DD243857A1

DD243857A1 - Verteiler fuer hohlfasermembranapparate

Info

Publication number: DD243857A1
Application number: DD28365285A
Authority: DD
Inventors: Rainer Tietze; Friedrich Henlich; Kurt Brethauer; Klaus Roesler
Original assignee: Univ Dresden Tech
Priority date: 1985-12-04
Filing date: 1985-12-04
Publication date: 1987-03-18

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verteiler fuer die Loesungszufuhr zum Faserinnenraum von Hohlfasermembranapparaten, welche vorzugsweise fuer die Dialyse, die Ultrafiltration und kombinierte Prozesse angewendet werden. Ziel der Erfindung ist eine verbesserte Wirksamkeit des Hohlfasermembranapparates. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verteiler fuer einen Hohlfasermembranapparat zu schaffen, der eine gleichmaessige Verteilung der Loesung auf alle Einzelfasern des Faserbuendels gewaehrleistet. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass im Raum zwischen Deckel 1 und Zustroemflaeche 3 zur Faserpackung ein Formstueck 5 vorgesehen wird, dessen Gestalt zwischen Deckel 1 und Formstueck 5 einen zum aeusseren Rand der Zustroemflaeche fuehrenden Spalt annaehernd konstanten Querschnittes erzeugt und zwischen Zustroemflaechen und Formstueck einen Spalt bildet, dessen Hoehe zur Mitte hin abnimmt. Fig. 1

Description

Eine bevorzugte Anwendungsform des Formstückes sieht Leitelemente vor, die sich auf der dem Deckel zugewandten Seite des Formstückes befinden, deren Konturen aus Radialen durch das Formstück in Tangenten an den Umfang des Formstückes übergehen.

Der Verteiler bewirkt unter Vermeidung des Abreißens der laminaren Strömung einen gleichmäßigen Zustrom der Lösung vom Rand der Zuströmfläche zur Mitte, wobei die Formgebung des Spaltes und die zusätzliche tangentiale Geschwindigkeitskomponente Stauzonen und die Verweilzeit von Lösungsbestandteilen über der Zuströmfläche minimieren.

Ausführungsbeispiele

In den Zeichnungen zeigen . .

Fig. 1: einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Verteiler für Hohlfasermembranapparate mit kreisförmigem

Faserbündel Fig. 2: einen Schnitt durch eine zweite Variante mit kreisringförmigem Faserbündel.

In der ersten Variante sind die Hohlfasern so zu einem Faserbündel zusammengefaßt, daß die Hohlfasern gleichmäßig über der gesamten kreisförmigen Zuströmfläche 3 verteilt sind. Das Formstück 5 befindet sich zwischen Zuströmfläche 3 und Deckel 1 und trägt an seiner Oberseite gekrümmte Leitelemente 6, deren Konturen aus Radialen durch das Formstück 5 in Tangenten an das Formstück übergehen und die mit dem Deckel 1 verbunden sind. Zwischen dem Deckel 1 und dem Formstück 5 entstehen somit Spalten, deren Querschnitt durch Reduzierung ihrer Höhe nach außen hin konstant gehalten wird. Die der Zuströmfläche 3 zugewandten Seite des Formstückes 5 ist als flacher Kegel ausgebildet, dessen Spitze einen geringen Abstand zur Zuströmfläche

3 hat. .

Die über den Züströmstutzen 2 zufließende Lösung durchströmt die Spalte zwischen Formstück 5 und Deckel 1 als laminare Strömung mit konstanter Geschwindigkeit und wird durch das Formstück 5 und die Leitelemente 6 zwangsweise gleichmäßig über den gesamten Umfang verteilt der Zuströmfläche 3 zugeführt.

Beim Verteilen der Lösung auf die einzelnen Fasern der Zuströmfläche 3 bilden sich eine radiale und eine tangentiale Strömungskomponente aus, so daß die Lösung die Zuströmfläche 3 überstreicht und sich Stauzonen nur in geringem Maße bilden können und lange Verweilzeiten vermieden werden. Die Gestalt des Formstückes 5 gegenüber der Zuströmfläche 3 als flacher Kegel führt im Zusammenhang mit dem Zuströmen der Lösung über der gesamten Zuströmfläche 3 zu einer annähernd konstanten Zuströmgeschwindigkeit der Lösung zu jeder Faser.

Der beschriebene Verteiler wird natürlich auch vorteilhaft zum Sammeln und Abführen der Lösung nach deren Austreten aus dem Faserbündel verwendet.

In der zweiten Variante sind die Hohlfasern zu einem ringförmigen Faserbündel zusammengefaßt. Das Formstück 8 des erfindungsgemäßen Verteilers ist auf dem zentralen Teil der Zuströmfläche 3 befestigt, in den keine Fasern münden.

