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

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Abstract

An assembly for separating materials into separate phases incorporates a medium which effects the separation prior to removal through separate outlets. The separation medium is a particulate porous elongated block of material incorporating a first channel for the two-phased process material and a second channel into which the permeate migrates and through which it is removed. The particulate porous block is made of metal, ceramics or plastic. The block particles may be sintered or joined by adhesives. Pref. sepn. filter consists of an elongated block made of particulate matter into which the unseparated phases flow through a first channel. One phase permeates through the particle block to the second channel from which it is drained. USE/ADVANTAGE - The assembly is an economic substitute for industrial membrane filters and inorganic powder filters. The particle filter prevents blockages, is easy to clean, is undamaged by high pressure, inexpensive to make and has an efficient area-volume ratio.

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. The invention relates to a device for separating substances, with a substance separating body through which a material to be separated is passed and is separated into phases which are removed individually.

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. Such devices, or their material separators, are generally drawn as membranes. These have become known in various embodiments, for example as hollow fiber membranes, spiral-wound flat membranes with spacers, tubular membranes and flat membranes arranged in the form of plates. These designs have various disadvantages, for example they are susceptible to clogging, are difficult to clean, have a very limited pressure resistance, etc. Membranes made of inorganic powder materials have also become known which have such high manufacturing costs and such unfavorable area-volume ratios that they are suitable for the large-scale economic, industrial use is out of the question.

Ziel der Erfindung ist, die oben erwähnten Nachteile zu beheben. The aim of the invention is to remedy the disadvantages mentioned above.

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. The device according to the invention is characterized in that the material separation body is a porous, elongated block made up of particles, which is penetrated by first channels for the material to be separated and by second channels for receiving the respective permeate.

Nachfolgend wird der Erfindungsgegenstand anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. The subject matter of the invention is explained in more detail below with reference to the drawings, for example.

Es zeigt It shows

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.  1 is a simplified schematic representation of a block membrane for the basic illustration of the present invention,  2 shows a section through a block membrane,  Fig. 3 shows a longitudinal section of an embodiment with channels for discharging the permeate into an end plate, and  Fig. 4 is a sectional view of a preferred embodiment of the invention.

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. The actual separating body is designed as a block membrane. This basically consists of a porous body or block 1, which is elongated and has a square cross-sectional shape. Other designs also provide a hexagonal or octagonal or circular cross-sectional shape. The block 1 is built up from metallic or ceramic particles or also from powdered masses made from plastics, the production being able to take place by sintering or gluing in accordance with known techniques, followed by extrusion or by mold-making.

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. This elongated block 1 is penetrated by first channels 2. The material to be separated, which enters at the point of arrow A, flows through these first channels 2. The concentrate then emerges from block 1 on the opposite side. These first channels 2 are arranged in a pattern and alternate in block 1 with second channels 3 for receiving the respective permeate. The arrangement of these channels can be seen in particular from FIG. 2. These first and second channels 2, 3 can have a diameter in the range of 0.5 to 25 mm, for example. The overall dimensions of block 1 can be e.g. a square cross-sectional shape have a side length of 20 to 300 mm, the length of the block being 500 to 2000 mm. Because in this porous block 1 the inlet channels 2 permeate channels, i.e. the second channels 3 are assigned, defined hydraulic conditions can be achieved. The block 1 is penetrated by third channels 4, which serve to discharge the permeate and run across and cross the second channels 3, that is to say the permeate collecting channels. The second channels 3 are closed at both ends, for which purpose they are closed at both ends with a plug 16. This also enables a compulsory optimal guidance of the material to be separated or the individual phases. The block 1 is held in a transition ring 17, via which it is mounted in a housing 8. 4 accordingly shows that a permeate collection space 13, 13a is formed between the block 1 and the inner wall of the housing 8. Vent openings 18, 18a are placed on the housing 8 and at the bottom the housing 8 with the permeate collection space 13, 13a in Connected permeate outlet connection 15, 15a. It has been said that the third channels 4 for removing the permeate pass through the porous block 1 and the second channels 3, i.e. cross the permeate collection channels, these permeate channels being closed at both ends by plugs 16.

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. Another variant of this is shown in FIG. 3. Here the block 1 ends in a sealing plate 5, which by means of e.g. a rolling seal 19 is sealed against the housing 8. In this embodiment, the third channels 4 are designed as transverse channels in this sealing plate 5, so that the arrangement of the plugs mentioned above is omitted. Obviously, this sealing plate 5 then has passages 6 for the inflowing material or outflowing concentrate. This design makes sense in such a case when the installation of cross bores, ie the third channels 4, in the porous block 1 is difficult to carry out.

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. Reference is now made in particular to FIG. 4. The block 1 is inserted in a housing 8 designed as a pressure tube, which is closed on both sides by end plates 9, 10. Inlet plate 11 is provided in end plate 9. The right end plate 10 is provided with the outlet nozzle 12 for the concentrate. The seals 20 at the joint between the end plates 9, 10 and the actual cylindrical housing 8 are indicated.

