CH681281A5 - Particle filter for sepg. process materials - comprises particulate porous elongated block with 1st channel for raw mixt. and 2nd channel for permeate - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trennung von Stoffen, mit einem Stofftrennkörper, durch den ein zu trennendes Gut hindurchgeführt wird und in Phasen getrennt wird, welche einzeln abgeführt werden.

Solche Vorrichtungen, bzw. deren Stofftrennkörper, werden allgemein als Membrane gezeichnet. Diese sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt geworden, beispielsweise als Hohlfasermembranen, spiralgewickelte Flachmembranen mit Spacer, Rohrmembranen und plattenförmig angeordnete Flachmembranen. Diese Ausführungen weisen verschiedene Nachteile auf, beispielsweise sind sie verstopfungsanfällig, sind schwierig zu reinigen, haben eine sehr begrenzte Druckfestigkeit, etc. Es sind auch Membrane aus anorganischen Pulvermaterialien bekannt geworden, die derart hohe Fertigungskosten und derart ungünstige Flächen-Volumenverhältnisse aufweisen, dass sie für den ökonomischen, industriellen Grosseinsatz nicht in Frage kommen.

Ziel der Erfindung ist, die oben erwähnten Nachteile zu beheben.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Stofftrennkörper ein aus Partikeln aufgebauter poröser, langgestreckter Block ist, der von ersten Kanälen für das zu trennende Gut und von zweiten Kanälen zur Aufnahme des jeweiligen Permeates durchsetzt ist.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Blockmembran zur grundsätzlichen Illustration der vorliegenden Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt durch eine Blockmembran, Fig. 3 einen Längsschnitt einer Ausführung mit Kanälen zur Abführung des Permeates in eine Stirnplatte, und Fig. 4 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausführung der Erfindung.

Der eigentliche Stofftrennkörper ist als Blockmembran ausgebildet. Diese besteht grundsätzlich aus einem porösen Körper bzw. Block 1, der langgestreckt ausgebildet ist und eine quadratische Querschnittsform aufweist. Andere Ausführungen sehen auch eine sechs- oder achteckige oder auch kreisförmige Querschnittsform vor. Der Block 1 ist aus metallischen oder keramischen Partikeln aufgebaut oder auch aus Kunststoffen aufgebauten pulverförmigen Massen, wobei die Herstellung durch ein Sintern oder Verkleben gemäss bekannten Techniken, gefolgt durch ein Extrudieren oder durch eine Kokillenformung, vor sich gehen kann.

Dieser langgestreckte Block 1 ist von ersten Kanälen 2 durchsetzt. Durch diese ersten Kanäle 2 strömt das zu trennende Gut, welches an der Stelle des Pfeiles A eintritt. Bei der entgegengesetzten Seite tritt dann das Konzentrat aus dem Block 1 aus. Diese ersten Kanäle 2 sind musterförmig angeordnet und wechseln im Block 1 mit zweiten Kanälen 3 zur Aufnahme des jeweiligen Permeates ab. Die Anordnung dieser Kanäle ist insbesondere aus der Fig. 2 erkennbar. Diese ersten und zweiten Kanäle 2, 3 können beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 25 mm aufweisen. Die Abmessungen des Blockes 1 insgesamt können bei z.B. einer quadratischen Querschnittsform eine Seitenlänge von 20 bis 300 mm betragen, wobei die Länge des Blockes 500 bis 2000 mm beträgt.Dadurch, dass in diesem porösen Block 1 den Zulaufkanälen 2 Permeatkanäle, d.h. die zweiten Kanäle 3 zugeordnet sind, können definierte hydraulische Verhältnisse erreicht werden. Der Block 1 ist von dritten Kanälen 4 durchsetzt, die zum Abführen des Permeates dienen und quer zu den zweiten Kanälen 3, also den Permeatsammelkanälen verlaufen und dieselben kreuzen. Die zweiten Kanäle 3 sind beiderends abgeschlossen, wozu sie beispielsweise beiderends mit Pfropfen 16 abgeschlossen sind. Damit ist auch eine zwangsweise optimale Führung des zu trennenden Gutes bzw. den einzelnen Phasen ermöglicht. Der Block 1 ist in einem Übergangsring 17 gehalten, über welchen er in einem Gehäuse 8 gelagert ist. Aus der Figur 4 geht entsprechend hervor, dass zwischen dem Block 1 und der Innenwand des Gehäuses 8 ein Permeatsammelraum 13, 13a gebildet ist.Auf dem Gehäuse 8 sind Entlüftungsstutzen 18, 18a aufgesetzt und unten weist das Gehäuse 8 mit dem Permeatsammelraum 13, 13a in Verbindung stehende Permeataustrittsstutzen 15, 15a auf. Es ist gesagt worden, dass die dritten Kanäle 4 zur Abfuhr des Permeates den porösen Block 1 durchsetzen und die zweiten Kanäle 3, d.h. die Permeatsammelkanäle kreuzen, wobei diese Permeatkanäle beiderends durch Pfropfen 16 abgeschlossen sind.

