WO1998013129A1

WO1998013129A1 - Schlauchplattenmodul

Info

Publication number: WO1998013129A1
Application number: PCT/EP1997/005294
Authority: WO
Inventors: Richard Witzko
Original assignee: W.L. Gore & Associates Gmbh
Priority date: 1996-09-27
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1998-04-02
Also published as: EP0930932A1; NO991486L; NO991486D0; AU4624797A; DE19639964A1

Abstract

Ein beispielsweise zur Gastrennung dienendes, im Kreuzstrom betriebenes Schlauchmodul enthält einen Modulkörper (2) mit einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Membran-Schlauchplatten (100) parallel zu der Z-Y-Ebene eines rechtwinkligen Koordinatensystems. Die einzelnen Schläuche (102) der Schlauchplatten (100) werden von einem ersten Fluid in positiver oder negativer Z-Richtung durchströmt. Ein zweites Fluid strömt dazu im Kreuzstrom durch die Zwischenräume der Schlauchplatten (100) in Y-Richtung. Die einander abgewandten Enden der Schläuche bzw. Schlauchplatten (100) sind von Vergußmaterialplatten (20, 22) zusammengehalten. Mit diesem Schlauchplattenmodul werden die meisten Probleme von durchwegs durch einzelne Schläuche gebildeten, bekannten Schlauchmodulen bei der Herstellung der Module gelöst. Zudem ergibt sich eine gute Stabilität des Moduls.

Description

Schlauchplattenmodul

Die Erfindung betrifft ein Schlauchplattenmodul, insbesondere ein Mem- bran-Schläuche enthaltendes Schlauchplattenmodul zum Behandeln von

Fluidströmen.

Solche Module werden für unterschiedlichste Zwecke eingesetzt. Allgemein geht es um die Behandlung von einem Fluid, gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines zweiten Fluids. Jedes Fluid kann entweder gasförmig oder flüssig sein.

Der Begriff "Schlauch" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang einen schlauchförmigen Körper aus einer Membran. Im Falle von Schlauch- durchmessern im Bereich < ca. 2 mm kann ein solcher Körper auch als

"Hohlfaser" bezeichnet werden. Damit gehört das erfindungsgemäße Schlauch- bzw. Hohlfaserplattenmodul zu dem allgemeinen technischen Gebiet der Membrantrennung. Zu diesem technischen Gebiet gehören zum Beispiel die Ultrafiltration und die Umkehrosmose (vgl. "Membran- trenn verfahren; Ultrafiltration und Umkehrosmose" von R. Rautenbach und R. Albrecht, Otto Salle Verlag/Verlag Sauerländer, Kapitel 5, Modulkonstruktion und Modulcharakteristik, Seiteg. 109 bis 121).

Mit Hilfe eines Membranmoduls kann man zum Beispiel Meerwasser entsalzen. Ein weiteres Anwendungsgebiet der Membrantrennung ist die

Dialyse mit Hilfe von Schlauchmodulen. Ein solches Schlauchmodul besteht aus einem Bündel von mehr oder weniger exakt parallel zueinander verlaufenden Membran-Schläuchen, die an ihren beiden Enden vergossen und außerdem entseitig mit einem Fluideinlaß bzw. einem Fluidauslaß ausgestattet sind. Das Schlauchbündel befindet sich im Inneren eines zylindrischen Gehäuses, welches im Gegenstrom (bezüglich des durch die Schläuche strömenden Fluids) oder im Kreuzstrom von einem zweiten Fluid umspült wird.

Ein spezielles Anwendungsgebiet von Membranmoduln ist das Gebiet der Gasreinigung, insbesondere der Abgasreinigung. Zum Entfernen von beispielsweise CO₂ und H₂S aus Erdgas und Abgasen von fossile Brennstoffe verarbeitenden Kraftwerken sind Membrankontaktoren vorgeschlagen (GB-A-2 025 256 Shindo et al.), bei denen auf einer Seite einer Membran eine Absorberflüssigkeit in Bewegung gehalten wird, und auf der anderen Seite dieser Membran ein Gasgemisch vorbeigeleitet wird, welches eine oder mehrere aus dem Gemisch zu entfernende Gaskomponenten (CO₂; H₂S) enthält. Die mikroporöse Membran läßt diese polaren Gase durch, so daß es zu einer chemischen Reaktion zwischen der Absorberflüssigkeit und der aus dem Gasgemisch zu entfernenden Gaskomponente kommt.

