WO2012010457A1 - Module for separating mixtures of materials, and corresponding method - Google Patents

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WO2012010457A1
WO2012010457A1 PCT/EP2011/061795 EP2011061795W WO2012010457A1 WO 2012010457 A1 WO2012010457 A1 WO 2012010457A1 EP 2011061795 W EP2011061795 W EP 2011061795W WO 2012010457 A1 WO2012010457 A1 WO 2012010457A1
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membranes
membrane
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fluid
module
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PCT/EP2011/061795
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Manfred Baldauf
Marc Hanebuth
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/10—Spiral-wound membrane modules
    • B01D63/107—Specific properties of the central tube or the permeate channel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D63/066—Tubular membrane modules with a porous block having membrane coated passages
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D2317/00—Membrane module arrangements within a plant or an apparatus
    • B01D2317/08—Use of membrane modules of different kinds

Definitions

  • the invention relates to a module for separating mixtures of substances, in particular fluids, consisting of at least two un ferent materials and a corresponding method.
  • Devices for separating fluid mixtures, in particular a gas mixture are relevant, for example, in the operation of power plants.
  • the separation of carbonaceous constituents of the fuel is of importance in order to reduce carbon dioxide emissions per kilowatt-hour produced.
  • the gas mixture can be separated by means of membranes.
  • a partial pressure difference between a feed side of the membrane and a permeate side of the membrane is required.
  • the membrane is designed so that it reacts differently to different gases in the gas mixture, that is, it has a different StoffSelektterrorism against the various gases in the gas mixture.
  • a compressor which causes on the one hand, the mixture of substances is passed through the further membrane and ⁇ hand, that a pressure of a retentate of the membrane is sufficiently large to allow a circuit guide. It should be noted that the volume flow of the retentate is large enough to allow a desired high degree of separation. Because of the energy requirements of the compressor is entspre ⁇ accordingly high, which in addition to high investment costs thus high operating costs due.
  • An object of the present invention is therefore to provide a module and a method for separating a fluid mixture that allow a desired high purity of a substance to be separated from the mixture and at the same time can be easily manufactured and operated and require as little space.
  • the defined in claim 1 module for separating a fluid mixture and the method defined in claim 11 for separating a fluid mixture have the advantage that less energy must be expended to achieve a certain purity of a substance to be separated while maintaining the desired high degree of purity of the substance to be separated ,
  • the module is particularly simple and compact to produce, so that it requires in particular the least possible space.
  • the at least two membranes Benach ⁇ discloses one another are arranged and more particularly to a feeding and / or discharge channel is appropriate between the adjacent membranes assigns.
  • the advantage is that this an even more compact ⁇ res module can be easily manufactured. With the same space, it is possible to increase the membrane area required for a separation of the fluid mixture, so that a more reliable and faster separation of the ab ⁇ separating fluid can be achieved.
  • the membranes are arranged in the form of a winding or stapeiförmig or honeycomb. If the membranes are arranged in the form of a winding, the available installation space is utilized particularly effectively, since the membrane surface is arranged in a spiral shape, for example, and if there is a larger distance from the center, more and more membrane area becomes available, since the size of the membrane surface is at the respective distance from the membrane surface Center, whereas the distance from the center is determined by the thickness of the membrane surface. If the membranes are arranged in the form of a stack, a particularly simple production of the module is possible.
  • the individual layers or plies can easily over each other and are optionally stacked under arrangement of different feed and discharge channels for the substance to be separated or the mixture draw ⁇ separated substances one above the other or -implt, associated with low manufacturing costs.
  • a honeycomb arrangement a favorable membrane area to volume ratio is achieved.
  • any combination of the above-mentioned forms for the membranes is possible.
  • the wound membranes are offset from one another in the circumferential direction, in particular regularly arranged ⁇ .
  • the advantage is that this can be arranged in a simple Wei ⁇ se wound membranes so that each ⁇ wells is the be separated material for further processing without any further release agent or elaborate or complicated transport for the separated materials must be provided in each case.
  • a particular regular arrangement of the membranes is on the one hand their determination particularly simple, on the other hand can also simultaneously a variety of membranes are arranged with different material selectivity to separate ternary or higher fluid mixtures.
  • the wound membranes are arranged around at least one central tube, wherein the central tube has at least one respective outlet for a respective permeate of the two membranes.
  • the stacked manner arranged Membra ⁇ nen are stacked in such a way so that each two adjacent Memb ⁇ Ranen once the same material selectivity and even different material having selectivity, in particular with two outer layers each having different selectivity to the adjacent fabric membrane.
  • drive means for increasing a particle are at least ⁇ al horrunter defencees arranged between feed and permeate side of a membrane.
  • These drive means may be provided at ⁇ play, in the form of flushing gases, which are introduced into the respective supply and discharge passages to improve the passage of a fluid to be separated from the mixture of substances the substance through the corresponding membrane.
  • the honeycombed Membra ⁇ nen are on an inside and / or outside of a discharge port for a respective fluid material out of the material mixture forms ⁇ .
  • the achieved advantage is that thus a ⁇ a multiple separation of the material mixture is made possible and may be the same ⁇ temporarily separate supply channels in order to apply a second discharge duct with the fluid mixture to be separated omitted.
  • a feed channel and / or the Abgarka ⁇ channels are rectangular, hexagonal or circular.
  • the advantage of a rectangular configuration of the channels in the case of a honeycomb arrangement is that, in the case of the discharge channels, there are therefore no directly adjacent membranes with different substance selectivity.
  • a rectangular arrangement of the channels is also more favorable mechanically compared to a hexagonal arrangement. In a hexagonal arrangement, however, the membrane area / volume is again men's ratio more favorable.
  • a circular design of the feed channel and the discharge channels allows a particularly simple production of the feed channel and the Abgarka ⁇ channels.
  • the discharge channels can be coated in all embodiments in ⁇ example, via a dip-coating process.
  • the channels can be selectively closed during the coating and thus be excluded from the coating. In this way, discharge channels can be created with different cloth ⁇ selectivities.
  • the selective coatings can consist of both inorganic material and organic material.
  • the feed channels produced it is also possible to use a corresponding porö ⁇ sen body, in which then only appropriate discharge channels are provided for discharging the separated substances of the fluid mixture.
  • the channels are coated with a corresponding membrane with corresponding substance selectivity, for example, the porous base body can simply be exposed to a fluid mixture to be separated. The substance mixture to be separated then penetrates through the entire porous body and on to the corresponding membranes of the discharge channels. By provided with the appropriate fabric selectivity membranes then the corresponding substance to be separated in the entspre ⁇ sponding discharge channel occurs, and the fluid mixture is separated in this way.
  • the module comprises porous material, in particular ⁇ special, wherein the porous material is designed as a supply channel for at least ⁇ a membrane.
  • porous material in particular ⁇ special, wherein the porous material is designed as a supply channel for at least ⁇ a membrane.
  • FIG. 1 shows a module according to a first embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a central tube according to the first imple mentation of the present form
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a module according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a module according to a second embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a schematic diagram of a structure of a module according to the second embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a three-dimensional schematic representation ei ⁇ nes module according to a third disclosed embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a three-dimensional schematic representation ei ⁇ nes module according to the fourth disclosed embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a module according to a first embodiment of the present invention.
  • an outer central tube 4 is shown in three-dimensional schematic view, in the interior of which runs coaxially with the outer central tube 4, an inner central tube 3.
  • the innermost layer 8 consists of a membrane with a material selectivity for the second substance.
  • the diaphragm 8 is formed as a membrane pocket, ie, the membrane bag is made of a substantially flat Memb ⁇ ran by a folding of the membrane formed on one side, so that essentially two membrane sides zueinan- the form parallel the layer or position.
  • a spacer 8a is arranged for spacing the opposite sides of the membrane from each other and for passing the permeate enriched with second material.
  • the membrane bag in the running perpendicular to the axis side 8i, is folded, whereas it gas-tight manner the end faces 8 2 and 83, for example welded ver ⁇ is.
  • a spacer layer 7 to ⁇ arranged to space the layer 8 by a second layer disposed thereon in the form of a membrane pocket 6, which is selectively formed for the first material.
  • Spacer layer 5 for example in the form of a wire ⁇ grid, arranged.
  • the fluid mixture 1 located in the spacer layers 5, 7 can now be separated by passing the first material through the membrane of the membrane pocket 8 with a fabric Selectivity for this second substance can penetrate into it and the first substance can enter through the membrane of the membrane pocket 6 with the substance selectivity for the first substance in this.
  • the enriched to the first or second material permeate is passed to the outer and inner central tube 4, 3, via which then the enriched with the first material or second material permeate can be fed to further processing.
  • the retentate ie the part of the substance mixture which is not permeated by the respective membrane of the membrane pockets 6, 8, flows along the axial direction of the outer central tube 4 within the spacer layers 5 and 7 as far as the opposite end faces in the axial direction; There, this can then be fed to a further processing.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a central tube according to the first imple mentation of the present invention.
  • the inner central tube 3 and the outer coaxially arranged central tube 4 is shown.
