DE2430988A1

DE2430988A1 - Vorrichtung mit rohrfoermigen membranen zum behandeln von fluiden

Info

Publication number: DE2430988A1
Application number: DE2430988A
Authority: DE
Inventors: Robert Brun; Michel Pages
Original assignee: Rhone Poulenc SA
Current assignee: Rhone Poulenc SA
Priority date: 1973-06-27
Filing date: 1974-06-27
Publication date: 1975-01-16
Also published as: GB1470230A; FR2234912B1; US3953334A; FR2234912A1; JPS50131874A

Description

Dr. F. Zunnstein sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenigsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln Jun.

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RHQNE-POULENC S.A., Paris / Frankreich

Vorrichtung mit rohrförmigen Membranen zum Behandeln von Fluiden

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit rohrförmigen Membranen mit geringem Durchmesser zum Behandeln von Fluiden.

Derartige Vorrichtungen können entweder als Austauscher zwischen zwei Fluiden oder als Abscheider von flüssigen oder gasförmigen Fluiden bei verschiedenen Anwendungsfällen, wie der umgekehrten Osmose, Ultrafiltration, Gaspermeation, Dialyse, verwendet werden.

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Die vorliegende Erfindung hat Vorrichtungen mit erhöhter Kompaktheit und erleichterter Montage sowie Instandhaltung zum Ziel, die entweder als Abscheider oder als Austauscher von Flüssigkeiten verwendbar sind.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung mit Membranen zum Behandeln von Fluiden, mit einer Anordnung von zylindrischen Elementen innerhalb eines Mantels, mit einer Einrichtung zum Einführen und Entfernen eines Fluids innerhalb des Mantels und außerhalb der zylindrischen Elemente und mit einer Einrichtung zum Verbinden des Innenraums der zylindrischen Elemente mit der Außenseite des Mantels, und ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes zylindrische Element aus einer mit wenigstens einem Kanal versehenen Textilhülle besteht, die von einer mikroporösen oder halbdurchlässigen Membran bedeckt ist und einen Außendurchmesser im Bereich von 1 bis 10 mm hat, daß die zylindrischen Elemente in der Nähe jedes ihrer Enden vereinigt und dicht innerhalb wenigstens einer Fassung befestigt sind, in deren Hohlraum ihre Enden münden, daß der Hohlraum über wenigstens eine Öffnung mit der Außenseite der Fassung in Verbindung steht, und daß die Fassungen auf zwei gegenüberliegenden koaxialen Flanschen angeordnet sind, die mit dem Mantel einen geschlossenen Behälter bilden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt einer ersten Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 2 einen teilweisen Axialschnitt einer Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Erfindung.

Die Vorrichtung enthält gemäß Fig. 1 zylindrische Elemente 1. Diese Elemente sind im wesentlichen parallel in Bündeln gruppiert,

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die wenigstens an ifrren Enden gegeneinander gedrückt und unter- ■ einander- sowie,innerhalb von Fassungen T und 3 Vergossen sind, z.B.mitiiilfe-'voil·Stopfen! aus Silikohelastomer oder aus einem Kunstharz, etwa einem Epoxydharz. Der Klarheit der Darstellung wegen ist nur ein einziges dieser Bündel dargestellt. Diese zylindrischen Elemeiite'können z.B. aus^: Schnüren mit einer Textil·^ hülle gebildet werden,' die .vorzugsweise außen von einer Membran bedeckt istν Die Membran kann halbdurchlässig oder mikroporös sein, d.h. selektiv- bzwv nicht selektiv durchlässig für Fluide sein;Derartige Schnüre-sind vorzugsweise höhl und sind insbesondere in den fraiiz-. PS 72 .16107 und 72 ,27743. beschrieben.' Die Schnüresindan ihren beiden Enden offen. Sie stehen mit ihren Enden mit einer axialen öffnung 4 oder 5 in Verbindung, die den Boden jeder; ^Fassung^ dürchqtiert,und zwar im allgemeinen quer" durch ein poröses Material- 3 5', das z.B. von einem das Ende der Schnüreunterstützenden Gitter aus Polyäthylen gebildet wird. Die Fassungen sind-'auf zwei gegenüberliegenden koaxialen Flanschen 6 und 7 angeordnet £ wobei jede Fassung in eine am Flansch vorgesehene Öffnung Ή öder- '9 eingesetzt ist. Die Fassungen sind vorteilhaft· auf "den Flanschen; abnehmbar angeordnet, wobei die Abdichtung dann -durch Dichtungen· 31 und 32- sichergestellt wird.

