DE19639964A1 - Hohlfaserplattenmodul und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Hohlfaserplattenmodul, insbesondere um ein Membran-Hohlfasern enthaltendes Hohlfaserplattenmodul zum Behandeln von Fluidströmen.

Solche Moduln werden für unterschiedlichste Zwecke eingesetzt. All­ gemein geht es um die Behandlung von einem Fluid, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines zweiten Fluids. Jedes Fluid kann entweder gasförmig oder flüssig sein.

Der Begriff "Hohlfaser" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang einen Körper aus einer Membran in Form eines dünnen Schlauchs (= Hohl­ faser). Damit gehört das erfindungsgemäße Hohlfaserplattenmodul zu dem allgemeinen technischen Gebiet der Membrantrennung. Zu diesem technischen Gebiet gehören zum Beispiel die Ultrafiltration und die Umkehrosmose (vgl. "Membrantrennverfahren; Ultrafiltration und Um­ kehrosmose" von R. Rautenbach und R. Albrecht, Otto Salle Verlag/Verlag Sauerländer, Kapitel 5, Modulkonstruktion und Modul­ charakteristik, Seiten 109 bis 121).

Mit Hilfe eines Membranmoduls kann man zum Beispiel Meerwasser entsalzen. Ein weiteres Anwendungsgebiet der Membrantrennung ist die Dialyse mit Hilfe von Hohlfasermoduln. Ein solches Hohlfasermodul besteht aus einem Bündel von mehr oder weniger exakt parallel zuein­ ander verlaufenden Membran-Hohlfasern, die an ihren beiden Enden vergossen und außerdem endseitig mit einem Fluideinlaß bzw. einem Fluidauslaß ausgestattet sind. Das Hohlfaserbündel befindet sich im Inneren eines zylindrischen Gehäuses, welches im Gegenstrom (bezüg­ lich des durch die Hohlfasern strömenden Fluids) oder im Kreuzstrom von einem zweiten Fluid umspült wird.

Ein spezielles Anwendungsgebiet von Membranmoduln ist das Gebiet der Gasreinigung, insbesondere der Abgasreinigung. Zum Entfernen von beispielsweise CO₂ und H₂S aus Erdgas und Abgasen von fossile Brenn­ stoffe verarbeitenden Kraftwerken sind Membrankontaktoren vorge­ schlagen (GB-A-2 025 256 Shindo et al.), bei denen auf einer Seite einer Membran eine Absorberflüssigkeit in Bewegung gehalten wird, und auf der anderen Seite dieser Membran ein Gasgemisch vorbeigeleitet wird, welches eine oder mehrere aus dem Gemisch zu entfernende Gaskom­ ponenten (C₂O; H₂S) enthält. Die mikroporöse Membran läßt diese polaren Gase durch, so daß es zu einer chemischen Reaktion zwischen der Absorberflüssigkeit und der aus dem Gasgemisch zu entfernenden Gaskomponente kommt.

In der genannten GB-A-2 025 256 ist eine Hohlfasermembrananordnung beschrieben, die aus Bündein von Hohlfasermembranen besteht, die endseitig eingegossen sind, so daß sie von einer Absorberflüssigkeit durchströmt werden können, und die außerdem in einem Gehäuse an­ geordnet sind, so daß sie außenseitig von dem zu reinigenden Gas um­ spült werden. Die Herstellung der bekannten Hohlfasermembran-Modu­ len mit jeweils einem in einem Gehäuse eingefaßten Bündel von Hohl­ fasermembranen ist relativ schwierig, weil die Handhabung der Hohl­ fasern bei der Fertigung umständlich ist. Aus dieser schwierigen Hand­ habung der einzelnen Hohlfasern resultiert auch der nur in gewissen Grenzen einstellbare Strömungswiderstand für das die Hohlfasern außen­ seitig umspülende Fluid. Da die einzelnen Hohlfasern eines Hohl­ faserbündels nicht exakt parallel zueinander verlaufen, sondern eine gewisse Unordnung aufweisen, wobei ihre Zwischenabstande unregel­ mäßig sind, kann der Strömungswiderstand des Strömungswegs an den Außenflächen der Hohlfaser vorbei von Modul zu Modul sehr stark schwanken.

