SE428532B - Membranfilteranordning - Google Patents

Description

ëwßlälvß I förekommande plattapparater för ultrafiltrering är strömningskanalerna för koncentrat till sin utsträckning bundna till platt-ans form och storlek genom att koncentratströmxaingen antingen anordnas i väsentligen en rikt- ning från ett eller en rad inlopp i ena änden av membranytonma till ett eller en rad utlopp i membrrnens andra ände, elleri cirkulär-a platt- apparater i radiell riktning från centrum till periferi eller tvärtom.

Därmed är kanallängden direkt relaterad till plattelementens längd eller radie.

Eftersom organ för tätning och lägesfixering av plattelementen, in- och utloppsportar för koncentrat samt filtratutlopp kräver ett visst minimalt utrymme, innebär korta kanaler för konoentratströmningen dålig utnyttjning av tillgänglig elementyta. Omvänd gäller för långa kanaler - som alltså skulle medge bättre utnyttjning av tillgänglig membranyta - att man för- utom ovannämnda nackdel med tilltagande koncentrationspolarisering i strömningsriktzfingen även tämligen snart uppnår en praktisk övre gräns på. grund av stora trycfiall per längdenhet. Det är därför ingen tillfällig- het att *de på. marknaden förekommande UF-moduler av plattyp har kanal- längder som varierar mellan några decimeter och någon meter.

Vidare gäller för plattapparater med små. membranytor att man förutom större andel passiv membranyta även erhåller större tätningslängd per filtezcyta och därmed riskablare anläggning.

Enligt föreliggande uppfinning har åstadkommits en plattapparat där relationen mellan membranelementens storlek och strömningskanalernas 'längd kopplats isär och önskemålen om korta strömningskanaler, stora membranelement och liten tätning-slängd per membranyta förenats.

Fíembrezzfilteranordningen enligt uppfinningen, som innefattar en samman- hållen stapel av membranelementi och membranstöds- och avtätningsarrangemang så att strömningskanaler för koncentrat erhålls på membranelementens ena sida och filtratupptagrángsrum bildas på. membranelementens andra sida, in- och utloppsportar som kommunicerar med nämnda strömningskanaler för att bringa koncentratet att strömma längs membranelementen genom nämnda strömningskanaler, samt med nämnda filtratupptagxfingsrlnn kommuninerande filtratutlopp, kännetecknas främst av att såväl nämnda inloppsportar som 81061424-8 nämnda utloppsportar bildas av ett flertal tvärs genom stapeln och membran- elementen sig sträckande, mot filtratupptagrlingsrxnnmen avtätade passager, vilka är fördelade över väsentligen hela membranelementens arbetsyta så att varje icke randbelägen inloppsport omges av ett flertal, företrädesvis på samma avstånd från inloppsporten närbelägna utloppsportar och varje icke randbelägen utlcppsport omges av ett flertal, företrädesvis på samma avstånd från utloppsporten närbelägna inloppsportar, varigenom strömznings- kanalernas längd är oberoende av membranelementens storlek och geometri och är begränsad till strömningsavståndet mellan en inloppsport och nämnda :zärbelägxla utloppsportar.

I stället för att som i konventionella membranmoduler av plattyp lokalisera inlopp och utlopp i bestämda positioner relativt membranelementens geometri fördelas enligt uppfinningen en mångfald in- och utloppsöppningar enligt ett bestämt mönster som täcker hela membranytan. Enligt en föredragen ut- föringsfoim av uppfinningen är membranelementen parvis förenade till element- par runt nämnda öppningar för att bilda avtätade delpassager mot det filtratupptagningsnzm som elementparet innesluter. Förseglirngen av hålen genom membranen kan göras genom svetsning, limning eller med mekaniska tätningar. Elementparen är anordnade i stapeln med nämnda delpassager i de olika elementparen i flukt med varandra. för att bilda genomgående in- och utloppsportar. Genom stödstrwzkturer anordnade inuti filtratupp- 'tagningsrummen eller stödstrlzkturer anbringade mellan elementparen ut- formas strömningskanaler för koncentrat av lämplig form och kanalhöjd i fri kommunikation med nämnda in- och utloppsportar.

Uppfinningar: skall nu ytterligare belysas medelst några som exempel visade utföringsformer av densamma, varvid hänvisas till bifogade ritningsfigxirer, där fig. 1 visar i ett delsnitt parallellt med membranelementen genom en membranstapel enligt en utföringsform av uppfinningen, fig. 2 och 5 visar delsnitt tvärs genom membranelernenten i samma membranstapel som i fig. 1, fig. 4 visar i ett delsnitt parallellt med membranelementen en alternativ stödstmflcfltur till den i fig. 2 och 5 visade stödstrlzkturexl, fig. 5 visar en anslutningsplatta till de i fig. 1 - 4 visade membranstaplarna och fig. 6 visar i ett delsnitt parallellt med membranelementen genom en membranstapel enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen.

