DE2900603A1

DE2900603A1 - Hohlfaservorrichtung in form eines spulenartigen koerpers zur trennung von fluessigkeiten und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2900603A1
Application number: DE19792900603
Authority: DE
Inventors: Hideshi Kuzumoto; Hiroshi Matsumoto; Tutomu Tanaka
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1978-01-10
Filing date: 1979-01-09
Publication date: 1979-07-12
Also published as: US4430219A; GB2012187A; FR2413924A1; BE873354A; CA1107657A; GB2012187B; FR2413924B1; IT1121231B; IT7919147A0; JPS5496135A; JPS6037029B2; DE2900603C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlfaservorrichtung und ihre Herstellung. Insbesondere betrifft sie einen spulenartigen Hohlfaserkörper, der durch Anordnen von Hohlfasern mit selektiver Permeabilität um einen rohrartigen Kern in annähernd paralleled Anordnung zueinander, um flache Bündel von Hohlfasern zu bilden, hergestellt worden ist sowie das Verfahren zu seiner Herstellung.

Membran-Trennverfahren werden zur Trennung von wenigstens einer Komponente aus einem flüssigen Gemisch, das verschiedene Komponenten enthält, unter Verwendung einer Membran mit einer selektiven Permeabilität für die Flüssigkeit durchgeführt. Die Gebiete, in denen das Verfahren anwendbar ist, umfassen die Gaspermeation, Flüssigkeitspermeation, Dialyse, Ultrafiltration, umgekehrte Osmose usw. Spezieile Anwendungsbeispiele des Membran-Trennverfahrens sind die Umwandlung von Meerwasser in Süßwasser,das Entsalzen von Salzwasser,die Reinigung von Abwässern, das Kondensieren von Fruchtsäften, das Raffinieren von Proteinen, die Trennung von öl und Wasser,künstliche Nieren, künstliche Lungen usw. Die Membranen werden in Form von Folien, Röhren, Hohlfasern o.dgl. verwendet. Insbesondere sind Hohlfasern vorteilhaft, da sie eine grosse Membranfläche per Einheitsvolumen und einen guten Trenneffekt aufweisen. Wenn jedoch feine und dünne Hohlfasern verwendet werden, ergibt jeder Fehler im Zusammenbau oder in der Planung und Konstruktion den Verlust dieser Vorteile, die den Hohlfasern inhärent sind.

Eisher wurden viele Vorschläge für Trennvorrichtungen gemacht, die Hohlfasern verwenden, wie z.B. die in der JA-Patentveröffentlichung (geprüft) Nr. 28625/1964 beschriebene Vorrichtung, die einen zylindrischen

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Behälter und darin parallel zur axialen Richtung ange-j ordnete Hohlfasern enthält. Die Hohlfasern sind parallel zueinander angeordnet und gelangen in gegenseitigen Kontakt, wodurch die effektive Membran fläche verringeret wird. Außerdem neigt die Strömung der Flüssigkeit dazu, unregelmässig zu werden und gewisse Stellen zu entwickeln, an denen die Fließgeschwindigkeit außerordentlich gering ist, da die Richtung der Strömung der Flüssigkeit und die Richtung der Anordnung der Hohlfasern in paralleler Beziehung zueinander erfolgt, wobei als Ergebnis eine Verringerung der Durchgangskapazität der Vorrichtung durch ein Konzentrations-

Polarisations-Phänomen hervorgerufen wird. j

Ein weiteres Beispiel ist die in der JA-Patentveröffentlichung (geprüft) 5153 /1975 beschriebene Vorrichtung, | bei der Hohlfasern spiralförmig um einen rohrförmigen Kern gewickelt sind, um eine Schicht von Hohlfasern zu bilden, wobei gegen Druck resistente Wände am Ende I der Hohlfaserschichten vorgesehen sind. Dieses Membrari-Trennelement ist erwünscht, da es die Mechanisierung J und Automatisierung des Zusammenbaus von Trennvorrichtungen erleichtert. Jedoch ist bei dieser Vorrichtung die Anordnung der Hohlfasern um den Kern ; ungleichmässig und eine hohe Packungsdichte der Fasern* kann kaum realisiert werden. Bei diesem System bilden ^! sich beim.Umwickeln der Hohlfaserbündel um den rohrförmigen Kern Räume zwischen den Bündeln und insbesondere werden an den sich kreuzenden oder schneidenden Teilen der Fasern■Leerräume gebildet. Wenn eine Flüssigkeit radial vom röhrenförmigen Kern zu den Hohlfaserschichten zugeführt wird, geht die Flüssigkeit daher sofort durch diese Hohlräume und weiterhin weist die Strömung der Flüssigkeit in den Hohlfaserschichten Kanalbildung wegen der ungleichmassigen Packungsdichte der Hohlfasern im Hohlfaserbündel auf. Das führt dazu, daß die Durchgangsmenge