Außerdem ist der oben erwähnte Strömungswiderstand nur sehr begrenzt verkleinerbar; denn die Hohlfasern lassen sich nicht ohne erheblichen Aufwand mit relativ großen Zwischenabständen in einem Modul anord­ nen.

Bei dem Versuch, die Handhabung der Hohlfasermembranen bei dem Bau von Membrankontaktoren zu vereinfachen, wurde unter anderem der Vorschlag gemacht, mehrere in einer Ebene parallel nebeneinander liegende Hohlfasern durch in gewissen Abständen quer zu den Fasern verlaufende Kettfäden zu vereinen (EP-A-0 345 983; Hiroyuki et al.).

Spezielle Verfahren zum Herstellen von Hohlfaserbündeln sind in der DE-C-30 49 246 (Ostertag) beschrieben.

Die WO 91/09668 (Ter Meulen) zeigt eine Anordnung aus Hohlfaser­ membranen oder -schläuchen in Modulform, wobei ein Reihen und Spal­ ten aufweisendes Feld von gleich langen Hohlfasern endseitig von Loch­ platten gehalten wird, in denen die Enden der Hohlfasern sitzen. An diese endseitigen Platten schließt sich jeweils ein Hohlraum als Einlaß bzw. Auslaß für ein durch die Hohlfasern zu leitendes Fluid an. Die Hohlfasern besitzen voneinander einen beträchtlichen Abstand und werden im Kreuzstrom außenseitig von einem zweiten Fluid umströmt. Dieses Modul soll sich zur Mikro- und Ultrafiltration, zur Umkehr­ osmose, zur Dialyse und zur Gastrennung eignen. Allerdings ist in der WO 91/09668 nicht im einzelnen ausgeführt, wie die einzelnen Hohl­ fasern in ihrer Anordnung aus Reihen und Spalten gehalten werden.

Aus der EP-B-0 554 255 (Biller) läßt sich ein Modul zum Beaufschlagen von wäßrigen Suspensionen von Mikroorganismen und gasförmigen Stoffen entnehmen, wozu das Modul etwa rechteckige, mit Abstand parallel zueinander aufgehängte Modultaschen aufweist, die mit der wäßrigen Suspension befüllt werden. Das Gas wird dann durch die Zwischenräume dieser Membrantaschen geleitet. Das chargenweise Befüllen der Membrantaschen entspricht aber nicht der üblichen Forde­ rung nach einer Einrichtung, die einen stationären Verfahrensablauf zuläßt, auch wenn sich gemäß der genannten EP′ 255 die Membran­ taschen im eingebauten Zustand befüllen lassen sollen.

Um die Herstellung von Hohlfasern zu vereinfachen und die Handhab­ barkeit von Hohlfasern zu erleichtern, wurde von der Anmelderin vor­ geschlagen (DE-A-44 12 756 (Witzko)), Hohlfasern aus zwei Flachbän­ dern unter Zwischenschaltung von Formdrähten zu pressen, so daß an den Stellen der Formdrähte die Hohlfasern entstehen, die parallel zu­ einander verlaufen und von denen jeweils zwei benachbarte Hohlfasern durch Überbrückungsstege verbunden sind. Diese Membran-Hohlfaser­ platten haben sich in der Praxis bewährt, sowohl was ihre Herstellung als auch ihren Einsatz anbelangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hohlfaserplattenmodul anzugeben, welches eine kontinuierliche Behandlung eines Fluids bei hohem Durchsatz ermöglicht, welches sich einfach herstellen läßt, welches einen stabilen Aufbau besitzt, und bei dem insbesondere der Strömungswiderstand für das Fluid auf vergleichsweise niedrige Werte eingestellt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Hohlfaserplatten­ modul, mit einem Modulkörper aus einer Mehrzahl von parallel zuein­ ander angeordneten Membran-Hohlfaserplatten, die jeweils eine Mehr­ zahl von mittels Stegen verbundenen Hohlfasern aufweisen, wobei sich die Hohlfasern in Z-Richtung eines karthesischen Koordinatensystems erstrecken und die Hohlfaserplatten sich jeweils etwa in einer Z-Y-Ebene zwischen einer ersten und einer zweiten Vergußmaterialplatte erstrecken, in denen erste bzw. zweite Enden der Hohlfasern der Hohlfaserplatten eingebettet sind, mit einem Einlaß für ein erstes Fluid auf der Außen­ seite der ersten Vergußmaterialplatte und einem Einlaß für ein zweites Fluid auf einer in die Y-Richtung weisenden Seite des Modulkörpers.

