. In der oben beschriebenen Gesamtmoduleinheit kann der Transmembrandruck (TMP) durch entsprechende Drosselung der Permeatventile so eingestellt werden, dass jedes Modul der Anordnung in etwa mit dem gleichen TMP beaufschlagt wird.Within the overall module unit described above, it is also possible for at least two compartment boxes to be connected to one another via the outer boxes in such a way that they operate from inside to outside through the capillary in the cross-flow mode or in the dead-end mode can be. The retentate flows in this alternative embodiment of the invention in the lumen of the hollow fiber, the permeate flows into the spaces, which are interspersed with capillaries. Increasing the headspace above the topmost module increases the hydrostatic head so that its pressure as the driving force for filtration is sufficient. Furthermore, the supply pressure to the module assembly can be increased so that the pressure in the interior of the module assembly is sufficient for filtration. In the overall module unit described above, the transmembrane pressure (TMP) can be adjusted by appropriate throttling of the permeate valves so that each module of the assembly is applied approximately the same TMP.
In der oben beschriebenen Gesamtmoduleinheit kann die zu filtrierende Flüssigkeit in alle oder aber nur in ausgewählte Module eingebracht werden. Bei der Gesamtmoduleinheit können Rückspülung, Spülung und Reinigung mit Gas, Flüssigkeit oder einem Gemisch aus beiden einfach durchgeführt werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass diese Vorgänge gleichzeitig oder überlappend stattfinden können.In the total module unit described above, the liquid to be filtered can be introduced into all or only selected modules. In the total module unit, backwashing, rinsing and cleaning with gas, liquid or a mixture of both can be easily performed. It is advantageous here that these processes can take place simultaneously or overlapping.
Die Gesamtmoduleinheit kann so betrieben werden, dass die Strömungsrichtung des Permeats sowohl out- in (lumenseitiges Saugen oder retentatseitiges Drücken) als auch in- out (lumenseitiges Drücken oder retentatseitiges Saugen) ist. Die Gesamtmoduleinheit kann retentat als auch permeatseitig unter Druck stehen, so dass es zu keiner Ausgasung bzw. Gasentbindung einer zu filtrierenden Flüssigkeit kommen kann. Weiterhin kann die Gesamtmoduleinheit als Membranreaktor verwendet werden, wobei mindestens über eine Modulseite Nährstoffe zugeführt und/oder Metaboliten abgezogen werden.The total module unit may be operated so that the flow direction of the permeate is both out-in (lumen-side suction or retentate-side pressure) and in-out (lumen-side pressure or retentate-side suction). The total module unit can be retentate as well as permeate side under pressure, so that it can come to any outgassing or gas release of a liquid to be filtered. Furthermore, the total module unit can be used as a membrane reactor, wherein nutrients are supplied to at least one module side and / or metabolites are withdrawn.
Der Austausch einzelner Rahmenmodule oder Moduleinheiten innerhalb einer Gesamtmoduleinheit kann einfach und problemlos erfolgen. Der über dem zu tauschenden Modul befindliche Teil der Anordnung bestehend aus Membranmodulen, Zwischenstücken und Oberteil, welche über Gewindestangen oder ähnlichem verbun- den sind, wird so weit angehoben, dass das darunter befindliche Membranmodul einfach aus der Anordnung genommen werden kann.The replacement of individual frame modules or module units within a total module unit can be done easily and easily. The part of the arrangement above the module to be exchanged consisting of membrane modules, intermediate pieces and upper part, which are connected via threaded rods or the like. are raised so far that the underlying membrane module can be easily removed from the arrangement.
Bei der Herstellung eines Lagenstapels kann es zur Vermeidung von Verschiebungen der einzelnen Kapillaren sinnvoll sein, dem Stapel Zusammenhalt zu geben, in dem dieser wenigstens in Teilbereichen mit einer verfestigenden Masse (z. B. Stärke, Textilschlichte o. ä.) durchtränkt wird, die nach Herstellung des Modulrahmens oder des Rahmenmoduls wieder ausgewaschen werden kann.In the production of a layer stack it may be useful to avoid displacements of the individual capillaries to give the stack cohesion, in which this is soaked at least in some areas with a solidifying mass (eg., Strength, textile size o can be washed out again after production of the module frame or the frame module.
Die Gesamtmoduleinheiten können in verschiedener Art und Weise in einem verfahrenstechnischen Aufbau Verwendung finden. Bei den erfindungsgemäßen Mo- dulsystemen können folgende Verfahrensschritte gezielt gesteuert werden: Filtrationsbetrieb, Permeatabzug, Rückspülung, Reinigung, Modulspülung (Fast Flush) und Gasspülung.The overall module units can be used in a variety of ways in a process engineering design. In the case of the modular systems according to the invention, the following method steps can be selectively controlled: filtration operation, permeate withdrawal, backwashing, purification, module flushing (fast flush) and gas purging.
Weiterhin ist ein einfacher Integritätstest möglich, bei dem defekte Kapillaren gezielt identifiziert werden können. Ergibt der Integritätstest, dass ein Kapillardefekt in einem der Module besteht, so wird der Modulinnenraum langsam über das Niveau des betreffenden Moduls befüllt. Auch kann bei vollem Innenraum ein Druck angelegt werden. Durch die Modulfenster der außen liegenden Kästen ist ab einer gewissen Flüssigkeitshöhe bzw. einem gewissen Druck zu sehen, wie Flüssigkeit verstärkt aus einer oder mehrerer defekter Kapillaren austritt. Meist wird der vermehrte Flüssigkeitsaustritt bereits während laufender Kontrollen während des Betriebs festzustellen sein. Das entsprechende Modul kann bei Feststellen von Defekten durch entsprechende Ventilschaltung isoliert werden bis die defekten Kapillaren repariert werden können.Furthermore, a simple integrity test is possible in which defective capillaries can be specifically identified. If the integrity test shows that there is a capillary defect in one of the modules, the module interior is slowly filled above the level of the relevant module. Also, with full interior pressure can be applied. Through the module window of the outer boxes can be seen from a certain liquid level or a certain pressure, as liquid escapes reinforced from one or more defective capillaries. In most cases, the increased fluid leakage will already be detected during ongoing controls during operation. The corresponding module can be isolated by detecting valve defects when defects are detected until the defective capillaries can be repaired.
Ist die defekte Kapillare identifiziert, so lässt man weiter Flüssigkeit aus der defekten Kapillare austreten. Man öffnet das entsprechende Fenster des außen liegen- den Kastens und kann das offene Ende der Kapillar nun verstopfen und die entsprechende Kapillare somit stilllegen.If the defective capillary is identified, it will continue to leak liquid from the defective capillary. You open the corresponding window of the outside box and can now clog the open end of the capillary and thus shut down the capillary.
Weitere Details hierzu finden sich in der Figurenbeschreibung zu den Figuren 5a und 5b.Further details can be found in the figure description to the figures 5a and 5b.
Die Erfindung weist somit gegenüber dem Stand der Technik wesentliche Vor- teile auf. Bedingt durch die sehr kompakte Bauweise des Moduls und die kompakteThe invention thus has significant advantages over the prior art. Due to the very compact design of the module and the compact
Anordnung der Membranen ist der Raumflächenbedarf für die erfindungsgemäßen Modulanordnungen sehr gering. Da der Modulaufbau in die Höhe erfolgt, ist der Grundflächenbedarf extrem niedrig und Raumhöhen können optimal ausgenutzt werden. Bei Verwendung von Modulen mit rechteckiger Bauform kann ebenso Aufstellungsraum gespart werden.Arrangement of the membranes is the space requirement for the invention Module arrangements very low. Since the module construction in the height, the footprint is extremely low and room heights can be optimally utilized. When using modules with a rectangular design also space can be saved.
