-
Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Platten-
-
apparat zur Permeationstrennung von Fluiden, - mit einer Mehrzahl
von zusammengeschalteten Permeationszellen aus zellenbildenden Wandplatten und zellenteilenden
Permeationsplatten, die zu einem Plattenpaket zusammengespannt sind, wobei jeweils
zwei Wandplatten eine Permeationszelle bilden und eine Permeationsplatte zwischen
sich aufnehmen, die in jeder Zelle eine Einlaufkammer von einer Permeatkammer trennt,
wobei ferner jede Perneationszelle Funktionsöffnungen, nämlich Ein- und Austrittsöffnungen,
für die verschiedenen Fluide aufweist, die im Randbereich der Wandplatten angeordnet
sind, und über die die Permeationszellen zusammengeschaltet sind. Es versteht sich,
daß bei solchen Plattenapparaten zwei benachbarte Permeationszellen jeweils eine
gemeinsame Wandplatte aufweisen. Die Permeationsplatten besitzen eine Permeationsmembran,
die für die Komponenten der jeweils zu trennenden Fluide unterschiedlich durchlässig
ist. Die Permeationsmembran besteht aus geeignetem Material, in neuerer Zeit zumeist
aus einer entsprechend eingestellten Kunststoffolie. Der Ausdruck Membran umfaßt
allgemeiner aber auch entsprechende Elemente aus Glas, Keramik, Metall oder Kombinationen
davon mit permeablem Verhalten. Fluide meint Flüssigkeiten, Gase, Lösungen und Dispersionen.
Zu bekannten Anwendungen der Permeationstrennung von Fluiden gehören z. B. Anreicherungsprozesse,
wie die Sauerstoffanreicherung
und die Wasserstoffanreicherung,
die Luftzerlegung, die Trennung höherer Alkohole und die Aufbereitung von Meerwasser
zu Trinkwasser. Auch bei der Abwasserreini.
-
gung, insbesondere bei Chemieabwässern, wird mit Permeationstrennung
gearbeitet. - In die Einlaufkammer treten die zu trennenden Fluide ein, durch die
permeable Membran hindurch gelangt das Permeat in die Permeatkammer, aus der es
abgezogen wird. Die verbleibenden, um das Permeat geminderten Fluide werden aus
der Einlaufkammer abgezogen. Im Ergebnis kann weniger genau davon gesprochen werden,
daß in der Einlaufkammer und in der Permeatkammer, anders ausgedrückt beidseits
der Permeationsmembran, Fluide strömen, wobei durch die Permeationsmembran hindurch
nach Maßgabe der thermodynamischen Potentiale die Permeationstrennung erfolgt.
-
Der bekannte gattungsgemäße Plattenapparat (Umwelttechnik, Juni 1979,
S. 12 bis 16) arbeitet mit Wandplatten, die zwischen Rahmenbauteilen eingespannt
sind, wobei Drainageprofile der Wandplatten die Fluide in die Einlaufkammer ein-bzw.
austreten lassen und außerdem eingerichtet sind, um das Permeat abzuführen. In den
Rahmenbauteilen befinden sich entsprechende Strömungskanäle und Ausnehmunge. Die
Permeationsplatten erlauben zwar und selbstverständlich die Permeation, besitzen
aber keine Funktionsöffnungen oder Durchtrittsöffnungen. Die Permeationsmembranen
liegen auf Vliesen auf und stützen sich an den Drainageprofilen ab. Der bekannte
Plattenapparat ist konkret für die Umkehrosmose ausgelegt und dient der Meerwasserentsalzung.
Dabei wird
das Meerwasser hintereinander durch die Einlaufkammern
der Permeationszellen geführt, während das Permeat aus den einzelnen Permeationszellen
oder Permeatkammern gleichsam im Kreuzstrom abgeführt wird. Andere Schaltungen mit
intelligenteren Permeationsverfahren angepaßter Parallel- und/oder Reihenschaltung
der Permeationszellen sind nicht möglich.
