DE2119906A1

DE2119906A1 - Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit, insbesondere durch umge kehrte Osmose

Info

Publication number: DE2119906A1
Application number: DE19712119906
Authority: DE
Inventors: Michel Saint Martin dArdeche Ardeche Pages (Frankreich)
Original assignee: Societe des Usines Chimiques Rhone Poulenc SA
Current assignee: Rhone Poulenc SA
Priority date: 1970-04-24
Filing date: 1971-04-23
Publication date: 1971-11-18
Also published as: IT1050132B; US3820661A; FR2088805A5; GB1304641A; NL7105155A; IL36692A0; BE766237A; CH532945A; IL36692A

Description

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenlocbewer - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumstein lun.

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_TCLEFon: samm.l nr «₅₃₄₁

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TELCtSKAMMf: ZUMPAT

sTGCHEciKK.oraTo- München 91139

HANKKOtJTO:
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SO 3358

SOGIETE DES USIlTES CHIMIQUES KHOHE-POULENC

Paris

Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit, ins "besondere durch umgekehrte Osmose.

Me Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit unter dem Gesichtspunkt des Entzuges eines Bestandteils durch ein Verfahren unter Verwendung von semipormeablen Membranen, die insbesondere für umgekehrte Osmose verwendbar sind.

Die umgekehrte Osmose wird insbesondere zur Gewinnung von Süßwasser aus Meerwasser angewendet. Die Vorrichtung ict ebenso verwendbar für die Behandlung jeder anderen Flüssigkeit, beispielsweise im Hinblick auf die Konzentrierung einer Lösung oder den Entzug eines reinen Lösungsmittels.

Es sind insbesondere für die Entsalzung von Meerwasser durch umgekehrte Osmose Vorrichtungen bekannt, die eine Anzahl von

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Eleraenten aufweisen, die durch poröse, rohrför^ige Stützen, die je auf der Außenseite riit einer semi-perraeableii Membran aberzogen und im Bündel im Inneren eines dichten Zirkulationsgehäuses für die behandelte Flüssigkeit angeordnet sind, und durch Einrichtungen zum Abziehen des diffundierten Stromes, der die Membranen durchquert und sich an den Enden der Stützen gebammelt hat, gebildet werden.

Die Erfindung ist im wesentlichen auf eine Verbesserung der Vorrichtungen dieser Art, insbesondere auf eine Erleichterung der Demontage, auf eine Behandlung der Flüssigkeit bei erhöhten Drücken und auf die Sicherstellung einer guten Flüssigkeitszirkulation entlang den Membranen gerichtet. Diese Eigenschaften sind insbesondere bei der Durchführung von Verfahren der utagekehrten Osmose und der Ultrafiltration vorteilhaft.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit, insbesondere durch umgekehrte Osmose, besitzt eine Anzahl von Elementen in Form von porösen , rohrförmigen Stützen, die je auf der Außenseite mit einer semi-permeablen Membran überzogen und im Bündel im Inneren eines Zirkulationsgehäuses für die Flüssigkeit angeordnet sind, das durch Flansche begrenzt wird, die miteinander mechanisch verbunden sind, und zumindest eine Abzugsöffnung für einen diffundierten Strom, der sich an den Enden der Elemente nach Durchquerung der Membra.nen gesammelt hat, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Elemente in die Öffnungen von zwei Führungsplatten eingefügt sind und sich in diesen verschieben können. Vorzugsweise besitzt jede Führungsplatte eine Auflagefläche für eine Verbindung, die eine Dichtung um die Elemente herum im Inneren des Gehäuses gegenüber dem Druck der Flüssigkeit schafft.

Es ist vorteilhaft, um jedes der Elemente herum eine Hülse vorzusehen, die die behandelte Flüssigkeit in eine längszirku-

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!ation gegenüber den Membranen versetzt.

Biene Hüllen weisen vorzugsweise einen polygonalen Querschnitt auf, wobei die Flächen denjenigen der benachbarten Hülse gegenüberliegen und eine etwa dichte Verbindung mit dec Element an ,jeden Ende bilden. Jede dieser Hülsen besitzt zumindest zwei Durchlässe in der liähe je eim s Endes, wobei di·"¹ Durchlässe nebeneinander liegender Hüls an einander gegenüberliegen, so daß eine in Reihe liegende Strömung der behandelten !flüssigkeit in den Hülsen in abwechselnd gegenseitiger Richtung entsteht.