In der genannten GB-A-2 025 256 ist eine Hohlfasermembrananordnung beschrieben, die aus Bündeln von Hohlfasermembranen besteht, die endseitig eingegossen sind, so daß sie von einer Absorberflüssigkeit durchströmt werden können, und die außerdem in einem Gehäuse angeordnet sind, so daß sie außenseitig von dem zu reinigenden Gas umspült werden. Die Herstellung der bekannten Hohlfasermembran-Modulen mit jeweils einem in einem Gehäuse eingefaßten Bündel von Hohlfasermembranen ist relativ schwierig, weil die Handhabung der Hohl- fasern bei der Fertigung umständlich ist. Aus dieser schwierigen Handhabung der einzelnen Hohlfasern resultiert aucFf der nur in gewissen Grenzen einstellbare Strömungswiderstand für das die Hohlfasern außenseitig umspülende Fluid. Da die einzelnen Hohlfasern eines Hohlfaserbündels nicht exakt parallel zueinander verlaufen, sondern eine gewisse Unordnung aufweisen, wobei ihre Zwischenabstände unregelmäßig sind, kann der Strömungswiderstand des Strömungswegs an den Außenflächen der Hohlfaser vorbei von Modul zu Modul sehr stark schwanken. Außerdem ist der oben erwähnte Strömungswiderstand nur sehr begrenzt verkleinerbar; denn die Schläuche lassen sich nicht ohne erheblichen Aufwand mit relativ großen Zwischenabständen in einem Modul anordnen.

Bei dem Versuch, die Handhabung der Hohlfasermembranen bei dem Bau von Membrankontaktoren zu vereinfachen, wurde unter anderem der Vorschlag gemacht, mehrere in einer Ebene parallel nebeneinander liegende Hohlfasern durch in gewissen Abständen quer zu den Fasern verlaufende Kettfäden zu vereinen (EP-A-0 345 983; Hiroyuki et al.).

Spezielle Verfahren zum Herstellen von Hohlfaserbündeln sind in der DE-C-30 49 246 (Ostertag) beschrieben.

Die WO 91/09668 (Ter Meulen) zeigt eine Anordnung aus Hohlfaseroder Schlauchmembranen in Modulform, wobei ein Reihen und Spalten aufweisendes Feld von gleich langen Schläuchen endseitig von Lochplatten gehalten wird, in denen die Enden der Schläuche sitzen. An diese endseitigen Platten schließt sich jeweils ein Hohlraum als Einlaß bzw. Auslaß für ein durch die Schläuche zu leitendes Fluid an. Die Schläuche besitzen voneinander einen beträchtlichen Abstand und werden im Kreuzstrom außenseitig von einem zweiten Fluid umströmt. Dieses Modul soll sich zur Mikro- und Ultrafiltration, zur Umkehrosmose, zur Dialyse und zur Gastrennung eignen. Allerdings ist in der WO 91/09668 nicht im einzelnen ausgeführt, wie die einzelnen Schläuche in ihrer

Anordnung aus Reihen und Spalten gehalten werdeTi.

Aus der EP-B-0 554 255 (Biller) läßt sich ein Modul zum Beaufschlagen von wässrigen Suspensionen von Mikroorganismen und gasförmigen Stoffen entnehmen, wozu das Modul etwa rechteckige, mit Abstand parallel zueinander aufgehängte Modultaschen aufweist, die mit der wässrigen Suspension befüllt werden. Das Gas wird dann durch die Zwischenräume dieser Membrantaschen geleitet. Das chargenweise Befüllen der Membrantaschen entspricht aber nicht der üblichen Förde- rung nach einer Einrichtung, die einen stationären Verfahrensablauf zuläßt, auch wenn sich gemäß der genannten EP' 255 die Membrantaschen im eingebauten Zustand befüllen lassen sollen.

