NL9000014A - Overdrachtsmoduul voor het overdragen van stof en/of warmte van een mediumstroom naar een andere mediumstroom. - Google Patents

Description

Titel: Overdrachtsmoduul voor het overdragen van stof en/of warmte vaneen mediumstroom naar een andere mediumstroom.

De uitvinding heeft betrekking op een overdrachtsmoduul voor het over¬dragen van stof en/of warmte van een mediumstroom naar een ander medium¬stroom, omvattende een aantal holle membraanvezels of buizen die met huneinden afgedicht door tegenover elkaar gelegen moduuldelen steken, welkevezels of buizen bestemd zijn om door één van de mediumstromen te wordendoorstroomd, terwijl het andere medium aan de buitenzijde van die vezelsof buizen stroomt.

Membraanprocessen en de daarbij gebruikte membranen zijn oorspronkelijkontwikkeld voor het uitvoeren van scheiding op basis van afmetingen vandeeltjes of moleculen (microfiltratie, ultrafiltratie en omgekeerdeosmose) of voor scheiding op basis van oplosbaarheid in en diffusie dooreen membraan (dialyse, gasscheiding, pervaporatie/damppermeatie). Recen¬telijk zijn membraanprocessen ontwikkeld waarbij in tegenstelling tot debovengenoemde processen, het membraan zelf geen rol speelt bij de ge¬wenste scheiding, doch slechts het gescheiden houden van twee fasenbewerkstelligt. Voorbeelden van dergelijke processen zijn gas/gasuit-wisselingprocessen, gas/vloeistofabsorptieprocessen en vloeistof/vloei-stofextractieprocessen. Het uitwisselend oppervlak tussen de twee fasenwordt hierbij gecreëerd en in stand gehouden door de toegepastemembranen. Aangezien voor een grote stofoverdracht per eenheid vanvolume een groot uitwisselend oppervlak nodig is, worden bij dezeprocessen in het algemeen holle vezelmembranen gebruikt.

De bestaande modules met holle membraanvezels zijn in feite ontworpenvoor filtratieprocessen. Hierbij is het van belang dat aan de voorkantvan het membraan (de retentaatkant) een goede stofoverdracht optreedt(bijvoorbeeld ter voorkoming van vervuiling of van concentratiepolarisa-tie). Aan de achterkant van het membraan (permeaatkant) liggen bijdergelijke filtratieprocessen in het algemeen weinig of geen stofover-drachtsproblemen. Van de bekende moduul met holle membraanvezels zijndeze vezels in een bundel gerangschikt die in een huis is geplaatst. Devezels worden in- en uitwendig in langsrichting van de vezelsdoorstroomd.

De bekende modules met holle vezels zijn getest voor nieuwe stofover-drachtsprocessen. Bij dergelijke processen speelt de stofoverdracht aan beide zijden van het membraan een belangrijke rol. Gebleken is dat aande binnenkant van de vezels de stofoverdracht in het algemeen voldoendeof goed is, doch dat aan de buitenkant van de vezels de stofoverdrachtslecht is. De reden hiervan is dat de vezels in het algemeen op onregel¬matige wijze en op wisselende afstand naast elkaar liggen, waardoorenerzijds kortsluitstromen door de moduul ontstaan en anderzijds grotedelen van de vezels niet meedoen in het stofoverdrachtsproces. Dezenadelige verschijnselen kunnen ook optreden bij gebruik van holle vezel-membraanmodulen voor zogenaamde dialyseprocessen en bij gas- of damp-scheidingsprocessen, waarbij aan de permeaatzijde van het membraan eenzogenaamde carrierstroom wordt gebruikt voor afvoer van het permeaat.

Met de uitvinding wordt beoogd bovengenoemde nadelen te elimineren eneen in de aanhef aangeduid moduul te verschaffen door middel waarvan hetoppervlak van de membraanvezels of buizen zowel aan de binnen- alsbuitenzijde goed kan worden aangestroomd, terwijl tevens een goedeverdeling van het medium aan de buitenzijde van de membraanvezels ofbuizen mogelijk is.

Volgens de uitvinding monden de door één van de mediumstromen te door¬stromen vezels of buizen uit in van een toe- of afvoeropening voorzienekamers die met de vezels of buizen binnen een door de andere medium-stroom dwars op de richting van de vezels of buizen te doorstromen raamzijn aangebracht.