Der Spalt zwischen Formstück 8 und Deckel 1 gewährleistet die gleichmäßige Verteilung der zuströmenden Lösung auf den Umfang der Zuströmfläche 3. Der Spalt zwischen dem Formstück 8 und der Zustromfläche 3 sorgt für die Anströmung aller Einzelfasern mit annähernd gleicher Geschwindigkeit. Die dichte Befestigung des Formstückes 8 auf dem zentralen Teil der Zuströmfläche 3, die keine Fasern enthält, schließt die Bildung einer zentralen Totzone aus.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verteiler für Hohlfasermembranapparate mit Deckel und axialem Zuströmstutzen, gekennzeichnet dadurch, daß der Verteiler im Raum zwischen Deckel (1.) und Zuströmfläche (3) zum Faserbündel (4) ein Formstück (5) enthält, dessen Gestalt zwischen Deckel (1) und Formstück (5) einen zum äußeren Rand der Zustromfläche (3) führenden Spalt annähernd konstanten Querschnittes erzeugt und zwischen Zuströmfläche (3) und Formstück (5) einen Spalt bildet, dessen Höhe zur Mitte hin abnimmt.
2. Verteilernach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß sich auf der dem Deckel (1) zugewandten Seite des Formstückes (5) Leitelemente (6) befinden, deren Konturen aus Radialen durch das Formstück (5) in Tangenten an den Rand des Formstückes (5) übergehen.
3. Verteiler nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Formstück (5) an den Leitelementen (6) mit dem Deckel (1) verbunden ist.
4. Veteiler nach den Punkten 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Formstück (8) auf einem zentralen, nicht mit Faserenden versehenen Teil der Zuströmfläche (3) eines ringförmigen Faserbündels (7) sitzt.

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Verteiler für die Lösungszufuhr zum Faserinnenraum von Hohlfasermembranapparaten, welche vorzugsweise für die Dialyse, die Ultrafiltration und kombinierte Prozesse angewendet werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei Hohlfasermembranapparaten durchströmt die Lösung das Innere von extrem dünnen Hohlfasern, die außen von einer Spüllösung beaufschlagt werden oder das Permeat abströmen lassen. Durch die Wandung der Hohlfasern hindurch erfolgt der Stoffaustausch.

Die Fasern sind zu. Faserbündeln mit kreisförmigen, kreisringförmigen oder anders gestalteten Querschnitt zusammengefaßt und an den Enden so eingebettet, daß sich eine Zuströmfläche mit einer Vielzahl von Öffnungen zu den Faserinnenräumen ergibt. Die Lösund wird durch den Zuströmstutzen eines Endstückes der Zuströmfläche zugeführt, wobei eine gleichmäßige Ausbreitung der Lösung auf die gesamte Zuströmfläche erreicht werden muß. Häufig angewendete technische Lösungen für kreisförmige Faserbündel werden in DE-OS 3333461 und 3333462 beschrieben. Sie betreffen Deckel mit Verteilerfunktion, deren Kontur aus der Randstromlinie ermittelt wird, welche sich aus der Überlagerung einer Staupunktströmung mit einer ausgebreiteten Senkenströmung ergibt, bzw. aus einem Kriterium, das eine konstante, rechnerisch ermittelte Radial'geschwindigkeit der Lösund bei der Ausbreitung über der Zuströmfläche des Faserbündels fordert. Beide vorgeschlagenen technischen Lösungen vernachlässigen den Impuls der eingetretenen Lösung, was nur bei einer Sickerströmung korrekt ist. Die Strömung reißt in solchen, als Verteiler wirkenden Deckeln ab, die erwartete homogene Verteilung der Geschwindigkeit tritt nicht ein. Außerdem wird bei diesen Deckeln übersehen, daß die Zuströmfläche keine homogene Senkenfläche ist, sondern daß eine Vielzahl diskreter Senken, die Öffnungen zu den Faserinnenräumen der Fasern, vorhanden sind und daß die Restfläche um die Öffnungen zu den Einzelfasern für die Strömung Stauwirkungen hervorrufen. Damit verbunden ist eine negativ wirkende hohe Verweilzeit von Bestandteilen der Lösund in den Stauzonen und eine ungeordnete Strömung. Das kann zur Schädigung des Blutes in Dialysatoren von künstlichen Nieren oder zur Qualitätsminderung an Produkten führen.

In DE-OS 2721444 werden ein ringförmiges und ein kreisförmiges Endstück vorgestellt, in die der Zuführstutzen tangential einmündet, und die bevorzugt für Membranapparate mit ringförmigem Faserbündel bzw. in der modifizierten Form.für Membranapparate mit kreisförmigem Faserbündel Verwendung finden. Das damit herbeigeführte Strömungfeld mit einer Umfangskomponente führt zwar dazu, daß sich an der Zuströmfläche Stauzonen kaum ausbilden können und der von Fasern freie Teil bei Apparaten mit ringförmigem Faserbündel nicht mit in die Zuströmfläche einbezogen ist und ebenfalls keinen Stau bildet, jedoch hat der Zustrom der Lösung an nur einem Teil des Umfangs ein inhomogenes Strömungsfeld und das Auftreten einer erhöhten Scherbelastung der Lösung zur Folge.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist eine verbesserte Wirksamkeit des Hohlfasermembranäpparates

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Verteiler für einen Hohlfasermembranapparat zu schaffen, der einen gleichmäßige Verteilung der Lösung auf alle Einzelfasern des Faserbündels gewährleistet. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Raum zwischen Deckel und Zuströmfläche zur Faserpackung ein Formstück vorgesehen wird, dessen Gestalt zwischen Deckel und Formstück einen zum äußeren Rand der Zuströmfläche führenden Spalt annähernd konstanten Querschnittes erzeugt und zwischen der Zuströmfläche und dem Formstück einen Spalt bildet, dessen Höhe zur Mitte hin abnimmt.