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Dokumentenidentifikation DE3751753T2 31.10.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0310632
Titel KREUZSTROM-FILTRATIONSAPPARAT UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG
Anmelder Ceramem Corp., Waltham, Mass., US
Erfinder Ceramem Corp., Waltham, Mass., US
Vertreter Rechts- und Patentanwälte Lorenz Seidler Gossel, 80538 München
DE-Aktenzeichen 3751753
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 11.12.1987
EP-Aktenzeichen 889009692
WO-Anmeldetag 11.12.1987
PCT-Aktenzeichen US8703269
WO-Veröffentlichungsnummer 8807398
WO-Veröffentlichungsdatum 06.10.1988
EP-Offenlegungsdatum 12.04.1989
EP date of grant 20.03.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 31.10.1996
IPC-Hauptklasse B01D 71/02
IPC-Nebenklasse B01D 29/05   B01D 29/52   B01D 46/12   B01D 46/54   B01D 53/22   B01D 63/06   C04B 35/00   

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Querstrom-Filtrationseinrichtung zum Trennen eines Ausgangsmaterials in Filtrat und Retentat und insbesondere auf eine Einrichtung mit Filtratleitungen mit geringem Strömungswiderstand, die verbesserte Filtratbeseitigung aus dem Inneren der Einrichtung bieten. Diese Erfindung bezieht sich ferner auf eine verbesserte Membraneinrichtung, die eine derartige Querstrom-Filtrationseinrichtung als einen Membranträger verwendet.

Es gibt eine Vielzahl von Filtrationseinrichtungen, die ein Ausgangsmaterial in Filtrat und zurückbehaltene Schwebstoffe, die zu groß sind, um durch die Porenstruktur des Filters zu gelangen, trennt. Ein Durchgangsfilter hält die Schwebstoffe auf der Filterfläche oder in der Filtermatrix zurück und läßt nur das Filtrat durch. Querstromfilter arbeiten mit tangentialer Strömung quer über die Filterfläche zum Wegspülen von Schwebstoffen, die nicht durch die Filterflächenporen fließen können. Querstromfilter ermöglichen die ständige Extraktion von Retentat bzw. konzentrierten Schwebstoffen aus einem Teil der Einrichtung und die ständige Extraktion von Filtrat aus einem anderen Teil. Wie auf dem Fachgebiet wohl bekannt, ist die Filtrationsrate von Querstromfiltern im allgemeinen durch den Widerstand eines Filterkuchens, der sich auf der Filterfläche aufbaut, beschränkt. Die Starke und der entsprechende Widerstand dieses Kuchens werden durch die Querstromgeschwindigkeit gesteuert. Dieses Phänomen der von der Konzentrationspolarisation der zurückbehaltenen Schwebstoffe gesteuerten Kuchenstärke wird in der Fachliteratur ausführlich beschrieben. Zur Erzielung einer maximalen Filtrationsrate werden Querstromfilter normalerweise aus porösen Materialien, die einen niedrigen Widerstand gegenüber dem Filtrationsfluß im Verhältnis zu dem des Filterkuchens aufweisen, hergestellt. Das heißt, daß beim Betrieb der Druckabfall über den porösen Filter selbst im Verhältnis zu dem Druckabfall über den Filterkuchen niedrig ist und der Widerstand des letzteren durch hydrodynamische Strömungsbedingungen über die Filterfläche bestimmt wird.

In FR-A-2061934 werden Filter offenbart, die Baugruppen individueller poröser Glieder umfassen, welche so geformt sind, daß sie Reihen paralleler Ausgangsmaterialdurchgänge und wahlweise auch Reihen von Filtratdurchgängen senkrecht dazu vorsehen.

Querstromfilter können unter Verwendung von porösen Monolithen mit Mehrfachdurchgängen konstruiert werden (siehe EP-A-121 445 zum Beispiel). Derartige Monolithen können zehn bis Tausende sich durch sie erstreckende Durchgängen aufweisen, wobei die Durchgänge normalerweise parallel und mit gleichmäßigen Abständen angeordnet sind. Während des Betriebs wird das Ausgangsmaterial unter Druck an einem Ende des Monolithen eingeleitet, fließt parallel durch die Durchgänge und wird als Retentat an dem stromabwärts gelegenen Ende der Einrichtung entnommen. Filtrat, das in die die Durchgänge trennenden porösen Monolithwände gelangt, vermischt sich und fließt durch die Wände in Richtung auf die Peripherie des Monolithen und wird durch eine integrale Druck aufweisende Außenhaut des Monolithen beseitigt. Der Strömungswiderstand in den verschlungenen Durchflußwegen der Monolithdurchgangswände kann das Filtrationsvermögen stark beschränken, und aus diesem Grund sind Querstromfilter auf der Grundlage poröser Monolithen mit großen Flächeninhalten und Mehrfachdurchgängen nicht im handelsüblichen Gebrauch zu finden.

Membraneinrichtungen verwenden eine semipermeable Membran zur Trennung des Filtrats, auch Permeat genannt, vom Retentat. Es gibt eine Vielzahl verschiedener Membraneinrichtungen, die Partikel, Kolloide, Makromoleküle und Moleküle geringen Molekulargewichts trennen und konzentrieren. Membrane erfordern im allgemeinen einen mechanischen Träger, der integral mit der Membran, wie bei selbsttragenden asymmetrischen Membranen, oder gesondert ausgebildet sein kann. Im letzteren Fall können Membranen auf ein poröses Trägermaterial beschichtet werden oder einfach mechanisch durch dieses getragen werden.

Poröse Monolithen mit Mehrfachdurchgängen können als Membranträger besonders nützlich sein. In diesem Fall werden Membrane auf den Durchgangswänden angebracht, die sowohl als mechanische Träger wie auch als Durchflußweg für die Filtratbeseitigung zu einer Filtratsammelzone dienen. Ein hoher Strömungswiderstand der Durchgangswände des Monolithen kann zum einen problematisch sein, da es eine ausreichende Bildung von Membranen, zum Beispiel durch dynamische Bildungsvorgänge, verhindern kann. Zum anderen kann, wenn Membrane auf andere Art an den Monolithdurchgangswänden angebracht werden, der Widerstand der Durchgangswände gegenüber dem Filtratfluß die Einrichtungskapazität beschränken. Diese Beschränkung wurde von den Entwicklern derartiger Einrichtungen, zum Beispiel von Hoover und Roberts in dem U.S. Patent 4 069 157, deutlich erkannt. Dieses Patent bietet eine Lösung für eine derartige Beschränkung durch Begrenzung einer Anzahl von Parametern auf Werte innerhalb bestimmter Bereiche. Der Flächeninhalt der Durchgänge pro Volumeneinheit, die Porosität des Trägers und das Verhältnis des Volumens des Trägermaterials ausschließlich der Durchgänge zum Gesamtvolumen des Trägers werden innerhalb bestimmter Bereiche festgelegt und werden kombiniert, um einen zulässigen Bereich eines Permeabilitätsfaktors für den Träger festzulegen.