Um die Herstellung von Schläuchen zu vereinfachen und die Handhabbarkeit von Schläuchen zu erleichtern, wurde von der Anmelderin vorgeschlagen (DE-A-44 12 756 (Witzko)), Schläuche aus zwei Flachbändern unter Zwischenschaltung von Formdrähten zu pressen, so daß an den Stellen der Formdrähte die Schläuche entstehen, die parallel zu- einander verlaufen und von denen jeweils zwei benachbarte Schläuche durch Überbrückungsstege verbunden sind. Diese Membran-Schlauchplatten haben sich in der Praxis bewährt, sowohl was ihre Herstellung als auch ihren Einsatz anbelangt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schlauchplattenmodul anzugeben, welches eine kontinuierliche Behandlung eines Fluids bei hohem Durchsatz ermöglicht, welches sich einfach herstellen läßt, welches einen stabilen Aufbau besitzt, und bei dem insbesondere der Strömungswiderstand für das Fluid auf vergleichsweise niedrige Werte eingestellt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfmdungsgemäß durch ein Schlauchplattenmodul, mit einem Modulkörper aus einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Membran-Schlauchplatten, die jeweils eine Mehr- zahl von mittels Stegen verbundenen Schläuchen aufweisen, wobei sich die Schläuche in Z-Richtung eines karthesiscb___ Koordinatensystems erstrecken und die Schlauchplatten sich jeweils etwa in einer Z-Y-Ebene zwischen einer ersten und einer zweiten Vergußmaterialplatte erstrecken, in denen erste bzw. zweite Enden der Schläuche der Schlauchplatten eingebettet sind, mit einem Einlaß für ein erstes Fluid auf der Außenseite der ersten Vergußmaterialplatte und einem Einlaß für ein zweites Fluid auf einer in die Y-Richtung weisenden Seite des Modulkörpers. Das erfindungsgemäße Schlauchplattenmodul kann Gebrauch machen von den oben beschriebenen, auf den Erfinder der vorliegenden Erfindung zurückgehenden zusammenhängenden Schlauch-Flachbändern, die hier als Schlauchplatten bezeichnet werden.

Wie die folgende Erläuterung der Erfindung noch zeigen wird, lassen sich die erfindungsgemäßen Module sehr einfach herstellen und handhaben, sie zeichnen sich durch einen besonders niedrigen Strömungswiderstand aus, was insbesondere bei großen Gasvolumen günstig ist, beispielsweise Abgasen von konventionellen Kraftwerken, die fossile

Brennstoffe verarbeiten. Bei solchen Kraftwerken fallen Abgase in der Größenordnung von 1,000.000 m³/Tag an. Die für die Abgasreinigung, insbesondere zur Befreiung von CO₂, eingesetzten Gasabsorptionsmodule müssen also einen möglichst geringen Strömungswiderstand aufweisen. Bei dem erfindungsgemäßen Modul ist dies insofern leicht möglich, als der Abstand zwischen den einzelnen Membran-Schlauchplatten mühelos auf passende Werte eingestellt werden kann. Dies ist viel einfacher als die geometrische Festlegung von einzelnen Schläuchen, und zwar nicht nur deshalb, weil in den Schlauchplatten bereits die Zwischenabstände der Schläuche durch die Verbindungsstege vorgegeben sind, sondern weil die einzelnen Schlauchplatten wesentlich stabiler und mithin leichter zu handhaben sind als eine Gruppe von einzelnen Schläuchen. Natürlich ist das Einsatzgebiet der hier beschriebenen, erfindungsgemäßen Modulen nicht auf die Abgasreinigung beschränkt.

Insbesondere ist das erfindungsgemäße Moduf für einen Kreuzstrom ausgelegt, wobei das erste Fluid die Schläuche durchströmt und das zweite Fluid in dazu senkrechter Richtung zwischen den Platten hindurchströmt. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung vor, daß auf der Außenseite der zweiten Vergußmaterialplatte ein Auslaß für das erste

Fluid vorgesehen ist, und daß jeweils beide Schlauchenden offen sind. Hierdurch läßt sich auf einfache Weise das erste Fluid durch das Innere der Schläuche leiten. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf der dem Einlaß für das zweite Fluid abgewandten Seite des Modulkörpers ein Auslaß für das zweite Fluid ausgebildet ist. Damit besitzt das erfindungsgemäße Modul sowohl für das erste Fluid als auch für das zweite Fluid jeweils einen Einlaß und einen Auslaß, so daß ein Kreuzstrom mit sehr geringem Strömungswiderstand für das zweite Fluid zwischen den beabstandeten Schlauchplatten hindurch möglich ist.

