DE2213150A1

DE2213150A1 - Vorrichtung zur Durchführung einer umgekehrten Osmose in Form eines ebenen Moduls

Info

Publication number: DE2213150A1
Application number: DE19722213150
Authority: DE
Inventors: Francis Grenoble Isere Gugliermotte (Frankreich). BOId 45-12
Original assignee: Rhone Poulenc SA
Current assignee: Rhone Poulenc SA
Priority date: 1971-03-19
Filing date: 1972-03-17
Publication date: 1972-09-28
Also published as: IT969313B; LU64974A1; IL38995A0; NL7203227A; BE780898A; GB1341536A; FR2129236A5

Description

22T3150

Dr. F. Zumstsin sen. - Dr. E. Ansmann ^λγ. R. Koenifjsbsijer - Dipl. Phys. Tl. Holzhauer

Dr. F. Yx .nstcin j-jn.

Potentanwälte

8 München 2, Bräuhauistraßa 4/Ul

SC 3886

RHONE-POULENC S.A., Paris, Frankreich

Vorrichtung zur Durchführung einer umgekehrten Osmose in Form

eines ebenen Moduls

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen mit semipermeablen Membranen, die zur Extraktion eines Bestandteils aus einem fluiden Gemisch verwendet werden. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung mit semipermeablen Membranen, die wenig sperrig und einfach und mit geringem Kostenaufwand herzustellen ist und sich insbesondere zur Extraktion des Lösungsmittels einer Lösung durch umgekehrte Osmose bei Anwendungen eignet, bei denen relativ kleine Drucke, beispielsweise in der Größenordnung von 2 bis 10 bar, auftreten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere zur Enthärtung geringer Mengen Wasser, beispielsweise für Haushaltszwecke, verwendbar. Die erfindungsgemä.3e Vorrichtung ist jedoöh nicht auf solche Anwendungen der umgekehrten Osmose beschränkt.

209840/0804

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit semipermeablen Membranen zur Extraktion eines Bestandteils eines fluiden 3emischs, insbesondere zur Extraktion des Lösungsmittels aus einer Lösung durch umgekehrte Osmose. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Stapel von Rahmen aufweist, zwischen die semipermeable Membranen derart eingesetzt sind, daß eine Reihe von Kammern gebildet wird, die durch diese Membranen getrennt sind, und zwar abwechselnd geradzahlige Kammern zur Zirkulation einer behandelten Flüssigkeit und ungeradzahlige Kammern zum Abziehen des extrahierten Bestandteils. Die Membranen sind derart angeordnet und orientiert, daß sie selektiv diesen Bestandteil von einer geradzahligen Kammer in die benachbarten ungeradzahligen Kammern durchlassen. Der Umfang der Membranen ist abgedichtet zwischen benachbarten Rahmen des Stapels befestigt. Die Vorrichtung weist außerdem Leitungen für die Zirkulation der behandelten Flüssigkeit von einer geradzahligen Kammer in die andere auf, wobei diese Leitun gen durch die· Rahmen hindurchgehen.

Vorzugsweise weist jeder Rahmen ein inneres Gitter mit im we sentlichen der gleichen Dicke auf, das dazu dient, eine Turbulenz der behandelten Flüssigkeit in den geradzahligen Kammern sicherzustellen, und das zumindest in den unge-radzahllgen Kammern einen mechanischen Träger für die Membranen bildet.

^⁰ Vorzugsweise sind die Rahmen, die die geradzahligen Kammern co begrenzen, mit symmetrischen Aussparungen oder Aussschnitten

j> versehen, die in dem Stapel mit einem durch den einen der ° benaohbarten Rahmen hlndurohgehenden Dürchla.3 in Verbindung ° stehen. Die Rahmen der ungeradzahligen Kammern sind außerdem oo

ο abwechselnd umgekehrt angeordnet· Von einer Seite aus verbindet dieser Durchgang zwei aufeinanderfolgende geradzahlige Kammern, während an der entgegengesetzten Seite die Membranen

diese. Aussparungen oder Ausschnitte der benachbarten Rahmen abdecken.