Der Energieaufwand für die erfindungsgemäßen Module liegt bei häufiger Gasspülung in etwa in der Höhe der energetisch günstigen getauchten Systeme. Beim dem erfindungsgemäßen System wird jedoch keine oder nur eine seltene Gasspülung erforderlich, so dass der Energiebedarf deutlich unterhalb des Bedarfs der getauchten Systeme liegt.The energy consumption for the modules according to the invention is in frequent gas purging in about the same amount as the energetically favorable submerged systems. In the system according to the invention, however, no or only a rare gas purging is required, so that the energy requirement is well below the needs of the submerged systems.
Aufgrund der absolut regelmäßigen Anordnung der Kapillaren in jeder Schichtebene ist die Anströmung an jeder Stelle jeder Kapillare absolut identisch. Weiterhin begünstigt der turmartige Aufbau die Verteilung des Mediums.Due to the absolutely regular arrangement of the capillaries in each layer plane, the flow at each point of each capillary is absolutely identical. Furthermore, the tower-like structure favors the distribution of the medium.
Die Flüssigkeitszufuhr kann direkt in den Kapillarlagenstapel erfolgen. Führt man die gesamte Flüssigkeitsmenge, entsprechend der Menge an abgezogenem Per- meat, innerhalb eines Moduls zu, so wird in diesem eine vorteilhaft hohe Strömung erzeugt, die abreinigend wirkt. Nach einer gewissen Zeit kann ein anderes Modul für die Flüssigkeitszufuhr geschaltet und somit gleichzeitig „gereinigt" werden.The liquid supply can be done directly in the capillary stack. If the total quantity of liquid, corresponding to the amount of withdrawn permeate, is added within a module, then an advantageously high flow is generated therein, which has a cleaning effect. After a certain time, another module for the liquid supply can be switched and thus "cleaned" at the same time.
Bei der Separation von Flüssigkeiten ist oft eine Gasspülung der Membranoberflächen vorteilhaft. Dies kann einfach und sehr effektiv so geschehen, dass Spülgas über Injektionskapillaren direkt in den Kapillarlagenstapel eingedrückt wird, während eine gewisse Flüssigkeitsumwälzung weiter betrieben wird. Auf diese Weise findet eine sehr gute und gleichmäßige Überströmung und Abreinigung aller Kapillaraußenflächen mit Spülgasblasen statt.In the separation of liquids, a gas purging of the membrane surfaces is often advantageous. This can be done simply and very effectively so that purge gas is injected via injection capillaries directly into the Kapillarlagenstapel while a certain fluid circulation is operated. In this way, there is a very good and uniform flow over and cleaning of all Kapillaraußenflächen with purge gas bubbles.
Die physische Beanspruchung der Kapillaren im erfindungsgemäßen Modul ist sehr gering, da diese stabil angeordnet sind. Auf Grund geringer Strömungsgeschwindigkeiten beim out / in- Betrieb ist auch die Zugwirkung des Druckabfalls des strömenden Mediums gering. Ferner bewegen sich die Kapillaren nicht und es kommt zu keiner Materialermüdung.The physical stress of the capillaries in the module according to the invention is very low, since they are arranged stably. Due to low flow rates during out / in operation, the traction effect of the pressure drop of the flowing medium is low. Furthermore, the capillaries do not move and there is no material fatigue.
Im out / in- Betrieb ist die Spanne des Transmembrandrucks (TMP) innerhalb eines Moduls verschwindend gering. In der gesamten Modulanordnung herrscht zwischen oben und unten nur ein geringer Druckunterschied, dabei handelt es sich meist nur um den hydrostatischen Druck. Über eine Einstellung des Permeatdruckes kann für jedes Modul der optimale Transmembrandruck eingestellt werden.In out / in operation, the range of transmembrane pressure (TMP) within a module is negligible. In the entire module arrangement, there is only a slight pressure difference between the top and bottom, and this is usually the case only to the hydrostatic pressure. By setting the permeate pressure, the optimum transmembrane pressure can be set for each module.
Im erfindungsgemäßen Modul ist eine Strömungsumkehr problemlos jederzeit , auch während laufender Produktion, möglich. Eine Reinigung ist leicht und effektiv möglich, da keine Beschränkungen und keine Totzonen bestehen. Jede Kapillare ist gleich gut anström- und reinigbar. Die Umwälzgeschwindigkeit bei der Reinigung kann leicht verändert und angepasst werden.In the module according to the invention, a flow reversal is possible at any time, even during ongoing production. Cleaning is easy and effective because there are no restrictions and no dead zones. Each capillary can be easily primed and cleaned. The recirculation rate during cleaning can be easily changed and adjusted.
Weiterhin ist die Rückspülung leicht und effektiv möglich. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass das Rückspülmedium aus den bereits bei "Reinigung" genannten Gründen optimal zugeführt werden kann. Jede Kapillare wird gleichmäßig und gleich gut vom Rückspülmedium angeströmt. Durch Erhöhung der Fördermenge kann das Modul schnell und einfach im Fast- Flush- Verfahren betrieben werden. Durch Ändern der Förderrichtung ist dies sogar in beide Richtungen möglich.Furthermore, the backwashing is easily and effectively possible. It should be noted that the backwashing can be optimally supplied for the reasons already mentioned in "cleaning". Each capillary is flowed evenly and equally well from the backwash medium. By increasing the flow rate, the module can be operated quickly and easily in a fast-flush process. By changing the conveying direction, this is possible even in both directions.
Der Integritätstest ist leicht in beide Richtungen durch die Kapillare möglich und sowohl mit Flüssigkeit als auch mit Gasen durchführbar. Das Auffinden defekter Kapillaren ist problemlos und vor allem während des Betriebs und ohne Ausbau des Moduls möglich. Dadurch wird eine optimale Betriebssicherheit gewährt. Wird während des Betriebs eine Kapillare als defekt identifiziert, kann das entsprechende Modul durch Schließen der Permeatventile vorübergehend stillgelegt werden.The integrity test is easily possible in both directions through the capillary and can be carried out with both liquid and gases. Faulty capillaries can be found easily and, above all, during operation and without removing the module. This ensures optimal operational safety. If a capillary is identified as defective during operation, the corresponding module can be temporarily shut down by closing the permeate valves.
Die Kapillaren sind definiert angeordnet. Innerhalb einer Schicht verlaufen sie absolut parallel. Einzelne Schichten sind zueinander in einem vorher bestimmten Winkel angeordnet. Aufgrund der erfindungsgemäßen Kapillaranordnung ist das Entstehen von Totzonen sowohl permeat- wie auch retentatseitig nicht möglich.The capillaries are arranged in a defined manner. Within a shift, they run absolutely parallel. Individual layers are arranged at a predetermined angle to each other. Owing to the capillary arrangement according to the invention, the formation of dead zones is not possible both on the permeate side and on the retentate side.
Das Restvolumen kann in der Anlage aufkonzentriert werden. Das Flüssigkeits- niveau kann hierfür bis auf das Niveau des untersten Moduls abgesenkt werden.The residual volume can be concentrated in the system. The liquid level can be lowered to the level of the lowest module.
Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Module besteht darin, dass die Modulfertigung gut automatisierbar ist.Another important advantage of the modules according to the invention is that the module production can be easily automated.