-
Insbesondere ist es nicht ohne weiteres möglich, ein besonders wirksames
Verfahren zur Trennung von Fluiden durch Permeation zu verwirklichen, welches hauptsächlich
dadurch gekennzeichnet ist, daß das Permeat an dem einen Ende der Permeationsmembran
aus der Permeatzelle abgezogen und teilweise über ein Förderorgan an demselben Rand
der Permeationsmembran in die Einlaufkammer zurückgeführt wird, während der weniger
stark permeierende Bestandteil an dem entgegengesetzten Rand der Permeationsmembran
aus der Einlaufzelle abgezogen wird (DE-OS 29 47 089). Gerade diese Verfahrensweise
erlaubt jedoch die Trennung von Fluiden mit besonders gutem Wirkungsgrad und damit
geringem Energieaufwand.
-
Um Permeationszellen angepaßt an spezielle Permeationsaufgaben und
Permeationsverfahren parallel und/oder in Reihe zu schalten, arbeitet man mit Permeationszellen,
die funktionell und baulich selbständige Apparate aus Gehäuse und Einbauten darstellen,
die mit Hilfe von Rohrleitungen und Armaturen zusammengeschaltet sind (DE-OS 30
16 305), wenn es auch üblich ist, solche Apparate baulich zu sogenannten Kaskaden
aufeinanderzusetzen (US-PS 41 19 418). Ein solcher Aufbau von zusammengeschalteten
Permeationszellen ist aufwendig.
Um in den Permeationszellen gleichförmige
Strömung zu erzielen, sind darüber hinaus besondere Membranzuschnitte und entsprechend
angepaßte Kammern erforderlich.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Plattenapparat
so weiter auszubilden, daß die Permeationszellen beliebig parallel und/oder hintereinander
geschaltet werden können, je nachdem, wie es ein durchzuführendes Permeationsverfahren
verlangt.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß jede Wandplatte
zumindest zwei Funktionsöffnungen aufweist, daß außerdem jede Permeationsplatte
in ihrem Randbereich mit zumindest zwei Durchtrittsöffnungen versehen ist, die mit
Funktionsöffnungen der Wandplatten kanjugieren, daß Funktionsöffnungen der Wandplatten
sowie Durchtrittsöffnungen der Permeationsplatten im Plattenpaket Strömungskanäle
für die Zusammenschaltung der Permeationszellen bilden, und daß außerdem die Fluide
über Abzweigungen dieser Strömungskanäle und/oder andere Funktionsöffnungen der
Wandplatten in die Einlaufkammern und Permeatkammern einführbar und/oder aus diesen
abführbar sind. Dabei kann ohne Schwierigkeiten auch so gearbeitet werden, daß das
Permeat an dem einen Rand der Permeationsmembran aus der Permeatzelle abgezogen
und teilweise über ein Förderorgan an demselben Rand der Permeationsmembran in die
Einlaufkammer zurückgeführt wird, während der weniger stark permeierende Bestandteil
an dem entgegengesetzten Rand der Permeationsmembran aus der Einlaufkammer
abgezogen
wird. Dazu lehrt die Erfindung zunächst, daß die Funktionsöffnungen der Wandplatten
bzw. die Abzweigungen der Strömungskanäle in jeder Permeationszelle an einem Rand
der Einlaufkammer einen Fluideintritt, am gleichen Rand der Permeatkammer einen
Permeatabzug und an dem dem Fluideintritt gegenüberliegenden Rand der Einlaufkammer
einen Abzug für die weniger permeierende Komponente der eingeleiteten Fluide bilden,
und daß der Permeatabzug sowie der Abzug für die weniger permeierende Komponente
über eine Durchtrittsöffnung der entsprechenden Permeationsplatte geführt sind.
