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Dokumentenidentifikation DE4233639A1 07.04.1994
Titel Vorrichtung zur Feststoff-Flüssigtrennung von Suspensionen und Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran für eine solche Vorrichtung
Anmelder Altenburger Electronic GmbH, 77960 Seelbach, DE
Erfinder Siegfried, Hans Günther, 7630 Lahr, DE
Vertreter Eder, E., Dipl.-Ing.; Schieschke, K., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 80796 München
DE-Anmeldedatum 06.10.1992
DE-Aktenzeichen 4233639
Offenlegungstag 07.04.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.04.1994
IPC-Hauptklasse B01D 61/18
IPC-Nebenklasse B01D 63/06   B01D 67/00   
Zusammenfassung Die Vorrichtung zur Feststoff-Flüssigtrennung von Suspensionen besitzt mindestens eine spiralförmig aus Draht gewickelte rohrförmige Mikrofiltrationsmembran. Die Windungsabstände sind im Mikrobereich einstellbar. Es wird keine Einstellvorrichtung verwendet, sondern die Mikrofiltrationsmembran (2) besitzt bleibend bemessene, auf gewisse Suspensionen vorabgestimmte Windungsabstände.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Feststoff-Flüssigtrennung von Suspensionen sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran für eine solche Vorrichtung nach den Merkmalen des Oberbegriffs der Patentansprüche 1, 2, 8, 9 und 10.

Es ist die Feststoff-Flüssigtrennung von Suspensionen unter Verwendung einer Vorrichtung mit einer rohrförmig aus Draht gewickelten Mikrofiltrationsmembran bekannt. Die Porengröße der Mikrofiltrationsmembran läßt sich abhängig von einer Suspension durch eine Einstellvorrichtung verändern, welche den Windungsabstand der Mikrofiltrationsmembran durch Anwendung von Zug oder Druck verändert. Nachteilig ist, daß diese bekannten Vorrichtungen Einstellvorrichtungen im Mikrobereich aufweisen, die die Vorrichtungen unnötig verteuern und Einstellfehler begünstigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für die Feststoff-Flüssigtrennung von Suspensionen sowie ein Verfahren zur Herstellung der hierbei verwendeten Mikrofiltrationsmembran zu schaffen, wobei die Vorrichtung vereinfacht und verbilligt und Einstellfehler vermieden werden.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß sich in der Praxis gezeigt hat, daß zur Feststoff-Flüssigtrennung einer Suspension eine jeweils darauf abgestimmte Porengröße optimal für die Permeatmenge und Qualität ist. Die bestmögliche Porengröße kann z. B. 0,2 µm für die Trennung kleinster Partikel aus leicht flüssigen Materialien sein, z. B. Benzin, sie kann bei 10,0 µm bei höher viskosen Substanzen liegen, z. B. Schweröl oder in einem Zwischenbereich, z. B. 3,0 µm bei Flüssigkeiten, in die pulverförmige Adsorbentien eindosiert wurden.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe unter Verwendung dieser Erkenntnis mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1, 2, 8, 9 und 10.

Die Erfindung bietet den Vorteil, daß bei der Vorrichtung zur Feststoff-Flüssigtrennung von Suspensionen eine komplizierte, daher teurere Mikro-Einstellvorrichtung überflüssig ist. Da Mikrofitrationen nur im Bereich zwischen 0,1 und 10,0 µm sinnvoll sind, weil unterhalb dieses Bereiches sich die Ultra- oder Nanofiltration anbietet, oberhalb dieses Bereichs Siebe zum Einsatz kommen, reicht eine Porengrößenauswahl für die Mikrofiltrationsmembranen im Bereich von 0,1 bis 10,0 µm aus.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Feststoff-Flüssigtrennung von Suspensionen unter Verwendung mehrerer Mikrofiltrations-Rohrmembranen mit fest eingestellten, definierten Windungsabständen.

Die Vorrichtung 1 zur Feststoff-Flüssigtrennung einer Suspension weist ein oder mehrere Mikrofiltrationsmembranen 2 auf. Diese sind spiralförmig aus Draht rohrförmig gewickelt.

Die Vorrichtung 1 besitzt einen unteren Kopf 3 und einen oberen Kopf 4. Die Köpfe 3, 4 sind über ein zylindrisches Gehäuse 5 miteinander und mit den Flanschen der Mikrofiltrationsmembranen 2 lösbar verbunden.