Andere Membraneinrichtungen auf der Grundlage von Monolithen wurden in den USA, Frankreich und der Volksrepublik China entwickelt. Bei diesen Einrichtungen haben die Fachleute ebenso eine Beschränkung der Trägerpermeabilität erkannt und haben diese Beschränkung im allgemeinen durch Verwendung von Monolithen mit Kombinationen von kleinem Gesamtdurchmesser, verhältnismäßig wenigen Zuführungsdurchgängen und großer Porengröße des Trägermaterials überwunden. Eine gängige Membraneinrichtung verwendet eine Anzahl hexagonaler Monolithen mit kleinem Durchmesser mit jeweils bis zu 19 Durchgängen, die in einem zylindrischen Gehäuse verteilt sind. Filtrat tritt aus allen sechs Seiten jedes Monoliths aus und vermischt sich mit dem Filtrat aus den anderen Monolithen, woraufhin es gesammelt wird. Die Gesamtpackungsdichte bzw. Membranfläche pro Volumeneinheit dieser Einrichtung ist ziemlich niedrig.

Die von all den oben erwähnten Quellen als Träger für Membraneinrichtungen verwendeten Monolithen haben die Eigenschaft gemeinsam, Durchgänge zu verwenden, die über den Träger im wesentlichen gleichmäßig verteilt sind. In Anbetracht dieses Zwangs haben Produktentwickler mit Variablen gearbeitet, wie sie von Hoover und Roberts in dem oben erwähnten Patent zur Vermeidung von Filtratdurchflußwegbeschränkungen näher erläutert wurden.

Daher kann der Strömungswiderstand der Durchgangswände der porösen Monolithen ein einschränkender Faktor bei der Verwendung von Monolithen als Querstrom- Filtrationseinrichtungen oder als Membranträger in Membraneinrichtungen sein. Diese Beschränkung wird ferner bei zunehmender Packungsdichte bzw. effektiver Filter- oder Membranfläche pro Volumeneinheit der Einrichtung zunehmend ausgeprägter.

Auf dem Gebiet der Wärmeaustauscher gibt es mehrere herkömmliche Einrichtungen mit einem Mehrfachdurchflußwegkörper. Bei der Einrichtung von Kelm, U.S. Patent Nr. 4 041 592, zum Beispiel gelangen zwei Flüssigkeiten getrennt in einen Körper, werden in dem Körper getrennt gehalten und treten getrennt aus. Es kommt zu einem Wärmeaustausch zwischen den beiden Flüssigkeiten, doch es findet keine Übertragung von Substanzen statt. Keim schlägt vor, daß ein poröser Körper für den Austausch von Substanzen oder das Filtern einer Flüssigkeit zwischen Durchflußwegen verwendet werden kann, doch es wird keine weitere Lehre gegeben.

Diese Erfindung versucht, eine verbesserte Querstrom-Filtrationseinrichtung zu schaffen, die mühelos Filtrat aus der Einrichtung beseitigt und einen großen Flächeninhalt seiner Durchgänge im Verhältnis zum Volumen der Einrichtung aufweist.

Die erfindungsgemäße Querstrom-Filtrationseinrichtung verwendet effektiv im wesentlichen alle ihre Durchgänge durch Schaffung eines Niedrigdruckabfalldurchflußwegs für das Filtrat selbst zwischen den innersten Durchgängen und einer zur Einrichtung gehörenden Filtratsammelzone.

Die erfindungsgemäße Querstrom-Filtrationseinrichtung erlaubt, daß die Wände der Durchgänge kleinere Porengrößen haben, während sie noch ausreichende Filtratbeseitigungsraten aufweisen.

Diese Erfindung ist das Ergebnis der Erkenntnis, daß eine wirklich effektive Filtratbeseitigung bei einer Querstrom-Filtrationseinrichtung oder einer Membraneinrichtung unter Verwendung eines porösen Monolithen mit mehrfachen Durchgängen durch Schaffung einer Anzahl gesonderter Reihen von Filtratleitungsdurchgängen, die unter Reihen von Ausgangsmaterialdurchgängen verteilt sind, um effektiv Filtrat zu einer Filtratsammelzone zu befördern, erzielt werden kann, wobei jeder Filtratleitungsdurchgang einen niedrigen Strömungswiderstand gegenüber den Monolithdurchgangswänden aufweist und Reihen von Filtratleitungsdurchgängen durch verhältnismäßig wenige Reihen von Ausgangsmaterialdurchgängen getrennt sind, um einen günstigen Druckabfall von jeder Durchgangswand zu einer nahegelegenen Leitung sicherzustellen. Eine weitere Erkenntnis besteht darin, daß ein herkömmlicher Monolith mit im wesentlichen gleichmäßig verteilten Durchgängen mühelos durch selektives Abdichten bestehender Durchgänge und durch Einrichten von Filtratkanälen von diesen abgedichteten Durchgängen zu einer Filtratsammelzone in eine derartige Struktur verwandelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird eine Querstrom-Filtrationseinrichtung zur Aufnahme eines Ausgangsmaterials an einer Zuführungsendseite und zum Trennen des Ausgangsmaterials in Filtrat und Retentat vorgesehen, die folgendes umfaßt:

einen einzigen Monolithen aus porösem Material, der folgendes bildet: (i) eine Vielzahl von Reihen an Ausgangsmaterialdurchgängen, die sich in Längsrichtung ausgehend von der Zuführungsendseite zu einer Retentatendseite des Monolithen erstrecken, durch den das Ausgangsmaterial fließt, um das Retentat aus der Einrichtung auszuscheiden, (ii) eine Vielzahl von Reihen an Filtratleitungsdurchgängen, die sich parallel zu den Reihen der Ausgangsmaterialdurchgänge in Längsrichtung entlang mindestens einem Teil der Länge des Monolithen erstrecken und (iii) Filtratkanäle, die sich quer zu den Reihen der Filtratleitungsdurchgänge erstrecken, wobei jede Reihe der Filtratleitungsdurchgänge von einer benachbarten Reihe von Filtratleitungsdurchgängen durch eine Vielzahl von Reihen an Ausgangsmaterialdurchgängen getrennt ist und Mittel zum Isolieren der Filtratleitungsdurchgänge und, falls notwendig, der Filtratkanäle gegenüber den beiden Endseiten des Monolithen, wobei die Filtratleitungsdurchgänge zusammen mit den Filtratkanälen Durchflußwege mit einem Strömungswiderstand vorsehen, der niedriger als der von alternativen Durchflußwegen durch das poröse Material ist, und bei Verwendung der Einrichtung das Filtrat zu einer Filtratsammelzone befördern.