Ira folgenden werden beispielsweise, bevoi'zugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

1 seigt schematisch eine erf indungsgetnäße Vorrichtung

in te?!weisem Schnitt.

Fig. 2 veranschaulicht auf dieselbe Art eine vorzugsweise AbvjondluiVTsform;

Fig. 5 zeigt einen teilweisen Querschnitt der Vorrichtung der Fig. 1.

Die Vorrichtung wird in der Ausführung beschrieben, di^re dafür bestimmt ist, für die Behandlung einer* Lösung verwendet zu werden, der ein Lösungsmittel durch umgekehrte Osmose entzogen werden soll. Sie bezieht sich ilasbesondere auf die Gewinnung von Trinkwasser durch Entsalzen von Heerwasser. Sie ermöglicht die Umwälzung der behandelten Flüssigkeit, wie etwa des Heer-■wassers, unter einem starken Druck in Berührung mit den semipermeablen Membranen, und die Entnahme eines durch die Membranen diffundierten Stromes unter einem geringeren Druck, beispielsweise unter Atmosphärendruck. Im Rahmen des insbesondere vorgesehenen Anwendungszv/eckes sind die Membranen so ausgewählt, daß sie selektiv für das V7asser in Anwesenheit der

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in dem Meerwasser gelösten Salze durchgänglich sind. Beispielsweise werden Membrane auf der Grundlage von Zelluloseacetat verwendet.

Die Vorrichtung wird im wesentlichen durch ein Bündel von zylindrischen Elementen gebildet, die parallel zueinander im Inneren eines Zirkulationsgohäuses für die behandelte Flüssigkeit angeordnet sind. Das Gehäuse wird durch ein ringförraiges, zylindrisches Band 1 begrenzt, das das Bündel umgibt. Im besonderen Falle der Fig. 1 besteht dos Bündel aus nur 6 Kiementen, die im gleichen Abstand zu der Achse derj Gehäuse angeordnet' sind.

Die verwendeten Elemente sind als solche bekannt. Sie sind beispielsweise in der französischen.Patentschrift 1 585 386 beschrieben. Jedes Element besteht im wesentlichen aus einer zylindrischen Stütze 2, die auf der Außenseite mit einer semipermeeblen Membran, zumindest in dem Bereich, der im Betrieb in Berührung mit der behandelten Flüssigkeit steht, überzogen ist. Diese Stütse gewährleistet einen Widerstand gegenüber dom Druck der behandelten Flüssigkeit. Sie ist porös, damit der Durchtritt des diffundierten Strorr.er? in einen Mitteilennal- 3 ermöglicht ist, der an beiden Enden der Stütze offen ist. Die semi-permeable Membran ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Die verschiedenen Elemente des Bündeln werden an ihren beiden Enden durch die Führungsplatten 4 und 5 gehalten, die gleichmäßig verteilte Öffnungen aufweisen, in die die Enden der Elemente eingesetzt sind. Auf jeden Fall ist ein ausreichendes Spiel vorgesehen, damit sich die Elemente in den Führungsplatten verschieben können.

Die Führungsplo,tten 4 und 5 werden zwischen den Rändern des Bandes 1 und den Endflanschen 6 und 7 gehalten. Die Flansche

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wordom mit Hilfe von Zugstangen 8 außerhalb des Bandes 1 gegeneinander gedrückt. Die Führungsplatten- weinen Sitze für die kreisringförmigen !Dichtungen 14 und 15 auf, die eine Abdichtung gegenüber der Niederdruckseite, d.h. eine Abdichtung gegenüber dem diffundierten Strom zwischen dem Band 1 und den Planschen 6 und .7 gewährleisten. Auf der Außenseite der Führungsplatten in Berührung mit den Endf!ansehen sind Kanäle ausgespart, die die verschiedenen Öffnungen miteinander in Verbindung setzen und so eine Strömung der diffundierten Flüssigkeit, die aus den Enden der Elemente austritt, bis hin zu einem Auetrittsrohr 9 (oder 9') gestatten.

Auf der Innenfläche jeder Führungsplatte liegt eine Lippendichtung 10 auf, die in Ruhe und beim Betrieb unter dem hohen Druck der behandelten Flüssigkeit eine Abdichtung einerseits um jedes Element 2 herum und andererseits gegenüber dem Band 1 sicherstellt. Aufgrund dieser Anordnung wird die mechanische Kraft, die durch den Druck der behandelten Flüssigkeit ent-

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steht, auf die Endf!mische 7 und die äußeren Zugstangen 8 über-_ tragen.

