DE2259481A1 - Verfahren und vorrichtung zur trennung einer loesung in zwei fraktionen mittels einer semipermeablen membran - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur trennung einer loesung in zwei fraktionen mittels einer semipermeablen membranInfo
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Description
1A-42 353
Beschreibung zu der Patentanmeldung
Aktieselskaber De Danske Sukkerfabrikker, Langebrogade 5, Kopenhagen, Dänemark.
betreffend
Verfahren und Vorrichtung zur Trennung einer Lösung in zwei Fraktionen mittels einer
semipermeablen Membran. .
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Trennung einer Lösung in eine
Konzentratfraktion und eine LösungsmitteIfraktion mittels einer semipermeablen Membran^,
wobei die Lösung unter einem den osmotischen Druck der Lösung übersteigenden Druck mit
der einen Seite der semipermeablen Membrane in Berührung gebracht wird, und wobei die
Lösungsmittelfraktion von der entgegengesetzten Seite der Membrane entfernt wird. ■
Verfahren zur Trennung von Lösungen in Fraktionen durch Ultrafiltrierung oder
umgekehrte Osmose,, wobei die zu behandelnde Lösung unter einem den osmotischen Druck
der Lösung übersteigenden Druck mit der einen Seite einer semipermeablen Membrane in
Berührung gebracht wird, um Lösungsmittel und niedrigmolekulare Bestandteile der Lösung
durch die Membrane hindurchzuzwingen, bieten das Problem, dass die Leistung dadurch
abnimmt, dass auf der Membranoberflä"che ein Rückstand aufgebaut wird, der nicht durch
die semipermeable Membrane dringt. Beim Fortschreiten des Verfahrens nimmt die Leistung
ab, mitunter in einem solchen Grad, das kein Permeat bzw. sehr wenig Permeat durch die
semipermeable Membrane dringt. Demzufolge muss die für das Verfahren benutzte Vorrichtung
nach einer gewissen Betriebszeit abgebaut werden, um die Membran^ auszuwechseln.
Es wurden verschiedene Versuche gemacht, die auf der AAembranoberfldfche
gebildeien Niederschläge zu entfernen, die bisher entwickelten Methoden waren aber
nicht ganz befriedigend. Eine Umrührung der in Fraktionen zu trennenden Lösung, z.B.
mittels eines umlaufenden Rührers, v/irkt der Herabsetzung der Leistung nicht in befriea:i~
. gendem Masse entgegen. Wenn ein Niederschlag einmal auf der Membranoberfld/che
gebildet worden ist, v/urde gefunden, dass es schwierig ist, diesen zu entfernen, ohne
die Vorrichtung abzubauen und die AAernbran* zu reinigen.
Es wurde ferner vorgeschlagen, die Lösung einer die Schwerkraft übersteigenden
Beschleunigung in..Richtung von der die Lc-sung berührenden Seite der Membran^ hinv/ey
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zu unterwerfen, um in der Lösung enthaltene suspendierte feste Teilchen daran zu hindern,
mit der Membran* in Berührung zu gelangen, und um konzentrierte Lösung von der Membranf
hinweg zu zwingen. Da aber eine mittels der Beschleunigungskraft erzeugte Konvektion
in der Lösung nur von Unterschieden in spezifischen Gewichten abhängt, hat dieses bekannte Verfahren die oben erwähnten mit der allmählichen Herabsetzung der
Leistung der Membran* zusammenhängenden Probleme nicht in wirksamer Weise gelöst.
Es wurde nun gefunden, dass das Verstopfen der Membranoberfloche dadurch
verhütet oder wesentlich herabgesetzt werden kann, dass die Membran* und die Lösung
im Verhältnis zueinander in Umlauf gebracht werden,, um an der Membranoberfläche
einen hohen Geschwindigkeitgradienten zu erzeugen.