Die Flansche sind mit ebenso viel Öffnungen 8 oder 9 versehen wie in Bündeln gruppierte Schnuranordnungen vorhanden sind. Die beiden Flänsiehe'S und 7 sind innerhalb eines zylindrischen Mantels 10 angeordnet^ der "somit einen geschlossenen Behälter 33 begrenzt. Dichtungen 11 und 12, z.B. Ringdichtungen-, gewährleisten die · Abdichtung der Fluide zwischen den Flanschen 6 und dem Mantel

Die Flansche 6 und 7 sind durch einen axialen Träger 13 verbunden. Dieser Träger kann aus einem Rohr gebildet sein, das zwischen seinen beiden^: Enden mit einem Stopf exi 14 versehen ist * Dieses Rohr ist mit zwischen den Flanschen 6 und 7 und beiderseits des Stopfens. 14 vorgesehenen Perforationen 15 und 16 versehen. Die Flansche 6 und 7 können-fest mit dem axialen Träger 13 verbunden und ζ.B, durch Schweißen angebracht sein* Abschlußflansche 17

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und 18 sind beiderseits der Flansche 6 und 7 außen am Behälter angeordnet. Sie können gegen die Flansche 6 und 7 durch das Verspannen von Muttern 23 und 2H gehalten werden. Die Anordnung wird innerhalb des Mantels 10 z.B. durch Sprengringe 25 und 26 festgelegt. Kanäle 19 und 20 verbinden verschiedene in die Flansche 6 und 7 eingearbeitete Öffnungen 8 und 9 untereinander und stellen eine Verbindung mit gemeinsamen Sammelkanälen 21 und 22 her, die die Abschlußflansche 17 bzw. 18 durchqueren. Die Abdichtung wird durch Dichtungen, z.B. Ringdichtungen 27, 28, 29 und 30, sichergestellt.

Mehrere in Bündeln gruppierte Anordnungen von Schnüren, die im allgemeinen einander ähnlich sind, können nebeneinandergelegt werden und den zwischen dem Mantel 10 und den Flanschen 6 und 7 enthaltenen Behälter 33 praktisch völlig ausfüllen. Auf diese Weise wird eine hervorragende Kompaktheit, d.h.. eine große Membranoberfläche für eine Vorrichtung mit bestimmtem Volumen, erhalten.

Vorteilhaft ist die Vorrichtung zum axialen Träger rotationssymmetrisch und sind die Bündel von Schnüren entsprechend einem oder mehreren konzentrischen Kreisringen verteilt.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann entweder als Austauscher oder als Abscheider arbeiten.

Als Austauscher wird sie im allgemeinen von zwei flüssigen und/ oder gasförmigen Fluiden im Gegenstrom durchquert. Das primäre Fluid dringt z.B. durch das Rohr 13 und die Perforationen 15 in den Behälter 33 ein, wo es außerhalb der die Schnüre bedeckenden Membranen zirkuliert. Anschließend daran wird es durch die Perforationen 16 und das Rohr 13 entfernt. Das sekundäre Fluid dringt durch den gemeinsamen Sammelkanal 21 und die Kanäle 19 und M- ein, zirkuliert innerhalb der Schnüre und wird am entgegengesetzten Ende auf im wesentlichen symmetrische Weise entfernt.

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Beim Betrieb als Abscheider zirkuliert das behandelte Fluid wie

das primäre Fluid und das Permeat, das die die Schnüre bedeckende

Membran durchquert hat, tritt entweder an einem Ende oder vorzugsweise an beiden Enden der Schnüre aus.

Die Fig. 2 stellt eine Ausführungsvariante der Vorrichtung nach der Erfindung dar. Die den Elementen der Fig. 1 gleichwertigen Elemente der Fig. 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Die Vorrichtung ist rotationssymmetrisch und enthält Anordnungen von Schnüren, die gemäß konzentrischen Kreisringen angeordnet sind. Die Enden der beiden zu jedem dieser Kreisringe gehörenden aus Schnüren bestehenden Bündel sind in Fig. 2 dargestellt.