Bei den im Stand der Technik beschriebenen Modulen sind zudem keine Zwischenlagen zur Strömungsverteilung und Stabilisierung vorgesehen. Weiterhin kann das Fluid nicht direkt in den Kapillarlagenstapel eingebracht werden. Eine damit verbundene Abreinigung von Kapillaren auf Grund hoher lokaler Strömung kann nicht ausgenutzt werden. Eine Aufkonzentrierung des Restvolumens in der Anlage im großtechnischen Einsatz, sowie eine separate Zu- und Ableitung verschiedener Fluide in und aus dem Kapillarlagenstapel ist ebenfalls nicht möglich.In the modules described in the prior art also no intermediate layers for flow distribution and stabilization are provided. Furthermore, the fluid can not be introduced directly into the capillary layer stack. An associated cleaning of capillaries due to high local flow can not be exploited. A concentration of the residual volume in the plant in large-scale use, as well as a separate supply and discharge of various fluids in and out of the capillary stack is also not possible.
FiqurenbeschreibunqFiqurenbeschreibunq
Weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hervor, die als nicht einschränkendes Beispiel dient und auf die beigefügten Figuren Bezug nimmt. Gleiche Bauteile weisen dabei grundsätzlich gleiche Bezugszeichen auf und werden teilweise nicht mehrfach erläutert.Further features, objects, and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of a preferred embodiment of the invention, given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings. The same components in principle have the same reference numerals and will not be explained several times.
Fig. 1a zeigt einen einlagigen Kapillarenverlauf in Nord- Süd- Richtung;FIG. 1a shows a single-layer capillary course in north-south direction; FIG.
Fig. 1 b zeigt einen einlagigen Kapillarenverlauf in West- Ost- Richtung;Fig. 1 b shows a single-layer capillary course in the west-east direction;
Fig. 1c zeigt den Kapillarenverlauf bei zwei Kapillarlagen, die im 90°Fig. 1c shows the capillary course in two capillary layers, in the 90 °
Winkel zueinander angeordnet sind;Are arranged angle to each other;
Fig. 2a zeigt das Prinzipschema eines Modulrahmens;Fig. 2a shows the schematic diagram of a module frame;
Fig. 2b zeigt die Seitenansicht eines Modulrahmens;Fig. 2b shows the side view of a module frame;
Fig. 2c zeigt die Draufsicht auf einen Modulrahmen;Fig. 2c shows the top view of a module frame;
Fig. 2d zeigt eine Rahmeneinheit bestehend aus mehreren übereinander angeordneten Modulrahmen;Fig. 2d shows a frame unit consisting of several superimposed module frame;
Fig. 3a zeigt als Kästen ausgebildete Permeaträume, die auf die Modul- rahmen aufgesteckt werden;FIG. 3a shows permeatres formed as boxes which are plugged onto the module frames; FIG.
Fig. 3b zeigt als Kästen ausgebildete Permeaträume, die in die Modulrahmen eingeschoben werden;Fig. 3b shows formed as boxes Permeaträume which are inserted into the module frame;
Fig. 3c zeigt eine Seitenansicht eines Modulrahmens mit aufgestecktemFig. 3c shows a side view of a module frame with attached
Permeatraumkasten;Permeatraumkasten;
Fig. 3d zeigt eine Rahmeneinheit bestehend aus drei übereinander angeordneten Modulrahmen mit eingeschobenen Permeatraumkasten; Fig. 3e zeigt eine Draufsicht auf einen Modulrahmen, der an allen 4 Seiten Permeaträume in Form eingeschobener Kästen aufweist;Fig. 3d shows a frame unit consisting of three superimposed module frame with inserted Permeatraumkasten; Fig. 3e shows a plan view of a module frame having permeate spaces in the form of inserted boxes on all four sides;
Fig. 4 zeigt eine Systemanordnung bestehend aus drei übereinander angeordneten Rahmeneinheiten mit eingeschobenen Permeat- raumkästen undFig. 4 shows a system arrangement consisting of three superimposed frame units with inserted Permeat- space boxes and
Fig. 5a/b stellen beispielhafte Möglichkeiten für den Anlagenaufbau dar.Fig. 5a / b represent exemplary possibilities for the system structure.
Eine mögliche Ausgestaltung eines Kapillar- bzw. Hohlfasermoduls mit erfindungsgemäßen auf- bzw. einsteckbaren außen liegenden kastenförmigen Per- meaträumen wird anhand von Figur 3e illustriert.A possible embodiment of a capillary or hollow fiber module with open or plug-in outer box-shaped perimeter spaces according to the invention is illustrated with reference to FIG. 3e.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt.The invention is not limited to the above embodiments.
Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.Rather, a variety of variants and modifications are conceivable that make use of the inventive concept and therefore also fall within the scope.
Fig. 1 stellt die Anordnung einzelner Kapillaren 10 zueinander dar. Innerhalb ei- ner Lage verlaufen die einzelnen Kapillaren 10 parallel zueinander, wobei die Kapillaren 10 in Fig. 1a in Nord- Süd- Richtung und die Kapillaren 10 in Fig. 1 b in West- Ost- Richtung ausgerichtet sind. Die nächste Kapillarlage 12 darunter oder darüber kann ebenso gerichtete Kapillaren 10 aufweisen oder aber auch solche, die in einem Winkel dazu verlaufen. Vorzugsweise liegen die Kapillaren 10 einer Lage 12, wie in Fig. 1c dargestellt, im 90 Grad Winkel zu denen einer benachbarten Lage 12. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann jede Lage auch aus einer Kapillarmatte bestehen. Diese kann aus zwei Lagen von Kapillaren 10, die in einem Winkel zueinander webartig verarbeitet sind bestehen oder aus einer Lage von Kapillaren 10, zu denen als Schuss einzelne Fäden quer verlaufen.FIG. 1 shows the arrangement of individual capillaries 10 relative to one another. The individual capillaries 10 run parallel to one another within one layer, the capillaries 10 in FIG. 1 a in the north-south direction and the capillaries 10 in FIG. 1 b in the west - Oriented East. The next capillary layer 12 below or above may also have directional capillaries 10 or even those which are at an angle thereto. Preferably, the capillaries 10 are one layer 12, as shown in Fig. 1c, at 90 degrees to those of an adjacent layer 12. According to another embodiment, each layer may also consist of a capillary mat. This can consist of two layers of capillaries 10, which are woven at an angle to one another or from a layer of capillaries 10, to which individual threads extend transversely as a weft.