Die Abführung des extrahierten Bestandteils kann durch diese entgegengesetzte Seite erfolgen, in der der Rahmen eine oder mehrere öffnungen aufweisen kann. Der Rahmen kann auch lokal durch Gitter in dem Ausmaß ersetzt sein, in welchem dieses die in dichter Weise angebrachten Membranen gegen die benachbarten Rahmen halten kann.

Gemäß einer ersten Ausführungsform können die an den beiden Seiten ein und derselben ungeradzahligen Kammer angeordneten Membranen aus einem einzigen Stück bestehen, das durch einen in dem entsprechenden Rahmen ausgearbeiteten Schlitz an der Durchführung des behandelten fluiden Mediums hindurchgp-· führt ist und dieses von dem-extrahierten Bestandteil in dieser Kammer trennt.

Diese Anordnung ermöglicht eine gute Ausnutzung der Oberfläche der Membranen und erleichtert den Abfluß der behandelten Flüssigkeit. Durch diese Anordnung wird das Verkleben und ein Ausschneiden der Membran vermieden ,und sie vereinfacht den Zusammenbau der Vorrichtung und den Ersatz der Membranen.

Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform sind die Rahmen der ungeradzahligen Kammern auf jeder Seite und im wesentlichen über ihre gesamte Fläche mit einer Membran bedeckt, die eine Innenöffnung aufweist, die den durch den entsprechenden Rahmen hindurchgehenden Durchgang umgibt. Die Ränder der öffnungen der gegenüberliegenden Membranen sind gegenüber dem Rahmen, untereinander und an den Rändern des durch den Rahmen hindurchgehenden Durchgangs verbunden. Diese Verbindung wird mit irgendeinem üblichen Mittel vorgenommen, beispielsweise durch Verkleben, Wärmeschweißung, Verwendung von Klebstoffen oder einfach durch Einspannen.

209840/1) 9OA

BAD ORIGINAL

Im folgenden sollen dieErfindung und weitere Merkmale derselben an zwei beispielsweisen besonderen AusfUhrungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 Eine auseinandergezogene und schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform, wobei Teile weggebrochen sind,und

Fig. 2 eine auseinandergezogene schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.

In dem ersten beschriebenen besonderen Fall ist die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere zur Behandlung einer Salzlösung zur Extraktion des Wassers, das das Lösungsmittel bildet, und zwar insbesondere im Rahmen der Erzeugung von reinem Wasser für Haushaltszwecke in geringer Menge bei einer Speisung unter einem verhältnismäßig geringen Druck von einigen bar, bestimmt. Die Extraktion des Wassers erfolgt durch umgekehrte Osmose, wobei man die Salzlösung, die das behandelte fluide Medium darstellt, in Kontakt mit semipermeablen Membranen umlaufen läßt, die selektiv das Wasser in Anwesenheit gelöster Salze durchgehen lassen.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Stapel von rechteckigen Rahmen, zwischen die semipermeable Membranen 1 eingesetzt sind, wobei jeder Rahmen aus seitlichen Leisten 2, die ein inneres Gitter 3 umgeben, besteht. Der Stapel wird zwischen zwei Endplatten ¹J uni 5 gehalten, die miteinander durch irgendein übliches mechanisches Mittel, beispielsweise durch Zugstannen 15 und Schrauben 16, verspannt sind.

209840/0804

Die verschiedenen Rahmen begrenzen eine Reihe von Kammern, die durch die semipermeablen Membranen getrennt sind. Die Rahmen sind abwechselnd Rahmen verschiedener Art, nämlich Dichtungsrahmen 6 für die Kammern, die willkürlich geradzahlige Kammern genannt werden, und Trägerrahmen 7 für die ungeradzahligen Kammern. '

Die geradzahligen Kammern sind dazu bestimmt, die behandelte Lösung aufzunehmen, die, wie im folgenden noch erörtert wird, in Serie in den verschiedenen geradzahligen Kammern von einer Eintrittsleitung 8 durch die Endplatte 4 am oberen Ende bis zu einer Austrittsleitung 9 durch die untere Endplatte 5 hindurchströmt. Die ungeradzahligen Kammern nehmen das extrahierte V/asser auf und ermöglichen dessen Austritt an den Rändern des Stapels. Die semipermeablen Membranen sind so orientiert, daß sie das Wasser selektiv aus einer geradzahligen Kammer in die beiden benachbarten ungeradzahligen Kammern durchtreten lassen. .