Diese Vorrichtung unterscheidet sich von der im vorhergehenden beschriebenen Vorrichtung im wesentlichen dadurch, daß an wenigstens einem Ende der Vorrichtung und vorzugsweise an jedem Ende eine Platte 3H vorgesehen ist, die die Fassungen 2 unterstützt. Diese Platte 3¹I ist zwischen den Öffnungen 15 und 16 angeordnet und teilt den Hohlraum 33 in zwei Kammern, die untereinander über ihren Umfang miteinander in Verbindung stehen. Diese Platten spielen eine doppelte Rolle. Sie können vor allem die Montage und den Zusammenbau der Anordnungen von Schnüren vor deren Einführung in den Mantel 10 erleichtern. Zu diesem Zweck können sie vorteilhaft durch nicht gezeigte Verstrebungen am Umfang untereinander verbunden werden. Sie bilden dann eine Art von Käfiganker. Sie spielen dann die Rolle eines Hindernisses, das das primäre Fluid zwingt, die gesamte Zone zu durchqueren, in der sich die Schnüre erstrecken, und vor dem Austritt durch die Perforationen 16 entlang dem Mantel 10 zu zirkulieren.

Diese Vorrichtung enthält überdies weitere Einrichtungen, z.B. die Abdichtungsvorrichtung 11, die von einer flachen Dichtung mit mehreren am Rand mit Lippen versehenen Öffnungen gebildet wird, die unter der Wirkung des gleichzeitigen Drucks auf die Fassungen 2 an der Innenwand des Mantels 10 und an der Außenwand des axialen Rohrs 13 anliegen. " .

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Diese Vorrichtung kann außerdem vorteilhaft ein nicht gezeigtes Hindernis aufweisen, das sich in Längsrichtung zwischen den beiden gegenüberliegenden Wänden 34 erstreckt, und kann im wesentlichen vom axialen Träger 13 bis zu der Seitenwand 10 spiralförmig angeordnet sein, die den die Schnurbündel enthaltenden Behälter umhüllt. Dieses im allgemeinen an den Rändern vergossene Hindernis zwingt das durch das axiale Rohr eindringende Fluid, aufeinanderfolgend in Querrichtung jedes der aus Schnüren bestehende Bündel zu umspülen.

Dem Fachmann ergeben sich im Eahmen der vorliegenden Erfindung viele Detailvarianten. So kann die Vorrichtung nach Fig. 1 gegeneinander bewegliche Flansche 6 und 7 enthalten. Wenigstens einer dieser Flansche kann z.B. auf dem Rohr 13 gleiten, was die Montage der Vorrichtung und gegebenenfalls die Einregelung der Spannung der Schnüre erleichtern kann. Es kann sich auch einer der Flansche um das Rohr 13 gegenüber dem gegenüberliegenden Flansch drehen, was eine Anordnung der aus Schnüren bestehenden Bündel schräg zur Achse der Vorrichtung gestattet. Die Schnüre, deren Länge sich unter Umständen im Verlauf der Benützung verändern kann, verformen sich dann regelmäßig in der gleichen Weise, was eine Aufrechterhaltung einer regelmäßigen Zirkulation des Umspülungsfluids gestattet. Natürlich können die beiden Translationsund Rotationsbewegungen eines Flansches gegenüber dem anderen kombiniert werden, wobei Anschläge oder Verriegelungssysteme die Steuerung dieser Bewegungen gestatten.

Beispiel:

Es wird eine Vorrichtung für umgekehrte Osmose gemäß Fig. 1 gebaut mit 36 parallelen Bündeln zu je 10 Schnüren mit einer einheitlichen Länge von 1,35 m, die eine nutzbare Membranfläche von

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S = 8m aufweisen.

Die Schnüre werden von einer hohlen mit Polyäthylenfäden umflochtenen Textilhülle umgeben, die einen Innen- und Außendurch-

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messer von 1,1 bzw. 2,4 mm hat. Sie werden von einer an Ort und Stelle durch Ablagerung eines Kollodiums auf der Basis von Zelluloseazetat dadurch gebildet, daß gemäß den in den franz. PS 1 426 548 und 1 506 402 beschriebenen Verfahren vorgegangen wird.

Das offene Ende der Schnüre wird in eine Dichtung aus Silikonelastomer innerhalb der dicht auf den Platten angebrachten Fassungen eingeführt, die mit dem äußeren zylindrischen Mantel der Vorrichtung einen geschlossenen Behälter bilden.

Innerhalb dieses Mantels wird ein Kreislauf mit unter Druck stehendem unaüfbereitetem Wasser hergestellt. An den offenen Enden der Schnüre wird das reine Wasser aufgefangen, das durch umgekehrte Osmose die Membranen durchquert hat.