Der erfindungsgemäße Hohlfaserplattenmodul kann Gebrauch machen von den oben beschriebenen, auf den Erfinder der vorliegenden Erfin­ dung zurückgehenden zusammenhängenden Hohlfaser-Flachbändern, die hier als Hohlfaserplatten bezeichnet werden.

Wie die folgende Erläuterung der Erfindung noch zeigen wird, lassen sich die erfindungsgemäßen Moduln sehr einfach herstellen und hand­ haben, sie zeichnen sich durch einen besonders niedrigen Strömungs­ widerstand aus, was insbesondere bei großen Gasvolumen günstig ist, beispielsweise Abgasen von konventionellen Kraftwerken, die fossile Brennstoffe verarbeiten. Bei solchen Kraftwerken fallen Abgase in der Größenordnung von 1 000 000 m³/Tag an. Die für die Abgasreinigung, insbesondere zur Befreiung von C₂O, eingesetzten Gasabsorptionsmoduln müssen also einen möglichst geringen Strömungswiderstand aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen Modul ist dies insofern leicht möglich, als der Abstand zwischen den einzelnen Membran-Hohlfaserplatten mühelos auf passende Werte eingestellt werden kann. Dies ist viel einfacher als die geometrische Festlegung von einzelnen Hohlfasern, und zwar nicht nur deshalb, weil in den Hohlfaserplatten bereits die Zwischenabstände der Hohlfasern durch die Verbindungsstege vorgegeben sind, sondern weil die einzelnen Hohlfaserplatten wesentlich stabiler und mithin leich­ ter zu handhaben sind als eine Gruppe von einzelnen Hohlfasern. Natür­ lich ist das Einsatzgebiet der hier beschriebenen, erfindungsgemäßen Modulen nicht auf die Abgasreinigung beschränkt.

Insbesondere ist das erfindungsgemäße Modul für einen Kreuzstrom ausgelegt, wobei das erste Fluid die Hohlfasern durchströmt und das zweite Fluid in dazu senkrechter Richtung zwischen den Platten hin­ durchströmt. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, daß auf der Außenseite der zweiten Vergußmaterialplatte ein Auslaß für das erste Fluid vorgesehen ist, und daß jeweils beide Hohlfaserenden offen sind. Hierdurch läßt sich auf einfache Weise das erste Fluid durch das Innere der Hohlfasern leiten.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf der dem Einlaß für das zweite Fluid abgewandten Seite des Modulkörpers ein Auslaß für das zweite Fluid ausgebildet ist. Damit besitzt das erfin­ dungsgemäße Modul sowohl für das erste Fluid als auch für das zweite Fluid jeweils einen Einlaß und einen Auslaß, so daß ein Kreuzstrom mit sehr geringem Strömungswiderstand für das zweite Fluid zwischen den beabstandeten Hohlfaserplatten hindurch möglich ist.

Um den Strömungswiderstand für das zweite, zwischen den Platten hindurchströmende Fluid exakt einzustellen, kann es nützlich sein, zwischen den Hohlfaserplatten Distanzglieder anzuordnen, die insbeson­ dere in Y-Richtung verlaufen, also parallel zu dem Strom des zweiten Fluids.

Das erfindungsgemäße Modul läßt sich praktisch für sämtliche Zwecke auf dem Gebiet der Membrantrennung einsetzen, insbesondere dient es jedoch zur Abtrennung einer oder mehrerer Gaskomponenten aus einem Gasgemisch mit Hilfe einer Absorberflüssigkeit durch chemische Reaktion. Hierzu ist das erste Fluid das Absorberfluid, welches durch das Innere der Hohlfasern geleitet wird, und das zweite Fluid ist das Gasgemisch, aus dem eine Gaskomponente wie zum Beispiel C₂O abge­ trennt werden soll. Diese Gaskomponente (C₂O) permeiert durch die Membran in Richtung des inneren der einzelnen Hohlfasern und ver­ bindet sich dort chemisch mit der Absorberflüssigkeit.