Door toepassing van een dergelijk moduul wordt een zeer goed gedefi¬nieerde stroming zowel in als buiten de vezels of buizen bereikt en kanhet rendement aanzienlijk worden verbeterd voor processen waarbij stof¬overdracht aan beide zijden van het membraan belangrijk is.

Om de schaal van een stof- of warmteoverdrachtsproces door gemakkelijkaaneenrijgen van de modulen te kunnen vergroten, verdient het de voor¬keur dat het raam vierkant is en dat de toe- en afvoeropeningen van deene kamer diagonaal tegenover de toe- en afvoeropening van de anderekamer is geplaatst.

De uitvinding betreft tevens een samenstel van modules volgens de uit¬vinding waarbij deze modules een kolom vormen en de afvoeropening vaneen moduulkamer aansluit op de toevoeropening van een kamer van eenvolgend moduul.

Het overdrachtsrendement kan verder worden verbeterd indien de vezelsvan op elkaar volgende modulen van de kolom onder een hoek van 90° tenopzichte van elkaar zijn opgesteld.

Een andere wijze van opschalen komt tot stand indien de modules ofmoduulkolommen bij zijvlakken met elkaar zijn verbonden.

Er kan dus in twee richtingen worden opgeschaald.

De uitvinding zal nu aan de hand van de figuren nader worden toegelicht.

Figuur 1 toont een perspectivisch aanzicht van een membraanmodule vol¬gens de uitvinding, waarbij een gedeelte weggebroken is gedacht.

Figuur 2 toont perspectivisch twee in een kolom van membraanmodules opelkaar aansluitende modules die voor de duidelijkheid uit elkaar zijngeplaatst.

Figuur 3 toont een perspectivisch aanzicht van een kolom van membraanmo¬dules volgens de uitvinding.

Figuur 4 toont schematisch een bovenaanzicht van een groot aantalmodules of kolommen die bij zijvlakken op elkaar aansluiten.

De in figuur 1 weergegeven membraanmoduul is bestemd voor stofoverdrachtvan een tweede mediumstroom naar een eerste mediumstroom. Voorbeeldenzijn de overdracht van een uit gechloreerde afvalstof bestaande micro¬verontreiniging uit water (tweede mediumstroom) naar een alifatischekoolwaterstof (eerste mediumstroom) en de overdracht van SO2 uit lucht(tweede mediumstroom) naar een sulfietoplossing (eerste mediumstroom).

De moduul omvat een groot aantal evenwijdige holle membraanvezels 1 diemet hun einden afgedicht door tegenover elkaar geplaatste platen 2, 3steken en uitmonden in kamers 4 respectievelijk 5* Deze kamers vormenonderdeel van een vierkant raam 6 dat aan twee zijden open en aan vierzijden dicht is.

De kamer 4 heeft een toevoeropening 7 bij een hoekpunt van het raam 6 ende kamer 5 is van. een afvoeropening 8 voorzien die diagonaal tegenover de toevoeropening 7 is geplaatst.

Bij gebruik wordt een eerste mediumstroom via de opening 7 in de kamer4, vanaf deze kamer door de holle membraanvezels 1 naar de kamer 5 envanuit deze kamer 5 via de opening 8 naar een volgend moduul of eldersgevoerd. Een tweede mediumstroom heeft de richting van de pijlen infiguur 1 en staat dus dwars op de eerste mediumstroom in de membraan¬vezels. De twee dwars op elkaar staande mediumstromen staan via demembraanvezels in stofoverdracht met elkaar dat wil zeggen dat eencomponent van één van de stromen via de membranen in de andere stroomterecht komt.

Op de in figuur 2 en 3 getekende wijze kunnen de membraanmodules tot eenkolom worden aaneengeregen, waarbij twee opéénvolgende modules steedsover 90° ten opzichte van elkaar zijn gedraaid. Een afvoeropening 8staat in de kolom steeds tegenover een toevoeropening 7 van een volgendmoduul. De door de membranen te voeren mediumstroom passeert bij deopstelling volgens figuur 3 achtereenvolgens de openingen 7a, 8a, 7b,8b, 7c, 8c, 7d, 8d, 7e, 8e en 8f.