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der Flüssigkeit gering ist und die Trennrate des gelösten Stoffes geringer wird. Darüber hinaus hat diese Vorrichtung den Nachteil, daß der Abstand zwischen den offenen Enden einer Hohlfaser größer wird, so daß die durchtretende Strömung einen beträchtlichen Druckabfall innerhalb der Hohlfasern hervorruft, weil die Hohlfasern in vielen Windungen spiralförmig um den Kern gewunden sind. Im allgemeinen ist der Abstand zwischen den offenen Enden einer Hohlfaser durch den Druckverlust der Flüssigkeit, die in der Hohlfaser fließt, begrenzt, Beispielsweise kann im Fall der Anwendung im Verfahren der umgekehrten Osmose eine Vergrößerung der Länge der Hohlfasern über einen bestimmten Grenzwert hinaus nur sehr selten eine Steigerung der Permeationskapazität der Flüssigkeit hervorrufen. Daraus folgt, daß, wenn die Länge der Hohlfaser begrenzt ist, die axiale Länge der daraus gebildeten Membran-Trennvorrichtung unvermeidbar klein sein muss, so daß die Kapazität einer solchen Vorrichtung reduziert ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hohlfaservorrichtung zur Trennung von Flüssigkeiten, die einen Kern und Schichten von Hohlfasern umfasst, die eine selektive Permeabilität aufweisen und um die Umfangsoberflache des Kern angeordnet sind, wobei

der die Hohlfaserschichten durch bandförmige Bündel/Hohl fasern gebildet werden, die aus nahezu parallel zueinander angeordneten Hohlfasern bestehen, wobei die Hohlfaserbündel vielschichtig angeordnet sind, indem sie sich wenigstens an einer Stelle kreuzen oder überschneiden.

Die Vorrichtung gemäss der Erfindung in Form eines spulenartigen Körpers kann mit Wänden aus Harz an einem Ende oder an beidenEnden vertikal zur axialen Richtung des Spulkörpers versehen sein, wobei die

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Hohlfasern so angeordnet sind, daß sie nach außen offen durch wenigstens eine der Harzwände stoßen, um

! eine Membran-Trennvorrichtung zu ergeben.

ί Der spulförmige Körper gemäss der Erfindung ist als

Band-artiges oder streifenförmiges Hohlfaserbündel, die eine größere Anzahl von Hohlfasern, die auf dem

! Kern wechselseitig und in auf- und abwärts sich tiberschneidenden Beziehungen und in Mehrfachschichten angeordnet sind ausgebildet. Aufgrund dieser Konstruktion

! Io sind die Hohlfaserbündel in den Multischichten gleicht förmig und regulär und die Hohlfasern ebenfalls gleichförmig und mit einer hohen Packungsdichte über die gesamten Schichten der Hohlfasern angeordnet, ohne: Hohlräume an den Kreuzungs- und Überschneidungsstellen zu bilden. Da die Kreuzungspunkte innerhalb des flachen

ι zentralen Teils der bandförmigen Bündel der Hohlfasern

an den oberen und unteren Schichten gehalten werden, j

: fließt die Flüssigkeit, die ,durch die Hohlfaserschicht

in einer vertikalen Richtung zur axialen Richtung des Kerns durchgeht, gleichförmig über die gesamten

^! Bereiche der Hohlfasern, ohne ein sofortiges Austre

ten an den Kreuzpunkten oder Schnittpunkten zu verursachen. Daher werden die Membranflächen der Hohlfasern wirksam verwendet, um eine hohe Permeation und ι 25 eine hohe Trennung zu ergeben.

j Wegen der extrem gleichmässigen und dichten Anordnung der Hohlfasern, kann ein Harz, das in eines oder beide Enden des Hohlfaserspulkörpers gespritzt wird, gleichmässig über die gesamten Schichten am Ende der Hohlfaserschichten aufgebracht werden, so daß der Raum zwischen der so gebildeten Wand aus Harz und den Hohlfasernvollständig gegen die Flüssigkeit abgedichtet ist. Diese Dichtung dient dazu, die Strömungswege der Flüssigkeit mit großer Konzentration und der Flüssigkeit mit geringer Konzentration zu teilen, die

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durch die Hohlfasermembran getrennt worden sind und eine wichtige Rolle bei der Membrantrennung spielen. Da das Harz vollständig in die Räume um die Hohlfasern im Dichtungsteil gefüllt ist, ist die Dichtung selbst gegenüber extrem hoher Betriebsdrücken sehr widerstands* fähig.