Die Filtratleitungsdurchgänge können sich in Längsrichtung von dem Zuführungsende zu dem Retentatende der Struktur erstrecken. Alternativ können sich die Filtratleitungsdurchgänge in Längsrichtung mit den Ausgangsmaterialdurchgängen entlang mindestens einem Teil der Länge des Monolithen erstrecken. Die Filtratkanäle können Schlitze an einem Ende des Monolithen oder in dem Monolith ausgebildete Löcher sein, um die Filtratleitungsdurchgänge mit der Filtratsammelzone zu verbinden. Filterkanäle können sowohl an dem Zuführungsende wie auch an dem Retentatende der Einrichtung ausgebildet sein.

In einer bevorzugten Ausführung ist jeder Filterkanal ein quergerichteter Schlitz, der in mindestens einer Endseite des Monolithen ausgebildet ist, um unveränderte Längsabschnitte der jeweiligen Reihen der Filtratleitungsdurchgänge mit einer Filtratsammelzone zu verbinden, wobei jeder Schlitz an einer Endseite des Monolithen abgedichtet ist.

In einer anderen bevorzugten Ausführung ist jeder Filterkanal ein quergerichtetes Loch, das in dem Monolithen so ausgebildet ist, daß es jede Reihe der Filtratleitungsdurchgänge schneidet.

Das an den Zuführungs- und Retentatenden des Monolithen angeordnete Membranmittel zur Unterbindung eines direkten Durchflusses des Ausgangsmaterials und des Retentats in die Filtratleitungsdurchgänge kann Pfropfen aus dem Material des Monolithen oder aus anderem Material umfassen, und die Pfropfen können eine dem Monolithmaterial ähnliche oder geringere Porosität aufweisen. Der Flächeninhalt der Durchgänge beträgt 32,8 bis 328 bzw. 65,6 bis 242 m² pro m³ (100 bis 1.000 bzw. 200 bis 800 ft² pro ft³) der Struktur. Die Durchgänge sind im allgemeinen parallel zueinander.

Die Filtratleitungsdurchgänge können mit einem Packungsmaterial gefüllt sein, dessen Strömungswiderstand niedriger als der des porösen Materials ist, um den Filtratleitungen mechanische Stützung zu bieten. Alternativ sind die Filtratleitungsdurchgänge hohl. Die Reihen der Filtratleitungsdurchgänge können im wesentlichen in gleichen Abständen angeordnet und im allgemeinen parallel zueinander sein. Das poröse Material kann ein keramisches Material sein, das aus Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Silika, Zirconia, Titaniumdioxid, Spinell, Siliciumcarbid oder Gemengen davon ausgewählt wird. Das poröse Material kann eine Porosität von etwa 20 - 60% und eine mittlere Porengröße von 0,1 bis 20 Mikrometer aufweisen. Die Querstrom-Filtrationseinrichtung kann weiterhin eine permselektive Membran umfassen, die auf die Flächen der Durchgänge angebracht wird und aus der Gruppe von für die Querstrommikrofiltration, Ultrafiltration, Umkehrosmose, Gasabscheidungen oder Pervaporation geeigneten Membranen ausgewählt wird.

Diese Erfindung schildert weiterhin ein Verfahren zur Ausbildung von Filtratleitungen in einem Monolithen aus porösem Material mit einer Vielzahl von Durchgängen, die sich von einem stromaufwärts gelegenen Ende zu einem stromabwärts gelegenen Ende des Monolithen erstrecken, einschließlich der Auswahl einer Anzahl an Reihen von Durchgängen als Filtratleitungsdurchgänge zur Beförderung des Filtrats von dem Inneren des Monolithen zu einer Filtratsammelzone. Die Reihen der Filtratleitungsdurchgänge sind unter den Reihen der nicht ausgewählten Durchgänge verteilt, um Niedrigdruckabfalldurchflußwege von den nicht ausgewählten Durchgängen durch das poröse Material zu nahegelegenen Filtratleitungsdurchgängen zu schaffen. Das Verfahren beinhaltet ferner die - Bildung eines oder mehrerer Filtratkanäle zur Verbindung der Filtratleitungsdurchgänge mit der Filtratsammelzone sowie das Abdichten der Filtratleitungsdurchgänge zur Unterbindung direkten Durchflusses von Flüssigkeit in die Filtratleitungsdurchgänge und die Filtratsammelzone.

In einer Ausführungsform sind die Filtratleitungsdurchgänge an den stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Enden des Monolithen abgedichtet, und die Ausbildung jedes Filtratkanals beinhaltet das Schneiden eines Schlitzes in ein Ende des Monolithen, um diesen Kanal zu bilden. Alternativ wird ein Loch in dem Monolithen ausgebildet, um diesen Kanal zu bilden.

Die Reihen der Filtratleitungsdurchgänge können im wesentlichen in gleichmäßigen Abständen verteilt und parallel sein. Jede Reihe von Filtratleitungsdurchgängen und verbundenen Kanälen kann sich über den Monolith erstrecken. Der Monolith kann im wesentlichen mit gleichmäßigen Abständen angeordnete und axial parallel angeordnete Durchgänge aufweisen und kann aus einem keramischen Material hergestellt sein.

Die Erfindung sieht ferner einen Querstrom-Filtrationsapparat vor, der eine erfindungsgemäße Einrichtung, eine außerhalb des Monolithen zur Sammlung von Filtrat aus den Filtratkanälen der Einrichtung angeordnete Filtratsammelzone und ein Mittel zur Isolierung der Filtratsammelzone von den Zuführungs- und Retentatendseiten des Monolithen umfaßt.