Wie oben erläutert wurde, wird das erfindungsgemäße Modul insbeson­ dere für den Betrieb im Kreuzstrom der zwei Fluide eingesetzt, indem das erste Fluid durch das Innere der Hohlfasern und das zweite Fluid in dazu senkrechter Richtung zwischen den Hohlfaserplatten hindurchge­ leitet wird. Es ist aber auch möglich, das eine Fluid an der einen Mem­ branseite oder gar beide Fluide an den beiden Membranseiten anstehen zu lassen, was dennoch einen kontinuierlichen (stationären) Betrieb ermöglicht. Wenn zum Beispiel erfindungsgemäß die der Einlaßseite der Hohlfasern abgewandten Enden der Hohlfasern verschlossen sind, kann das Innere dieser Hohlfasern mit unter einem bestimmten Druck stehen­ den Gas beaufschlagt werden. Dieses im Inneren der Hohlfasern dann "anstehende" Gas kann dann durch die Hohlfasermembran dringen (per­ meieren), um mit dem Fluid auf der Außenseite der Faser zu reagieren. Wenn man eine Vielzahl von Hohlfaserplatten parallel zueinander mit Abstand anordnet und die beiden Enden durch Vergußmaterialplatten stabilisiert, erhält man eine insgesamt stabile Anordnung. Bei sehr dünnen Membranen kann man die Stabilität des Moduls noch dadurch erhöhen, daß man vereinzelte Hohlfasern mit Stabilisierungsstäben ("Drähten") ausstattet, beispielsweise "Drähten" aus Metall, Kunststoff oder Glas, die in einzelne Hohlfasern eingeschoben werden. Zwar steht dann das Innere dieser Hohlfasern nicht mehr für den Durchstrom des Fluids zur Verfügung, allerdings erhält das Modul insgesamt eine äußerst stabile Anordnung, so daß es sich handhaben und weiterverarbei­ ten läßt wie ein völlig biegesteifes Gebilde.

Die Membran kann aus durchgehend mikroporösem Material, beispiels­ weise mikroporösem PTFE, bestehen. Sie kann aber auch beispielsweise aus einem mikroporösen Trägermaterial mit einer dünnen, sogenannten "dichten Schicht" bestehen, wobei diese "dichte Schicht" semipermeabel für polare Gase ist.

Insbesondere besteht die Membran aus einem mikroporösen Träger und einer 0,5 . . . 5 µm dicken, semipermeablen Schicht.

Je nach Verwendung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Hohl­ faserplatten einen Mittenabstand von 0,1 . . . 10 mm (vorzugsweise von 0,5 . . . 5 mm) aufweisen. In diesen Bereichen läßt sich der jeweils ge­ forderte maximale Strömungswiderstand einstellen. Bei Abständen von weniger als 0,1 mm wird der Strömungswiderstand für das zweite Fluid zu hoch, als daß das Modul in der Praxis tauglich wäre. Bei Abständen von mehrmals 10 mm zwischen jeweils zwei benachbarten Hohlfaser­ platten arbeitet das Modul nicht mehr effizient, das heißt, das zweite Fluid tritt aus dem Modul wieder aus, bevor ein nennenswerter Anteil des Fluids mit der Oberfläche der Membran-Hohlfaserplatten in Be­ rührung gelangt ist. Hierbei ist berücksichtigt, daß die Abmessungen eines hier in Rede stehenden Moduls von ca. 10×10×10 cm bis zu ca. 50×50×100 cm betragen.

Um den Strömungswiderstand niedrig zu halten und dennoch zu gewähr­ leisten, daß das zweite Fluid möglichst viel und intensiv mit der Ober­ fläche der Membran-Hohlfaserplatten in Berührung gelangt, kann man die Hohlfaserplatten derart anordnen, daß jeweils die beiden benach­ barten Hohlfasern einander benachbarter Hohlfaserplatten miteinander in X-Richtung fluchten, man kann die Platten aber auch derart in Y-Rich­ tung versetzen, daß die Hohlfasern der einen Platte etwa mit der Mitte der benachbarten Hohlfaserplatte fluchten.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung eines Hohlfaserplatten­ moduls der obengenannten Art als Gasabsorptionsmodul, wozu in die Hohlfasern eine Absorptionsflüssigkeit eingeleitet wird und die Zwischenräume der Hohlfaserplatten im Kreuzstrom von dem Gas durchströmt werden.