Die besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung betrifft einen spulförmigen Körper, bei dem die flachen Bündel der Hohlfasern um den Kern mit Schnittpunkten mit einem Schnittpunktswinkel von 1o bis 9o°, bezogen auf die axiale Richtung des Kerns, vielschichtig angeordnet sind. Bei einem solchen Spulkörper sind die Hohlfasern in nahezu paralleler Beziehung mit dem Kern angeordnet, so daß_r wenn die Hohlfasern durch Abschneiden der Enden des Spulkörpers offen gemacht werden, der Abstand zwischen den offenen Enden verkürzt ,wird und daher bei der Behandlung einer Flüssigkeit der Druckverlust der durchdringenden Flüssigkeit in den Hohlfasern reduziert werden kann, so daß eine drastische Steigerung der Permeationsrate verwirklicht wird. Zusätzlich werden die einander benachbarten Hohlfasern an gegenseitigem Kontakt oder an Veränderungen in ihrer Lage gehindert, weil die Hohlfasern mit einem gewissen Grad von spiralförmigen Umdrehungen im Zustand des gegenseitigen Festhaltens angeordnet sind.

Wenn der Schnittwinkel der Hohlfasern im Bereich von To bis 9o° festgelegt wird, wird die Wirkung des Flachwerdens der Hohlfaserbündel in einem maximalen Ausmaß erreicht. Wenn man den Fall annimmt, bei dem der Schnitt winkel der Hohlfaserbündel zur Verkürzung der Spannung der Hohlfaser über den Kern reduziert ist, dann wird, je geringer der Schnittpunktswinkel ist, der Raum in der Nachbarschaft der überschneidenden Teile größer und die Packdichte verringert. Eine solche Anordnung erlaubt keine gleichmassige Strömung der Flüssigkeit über

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die gesamten Hohlfaserschichten. Selbst wenn die Länge verkürzt wird und der Druckverlust in den Hohlfasern verringert wird, kann die Durchgangsmenge der Flüssigkeit nicht gesteigert werden und damit der Effekt des Kürzens der Hohlfasern nicht dargelegt werden, wenn nicht die Flüssigkeit, die außerhalb der Hohlfaser fließt, eine gleichmässige Strömung zeigt. Nur wenn der Schnittpunktswinkel· reduziert und die Hohlfaserbündel in flacher Form angeordnet sind, können die Wirkungen auftreten, daß die Flüssigkeit gleichförmig von dem Kern zu den Hohlfaserschichten fließt, der Druckverlust j

■innerhalb der Hohlfasern gering ist und die hohe Flüssig¹-keits-Permeationsrate und die hohe Zurückhaltung an j gelöstem Feststoff mit Sicherheit erreicht werden können.

In der vorliegenden Erfindung werden die Hohlfasern um ,

den röhrenförmigen Kern als bandartige Bündel in nahe- '. zu paralleler Beziehung zueinander in flacher Form ange-^ ordnet. Wenn der äußere Durchmesser einer Hohlfaser als \ d bezeichnet wird, beträgt die Weite des Bündel der Hohlfaser vorzugsweise 15 bis 5o ooo d und insbesondere 3o bis 5 oood. Weiterhin ist das Verhältnis von Dicke zu Weite des Bündels der Hohlfasern vorzugsweise von 1/2o ooo bis 1/5 und insbesondere von 1/1 ο ooo bis 1/1o. Wenn die Weite des Bündels der Hohlfasern weniger als 15 d oder das Verhältnis von Dicke/Weite des Bündels der Hohlfasern mehr als 1/5 ist, wird die Flachheit der Hohlfaserbündel verringert, wodurch ein Flüssigkeitsverlust an den Schnittpunkten der Bündel der Hohlfasern hervorgerufen werden kann und wodurch Kanalbildung der Flüssigkeit in den Hohlfaserschichten verursacht wird. Wenn die Weite der Hohlfaserbündel mehr als 5o ooo d oder das Verhältnis von Dicke/Weite weniger als 1/1 ο ooo ist, wird der Abfall und Verbrauch an Hohlfasern an den Endteilen bei der Herstellung des Membran-Trennkörpers durch Abschneiden der Endteile des Spulkörpers groß und außerdem wird die Fixierung der

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vielschichtigen Hohlfaserschichten unzureichend und die Fasern können sich während des Betriebs der Trennvorrichtung bewegen, wodurch sie von der ursprünglichen Anordnung abweichen.