  • openings 9a, 9b are circumferentially arranged in the outer central tube 4.
  • the openings 9a are in fluid communication with the inner central tube 3, whereas the openings 9b are in fluid communication with the outer central tube 4.
  • the two central tubes 3 and 4 are not fluidly connected to each other, but are used for separate flow of fluid substances.
  • Fig. 3 shows a cross-sectional view of a module according to the invention according to the first imple mentation of the present invention.
  • the membrane bag 6 is now arranged so that it and its interior is in fluid Ver ⁇ connection with the opening 9b of the outer central tube 4 whereas the membrane pocket 8 is correspondingly arranged to be in fluid communication, more specifically the interior thereof, with the opening 9a of the inner central tube 3.
  • the membrane pockets 6, 8 are, as well as the openings 9a, 9b offset by 180 ° to each other, so re ⁇ gel matter, arranged.
  • membrane pockets 6, 8 spacers 6a, 8a are further arranged to allow flow through a fluid mixture in the respective Membranta ⁇ cal 6, 8.
  • Between the membrane pockets 6, 8 spacers 5, 7 are also arranged, which are respectively fixed to the outer peripheral surfaces of the outer central tube 4.
  • FIGS. 1, 2 and 3 show a module according to a second embodiment of the present invention.
  • a substantially rectangular base plate G is shown, which has at their respective corner holes ⁇ B.
  • various part flat membrane modules M are now assigns reasonable having corresponding dimensions as the base plate G, and which are likewise provided in their respective corners with holes B.
  • a membrane 6, 8 is arranged, which has a substance selectivity for a particular fluid substance.
  • the base plate G and the sub-membrane modules M can then be firmly connected to each other via the holes B, for example by a corresponding screw.
  • corresponding supply and ex ⁇ guides such as lines for the mixture to be separated.
  • the bores B can also be used for this purpose. Hollow threaded rods can thus be passed through the bores B, which then have openings corresponding to the spaces between the partial membrane modules M and the base plate G, in order to convey the substance mixture to be separated into the hollow threaded rods To initiate Diagrammembranmo ⁇ dul thoroughly Kunststoff.
  • Fig. 5 shows a schematic diagram of a structure of a Mo ⁇ duls according to the second disclosed embodiment of the present invention.
  • a corresponding structure of a module with stapeiförmig arranged membranes 6, 8 is shown.
  • the structure from bottom to top is as follows: On a Grund ⁇ plate Gi a space Zi for the passage of a fluid is arranged. On this space Zi a membrane 8 is arranged, which is selective for the second material. Ober ⁇ half of the membrane 8 is a further gap Z 2 to
  • a gap Z 2, Z 4 between two membranes with at ⁇ Kunststoffaji material selectivity is passed 5 from left between the membranes 6 and 8 now with the substance mixture to be separated as shown in FIG 1..
  • the not passing through the respective membranes 6, 8 fluid mixture 1, that is, the retentate R is doing right Rotge ⁇ returned from the gap Z. 2
  • the first material and the second material occur entspre ⁇ accordingly upwardly and downwardly through the respective membrane 6, or 8 in the interspaces Z 3, Zi an as permeate P A or permeate P B and to the left from the gap Z 3 Zi brought out.
  • rinsing streams or gases can be passed into the intermediate spaces Z 3 , Zi.
  • FIG. 6 shows a three-dimensional schematic representation of a module according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows a cylindrical main body Z, which encloses a honeycomb structure W in the axial direction.
  • the honeycomb structure W comprises axial channels Ki for supplying the fluid mixture to be separated.
  • Ka Ki ⁇ ducts are formed on its peripheral surface at least both the first material than for the second material permeable from ⁇ . Adjacent to this feed channel Ki are arranged in the circumferential direction around the feed channel Ki alternately discharge channels ⁇ ⁇ , Ks. The discharge channels Ke are doing with a
  • Membrane 6 coated which has a selectivity for a first material and the discharge channels Ks are coated with a membrane 8, which has a substance selectivity for the second Has substance of the fluid mixture.
  • the respective membranes can also form the discharge channels Ke, Ks themselves.
  • the individual honeycombs are hexagonal. If, for example, a feed channel Ki is arranged in the middle, three discharge channels Ke and three discharge channels Ks are alternately arranged around the feed channel Ki. In the hexagonal design of the feed channels Ki and the discharge channels Ke, Ks a favorable membrane surface area / volume ratio Ver ⁇ is given. In addition, a hexagonal design of the membranes 6, 8 insensitive to mechanical loads.
  • FIG. 7 shows a three-dimensional schematic representation of a module according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the honeycomb structure W is quadrangular in FIG. 7 and, in particular, square in FIG. 7.
  • the respective channels Ki, Ke and Ks again extend along the axis of the cylindrical basic body Z.
  • the advantage of a rectangular formation of the honeycombs is that with this arrangement of the honeycombs no directly adjacent membranes of different substance selectivity occur, so that an optimum
  • the cylindrical body Z as a porous body and in this watch only corresponding discharge passages Ks, K & ⁇ before.
  • the fluid to be separated substance mixture is then passed through the porous body and Z ge ⁇ separates according to the Se ⁇ selectivity of the coatings of the discharge channels ⁇ , K and can be discharged through the discharge passages Ke, K for further processing.
  • appropriate header plates which are attached to the end faces of the cylindrical body Z, are provided which initiate the various material flows selectively to the respective honeycomb or the porous basic body or discharging.
  • a gas-permeable body to provide a sheath.
  • the invention has the advantage that two substances of a mixture of substances can be separated in a simple and reliable manner and the lowest possible use of energy and the corresponding module is inexpensive and space -saving.

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Abstract

The invention relates to a module for separating liquid mixtures of materials. The module comprises a module for separating liquid mixtures of materials, said mixtures consisting of at least two different materials. Said module comprises at least two membranes that have different material selectivity with respect to the at least two different materials. The two membranes can be supplied with the mixture of materials in a substantially simultaneous manner. The invention likewise relates to a corresponding method.

Description

Beschreibung description
Modul zum Trennen von Stoffgemischen sowie entsprechendes Verfahren Module for separating mixtures of substances and corresponding method
Die Erfindung betrifft ein Modul zum Trennen von Stoffgemischen, insbesondere Fluiden, bestehend aus zumindest zwei un terschiedlichen Stoffen sowie ein entsprechendes Verfahren. The invention relates to a module for separating mixtures of substances, in particular fluids, consisting of at least two un ferent materials and a corresponding method.
Vorrichtungen zum Trennen von fluiden Stoffgemischen, insbesondere eines Gasgemisches, sind beispielsweise beim Betrieb von Kraftwerken relevant. So ist bei Kohlekraftwerken die Ab Scheidung von kohlenstoffhaltigen Bestandteilen des Brennstoffes von Bedeutung, um den Kohlendioxidausstoß pro erzeug ter Kilowattstunde zu senken. Das Gasgemisch kann dabei mit Hilfe von Membranen getrennt werden. Damit das Gasgemisch durch die Membran getrennt werden kann, ist eine Partial- druckdifferenz zwischen einer Feed-Seite der Membran und einer Permeatseite der Membran erforderlich. Die Membran ist dabei so ausgebildet, dass sie unterschiedlichen Gasen im Gasgemisch unterschiedlich stark entgegenwirkt, das heißt, sie weist eine unterschiedliche StoffSelektivität gegenüber den verschiedenen Gasen im Gasgemisch auf. Devices for separating fluid mixtures, in particular a gas mixture, are relevant, for example, in the operation of power plants. For coal-fired power plants, the separation of carbonaceous constituents of the fuel is of importance in order to reduce carbon dioxide emissions per kilowatt-hour produced. The gas mixture can be separated by means of membranes. In order for the gas mixture to be separated by the membrane, a partial pressure difference between a feed side of the membrane and a permeate side of the membrane is required. The membrane is designed so that it reacts differently to different gases in the gas mixture, that is, it has a different StoffSelektivität against the various gases in the gas mixture.
Aufgrund der Tatsache, dass Membranen eine endliche Selekti¬ vität aufweisen, kann eine vorgegebene Reinheit eines abzu¬ trennenden fluiden Stoffes aus dem Stoffgemisch mit einer einzelnen Membran oft nicht erreicht werden. Um dieses Prob¬ lem zu lösen, ist es bereits bekannt, das durch eine Membran bereits hindurchgetretene Permeat durch weitere Membranen durchzuleiten und auf diese Weise aufzukonzentrieren . Hierzu wird ein Teil des bereits durch eine Membran hindurchgeleite ten Stoffstromes zurückgeführt, mit dem ursprünglichen Stoff gemisch wieder gemischt und erneut durch eine oder mehrere Membranen mit Selektivität für den abzutrennenden Stoff zu dessen erneuter Abtrennung durchgeleitet. Zwischen den Membranen erfolgt eine Aufkonzentrierung, so dass bei Abtrennung durch die letzte Membran der abzutrennende Stoff die ge¬ wünschte Reinheit aufweist. Due to the fact that membranes have a finite Selekti ¬ tivity, a predetermined purity of a ERS ¬ separating fluid substance from the substance mixture with a single membrane can often not be achieved. To solve this prob ¬ lem, it is already known that by pass through a membrane already has passed permeate through further membranes and concentrate in this way. For this purpose, a part of the already passed through a membrane th flow of material is returned, mixed with the original material mixture again and again passed through one or more membranes with selectivity for the material to be separated to its renewed separation. There is a concentration between the membranes, so that when separated by the last membrane of the material to be separated having the ge ¬ desired purity.
