DE4329473C1 - Druckstabile anorganische Membranen - Google Patents
Druckstabile anorganische MembranenInfo
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- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
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-
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Description
Für die Trennung von fluiden Mehrkomponentengemischen (z. B. Suspensionen, hoch- und
niedermolekularer Lösungen, Dampf- und Gasgemische etc.) werden in den letzten Jahren mehr und
mehr Membranen eingesetzt. Darunter versteht man semipermeable Gebilde, deren Selektivität sich
durch Poren, elektrische Ladungen oder unterschiedliche Löslichkeiten einzelner Komponenten der
Gemische in der Membran ergibt.
Ebenso verschieden, wie die Mechanismen der Selektivität sind diejenigen der für den Stofftransport
verantwortlichen Kräfte. Hierfür können z. B. Konzentrationsgradienten, unterschiedliche elektrische
Ladungen oder Druckdifferenzen verantwortlich sein. Der letztgenannte Prozeß, der mittels
Druckdifferenzen erzeugte Stofftransport durch Membranen ist Gegenstand der Erfindung. Mit
abnehmender Porengröße der Membran nimmt die erforderliche Druckdifferenz zu. Genügen bei der
Mikrofiltration (Porenweite ca. 0,1-1 µm) wenige bar, so sind es bei der Ultrafiltration (Porenweite
0,01-0,1 µm) bereits mehr als 10 bar und bei der Nanofiltration (Porenweite 1-10 nm) mehr als 30
bar. Die Umkehrosmose benötigt gar Druckdifferenzen beidseits der Membran größer als 40 bar.
Entsprechend wächst die mechanische Beanspruchung der Membran und entsprechend auch der
Aufwand zu deren Abstützung innerhalb des Gehäuses - des sog. Moduls. Sind die Membranen
röhrenförmig und wird der Druck im Innern der Membran aufgebaut, so sind sie in einem weiten
Beanspruchungsbereich selbsttragend. Ebene Gebilde, sog. Flachmembranen müssen dagegen über
Gewebe gestützt und zu sog. Flachmembranmodulen gestapelt und gegeneinander abgedichtet werden.
Auf diese Weise wurden bereits aus Polymermembranen Module für Druckstufen größer als 100 bar
gebaut und betrieben. Dies hängt damit zusammen, daß Polymermembranen in einem relativ weiten
Beanspruchungsbereich Zugspannungen ertragen.
Anorganische Membranen haben gegenüber Polymembranen eine Reihe von Vorteilen. So sind sie z. B.
sehr verschleißfest, temperaturstabil und weitgehend chemisch inert.
Ihr Hauptnachteil ist - neben den Kosten - ihre mangelnde Zug- und Biegefestigkeit. Die daraus
resultierenden dicken Wandstärken führen zu geringen Packungsdichten und damit zu einem
ungünstigen Verhältnis Membranfläche/Volumen.
Wabenstrukturen, die diesen Nachteil vermeiden sollen, zeigen unbefriedigende Filtrationsergebnisse.
Verständlicherweise wachsen die genannten Nachteile anorganischer Membranen gegenüber
Polymembranen mit zunehmendem Filtrationsdruck und stellen einen der Gründe dafür dar, daß es bis
heute keine anorganischen Ultrafiltrations-Flachmembranen im technischen Maßstab gibt.
Die Erfindung eliminiert diesen Nachteil. Sie erlaubt die Realisierung eines eng gepackten
Flachmembranmoduls, was ein günstiges Verhältnis Membranfläche/Volumen bedeutet. Sie geht von
der Zielvorstellung aus, daß die Geometrie einer anorganischen Membran dergestalt sein muß, daß auf
der dem Druck abgewandten Seite, der sog. Filtrat- bzw. Permeatseite an keiner Stelle Zugspannungen
auftreten dürfen. Gleichzeitig wird dort eine Kanalstruktur benötigt, durch die das Filtrat bzw. Permeat
abgeleitet wird.
Erfindungsgemäß werden diese beiden Forderungen gleichzeitig realisiert, indem man die Filtratseite der
Membran mit Kanalstrukturen ausstattet, die im Querschnitt Halbkreisbögen gleichen (s. Fig. 1), von
denen man ja weiß, daß sie an keiner Stelle Zugspannungen aufweisen.
In den so geformten Längsrillen (s. Fig. 1), die näherungsweise oder tatsächlich als Halbkreise mit
einem Radius von ca. 0,2 mm bis 3,0 mm angesehen werden können, wird das Filtrat zu den
Sammelleitungen geführt.
Eine besonders günstige Ausführung dieser Erfindung zeigt Fig. 2. Hier werden zwei Membranen mit
ihren Filtratseiten so zusammengefügt, daß sie röhrenförmige Kanäle bilden. Dabei kann die Feedseite
entweder völlig eben (s. Fig. 2a) oder den röhrenförmigen Kanälen angepaßt sein (Fig. 2b).
Da auf beiden Seiten einer solchen Doppelmembran praktisch der gleiche Filtratdruck herrscht, sind sie
selbsttragend, d. h. sie benötigen keine zusätzlichen Abstützungen. Stapelt man solche Membranen über
geeignete Dichtungen in Abständen von wenigen mm, so erhält man den gewünschten Membranmodul
hoher Packungsdichte (s. Fig. 3). Orientiert man sich bei der Konstruktion eines solchen Moduls am
Prinzip der Filterpresse, so erhält man einen leicht demontierbaren und reinigbaren Membranmodul, wie
er in der Industrie überall da gewünscht wird, wo Membranen zu Verstopfungen neigen (z. B.
Getränkeindustrie).
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Filtration von Fluiden mittels anorganischen Membranen, dadurch gekennzeichnet,
daß die Membranen als Flachmembranen ausgebildet sind und auf ihrer Filtratseite Rillen enthalten,
die im Querschnitt annähernd oder tatsächlich die Form eines Halbkreisbogens haben.
2. Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß die Rillen einen Radius von 0,2 mm bis 3,0 mm haben.
3. Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß man zwei gemäß Anspruch 1 ausgerüstete Membranen
mit ihrer Filtratseite so aufeinander fixiert, daß sie röhrenförmige, kreisförmige Permeat-Kanäle
bilden.
4. Vorrichtung nach 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen zu einem Modul gestapelt
werden.
Priority Applications (1)
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DE4329473A DE4329473C1 (de) | 1993-09-01 | 1993-09-01 | Druckstabile anorganische Membranen |
Publications (1)
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