Die Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlfaserplattenmoduls der oben angesprochenen Art. Das Verfahren enthält erfindungsgemäß folgende Schritte:

• a) Es wird ein Stapel aus einer vorbestimmten Anzahl von etwa gleich­ langen Hohlfaserplatten gebildet, wobei zwischen den Hohlfaser­ platten je ein vorbestimmter Abstand eingestellt wird und die Hohl­ fasern sämtlich in eine Richtung (z. B. Z-Richtung) verlaufen;
• b) die die Hohlfaserenden enthaltenden Seiten des Stapels werden in eine Vergußmasse (z. B. ein Harz) eingegossen; und
• c) zumindest an einem Ende des Stapels wird die zu einer Platte er­ härtete Vergußmasse geschnitten, um die darin eingebetteten Hohl­ faserenden zu öffnen.

Das Einstellen des Abstandes zwischen den benachbarten Hohlfaser­ platten geschieht vorzugsweise mit Hilfe von Distanzleisten, die in den Stapel eingelegt werden, wobei die Starke der Distanzleisten dem vor­ bestimmten Abstand abzüglich des Außendurchmessers einer Hohlfaser entspricht. Wesentlich erleichtert wird die Stapelbildung und Einstellung der vorbestimmten Abstände zwischen benachbarten Hohlfaserplatten dadurch, daß man in einzelne Hohlfasern Stabilisierungsstäbe einbringt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Hohlfaser­ plattenmoduls mit angedeuteten Teilen des Gehäuses für den Modul;

Fig. 2 eine schematisierte, perspektivische Teilansicht eines Moduls gemäß Fig. 1;

Fig. 3a eine schematische Draufsicht auf einen Teil eines erfindungs­ gemäßen Hohlfaserplattenmoduls entgegen der Z-Richtung;

Fig. 3b eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3a, wobei jedoch die Hohlfasern der Hohlfaserplatten miteinander fluchten, während sie gemäß Fig. 3a von Platte zu Platte um einen halben Hohlfaserabstand versetzt sind;

Fig. 4 einen teilweisen Stapel aus Hohlfaserplatten mit eingelegten Distanzleisten vor dem Vergießen der Enden des Stapels;

Fig. 5a eine perspektivische Ansicht eines Teils einer als Flachband ausgebildeten Hohlfaseranordnung aus dem Stand der Technik (DE-A-44 12 756);

Fig. 5b eine stirnseitige Ansicht der Anordnung nach Fig. 5a; und

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines mit Gehäuse versehenen erfin­ dungsgemäßen Hohlfaserplattenmoduls.

Bevor das erfindungsgemäße Hohlfaserplattenmodul und dessen Her­ stellungsverfahren erläutert werden, soll auf die Fig. 5a und 5b Bezug genommen werden, die eine bekannte, als Flachband ausgeführte Anord­ nung von Hohlfasern darstellt, wie sie aus dem Stand der Technik be­ kannt ist (DE-A-44 12 756).

Die in Fig. 5a teilweise dargestellte Anordnung wird im folgenden als "Membran-Hohlfaserplatte" oder einfach als "Hohlfaserplatte" 100 be­ zeichnet.

Die Hohlfaserplatte 100 wird hergestellt durch Zusammenpressen von zwei mikroporösen PTFE-Flachbändern unter Zwischenschaltung von Formdrähten, so daß sich durch diesen kontinuierlichen Herstellungs­ prozeß eine durchgehende Hohlfaserplatte 100 ergibt, bei der an den Stellen der Formdrähte Hohlfasern 102 gebildet sind, die über flache Verbindungsstege 104 miteinander verbunden sind. Die Kanäle 106 in den Hohlfasern 102 haben gemäß Fig. 5b einen definierten Innendurch­ messer di. Der Außendurchmesser de der einzelnen Hohlfasern 102 ist etwa um die Stegdicke t_r größer als der Innendurchmesser di. Wie in Fig. 5b weiter zu erkennen ist, haben die jeweils benachbarten Hohl­ fasern 102 einen Mittenabstand b.

Diese bekannten Hohlfaserplatten wurden bislang in verschiedenster Weise eingesetzt und verarbeitet. Die vorliegende Erfindung schafft eine neue Verwendung für diese Hohlfaserplatten.