Die Erfindung wird weiter unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Hierbei ist:

Fig. 1 eine schematische axonometrische Teilendansicht einer erfindungsgemäßen Querstrom-Filtrationseinrichtung, die aus einem herkömmlichen, mit im wesentlichen in gleichmäßigen Abständen verteilten Durchgängen hergestellten Monolith gebildet ist;

Fig. 2 eine axonometrische Ansicht der Querstrom-Filtrationseinrichtung aus Fig. 1 nach Fertigstellung;

Fig. 3 eine schematische axonometrische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen aus einem herkömmlichen Monolith gebildeten Querstrom-Filtrationseinrichtung und

Fig. 4 eine schematische axonometrische teilweise aufgeschnittene Teilansicht einer Querstrom-Filtrationsapparateinrichtung, die eine erfindungsgemäße Querstrom- Filtrationseinrichtung umfaßt.

Eine erfindungsgemäße Filtrationseinrichtung wird als eine Querstrom- Filtrationseinrichtung beschrieben, aus der Filtrat und Retentat extrahiert werden, es ist jedoch anzumerken, daß die Erfindung sich auch auf ein poröses Material bezieht, das als Träger einer Membraneinrichtung, aus der Permeat und Retentat extrahiert werden, verwendet wird. Nachfolgend umfaßt der Begriff Querstrom-Filtrationseinrichtung eine poröse Trägerstruktur für eine Membraneinrichtung und der Begriff Filtrat umfaßt das von einer Membraneinrichtung extrahierte Permeat. Derartige Membrane können für die Querstrom-Mikrofiltration, Ultrafiltration, Umkehrosmose, Gasabscheidung und Pervaporation geeignete Abscheidungsmembrane umfassen.

Die Querstrom-Filtrationseinrichtung verwendet einen einzigen Monolithen mit darin ausgebildeten Reihen von Filtratleitungsdurchgängen. Jeder Filtratleitungsdurchgang wird mit Filtrat von einer verhältnismäßig großen Anzahl an in der Nähe liegenden Ausgangsmaterialdurchgängen, die entlang seiner Grenze liegen, wo er sich in Richtung auf die Filtratsammelzone der Querstrom-Filtrationseinrichtung erstreckt, beschickt. Desweiteren ist jede Reihe der Filtratleitungsdurchgänge von einer benachbarten Reihe der Filtratleitungsdurchgänge durch eine verhältnismäßig kleine Anzahl an Reihen von Ausgangsmaterialdurchgängen getrennt. Dies stellt einen hinreichend geringen Druckabfall für den Filtratfluß von jeder Ausgangsmaterialdurchgangswand durch die dazwischenliegenden Wände zu einem Filtratleitungsdurchgang sicher.

Diese Erfindung kann durch Abänderung eines herkömmlichen Monolithen mit einer Anzahl von Durchgängen, die typischerweise im wesentlichen in gleichmäßigen Abständen angeordnet sind, durch Abdichten einiger der Durchgänge an jedem Ende und durch Schaffung von Filtratkanälen von den abgedichteten Durchgängen zu einer Filtratsammelzone verwirklicht werden. Die abgeänderten Durchgänge dienen somit als erfindungsgemäße Filtratleitungen.

Die Querstrom-Filtrationseinrichtung 10 kann aus einer Vielzahl poröser Materialien, wie z. B. Keramik, Kunststoffe oder harzimprägnierter Feststoffe, wie z. B. Sand, hergestellt werden. Unter den Keramikmaterialien ist es wünschenswert, Cordierit, Aluminiumoxid, Mullit, Silika, Zirconia, Titaniumdioxid, Siliciumcarbid, Spinell oder Gemenge davon zu verwenden. Annehmbare Porositäten des Materials reichen von 20 bis 60 Prozent, vorzugsweise über 30 Prozent. Die mittlere Porengröße, die zwar über einen großen Bereich wählbar ist, liegt typischerweise in dem Bereich von etwa 0,1 bis 20 Mikrometer.

Die Auswahl der Parameter einer erfindungsgemäßen Querstrom-Filtrationseinrichtung wird durch die Kozeny-Cannen-Adaptation des Darcyschen Gesetzes erleichtert:

Hierbei ist Q/A die Massenflußrate durch das poröse Medium, d. h. der Volumenfluß pro Zeiteinheit pro Querschnittflächeneinheit; ε ist die Porosität; ΔP ist der Druckabfall; k' ist die Kozeny-Cannen-Konstante (nominal mit einem Wert von 5); L ist die Flußlänge; µ ist die Flüssigkeitsviskosität und S ist der Flächeninhalt des porösen Mediums. Die Anwendung der Kozeny-Cannen-Gleichung wird zum Beispiel bei Dullien, F.A.L., "Single Phase Flow through Porous Media and Porous Structure" im Chemical Engineering Journal (Lausanne), 10 1-34 (1975), beschrieben.

Das Verhältnis des Flächeninhalts S zu dem porenhydraulischen Durchmesser DH wird durch folgende Beziehung gekennzeichnet:

Bei einem vorgegebenen Material ist daher das Verhältnis der Massenflußrate Q/A zu der Porengröße und weiteren Faktoren wie folgt:

Die mittlere Porengröße ist daher bei der Bestimmung der Permeabilität der Durchgangswände sehr wichtig. Wenngleich es wünschenswert erscheint, die mit den größten Poren verfügbaren Materialien zu verwenden, ist dies nicht unbedingt möglich. Bei der Querstrom-Filtration bestimmt die Porengröße die Wirksamkeit der Abscheidung, und großporigen Materialien kann es an einer ausreichenden Abscheidewirksamkeit mangeln. Bei Verwendung von Monolithen als Membranträger können große Poren auch unpraktisch sein. Trulson und Litz offenbaren zum Beispiel in dem U.S. Patent 3 977967, daß bei auf mikroporösen Trägern dynamisch gebildeten anorganischen Membranen bei Verwendung von Trägern mit Poren von mehr als 2 Mikrometern Siebfeines in der zur Bildung der Membrane verwendeten Partikelsuspensionen in die Trägerporenstruktur eindringen und die Poren verstopfen kann, was zu unerwünscht niedrigen Permeationsraten führt. Im Gegensatz dazu lassen die dynamischen Membranbildungsvorgänge des US Patents Nr. 4 069 157 von Hoover und Roberts eine bevorzugte Porengröße von 10 bis 17 Mikrometer zu. Wenn anorganische Membrane durch Schlickergießen gebildet werden, können auch Träger mit größeren Poren verwendet werden, wie dies von Alari et al. in dem US Patent Nr. 4 562 021 gezeigt wird. Daher muß bei als Membranträger verwendeten Monolithen die maximale Porengröße, die verwendet werden kann, zu der zur Membranbildung verwendeten Technik in Bezug stehen. Im allgemeinen jedoch wurde gezeigt, daß Membrane einfacher auf Materialien mit feineren Poren gebildet werden.