Um den Strömungswiderstand für das zweite, zwischen den Platten hindurchströmende Fluid exakt einzustellen, kann es nützlich sein, zwischen den Schlauchplatten Distanzglieder anzuordnen, die insbesondere in Y-Richtung verlaufen, also parallel zu dem Strom des zweiten Fluids.

Das erfindungsgemäße Modul läßt sich praktisch für sämtliche Zwecke auf dem Gebiet der Membrantrennung einsetzen, insbesondere dient es jedoch zur Abtrennung einer oder mehrerer Gaskomponenten aus einem Gasgemisch mit Hilfe einer Absorberflüssigkeit durch chemische Reaktion. Hierzu ist das erste Fluid das Absorberfluid, welches durch das Innere der Schläuche geleitet wird, und das zweite Fluid ist das

Gasgemisch, aus dem eine Gaskomponente wie zum Beispiel CO₂ abgetrennt werden soll. Diese Gaskomponente (COz) permeiert durch die Membran in Richtung des Inneren des einzelnen Schlauchs und verbindet sich dort chemisch mit der Absorberflüssigkeit.

Wie oben erläutert wurde, wird das erfindungsg'emäße Modul insbesondere für den Betrieb im Kreuzstrom der zwei Fluide eingesetzt, indem das erste Fluid durch das Innere der Schläuche und das zweite Fluid in dazu senkrechter Richtung zwischen den Schlauchplatten hindurchge- leitet wird. Es ist aber auch möglich, das eine Fluid an der einen Membranseite oder gar beide Fluide an den beiden Membranseiten anstehen zu lassen, was dennoch einen kontinuierlichen (stationären) Betrieb ermöglicht. Wenn zum Beispiel erfindungsgemäß die der Einlaßseite der Schläuche abgewandten Enden der Schläuche verschlossen sind, kann das Innere dieser Schläuche mit unter einem bestimmten Druck stehenden Gas beaufschlagt werden. Dieses im Inneren der Schläuche dann "anstehende" Gas kann dann durch die Schlauchmembran dringen (permeieren), um mit dem Fluid auf der Schlauchaußenseite zu reagieren. Wenn man eine Vielzahl von Schlauchplatten parallel zueinander mit

Abstand anordnet und die beiden Enden durch Vergußmaterialplatten stabilisiert, erhält man eine insgesamt stabile Anordnung. Bei sehr dünnen Membranen kann man die Stabilität des Moduls noch dadurch erhöhen, daß man vereinzelte Schläuche mit Stabilisierungsstäben ("Drähten") ausstattet, beispielsweise "Drähten" aus Metall, Kunststoff oder Glas, die in einzelne Schläuche eingeschoben werden. Zwar steht dann das Innere dieser Schläuche nicht mehr für den Durchstrom des Fluids zur Verfügung, allerdings erhält das Modul insgesamt eine äußerst stabile Anordnung, so daß es sich handhaben und weiterverarbei- ten läßt wie ein völlig biegesteifes Gebilde.

Die Membran kann aus durchgehend mikroporösem Material, beispielsweise mikroporösem PTFE, bestehen. Sie kann aber auch beispielsweise aus einem mikroporösen Trägermaterial mit einer dünnen, sogenannten "dichten Schicht" bestehen, wobei diese "dichte Schicht" semipermeabel für polare Gase ist.

Insbesondere besteht die Membran aus einem mikroporösen Träger und einer 0,5.... 5 μm dicken, semipermeablen Schicht.