Zur Herstellung der Hohlfaser-Spulkörper-Vorrichtung gemäss der Erfindung werden einzelne oder mehrere Hohlfasernjals ein Set angeordnet und mehrere Sets werden in paralleler Beziehung zueinander auf einen rotierenden Kern mit Verschiebung in axialer Richtung des Kerns aufgebracht. An jedem Ende des Kerns werden die Hohlfasern in solcher Weise zurückgeführt, daß die Hohlfasern von jedem Set einander nicht überlappen, während sie ihre parallele Beziehung aufrecht erhalten. Dadurch sind die flachen, bandförmigen Bündel, bestehend aus Hohlfasern von einer Mehrzahl von Sets rund um den Kern angeordnet, um den Spulkörper zu bilden. Die Anzahl der Hohlfaser-Sets zur Herstellung eines jeweiligen Bündels ist üblicherweise 2 bis 15 und vorzugsweise) 3 bis 1o.

Gemäss der vorliegenden Erfindung werden die Hohlfasern in geeigneter Weise verteilt, ohne vollständiges Überlappen am Endteil, wo sie in ihrer Richtung zurückgedreht werden. Daher können ohne Anreicherung von Fasern am Ende des Kerns die Hohlfasern um den Kern von seinem einen Ende bis zu seinem anderen Ende gleichförmig und in einer hohen Packdichte angeordnet werden. So sind die Räume zwischen den Hohlfasern klein und gleichmassig, weshalb die Flüssigkeit schnell in gleichförmiger Strömung ohne Stillstand der Strömung durchgeführt werden kann. Wegen der geringeren Neigung, die Polarisation der Konzentration der Flüssigkeit zu bewirken oder einen Niederschlag oder eine Verklebung zu bilden, findet die Trennung von Flüssigkeiten gleichförmig und effizient in den Hohlfasern statt und der Wirkungsgrad der Trennung im ganzen System wird signifikant

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verbessert.

Bei der oben beschriebenen Herstellung der erfindungs- ! gemässen Vorrichtung werden die Hohlfasers bevorzugt

j um den Kern gewickelt, während sie mit Hilfe einer

! 5 schnurartigen oder leinenartigen Vorrichtung und/oder einer bandartigen Vorrichtung an ihrem Umkehrteil festgehalten werden. Durch diese Maßnahme ist das Abgleiten der Umkehrteile verhindert, so daß die Fasern akurat angeordnet werden, um einen Spulkörper frei von zusammengefallenen Kreuzwicklungen zu erhalten. Dies ist insbesondere wirksam, wenn der Schnittwinkel der Hohlfaserbündel in axialer Richtung des Kerns geringer als | 9o° ist. Da auf diese Weise ein Spulkörper ohne Anwendung von ungeeigneten Kräften wie Spannung oder Reibung auf die Hohlfasern herstellbar ist, wird- keine Schädigung der Hohlfasern verursacht.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand von , Ausführungsformen in den Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Hohlfaserspulkörpers gemäss'

der Erfindung, bei der Hohlfaserbündel 13 | auf dem Kern 12 regelmässig und in paralleler Beziehung zueinander ohne Überlappen am ; .Ende des Kerns angeordnet sind.

j 25 Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer an- ^: deren Ausführungsform des Hohlfaserspulkör-

j pers gemäss der Erfinduno, die hergestellt

worden ist, indem man Hohlfasern um den Kern 22 angeordnet hat, um eine Mehrfachschicht von Hohlfasern 23 zu bilden, durch Ein

spritzen, Formen und Härten von Harz in beide Enden der Mehrschichten der Hohlfasern um Harzwände 24 und 25 zu Müden, und durch

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Abschneiden der Harzwand 24 in nahezu ver- !