Wie oben erwähnt, werden die Hohlfaserplatten 100 durch Zusammen­ pressen von zwei porösen Flachbandmembranen gebildet. Wenn der Innenraum 106 einer Hohlfaser 102 von einem ersten Fluid durchströmt wird und die Außenseite der Hohlfaserplatte 100 von einem zweiten Fluid um strömt wird, können polare Gasmoleküle durch das mikropo­ röse Material permeieren, so daß sich die Konzentration der permeierten Gaskomponente in dem einen Fluid verringert. Zum besseren Verständ­ nis soll im folgenden vereinbart sein, daß das Innere 106 der Hohlfaser 102 von einem "ersten Fluid" durchströmt wird, beispielsweise einer Flüssigkeit, während die beiden Außenflächen 108o und 108u der Hohl­ faserplatte von einem "zweiten Fluid" umströmt werden, beispielsweise von einem Gasgemisch, aus dem eine Komponente abgetrennt werden soll.

Fig. 5a zeigt, daß bei einem solchen Ablauf die Membranflächen im Bereich der Stege 104 praktisch keinen Beitrag zu dem Trennvorgang leisten, sondern nur die Membranen im Bereich der Hohlfasern 102.

Fig. 1 zeigt auf der rechten Seite ein karthesisches Koordinatensystem mit den senkrecht aufeinander stehenden Achsen X, Y und Z. Hierauf soll im folgenden Bezug genommen werden.

Links in Fig. 1 ist ein Modulkörper 2 dargestellt. Der Modulkörper enthält eine Anordnung aus hier beispielsweise fünf parallel zueinander verlaufenden Hohlfaserplatten 100 der in Fig. 5a dargestellten Art. Die einzelnen Hohlfaserplatten mit den Hohlfasern 102 und den jeweils zwei benachbarte Hohlfasern verbindenden Stegen 104 erstrecken sich in der Y-Z-Ebene bzw. in dazu parallelen Ebenen. Die Hohlfaserplatten sind gleich lang, ihre oberen und ihre unteren Enden sind von Verguß­ materialplatten 20 bzw. 22 zusammengehalten, so daß sich ein qua­ derförmiger Aufbau ergibt. Auf der Außenseite der oberen Verguß­ materialplatte 20 befindet sich ein nur angedeuteter Einlaßraum 4 für ein erstes Fluid, wobei das Fluid in negativer Z-Richtung durch die Hohl­ fasern 102 gepumpt wird.

Außerdem ist auf der Außenseite, das heißt der Unterseite der Verguß­ materialplatte 22 in Fig. 1 ein Auslaßraum 5 angedeutet, der haupt­ sächlich durch eine untere Gehäusewand 6 gebildet wird, die durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist.

Auf der linken Seite in Fig. 1 ist eine parallel zu den Hohlfaserplatten verlaufende äußere Gehäusewand 8 angedeutet.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Anordnung nach Fig. 1 in ver­ größerter Darstellung, wobei außerdem die Strömungsrichtungen für das erste und das zweite Fluid dargestellt sind.

Über den (in Fig. 1 gezeigten) Einlaßraum 4 auf der Oberseite der oberen Vergußmaterialplatte 20 wird ein erstes Fluid eingeleitet, was durch die Pfeile Li angedeutet ist. Beispielsweise kann es sich bei diesem Fluid um eine Absorberflüssigkeit für C₂O handeln. Diese Ab­ sorberflüssigkeit durchströmt die einzelnen Hohlfasern 102 und tritt auf deren entgegengesetztem Ende aus, was durch den Pfeil Lo angedeutet ist.