Fig. 2a bis 2d zeigen einen Modulrahmen 5 mit einem innen liegenden, von2a to 2d show a module frame 5 with an inside, from
Flüssigkeit durchströmbaren Kapillarlagenstapel. Wie im Prinzipschema in Fig. 2a dargestellt, sind die Kapillaren in ihrem Endbereich 14 mit dem Modulrahmen vergossen oder verklebt, wobei die Enden 15 offen bleiben (Fig. 2b). Der Rahmen ist oben und unten eben. Bei runden Rahmen sind am gesamten Umfang, bei rechteckigen Rahmen an mindestens einer oder aber an allen Seiten die offen liegenden Kapillarenden 15 sichtbar. Fig. 2c zeigt eine Draufsicht auf einen Modulrahmen, der mehrere Kapillar- schichten 12 enthält, die im 90° Winkel zueinander angeordnet sind. Der Permea- taustritt erfolgt an den mit dem Rahmen vergossenen, offenen Kapillarenden 15. Bezugszeichen 30 zeigt beispielhaft einen Permeataustritt aus Kapillaren der Lage X, während Bezugszeichen 32 beispielhaft einen Permeataustritt aus Kapillaren der Lage X-1 zeigt. Weiterhin sind in dem Modul noch Injektionskapillaren 20 zwischen die einzelnen Kapillarlagen 12 integriert. Bei den Injektionskapillaren 20 handelt es sich um nichtpermeable Kapillaren oder Röhrchen, die nur an einem Ende im Rahmen einge- fasst sind und am anderen Ende innerhalb des Rahmens und der Kapillarschichten offen enden. Die Injektionsröhrchen 20 können dabei gleich lang sein oder unter- schiedliche Längen aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Injektionskapillaren 20 grob offenporig, perforiert oder geschlitzt und beiden- dig im Rahmen eingefasst. Die Injektionsröhrchen 20 dienen dem Einbringen der von Fluid. In einem Membranreaktor, der aus vielen übereinander angeordneten erfindungsgemäßen Modulen besteht, können mithilfe dieser Injektionskapillaren in den unterschiedlichen Zwischenschichten verschiedene Flüssigkeiten eingebracht werden. Weiterhin gewährleisten die Injektionsröhrchen 20 ein einfaches Spülen der Module mit Flüssigkeit und / oder Gas. Auch kann eine zu filtrierende Flüssigkeit direkt in den Kapillarstapel eingebracht werden.Liquid flow through capillary layer stack. As shown in the schematic diagram in Fig. 2a, the capillaries are potted or glued in their end portion 14 with the module frame, the ends 15 remain open (Fig. 2b). The frame is flat above and below. For round frames, the exposed capillary ends 15 are visible on the entire circumference, with rectangular frames on at least one or on all sides. FIG. 2c shows a top view of a module frame which has a plurality of capillary layers 12, which are arranged at 90 ° to each other. The permeate discharge takes place at the open capillary ends 15 which are potted with the frame. Reference numeral 30 shows by way of example a permeate exit from capillaries of the layer X, while reference numeral 32 shows by way of example a permeate exit from capillaries of the layer X-1. Furthermore, injection capillaries 20 are still integrated between the individual capillary layers 12 in the module. Injection capillaries 20 are nonpermeable capillaries or tubes which are confined within the frame at one end only and open at the other end within the frame and capillary layers. The injection tubes 20 can be the same length or have different lengths. According to a further embodiment of the invention, the injection capillaries 20 are roughly open-pored, perforated or slotted and enclosed in the frame. The injection tubes 20 serve to introduce the fluid. In a membrane reactor, which consists of many modules arranged one above the other, different liquids can be introduced by means of these injection capillaries in the different intermediate layers. Furthermore, the injection tubes 20 ensure easy flushing of the modules with liquid and / or gas. Also, a liquid to be filtered can be introduced directly into the capillary stack.
Solche Modulrahmen können nunmehr einzeln zu Rahmenmodulen weiterver- arbeitet werden oder aber auch gemäß Fig. 2d zu größeren Modulrahmeneinheiten zusammengefasst werden, damit aus diesen dann wiederum Einheiten mit großer Membranfläche entstehen können. Solche Rahmenmodule können dann in verschiedener Art und Weise in einem verfahrenstechnischen Aufbau Verwendung finden.Such module frames can now be further processed individually into frame modules or, according to FIG. 2d, can also be combined to form larger module frame units, so that units with a large membrane area can again be formed from them. Such frame modules can then be used in a variety of ways in a process engineering design.
An einzelne Modulrahmen wird nun gemäß Fig. 3a ein außen liegender Kasten 40a aufgeschoben und mit dem Modulrahmen verklebt oder verschweißt. Es entsteht so ein Raum an der Außenseite eines Modulrahmens. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird ein solcher Kasten 40b gemäß Fig. 3b in eine vorher in die Verguss-/Verklebmasse eingeschnittene oder eingefräste Nut eingeschoben und danach verklebt/verschweißt wird. Solcherart Kästen können gemäß Fig. 3d auch an einer oder mehrerer Seiten einer gesamten Modulrahmeneinheit angebracht werden.An outer box 40a is now pushed onto individual module frames according to FIG. 3a and glued or welded to the module frame. This creates a space on the outside of a module frame. According to a further preferred embodiment, such a box 40b is inserted according to FIG. 3b into a groove previously cut or milled into the potting / gluing compound and then glued / welded. Such boxes may also be mounted on one or more sides of an entire module frame unit, as shown in FIG. 3d.
Eine Besonderheit dieser Kästen 40a und 40b besteht darin, dass Ihre außen liegenden Flächen (siehe Fig. 3a, 3b, 3d) wenigstens teilweise aus einem abnehmbaren und verschließbaren Deckel 42 bestehen kann und dieser fluiddicht an seinen Kan- ten abgedichtet ist. Dieser Deckel 42 kann aus durchsichtigem Material bestehen. Die Seitenansicht 3c zeigt, dass durch diesen abnehmbaren, durchsichtigen Deckel 42 die offenen Enden 15 der Kapillaren 10 sichtbar sind. Fig. 3c zeigt exemplarisch auch zwei Prozessanschlüsse 48 an den außen liegenden Raum 40a oder 40b. Während eines Integritätstestes, aber auch schon während des laufenden Betriebes, können defekte Kapillaren 10 durch das Fenster visuell erkannt werden. Im Falle eines erkannten Defektes kann die Permeatabfuhr der betreffenden Moduleinheit 5 sofort geschlossen werden. Erfindungsgemäß kann in jeden Permeatraum 40a / 40b auch ein Bewegungsmelder eingebaut werden, der im laufenden Betrieb oder während des Integri- tätstestes aus einzelnen Kapillaren eventuell austretende Fontänen erkennt und einen solchen Defekt meldet. Die Reparatur einer als defekt erkannten Kapillare erfolgt durch die geöffnete Deckelöffnung 42, in dem man die Enden der entsprechenden Kapillaren verschließt.A special feature of these boxes 40a and 40b is that their outer surfaces (see Fig. 3a, 3b, 3d) at least partially may consist of a removable and closable cover 42 and this fluid-tight at its Kan- sealed. This cover 42 may be made of transparent material. The side view 3c shows that the open ends 15 of the capillaries 10 are visible through this removable, transparent cover 42. By way of example, FIG. 3c also shows two process connections 48 to the outer space 40a or 40b. During an integrity test, but also during operation, defective capillaries 10 can be visually recognized through the window. In the case of a detected defect, the permeate removal of the respective module unit 5 can be closed immediately. According to the invention, a motion detector can also be installed in each permeate space 40a / 40b which, during operation or during the integrity test, detects any fountains emerging from individual capillaries and reports such a defect. The repair of a capillary recognized as defective takes place through the opened cover opening 42, in which the ends of the corresponding capillaries are closed.
Die Ausführung kann gemäß Fig. 3e auch so gestaltet werden, dass einzelne Lagen an Kapillaren nur jeweils an einer Seite des Modulrahmens offen enden und somit auch in unterschiedlichen Kästen. Eine oder mehrere Kapillarlagen 12 können dabei aus so genannten Injektionskapillaren 20 bestehen. Diese enden in einem separaten außen liegenden Raum 40a oder 40b über den Fluid direkt in das Permeatpaket eingedrückt werden kann. Dies ist z. B. wünschenswert für die Einbringung von Gas um die Kapillaren 10 mit Gasblasen abzureinigen oder für die Einbringung von Reinigungsflüssigkeit direkt an die Kapillaren 10 oder auch um Fluid gleichmäßig und direkt dem Kapillarstapel zuzuführen.According to FIG. 3e, the embodiment can also be designed in such a way that individual layers of capillaries only end open open on one side of the module frame and thus also in different boxes. One or more capillary layers 12 may consist of so-called injection capillaries 20. These ends can be pressed in a separate external space 40a or 40b via the fluid directly into the permeate package. This is z. B. desirable for the introduction of gas around the capillaries 10 with gas bubbles clean or for the introduction of cleaning liquid directly to the capillaries 10 or even fluid to supply evenly and directly to the capillary.