Für die Aufkonzentrierung ist üblicherweise ein Verdichter vorgesehen, der bewirkt, dass einerseits das Stoffgemisch durch die weitere Membran hindurchgeleitet wird und anderer¬ seits, dass ein Druck eines Retentats der Membran ausreichend groß ist, um eine Kreisführung zu ermöglichen. Dabei ist zu beachten, dass der Volumenstrom des Retentats groß genug ist, um einen gewünschten hohen Abtrenngrad zu ermöglichen. Aufgrund dessen ist der Energiebedarf des Verdichters entspre¬ chend hoch, was neben hohen Investitionskosten somit hohe Betriebskosten bedingt. For the concentration usually a compressor is provided, which causes on the one hand, the mixture of substances is passed through the further membrane and ¬ hand, that a pressure of a retentate of the membrane is sufficiently large to allow a circuit guide. It should be noted that the volume flow of the retentate is large enough to allow a desired high degree of separation. Because of the energy requirements of the compressor is entspre ¬ accordingly high, which in addition to high investment costs thus high operating costs due.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Modul und ein Verfahren zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches zu schaffen, die eine gewünschte hohe Reinheit eines abzutrennenden Stoffes aus dem Stoffgemisch ermöglichen und gleichzeitig einfach hergestellt und betrieben werden können sowie möglichst wenig Bauraum benötigen. An object of the present invention is therefore to provide a module and a method for separating a fluid mixture that allow a desired high purity of a substance to be separated from the mixture and at the same time can be easily manufactured and operated and require as little space.
Diese Aufgabe wird mit einem Modul mit den Merkmalen des An¬ spruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. This object is achieved with a module having the features of claim 1. An ¬ and a method having the features of claim 11.
Das in Anspruch 1 definierte Modul zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches sowie das in Anspruch 11 definierte Verfahren zum Trennen eines fluiden Stoffgemisches weisen den Vorteil auf, dass weniger Energie zur Erreichung einer bestimmten Reinheit eines abzutrennenden Stoffes aufgewendet werden muss bei gleichzeitigem gewünschtem hohen Reinheitsgrad des abzutrennenden Stoffes. Zudem ist das Modul besonders einfach und kompakt herstellbar, so dass es insbesondere möglichst wenig Bauraum benötigt. The defined in claim 1 module for separating a fluid mixture and the method defined in claim 11 for separating a fluid mixture have the advantage that less energy must be expended to achieve a certain purity of a substance to be separated while maintaining the desired high degree of purity of the substance to be separated , In addition, the module is particularly simple and compact to produce, so that it requires in particular the least possible space.
Vorteilhafterweise sind die zumindest zwei Membranen benach¬ bart zueinander angeordnet und insbesondere ist zwischen den benachbarten Membranen ein Zuführ- und/oder Abführkanal ange- ordnet. Der Vorteil dabei ist, dass damit ein noch kompakte¬ res Modul auf einfache Weise hergestellt werden kann. Bei gleichem Bauraum ist es so möglich, die für eine Trennung des fluiden Stoffgemisches benötigte Membranfläche zu vergrößern, so dass ein zuverlässigeres und schnelleres Trennen des abzu¬ trennenden fluiden Stoffes erreicht werden kann. Advantageously, the at least two membranes Benach ¬ discloses one another are arranged and more particularly to a feeding and / or discharge channel is appropriate between the adjacent membranes assigns. The advantage is that this an even more compact ¬ res module can be easily manufactured. With the same space, it is possible to increase the membrane area required for a separation of the fluid mixture, so that a more reliable and faster separation of the ab ¬ separating fluid can be achieved.
Zweckmäßigerweise sind die Membranen in Form einer Wicklung oder stapeiförmig oder wabenförmig angeordnet. Sind die Membranen in Form einer Wicklung angeordnet, wird der zur Verfügung stehende Bauraum besonders effektiv genutzt, da die Membranfläche beispielsweise spiralförmig angeordnet wird und so bei größerem Abstand vom Zentrum immer mehr Membranfläche zur Verfügung steht, da die Größe der Membranfläche mit dem jeweiligen Abstand vom Zentrum skaliert, wohingegen der Abstand vom Zentrum durch die Dicke der Membranfläche bestimmt wird. Sind die Membranen stapeiförmig angeordnet, ist dabei eine besonders einfache Herstellung des Moduls möglich. Die einzelnen Schichten bzw. Lagen können einfach übereinander und gegebenenfalls unter Anordnung verschiedener Zu- und Abführkanäle für das abzutrennende Stoffgemisch bzw. die abge¬ trennten Stoffe übereinander gestapelt bzw. -geschichtet werden, einhergehend mit geringen Herstellungskosten. Bei einer wabenförmigen Anordnung wird ein günstiges Membranfläche- Volumen-Verhältnis erreicht. Selbstverständlich ist auch eine beliebige Kombination oben genannter Formen für die Membranen möglich . Conveniently, the membranes are arranged in the form of a winding or stapeiförmig or honeycomb. If the membranes are arranged in the form of a winding, the available installation space is utilized particularly effectively, since the membrane surface is arranged in a spiral shape, for example, and if there is a larger distance from the center, more and more membrane area becomes available, since the size of the membrane surface is at the respective distance from the membrane surface Center, whereas the distance from the center is determined by the thickness of the membrane surface. If the membranes are arranged in the form of a stack, a particularly simple production of the module is possible. The individual layers or plies can easily over each other and are optionally stacked under arrangement of different feed and discharge channels for the substance to be separated or the mixture abge ¬ separated substances one above the other or -geschichtet, associated with low manufacturing costs. In a honeycomb arrangement, a favorable membrane area to volume ratio is achieved. Of course, any combination of the above-mentioned forms for the membranes is possible.
Zweckmäßigerweise sind die gewickelten Membranen in Umfangs- richtung versetzt zueinander, insbesondere regelmäßig ange¬ ordnet. Der Vorteil hierbei ist, dass damit auf einfache Wei¬ se gewickelte Membranen so angeordnet werden können, dass je¬ weils der abzutrennende Stoff zur Weiterverarbeitung zur Verfügung steht, ohne dass weitere Trennmittel oder aufwändige oder komplizierte Transportmittel für die abgetrennten Stoffe jeweils vorgesehen werden müssen. Bei einer insbesondere regelmäßigen Anordnung der Membranen ist zum einen deren Festlegung besonders einfach, zum anderen kann gleichzeitig auch eine Vielzahl von Membranen mit unterschiedlicher Stoffselektivität angeordnet werden, um auch ternäre oder höhere fluide Stoffgemische trennen zu können. Vorteilhafterweise sind die gewickelten Membranen um zumindest ein Zentralrohr angeordnet, wobei das Zentralrohr zumindest jeweils einen Auslass für ein jeweiliges Permeat der beiden Membranen aufweist. Durch das Zentralrohr mit zumindest jeweils einem Auslass für das jeweilige Permeat der bei- den Membranen wird auf einfache und äußerst kostengünstige Weise ein Wickelkörper für die Wicklung der Membranen zur Verfügung gestellt. Gleichzeitig ist durch die beiden Ausläs¬ se in dem Zentralrohr der Bauraum möglichst gering bzw. wird gering halten, da keine zwei separaten Rohre mit jeweiligen Auslässen bereitgestellt werden müssen. Conveniently, the wound membranes are offset from one another in the circumferential direction, in particular regularly arranged ¬. The advantage is that this can be arranged in a simple Wei ¬ se wound membranes so that each ¬ weils is the be separated material for further processing without any further release agent or elaborate or complicated transport for the separated materials must be provided in each case. In a particular regular arrangement of the membranes is on the one hand their determination particularly simple, on the other hand can also simultaneously a variety of membranes are arranged with different material selectivity to separate ternary or higher fluid mixtures. Advantageously, the wound membranes are arranged around at least one central tube, wherein the central tube has at least one respective outlet for a respective permeate of the two membranes. Through the central tube with at least one respective outlet for the respective permeate of the two membranes, a winding body for the winding of the membranes is provided in a simple and extremely cost-effective manner. At the same time by the two Ausläs ¬ se in the central tube, the installation space as small as possible or is kept low because no two separate pipes must be provided with respective outlets.