Die verschiedenen Trägerrahmen 7 sind aus Kunststoff und insbesondere aus gesintertem Polyvinylchloridharz hergestellt, und die Ränder der Gitter sind in diesem Rahmen versenkt, wobei die Gitter selbst beispielsweise aus Gewebe aus Nylon, Polyäthylen oder Polyethylenterephthalat oder dergleichen hergestellt sind.

Die Innengitter in den Dichtungsrahmen mit verhältnismäßig großen Maschen sind im wesentlichen dazu vorgesehen, eine Turbulenz der behandelten Lösung, die in den geradzahligen Kammern in Kontakt mit den Membranen zirkuliert, zu gewährleisten. Die Gitter der Trägerrahmen weisen kleinere Maschen auf, wobei ihre Dicke im wesentlichen die gleiche wie die des entsprechenden Rahmens ist. Ihre Hauptrolle besteht darin, beim Betrieb den mechanischen Halt der beiden benachbarten Membranen sicherzustellen. In dem Stapel sind die Membranen

209840/0004

über ihren Umfang zwischen dem Rahmen und dem Gitter der Trägerrahmen und dem benachbarten Dichtungsrahmen eingespannt, was die Abdichtung sicherstellt.

Jeder Dichtungsrahmen weist innen zwei gegenüber der Querachse des rechteckigen Rahmens symmetrische rechteckige Ausschnitte 10 und 11 auf. Jeder dieser Ausschnitte verbindet die entsprechende geradzahlige Kammer mit einem Durchgang, der durch einen der benachbarten Trägerrahmen hindurch ausgebildet ist. Dieser Durchgang 12 ist in dem beschriebenen besonderen Falle durch einen Ausschnitt des Rahmens, der demjenigen des'Dichtungsrahniens analog ist, begrenzt. Er verbindet zwei aufeinanderfolgende geradzahlige Kammern des Stapels.

Außerdem sind die aufeinanderfolgenden Trägerrahmen abwechselnd umgekehrt zueinander angeordnet, so daß die Durchführung 12 sich abwechselnd auf der einen und der anderen Seite des Stapels bezüglich der Längsachse der Rahmen befindet. Auf den beiden Seiten (Oberseite und Unterseite) von jedem Trägerrahmen erstrecken sich die Membranen 1 ausreichend weit von der gegenüberliegenden Seite zu der Durchführung 12, _vum die Ausschnitte der benachbarten Dichtungsrahmen zu bedecken. Eine solche Anordnung bewirkt eine Zirkulation der behandelten Lösung von einem Ende zum anderen in jeder geradzahligen Kammer und in Serie von einer geradzahligen Kammer zu der nächsten abwechselnd in einer und der anderen Richtung.

In der dargestellten Ausführungsform wird das durch die Membranen extrahierte Wasser in jeder ungeradzahligen Kammer gesammelt und tritt aus dem Stapel am Ende dieser Kammer an der entgegengesetzten Seite zu der Durchführung 12 aus.

209840/0804

Zu diesem Zweck weist der Trägerrahmen eine breite öffnung auf, die in eine nicht dargestellte Sammelvorrichtung münden kann. Die Innengitter können sich in die öffnung erstrecken, so daß die angebrachten Membranen dicht gegen die benachbarten Dichtungsrahmen gehalten werden.

Die an den beiden Seiten ein und desselben Trägerrahmens angeordneten Membranen, das heißt die Membranen, die eine ungeradzahlige Kammer von zwei benachbarten geradzahligen Kammern trennt, um selektiv Wasser in die ungeradzahlige Kammer durchgehen zu lassen, bestehen aus einem einzigen Stück, das sich in der Nähe des einen Endes des Trägerrahmens durch einen Schlitz 14 des Rahmens,, der speziell zu diesem Zweck vorgesehen ist, hindurch erstreckt und zurückgeschlagen ist. Dieser Schlitz 14 befindet sich an der Durchführung 12, die durch den Rahmen hindurchgeht, so da3 dieser zum seitlichen Abschluß dieses Durchgangs unter Abtrennung des Inneren der ungeradzahligen Kammer beiträgt, die das reine extrahierte Wasser aus der behandelten Lösung aufnimmt, die von einer geradzahligen Kammer zu der nächsten durch diesen Durchgang strömt»

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung stellt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar.