Ein einzelnes Rahmenmodul 5 oder auch zu einer Moduleinheit 6 übereinander gestapelte und miteinander verbundene Rahmenmodule können mit einem Unter- und einem Oberteil versehen (es entsteht ein Kopf- und ein Bodenraum) und so betrieben werden. Eine größere Einheit 8 ergibt sich, wenn man gemäß Fig. 4a mehrere übereinander gestapelte Moduleinheiten 6 mit Zwischenstücken 50 und einem Unterteil 52 und einem Oberteil 54 versieht. In beiden Fällen erlaubt dies das Durchströmen des mit Kapillaren 10 durchsetzten Innenkanals der so geschaffenen Einheit 8, wobei Fließgeschwindigkeit und Druck je nach Einsatzfall stark unterschiedlich eingestellt werden können.A single frame module 5 or also to a module unit 6 stacked and interconnected frame modules can be provided with a lower and a top (it creates a head and a floor space) and so operated. A larger unit 8 results if, according to FIG. 4 a, a plurality of stacked modular units 6 with intermediate pieces 50 and a lower part 52 and an upper part 54 are provided. In both cases, this allows the flow through the capillary 10 interspersed with the inner channel of the unit 8 thus created, wherein flow rate and pressure can be set very different depending on the application.
Einzelne Moduleinheiten sind gegenüber Zwischen- 50, Unter- 52 und Oberteilen 54 fluiddicht abgedichtet. Dies kann über Verkleben erfolgen. Vorteilhaft ist jedoch die Abdichtung über Dichtungen oder über Klippverbindungen. Eine erfindungsgemäße weitere und vorteilhafte Möglichkeit ist das Zusammendrücken der gesamten Anordnung, so dass alle Dichtungen fluiddicht verschließen. Das Zusammendrücken kann manuell über eine über dem Oberteil 54 angebrachte Spindel oder automatisch über eine hydraulische Vorrichtung erfolgen. Möglich ist auch, dass an den Ecken der Anordnung der Module Gewindestangen angebracht sind, die über Ösen mit den Moduleinheiten 5 verbunden sind, mittels derer die gesamte Anordnung 8 zusammengeschraubt werden kann.Individual module units are fluid-tightly sealed with respect to intermediate 50, lower 52 and upper parts 54. This can be done by gluing. However, it is advantageous the sealing via seals or clip connections. A further and advantageous possibility according to the invention is the compression of the entire arrangement, so that all seals seal fluid-tight. The compression can be done manually via a spindle mounted over the top 54 or automatically via a hydraulic device. It is also possible that at the corners of the arrangement of the modules threaded rods are attached, which are connected via eyelets with the modular units 5, by means of which the entire assembly 8 can be screwed together.
Die Zwischenstücke 50 und die Unter- 52 und Oberteile 54 können, soweit er- forderlich, mit prozess- und messtechnischen Anschlüssen versehen sein.The intermediate pieces 50 and the lower 52 and upper parts 54 may, if necessary, be provided with process and metrological connections.
Eine gemäß Fig. 4a dargestellte Einheit kann nun verfahrenstechnisch in einer Prozessanlage gemäß Fig. 5a oder 5b betrieben werden. Dabei sind folgende Fahrweisen einzeln oder in Kombination miteinander möglich.A unit shown according to FIG. 4a can now be operated procedurally in a process plant according to FIG. 5a or 5b. The following modes of operation are possible individually or in combination with each other.
Filtrationsbetrieb gemäß Fig. 5a: Fluid wird über die Zufuhrleitung und V1 zuge- führt. Der Innenraum der Module wird befüllt. Falls erforderlich zirkuliert die Pumpe P1 je nach Anwendung das Fluid über die Ventile V2 und V3. Damit ist eine Cross- Flow- Geschwindigkeit einstellbar.Filtration operation according to FIG. 5a: Fluid is supplied via the supply line and V1. The interior of the modules is filled. If necessary, depending on the application, pump P1 will circulate the fluid through valves V2 and V3. This is a cross-flow speed adjustable.
Filtrationsbetrieb gemäß Fig. 5b: Die Zufuhrleitung für das Fluid ist über ein Ventil mit der Spülgasleitung verbunden. Fluid wird bei geschlossenem Spülgasventil zugeführt und dann direkt über die Injektionskapillaren 20 in den Kapillarlagenstapel 12 eingebracht.Filtration operation according to Fig. 5b: The supply line for the fluid is connected via a valve with the purge gas line. Fluid is supplied with the purge gas valve closed and then introduced directly into the capillary layer stack 12 via the injection capillaries 20.
Strömungsumkehr: Durch Umkehrung der Förderrichtung von Pumpe P1 ist eine Umkehr der Fließrichtung durch die Modulanordnung erzielbar.Flow reversal: By reversing the direction of flow of pump P1, a reversal of the flow direction through the module assembly can be achieved.
Permeatabzug: Die für den Separationsvorgang erforderliche treibende Kraft kann aufgebracht werden über das Anlegen von Vakuum (Pumpe P2), über das Anlegen von Zufuhrdruck, über den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule (hoher Kopfraum) oder über eine Kombination aus diesen. Der Transmembrandruck (TMP) jedes Einzelmoduls 5 (oder auch einzelner Modulgruppen 6) ist durch entsprechende Ventile separat regelbar.Permeate Discharge: The driving force required for the separation process can be applied via the application of vacuum (pump P2), via the application of supply pressure, via the hydrostatic pressure of the liquid column (high headspace) or via a combination of these. The transmembrane pressure (TMP) of each individual module 5 (or individual module groups 6) can be regulated separately by means of corresponding valves.
Rückspülung: Eine Rückspülung kann erfolgen durch Eindrücken von Permeat über die Pumpe P3 in die Permeatverrohrung und damit in die Innenseite der Kapilla- ren 10. Jedes Einzelmodul 5 (aber auch einzelne Modulgruppen 6) ist durch entsprechende Ventile regelbar.Backwashing: Backwashing can be done by injecting permeate through pump P3 into the permeate tubing and thus into the inside of the capillary tube. 10. Each individual module 5 (but also individual module groups 6) can be controlled by appropriate valves.
Reinigung: Mittels der Pumpe P4 ist die Reinigung durchzuführen. Dabei sind verschiedene Fahrweisen möglich: Zirkulation durch den gesamten Modulaufbau 8 von unten nach oben oder umgekehrt; Zirkulation über einzelne Modulgruppen 6 von unten nach oben oder umgekehrt; Zirkulation über jedes einzelne Modul 5 bei voll befülltem Modulaufbau 8 von unten nach oben oder umgekehrt; Zirkulation über jedes einzelne Modul 5 bei nur bis über das zu reinigende Modul 5 befülltem Modulaufbau 8 von unten nach oben oder umgekehrt.Cleaning: The pump P4 is to be cleaned. Different modes of operation are possible: circulation through the entire module structure 8 from bottom to top or vice versa; Circulation over individual module groups 6 from bottom to top or vice versa; Circulation over each module 5 with fully filled module structure 8 from bottom to top or vice versa; Circulation over each module 5 with only up to about module 5 to be cleaned module assembly 8 from bottom to top or vice versa.