Eine weitere Variante hierzu ist in der Figur 3 dargestellt. Hier endet der Block 1 in einer Dichtplatte 5, welche mittels z.B. einer Rolldichtung 19 gegen das Gehäuse 8 abgedichtet ist. Die dritten Kanäle 4 sind bei dieser Ausführung als Querkanäle in dieser Dichtplatte 5 ausgeführt, so dass die Anordnung der oben genannten Pfropfen entfällt. Offensichtlich weist dann diese Dichtplatte 5 Durchtritte 6 für das einströmende Gut bzw. ausströmende Konzentrat auf. Diese Ausführung ist in einem solchen Falle sinnvoll, wenn die Anbringung von Querbohrungen, also der dritten Kanäle 4, im porösen Block 1 schwierig ausführbar ist.

Es wird nun insbesondere auf die Fig. 4 hingewiesen. Der Block 1 ist in einem als Druckrohr ausgebildeten Gehäuse 8 eingesetzt, welches beidseitig durch Stirnplatten 9, 10 abgeschlossen ist. In der Stirnplatte 9 ist der Zulaufstutzen 11 vorhanden. Die rechts liegende Stirnplatte 10 ist mit dem Austrittsstutzen 12 für das Konzentrat versehen. Mit der Bezugsziffer 20 sind die Dichtungen bei der Stossstelle zwischen den Stirnplatten 9, 10 und dem eigentlichen zylindrischen Gehäuse 8 angedeutet.

Als alternative Ausführung ist weiter eine Dichtplatte 14 gezeichnet, welche entsprechend den Permeatsammelraum in zwei Teilräume, 13, 13a, aufteilt. Dadurch entstehen zwei Seiten der aus dem porösen Block 1 aufgebauten Membrane, wobei sowohl auf der Zulauf- wie auch auf der Permeatseite eine zwangsweise optimale Führung der einzelnen Phasen ermöglicht ist. Dadurch, dass die gesamte Vorrichtung, wie aus insbesondere der Fig. 4 hervorgeht, in bezug auf ihre senkrecht zur Durchströmrichtung verlaufende Mittelebene symmetrisch aufgebaut ist, wird noch ein weiterer Vorteil erreicht. Üblicherweise wird auf der Zulaufseite, wo überlicherweise eine Strömungsgeschwindigkeit von 2 bis 6 m/sec vorherrscht, ein Aufbau von dickeren Dichtschichten auftreten. Aufgrund des symmetrischen Aufbaus kann nun ohne weiteres mit einer Strömungsumkehr (cross flow) gearbeitet werden, oder es ist möglich, aufgrund der Ausbildung der ersten Kanäle Schaumgummibälle zur Reinigung zu verwenden. Entsprechend lässt die Ausführung auch zu, dass auch auf der Permeatseite, d.h. den zweiten Kanälen 3, durch Gegenströmung oder auch durch Einsatz von Rückspülluft eine Abreinigung erfolgen kann.

Die Porosität des Blockes 1 lässt sich aufgrund der erfindungsgemässen Ausführung an die jeweiligen An forderungen des Einsatzes anpassen. Dieses kann durch die Wahl der Korngrösse des jeweiligen Gemisches bzw. Pulvergemisches und durch die Bedingungen der Sinterung festgelegt werden. Bekanntlicherweise sind für verschiedene Arten der Filtrationen unterschiedliche Porenweiten notwendig. Beispielsweise: <tb><TABLE> Columns=2 <tb> <SEP>Mikrofiltration <SEP>1000-10 000 ANGSTROM <tb> <SEP>Ultrafiltration <SEP>20-2000 ANGSTROM <tb> <SEP>Reversosmose <SEP>1-20 ANGSTROM <tb> 1 ANGSTROM (Angström) = 10<-10>m.