Zweckmäßigerweise sind die stapeiförmig angeordneten Membra¬ nen derart gestapelt, so dass jeweils zwei benachbarte Memb¬ ranen einmal dieselbe StoffSelektivität und einmal unter- schiedliche StoffSelektivität aufweisen, insbesondere wobei zwei äußere Lagen jeweils unterschiedliche StoffSelektivität zur benachbarten Membran aufweisen. Der Vorteil dabei ist, dass damit eine Verwendung von gasdichten Trennplatten nicht erforderlich ist: Wäre die Abfolge der stapeiförmig angeord- neten Membranen derart, dass jeweils benachbarte Membranen unterschiedliche StoffSelektivität aufweisen, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Membranen ein Zwischenraum angeordnet ist, so würde, wenn die Zwischenräume abwechselnd als Feed-Seite bzw. Permeatseite der jeweiligen Membran genutzt werden und diese ebenfalls abwechselnd zwischen den Membranen angeordnet sind, jeweils das zu trennende Stoffgemisch, wel¬ ches durch die Feed-Seite zwischen die beiden Membranen mit jeweils unterschiedlicher StoffSelektivität zugeführt wird, zwar jeweils getrennt auf die jeweilige Permeatseite durch die jeweilige Membran hindurchtreten. Da jedoch auf der gegenüberliegenden Seite wiederum eine Membran mit gegensätzlicher StoffSelektivität ebenfalls an dem entsprechenden Zwischenraum angeordnet ist, würde auch der zweite zu trennende Stoff in den entsprechenden Zwischenraum eintreten, so dass wiederum ein fluides Gemisch aus den beiden Stoffen vorliegen würde. Die Zusammensetzung dieses fluiden Gemisches könnte zwar leicht von der ursprünglichen Zusammensetzung abweichen, da gegebenenfalls die Membranen nicht nur eine unterschiedli¬ che StoffSelektivität , sondern auch eine unterschiedliche Stärke in der StoffSelektivität aufweisen, im Endeffekt würde jedoch wieder ein Gemisch aus den beiden Stoffen vorliegen, welches sich kaum von der ursprünglichen Zusammensetzung des zu trennenden fluiden Stoffgemisches unterscheidet. Conveniently, the stacked manner arranged Membra ¬ nen are stacked in such a way so that each two adjacent Memb ¬ Ranen once the same material selectivity and even different material having selectivity, in particular with two outer layers each having different selectivity to the adjacent fabric membrane. The advantage of this is that it does not require the use of gas-tight separating plates: If the sequence of the stacked membranes would be such that adjacent membranes each have different substance selectivities, with a space between each two adjacent membranes, then the spaces are alternately used as feed side or permeate side of the respective membrane and these are also arranged alternately between the membranes, in each case the substance mixture to be separated, wel ¬ ches is fed through the feed side between the two membranes, each with different material selectivity, Although in each case separately pass through the respective membrane on the respective permeate side. However, since on the opposite side again a membrane with opposite StoffSelektivität is also located at the corresponding space, would also be the second to be separated Substance enter the appropriate space, so that in turn would be a fluid mixture of the two substances. Although the composition of this fluid mixture may be different from the original composition easy, as appropriate, the membranes have not only differing ¬ che material selectivity, but also a different intensity in the material selectivity, in the end, however, a mixture of the two substances would exist again, which hardly differs from the original composition of the fluid mixture to be separated.
Zweckmäßigerweise sind Triebmittel zur Erhöhung eines Parti- aldruckunterschiedes zwischen Feed- und Permeatseite zumin¬ dest einer Membran angeordnet. Diese Triebmittel können bei¬ spielsweise in Form von Spülgasen bereitgestellt werden, die in die entsprechenden Zuführ- und Abführkanäle eingeleitet werden, um den Durchtritt eines aus dem fluiden Stoffgemisch zu trennenden Stoffes durch die entsprechende Membran zu verbessern . Conveniently, drive means for increasing a particle are at least ¬ aldruckunterschiedes arranged between feed and permeate side of a membrane. These drive means may be provided at ¬ play, in the form of flushing gases, which are introduced into the respective supply and discharge passages to improve the passage of a fluid to be separated from the mixture of substances the substance through the corresponding membrane.
Vorteilhafterweise sind die wabenförmig angeordneten Membra¬ nen auf einer Innen- und/oder Außenseite eines Abführkanals für einen jeweiligen fluiden Stoff des Stoffgemisches ausge¬ bildet. Der erzielte Vorteil dabei ist, dass damit eine ein¬ fache Trennung des Stoffgemisches ermöglicht wird und gleich¬ zeitig separate Zuführkanäle, um einen zweiten Abführkanal mit dem zu trennenden fluiden Stoffgemisch zu beaufschlagen, entfallen können. Advantageously, the honeycombed Membra ¬ nen are on an inside and / or outside of a discharge port for a respective fluid material out of the material mixture forms ¬. The achieved advantage is that thus a ¬ a multiple separation of the material mixture is made possible and may be the same ¬ temporarily separate supply channels in order to apply a second discharge duct with the fluid mixture to be separated omitted.
Zweckmäßigerweise sind ein Zuführkanal und/oder die Abführka¬ näle rechteckig, hexagonal oder kreisförmig ausgebildet. Der Vorteil einer rechteckigen Ausgestaltung der Kanäle bei einer wabenförmigen Anordnung ist, dass damit im Falle der Abführkanäle keine direkt nebeneinander liegenden Membranen mit unterschiedlicher StoffSelektivität auftreten. Des Weiteren ist eine rechteckige Anordnung der Kanäle auch mechanisch gegenüber einer hexagonalen Anordnung günstiger. Bei einer hexago- nalen Anordnung ist jedoch wiederum das Membranfläche/Volu- men-Verhältnis günstiger. Eine kreisförmige Ausbildung des Zuführkanals und der Abführkanäle ermöglicht eine besonders einfache Herstellung des Zuführkanals als auch der Abführka¬ näle. Die Abführkanäle können bei allen Ausgestaltungen bei¬ spielsweise über ein Dip-Coating-Verfahren beschichtet werden. Sind geeignete Masken für die Abführkanäle ausgewählt, können die Kanäle während des Coatings selektiv verschlossen werden und somit von der Beschichtung ausgenommen werden. Auf diese Weise können Abführkanäle mit unterschiedlichen Stoff¬ selektivitäten erzeugt werden. Dabei können die selektiven Beschichtungen sowohl aus anorganischem Material als auch aus organischem Material bestehen. Anstelle der hergestellten Zuführkanäle ist es ebenfalls möglich, einen entsprechend porö¬ sen Grundkörper zu verwenden, in dem dann lediglich entsprechende Abführkanäle zum Abführen der getrennten Stoffe des fluiden Stoffgemisches vorgesehen werden. Sind die Kanäle mit einer entsprechenden Membran mit entsprechender StoffSelektivität beschichtet, kann beispielsweise der poröse Grundkörper einfach mit einem zu trennenden fluide Stoffgemisch beaufschlagt werden. Das zu trennende Stoffgemisch dringt dann durch den gesamten porösen Grundkörper und weiter zu den entsprechenden Membranen der Abführkanäle vor. Durch die mit der entsprechenden StoffSelektivität versehenen Membranen tritt dann der entsprechende abzutrennende Stoff in den entspre¬ chenden Abführkanal ein und das fluide Stoffgemisch wird auf diese Weise getrennt. Conveniently, a feed channel and / or the Abführka ¬ channels are rectangular, hexagonal or circular. The advantage of a rectangular configuration of the channels in the case of a honeycomb arrangement is that, in the case of the discharge channels, there are therefore no directly adjacent membranes with different substance selectivity. Furthermore, a rectangular arrangement of the channels is also more favorable mechanically compared to a hexagonal arrangement. In a hexagonal arrangement, however, the membrane area / volume is again men's ratio more favorable. A circular design of the feed channel and the discharge channels allows a particularly simple production of the feed channel and the Abführka ¬ channels. The discharge channels can be coated in all embodiments in ¬ example, via a dip-coating process. If suitable masks for the discharge channels are selected, the channels can be selectively closed during the coating and thus be excluded from the coating. In this way, discharge channels can be created with different cloth ¬ selectivities. The selective coatings can consist of both inorganic material and organic material. Instead of the feed channels produced, it is also possible to use a corresponding porö ¬ sen body, in which then only appropriate discharge channels are provided for discharging the separated substances of the fluid mixture. If the channels are coated with a corresponding membrane with corresponding substance selectivity, for example, the porous base body can simply be exposed to a fluid mixture to be separated. The substance mixture to be separated then penetrates through the entire porous body and on to the corresponding membranes of the discharge channels. By provided with the appropriate fabric selectivity membranes then the corresponding substance to be separated in the entspre ¬ sponding discharge channel occurs, and the fluid mixture is separated in this way.