Der Permeatabzug von zumindest einer Permeationszelle kann bei dieser Ausführungsform
eine Abzweigleitung aufweisen, in der ein Förderorgan angeordnet ist, und die Abzweigleitung
kann im Bereich des Fluideintritts der Permeationszelle oder einer anderen wieder
einmünden. Um besondere Schaltungen zu verwirklichen, können zwischen benachbarten
Wandplatten und Permeationsplatten zusätzliche Funktionsöffnungen, z. B. in Dichtelementen,
angeordnet sein. Mit sehr großer Permeationsmembran in vergleichsweise kleinen Apparaten
kann gearbeitet werden, wenn zumindest einige der Permeationsplatten als Doppelplatten
aus #zwei Permeationsplattenelementen
ausgeführt sind, die zwischen
sich eine weitere Kammer bilden, wobei die beiden Permeationsplattenelemente jeder
Permeationszelle unterschiedliche Durchtrittsöffnungen aufweisen, so daß, wie eingangs
beschrieben, im Plattenpaket die erforderlichen Strömungskanäle gebildet werden
können. Die Wandplatten und die Permeationsplatten liegen in ihrem Randbereich aneinander
an. Sie sind im Randbereich mit geeigneten Dichtungsausbildungen versehen. Die Dichtungsausbildungen
an den Funktionsöffnungen und Durchtrittsöffnungen sind so geführt, daß die Fluide
wie angegeben strömen.
-
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die für eine Parallel-
und/oder Reihenschaltung der Permeationszellen nach Maßgabe spezieller Verfahrensweisen
erforderlichen Strömungskanäle von den Wandplatten bzw. Permeationsplatten selbst
gebildet werden können, wenn die Wandplatten bzw.
-
Permeationsplatten Öffnungen aufweisen, die kanalbildend zusammensetzbar
sind. Insbesondere kann dann auch die spezielle Verfahrensweise verwirklicht werden,
bei der das Permeat an einem Rand der Permeationsmembran aus der Permeatkammer abgezogen
und teilweise über ein Förderorgan an demselben Rand der Permeationsmembran in die
Einlaufkammer zurückgeführt wird, während der weniger stark permeierende Bestandteil
an dem entgegengesetzten Rand der Permeationsmembran aus der Einlaufkammer abgezogen
wird.
-
Die konstruktive Gestaltung der Wandplatten und der Permeationsplatten
ist
im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig, wobei man im allgemeinen in Randbereichen
die Funktionsöffnungen und die Durchtrittsöffnungen anbringt, die in der beschriebenen
Weise funktionieren. Grundsätzlich kann dabei beispielsweise so gearbeitet werden,
wie es bei Plattenwärmetauschern üblich ist. Die mit den Wandplatten bzw.
-
Permeationsplatten verbundenen Dichtungsausbildungen können so geführt
werden, daß für die Fluide der gewünschte Strömungsweg ohne weiteres erreicht wird.
-
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel
darstellenden schematischen Zeichnung, die erfindungsgemäße Plattenapparate mit
zur Verdeutlichung der Funktionszusammenhänge auseinandergezogenen Wandplatten und
Permeationsplatten darstellt, ausführlicher erläutert.
-
Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Plattenapparat mit zwei parallelgeschalteten
Permeationszellen, Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Plattenapparat mit zwei hintereinandergeschalteten
Permeationszellen und Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Plattenapparat mit zwei hintereinandergeschalteten
Permeationszellen und Permeationsplatten in Form von Doppelplatten.
-
Die in den Figuren dargestellten Plattenapparate dienen zur Permeationstrennung
von Fluiden. Sie besitzen stets eine Mehrzahl von zusammengeschalteten Permeationszellen
1. Im Ausführungsbeispiel sind aus Gründen der Deutlichkeit stets nur zwei Permeationszellen
1 vorgesehen und zusammengeschaltet. Die Permeationszellen 1 sind gebildet aus zellenbildenden
Wandplatten 2 und zellenteilenden Permeationsplatten 3, die zu einem Plattenpaket
zusammengespannt sind.