Der untere Kopf 3 weist einen zentrischen Eingang 6 für das Feed und einen radialen Rückspüleingang 7 auf.

Der obere Kopf weist einen zentrischen Retentatausgang 8 und einen radialen Permeatausgang 9 auf.

Bei Großanlagen können mehrere Vorrichtungen 1 und eine Vielzahl, z. B. 1000 Membranen parallel in einem Modul eingesetzt werden.

Die Vorrichtung 1, ggf. mit Membranen 2, kann aus Metall, z. B. Edelstahl bestehen.

Die Herstellung von Membranen 2 ohne Ausübung eines zusätzlichen, die Vorspannung übersteigenden axialen Druckes, ist für Windungsabstände von 1,0 µm an aufwärts möglich. Hierfür werden Drähte mit möglichst glatter Oberfläche verwendet. Die Anwendung einer technisch höchstmöglichen Vorspannung beim Wickelvorgang ist erforderlich. Bei ausreichend guter federstarker Qualität bleibt der Vorspannungsdruck, bei dem die Membran beginnt dehnbar zu werden, langfristig stabil.

Eine Vergrößerung des Windungsabstandes erreicht man durch eine Verringerung der Vorspannung. Hierdurch vermindert sich auch der Anpreßdruck der Windungen aufeinander. Der Grad der Vorspannung ist auf den gewünschten Windungsabstand abzustimmen.

In der Praxis ergibt eine Vorspannung von 30 kg einen Windungsabstand von 1,5 µm. Eine geringere Vorspannung von 25 kg ergibt einen Windungsabstand vom 2,0 µm. Eine Vorspannung von 20 kg ergibt etwa 3,0 µm. Schließlich ergeben 10 kg noch 6 µm und 5 kg noch 10 µm.

Eine Möglichkeit zur Vergrößerung des Windungsabstandes über das Ausgangsmaß von 1,0 µm hinaus ist durch eine Reduzierung der Vorspannung beim Wickelprozeß unter das technisch höchstmögliche Maß möglich. Es ergibt sich damit eine Mikrofiltrationsmembran mit einem bleibenden Windungsabstand, der gegenüber dem geringstmöglichen Abstand von 1,0 µm hinaus vergrößert ist. Eine solche Membran kann für eine bestimmte Suspension oder eine Suspensionsgruppe in der Vorrichtung 1 eingesetzt werden. Eine Verstellung der Windungsabstände ist nicht mehr vorgesehen.

Weiterhin ist es möglich, eine Membran 2 mit vergrößerten Windungsabständen gegenüber dem Ausgangsmaß von 1,0 µm dadurch herzustellen, daß die Membran 2 in axialer Richtung überdehnt und eine bleibende Verformung bei einem vorbestimmten Wickelabstand eintritt.

Ferner ist die Herstellung einer solchen Mikrofiltrationsmembran 2 mit bleibendem Wickelabstand dadurch möglich, daß die Membran 2 eine solche Biegung erfährt, daß eine bleibende Verformung des Drahtes der Membran 2 für einen bleibenden Windungsabstand eintritt.

Es ist auch möglich, die gewickelte Membran 2 ohne bleibende Verformung, abgestimmt auf den erwünschten Windungsabstand zu krümmen, z. B. durch Einfügen von Stegen, asymmetrischen Lochscheiben oder dergleichen.

Es ist auch möglich, die Membran unter Erwärmung herzustellen. Hierbei werden die äußeren Bereiche des Drahtes, die für die Federwirkung verantwortlich sind, erreicht. Es tritt eine bleibende Reduzierung der Wickelvorspannung ein. Hierdurch stellt sich ein vorbestimmbarer Abstand für die Windungen der Membran 2 ein.

Eine ähnliche Herstellung ist durch Einwirkung von Chemikalien, z. B. Säuren möglich.

Es ist auch möglich, mehrere rohrförmige Membranen 2 zu bündeln. Die Membranen 2 sind dann in Längsrichtung zueinander um eine Windung versetzt. Sie werden dann unter radialen Druck gegeneinander gepreßt, wodurch die Windungen der einen Membran 2 keilartig zwischen die Windungen der anderen Membran eingedrückt werden. Die Membranen können in dieser Stellung mit vergrößerten Windungsabständen festgehalten bleiben. Hierfür bestehen die Membranen vorzugsweise aus einem runden Draht.