. i

^: tikaler Weise in Bezug auf den Kern, um ein

offenes Ende der Hohlfasern vorzusehen. \

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch eine Membrantrennvorrichtung gemäss der Erfindung, die '

einen Behälter und den Hohlfaserspulkörper I

l

j gemäss Fig. 2 in dem Behälter umfasst.

Der Spulkörper weist den Kern 22, die Hohlfaserschichten 23, die den Kern umrunden, und die Harzwände 24 und 25 auf und befin-

; det sich in dem zylindrischen Behälter 31 .

Der Kern 22 hat eine schlitzartige öffnung ₍ an dem im Kontakt mit der Hohlfaserschicht

befindlichen Teil. Auf der Seite der Harz-

- wand 24 ist, getrennt durch ein ringförmi

ges Glied 32, eine Endplatte 33 angeordnet. An der Harzwand 25 ist eine Endplatte 34 ; angeordnet. Die Endplatte 33 hat einen Flüssigkeitseintritt 35, der mit dem Inne- ' ren der Hohlfasern in Verbindung steht.

! Die Endplatte 34 hat einen Flüssigkeits-

: austritt 36 und den Flüssigkeitseintritt 37,

der mit der Außenseite der Hohlfasern in

ί 25 Verbindung steht. Die Endplatten 33 und 34

sind durch Sprengringe 38 und 39 im Inneren

!

des Behälters 31 gestützt. Elastische Ringe 4oa, 4ob, 4oc und 4od sind am äußeren Umfang

der Endplatte 33, der Harzwand 24 und der Endplatte 34 und am inneren Umfang der Endplatte 34 angebracht, um flüssigkeitsdichten Kontakt zwischen der inneren Wand des zylindrischen Behälters 31 und dem äußeren Umfang· der Endplatte 33, zwischen der inneren Wand des zylindrischen Behälters 31 und dem äußere Umfang der Harzwand 24, zwischen der inneren Wand des zylindrischen Behälters 31 und

dem äußeren Umfang der Endplatte 34 und zwischen dem äußeren Umfang des Kerns 22 und dem inneren

I Umfang derEndplatte 34 zu ergeben. Diese elasti-

j sehen Dichtringe können in ringförmigen Auskeh

lungen an den äußeren Umfangen der Endplatte 33, j

der Harzwand 24 und der Endplatte 34 und am inneren

1 j Umfang der Endplatte 34 eingesetzt sein. ι

i . j

! ι

: Bei Anwendung der Membran-Trennvorrichtung gemäss Fig.

3 auf die umgekehrte Osmose wird die zu behandelnde Flüssigkeit durch den Flüssigkeitseintritt 37 eingebracht und fließt durch den Kern 22; sie geht dann durqh den Schlitz und läuft in die Hohlfaserr-Schichten 23. Während die Flüssigkeit durch die Hohlfaserschichten

: 23 läuft, dringt ein Teil der Flüssigkeit durch die _L

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Membranwände der Hohlfasern und dieser Teil erreicht das äußere offene Ende der Harzwand 24 dur ch_den_. Strömung sweg innerhalb der Hohlfasern, geht durch die durch die Ring jlieder 32 gebildete Kammer und fließt aus dem Auslaß 35 aus. Andererseits wir'd die behandelte Flüssigkeit, die durch die Hohlfaserschicht 23 ohne Durchdringung der Membranwände der Hohlfasern fließt, am Auslaß 36 aufgenommen

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung des Hohlfaserspulkörpers gemäss der Erfindung.

In Fig. 4 bedeuten die Bezugszeichen folgendes: 21 ! ist eine zentrale Stange zum Rotieren des Kerns 22. j 23 ist ein Hohlfaserbündel, das um den Kern 22 ange- j

ordnet ist. 41 ist eine quer laufende Führung (Führungsquerhaupt, Luntenführer = traverse guide)* 42 ist eine Ballenwalze (bale roller); 43 ist eine Quetschwalze, die in Kontakt mit der Ballenwalze rotiert; 44a und 44b sind Befestigungsschnüre zum Befestigen der Hohlfasern 23 am Ende des Kerns 22 und 45a und 45b sind endlose Riemen zur zeitweiligen Befestigung der Hohlfasern 23 am Ende des Kerns 22. Diese endlosen Riemen pressen die Hohlfasern 23 auf den Kern 22 durch I die Ballenwalze 4 2 und die Ballenumkehr-Walzen 46a und 4 6b (bale reversing rollers).