Zwei Anschlüsse 11 und 12 sind jeweils in die Flansche 6 und 7 eingeschraubt und dienen dem Eintritt der zu behandelnden Flüssigkeit und dem Austritt der behandelten Flüssigkeit. Sie sind beide durch ein Rohr 15 verlängert, das in Richtung des Bündels durch die entsprechende Führungsplatte und die Hochdruckdichtung hindurchtritt, wobei die letztere dieselbe Abdichtung urn das Rohr 13 herutu wie um jedes Element 2 herum gewährleistet.

Bei der abgewandelten Ausführungsform der Fig. 2 und 3 finden sich dieselben wesentlichen !'eile wie bei der soeben beschriebenen Ausführungsform. Insbesondere haben die Elemente 22, das Band 21, die Führungsplatten 24,25, die Endflansche 26,27, die Dichtungen 42,43 und die Dichtung 30 dieselbe Funktion wie die

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entsprechenden Teile der Pig. 1.

Die Dichtung 30, die auf einer Stützplatte 32 angeordnet ist, stellt eine Abdichtung gegenüber dem Druck der behandelten "Flüssigkeit zwischen dem Band 21 und den Enden der Elemente sicher, während die mechanischen Kräfte über die Führungspiaί,-ten 24 und 25 auf die Plansche 26 und 27 und die Zugstangen übertragen werden. Dieselben Pührungsplatten ermöglichen zugleich die Strömung der diffundierten Flüssigkeit, die aus den Enden der verschiedenen Elemente austritt, bis hin zu einem geraeinsamen Auslaß 33,über einen Strömungsraum, der zv/ischon entsprechenden Pührungsplatten und Planschen vorgesehen ist.

Andererseits besitzt die in den Pig. 2 und 3 dargestellte Ausführungsform eine große Anzahl von Elementen 22, die ein Bündel mit hexagonaler Verteilung "bilden. Sie unterscheidet sich jedoch vor allem von der Vorrichtung nach Pig.1 durch einzelne Hülsen um jedes Element herum,die die Strömung der behandelten Flüssigkeit steuern.

Diese Anordnung ist insbesondere vorteilhaft, wenn Grenzschicht-Effekte zu befürchten sind, beispielsweise wenn die behandelte Flüssigkeit realtiv viskos ist, oder wenn sie feste Bestandteile in Suspension enthält, die sich absetzen, wenn die .Zirkulationsgeschwindigkeit unzureichend ist.

Jede Hülse 34 besitzt einen polygonalen Querschnitt, der an die Art des gewählten Bündels angepaßt ist. In dem beschriebenen Falle handelt es sich um einen hexagonalen Querschnitt, und die verschiedenen Flächen der Hülse liegen den Flächen der umgebenden Hülse gegenüber. An jedem Ende der Hülse wird die Abdichtung zu dem entsprechenden Element hin durch eine Dichtung 35 sichergestellt. Auf jeden Fall müssen die Hülsen und ihre Dichtungen keinem erhöhten Druck widerstehen, da sie

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einem isostatischen Druck unterwerfen sind (demjenigen der "behandelten Flüssigkeit).

Diese Hülsen ermöglichen es, die behandelte Flüssigkeit in eine Lungs strömung gegenüber den Membranen jedes Elements zu versetzen. Weiterhin ermöglichen sie eine Reihenströmung über mehrere Elemente hinweg.

Zu diesem Zwecke besitzt jede Hülse, zwei Öffnungen 36 in der Nähe jedes Enden und auf zwei verschiedenen Seiten der Hülse. Die Öffnungen nebeneinander liegender Hülsen liegen einander gegenüber, so daß eine Reihenströmung der behandelten Flüssigkeit in aufeinanderfolgenden Hülsen in abwechselnder Richtung ernöglicht wird.

Bei der besonderen, beschriebenen und in Fig. 3 dargestellten Ausführur.gsforra sind die Elemente in drei Gruppen, entsprechend drei Symmetrieachsen verteilt. Die Zirkulation der Flüssigkeit erfolgt in allen Hülsen einer Gruppe in Reihe. Eine Zwischenverbindung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Hülsen innerhalb einer Gruppe erfolgt über den ringförnigen Raum 37, der zwischen den äußeren Hülsen und dem Band 21 freigelassen ist. In diesen Raum münden die Öffnungen von sechs äußeren Hülsen.