Die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Querstrom-Filtrationseinrichtung einschließlich ihrer Anordnung und ihres Herstellungsmaterials hängt von dem geplanten Einsatz der Querstrom-Filtrationseinrichtung ab. In Anbetracht der Konstruktion der Querstrom-Filtrationseinrichtung können ihre Filtratflußcharakteristika berechnet werden. Zum Zweck dieser Berechnung wird angenommen, daß der Abschnitt einen gleichmäßig verteilten Wasserfiltratfluß in die Monolithdurchgangswände von 41 m³/dm² (1.000 Gallonen pro Tag pro ft² geometrische Fläche (gfd)) aufweist. Wenn die Einrichtung für Querstrom-Filtration verwendet wird, wäre dies eine typische und wünschenswerte Filtrationsrate für viele Verfahrensanwendungen. Wenn die Monolitheinrichtung als Membranträger verwendet werden soll, ist das gleiche Filtratflußmaß für Ultrafiltrations- und Umkehrosmoseeinrichtungen geeignet, mit daraus sich ergebenden Membraneinrichtungswasserflüssen von etwa 4,1 m³/dm² (100 gfd) oder mehr. Diese Membranwasserflußmengen sind für die meisten Verfahrensanwendungen geeignet.

Unter der Annahme eines gleichmäßig verteilten Wasserfiltratflusses von 41 m³/dm² (1.000 gfd) kann der Druckabfall durch die Monolithdurchgangswände geschätzt werden. In dem folgenden Beispiel ist die Berechnung der Parameter des Monolithen wie folgt: die Porosität des Trägermaterials beträgt 45%; die Durchgangsdichte beträgt 47 Durchgänge pro cm² (300 Quadratdurchgänge pro Zoll²) bei einer Durchgangsgröße von 1,1 mm (0,044 Zoll); die Wandstärke beträgt 300 µm (0,012 Zoll) und der Durchgangsflächeninhalt beträgt 2,1 mm&supmin;¹ (53 Zoll² pro Zoll³). Unter Verwendung von Gleichung (3) mit einem Wert einer Kozeny-Carmen-Konstante von 5 wird der Druckabfall für verschiedene Anzahlen n von Reihen an Ausgangsmaterialdurchgängen zwischen den Reihen von Filtratleitungsdurchgängen und für verschiedene Werte des mittleren Porendurchmessers DH in Tabelle 1 gezeigt. Der Druckabfall wird in Bar (Pound pro Zoll² (psi)) ausgedrückt.

TABELLE 1 DRUCKABFALL IN BAR (PSI)

Diese Berechnungen zeigen den drastischen Anstieg des Druckabfalls von den Ausgangsmaterialdurchgängen zu einem Filtreitleitungsdurchgang bei steigender Anzahl an Reihen von Ausgangsmaterialdurchgängen zwischen den Reihen der Filtratleitungsdurchgänge bzw. bei abnehmender Porengröße. Der Druckabfall nimmt mit dem Quadrat der Anzahl der Durchgängen zu, da sowohl der Filtratfluß (Q/A) wie auch die Flußweglänge (L) im Verhältnis zu der Anzahl an Durchgängen zunehmen.

Ähnliche Berechnungen können für Monolithen mit anderen Durchgangsmaßen durchgeführt werden, und die Ergebnisse von Tabelle 2 zeigen eine solche Analyse.

TABELLE 2 DRUCKABFALL ZU DEN FILTRATLEITUNGEN IN BAR (PSI)
DURCHGÄNGE PRO CM² DURCHGANGSFLÄCHE DURCHGANGSGRÖSSE DURCHGANGSWAND LÄNGE ZWISCHEN LEITUNGEN MM (ZOLL)DRUCKMINDERUNG BAR (PSI)

Diese Berechnungen beruhen auf den Maßeigenschaften gängiger Monolithe (ohne Filtratleitungen) mit quadratischen Durchgängen, einer Porosität von 45%, einer Porengröße von 4 Mikrometer und fünf Reihen von Ausgangsmaterialdurchgängen zwischen Reihen von Filtratleitungsdurchgängen. Bei dieser Familie von Monolithmaterialien steigt der Druckabfall von der Mitte der Struktur etwa im Verhältnis zum Abstand zwischen den Leitungen. Dies spiegelt die Wechselwirkung zwischen den Variablen der Gleichung (3) wider. Somit ist für diese Materialfamilie der kritische Parameter der Abstand zwischen den Filtratleitungen. Zu beachten ist, daß laut Tabelle 1 bei einem Monolithen fester Durchgangsgröße der kritische Parameter das Quadrat des Abstands zwischen den Leitungen ist.

Die für eine erfindungsgemäße Einrichtung gewählte Konstruktion hängt weiterhin von dem Druck ab, bei dem die Einrichtung arbeitet. Bei Ultrafiltrationseinrichtungen zum Beispiel liegt der Einrichtungsbetrieb typischersweise bei 3,4 bis 6,9 bar g (50 bis 100 psig). Bei den Monolithmaterialien aus Tabelle 1 wurde ein bevorzugtes Monolithsubstrat eine Porengröße von 4 Mikrometer oder mehr und fünf oder weniger Reihen von Ausgangsmaterialdurchgängen zwischen den Reihen von Filtratleitungsdurchgängen aufweisen. Bei Umkehrosmoseeinrichtungen liegt der Systembetrieb typischerweise bei 34 bis 65 bar g (500 - 1.000 psig) und ein Material mit feinerer Porengröße oder einer größeren Anzahl an Reihen von Ausgangsmaterialdurchgängen zwischen der Reihen der Filtratleitungsdurchgänge kann verwendet werden.