Die Rahmen 7 der ungeradzahligen Kammern sind auf jeder Seite und vorzugsweise über ihre gesamte Fläche von einer Membran bedeckt, die eine innere öffnung, die die Durchführung 12 umgibt, auf v/eist. Die Ränder der öffnungen der zu beiden Seiten des Rahmens 7 angeordneten Membranen sind abgedichtet, beispielsweise durch einfaches Einspannen. . . -χχ: '

209840/0804

Das Abziehen des extrahierten Bestandteils durch die Membranen erfolgt durch die öffnung 17, die vorzugsweise in der Querachse des ,Rahmens 7 angeordnet ist. Die öffnung 17 steht mit dem Innenraum des Rahmens durch einen Kanal 18 in Verbindung. Die Breite dieses Kanals beträgt im allgemeinen weniger als 3 mm,, um zu verhindern, daß die Membran 1 in den Innenraum durchhängt. Die Membran 1 ist um die öffnung 17 herum ausgeschnitten.

Die geradzahligen Rahmen 6 sind ebenfalls mit einer öffnung 19 versehen, die mit der öffnung 17 fluchtet. Während des Zusammenbaus der Vorrichtung werden die öffnungen 17 und 19 zur Deckung gebracht und bilden die Abzugsleitung für den extrahierten Bestandteil. Diese Leitung geht durch die Platte '4 bei 20 und durch die Platte 5 bei 21 hindurch. Gewünschtenfalls kann sie an einem Ende verschlossen werden.

Es sind verschiedene Abänderungen der erfindungsgemässen Vorrichtung möglich. So kann man beispielsweise die verschiedenen Arten der in den Beispielen gezeigten besonderen Anordnungen untereinander kombinieren. Ausserdem können die Abzugseinrichtungen für den extrahierten Bestandteil in Trägerrahmen derart ausgebildet sein, dass deren seitliche Ränder stellenweise porös sind oder dass diese Rahmen mit seitlichen öffnungen versehen sind, die Flanschanschlüsse aufnehmen können, die an Abzugsleitungen angeschlossen werden können. Eine Vorrichtung kann auch zwei Abzugsleitungen für den extrahierten Bestandteil, die beispielsweise diagonal anneordnet sind, aufweisen: Diene Leitungen können durch mehrere dünne parallele Kanäle gebildet sein, die in den Rahmen 7 zu deren Tnnenraum hinführen. Die Rahmen können eine rechteckige, quadratische, kreisförmige Form oder eine andere Form haben.

20S8A0/080A

Aus der vorstehenden Beschreibung sind die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung klar ersichtlich, die insbesondere den geringen Preis und die Einfachheit des Aufbaus und der Montage betreffen.

Obgleich die Erfindung nicht auf besondere Anwendungen beschränkt ist, sei bemerkt, daß die vorgesehenen Hauptanwendungen die folgenden sind:

Die Produktion von enthärtetem Wasser guter Nahrungsmittelqualität aus kalkhaltigem VJasser,

die Produktion von enthärtetem Wasser guter Qualität zum Waschen und Spülen von Wäsche aus kalkhaltigem Wasser,

die Produktion von enthärtetem Wasser mit geringem Gehalt an Trockenextrakten, das sich zum Spülen von Tafelgeschirr eignet, aus kalkhaltigem Wasser.

Insbesondere ermöglicht der geringe Raumbedarf der Vorrichtung deren Verwendung in Geschirrspülmaschinen anstelle der Ionenaustauscherharze vervrendendenSysteme, die häufige Regenerationen erfordern. Natürlich kann die erfindunngsgemäße Vorrichtung auch zur Durchführung von Arbeitsgängen, wie beispielsweise der Ultrafiltration oder auch der Gastrennung, verwendet werden.