In Fig. 4 wird gezeigt, daß eine Mehrzahl von Sets eines Stücks oder von mehreren Hohlfasern zur Bildung eines Hohlfaserbündels 23 angeordnet sind, die in mehrfache Anzahlen mit einer Querführung 41, wie in Fig. 5 dargestellt, verteilt werden, wodurch sie um den langsam rotierenden Kern 22 gewunden werden. Die endlosen Befestigungsriemen 45a und 45b, die an den ,zwei Enden des Kerns 22 vorgesehen sind, bewegen sich längs der Oberfläche der Ballenwalze 42, des Kerns 22 und der Ballenumkehrwalzen 46a und 46b. Wenn die Querführung 4

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sich zum Ende des Kerns 22 bewegt und ein Hohlfaserbündel 23 dem Ende des Kerns 22 zugeführt wird, wird dieses Hohlfaserbündel in dem Raum zwischen den fixierenden Endlosriemen 45a und 45b und dem Kern22 gehalten und wird durch die Befestigungsschnüre 44a und 44b gehalten, die um das Ende des Kerns 22 gewickelt werden, worauf das Hohlfaserbündel in einem parallelen Zustand befestigt und zurückgeführt wird. Dementsprechend wird das Hohlfaserbündel 23, das am Ende fixiert ist, beim Umkehren der Querführung 41 zum zentralen Teil des Kerns 22 aufgenommen, ohne auf denKern 22 zusammenzufalten. Die Form oder Linienführung der Bewicklung dieses Hohlfaserbündels kann so sein, wie es in Fig. 1,7 oder8 dargestellt ist, worin die Hohlfaserbündel 13, 13a, 13b und 13c in parallelem Zustand ohne Verursachung irgendeiner Überlappung am Ende 15 des Kerns 22 durch die Befestigungsschnüre 17a, 17b und 17c j oder durch ein Stück der Befestigungsschnur 17 befestigt oder fixiert und regelmässig und gleichförmig angeord-j

net sind. ~ .--- ~~~ -

Die gemäss der Erfindung zu verwendenden Hohlfasern unterliegen keiner bestimmten Begrenzung, vorausgesetzt, daß sie einen äußeren Durchmesser von 1o bis 1 ooo Mikron und ein~Hohlverhältnis (Prozentsatz der Hohlflächen zur Schnittfläche der Hohlfasern) von 3-8o% aufweisen und ihre Membranwände eine selektive Durchlaßeigenschaft für eine Flüssigkeit aufweisen. Die Membranwände dieser Hohlfasern können entweder homogen, mikroporös oder anisotrop sein und die Spinnverfahren zur Herstellung dieser Fasern können entweder Schmelzspinnen, Naßspinnen, Trockenspinnen oder Kombinationen davon sein. Beispiele für Materialien, aus denen die Hohlfasern bestehen können, sind Cellulosepolymere, z.B. Celluloseacetat, Hydroxyäthylcellulose, Cyanäthylcellulose, regenerierte Cellulose; Vinylpolymere, z.B. Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat Polyacrylnitril, Polyacrylat, Polyäthylen, Polypropylen, PoIy-

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styrol, Polyvinylchlorid und Polytetrafluoräthylen; Polyelektrolytenkomplexe von Polystyrolsulfonat-Polyvinylbenzyltrimethylammoniuin; Polyamide, z.B. PoIy-L-glutamat, Nylon 4, Nylon 6, Nylon 66, Polydimethylpiperazinfumaramid, Polydimethylpiperazinisophthalamid, Polydimethylpxperazinterephthalamid, Poly-pxyloladipamid, Poly-p-xylolisophthalamid, Poly-p-xylolterephthalamid, Poly-m-phenylenisophthalamid und PoIyp-phenylenterephthalmid; Polyhydrazid, Polyamidhydrazic Polybenzylimidazol, Polyimidazopyrrolon, Polycarbonat, Polyphenylenoxid, Polysulfon, Polyäthylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Silikonharz, Kollagen.

Es wird bevorzugt, daß der Kern ein hohlzylindrisches Rohr oder ein hohlzylindrischer Schlauch mit gleichförmigen Poren oder ein netzartiges zylindrisches Rohr bzw. Schlauch ist und so konstruiert ist, um darin den Durchgang einer Flüssigkeit zu erlauben. Alternativ kann der Kern die Form eines Kerns mit fünfeckigem Querschnitt haben, um den Durchgang einer Flüssigkeit in seinem Raum der Hohlfasern zu gestatten. Weiterhin kann ein geschlitzter Schlauch oder ein geschlitztes Rohr mit einer oder mehreren schlitzähnlichen Längsöffnungen oder ein in der Mitte gefüllter Stab, wie z.B. ein Rundstab, ein Vierkantstab oder eine stabähnliche Vorrichtung mit Vorsprüngen sein. Als Materialien für den Kern können Kunststoffe, Metalle, Keramiken o.dgl. verwendet werden.