Fig. 'i - 5 visar en 'utföringssform av membranstapeln enligt uppfinningen s1o642t-8 med helt symmetriskt över membranytan fördelade runda inlopps- och utloppsportar. Inloppsportarna har betecknats med plustecken och utlopps- portarna med minustecken. Två membranelement '1, 2 är parvis förenade med varandra, runt en fingfald hål (+, -) upptagna enligt ett bestämt mönster genom membranen för att bilda delpassager 5, vilka är avtätade mot filtret- upptagningsrum 4 som är utbildade mellan membranen 1, 2 medelst en porös stödstrllktlm. Genom utbuktningar 5 i stödstnnkturen bildas stödpurflcter för enlig-going mellan tvâ successiva membranpar 1, 2 i områdena mellan in- och utloppsportama. Filtratupptagnimsrunnnen 4 står via den porösa stöd- strukhzren i förbindelse med filtratutloppsportar 6 anordnade i stapelns periferi. Filtratupptagziingsrummen 4 är vidare avtätade längs stapelns ytterkanter på godtyckligt, (ej visat) sätt, exempelvis genom att den porösa strukturen vid membranändarna ersätts av isoleringsmassa.

Mellan två. successiva membranyar 1, 2 är koncentratströmningskanaler 7 utbildade. Från varje icke randbelägen inloppsport (+) utbildas likformiga dylika strömningskanaler 7 i fyra. olika huvuariktningar mot fyra symme- triskt omgivande utloppsportar (-). Varje icke randbelägen utloppsport (-) har i sin tur fyra symmetriskt omgivande inloppsportar (+) för att från desamma emottaga koncentrat som strömmar från inloppsportama genom fyra likfomiga strzsmningskanaier 7.' sfiöapunrtem 5 är beiägna i centm av en kvadrat med två diagonala hörn i två närbelägna inloppsportar och två diagonala hörn i två närbelägna utloppsportar, dvs. i "delning-en" mellan koncentratflödena genom fyra. etrömningskanaler 7 med huvudströmningsrikt- ningar längs kvadrate sidor.

Såsom framgår av fig. 1 och 5, blir tillgänglig kanalbredd för varje strömningslrenal Y störst mitt mellan en :Lnloppsport (+) och en utloppe- port (-) och mindre nämnare portam. För att uppnå bästa flödesfördelning över hela tillgängliga kanalbredden, har, såsom framgår av fig. 3, ström- ningskermlerna 7 utformats med större kanallzöjd i de i anslutning till in- och utloppsporten belägna delarna och med lägre kanalhöjd i den mellan- liggande delen av strömningskamlen. I fig. 3 är skalan i höj driktningen väsentligt överdriven. Strömningskanalernas 7 höjd är i verkligheten av storleksordningen. 0,02 - 0,20 mm och tjockleken av varje membr-anpar 1, 2 är av storleksordningen 0,5 - 2 mm. i Arean hos in- och utloppsportazna djmensioneras så att huvuddelen av 81Û61+21+~8 tryckfallet mellan anordningens inlopp och utlopp ligger över de mellan suocessiva membranpar 1, 2 utbildade strömzingskamlenza 7. Skulle för ett visst antal i stapeln ingående membranpar med en viss öppningsarea 'per total membranyta alltför stort strönmingotstånd erhållas i in- och utloppsportanza vid enkel matning från en ände av stapeln, kan anslut- ningsplattor för till- och avförsel av koncentrat anordnas i båda ändar av stapeln och även via inuti stapeln anordnade anslutningsplattor, som betjänar på ömse sidor av desamma befintliga delar av stapeln.

Pig. 4 visar ett alternativt sätt att anordna stödpunkter för membranen och säkerställa lämplig kanalhöjd för strömningskanalerrza 7. En nätstrlzlctw 8, 9 är anordnad mellan varje membranpar 1, 2. Genom att nättrådar 8 är lokaliserade läzags en rad utloppsportar (-) och däremot vinkelräta nät- trådar 9 lälgs en rad inloppsportar (+), erhålls minimal störning av kon- centratströmningen i strömningskazmlemza 7.

I fig. 5 visas en anslutningsplatta. 10 som är utformad för flödesanslutning i ena änden av en membranstapel enligt fig. 1 - 5. En serie parallella rännor 11 är lokaliserade så att de sammanfaller med parallella rader av utlcppsportar För tätning mot det första membranparet 1, 2 kan en plan mellanplatta (ej visad) med genomgående hål i flukt med in- och utlopps- portarna anbringas mellan det yttersta membranet och anslutningsplattan 10.