Der hohe Geschwindigkeitgradient an der Membranoberfläche verhindert eip
zu grosses Konzentrieren des filtrierten Erzeugnisses an der Membranoberflifche dadurch,
dass eine turbulente Strömung der Lösung in der unmittelbaren Nähe der Membran* erzeugt
wird. Auch in der Lösung enthaltene suspendierte feste Teilchen werden daran verhindert,
sich an die Membran* zu kleben und auf der Membranoberflifche angesammelt
zu werden.
Infolge der Drehbewegung der Membran* werden Teilchen, die mit der Membranoberfla'che
in Berührung gelangen, einer Beschlenigung in Richtung parallel zur Membranoberfläche unterworfen, und schliesslich werden solche Teilchen von der Aussenkante
der umlaufenden Membran* abgeschleudert.
Demzufolge kann das Niederschlagen von Unreinigkeiten und hochmolekularen
Verbindungen auf die Membranoberfläche verhütet oder wesentlich herabgesetzt v/erden,
ohne die Strömung von Lösungsmittel und niedrigmolekularen Komponenten durch die semipermeable Membran^ ungünstig zu beeinflussen.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Trennung einer Lösung
in zwei Fraktionen mittels einer semipermeablen Membran«. Diese beiden Fraktionen werden
im folgenden als "Kon.tenhalftaktion" bzw. "Lösungsmittelfraktion" bezeichnet. Der Ausdruck
"Konzentratfraktion" bezeichnet die durch die Entfernung von Lösungsmittel und/oder
niedrigrnolekularen Komponenten durch die semipermeable Membran^ gebildete Fraktion,
während der Ausdruck "Lösungsmittelfraktion" die aus durch die semipermeable AAembian*
hindurchpassierte Lösungsmitlei und/oder niedrigmolekulare Komponenten bestehcMide Fraktion
bezeichnet.
ο η c 'i * ' ri
U y b / U ,; >„
Die erfindungsgemässe Vorrichtung besteht aus einem Druckbehälter mit einer
Einlauföffnung für die zu behandelnde Lösung, einer Auslauföffnung für eine Konzentratfraktion
der Lösung, wenigstens einer im Behälter angeordneten, an einer MembranunterstUtzung
befestigten Membran*, und Gliedern für das Ausnehmen einer Lösungsmittel fraktion
der Lösung von der der Membranunterstützung zugekehrten Seite der Membran^, Die
Eigentümlichkeit der Vorrichtung besteht darin, dass Drehglieder zur Erzeugung einer
Drehbewegung der MembranunterstUtzung und der an dieser befestigten Membran^ im Verhältnis
zum Behaltet vorgesehen sind.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung
umfassen die Drehglieder eine drehbare Welle, die im Behälter angeordnet ist und die
Membranunterstützung trägt. «■
Die Membranunterstützung besteht vorzugsweise aus einer an der Hohlwelle befestigten
hohlen kreisförmigen Platte, wobei das Innere der Hohlwelle mit dem Inneren der
hohlen MembranunterstUtzung in Verbindung steht.
Die MembranunterstUtzung und die an dieser befestigten Membran* können auch
unter einem von 9o abweichenden Winkel an der drehbaren Hohlwelle befestigt sein.
Die Erfindung soll im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert werden,
die schematisch einen senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsge-,
massen Vorrichtung zeigt. .
Auf der Zeichnung ist ein zylindrischer Behälter 1 gezeigt, der einen Flüssigkeitseinlauf
2 und einen Konzentratauslauf 3 aufweist und eine drehbare Hohlwelle 4 umschliesst.
Die Welle 4 ist in Lagern 5 drehbar gelagert. Die mit der Welle 4 verbundenen Antriebsglieder sind auf der Zeichnung nicht gezeigt. Der Behälter T ist durch Trennwände
6 in drei Räume unterteilt, die durch ringförmige Oeffnungen 7 um die Welle 4 herum
miteinander verbunden sind. Eine durchlöcherte ringförmige hohle Membran unterstützung 8
ist in Jedem Raum auf der Welle 4 angebracht. Eine semipermeable Membran* 9 umschliesst
die Membranunterstützung und ist an der Welle 4 befestigt. Das Innere Io der MembranunterstUtzung
sieht durch Kanäle 12 mit dem Inneren Π der Hohlwelle in Verbindung. Das
Innere 11 der Hohlwelle 4 sieht ebenfalls mit nicht gezeigten Gliedern zum Aufsammeln
des gebildeten Filtrats in Verbindung. Während des Betriebes wird die zu behandelnde
Flüssigkeit unter erhöhtem Druck durch die Einlaufüffnung 2 in den Behälter 1 eingepumpt.