Eine Modulspülung (Fast Flush) der Einheit gemäß Fig. 5a oder 5b ist durch eine Erhöhung der Umwälzgeschwindigkeit über Pumpe P1 und durch Hinzuschalten der Pumpe P4 möglich. Mit P4 kann auch jedes Modul einzeln einer Spülung unterzogen werden. Dies kann während des laufenden Filtrationsbetriebes und auch in beide Fließrichtungen geschehen. Der Abreinigungseffekt der Kapillaren ist ferner dadurch zu erzielen, dass die gesamte Zufuhr an zu separierendem Fluid nur über die Injektionskapillaren 20 einer einzelnen Moduleinheit 6 eingebracht wird. Dadurch entsteht innerhalb der Kapillarstapel dieser einzelnen Moduleinheit 6 eine starke Strömung, die zu einem gewissen Maße abreinigend wirkt. Nach einer gewissen Zeit kann eine andere Moduleinheit 6 geschaltet werden usw. Ein ähnlicher Effekt kann erzielt werden, in dem durch P4 und Schaltung entsprechender Ventile eine starke Überströmung der Kapillaren einer einzelnen Moduleinheit 6 erzeugt wird.A module flush (fast flush) of the unit according to FIG. 5a or 5b is possible by increasing the circulation speed via pump P1 and by connecting the pump P4. With P4, each module can also be individually rinsed. This can be done during the ongoing filtration operation and also in both directions of flow. The cleaning effect of the capillaries can furthermore be achieved by introducing the entire supply of fluid to be separated only via the injection capillaries 20 of a single module unit 6. This creates within the capillary stack of this single module unit 6 a strong flow, which acts to a certain extent cleaning off. After a certain time, another module unit 6 can be switched, and so on. A similar effect can be achieved in that a strong overflow of the capillaries of a single module unit 6 is produced by P4 and switching of corresponding valves.
Die Spülgaszufuhr in die Einheit 8 gemäß Fig. 5a oder 5b ist über die entsprechenden Ventile für alle Module, für einzelne Modulgruppen 6 oder für einzelne Module 5 möglich. Dies kann bei laufendem Filtrationsbetrieb, aber auch bei der Reinigung, während der Modulspülung und während der Rückspülung durchgeführt werden. Ratsam ist, die Gasspülung mit Flüssigkeitsumlauf zu kombinieren, so dass ein Gemisch aus Flüssigkeit und Gasblasen entsteht. Dieser Flüssigkeitsumlauf kann mit der Pumpe P4 erzeugt werden.The purge gas supply into the unit 8 according to FIG. 5 a or 5 b is possible via the corresponding valves for all modules, for individual module groups 6 or for individual modules 5. This can be done during filtration operation, but also during the cleaning, during the module flushing and during the backwashing. It is advisable to combine the gas flush with liquid circulation, so that a mixture of liquid and gas bubbles is formed. This fluid circulation can be generated with the pump P4.
Ein Leerdrücken der Einheit gemäß Fig. 5a und 5b ist unter öffnen des obers- ten Gasventils und eines Ablassventils möglich.Blanking of the unit according to FIGS. 5 a and 5 b is possible by opening the uppermost gas valve and a drain valve.
Der Integritätstest kann in beide Richtungen (out / in und in / out) durchgeführt werden. Durch entsprechende Ventilschaltungen kann Modul für Modul durchgetestet werden. Nach Leerdrücken und Schließen aller Aus- und Einlassventile kann Gasdruck permeat- oder retentatseitig angelegt und ein Druckabfall über eine Zeit gemessen werden.The integrity test can be performed in both directions (out / in and in / out). By appropriate valve circuits module by module can be tested become. After blanking and closing all exhaust and intake valves, gas pressure can be applied permeator or retentate side and a pressure drop over time can be measured.
Ergibt der Integritätstest, dass ein Kapillardefekt in einer der Moduleinheiten 6 besteht, so wird der Modulraum 8 langsam über das Niveau der betreffenden Einheit 6 befüllt. Zusätzlich kann bei vollem Innenraum auch ein Druck angelegt werden. Durch die Modulfenster 42 ist ab einer gewissen Flüssigkeitshöhe bzw. einem gewissenIf the integrity test indicates that there is a capillary defect in one of the module units 6, the module space 8 is filled slowly above the level of the relevant unit 6. In addition, pressure can be applied when the interior is full. Through the module window 42 is from a certain liquid level or a certain
Druck zu sehen, wie Flüssigkeit verstärkt aus einer oder mehrerer defekter KapillarenPressure to see how fluid is amplified from one or more defective capillaries
10 austritt. Meist wird der vermehrte Flüssigkeitsaustritt bereits während laufender Kontrollen während des Betriebs festzustellen sein. Das entsprechende Modul 6 kann bei Feststellen von Defekten durch entsprechende Ventilschaltung isoliert werden, bis die defekten Kapillaren 10 repariert werden können.10 leaves. In most cases, the increased fluid leakage will already be detected during ongoing controls during operation. The corresponding module 6 can be isolated upon detection of defects by appropriate valve circuit until the defective capillaries 10 can be repaired.
Ist die defekte Kapillare 10 identifiziert, so lässt man weiter Flüssigkeit aus der defekten Kapillare 10 austreten. Man öffnet das entsprechende Fenster 42 und kann das Kapillarende 15 nun verstopfen.If the defective capillary 10 is identified, it will continue to leak liquid from the defective capillary 10. One opens the corresponding window 42 and can now plug the capillary end 15.
Ein Fast Flush ist ebenfalls leicht und effektiv möglich. Dies kann geschehen durch Erhöhung der Fördermenge der Umwälzpumpe P1 oder Zuschalten einer weiteren Pumpe parallel zu P1. Durch Ändern der Förderrichtung beider Pumpen ist dies sogar in beide Richtungen möglich. Ein lange andauernder Fast- Flush ist femer ein- fach dadurch möglich, dass die zu separierende Flüssigkeit über eine gewisse Zeit nur über die Injektionskapillaren 20 eines einzelnen Moduls 5 eingebracht wird. Dadurch entsteht innerhalb dieses Moduls 5 eine starke Strömung, die abreinigend wirkt. Nach einer gewissen Zeit, kann ein anderes Modul 5 geschaltet werden und so fort. Ein ähnlicher Effekt kann erzielt werden, in dem durch P4 und Schaltung entsprechender Ven- tile eine starke Überströmung eines einzelnen Moduls 5 erzeugt wird. A fast flush is also easily and effectively possible. This can be done by increasing the flow rate of the circulation pump P1 or connecting another pump parallel to P1. By changing the conveying direction of both pumps, this is possible even in both directions. A long-lasting fast flush is furthermore possible because the liquid to be separated is introduced over a certain time only via the injection capillaries 20 of a single module 5. This creates within this module 5 a strong flow, which has a cleaning effect. After some time, another module 5 can be switched and so on. A similar effect can be achieved in which a strong overflow of a single module 5 is generated by P4 and switching of corresponding valves.