Je nach Verwendung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Schlauchplatten einen Mittenabstand von 0,1 ... 10 mm (vorzugsweise von 0,5 ... 5 mm) aufweisen. In diesen Bereichen läßt sich der jeweils geforderte maximale Strömungswiderstand einstellen. Bei Abständen von weniger als 0, 1 mm wird der Strömungswiderstand für das zweite Fluid zu hoch, als daß das Modul in der Praxis tauglich wäre. Bei Abständen von mehrmals 10 mm zwischen jeweils zwei benachbarten Schlauchplatten arbeitet das Modul nicht mehr effizient, das heißt, das zweite Fluid tritt aus dem Modul wieder aus, bevor ein nennenswerter Anteil des Fluids mit der Oberfläche der Membran-Schlauchplatten in Berührung gelangt ist. Hierbei ist berücksichtigt, daß die Abmessungen eines hier in Rede stehenden Moduls von ca. 10 x 10 x 10 cm bis zu ca. 50 x 50 x 100 cm betragen.

Um den Strömungswiderstand niedrig zu halten und dennoch zu gewährleisten, daß das zweite Fluid möglichst viel und intensiv mit der Oberfläche der Membran-Schlauchplatten in Berührung gelangt, kann man die Schlauchplatten derart anordnen, daß jeweils die beiden benachbarten Schläuche einander benachbarter Schlauchplatten miteinander in X-Rich- tung fluchten, man kann die Platten aber auch derart in Y-Richtung versetzen, daß die Schläuche der einen Platte etwa mit der Mitte der benachbarten Schlauchplatte fluchten.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung eines Schlauchplattenmoduls der obengenannten Art als Gasabsorptionsmodul, wozu in die Schläuche eine Absorptionsflüssigkeit eingeleitet wird und die Zwischenräume der Schlauchplatten im Kreuzstrom von dem Gas durchströmt werden.

Die Erfindung schafft außerdem ein Verfahren zum Herstellen eines Schlauchplattenmoduls der oben angesprochenen Art. Das Verfahren enthält erfindungsgemäß folgende Schritte:

a) Es wird ein Stapel aus einer Anzahl von etwa gleichlangen

Schlauchplatten gebildet, wobei zwischen dfcn Schlauchplatten je ein Abstand eingestellt wird und die Schläuche sämtlich in eine Richtung (z.B. Z-Richtung) verlaufen;

b) die die Schlauchenden enthaltenden Seiten des Stapels werden in eine Vergußmasse (z.B. ein Harz) eingegossen; und c) zumindest an einem Ende des Stapels wird die zu einer Platte erhärtete Vergußmasse geschnitten, um die darin eingebetteten Schlauchenden zu öffnen.

Das Einstellen des Abstandes zwischen den benachbarten Schlauchplatten geschieht vorzugsweise mit Hilfe von Distanzleisten, die in den Stapel eingelegt werden, wobei die Stärke der Distanzleisten dem Abstand abzüglich des Außendurchmessers eines Schlauchs entspricht. Wesentlich erleichert wird die Stapelbildung und Einstellung der vor- bestimmten Abstände zwischen benachbarten Schlauchplatten dadurch, daß man in einzelne Schläuche Stabilisierungsstäbe einbringt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, perspektivische Darstellung eines Schlauchplattenmoduls mit angedeuteten Teilen des Gehäuses für den Modul;

Fig. 2 eine schematisierte, perspektivische Teilansicht eines Moduls gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3a eine schematische Draufsicht auf einen Teil eines erfindungsgemäßen Schlauchplattenmoduls entgegen der Z-Richtung;

Fig. 3b eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3a, wobei jedoch die Schläuche der Schlauchplatten miteinander fluchten, währerÄ sie gemäß Fig. 3a von Platte zu Platte um einen halben Schlauchabstand versetzt sind;

Fig. 4 einen teilweisen Stapel aus Schlauchplatten mit eingelegten Distanzleisten vor dem Vergießen der Enden des Stapels;

Fig. 5a eine perspektivische Ansicht eines Teils einer als Flachband ausgebildeten Schlauchanordnung aus dem Stand der Technik (DE-A-44 12 756); Fig. 5b eine stirnseitige Ansicht der Anordnung nach Fig. 5a; und

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines mit Gehäuse versehenen erfindungsgemäßen Schlauchplattenmodul^'s.

Bevor das erfindungsgemäße Schlauchplattenmodul und dessen Herstellungsverfahren erläutert werden, soll auf die Fig. 5a und 5b Bezug genommen werden, die eine bekannte, als Flachband ausgeführte Anordnung von Schläuchen darstellt, wie sie aus dem Stand der Technik be- kannt ist (DE-A-44 12 756).