Es werden die folgenden Ergebnisse erhalten, wobei der Unverträglichkeitsgrad in Prozent das Verhältnis zwischen der von der Membran zurückgehaltenen Salzmenge und der anfänglichen Salzmenge bezeichnet. -

Mit einem unaufbereiteten Wasser, dessen Härte einem Härtegrad von 30 französischen Grad.bei 20 C und 30 Bar entspricht, beträgt der Unverträglichkeitsgrad 92 % und der tägliche Durchsatz an reinem Wasser 5760 Liter.

Vergleichsweise liefert eine Vorrichtung, die aus den gleichen mechanischen Elementen (Mantel, Platten, Fassungen) gebildet, jedoch gemäß der franz. PS 70.15146 mit 36 mit einer Membran von identischem Aufbau bedeckten Rohren versehen ist, unter identischen Bedingungen wie bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung, einen täglichen Durchsatz von 2090 Litern mit dem gleichen Unverträglichkeit sgr ad .

Diese Ergebnisse heben klar den technischen Fortschritt hervor, insbesondere den durch die Vorrichtung nach der Erfindung bei gleichen Abmessungen erhaltenen Leistungsgewinn.

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Claims

Pat entansprüche

1.jVorrichtung mit Membranen zum Behandeln von Fluiden, mit einer Anordnung von zylindrischen Elementen innerhalb eines Mantels, mit einer Einrichtung zum Einführen und Entfernen eines Fluids innerhalb des Mantels und außerhalb der zylindrischen Elemente und mit einer Einrichtung zum Verbinden des Innenraums der zylindrischen Elemente mit der Außenseite des Mantels, dadurch gekennzeichnet, daß jedes zylindrische Element aus einer mit wenigstens einem Kanal versehenen Textilhülle besteht, die von einer mikroporösen oder halbdurchlässigen Membran bedeckt ist und einen Außendurchmesser im Bereich von 1 bis 10 mm hat, daß die zylindrischen Elemente in der Nähe jedes ihrer Enden vereinigt und dicht innerhalb wenigstens einer Fassung befestigt sind, in deren Hohlraum ihre Kanäle münden, daß der Hohlraum über wenigstens eine Öffnung mit der Außenseite der Fassung in Verbindung steht, und daß die Fassungen auf wenigstens zwei gegenüberliegenden koaxialen Flanschen angeordnet sind, die mit dem Mantel einen geschlossenen Behälter bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Textilhülle der zylindrischen Elemente hohl ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran die Textilhülle der zylindrischen Elemente außen bedeckt.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Elemente an wenigstens ihren Enden gegeneinander gruppiert sind zur Bildung von wenigstens einem Bündel aus im wesentlichen parallelen Elementen.

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5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fassungen abnehmbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche durch wenigstens einen
axialen Träger verbunden sind, der eine hohle Stange und/oder eine Rohrleitung enthält.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Träger durch eine zwischen ihren beiden Enden abgedichtete Rohrleitung gebildet und seitlich innerhalb des Mantels mit wenigstens einer öffnung beiderseits der abgedichteten Zone versehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Kanäle außen an wenigstens einem Flansch (gegenüber dem Behälter) die entgegengesetzt zu den zylindrischen Elementen gelegenen Öffnungen der Fassungen mit einer gemeinsamen Sammelleitung verbinden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die gemeinsame Sammelleitung in einem Abschlußflansch untergebracht ist, der gegenüber dem Behälter außerhalb am Flansch vorgesehen-"ist.."" "

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche zueinander starr sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch · gekennzeichnet, daß ein Flansch gegenüber dem anderen geradlinig und/oder drehend beweglich ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine querverlaufende Platte, die
die Fassungen aufnimmt und ein Hindernis innerhalb des Behälters darstellt.

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13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine flache Lippendichtung mit mehreren Öffnungen auf der Innenseite eines Flanschs aufliegt und die seitliche Abdichtung des Behälters sicherstellt.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, gekennzeichnet durch zwei querverlaufende symmetrische Platten, die durch einen axialen Träger und/oder am Umfang gelegene Querstreben verbunden sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14-, gekennzeichnet durch ferner ein Hindernis, das sich in Längsrichtung zwischen zwei gegenüberliegenden die Fassungen aufnehmenden Wänden erstreckt und vom axialen Träger bis zu der den Behälter umhüllenden Seitenwand im wesentlichen spiralförmig angeordnet ist.

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