-
Die für das Zusammenspannen erforderlichen Elemente sowie die Endplatten
wurden nicht gezeichnet. Eine Wandplatte 2 benachbarter Permeationszellen 1 gehört
stets beiden Permeationszellen 1 an. So bilden jeweils zwei Wandplatten 2 eine Permeationszelle
1. Sie nehmen eine Permeation#atte 3 zwischen sich auf. Diese trennt in jeder Permeationszelle
1 eine Einlaufkammer 4 von einer Permeatkammer 5. Ferner ist jede Permeationszelle
1 mit Funktionsöffnungen 6, nämlich Ein- und Austrittsöffnungen, für die verschiedenen
Fluide versehen, die im Randbereich der Wandplatten 2 angeordnet sind. über diese
Funktionsöffnungen 6 sind die Permeationszellen 1 auch zusammengeschaltet. Dazu
ist die Anordnung jedoch in besonderer Weise getroffen: Jede Wandplatte 2 besitzt
zumindest zwei Funktionsöffnungen 6. Jede Permeations«atte 3 besitzt in ihrem Randbereich
zumindest zwei Durchtrittsöffnungen 7. Diese konjugieren mit Funktionsöffnungen
6 der Wandplatten 2, je nach der Schaltung jedoch mit unterschiedlichen und nicht
mit allen. Die Anordnung ist so getroffen, daß Funktionsöffnungen 6 der
Wandplatten
2 sowie Durchtrittsöffnungen 7 im Plattenpaket Strömungskanäle 8 für die Zusammenschaltung
der Permeationszellen 1 bilden, die in den Figuren durch dickere Strömungspfeile
verdeutlicht sind. Außerdem sind die Fluide über Abzweigungen 9 dieser Strömungskanäle
8 und/oder andere Funktionsöffnungen 6 der Wandplatten 2 in die Einlaufkammern 4
und Permeatkammern 5 einführbar und/oder aus diesen abführbar. Für die Abzweigungen
9 enthält die Zeichnung dünnere Strömungspfeile.
-
Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung
ist die Anordnung so getroffen, daß die Funktionsöffnungen 6 der Wandplatten 2 bzw.
die Abzweigungen 9 der Strömungskanäle 8 in jeder Permeationszelle 1 an einem Rand
der Einlaufkammer 4 einen Fluideintritt 61, am gleichen Rand der Permeatkammer 5
einen Permeatabzug 71 und an dem dem Fluideintritt 61 gegenüberliegenden Rand der
Einlaufkammer 4 einen Abzug 72' 62 für die weniger permeierende Komponente des eingeleiteten
Fluids bilden. Der Permeatabzug 71 sowie der Abzug 72' 62 für die weniger permeierende
Komponente sind mit Hilfe einer Durchtrittsöffnung
7 der entsprechenden
Permeationsplatte 3 geführt. Der Permeatabzug von zumindest einer Permeationszelle
kann eine Abzweigleitung 10 aufweisen, in der ein Förderorgan 11 angeordnet ist,
wobei die Abzweigleitung 10 im Bereich des Fluideintritts 61 der Permeationszelle
1 wieder einmündet. Das ist in der Fig. 1 strichpunktiert angedeutet worden. Betrachtet
man die Fig. 1 und 2, so kann man ohne weiteres realisieren, daß zwischen benachbarten
Wandplatten 2 und Permeationsplatten 3 zusätzliche Funktionsöffnungen, z. B. in
nicht gezeichneten Dichtelementen, angeordnet werden können.
-
Mit der obigen Erläuterung ist auch die Ausführungsform nach Fig.
3 verständlich. Hier sind jedoch die Permeationsplatten 3 als Doppelplatten aus
zwei Permeationsplattenelementen 3a, 3b ausgeführt, die zwischen sich eine weitere
Kammer 12 bilden, wobei die Permeationsplattenelemente 3a, 3b jeder Permeationszelle
1 unterschiedliche Durchtrittsöffnungen 7 aufweisen.
-
Leerseite