Die in Fig. 5a teilweise dargestellte Anordnung wird im folgenden als "Membran-Schlauchplatte" oder einfach als "Schlauchplatte" 100 bezeichnet.

Die Schlauchplatte 100 wird hergestellt durch Zusammenpressen von zwei mikroporösen PTFE- Flachländern unter Zwischenschaltung von Formdrähten, so daß sich durch diesen kontinuierlichen Herstellungsprozeß eine durchgehende Schlauchplatte 100 ergibt, bei der an den Stellen der Formdrähte Schläuche 102 gebildet sind, die über flache

Verbindungsstege 104 miteinander verbunden sind. Die Kanäle 106 in den Schläuchen 102 haben gemäß Fig. 5b einen definierten Innendurchmesser di. Der Außendurchmesser de der einzelnen Schläuche 102 ist etwa um die Stegdicke t. größer als der Innendurchmesser di. Wie in Fig. 5b weiter zu erkennen ist, haben die jeweils benachbarten

Schläuche 102 einen Mittenabstand b. ^■

Diese bekannten Schlauchplatten wurden bislang in verschiedenster Weise eingesetzt und verarbeitet. Die vorliegende Erfindung schafft eine neue Verwendung für diese Schlauchplatten.

Wie oben erwähnt, werden die Schlauchplatten 100 durch Zusammenpressen von zwei porösen Flachbandmembranen gebildet. Wenn der Innenraum 106 eines Schlauchs 102 von einem ersten Fluid durchströmt wird und die Außenseite der Schlauchplatte 100 von einem zweiten Fluid umströmt wird, können polare Gasmoleküle durch das mikroporöse Material permeieren, so daß sich die Konzentration der permeierten Gaskomponente in dem einen Fluid verringert. Zum besseren Verständ- nis soll im folgenden vereinbart sein, daß das Innere 106 des Schlauchs

102 von einem "ersten Fluid" durchströmt wird, beispielsweise einer Flüssigkeit, während die beiden Außenflächen 108o und 108u der Schlauchplatte von einem "zweiten Fluid" umströmt werden, beispielsweise von einem Gasgemisch, aus dem eine Komponente abgetrennt werden soll.

Fig. 5a zeigt, daß bei einem solchen Ablauf die Membranflächen im Bereich der Stege 104 praktisch keinen Beitrag zu dem Trennvorgang leisten, sondern nur die Membranen im Bereich der Schläuche 102.

Fig. 1 zeigt auf der rechten Seite ein karthesisches Koordinatensystem mit den senkrecht aufeinander stehenden Achsen X, Y und Z. Hierauf soll im folgenden Bezug genommen werden.

Links in Fig. 1 ist ein Modulkörper 2 dargestellt. Der Modulkörper enthält eine Anordnung aus hier beispielsweise fünf parallel zueinander verlaufenden Schlauchplatten 100 der in Fig. 5a dargestellten Art. Die einzelnen Schlauchplatten mit den Schläuchen 102 und den jeweils zwei benachbarte Schläuche verbindenden Stegen 104 erstrecken sich in der Y-Z-Ebene bzw. in dazu parallelen Ebenen. Die Schlauchplatten sind gleich lang, ihre oberen und ihre unteren ESüen sind von Vergußmaterialplatten 20 bzw. 22 zusammengehalten, so daß sich ein qua- derförmiger Aufbau ergibt. Auf der Außenseite der oberen Vergußmaterialplatte 20 befindet sich ein nur angedeuteter Einlaßraum 4 für ein erstes Fluid, wobei das Fluid in negativer Z-Richtung durch die

Schläuche 102 gepumpt wird. Im übrigen ist es auch möglich, anstelle eines quaderförmigen Aufbaus z. B. einen im wesentlichen zylindrischen Aufbau des Modulkörpers vorzusehen.

Aus Fig. 1 ist ferner ersichtlich, daß auf der Außenseite, das heißt der

Unterseite der Vergußmaterialplatte 22 ein Auslaßraum 5 angedeutet ist, der hauptsächlich durch eine untere Gehäusewand 6 gebildet wird, die durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ist.