Das Harz für die Bildung der Harzwände ist vorzugsweise in einem flüssigen Zustand bevor es aushärtet unc einen harten Feststoff durch Härtung bzw. Vulkanisatior bildet. Typische Beispiele sind Epoxyharze, Siliconharze und Polyurethanharze. Die Harzwand oder Harzabgrenzung kann an einem Ende oder an beiden Enden der Hohlfaserspulkörper rechtwinklig zur Achse dieser vorhanden sein. Die entsprechenden Hohlfaserbündel sine

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außen offen und stoßen durch wenigstens eine der Harzwände und der Raum zwischen den Hohlfasern und den Harzwänden ist au sreichend gegen die Flüssigkeit abge-' dichtet.

Bei den in den F iguren dargestellten Ausführungsformen werden sowohl die Schnüre als auch die Endlosriemen zur Fixierung bzw. Befestigung der Hohlfaserbündel ver- ; wendet. Es kann jedoch auch eine dieser beiden Befestigungsarten verwendet werden. Wenn eine der Arten■ verwendet wird, wird es bevorzugt, eine Schnur- oder ; ' Streifen- oder Band-artige Vorrichtung wie z.B. Befest igung s schnüre zu verwenden, um die Hohlfaserbündel permanent zu halten, da solche Vorrichtungen eine ausreichende Fixierung oder Befestigung der Hohlfaserbündel ermöglichen. Natürlich wird aus Sicherheitsgründen bevorzugt, die Hohlfasern mit einem Endlosriemen zu halten und dann sie permanent festzuhalten, indem man eine Schnur oder ähnliches oder ein Band oder ähnliches herumwickelt. Die schnurartige Vorrichtung zur Befestigung kann Schnur, Kordel, Garn, Spinngarn, Bänder o.dgl!. sein. Die Materialien dafür können verschiedener Art sein wie z.B. Nylon, Polyester, Polyurethan, Acrylharz, \inylon, Baumwollgarn und Polypropylen. Die bandartigen Vorrichtungen können Bänder o.dgl. sein. In ί 25 jedem Fall ist es wünschenswert, ein feines oder dünnes Material zu verwenden, um die gewundene Oberfläche nicht massig zu machen. Bevorzugte Größen sind im Fall von S Schnüren 5 bis 5o den, insbesondere 2o bis 3o den und

j im Fall von Bändern etwa 5 bis 5o Mikron Dicke. Es

3o ist nicht immer nötig, jedes Hohlfaserbündel mit einer Befestigungsschnur zu halten, sondern alle Bündel können mit einer einzigen Befestigungsschnur gehalten werden, wie dasin Fig. 8 dargestellt ist. In arideren Worden, das Festhalten mit einer wahlweisen Anzahl von Schnüren ist möglich. Natürlich kann auch im Fall des Festhaltens mit einer bandartigen Vorrichtung, wie z.B.

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einem Band oder einem Streifen ein einzelnes Band verwendet werden, um alle Hohlfaserbündel zur Befestigung zu bedecken. Es ist natürlich auch möglich, Schnüre und Bänder zusammen zu verwenden.

Die Ballenwalze, die Quetschwalze und die Ballenumkehrwalzen bei den oben dargelegten Ausführungsformen sind vorzugsweise aus einer Eisenwalze, die auf ihrer Oberfläche mit Kautschuk, Tuch., Papier oder anderem Material von weniger glatter Qualität. Die Quetschwalze ist zwar nicht wesentlich notwendig, jedoch sollte sie vorzugsweise vorhanden sein, um die Hohlfasern glatt aufzuwickeln. In den gezeigtenAusführungsformen sind die Ballenumkehrwalzen und die Quetschwalzen unabhängig an den beiden Enden des Kerns angeordnet, jedoch kann auch eine einzige Quetschwalze über die gesamte Länge des Kern angeordnet sein. Ebenfalls braucht die Ballenrolle nicht notwendigerweise mit dem Hohlfaserbündel am zentralen Teil des Kern in Kontakt zu sein.