Vorteilhafterweise umfasst das Modul poröses Material, insbe¬ sondere wobei das poröse Material als Zuführkanal für zumin¬ dest eine Membran ausgebildet ist. Der Vorteil hierbei ist, dass damit unterschiedliche Formen von Zuführ- und auch Ab¬ führkanälen verwendet werden können ohne die Gasdurchlässig¬ keit und die mechanische Belastbarkeit der Kanäle zu vermin¬ dern. Gleichzeitig sinkt der Herstellungsaufwand für ein Mo¬ dul, da kein separater Zuführkanal mehr vorgesehen werden muss . Ein Modul gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-10 kann aus beliebig vielen weiteren entsprechenden Modulen kombiniert werden. Ein Wickelmodul kann beispielsweise eine Länge von ca. einem Meter aufweisen und ein gestapeltes Modul kann bei¬ spielsweise eine Grundfläche von ca. 20x20 cm bis ca. Advantageously, the module comprises porous material, in particular ¬ special, wherein the porous material is designed as a supply channel for at least ¬ a membrane. The advantage here is that so different forms of feeding and even from ¬ extension passages can be used without the gas permeable ¬ resistance and the mechanical strength of the channels to vermin ¬ countries. At the same time, the production cost for a Mo ¬ dul lowered since no separate feed must be longer provided. A module according to at least one of claims 1-10 can be combined from any number of other corresponding modules. A winding module can for example have a length of about one meter and a stacked module may at ¬ play, a floor area of approximately 20x20 cm to about
50x50 cm aufweisen. 50x50 cm.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 ein Modul gemäß einer ersten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung; FIG. 1 shows a module according to a first embodiment of the present invention;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Zentralrohres gemäß der ersten Aus führungs form der vorliegendenFigure 2 is a schematic representation of a central tube according to the first imple mentation of the present form
Erfindung; Invention;
Figur 3 eine Querschnittsdarstellung eines Moduls gemäß der ersten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung; Figur 4 ein Modul gemäß einer zweiten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung;  FIG. 3 is a cross-sectional view of a module according to the first embodiment of the present invention; FIG. 4 shows a module according to a second embodiment of the present invention;
Figur 5 eine Prinzipdarstellung eines Aufbaus eines Moduls gemäß der zweiten Aus führungs form der vorliegendenFigure 5 is a schematic diagram of a structure of a module according to the second embodiment of the present invention
Erfindung; Invention;
Figur 6 eine dreidimensionale schematische Darstellung ei¬ nes Moduls gemäß einer dritten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung; Figure 6 is a three-dimensional schematic representation ei ¬ nes module according to a third disclosed embodiment of the present invention;
Figur 7 eine dreidimensionale schematische Darstellung ei¬ nes Moduls gemäß einer vierten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung. Figure 7 is a three-dimensional schematic representation ei ¬ nes module according to the fourth disclosed embodiment of the present invention.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen dieselben bzw. funktionsgleiche Elemente. In the figures, like reference numerals designate the same or functionally identical elements.
Fig. 1 zeigt ein Modul gemäß einer ersten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung. In Fig. 1 ist in dreidimensionaler schematischer Ansicht ein äußeres Zentralrohr 4 gezeigt, in dessen Inneren koaxial zu dem äußeren Zentralrohr 4 ein inneres Zentralrohr 3 verläuft. Um das äußere Zentralrohr 4 sind nun verschiedene Schichten bzw. Lagen 5, 6, 7, 8 gewickelt. Dabei besteht gemäß Fig. 1 die innerste Lage 8 aus einer Membran mit einer StoffSelektivität für den zweiten Stoff. Die Membran 8 ist dabei als Membrantasche ausgebildet, d.h. die Membrantasche ist aus einer im Wesentlichen flachen Memb¬ ran durch ein Umklappen der Membran an einer Seite gebildet, so dass im Wesentlichen zwei Membranseiten parallel zueinan- der die Schicht bzw. Lage 8 bilden. Innerhalb der Schicht 8 ist zur Beabstandung der gegenüberliegenden Membranseiten voneinander und zur Durchleitung des Permeats, angereichert mit zweitem Stoff, ein Abstandshalter 8a angeordnet. In der zur Achse verlaufenden Seite 8i ist die Membrantasche, wie vorstehend beschrieben, umgeklappt, wohingegen sie den Stirnseiten 82 und 83 gasdicht verschlossen, beispielsweise ver¬ schweißt, ist. Darüber wird eine Abstandshalterschicht 7 an¬ geordnet zur Beabstandung der Schicht 8 von einer darauf angeordneten zweiten Schicht in Form einer Membrantasche 6, welche selektiv für den ersten Stoff ausgebildet ist. An der Längskante 61 der Membrantasche 6 ist diese wiederum wie vor¬ stehend mit Bezug auf die Membrantasche 8 beschrieben umge¬ klappt, wohingegen sie an den Stirnseiten 62 und 63 umseitig gasdicht verschlossen, beispielsweise verschweißt, ist. Auf der Oberseite der ersten Membrantasche 6 ist wiederum eineFig. 1 shows a module according to a first embodiment of the present invention. In Fig. 1, an outer central tube 4 is shown in three-dimensional schematic view, in the interior of which runs coaxially with the outer central tube 4, an inner central tube 3. Around the outer central tube 4 are now different layers or layers 5, 6, 7, 8 wound. In this case, according to FIG. 1, the innermost layer 8 consists of a membrane with a material selectivity for the second substance. The diaphragm 8 is formed as a membrane pocket, ie, the membrane bag is made of a substantially flat Memb ¬ ran by a folding of the membrane formed on one side, so that essentially two membrane sides zueinan- the form parallel the layer or position. 8 Within the layer 8, a spacer 8a is arranged for spacing the opposite sides of the membrane from each other and for passing the permeate enriched with second material. In the running perpendicular to the axis side 8i, the membrane bag, as described above, is folded, whereas it gas-tight manner the end faces 8 2 and 83, for example welded ver ¬ is. Furthermore, a spacer layer 7 to ¬ arranged to space the layer 8 by a second layer disposed thereon in the form of a membrane pocket 6, which is selectively formed for the first material. At the longitudinal edge 6 1 of the membrane pocket 6, this turn is still ¬ standing described with reference to the membrane pocket 8 vice ¬ folds, whereas it overleaf gas-tight manner at the end faces 6 2 and 63, for example welded. On top of the first membrane pocket 6 is again a
Abstandshalterschicht 5, beispielsweise in Form eines Draht¬ gitters, angeordnet. Spacer layer 5, for example in the form of a wire ¬ grid, arranged.
Dieses vierschichtige System 5, 6, 7, 8 wird nun um das äuße- re Zentralrohr 4 gewickelt (siehe auch Fig. 3) . Die Stirnsei¬ ten 52, 62, 72, 82 der um das äußere Zentralrohr 4 gewickelten Lagen 5, 6, 7, 8 werden nun mit dem trennenden Gasgemisch 1 beaufschlagt. Da die Stirnseiten 62 und 82 der beiden Memb¬ rantaschen 6, 8 verschweißt sind, tritt somit das zu trennen- de fluide Stoffgemisch nur in die Abstandsschichten 5 und 7 ein. Das sich in den Abstandsschichten 5, 7 befindliche fluide Stoffgemisch 1 kann nun getrennt werden, indem der erste Stoff durch die Membran der Membrantasche 8 mit einer Stoff- Selektivität für diesen zweiten Stoff in diese eindringen kann und der erste Stoff kann durch die Membran der Membrantasche 6 mit der StoffSelektivität für den ersten Stoff in diese eintreten. Innerhalb der Membrantaschen 6 und 8 wird das um den ersten bzw. zweiten Stoff angereicherte Permeat zu dem äußeren bzw. inneren Zentralrohr 4, 3 geleitet, über die dann das mit dem ersten Stoff bzw. zweiten Stoff angereicherte Permeat einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden kann. Das Retentat, also der Teil des Stoffgemisches, welcher nicht durch die jeweilige Membran der Membrantaschen 6, 8 durchper- meiert ist, strömt entlang der axialen Richtung des äußeren Zentralrohres 4 innerhalb der Abstandsschichten 5 und 7 bis zu den gegenüberliegenden Stirnseiten in axialer Richtung; dort kann dieses dann einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden. This four-layered system 5, 6, 7, 8 is now wound around the outer central tube 4 (see also FIG. 3). The Stirnsei ¬ th 5 2 , 6 2 , 7 2 , 8 2 of the wound around the outer central tube 4 layers 5, 6, 7, 8 are now subjected to the separating gas mixture 1. Since the end faces 6 and 8 2 2 of the two Memb ¬ rantaschen 6, 8 are welded, thus enters the trennen- to de fluide material mixture only in the spacer layers 5 and 7. FIG. The fluid mixture 1 located in the spacer layers 5, 7 can now be separated by passing the first material through the membrane of the membrane pocket 8 with a fabric Selectivity for this second substance can penetrate into it and the first substance can enter through the membrane of the membrane pocket 6 with the substance selectivity for the first substance in this. Within the membrane pockets 6 and 8, the enriched to the first or second material permeate is passed to the outer and inner central tube 4, 3, via which then the enriched with the first material or second material permeate can be fed to further processing. The retentate, ie the part of the substance mixture which is not permeated by the respective membrane of the membrane pockets 6, 8, flows along the axial direction of the outer central tube 4 within the spacer layers 5 and 7 as far as the opposite end faces in the axial direction; There, this can then be fed to a further processing.