209840/0004

Claims

- ίο - Patentansprüche TTT-*"*"**'******"** ^** "TTT^Ti*!" Γ*" Π TTT ^T-TTtT'T ι 'ί!ν;ΤΪ'"Τ*ΓΤΠΤΤΤ"*ΐ^*7Τ*™Μΐ'™Ίΐ

1. Vorrichtung mit semipermeablen Membranen zur Extraktion eines Bestandteils aus einem fluiden Gemisch, insbesondere zur Extraktion des Lösungsmittels einer Lösung durch umgekehrte Osmose, gekennzeichnet durch einen Stapel von Rahmen (6, 7), zwischen die semipermeable Membranen (1) derart eingesetzt sind, daß eine Folge von Kammern, die durch diese Membranen getrennt werden, gebildet wird, und zwar abwechselnd geradzahlige Kammern für die Zirkulation einer behandelten Flüssigkeit und ungeradzahlige Kammern für den Austritt des extrahierten Bestandteils, wobei diese Membranen einen zwischen den benachbarten Rahmen des Stapels dicht eingespannt gehaltenen Umfang aufweisen und wobei die Membranen so angeordnet und orientiert sind, daß sie den Bestandteil selektiv von einer geradzahligen Kammer in die be- · nachbarten ungeradzahligen Kammern durchlassen, und durch Zirkulationsleitungen (10, 11, 12) für die behandelte Flüssigkeit von einer geradzahligen Kammer zu der anderen durch diese Rahmen hindurch.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rahmen ein Innengitter (j3) mit im wesentlichen der gleichen Dicke aufweist, das dazu dient, eine Turbulenz der behandelten Flüssigkeit in den geradzahligen Kammein sicherzustellen und zumindest in den ungeradzahligen Kammern einen mechanischen Träger für die semipermeablen Membranen bildet.

209840/0804

3· Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die geradzahligen Kammern begrenzenden Rahmen (6) symmetrische Ausschnitte (10, 11) aufweisen, die in dem Stapel mit einem durch einen der benachbarten Rahmen (7) hindurchgehenden Durchgang (12) in Verbindung stehen, wobei die Rahmen der ungeradzahligen Kammern außerdem abwechselnd umgekehrt angeordnet sind, wobei eine Seite dieses Durchgangs zwei aufeinanderfolgende geradzahlige Kammern verbindet, während auf der entgegengesetzten Seite die Membranen diese Ausschnitte der benachbarten Rahmen bedecken.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (7) der ungeradzahligen Kammern auf jeder Seite von einer Membran bedeckt sind, die eine innere öffnung aufweist, deren Ränder dicht um den durch diese Rahmen hindurch- . gehenden Durchgang (12) angeordnet sind.

5· Vorrichtung nach Anspruch ~*>, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen auf den beiden Seiten ein und derselben ungeradzahligen Kammer (7) aus einem einzigen Stück bestehen, das durch einen in dem entsprechenden Rahmen ausgebildeten Schlitz (14) am Durchgang (12) für das behandelte fluide Medium hindurchgeführt ist und dieses von dem extrahierten Bestandteil in dieser Kammer trennt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen und die Rahmen jeweils seitlich zumindest eine öffnung (17₃ 19) aufweisen, wobei die öffnungen der ungeradzahligen Rahmen außerdem durch zumindest einen Kanal (18) mit dem .Innenraum dieser Rahmen in Verbindung steht und wobei diese öffnungen (17,I⁰¹) beim übereinanderstapeln der Rahmen und der Membranen (1) zumindest eine Abzugsleitung für den extrahierten Bestandteil bilden.

209840/081K _BAD original

7· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese öffnungen (17, 19) in der Querachse der Rahmen und Membranen (1) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen der ungeradzahligen Kammern (7) an der gegenüberliegenden Seite zumindest eine öffnung für den Austritt des extrahierten Bestandteils aufweisen.

9· Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Innengitter (^) der Rahmen der ungeradzahligen Kammer (7) sich in die Austrittsöffnungen für den extrahierten Bestandteil derart erstrecken, daß die Membranen dicht gegen die benachbarten Rahmen gehalten sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder J5> dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Rahmen aus Kunststoffmaterial, insbesondere gesintertem Kunststoffmaterial, bestehen.

209840/08(H

Leerseite