<tb></TABLE>

Aus den gegenwärtig verfügbaren Partikeln bzw. Pulverkörnern und Sinterverfahren ist zu schliessen, dass homogene Blöcke mit einer Porengrösse von grösser als 1000 ANGSTROM herstellbar sind. Bei kleinen Porenweiten nun wird in einem weiteren Fertigungsschritt jeweils eine Deckschicht in den ersten Kanälen 2 aus anorganischem oder auch organischem Material aufgebracht. Solche Materialien sind z.B. anorganische Glasuren aus Borosilikat oder organische Deckschichten aus Polyacetat, welche mit einer Dünnfilmtechnik aufgetragen werden können. Weiter sind auch sekundär geformte dynamische Trennschichten möglich.

Der Stofftrennkörper, also Block 1 der Vorrichtung, eignet sich nun zur automatischen Fertigung mit einem ausreichenden Flächen/Volumenverhältnis als pulvergeformte Membrane, welche bisher nicht wirtschaftlich herstellbar war. Weiter, aufgrund der diametrischen Ausbildung ist die Vorrichtung in bezug auf Verschmutzung und Reinigungsmöglichkeiten überlegen, wiederum ohne den Nachteil der ungünstigen Flächen/Volumenverhältnisse bekannter Membranen aufzuweisen.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Trennung von Stoffen, mit einem Stofftrennkörper, durch den ein zu trennendes Gut hindurchgeführt und in Phasen getrennt wird, welche einzeln abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stofftrennkörper ein aus Partikeln aufgebauter, poröser, langgestreckter Block (1) ist, der von ersten Kanälen (2) für das zu trennende Gut und von zweiten Kanälen (3) zur Aufnahme des jeweiligen Permeates durchsetzt ist.

2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel Metall-, Keramik-oder Kunststoffpartikel sind.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Block aus gesinterten oder zusammengeklebten Partikeln aufgebaut ist.

4.Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass der langgestreckte Block (1) einen gleichbleibenden Querschnitt aufweist, und dass die Kanäle (2; 3) in einem regelmässigen Muster angeordnet sind und in Längsrichtung des Blockes (1) verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (2; 3) einen Durchmesser von 0,5 bis 25 mm aufweisen.

6. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kanäle (2) den Block (1) in Längsrichtung vollständig durchsetzen und die als Permeatsammelkanäle dienenden zweiten Kanäle (3) beiderends abgeschlossen sind und mit quer dazu verlaufenden dritten Kanälen (4) zum Abführen des Permeates in Verbindung stehen.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Kanäle (4) im Block (1) angeordnet sind.

8.Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kanäle (2) den Block (1) in Längsrichtung vollständig durchsetzen und der Block (1) bei mindestens einem Ende von einer Dichtplatte (5) abgeschlossen ist, welche Durchtritte (6) zu den ersten Kanälen (2) aufweist, in welcher die zweiten Kanäle (3) enden und quer zu den zweiten Kanälen (3) verlaufende dritte Kanäle (4) zum Abführen des Permeates aus den zweiten Kanälen angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwände der ersten Kanäle (2) mit einer Dünnschicht (7) zur Stofftrennung aus anorganischem oder organischem Material beschichtet sind.

10.Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass der den Stofftrennkörper bildende, langgestreckte Block (1) in einem Gehäuse (8) angeordnet ist, das beiderends durch eine Stirnplatte (9; 10) abgeschlossen ist, wobei die eine Stirnplatte (9) einen Zulaufstutzen (11) für das zu trennende Gut und die entgegengesetzte Stirnplatte (10) einen Austrittsstutzen (12) für das Konzentrat aufweist, und dass zwischen dem Block (1) und der Innenwand des Gehäuses (8) ein gegen den Zulauf- und Austrittsstutzen abgedichteter Permeatsammelraum (13; 13a) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie relativ zur senkrecht zur Durchlaufrichtung des zu trennenden Gutes verlaufenden Mittelebene symmetrisch ausgeführt ist, so dass die Strömungsrichtung für Reinigungszwecke umgekehrt werden kann.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Permeatsammelraum durch eine mit der Mittelebene ausgerichtete Dichtplatte (14) in zwei Teilräume (13; 13a) mit jeweils einem Permeataustrittsstutzen (15; 15a) aufgeteilt ist.

13. Verfahren zur Herstellung des Blockes der Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe extrudiert oder durch Kokillenformung hergestellt wird.