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Zentralrohres gemäß der ersten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung. In Fig. 2 ist das innere Zentralrohr 3 und das äußere koaxial angeordnete Zentralrohr 4 gezeigt. Zur Einleitung von fluiden Stoffen oder Stoffgemischen sind umfangsseitig Öffnungen 9a, 9b im äußeren Zentralrohr 4 angeordnet. Dabei stehen die Öffnungen 9a in fluidischer Verbindung mit dem inneren Zentralrohr 3, wohingegen die Öffnungen 9b in fluidischer Verbindung mit dem äußeren Zentralrohr 4 stehen. Die beiden Zentralrohre 3 und 4 sind dabei fluidisch nicht miteinander verbunden, sondern dienen zur separaten Durchströmung von fluiden Stoffen. Fig. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen Moduls gemäß der ersten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung. In Fig. 3 ist im Querschnitt ein Modul gemäß Fig. 1 gezeigt. Mittig angeordnet ist das innere Zentralrohr 3, welches eine Öffnung 9a nach unten aufweist. Koaxial hier- zu ist das äußere Zentralrohr 4 angeordnet, welches eine Öff¬ nung 9b nach oben aufweist. Die Membrantasche 6 ist nun so angeordnet, dass diese bzw. deren Inneres in fluidischer Ver¬ bindung mit der Öffnung 9b des äußeren Zentralrohres 4 steht, wohingegen die Membrantasche 8 entsprechend so angeordnet ist, dass sie in fluidischer Verbindung, genauer gesagt deren Inneres, mit der Öffnung 9a des inneren Zentralrohres 3 steht. Die Membrantaschen 6, 8 sind dabei wie auch die Öff- nungen 9a, 9b jeweils um 180° versetzt zueinander, also re¬ gelmäßig, angeordnet. Innerhalb der Membrantaschen 6, 8 sind weiterhin Abstandshalter 6a, 8a angeordnet, um ein Durchströmen eines fluiden Stoffgemisches in der jeweiligen Membranta¬ sche 6, 8 zu ermöglichen. Zwischen den Membrantaschen 6, 8 sind ebenfalls Abstandshalter 5, 7 angeordnet, die jeweils an der äußeren Umfangsflächen des äußeren Zentralrohres 4 festgelegt sind. Fig. 2 shows a schematic representation of a central tube according to the first imple mentation of the present invention. In Fig. 2, the inner central tube 3 and the outer coaxially arranged central tube 4 is shown. For the introduction of fluids or mixtures of substances openings 9a, 9b are circumferentially arranged in the outer central tube 4. The openings 9a are in fluid communication with the inner central tube 3, whereas the openings 9b are in fluid communication with the outer central tube 4. The two central tubes 3 and 4 are not fluidly connected to each other, but are used for separate flow of fluid substances. Fig. 3 shows a cross-sectional view of a module according to the invention according to the first imple mentation of the present invention. In Fig. 3 a module according to FIG. 1 is shown in cross section. Arranged centrally is the inner central tube 3, which has an opening 9a downwards. Coaxial the outer central tube 4 is disposed to here- having a Publ ¬ voltage 9b upward. The membrane bag 6 is now arranged so that it and its interior is in fluid Ver ¬ connection with the opening 9b of the outer central tube 4 whereas the membrane pocket 8 is correspondingly arranged to be in fluid communication, more specifically the interior thereof, with the opening 9a of the inner central tube 3. The membrane pockets 6, 8 are, as well as the openings 9a, 9b offset by 180 ° to each other, so re ¬ gelmäßig, arranged. Within the membrane pockets 6, 8 spacers 6a, 8a are further arranged to allow flow through a fluid mixture in the respective Membranta ¬ cal 6, 8. Between the membrane pockets 6, 8 spacers 5, 7 are also arranged, which are respectively fixed to the outer peripheral surfaces of the outer central tube 4.
Um ein Modul herzustellen, werden nun die einzelnen Schichten umfassend den Abstandshalter 5, die Membrantasche 6, den Ab¬ standshalter 7, sowie die Membrantasche 8 am äußeren Zentral¬ rohr 4 wie oben beschrieben festgelegt und dann entgegen dem Uhrzeigersinn gewickelt. Die Membrantaschen 6, 8 können dabei mit dem äußeren Zentralrohr 4 beispielsweise verklebt sein. Selbstverständlich ist es möglich, die in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigte Anordnung auf mehr als zwei Membrantaschen zu erweitern, um beispielsweise ternäre oder höhere Stoffgemische ef¬ fizient trennen zu können. Fig. 4 zeigt ein Modul gemäß einer zweiten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung. In Fig. 4 ist eine im Wesentlichen rechteckige Grundplatte G gezeigt, die an ihren jeweili¬ gen Ecken-Bohrungen B aufweist. Auf die Grundplatte 6 aufge¬ bracht sind nun verschiedene flache Teilmembranmodule M ange- ordnet, die entsprechende Abmessungen wie die der Grundplatte G aufweisen und die ebenfalls in ihren jeweiligen Ecken mit Bohrungen B versehen sind. Im Inneren des jeweiligen Teilmembranmoduls M ist eine Membran 6, 8 angeordnet, die eine StoffSelektivität für einen bestimmten fluiden Stoff auf- weist. Die Grundplatte G sowie die Teilmembranmodule M können dann über die Bohrungen B miteinander fest verbunden werden, beispielsweise durch eine entsprechende Verschraubung . In order to produce a module, now the individual layers comprising the spacer 5, the membrane pocket 6, the Ab ¬ spacers 7, and the membrane pocket 8 on the outer central ¬ tube 4 as described above and then wound counterclockwise. The membrane pockets 6, 8 can be glued to the outer central tube 4, for example. Of course, it is possible to expand the arrangement shown in FIGS. 1, 2 and 3 to more than two membrane pockets in order, for example, to be able to separate ternary or higher substance mixtures ef ¬ efficiently. 4 shows a module according to a second embodiment of the present invention. In Fig. 4, a substantially rectangular base plate G is shown, which has at their respective corner holes ¬ B. Positioned on the base plate 6 ¬ introduced various part flat membrane modules M are now assigns reasonable having corresponding dimensions as the base plate G, and which are likewise provided in their respective corners with holes B. Inside the respective sub-membrane module M, a membrane 6, 8 is arranged, which has a substance selectivity for a particular fluid substance. The base plate G and the sub-membrane modules M can then be firmly connected to each other via the holes B, for example by a corresponding screw.
Selbstverständlich sind zwischen den einzelnen Teilmembranmo- dulen M bzw. zwischen dem Teilmembranmodul M und der Grund¬ platte G entsprechende Dichtungen angeordnet, um ein geziel¬ tes Zu- und Abführen von fluiden Stoffströmen in die Zwischenräume zwischen den Teilmembranmodulen M und/oder der Grundplatte G zu ermöglichen. Ebenfalls nicht eingezeichnet sind entsprechende Stützschichten, um Druckdifferenzen zwischen den einzelnen Teilmembranmodulen M zu ermöglichen. Of course, between the individual partial membrane mo- Dulen M or between the sub-membrane module M and the base ¬ plate G corresponding seals arranged to allow a targeted ¬ tes supply and removal of fluid streams into the spaces between the sub-membrane modules M and / or the base plate G. Also not shown are corresponding support layers to allow pressure differences between the individual sub-membrane modules M.
Ebenfalls nicht eingezeichnet sind entsprechende Zu- und Ab¬ führungen, beispielsweise Leitungen für das zu trennende Stoffgemisch . Hierzu können beispielsweise auch die Bohrungen B verwendet werden: So können hohle Gewindestangen durch die Bohrungen B geführt werden, die dann entsprechend den Zwischenräumen zwischen den Teilmembranmodulen M bzw. der Grundplatte G Öffnungen aufweisen, um über die hohlen Gewindestangen dann das zu trennende Stoffgemisch in die Teilmembranmo¬ dulzwischenräume einleiten zu können. Also not shown are corresponding supply and ex ¬ guides, such as lines for the mixture to be separated. For example, the bores B can also be used for this purpose. Hollow threaded rods can thus be passed through the bores B, which then have openings corresponding to the spaces between the partial membrane modules M and the base plate G, in order to convey the substance mixture to be separated into the hollow threaded rods To initiate Teilmembranmo ¬ dulzwischenräume.