Falls das Permeat einem Unterdruck unterworfen wird, braucht der Druck auf der Konzentratseite
nicht nofgedtungeii den AtmosphäYendruck zu übersteigen. Die in den Behälter 1
einströmende Flüssigkeit strömt durch den Behälter nach der Auslauföffnung 3 hinauf und
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strömt dabei durch die Oeffnungen 7 von Raum zu Raum. Während der Slrömung durch
den Behälter 1 wird die Flüssigkeit mit den auf den schnell umlaufenden AAembranunterstützungen
8 angebrachten Membranen 9 in Berührung gebracht. Infolge der grossen Drehgeschwindigkeit wird die in Berührung mit den Membranoberflffchen stehende
Flüssigkeitsschicht einer hohen Schleuderkraft unterworfen. Diese hohe Schleuderkraft
hat die Wirkung, dass sie Unreinigkeiten und hochmolekulare Verbindungen mit grösserer
Geschwindigkeit als niedrigmolekulare Bestandteile an die Wand des Behälters presst.
Infolgedessen werden Unreinigkeiten und hochmolekulare Verbindungen daran verhindert,
auf den Membranoberflächen Niederschläge zu bilden.
Infolge des Druckunterschiedes zwischen dem Konzentrat und dem Permeat
passiert Lösungsmiltel und andere niedrigmolekulare Verbindungen durch die Membran*
in das Innere der Membranunterstützung hinein. Von hier aus strömt das auf diese Weise
gebildete Filirat durch die Kanäle 12 in das Innere 11 der Hohlwelle 4 und weiter nach
den nicht gezeigten Aufsammelanordnungen. Die durch den Flüssigkeitsauslauf 3 hinausströmende
Flüssigkeit ist somit im Verhältnis zu der durch den Einlauf 2 einströmenden Flüssigkeit konzentriert.
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Claims (4)
1. Verfahren zur Trennung einer Lösung in eine- Konzentratfraktion und eine
Lösungsmittelfraktion mittels einer semipermeablen Membran^,, wobei die Lösung unter
einem den osmotischen Druck der Lösung übersteigenden Druck mit der einen Seite der
semipermeablen Membran* in Berührung gebracht wird, und wobei die LösungsmitteIfraktion
von der entgegengesetzten Seite der Membrani entfernt wird, dadurch gekennzeichnet,
dass die Membran^ und die Lösung im Verhältnis zueinander in Umlauf
gebracht werden, um an der Membranoberfiäche einen hohen Geschwindigkeitgradienten
zu erzeugen.
2. Vorrichtung zur Ausübung des'Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus
einem Druckbehälter mit einer Einlauföffnung für die zu behandelnde Lösung, einer
Auslauföffnung für eine Konzentratfraktion der Lösung, wenigstens einer im Behälter
angeordneten, an einer Membranunterstutzung befestigten Membran·, und Gliedern für
das Ausnehmen einer Lösungsmittelfraktion der Lösung von der der Membranunterstutzung
zugekehrten Seite der Membran*, gekennzeichnet durch Drehglieder zur
Erzeugung einer Drehbewegung der Membranunterstutzung und der an dieser befestigten
Membranf im Verhältnis zum Behälter.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k ennzeichnet, dass
die Drehglieder eine drehbare Welle umfassen, die im Behälter angeordnet ist und die
Membranunterstutzung trägt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
drehbare Welle hohl ist, und dass die Membranunterstutzung aus einer an der Hohlwelle
befestigten hohlen kreisförmigen Platte besteht, wobei das Innere der Hohlwelle mit dem
Inneren der hohlen Membranunterstüfzung in Verbindung steht.
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