Claims

Pate n ta n s p rü c h e Godfathering
1. Kapillar-Membranmodul aus permeablen Kapillaren und / oder Hohlfasern mit innen und / oder außen liegender abscheidender Schicht, die in Lagen annä- hernd parallel liegender Kapillaren übereinander geschichtet sind und einen gewissen Abstand zueinander aufweisen, wobei die Kapillaren rahmenförmig an mindestens zwei Seiten eingefasst, insbesondere vergossen oder verklebt sind, wobei an mindestens einer der eingefassten Seiten die Kapillaren aller oder einzelner Lagen an der äußeren Umfangsfläche nach außen hin offen en- den, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der Seiten eines einzelnen Moduls (5) oder einer Einheit (6) aus einzelnen oder mehreren aufeinander gestapelten und fluiddicht miteinander verbundenen Modulen (5) ein außen liegendes kastenförmiges Kompartiment (40a; 40b) fluiddicht auf- bzw. eingesetzt ist.1. capillary membrane module of permeable capillaries and / or hollow fibers with inside and / or outside depositing layer, which are layered in layers of approximately parallel capillaries and have a certain distance from each other, the capillaries frame-shaped bordered on at least two sides , in particular potted or glued, wherein on at least one of the enclosed sides, the capillaries of all or individual layers on the outer peripheral surface to the outside open, characterized in that at least one of the sides of a single module (5) or a unit (6) from an individual or a plurality of stacked and fluid-tightly interconnected modules (5) an outside box-shaped compartment (40a, 40b) is fluid-tight up or inserted.
2. Kapillar-Membranmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der außenliegende Kasten (40a; 40b) über die Rahmenseite auf- oder in eine Nut in der äußeren Rahmenseite eingesteckt ist.2. capillary membrane module according to claim 1, characterized in that the outer box (40a, 40b) on the frame side up or inserted into a groove in the outer frame side.
3. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgesteckten oder eingesteckten Kompartiment- kästen (40a; 40b) zur Verbesserung der Durchströmung, der Reinigung und zur3. capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that the plugged or inserted Kompartiment- boxes (40a, 40b) to improve the flow, the cleaning and the
Verminderung des internen Volumens nicht- parallele Flächen und nichtrechtwinklige Ecken und Kanten aufweisen.Reduction of the internal volume non-parallel surfaces and non-rectangular corners and edges have.
4. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Seite eines Kompartimentkastens (40a; 40b) aus einem abnehmbaren, wieder einsetzbaren und fluiddicht verschließbaren Deckel (42) besteht und / oder aus durchsichtigem Material hergestellt ist.4. capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that at least one side of a Kompartimentkastens (40a, 40b) consists of a removable, reusable and fluid-tight sealable lid (42) and / or is made of transparent material.
5. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgesteckten oder eingesteckten Kompartiment- kästen (40a; 40b) prozesstechnische Anschlüsse (48) enthalten, über die Flüs- sigkeit von außen oder von anderen Kompartimentkästen (40a; 40b) zu- und abgeführt werden kann.5. Capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that the plugged-in or inserted compartment boxes (40a; 40b) contain process-technical connections (48) via which from outside or from other compartment boxes (40a, 40b) can be added and removed.
6. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgesteckten oder eingesteckten Kompartiment- kästen (40a; 40b) messtechnische Anschlüsse zur Erfassung prozess- und verfahrenstechnischer Daten und / oder mindestens einen Bewegungssensor zum Auffinden defekter Kapillaren enthalten.6. capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that the plugged or inserted compartment compartments (40a; 40b) contain metrological connections for detecting process and process engineering data and / or at least one motion sensor for finding defective capillaries.
7. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einzelne permeable Kapillaren (10) oder auch mindestens eine gesamte Kapillarlage (12) durch nichtpermeable Kapillaren oder Röhrchen (20) ersetzt sind, wobei diese Injektionskapillaren (20) nur an einem Ende im Rahmen eingefasst sind und das andere Ende innerhalb des Rahmens offen endet oder aber beidendig im Rahmen eingefasst sind und grob offenporig, perforiert oder geschlitzt ausgeführt sind.7. capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that at least individual permeable capillaries (10) or at least an entire capillary layer (12) by non-permeable capillaries or tubes (20) are replaced, said injection capillaries (20) only on one end are bordered in the frame and the other end ends open within the frame or bordered at both ends in the frame and are carried out roughly porous, perforated or slotted.
8. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die permeablen Kapillaren (10) und die nichtpermeablen Injektionskapillaren (20) unterschiedliche Innen- und / oder Außendurchmesser aufweisen.8. capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that the permeable capillaries (10) and the non-permeable Injektionskapillaren (20) have different inner and / or outer diameter.
9. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtpermeablen Kapillaren oder Röhrchen (20) unterschiedliche Längen aufweisen und aus Kunststoff, Keramik, Metall oder jedem anderen Material bestehen.9. capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that the non-permeable capillaries or tubes (20) have different lengths and made of plastic, ceramic, metal or any other material.
10. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Kapillarlagen (12) durch ein Gewebe, Netz, Vlies, Gitter, Sieb oder ähnlichem ersetzt sind, das der Strömungsverteilung und / oder der Stabilisierung des Kapillarpaketes dient.10. capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that individual capillary layers (12) are replaced by a fabric, mesh, non-woven, mesh, screen or the like, which serves the flow distribution and / or the stabilization of the capillary.
11. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Kapillaren (10) mindestens einer Lage (12) durch Drähte, Garne, Fäden und / oder ähnlichem ersetzt sind, die der Stabili- sierung des Kapillarpaketes dienen. 11. capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that individual capillaries (10) of at least one layer (12) by wires, yarns, threads and / or the like are replaced, which serve to stabilization of the capillary.
12. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Kapillar-Membranmodule (5) miteinander reversibel oder nicht- reversibel fluiddicht zu einem Modulrahmenpaket bzw. Moduleinheit (6) miteinander verbunden sind, wobei die Module (5) übereinander und / oder nebeneinander angeordnet sind.12. capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that at least two of the capillary membrane modules (5) are connected to each other reversibly or non-reversibly fluid-tight manner to a module frame package or module unit (6), wherein the modules (5) arranged one above the other and / or side by side.
13. Kapillar-Membranmodul nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Moduleinheiten (6) zu einer Gesamtmoduleinheit (8) zusam- mengefasst sind, wobei die einzelnen Moduleinheiten (6) über mindestens ein Zwischenstück (50) miteinander verbunden sind.13. A capillary membrane module according to claim 12, characterized in that at least two module units (6) are combined to form a total module unit (8), wherein the individual module units (6) are interconnected via at least one intermediate piece (50).
14. Kapillar-Membranmodul nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das an dem obersten Modul (5) der Moduleinheit (6) bzw. der Gesamtmoduleinheit (8) ein Oberteil (54) und an dem untersten Modul ein Unterteil (52) befestigt ist.14. Capillary membrane module according to one of claims 12 or 13, characterized in that on the uppermost module (5) of the module unit (6) or the total module unit (8) an upper part (54) and at the lowest module a lower part ( 52) is attached.
15. Kapillar-Membranmodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zwischenstück (50) und / oder das Oberteil (54) und / oder das Unterteil (52) prozesstechnische Anschlüsse zur Zu- und Abfuhr von Flüssigkeiten und / oder messtechnische Anschlüsse zur prozess- und verfahrenstechnische Datenerfassung aufweisen können.15. capillary membrane module according to claim 13, characterized in that the at least one intermediate piece (50) and / or the upper part (54) and / or the lower part (52) procedural connections for the supply and removal of liquids and / or metrological connections for process and procedural data acquisition can have.
16. Kapillar-Membranmodul nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Oberteil (54) oder über jeder Moduleinheit (6) ein Verrieselungssystem angebracht ist, über das die Kapillaren mit Flüssigkeit beaufschlagt werden können.16. capillary membrane module according to claim 14, characterized in that in the upper part (54) or above each module unit (6) a trickling system is attached, via which the capillaries can be acted upon with liquid.