Rännorrza 11 nryïmar vid två kanter av plattan 10 i djupare rännor 12, vilka står i förbindelse med ett koncentratinlopp 13. På samma sätt står ut- loppsportarwza (-) via den hålförsedda mellanplattan (ej visad) i förbindelse med en andra serie parallella :rännor 14, vilka i sin tür via djupare rännor 15 längs plattans 10 övriga två sidor står i förbindelse med ett koncen- " tratutlopp 16. Ytterligare en ränna 17 är anordnad i plattans 10 ena kant för att via nämnda mellanplatta förbinda filtratutloppsportarrlab med ett filtratutlopp 18.

Anslutringsplattan 10 och nämnda hålförsedda plana mellanplatta kan själv- fallet förenas i en platta med hål i flukt med in- och utloppsportarna genom stapeln. En anslutningsplatta eller plattkombixzation som skall place- ras inuti stapeln för att betjäna på ömse sidor av densamma belägna stapel- delar, kan via hål myñnande på båda. sidor om plattan i flukt med in- och. utloppsportanxa förbinda inuti plattan anordnade kanalsystem, vilka i sin tur står i förbindelse med in- och utlopp för koncentrat. d106ë21§~8 Fig. 6 visar ytterligare en utföringsform av uppfinningen. Varje membran- eleznent är försett med ett flertal längsträckta, sins emellan parallella öppningar 20, 21, varvid varannan öppning 20 bildar inloppsportar och varannan öppning 21 bildar utloppsportar för fördelning av koncentrat från en icke r-andbelägen :ínloppsport i väsentligen två motsatta riktningar till två omgivande utloppsportar 21. Mellan en inloppsport 20 och en utlopps- port 21 utbildas koncentratströmzi@kanaler 22, i vilka är anordnade stödpuzxkter 23 med lämpliga mellanrum. Liksom i tidigare beskriven ut- föringsfom förenas membranen lämpligen parvis runt nämnda öppningar 20, 21 för att mellan sig bilda mot nämnda strömningskanaler avtätade fslltrat- upptagrzingsnzm som står i förbindelse med filtratutloppsportar 24 i stapelns periferi. Utan någon större förändring av strömningsbilden kan de lång- sträckta in- och utloppsportarna. ersättas av rader av företrädesvis .runda öppningar genom membranen, vilka öppningar är belägna på väsentligt kortare avstånd från varandra än avstånden mellan närbelägna rader. lämplig anslut- ningsplatta är i enlighet med tidigare utföringsforzn en platta med två serier parallella rännor, varannan i kommunikation med inloppsportaina och varannan i kombination med utloppsportarna.

Av ovanstående som exempel visade utföringsformer och bifogade patent- krav torde inses, att en mångfald av olika mönster av in- och utloppe- portar kan utformas inom uppfinningens ram. Det gemensamma för alla dessa tänkbara mönster är att en viss bestämd strömningsbild i form av koncen- tratströmíng mellan tvâ membranelement från en inloppsport till ett fler- tal omgivande utloppsportar kan identifieras inom en liten del av den 'totala membranytan och att denna strömningsbild upprepas ett flertal gêånger längs membranytans övriga delar, varigenom koncentratströmings- kanaler av önskad kort längd erhålls helt oberoende av membranelementens storlek och form.

Claims (10)

8106424-8 Pat entkrav

1. Membranfilteranordxfing som innefattar en mellan två motstående gavel- element sannnanluållen stapel av membranelement (1, 2) och så anordnade mem- branstöds- och avtätringsarrazxgemang att strömningskanaler (7) för ofiltre- rat fluidum erhålls på membranelementens ena sida och filtratupptagniingsrlzm (4) bildas på membranelementens andra sida, in- och utloppsportar som kommunicerar med nämnda strömningskanaler (7) för att bringa nämnda fluidum att strönmia längs membranelementen (1, 2) genom nämnda strönzningslcanaler (7), samt med nämnda filtratupptagningsnzm konnnunicerazfle filtratutlopp, k ä n n e t e c k n a d a v att såväl nämnda inloppsportar (+) som nämnda utloppsporta-r (-) bildas av ett flertal tvärs genom stapeln och membranelementen (1, 2) sig sträckande, mot filtratupptagrlingsrummen (4) avtätade passager, vilka är fördelade över väsentligen hela membranelemen- tens arbetsyta så att åtnlinstone varje icke randbelägen inloppsport (+) omges av ett flertal, företrädesvis på samma avstånd från inloppsporten närbelägna utloppsportar (-) och åtminstone varje icke randbelägen utloppe- port omges av ett flertal, företrädesvis på samma avstånd från utloppe- porten närbelägna inloppsportar, varigenom strömningskanaleznas längd är oberoende av membranelementens storlek och geometri och är 'begränsad till strönmingsatrståndet mellan en inloppsport (+) och nämnda närbelägna utl opp sportar (-) .