Der Eintritt und Austritt der behandelten Flüssigkeit erfolgt über die beiden Enden einer zusätzlichen Hülse 38, die in der Achse des Bündels liegt, jedoch nicht mit einem Element versehen ist. Diese zusätzliche Hülse besitzt einen dichten Querverschluß 39, der sie in zwei Kammern unterteilt, deren eine dem Eintritt, deren andere dem Austritt der Flüssigkeit dient. In der Nähe jedes Endes, d.h. in jeder der Kammer, sind drei Verbindungsöffnungen mit den angrenzenden Hülsen vorgesehen, die jeweils jeder der oben erwähnten Elementegruppen entsprechen. In Fig. 3 veranschaulichen die Pfeile den Weg der eingebrachten Flüssigkeit.

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Der Eintritt und Austritt der ."Flüssigkeit durch die Führmigsplatten 24 und 25 und die Dichtung 30 erfolgt wie bei der
ersten Ausführungeform durch die Rohre 40 und 41, die im übrigen gegenüber der Hülse 38 mit Hilfe einer Dichtung abgedichtet
sind, wie sie zwischen den Elementen und ihren Hülsen vorgesehen ist.

Die Erfindung ist damit unter Bezugnahme auf eine besondere
Vorrichtung für umgekehrte Osmose beschrieben worden. Man kann jedoch Vorrichtungen derselben Art für die Dialyse oder Ultrafiltration verwenden. Dazu reicht es aus, geeignete Membranen
zu verwenden und mit den üblichen Druckbedingungen zu arbeiten.

Im "Falle der Ultrafiltration ist ein Füllen den Bereiches, der für die behandelte Flüssigkeit verwendet wird, nicht notwendig.

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BAD ORIGINAL.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Behandlung einer Flüssigkeit, insbesondere durch umgekehrte Osmose, mit einer Anzahl von Elementen, die durch poröse, rohrförmige Stützen, die außen je mit ein^r semi-perraeablen Membran überzogen und im Bündel im Inneren eines Zirkulationsgehäuses für die Flüssigkeit angeordnet sind, das durch Plansche begrenzt wird, die miteinander mechanisch verbunden sind, gebildet v/erden,wobei zumindest eine Abzugsöffnung für den diffundierten Strom vorgesehen ist, der sich an den Enden der Elemente nach Durchqueren dar Membranen gesammelt hat, dadurch gekennze lehnet, daß die Enden der Elemente (2,22) von Öffnungen in zwei Führungsplatten (4,5;24,25) aufgenommen worden und in diesen verschiebbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dio Führungsplatten (4,5; 24,25) eine Auflagefläche für eine Dichtung (10,30) aufweisen, die eine Abdichtung Druckender Flüssigkeit um die Elemente (2,22) herum im Inneren des Gehäuses gewährleisten.

3. Vorrichtung noch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse durch ein ringförmiges Band (1,21), das das Bundöl der Elemente umgibt, und durch zwei Flansche (6,7; 26,27) an den Enden gebildet wird, und daß die Flansche mit den Führungsplatten einen Strömungsraum für die diffundierte Flüssigkeit der verschiedenen Elemente freigeben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dai3 um jedes der Elemente (2,22) herum eine Hülse (34) vorgesehen ist, die der behandelten Flüssigkeit eine längsgerichtefce Zirkulation in bezug auf die Membran

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verleiht, wobei die Hülse einen polygonalen Querschnitt aufweist, und ihre Flächen denjenigen der sie umgebenden Hülsen gegenüberliegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Hülsen (34) an jeden: Ende eine in wesentlichen dichte Verbindung mit dem entsprechenden Element aufweiten und je zumindest zwei Öffnungen in der Nähe j^des Endes aufweisen, wobei die Öffnungen der Hülsen einander gegenüberliegen, so daß eine Ileihenzirkulation der "behandelten Flüssigkeit innerhalb der Hülsen in abwechselnd entgegengesetzter Richtung sichergestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Versorgungsrohr und ein Abzugsrohr (40,41) an den Enden einer zusätzlichen Hülse (58) ohne Element im Inneren des Bündels vorgesehen ist, wobei die Rohre im Inneren durch einen Zwischenverschluß (39) in eine Einlaßkamaer für die zu behandelnde Flüssigkeit und in eine Auslaßkammer für die behandelte Flüssigkeit unterteilt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen der äußeren Hülsen in einen ringförmigen Raum zur Leitung der Flüssigkeit münden, der zwischen der.-! Bünde.l und dem Gehäuse gebildet wird.

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