Fig. 5 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Aufbaus eines Mo¬ duls gemäß der zweiten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung. In Fig. 5 ist ein entsprechender Aufbau eines Moduls mit stapeiförmig angeordneten Membranen 6, 8 gezeigt. Der Aufbau von unten nach oben ist wie folgt: Auf einer Grund¬ platte Gi ist ein Zwischenraum Zi zur Durchleitung eines Fluids angeordnet. Auf diesem Zwischenraum Zi ist eine Membran 8 angeordnet, welche selektiv für den zweiten Stoff ist. Ober¬ halb der Membran 8 ist ein weiterer Zwischenraum Z2 zur Fig. 5 shows a schematic diagram of a structure of a Mo ¬ duls according to the second disclosed embodiment of the present invention. In Fig. 5, a corresponding structure of a module with stapeiförmig arranged membranes 6, 8 is shown. The structure from bottom to top is as follows: On a Grund ¬ plate Gi a space Zi for the passage of a fluid is arranged. On this space Zi a membrane 8 is arranged, which is selective for the second material. Ober ¬ half of the membrane 8 is a further gap Z 2 to
Durchleitung eines fluiden Stoffes angeordnet. Auf diesem ist eine Membran 6 angeordnet, welche eine StoffSelektivität für den ersten Stoff aufweist. Darüber ist wiederum ein Zwischenraum Z3 zur Durchleitung eines Fluids angeordnet. Auf diesem ist wiederum eine Membran 6 mit einer StoffSelektivität für den ersten Stoff angeordnet. Unter Bildung eines weiteren Zwischenraumes Z4 ist nun wiederum eine Membran 8, welche ei¬ ne StoffSelektivität für den zweiten Stoff aufweist, angeord¬ net. Diese Abfolge von Membranen wird im Wesentlichen fortge¬ führt, so dass unter Bildung von Zwischenräumen Z die Membranabfolge wie folgt ist: BAABBA...A. Begrenzt wird diese Membranabfolge von Grundplatten Gi sowie G2. Ein Zwischenraum Z2, Z4 zwischen zwei Membranen mit unter¬ schiedlicher StoffSelektivität wird nun mit dem zu trennenden Stoffgemisch 1 gemäß Fig. 5 von links zwischen die Membranen 6 und 8 geleitet. Das nicht durch die entsprechende Membranen 6, 8 hindurchtretende fluide Stoffgemisch 1, also das Reten- tat R wird rechts wieder aus dem Zwischenraum Z2 herausge¬ führt. Der erste Stoff und der zweite Stoff treten entspre¬ chend nach oben und nach unten durch die jeweilige Membran 6, 8 in die Zwischenräume Z3, Zi ein als Permeat PA bzw. Permeat PB und werden nach links aus dem Zwischenraum Z3 bzw. Zi herausgeführt. Zur Unterstützung der Permeation durch die jeweilige Membran 6, 8 können Spülströme bzw. -gase in die Zwischenräume Z3, Zi geleitet werden. Passage of a fluid substance arranged. On this a membrane 6 is arranged, which has a StoffSelektivität for the first substance. In turn, a gap Z3 is arranged for the passage of a fluid. On this in turn a membrane 6 is arranged with a substance selectivity for the first substance. To form a further intermediate space Z4 is now again a membrane 8, which has ei ¬ ne fabric selectivity for the second material, angeord ¬ net. This sequence of membranes is substantially fortge ¬ leads, so that the formation of interspaces Z, the membrane sequence is as follows: A ... BAABBA. This membrane sequence is limited by base plates Gi and G 2 . A gap Z 2, Z 4 between two membranes with at ¬ schiedlicher material selectivity is passed 5 from left between the membranes 6 and 8 now with the substance mixture to be separated as shown in FIG 1.. The not passing through the respective membranes 6, 8 fluid mixture 1, that is, the retentate R is doing right herausge ¬ returned from the gap Z. 2 The first material and the second material occur entspre ¬ accordingly upwardly and downwardly through the respective membrane 6, or 8 in the interspaces Z 3, Zi an as permeate P A or permeate P B and to the left from the gap Z 3 Zi brought out. To support the permeation through the respective membrane 6, 8 rinsing streams or gases can be passed into the intermediate spaces Z 3 , Zi.
Durch die vorstehend beschriebene Abfolge ist es nicht not¬ wendig, gasdichte Trennplatten zwischen den einzelnen Membranen 6, 8 zu verwenden. In Fig. 5 werden die benachbarten Zwischenräume Zi, Z2 bzw. Z2, Z3 etc. jeweils in entgegengeset z- ten Richtungen durchflössen, also im sogenannten Gegenstrom- verfahren. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung möglich, hier auch das Modul im Gleich- oder Kreuzstromverfahren zu betreiben. Fig. 6 zeigt eine dreidimensionale schematische Darstellung eines Moduls gemäß einer dritten Aus führungs form der vorliegenden Erfindung. In Fig. 6 ist ein zylindrischer Grundkörper Z gezeigt, der in axialer Richtung eine Wabenstruktur W um- fasst. Die Wabenstruktur W umfasst dabei axiale Kanäle Ki zum Zuführen des zu trennenden fluiden Stoffgemisches . Diese Ka¬ näle Ki sind an ihrer Umfangsfläche zumindest sowohl für den ersten Stoff als auch für den zweiten Stoff durchlässig aus¬ gebildet. Angrenzend an diesen Zuführkanal Ki sind in Um- fangsrichtung um den Zuführkanal Ki abwechselnd Abführkanäle Κδ, Ks angeordnet. Die Abführkanäle Ke sind dabei mit einerThe above-described sequence, it is not not ¬ agile, to use gas-tight partition plates between the membranes 6. 8 In FIG. 5, the adjacent intermediate spaces Zi, Z 2 or Z 2 , Z 3 etc. are respectively flowed through in opposite directions, that is to say in the so-called countercurrent method. Of course, it is possible within the scope of the invention to operate here also the module in the DC or cross-flow method. Fig. 6 shows a three-dimensional schematic representation of a module according to a third embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a cylindrical main body Z, which encloses a honeycomb structure W in the axial direction. The honeycomb structure W comprises axial channels Ki for supplying the fluid mixture to be separated. These Ka Ki ¬ ducts are formed on its peripheral surface at least both the first material than for the second material permeable from ¬. Adjacent to this feed channel Ki are arranged in the circumferential direction around the feed channel Ki alternately discharge channels Κ δ , Ks. The discharge channels Ke are doing with a
Membran 6 beschichtet, die eine Selektivität für einen ersten Stoff aufweist und die Abführkanäle Ks sind mit einer Membran 8 beschichtet, die eine StoffSelektivität für den zweiten Stoff des fluiden Stoffgemisches aufweist. Die jeweiligen Membranen können auch selbst die Abführkanäle Ke, Ks bilden. In Fig. 6 sind die einzelnen Waben sechseckig ausgebildet. Ist beispielsweise in der Mitte ein Zuführkanal Ki angeord- net, sind jeweils abwechselnd drei Abführkanäle Ke und drei Abführkanäle Ks um den Zuführkanal Ki angeordnet. Bei der sechseckigen Ausbildung der Zuführkanäle Ki bzw. der Abführkanäle Ke, Ks ist ein günstiges Membranfläche/Volumen-Ver¬ hältnis gegeben. Zudem ist eine sechseckige Ausbildung der Membranen 6, 8 unempfindlich gegenüber mechanischen Belastungen . Membrane 6 coated, which has a selectivity for a first material and the discharge channels Ks are coated with a membrane 8, which has a substance selectivity for the second Has substance of the fluid mixture. The respective membranes can also form the discharge channels Ke, Ks themselves. In Fig. 6, the individual honeycombs are hexagonal. If, for example, a feed channel Ki is arranged in the middle, three discharge channels Ke and three discharge channels Ks are alternately arranged around the feed channel Ki. In the hexagonal design of the feed channels Ki and the discharge channels Ke, Ks a favorable membrane surface area / volume ratio Ver ¬ is given. In addition, a hexagonal design of the membranes 6, 8 insensitive to mechanical loads.