In Y-Richtung wird durch den Modulkörper 2 ein Gasgemisch, beispiels­ weise ein Abgas eines Kraftwerks, geleitet, was auf der Eintrittsseite mit Gi und auf der Austrittsseite mit Go angedeutet ist. Das Gasgemisch läuft durch die Zwischenräume der Hohlfaserplatten, so daß C₂O-Moleküle in Berührung mit der Membran der Hohlfaserplatten gelangen, teilweise diese Membran durchdringen und in Berührung mit der Absorber­ flüssigkeit gelangen, die in den Hohlfasern 102 strömt. (In Fig. 2 sind die Wände der Hohlfaserplatten nur symbolisch durch einen einzigen Strich angedeutet)
Die Fig. 3a und 3b zeigen eine Stirnansicht der Hohlfaserplatten bei einem erfindungsgemäßen Hohlfaserplattenmodul. In Fig. 3a ist eine Anordnung dargestellt, bei der die jeweils benachbarten Hohlfaser­ platten derart gegeneinander versetzt sind, daß die Hohlfasern 102 ge­ geneinander um einen halben Hohlfaser-Mittenabstand (= b/2) versetzt sind. Der Mittenabstand benachbarter Hohlfaserplatten beträgt a. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dieser Mittenabstand auf 3 mm eingestellt. Je nach Einsatzgebiet kann der Mittenabstand a zwischen 0, 1 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 mm liegen.

Damit die gesamte Anordnung nach Fig. 1 und 2 eine ausreichende Stabilität erhält, sind in vereinzelte Hohlfasern Stabilisierungsstäbe 40 eingeschoben. Diese bestehen bei dieser Ausführungsform aus Metall­ drähten, sie können in abgewandelten Ausführungsformen jedoch auch aus Kunststoff oder Glas bestehen.

Bei der Anordnung nach Fig. 3b fluchten die benachbarten Hohlfasern 102 benachbarter Hohlfaserplatten 100 miteinander, so daß die Hohl­ fasern des gesamten Moduls eine Matrixanordnung mit regelmäßigen Reihen und Spalten bilden.

Zum Herstellen des in Fig. 1 dargestellten Hohlfaserplattenmoduls werden gemäß Fig. 4 mehrere Hohlfaserplatten 100 gleicher Länge und Breite gestapelt, wobei senkrecht zu den einzelnen Hohlfasern 102 ver­ laufende Distanzleisten 30 zwischengelegt werden. Die Dicke der Leisten 30 entspricht dem Mittenabstand a jeweils benachbarter Hohl­ faserplatten abzüglich eines Außendurchmessers de einer Hohlfaser (vgl. Fig. 5b). In vereinzelte Hohlfasern werden als Stabilisierungstangen Metalldrähte 40 eingeschoben. Dieser Stapel wird dann mit der in Fig. 4 sichtbaren offenen Stirnfläche des Stapels und der in Fig. 4 nicht sicht­ baren Stirnfläche des Stapels jeweils in ein Vergußharz eingetaucht. Das erhärtete Vergußharz bildet die in Fig. 1 dargestellten Vergußmaterial­ platten 20 und 22. Diese Platten werden dann auf der Außenseite abge­ schnitten, um die einander abgewandten Enden der Hohlfasern in den Hohlfaserplatten 100 freizulegen.

Der so erhaltene Modulkörper 2 wird in einem Gehäuse angeordnet, welches schematisch in Fig. 6 dargestellt ist.

In Fig. 6 erkennt man einen Flüssigkeitsauslaß 10 und einen Gasauslaß 12 in den Gehäusewänden 6 bzw. 9 des Hohlfaserplattenmoduls. Der Flüssigkeitseinlaß bzw. der Gasauslaß befindet sich jeweils auf den diametral gegenüberliegenden Gehäusewandseiten des Moduls. Man erkennt, daß die Flüssigkeit (erstes Fluid) und das Gas (zweites Fluid) einen Kreuzstrom bilden, wenn sie das Modul durchströmen.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel kann in unterschiedlicher Weise im Rahmen der Erfindung abgeändert werden. Beispielsweise braucht das erste Fluid nicht die Hohlfasern zu durchströmen. Das untere Ende der Hohlfasern kann auch verschlossen sein, so daß das Fluid (zum Beispiel ein Gas) mit Druck in die Hohlfasern eingeleitet wird und an den Innenwänden der Hohlfasern ansteht. Das gleiche gilt im Prinzip auch für das zweite Fluid, welches in den Zwischenräumen zwischen den jeweils benachbarten Hohlfaserplatten "anstehen" kann, ohne daß es zu einer im wesentlichen gleichgerichteten, laminaren Strömung kommt.

Die gemäß Fig. 4 bei der Herstellung des Moduls eingelegten Distanz­ leisten 30 können nach der Herstellung des Moduls entnommen werden, sie können aber auch in dem Hohlfaserplatten-Stapel verbleiben und mit ihren jeweiligen Enden mit den Innenwänden eines Gehäuses verklebt werden.