Abänderungen dieser Werte wären für unterschiedliche Porositäten, unterschiedliche Flüssigkeiten, unterschiedliche Werte der Kozeny-Carmen-Konstante (die materialabhängig ist) und andere Variable erforderlich. Die obigen Berechnungen beruhen weiterhin auf der Annahme eines gleichmäßig verteilten Filtratflusses in die Durchgangswände von 41 m³/dm² (1.000 gfd). Diese Annahme ist im allgemeinen für Einrichtungen gültig, bei denen eine Membran an den Durchgangswänden zum Beispiel durch Schlickergießen oder Folienguß aufgebracht ist und die Membran den Hauptwiderstand zur Filtratbeseitigung bietet. Bei Querstrom-Filtration oder dynamischer Membranbildung ist die Annahme eines gleichmäßigen Filtratflusses unter Umständen nicht gültig. In diesen Fällen ist der Filtratfluß durch das poröse Material an den Filtratleitungen sehr hoch und verringert sich schnell bei steigendem Abstand zu den Filtratleitungen. In diesem Fall muß der Abstand der Reihen von Filtratleitungsdurchgängen unter Umständen sogar noch kleiner sein, um einen ausreichenden Filtratfluß durch die von den Filtratleitungen entfernt liegenden Durchgangswände zu erzielen. Andernfalls ist es unter Umständen notwendig, poröses Material mit einer größeren Porengröße und Porosität oder dickeren Durchgangswänden zu verwenden. Auf der Grundlage dieser Erwägungen können unterschiedliche Anforderungen an als Träger für Membrane verwendete poröse Materialien, die nicht durch dynamische Bildung aufgetragen werden, und für als Querstrom-Filter oder als Träger für dynamisch gebildete Membrane verwendete poröse Materialien bestehen. Doch diese typischen Ergebnisse zeigen die mit der Verwendung von Monolithen ohne Filtratleitungen verbundene Beschränkung sowie das vorteilhatte Ergebnis einer Integration derartiger Leitungen auf. Das Vorhandensein von hier geschilderten Reihen von Filtratleitungsdurchgängen führt zu der vorteilhaften Verwendung von porösen Monolithen mit einem Durchgangsflächeninhalt im Bereich von 330 bis 3300 m&supmin;¹ (100 bis 1000 ft² pro ft³) und vorzugsweise zwischen 660 und 2620 m&supmin;¹ (200 bis 800 ft² pro ft³).

Eine erfindungsgemäße Querstrom-Filtrationseinrichtung kann aus einem herkömmlichen Monolithen, wie z. B. Monolith 150, Fig. 1, mit im wesentlichen in gleichmäßigen Abständen angebrachten Durchgängen 152 konstruiert werden. Der herkömmliche Monolith 150 wird wie folgt umgewandelt. Reihen von Durchgängen 152 werden in Abständen, z. B. jede fünfte oder sechste Reihe, als Filtratleitungsdurchgänge ausgewählt. Festgelegte Reihen, wie z. B. Reihen 156, 158, 160 und 162, werden entlang einer ersten Dimension 164 ausgewählt. Reihe 154 stellt eine Filtratleitungsreihe dar, die noch nicht erfindungsgemäß abgeändert worden ist. Wie dargestellt sind die Reihen 156, 158, 160 und 162 und wesentlichen mit gleichmäßigen Abständen in einer ersten Dimension 164 verteilt und sind im allgemeinen parallel zueinander. Wie dargestellt weisen diese Reihen in den Monolith 150 geschnittene Schlitze 166, 168, 170 bzw. 172 auf. Die Schlitze 166, 168, 170, 172 dienen als Kanäle zur Verbindung der nicht geänderten, längs verlaufenden Abschnitte der Filtratleitungsdurchgänge in den jeweiligen Reihen mit einer Filtratsammelzone. Jede Reihe der Filtratleitungsdurchgänge fungiert als eine Filtratleitung und jeder Durchgang ist eine Kammer der Filtratleitung, der mit einem Filtratkanal verbunden und von den benachbarten Durchgängen in der zweiten Dimension 174 durch eine einzige Wand des Monolithmaterials getrennt ist. Die Filtratleitungsdurchgänge 176, 178 zum Beispiel sind durch Wand 180 abgetrennt und sind beide mit Schlitz 166 verbunden.

Sobald ein Schlitz für jede Filtratleitungsreihe an Durchgängen geschnitten worden ist, wird jede Reihe an den Zuführungs- und Retentatenden des Monolithen entlang der Dimension 174 zugepfropft. Die fertige Querstrom-Filtrationseinrichtung 184, Fig. 2, weist Pfropfen 186 an dem Retentatende jedes Schlitzes 188 und passende Pfropfen 190 an dem Zuführungsende jeder Reihe von Filtratleitungsdurchgängen auf.

Zur Verwendung als Querstrom-Filtrationseinrichtung wird der abgeänderte Monolith 150 in einen Apparat 24, Fig. 4, gegeben. Der durch Pfeil 192 dargestellte Zuführungsfluß fließt in das Zuführungsende der Querstrom-Filtrationseinrichtung 184. Das Filtrat strömt durch die Wände der Durchgänge 152 und gelangt so in die als Filtratleitungen dienenden Filtratleitungsdurchgänge. Das Filtrat strömt wie durch die Pfeile 194 angezeigt übereinstimmend mit der Dimension 182, bis die Schlitze 188 erreicht sind, an welchem Punkt das Filtrat wie durch Pfeil 196 angezeigt entlang der Dimension 174 fließt.

In der alternativen Querstrom-Filtrationseinrichtung 184a, Fig. 3, weist jede Filtratleitungsreihe vier durch die Bohrlöcher 100, 102, 104, 106 geschaffene Sätze an Kanälen auf, die durch den Monolith 150a führen und dabei jede Filtratleitungsreihe schneiden. Bei einer anderen Konstruktion ist nur ein Satz an Löchern mitten zwischen den Zuführungs- und Retentatenden vorgesehen. Die Pfropfen 190a, 186a an den Enden des Monolithen 150a verhindern ein direktes Strömen von Zuführungs- oder Retentatflüssigkeit in die Filtratleitungsdurchgänge.

Die Schaffung von Kanälen an beiden Enden der Monolitheinrichtung 150 bzw. 150a für jede Filtratleitungsreihe ist bei Abscheidungen, die einen Filtratrückfluß mit sich bringen, wie z. B. bei bestimmten Gasabscheidungen, besonders wünschenswert.

Falls erforderlich können desweiteren die Filtratleitungsdurchgänge und die Kanäle mit einem hoch porösen Material gefüllt werden, um die mechanische Stützung der neben den Filtratleitungsdurchgängen und Kanälen liegenden Durchgangswände zu erhöhen.