17. Kapillar-Membranmodul nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass über und / oder unter mindestens einer Moduleinheit (6) eine grob filtrierende Schicht angebracht ist, die als Vor- und Sicherheitsfilter dient.17. capillary membrane module according to one of claims 13 to 16, characterized in that above and / or under at least one module unit (6) has a coarsely filtering layer is attached, which serves as a pre-filter and safety.
18. Kapillar-Membranmodul nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils mindestens zwei Kompartimentkästen (40a; 40b) so miteinander verbunden sind, dass mindestens zwei Module (5) oder Modul- einheiten (6) in Serie hintereinander um Cross- Flow oder Dead- End betrieben werden und der Permeatfluß von innen nach außen erfolgt. 18. Capillary membrane module according to claim 13, characterized in that in each case at least two compartment boxes (40a, 40b) are connected to one another in such a way that at least two modules (5) or module units (6) are arranged one behind the other in series - Flow or dead-end operated and the permeate flow takes place from the inside out.
19. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass quer und / oder mit der Verlaufsrichtung der Kapillaren und jeweils zwischen den rahmenförmigen Seiten des Moduls eine oder mehrere Zwischenwände aus Kunststoff, Blech, Lochblech oder einem anderen Mate- rial eingefügt sind, wobei diese Zwischenwände auch eingegossen sein können, so dass das Innere eines Modulrahmens in zwei oder mehrere Strömungssegmente eingeteilt ist.19. Capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that transversely and / or with the direction of the capillaries and between each of the frame-shaped sides of the module one or more intermediate walls made of plastic, sheet metal, perforated plate or other material are inserted These intermediate walls can also be cast in, so that the interior of a module frame is divided into two or more flow segments.
20. Kapillar-Membranmodul nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Modul (5) mit ausschließlich in eine Richtung verlaufenden Kapillaren (10) zwei der Seiten des Moduls aus Kapillar- Vergussmasse bestehen und zwei aus damit verbundenen Wänden aus Kunststoff, Blech oder einem anderen Material, wobei die Wände gewellt sein können.20. Capillary membrane module according to one of the preceding claims, characterized in that, in a module (5) with capillaries (10) running exclusively in one direction, two of the sides of the module consist of capillary potting compound and two walls of plastic connected thereto, Sheet metal or other material, where the walls can be wavy.
21. Herstellung eines Kapillar-Membranmodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kapillarlagenstapel (12) zu dessen vorübergehenden Stabi- lisierung in mindestens einem Bereich mit einer verfestigenden Masse durchtränkt wird, die später wieder ausgewaschen wird.21. Production of a capillary membrane module according to claim 1, characterized in that the capillary layer stack (12) is impregnated for its temporary stabilization in at least one area with a solidifying mass which is later washed out again.
22. Herstellung eines Kapillar-Membranmodul nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Seiten des Kapillarstapels vergossen werden oder dergestalt verklebt, dass zwischen einzelnen Kapillarlagen perforiertes oder nicht perforiertes Klebeband und / oder Schichten von Klebemasse aufgetragen werden.22. Production of a capillary membrane module according to claim 21, characterized in that the sides of the capillary stack are potted or glued in such a way that perforated or non-perforated adhesive tape and / or layers of adhesive are applied between individual capillary layers.
23. Herstellung einer Kapillar- Gesamteinheit nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranmodule (5) bzw. Moduleinheiten (6) untereinander und gegenüber den Zwischenstücken (50), dem Unter- teil (52) und dem Oberteil (54) fluiddicht abgedichtet werden, indem die gesamte Anordnung (8) durch eine Spindel oder eine hydraulische Vorrichtung zusammengedrückt wird oder indem die gesamte Anordnung (8) durch an den Ecken und / oder Seiten der Anordnung angebrachte Gewindestangen zusammengeschraubt wird.23. Production of a capillary assembly according to claim 21 or 22, characterized in that the membrane modules (5) or module units (6) with each other and with respect to the intermediate pieces (50), the lower part (52) and the upper part ( 54) are sealed in a fluid-tight manner by compressing the entire assembly (8) by a spindle or a hydraulic device or by screwing together the entire assembly (8) by threaded rods attached to the corners and / or sides of the assembly.
24. Verfahren zum Betrieb einer Kapillar- Gesamteinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtration, Rückspülung, Spülung und Reini- gung mit Gas, Flüssigkeit oder einem Gemisch aus beiden gleichzeitig oder ü- berlappend stattfindet.24. A method for operating a capillary assembly according to claim 12, characterized in that the filtration, backwashing, rinsing and cleaning tion with gas, liquid or a mixture of both at the same time or overlapping takes place.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungrichtung des Permeats eingestellt werden kann, so dass sie entweder out- in (lumenseitiges Saugen oder retentatseitiges Drücken) oder auch in-out (Iu- menseitiges Drücken oder retentatseitiges Saugen) ist. 25. The method according to claim 24, characterized in that the flow direction of the permeate can be adjusted so that it is either out-in (lumenseitiges suction or Retentatseitiges pressing) or in-out (Iommesiges pressing or Retentatseitiges suction).
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITAL20100003A1 (en) * 2010-08-04 2012-02-05 Enomeccanica Bosio S R L TANGENTIAL FILTRATION EQUIPMENT, USABLE IN THE ENOLOGICAL SECTOR, IN CERAMIC OR FIBER-CVA MEMBRANES, IN PARTICULAR FOR FUNDS IN GENERAL, IN SPECIAL WAYS CONTAINING CLARIFYING SUBSTANCES, BOTH OR ORGANIC MINERALS.
WO2016054257A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 MJAR Holdings, LLC Methods of cannabis cultivation using a capillary mat
US9844518B2 (en) 2014-09-30 2017-12-19 MJAR Holdings, LLC Methods of growing cannabaceae plants using artificial lighting

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05220357A (en) * 1992-02-14 1993-08-31 Sanki Eng Co Ltd Hollow-fiber membrane filter member, its production and hollow-fiber membrane filter
DE4308697A1 (en) * 1993-03-18 1994-09-22 Durst Franz Prof Dr Dr H C Process for enriching a first gaseous or liquid medium with a second gas or a second liquid and a reactor for carrying out the process
WO2004024303A2 (en) * 2002-09-09 2004-03-25 Saxonia Bio Tec Gmbh Fiber cassette and modularly designed cassette system

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05220357A (en) * 1992-02-14 1993-08-31 Sanki Eng Co Ltd Hollow-fiber membrane filter member, its production and hollow-fiber membrane filter
DE4308697A1 (en) * 1993-03-18 1994-09-22 Durst Franz Prof Dr Dr H C Process for enriching a first gaseous or liquid medium with a second gas or a second liquid and a reactor for carrying out the process
WO2004024303A2 (en) * 2002-09-09 2004-03-25 Saxonia Bio Tec Gmbh Fiber cassette and modularly designed cassette system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITAL20100003A1 (en) * 2010-08-04 2012-02-05 Enomeccanica Bosio S R L TANGENTIAL FILTRATION EQUIPMENT, USABLE IN THE ENOLOGICAL SECTOR, IN CERAMIC OR FIBER-CVA MEMBRANES, IN PARTICULAR FOR FUNDS IN GENERAL, IN SPECIAL WAYS CONTAINING CLARIFYING SUBSTANCES, BOTH OR ORGANIC MINERALS.
WO2016054257A1 (en) * 2014-09-30 2016-04-07 MJAR Holdings, LLC Methods of cannabis cultivation using a capillary mat
US9844518B2 (en) 2014-09-30 2017-12-19 MJAR Holdings, LLC Methods of growing cannabaceae plants using artificial lighting

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