Fig. 7 zeigt eine dreidimensionale schematische Darstellung eines Moduls gemäß einer vierten Aus führungs form der vorlie- genden Erfindung. In Fig. 7 ist im Unterschied zu der Wabenstruktur W der Fig. 6 die Wabenstruktur W viereckig und insbesondere in Fig. 7 quadratisch ausgebildet. Die jeweiligen Kanäle Ki , Ke und Ks erstrecken sich wieder entlang der Achse des zylindrischen Grundkörpers Z. Der Vorteil einer recht- eckigen Ausbildung der Waben ist, dass bei dieser Anordnung der Waben keine direkt benachbarten Membranen unterschiedlicher StoffSelektivität auftreten, so dass eine optimale 7 shows a three-dimensional schematic representation of a module according to a fourth embodiment of the present invention. In contrast to the honeycomb structure W of FIG. 6, the honeycomb structure W is quadrangular in FIG. 7 and, in particular, square in FIG. 7. The respective channels Ki, Ke and Ks again extend along the axis of the cylindrical basic body Z. The advantage of a rectangular formation of the honeycombs is that with this arrangement of the honeycombs no directly adjacent membranes of different substance selectivity occur, so that an optimum
Stofftrennung in die zwei Stoffe gewährleistet ist. Um die entsprechenden Kanäle Ki , Ke und Ks herzustellen bzw. diese selektiv für einen bestimmten Stoff auszubilden, können diese innen mit einer entsprechenden Membran beschichtet werden. Die Kanäle selbst sind für das fluide Stoffgemisch durchlässig ausgebildet. Eine Einbringung der für eine Be- Schichtung notwendigen Materialien kann zum Beispiel über ein Dip-Coating-Verfahren erfolgen. Durch eine Wahl geeigneter Masken, die die Kanäle während des Beschichtens selektiv ver¬ schließen und diese somit von der Beschichtung ausnehmen, werden Abführkanäle Ke, Ks mit unterschiedlichen Stoffselekti- vitäten erzeugt. Diese Beschichtungen können anorganischer oder auch organischer Natur sein. Wie bereits vorstehend erwähnt, ist es ebenso möglich, den zylindrischen Grundkörper Z als porösen Körper auszubilden und in diesem lediglich entsprechende Abführkanäle Ks, K& vor¬ zusehen. Das zu trennende fluide Stoffgemisch wird dann durch den porösen Grundkörper Z geleitet und entsprechend der Se¬ lektivität der Beschichtungen der Abführkanäle Κβ, K& ge¬ trennt und kann durch die Abführkanäle Ke, K& zur weiteren Verarbeitung abgeführt werden. Für einen Betrieb eines Moduls gemäß der Figuren 6 und 7 müs¬ sen geeignete Kopfplatten, die an den Stirnseiten des zylindrischen Grundkörpers Z angebracht werden, vorgesehen werden, die die verschiedenen Stoffströme gezielt an die jeweiligen Waben bzw. den porösen Grundkörper einleiten bzw. ausleiten. Selbstverständlich ist im Falle eines gasdurchlässigen Grundkörpers eine Ummantelung vorzusehen. Separation of substances is ensured in the two substances. In order to produce the respective channels Ki, Ke and Ks or to form them selectively for a specific substance, they can be coated internally with a corresponding membrane. The channels themselves are permeable to the fluid mixture. An introduction of the materials required for a coating can be carried out, for example, by means of a dip-coating method. By choice of suitable masks, which close during coating selectively ver ¬ the channels and thus exclude them from the coating, are discharge passages Ke Ks vitäten with different Stoffselekti- generated. These coatings may be inorganic or organic in nature. As already mentioned above, it is also possible to form the cylindrical body Z as a porous body and in this watch only corresponding discharge passages Ks, K & ¬ before. The fluid to be separated substance mixture is then passed through the porous body and Z ge ¬ separates according to the Se ¬ selectivity of the coatings of the discharge channels Κβ, K and can be discharged through the discharge passages Ke, K for further processing. For an operation of a module according to the figures 6 and 7 Müs ¬ sen appropriate header plates, which are attached to the end faces of the cylindrical body Z, are provided which initiate the various material flows selectively to the respective honeycomb or the porous basic body or discharging. Of course, in the case of a gas-permeable body to provide a sheath.
Zusammenfassend weist die Erfindung den Vorteil auf, dass auf einfache und zuverlässige Weise und möglichst geringem Ener- gieeinsatz zwei Stoffe eines Stoffgemisches getrennt werden können und das entsprechende Modul kostengünstig und platz¬ sparend ist. In summary, the invention has the advantage that two substances of a mixture of substances can be separated in a simple and reliable manner and the lowest possible use of energy and the corresponding module is inexpensive and space -saving.
Obwohl die vorliegende Erfindung bevorzugt anhand von Ausfüh- rungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar. Although the present invention has been preferably described by way of exemplary embodiments, it is not limited thereto, but modifiable in a variety of ways.

Claims

Patentansprüche claims
1. Modul zum Trennen von fluiden Stoffgemischen (1), bestehend aus zumindest zwei unterschiedlichen Stoffen, umfassend zumindest zwei Membranen (6, 8), welche unterschiedliche StoffSelektivität in Bezug auf die zumindest zwei unter¬ schiedlichen Stoffe aufweisen, wobei die beiden Membranen (6, 8) im Wesentlichen gleichzeitig von dem fluiden Stoffgemisch (1) beaufschlagbar sind. 1. Module for the separation of fluid mixtures (1) consisting of at least two different substances comprising at least two membranes (6, 8) having different material selectivity at least two have in relation to the under ¬ eliminated the substances, wherein the two membranes (6 , 8) are acted upon substantially simultaneously by the fluid mixture (1).
2. Modul gemäß Anspruch 1, wobei die zumindest zwei Membranen (6, 8) benachbart zueinander angeordnet sind und insbesondere zwischen den benachbarten Membranen ein Zuführ- ( Ki ) und/oder Abführkanal ( Ke , Ks ) angeordnet ist 2. Module according to claim 1, wherein the at least two membranes (6, 8) are arranged adjacent to each other and in particular between the adjacent membranes, a feed (Ki) and / or discharge channel (Ke, Ks) is arranged
3. Modul gemäß zumindest Anspruch 1, wobei die Membranen (6, 8) in Form einer Wicklung oder stapeiförmig oder wabenförmig angeordnet sind 4. Modul gemäß zumindest Anspruch 3, wobei die gewickelten3. Module according to at least claim 1, wherein the membranes (6, 8) are arranged in the form of a winding or stapeiförmig or honeycomb-shaped. 4. Module according to at least claim 3, wherein the wound
Membranen (6, 8) in Umfangsrichtung versetzt zueinander, insbesondere regelmäßig, angeordnet sind. Membranes (6, 8) offset in the circumferential direction to each other, in particular regularly, are arranged.
5. Modul gemäß zumindest Anspruch 3, wobei die gewickelten Membranen (6, 8) um zumindest ein Zentralrohr (3, 4) angeordnet sind, wobei das Zentralrohr (3, 4) zumindest jeweils ei¬ nen Auslass (10a, 10b) für ein jeweiliges Permeat der beiden Membranen (6, 8) aufweist. 5. Module according to at least claim 3, wherein the wound membranes (6, 8) around at least one central tube (3, 4) are arranged, wherein the central tube (3, 4) at least ei ¬ NEN each outlet (10 a, 10 b) for a respective permeate of the two membranes (6, 8).
6. Modul gemäß zumindest Anspruch 3, wobei die stapeiförmig angeordneten Membranen (6, 8) derart gestapelt sind, sodass jeweils zwei benachbarte Membranen (6, 8) einmal dieselbe StoffSelektivität und einmal unterschiedliche StoffSelektivi¬ tät aufweisen, insbesondere wobei zwei äußere Lagen jeweils unterschiedliche StoffSelektivität zur benachbarten Membran (6, 8) aufweisen. 6. Module according to at least claim 3, wherein the stacked membranes arranged (6, 8) are stacked such that each two adjacent membranes (6, 8) once have the same StoffSelektivität and once different StoffSelektivi ¬ ity, in particular where two outer layers each different Have substance selectivity to the adjacent membrane (6, 8).
7. Modul gemäß zumindest Anspruch 1, wobei Triebmittel (SA, SB) zur Erhöhung eines Partialdruckunterschiedes zwischen ei¬ ner Feed- und einer Permeatseite zumindest einer Membran (6, 8) angeordnet sind. 7. Module according to at least claim 1, wherein driving means (S A , S B ) for increasing a partial pressure difference between ei ¬ ner feed and a permeate side of at least one membrane (6, 8) are arranged.
8. Modul gemäß zumindest Anspruch 3, wobei die wabenförmig angeordneten Membranen (6, 8) auf einer Innen- und/oder Au- ßenseite eines Abführkanals (Ks, Ks ) für einen j eweiligen fluiden Stoff des Stoffgemsiches ausgebildet. 8. Module according to at least claim 3, wherein the honeycomb membranes arranged (6, 8) on an inner and / or outer side of a discharge channel (Ks, Ks) for a j eweiligen fluid substance of Stoffgemsiches formed.
9. Modul gemäß zumindest Anspruch 2, wobei der Zuführkanal ( Ki ) und die Abführkanäle (Ke, Ks ) rechteckig, hexagonalen oder kreisförmigen Querschnitt aufweisen. 9. Module according to at least claim 2, wherein the feed channel (Ki) and the discharge channels (Ke, Ks) have a rectangular, hexagonal or circular cross-section.
10. Modul gemäß zumindest Anspruch 1, wobei das Modul poröses Material umfasst, insbesondere wobei das poröse Material als Zuführkanal ( Ki ) für zumindest eine Membran (6, 8) ausgebil¬ det ist. 10. Module according to at least claim 1, wherein the module comprises porous material, in particular wherein the porous material as feed channel (Ki) for at least one membrane (6, 8) is ausgebil ¬ det.
11. Verfahren zum Trennen von fluiden Stoffgemischen (1), insbesondere Fluiden, vorzugsweise zur Durchführung mit einem Modul gemäß zumindest einem der Ansprüche 1-10 geeignet, be¬ stehend aus zumindest zwei unterschiedlichen Stoffen, umfas¬ send ein gleichzeitiges Trennen der zumindest zwei fluiden Stoffe mittels zumindest zwei Membranen (6, 8), welche unter¬ schiedliche StoffSelektivität in Bezug auf die zumindest zwei unterschiedlichen fluiden Stoffe aufweisen, wobei die beiden Membranen (6, 8) im Wesentlichen gleichzeitig von dem fluiden Stoffgemisch (1) beaufschlagt werden. 11. A method of separating fluid mixtures (1), in particular fluids, preferably for carrying out with a modulus at least capable of any of claims 1-10, be ¬ standing from fluid at least two different substances, umfas ¬ send a simultaneous separation of at least two materials by means of at least two diaphragms (6, 8), which have with respect to the at least two different fluid substances under ¬ schiedliche material selectivity, the two diaphragms (6, 8) are applied substantially simultaneously by the fluid mixture (1).
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