2. Membranfilteranordning enligt krav 1, k ä. n n e t e c k n a. d a v att ett flertal öppningar (+, -) är anordnade genom varje membranelement fördelade enligt ett visst mönster över väsentligen hela elementets ar- betsyta, att membranelementen (1, 2) parvis är förenade till elementpar runt nämnda öppningar (+, -) för att bilda mot filtratupptagningsrummen avtätade delpassager (å), vilka kommunicerar fritt med strömningskanalenxa (7) för ofiltrerat fiuiaum på båda sidor om nämnda elementpar (1, 2), samt att elementparen är sammanlållna i stapeln med nämnda delpassager (5) i de olika elementparen i flukt med varandra för att bilda nämnda passager genom stapeln.

3. 5.. Membranfilteranordzaing er-.ligt krav 2, k ä. n n e t e c k n a. d a v att membranelementen 1, 2) för att bilda delpassager (3) är fast förenade med varandra .rlmt nämnda öppningar (+, -) genom svetsning eller limuing. 819642121-8

4. Membranfilteranordning enligt något av föregående krav, k ä. n n e - t e c k n a d a v att nämnda in- och utloppsportar (+, -) är fördelade över membranelementens yta för fördelning av fluidm från en inloppsport (+) i väsentligen fyra olika huvudriktningar till fyra omgivande utloppsportar (-) och för avförsel genom en utloppsport (-) av fluidwn från fyra om- givande inloppsportar (+).

5. I-Iembranfilteranordning enligt krav 4, k ä. n n e t e c k n a d a v att en strömningskanal (7) för ofiltrerat fluidum, som är utbildad mellan _ två intilliggande membranelement från en inloppsport (+) till en av nämnda omgivande utloppsportar (-), är utformad med större kanalhöjd i de i anslutning till in- och utloppsporten belägna delama av strömningskanalen een nei' lägre kenelnöja i ien mellanliggande delen ev eii-zsmningekeiielen (7).

6. Membranfilteranordning enligt något av kraven 1-5, k ä. n n e t e c k - n a d a. v att passager (20, 21) är anordnade i ett flertal, väsent- ligen på. samma avstånd från varandra förlöpande och över membranelementens ' yta. fördelade rader, varvid varje enskild rad innehåller antingen en lång- stläckt port eller flera portar av samma slag på väsentligt kortare avstånd från varandra. än avståndet mellan två. av nämnda. rader, så. att en icke rand- belägen rad med inloppsyortßar) (20) omges av två. rader med utloppsportar (21) för fördelning ev fluiiun till aeeee utleppepnnier i väsentligen två motsatta riktningar, och så att en icke randbelägen rad med utloppeporfl-ar) (21) omges av två rader inloppsportar (20) för att därifrån mottaga fluidum från väsentligen två. motsatta riktningar.

7. Membranfilteranordning enligt något av föregående krav, k ä. n n. e - t e c k n a d. a. v att intilliggande membranelement, mellan vilka nämde. etrömiingekeileler ar nibilaeae, enliggei- direkt moi venenare i ewa- punkter (5, 23), vilka bildas av utbuktningar hos stödstzmlktlzrer anordnade mellan två. membranelement, vilka mellan sig avgränsar nämnda filtrat- uPP-taeniflasm (4)«

8. Membranfilteranordning enligt något av kraven 1-6, k ä. n n e t e c k - n e. a e v en efaanäielement (e, 9) är eneraneae mellan två. intilliggande .membranelement, mellan vilka nämnda strömningskanaler (7) är utbildade. 810642¿v8

9. Membranfilteranordzning enligt något av kraven 1-5, k ä n n e t e c k - n a. d a. v att stapeln innefattar åtxninstone en anslutningsplatta (10) som är försedd med ett antal väsentligen parallellt förlöpande kanaler (11, 14), av vilka varannan kanal (11) ingår i ett sytem av fördelningskaazaler som parallellt förbinder en grupp irlloppsportar (+) med inlopp (15) för nämnda fluídum och varannan kanal (14) ingår i ett system av samlingskanaler som parallellt förbinder en grupp utloppsportar (-) med utlopp (16) för nämnda fluidum, varvidvarje kanal via öppningar i flukt med nämnda passager förenar ett antal längs kanalen i rad belägna in- eller utloppsportar.

10. Membranfilteranordning enligt något av föregående krav, k ä. n n e - t e c k n a d a. v att åtminstone en anslutningsplatta är anordnad inuti stapeln för att via anslutningsöppningaæ på anslutningsplattans båda. sidor betjäna två olika, på ömse sidor av anslutningsplattan befintliga delar av stapeln.