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Claims

VON KREISLER SCHÖNWALD EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING WERNER

PATENTANWÄLTE Toyo Boseki K.K., Osaka, Japan Dr.-Ing. von Kreisler11973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln

Dr.-Ing. K. W- Eishold, Bad Soden

Dr. J. F. Fues, Köln

Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln

Oipl.-Chem. Carola Keller, Köln

Oipl.-Ing. G. Selling, Köln

Dr. R-K. Werner, Köln

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

D-5000 KÖLN 1

8.Januar 1979 AvK/lM

Hohlfaservorrichtung in Form eines spulenartigen Körpers

zur Trennung von Flüssigkeiten und Verfahren zu ihrer Herstellung

Patentansprüche

1. Hohlfaservorrichtung in Form eines spulenartigen Körpers zur Trennung von Flüssigkeiten, umfassend einen Kern (12, 22) und Hohlfaserschichten (23) , die eine selektive Permeabilität haben und um denKern (12, 22) angeordnet sind, wobei die Hohlfaserschichten (23) durch bandartige Hohlfaserbündel (13, 13a, 13b, 13c) gebildet sind und aus nahezu parallel zueinander und in einem flachen Zustand angeordneten Hohlfasern bestehen, wobei die Hohlfaserbündel (13, 13a, 13b, 13c) vielschichtig angeordnet sind, indem sie sich wenigstens an einer Stelle des spulenartigen Körpers überschneiden.

2. Hohlfaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite^edes Hohlfaserbündels (13, 13a, 13b, 13c) von 15 bis 5o ooo d beträgt, (wobei d der äußere Durchmesser einer Hohlfaser ist) und das Verhältnis der Dicke zur Breite jedes Hohlfaserbündels von 1/2o ooo bis 1/5 beträgt.

3. Hohlfaservorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaserbündel (13, 13a, 13b, 13c) in vielen Schichten um den Kern (12, 22) mit Schnittpunkten in einem Schnittpunktswinkel von 1o bis 9o°, bezogenauf die axiale Richtung des Kerns (12, 22) angeordnet sind.

909828/0989

Telefon: (0221) 131041 ■ Telex: 8882307 dopa d · Telegramm: Dompatent Köln

4. Hohlfaservorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfaserbündel (13, 13a, 13b, 13c) in wechselseitig und in auf- und abwärts sich überschneidenden Beziehungen angeordnet sind und zwei oder ■•'mehr benachbarte Schichten sich kreuzen.

5. Vorrichtung nach Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß sie wenigstens an einem Ende eine Harzwand (24, 25) aufweist, wobei die Hohlfasern außen offen sind und durch wenigstens eine der Harzwände (24, 25) durchstoßen.

6 . Hohlfasermembran-Trennvorrichtung, enthaltend einen rohrförmigen Behälter mit Flüssigkeitseintritten (35, 37) und Flüssigkeitsaustritt (36) und einer Hohlfaservorrichtung in j spulenartiger Form gemäss Ansprüchen 1 - 5₇ die in dem Behälter (31) angeordnet ist. !

7. Verfahren zur Herstellung von Hohlfaservorr'ichtungen

in Form von spulenförmigen Körpern zur Trennung von Flüssigkeiten nach Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Vielzahl von Sets oder eine einzelne oder mehrere Hohlfasern in paralleler Beziehung zueinander auf einem ro- ' tierenden Kern anordnet, während die Hohlfasern in axialer Richtung quer verschoben werden und an jedem Ende des Kerns zurückgeführt werden, wobei die parallele Beziehung zwischen den Sets der Hohlfasern aufrecht erhalten wird, ohne überlappen zu verursachen und die Hohlfasern um den Kern angeordnet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlfasern an der Umkehrstelle festgehalten werden.

9. Verfahren nach Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Festhalten mit Hilfe einer schnurartigen Vorrichtung und/oder einer bandartigen Vorrichtung, die um das Ende des Kerns gewunden ist, durchgeführt wird.

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1ο.Verfahren nach Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß das Festhalten oder Befestigen mit Hilfe eines Endlosriemens und einer schnurartigen Vorrichtung oder bandartigen Vorrichtung, die um den Kern an seinem Ende gewickelt sind, vorgenommen wird.

11. Verfahren nach Ansprüchen 7 - 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ein hohles Rohr oder ein hohler Schlauch mit Poren oder ein netzartiges Rohr oder ein netzartiger Schlauch ist.

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