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. As an alternative embodiment, a sealing plate 14 is also drawn, which accordingly divides the permeate collection space into two partial spaces, 13, 13a. This creates two sides of the membrane built up from the porous block 1, with an optimal optimal guidance of the individual phases being made possible both on the inlet side and on the permeate side. The fact that the entire device, as can be seen in particular from FIG. 4, is constructed symmetrically with respect to its central plane running perpendicular to the flow direction, a further advantage is achieved. Usually, thicker sealing layers will build up on the inlet side, where a flow velocity of 2 to 6 m / sec usually prevails. Due to the symmetrical structure, a flow reversal (cross flow) can now be easily used, or it is possible to use foam rubber balls for cleaning due to the formation of the first channels. Accordingly, the design also allows that also on the permeate side, i.e. the second channels 3, by counterflow or by using backwashing air can be cleaned.

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. The porosity of the block 1 can be adapted to the particular requirements of the application due to the design according to the invention. This can be determined by the choice of the grain size of the respective mixture or powder mixture and by the conditions of the sintering. It is known that different pore sizes are necessary for different types of filtration. For example: <tb> <TABLE> Columns = 2 <tb> <SEP> microfiltration <SEP> 1000-10 000 ANGSTROM <tb> <SEP> Ultrafiltration <SEP> 20-2000 INFLOW <tb> <SEP> Reverse osmosis <SEP> 1-20 ANGSTROM <tb> 1 ANGSTROM (Angström) = 10 <-10> m.

<tb></TABLE> <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. From the currently available particles or powder grains and sintering processes it can be concluded that homogeneous blocks with a pore size of more than 1000 ANGSTROM can be produced. In the case of small pore widths, a cover layer made of inorganic or organic material is applied in a first manufacturing step in each case in the first channels 2. Such materials are e.g. inorganic glazes made of borosilicate or organic top layers made of polyacetate, which can be applied with a thin film technique. Secondary dynamic separation layers are also possible.

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. The material separator, ie block 1 of the device, is now suitable for automatic production with a sufficient area / volume ratio as a powder-molded membrane, which was not previously economically producible. Furthermore, due to the diametric design, the device is superior in terms of contamination and cleaning options, again without the disadvantage of the unfavorable area / volume ratios of known membranes.

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. 1. Device for separating substances, with a substance separating body, through which a material to be separated is passed and separated into phases which are removed individually, characterized in that the substance separating body is a porous, elongated block (1) composed of particles, which is penetrated by first channels (2) for the material to be separated and by second channels (3) for receiving the respective permeate. 2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel Metall-, Keramik-oder Kunststoffpartikel sind. 2. Device according to claim 1, characterized in that the particles are metal, ceramic or plastic particles. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Block aus gesinterten oder zusammengeklebten Partikeln aufgebaut ist. 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the block is composed of sintered or glued particles. 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. 4. Device according to one of the claims 1-3, characterized in that the elongated block (1) has a constant cross-section, and that the channels (2; 3) are arranged in a regular pattern and extend in the longitudinal direction of the block (1) . 5. Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (2; 3) einen Durchmesser von 0,5 bis 25 mm aufweisen. 5. Device according to one of the claims 1-4, characterized in that the channels (2; 3) have a diameter of 0.5 to 25 mm. 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. 6. Device according to one of claims 1-5, characterized in that the first channels (2) completely pass through the block (1) in the longitudinal direction and the second channels (3) serving as permeate collecting channels are closed at both ends and with third channels running transversely thereto (4) are connected to discharge the permeate. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Kanäle (4) im Block (1) angeordnet sind. 7. The device according to claim 6, characterized in that the third channels (4) in the block (1) are arranged. 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. 8. Device according to one of claims 1-5, characterized in that the first channels (2) completely pass through the block (1) in the longitudinal direction and the block (1) is closed at least at one end by a sealing plate (5), which Has passages (6) to the first channels (2), in which the second channels (3) end and third channels (4) extending transversely to the second channels (3) are arranged for removing the permeate from the second channels. 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. 9. Device according to one of the claims 1-8, characterized in that the inner walls of the first channels (2) are coated with a thin layer (7) for material separation from inorganic or organic material. 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. 10.The device according to any one of claims 1-9, characterized in that the elongated block forming the fabric separating body (1) is arranged in a housing (8) which is closed at both ends by an end plate (9; 10), the one End plate (9) has an inlet connection (11) for the material to be separated and the opposite end plate (10) has an outlet connection (12) for the concentrate, and that between the block (1) and the inner wall of the housing (8) against the Sealed permeate collecting space (13; 13a) is arranged in the inlet and outlet connections. 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. 11. The device according to claim 10, characterized in that it is symmetrical relative to the central plane perpendicular to the direction of flow of the material to be separated, so that the flow direction can be reversed for cleaning purposes. 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. 12. The device according to claim 11, characterized in that the permeate collection space is divided by a sealing plate (14) aligned with the central plane into two subspaces (13; 13a), each with a permeate outlet connection (15; 15a). 13. Verfahren zur Herstellung des Blockes der Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe extrudiert oder durch Kokillenformung hergestellt wird. 13. A method for producing the block of the device according to claim 1, characterized in that the same is extruded or produced by mold.
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