De schematische figuur 4 toont hoe modules c.q. moduulkolommen in zijde¬lingse richting aan elkaar kunnen worden geregen. De rondjes tonentoevoer- en afvoeropeningen 7, 8 waarbij met pijltjes de invoer, deovergang van het ene moduul of de ene kolom naar een andere moduul c.q.andere kolom en de uitvoer van de door de membranen gaande mediumstroomis aangegeven. De andere mediumstroom staat loodrecht op het vlak vanpapier. De openingen 7, 8 kunnen aan de voor- en achterzijde (zie fig. 2en 3) en/of aan de zijkanten van de modules zijn aangebracht. Bij ver¬binding van modules in een kolom wordt van openingen aan voor- en ach¬terzijde en bij zijdelings verbinden van modules van openingen aan dezijkanten gebruik gemaakt. Indien een moduul zowel opening aan de voor-en achterzijde als aan de zijkanten heeft, zal bij elke overgang 8-7steeds een paar openingen moeten worden afgeplugd.

In figuur 1 is een mogelijke zijkantopening 8 met stippellijn aangege¬ven.

In de beschreven modules kunnen holle membraanvezels of buisvormigemembranen worden toegepast die zijn ontwikkeld voor processen zoalsmicro- en ultrafiltratie, omgekeerde osmose, dialyse en gasscheiding, pervaporatie/damppermeatie. De modules kunnen ook voor deze processenworden gebruikt, doch bovenal zijn de modules geschikt voor gas/gasuit-wisselingsprocessen, gas/vloeistofabsorptieprocessen en vloeistof/vloei¬stof extractieprocessen. Opschaling kan ook worden bereikt door groteremodules toe te passen.

De beschreven moduul heeft de volgende voordelen: 1. De membranen worden zowel aan de binnen- als aan de buitenzijdeoptimaal aangestroomd.

2. De mediumstroom aan de buitenkant van de membraanvezels is optimaalverdeeld.

3. Door het samenvoegen van modules tot kolommen en het in zijdelingserichting samenvoegen van kolommen wordt op een gemakkelijke wijze eenschaalvergroting verkregen.

Opgemerkt wordt dat door van de beschreven moduul de ’ holle membraan¬vezels te vervangen door warmtegeleidende buizen, deze moduul vooroverdracht van warmte van een vloeistof- of gasstroom naar een anderevloeistof- of gasstroom kan worden gebruikt.

Binnen het kader van de uitvinding zijn verscheidene wijzigingen envarianten mogelijk.

Claims (6)

1. Overdrachtsmoduul voor het overdragen van stof en/of warmte van eenmediumstroom naar een andere mediums troom, omvattende een aantal hollemembraanvezels (1) of buizen die met hun einden afgedicht door tegenoverelkaar gelegen moduuldelen (2, 3) steken, welke vezels of buizen bestemdzijn om door één van de mediumstromen te worden doorstroomd, terwijl hetandere medium aan de buitenzijde van die vezels of buizen stroomt, methet kenmerk, dat de door één van de mediums tromen te doorstromen vezelsof buizen uitmonden in van een toe- of afvoeropening (7, 8) voorzienekamers (4, 5) die met de vezels of buizen binnen een door de anderemediumstroom dwars op de richting van de vezels of buizen te doorstromenraam (6) zijn aangebracht.

2. Moduul volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het raam (6) vier¬kant is.

3. Moduul volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de toe- of afvoer¬opening (7, 8) van de ene kamer diagonaal tegenover de toe-of afvoer¬opening (8 respectievelijk 7) van de andere kamer is geplaatst.

4. Samenstel voor modules volgens één van de voorgaande conclusies, methet kenmerk, dat de modules een kolom vormen, waarbij de afvoeropening(8) van een moduulkamer (5) aansluit op de toevoeropening (7) van eenkamer (4) van een volgend moduul.

5· Samenstel volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de vezels (1) vanop elkaar volgende modules van een kolom onder een hoek van 90° tenopzichte van elkaar zijn opgesteld.

6. Samenstel van modules volgens één van de conclusies 1-3 of van kolom¬men volgens één van de conclusies 4 of 5» met het kenmerk, dat de modu¬les of moduulkolommen bij zijvlakken met elkaar zijn verbonden.