Claims (16)

1. Hohlfaserplattenmodul, mit einem Modulkörper aus einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Membran-Hohlfaserplatten (100), die jeweils eine Mehrzahl von mittels Stegen (104) verbundenen Hohl­ fasern (102) aufweisen, wobei sich die Hohlfasern (102) in Z-Richtung eines karthesischen Koordinatensystems erstrecken und die Hohlfaser­ platten (100) sich jeweils etwa in einer Z-Y-Ebene zwischen einer ersten und einer zweiten Vergußmaterialplatte (20, 22) erstrecken, in denen erste bzw. zweite Enden der Hohlfasern (102) der Hohlfaserplatten (100) eingebettet sind, mit einem Einlaß (4) für ein erstes Fluid (L) auf der Außenseite der ersten Vergußmaterialplatte (20), und mit einem Einlaß für ein zweites Fluid (G) auf einer in die Y-Richtung weisenden Seite des Modulkörpers (2).

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite der zweiten Vergußmaterialplatte (22) ein Auslaß (6) für das erste Fluid (L) vorgesehen ist, und daß jeweils beide Hohlfaserenden offen sind.

3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Einlaß für das zweite Fluid abgewandten Seite des Mo­ dulkörpers ein Auslaß (12) für das zweite Fluid ausgebildet ist.

4. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Hohlfaserplatten (100) Distanzglieder (30) befin­ den.

5. Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanz­ glieder (30) in Y-Richtung verlaufende Leisten (30) sind.

6. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid eine Flüssigkeit und das zweite Fluid ein Gas ist.

7. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Einlaßseite der Hohlfasern (102) abgewandten Enden verschlossen sind.

8. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einigen der Hohlfasern der Hohlfaserplatten (100) Stabilisie­ rungsstäbe (40) aus Metall, Kunststoff oder Glas befinden.

9. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaserplatten (100) aus einer ein- oder mehrlagigen Membran bestehen.

10. Modul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mem­ bran einen mikroporösen Träger und eine 0,5 . . . 5 Mm dicke, semiper­ meable Schicht aufweisen.

11. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hohlfaserplatten (100) einen Mittenabstand (a) von 0,1 . . . 10 mm, vorzugsweise von 0,5 . . . 5 mm aufweisen.

12. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hohlfaserplatten (100) derart angeordnet sind, daß die Hohlfasern (102) in benachbarten Hohlfaserplatten (100) in Y-Richtung gegeneinander versetzt sind, vorzugsweise um einen halben Hohl­ faser-Mittenabstand (b/2).

13. Verwendung eines Hohlfaserplattenmoduls nach einem der An­ sprüche 1 bis 12 als Gasabsorptionsmodul, wozu in die Hohlfasern (102) eine Absorptionsflüssigkeit eingeleitet wird und die Zwischenräume der Hohlfaserplatten im Kreuzstrom von dem Gas durchströmt werden.

14. Verfahren zum Herstellen eines Hohlfaserplattenmoduls (2) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• a) es wird ein Stapel aus einer vorbestimmten Anzahl von etwa gleich langen Hohlfaserplatten (100) gebildet, wobei zwischen den Hohl­ faserplatten je ein vorbestimmter Abstand (a) eingestellt wird, um die Hohlfasern sämtlich in eine Richtung (z. B. Z-Richtung) ver­ laufen zu lassen;
• b) die die Hohlfaserenden enthaltenden Seiten des Stapels werden in eine Vergußmasse, z. B. ein Harz, eingegossen; und
• c) zumindest an einem Ende des Stapels wird die zu einer Platte (20, 22) erhärtete Vergußmasse geschnitten, um die darin eingebetteten Hohlfaserenden zu öffnen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen des Abstands (a) zwischen benachbarten Hohlfaserplatten (100) Distanzleisten (30) in den Stapel eingelegt werden, deren Starke dem vorbestimmten Abstand abzüglich des Außendurchmessers einer Hohlfaser (102) entspricht.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach der Stapelung der Hohlfaserplatten (100) in einige der Hohlfasern (102) Stabilisierungsstäbe (40) eingebracht werden.