Grundsätzlich können die Drähte aber ansonsten beliebige Querschnitte aufweisen.

Es ist auch denkbar, die Membranen 2 dadurch herzustellen, daß man sie ohne Vorspannung wickelt. Auf solche Membranen 2 wird dann ein axialer Druck unter bleibender Materialverformung ausgeübt. Werden z. B. die Membranen 2 auf einen Windungsabstand von 5,0 µm gewickelt, kann durch einen entsprechenden, abgestimmten axialen Druck jeder bleibende Windungsabstand bis herab auf 0,1 µm erreicht werden.

Schließlich ist es auch noch möglich, einen Draht zu verwenden, der eine Schutzschicht aufweist. In einfachster Form kann sie aus einem Gleitmittel bestehen, das den Wickelvorgang erleichtert. Diese Drahtschicht kann auf chemische oder thermische Weise beseitigt werden. Hierdurch verringert sich unter Verringerung der Vorspannung auch der Windungsabstand. Der Windungsabstand ist bleibend. Die Größe des Abstandes kann von der Art und Stärke der Schutz- bzw. der Distanzschicht auf dem Draht abhängen.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zur Feststoff-Flüssigtrennung von Suspensionen, mit einer spiralförmig aus Draht gewickelten rohrförmigen Mikrofiltrationsmembran mit einzustellenden Windungsabständen im Mikrobereich, dadurch gekennzeichnet, daß die ohne eine Einstellvorrichtung verwendete Mikrofiltrationsmembran (2) bleibend bemessene, auf gewisse Suspensionen vorabgestimmte Windungsabstände besitzt.
  2. 2. Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die rohrförmige Mikrofiltrationsmembran aus einem Draht spiralförmig mit einer Vorspannung gewickelt wird und anschließend ein Windungsabstand eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofiltrationsmembran (2) für einen gewünschten Windungsabstand bleibend verformt wird.
  3. 3. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofiltrationsmembran (2) in axialer Richtung unter bleibender Verformung gedehnt wird.
  4. 4. Verfahren nach Patentansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofiltrationsmembran (2) unter bleibender Verformung gekrümmt wird.
  5. 5. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Mikrofiltrationsmembran (2) durch Erwärmung verringert und dadurch der Windungsabstand vergrößert wird.
  6. 6. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung der Mikrofiltrationsmembran (2) durch chemische Behandlung (z. B. Säureeinwirkung) verringert und dadurch der Windungsabstand vergrößert wird.
  7. 7. Verfahren nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht mit einer Beschichtung verwendet wird und die Beschichtung nach dem Wickel der Mikrofiltrationsmembran chemisch oder thermisch entfernt wird, wodurch der Windungsabstand vergrößert wird.
  8. 8. Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Mikrofiltrationsmembran ohne Vorspannung mit Windungsabstand gewickelt wird und anschließend ein gewünschter Windungsabstand eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrofiltrationsmembran (2) anschließend durch axialen Druck auf einen gewünschten bleibenden Windungsabstand bei bleibender Formänderung verringert wird.
  9. 9. Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die rohrförmige Mikrofiltrationsmembran aus einem Draht spiralförmig gewickelt wird und anschließend ein Windungsabstand eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei in axialer Richtung versetzt zueinander angeordnete Mikrofiltrationsmembrane (2) unter radialen Druck so gegeneinander gepreßt werden, daß Windungen der einen Mikrofiltrationsmembran keilartig zwischen die Windungen der anderem Mikrofiltrationsmembran eindringen, wodurch die Windungsabstände vergrößert werden und daß die Mikrofiltrationsmembranen in zusammengepreßter Lage bei gewünschtem bleibenden Windungsabstand gehalten werden.
  10. 10. Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die rohrförmige Mikrofiltrationsmembran aus einem Draht spiralförmig mit einer Vorspannung gewickelt wird und ein Windungsabstand erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Vorspannung auf den gewünschten Windungsabstand abgestimmt wird.
  11. 11. Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran für eine Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die rohrförmige Mikrofiltrationsmembran aus einem Draht spiralförmig mit einer Vorspannung gewickelt wird und ein Windungsabstand erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die gewickelte Membran durch zwischen die Windungen eingesetzte Einsätze gedehnt oder gekrümmt wird.






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