Die erfindungsgemäße Querstrom-Filtrationseinrichtung 150 ist Teil eines in Fig. 4 abgebildeten Querstrom-Filtrationsapparats 24. Das zylindrische Ringendverbindungsstück 26 ist mit Zement an der äußeren Monolithhaut 23 der zylindrischen Querstrom-Filtrationseinrichtung 150 angeklebt. Die mit Gewinde versehene Endkappe 28 greift mit dem passenden mit Gewinde versehenen Teil 30 des Gehäuses 32 und dichtet das Endverbindungsstück 26 gegen das Zuführungsverbindungsrohr 34 mit einer O-Ringdichtung zwangsläufig ab. Eine zweite O-Ringdichtung 58 ist zwischen dem zylindrischen Ring 26 und dem mit Gewinde versehenen Teil 30 des Gehäuses 32 vorgesehen. Ein alternatives Abdichtverfahren verwendet die Endseiten der Außenhaut 23 der zylindrischen Querstrom-Filtrationseinrichtung 150 zum Abdichten gegen das Zuführungsverbindungsrohr 34 durch die O-Ringdichtung 56 und gegen das mit Gewinde versehene Teil 30 des Gehäuses 32 durch die O-Ringdichtung 58. Der Filtratsammelringraum 36 liegt zwischen der Haut 23 und dem Gehäuse 32.

Während des Betriebs wird Ausgangsmaterial unter Druck in die durch Pfeil 38 angezeigte Richtung gezwungen. Das Zuführungsende 40 der Querstrom- Filtrationseinrichtung 150 nimmt das Ausgangsmaterial auf und läßt die Flüssigkeit in Längsrichtung passieren, bis sie aus dem (nicht abgebildeten) Retentatende austritt. Das Zuführungsende 40 ist in einer vergrößerten Endansicht in Fig. 2 dargestellt und enthüllt quadratische Öffnungen der Ausgangsmaterialdurchgänge 152, die jeweils durch Durchgangswände ausgebildet und umgeben sind. Desweiteren werden Endpfropfen 190 für die Filtratleitungsdurchgänge gezeigt. Die Pfropfen 190 und 186 an den Zuführungs- und Retentatenden des Monolithen isolieren die Filtratleitungsdurchgänge von direktem Kontakt mit dem Ausgangsmaterial oder Retentat. Entlang dem Inneren der Querstrom-Filtrationseinrichtung 150 lassen die Wände der Ausgangsmaterialdurchgänge nur das Filtrat in die Filtratleitungsdurchgänge eindringen. Die Pfropfen 190 und 186 können aus dem gleichen oder einem anderen Material als die Wände sein und sind nach Abdeckung der Öffnungen der Durchgänge 152 einfach anzubringen. Die Pfropfen werden je nach Zusammensetzung durch Aushärten oder Brennen gehärtet, um eine positive Membran zwischen dem Ausgangsmaterial und dem Retentat und dem Filtrat innerhalb der Filtratleitungsdurchgänge vorzusehen. Wenn die Pfropfen 190 und 186 porös sind, ist es wünschenswert, daß die Poren in den Pfropfen 190 und 186 nicht größer als die der Durchgangswände sind. Die mechanische Stärke sowie der chemische und thermische Widerstand der Pfropfen 190 und 186 werden in Abhängigkeit von der Natur des Ausgangsmaterials und des geplanten Betriebsdrucks und der geplanten Betriebstemperatur ausgewählt.

Nach Einströmen in das Zuführungsende 40, Fig. 4, dringt ein Teil der Flüssigkeit in die Filtratleitungsdurchgänge entlang den Durchgängen 152. Das Filtrat wird allmählich beseitigt und das impermeable Retentat setzt seinen Weg entlang den Ausgangsmaterialdurchgängen fort.

Die folgenden Beispiele liefern einen Vergleich der Monolithpermeabilität eines herkömmlichen Monolithen und eines abgeänderten Monolithen mit Filtratleitungsdurchgängen und Kanälen gemäß dieser Erfindung:

Beispiel 1

Ein herkömmlicher Monolith wurde in einen der Fig. 4 ähnlichen Apparat eingebaut. Die zylindrischen keramischen Endringe 56 wurden an den Monolithenden mittels eines Silikonklebstoffs angeklebt. Der von Corning Glass Works, Corning, New York, bezogene Monolith war ein rechter Zylinder mit 10 cm (vier Zoll) Durchmesser und 15 cm (sechs Zoll) Länge. Die Anordnung der Durchgänge war quadratisch mit 17 Zellen pro cm² (300 Zellen pro Zoll²) und mit gleichmäßigen Abständen verteilt. Die Durchgangsgröße betrug 1,1 mm (0,044 Zoll) und die Durchgangswandstärke betrug 0,30 mm (0,012 Zoll). Die gesamte Durchgangsfläche, durch die Filtrat fließen konnte, betrug etwa 2,6 m² (28 ft²) abzüglich der Fläche einiger Durchgänge an der Monolithaußenhaut, die durch Kleber verstopft waren. Das Monolithmaterial war Cordierit EX-20 mit einer mittleren Porengröße von 3 bis 4 Mikrometer und einer Porosität von 33 Prozent. Nach Einbau des Monolithen in den Apparat aus Fig. 4 ergab die Messung der durchschnittlichen Wasserpermeabilität auf der Grundlage einer geschätzten Fläche von 2,4 m² (26 ft²) einen Wert von 4,5 m³ (110 gfd) bei 4,4ºC (40ºF) und einen Zuführungswasserdruck von 34 bar g (50 psig).

Beispiel 2

Ein zweiter Monolith aus gleichem Material und mit gleicher Durchgangskonfiguration wurde erfindungsgemäß abgeändert, so daß er wie in Fig. 1 und 2 dargestellt Filtratleitungen besaß. Die Leitungen waren bei jeder fünften Reihe der Durchgänge angeordnet und an den Monolithenden mit Silikonklebstoff verstopft. Schlitze waren an einem Ende des Monolithen ausgebildet, und jeder Schlitz hatte eine Öffnungslänge an der Seite des Monolithen in die Filtratsammelzone von etwa 13 mm (0,5 Zoll). Die für den Filtratfluß verfügbare gesamte Durchgangsfläche betrug etwa 1,9 m² (20 ft²), wobei eine Verringerung der Fläche von 20% gegenüber der des ursprünglichen Monolithen für Filtratleitungen und eine geringere Menge für benachbarte Durchgänge der Monolithhaut, die durch Kleber verstopft worden waren, berücksichtigt wurde. Der Monolith wurde in den in Beispiel 1 verwendeten Apparat eingesetzt und die Messung seiner Wasserpermeabilität ergab einen Wert von etwa 97,8 m³/dm² (2.400 gfd) bei 4,4ºC (40ºF) und einen Zuführungswasserdruck von 34 bar g (50 psig).

Der Monolith aus Beispiel 2 erfuhr eine Zunahme der Monolithpermeabilität um das zweiundzwanzigfache gegenüber dem herkömmlichen Monolith aus Beispiel 1, wenngleich der zweite Monolith eine Verringerung der Durchgangsfläche von etwa 20 Prozent aufwies. Nachfolgende Querstrom-Mikrofiltrationstests des Monolithen aus Beispiel 2 mit einer äußerst trüben Suspension von kolloidem Zirconia zeigte ein von Trübheit völlig freies Filtrat. Dies bewies, daß die gemessene hohe Permeabilität nicht auf irgendein Leck bzw. irgendeine Umgehung in dem Modul zurückzuführen war, sondern das Ergebnis des Wirkung der erfindungsgemäßen Filtratleitungen war.

Wenngleich für die obigen Beispiele eine quadratische Anordnung quadratischer Durchgänge verwendet wird, ist festzustellen, daß andere Durchgangsformen, wie z. B. rund oder dreieckig, und andere Anordnungen, wie z. B. hexagonal verteilt, eingesetzt werden können. Weiterhin werden in den obigen Beispielen im wesentlichen parallele Filtratleitungen beschrieben, doch es ist festzustellen, daß alternative Leitungsanordnungen, wie z. B. auf den Radien eines zylindrischen Monolithen ausgerichtete Anordnungen, eingesetzt werden können.


Anspruch[de]

1. Querstrom-Filtrationseinrichtung (184) zum Aufnehmen eines Ausgangsmaterials (192) an einer Zuführungsendfläche und zum Trennen des Ausgangsmaterials (192) in Filtrat und Retentat, mit:

einem einzigen Monolithen (150) aus porösem Material, der folgendes bildet: (i) eine Vielzahl von Reihen an Ausgangsmaterialdurchgängen (152), die sich in Längsrichtung ausgehend von der Zuführungsendseite zu einer Retentatendseite des Monolithen erstrecken, durch den das Ausgangsmaterial fließt, um das Retentat aus der Einrichtung auszuscheiden, (ii) eine Vielzahl von Reihen an Filtratleitungsdurchgängen (156, 158, 160, 162), die sich parallel zu den Reihen der Ausgangsmaterialdurchgänge (152) in Längsrichtung entlang mindestens einem Teil der Länge des Monolithen (150) erstrecken, und (iii) Filtratkanäle (166, 168, 170, 172 oder 100, 102, 104, 106), die sich quer zu den Reihen der Filtratleitungsdurchgänge (156, 158, 160, 162) erstrecken, wobei jede Reihe der Filtratleitungsdurchgänge (z. B. 156) von einer benachbarten Reihe von Filtratleitungsdurchgängen (z. B. 158) durch eine Vielzahl von Reihen an Ausgangsmaterialdurchgängen (152) getrennt sind; und

Mitteln (186, 190; 186a, 190a) zum Isolieren der Filtratleitungsdurchgänge und, falls notwendig, der Filtratkanäle gegenüber den beiden Endseiten des Monolithen (150), wobei die Filtratleitungsdurchgänge zusammen mit den Filtratkanälen Durchflußwege mit einem Strömungswiderstand vorsehen, der niedriger als der von alternativen Durchflußwegen durch das poröse Material ist, und bei Verwendung der Einrichtung das Filtrat zu einer Filtratsammelzone befördern.

2. Querstrom-Filtrationseinrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder Filtratkanal ein quergerichteter Schlitz (166, 168, 170, 172) ist, der in mindestens einer Endfläche des Monolithen ((150) ausgebildet ist, um unveränderte Längsabschnitte der jeweiligen Reihen der Filtratleitungsdurchgänge (156, 158, 160, 162) mit einer Filtratsammelzone zu verbinden, wobei jeder Schlitz (166, 168, 170, 172) an einer Endfläche des Monolithen (150) abgedichtet ist (186).

3. Querstrom-Filtrationseinrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder Filtratkanal ein quergerichtetes Loch (100, 102, 104, 106) ist, das in dem Monolithen so ausgebildet ist, daß es jede Reihe der Filtratleitungsdurchgänge schneidet.

4. Querstrom-Filtrationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das poröse Monolithmaterial ein Keramikmaterial ist.

5. Querstrom-Filtrationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die außerdem eine permselektive Membran umfaßt, die auf den Oberflächen der Ausgangsmaterialdurchgänge (152) aufgebracht ist.

6. Querstrom-Filtrationseinrichtung nach Anspruch 5, bei der die permselektive Membran aus Membranen ausgewählt wird, die sich für die Querstrom-Filtration, Ultrafiltration, Umkehrosmose, Gasabscheidung oder Pervaporation eignen.

7. Querstrom-Filtrationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Oberflächenbereich der Ausgangsmaterialdurchgänge (152) 32,8 bis 328 m² pro m³ des Monolithrauminhalts (100 bis 1000 ft² pro ft³) beträgt.

8. Querstrom-Filtrationseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Reihen der Ausgangsmaterialdurchgängen (152) und der Filtratleitungsdurchgänge (156, 158, 160, 162) planar sind.

9. Querstrom-Filtrationseinrichtung nach Anspruch 8, bei der jede Reihe der Filtratleitungsdurchgänge (z. B. 156) von einer benachbarten Reihe von Filtratleitungsdurchgängen (z. B. 158) durch vier oder fünf Reihen der Ausgangsmaterialdurchgänge (152) getrennt ist.

10. Querstrom-Filtrationsvorrichtung (24), die eine Einrichtung (10), wie sie in jedem der vorhergehenden Ansprüchen beansprucht wird, eine Filtratsammelzone (36), die sich außerhalb des Monolithen (150) befindet, um das Filtrat aus den Filtratkanälen der Einrichtung zu sammeln, und Mittel (58) zum Isolieren der Filtratsammelzone (36) gegenüber den Zuführungs- und Retentatendflächen des Monolithen (150) umfaßt.







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