Auf der linken Seite in Fig. 1 ist eine parallel zu den Schlauchplatten verlaufende äußere Gehäusewand 8 angedeutet.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus der Anordnung nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung, wobei außerdem die Strömungsrichtungen für das erste und das zweite Fluid dargestellt sind.

Über den (in Fig. 1 gezeigten) Einlaßraum 4 auf der Oberseite der oberen Vergußmaterialplatte 20 wird ein erstes Fluid eingeleitet, was durch die Pfeile Li angedeutet ist. Beispielsweise kann es sich bei diesem Fluid um eine Absorberflüssigkeit für CO₂ handeln. Diese Absorberflüssigkeit durchströmt die einzelnen Schläuche 102 und tritt auf deren entgegengesetztem Ende aus, was durch den Pfeil Lo angedeutet ist.

In Y-Richtung wird durch den Modulkörper 2 ein Gasgemisch, beispielsweise ein Abgas eines Kraftwerks, geleitet, was äftf der Eintrittseite mit Gi und auf der Austrittseite mit Go angedeutet ist. Das Gasgemisch läuft durch die Zwischenräume der Schlauchplatten, so daß CO₂-Moleküle in Berührung mit der Membran der Schlauchplatten gelangen, teilweise diese Membran durchdringen und in Berührung mit der Absorberflüssigkeit gelangen, die in den Schläuchen 102 strömt. (In Fig. 2 sind die Wände der Schlauchplatten nur symbolisch durch einen einzigen Strich angedeutet) Die Fig. 3a und 3b zeigen eine Stirnansicht der Schlauchplatten bei einem erfindungsgemäßen Schlauchplattenmodul. In Fig. 3a ist eine Anordnung dargestellt, bei der die jeweils benachbarten Schlauchplatten derart gegeneinander versetzt sind, daß die Schläuche 102 gegeneinander um einen halben Schlauch-Mittenabstand (= b/2) versetzt sind. Der Mittenabstand benachbarter Schlauchplatten beträgt a. Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel ist dieser Mittenabstand auf 3 mm eingestellt. Je nach Einsatzgebiet kann der Mittenabstand a zwischen 0, 1 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 und 5 mm liegen.

Damit die gesamte Anordnung nach Fig. 1 und 2 eine ausreichende Stabilität erhält, sind in vereinzelte Schläuche Stabilisierungsstäbe 40 eingeschoben. Diese bestehen bei dieser Ausfuhrungsform aus Metalldrähten, sie können in abgewandelten Ausführungsformen jedoch auch aus Kunststoff oder Glas bestehen.

Bei der Anordnung nach Fig. 3b fluchten die benachbarten Schläuche 102 benachbarter Schlauchplatten 100 miteinander, so daß die Schläuche des gesamten Moduls eine Matrixanordnung mit regelmäßigen Reihen und Spalten bilden.

Zum Herstellen des in Fig. 1 dargestellten Schlauchplattenmoduls werden gemäß Fig. 4 mehrere Schlauchplatten 100 gleicher Länge und Breite gestapelt, wobei senkrecht zu den einzelnen Schläuchen 102 ver- laufende Distanzleisten 30 zwischengelegt werden. Die Dicke der

Leisten 30 entspricht dem Mittenabstand a* jeweils benachbarter Schlauchplatten abzüglich eines Außendurchmessers de eines Schlauchs (vgl. Fig. 5b) . In vereinzelte Schläuche werden als Stabilisierungstangen Metalldrähte 40 eingeschoben. Dieser Stapel wird dann mit der in Fig. 4 sichtbaren offenen Stirnfläche des Stapels und der in Fig. 4 nicht sichtbaren Stirnfläche des Stapels jeweils in ein Vergußharz eingetaucht. Das erhärtete Vergußharz bildet die in Fig. 1 dargestellten Vergußmaterialplatten 20 und 22. Diese Platten werden dann auf der Außenseite abge- schnitten, um die einander abgewandten Enden der Schläuche in den Schlauchplatten 100 freizulegen.

Der so erhaltene Modulkörper 2 ^"wird in einem Gehäuse angeordnet, welches schematisch in Fig. 6 dargestellt ist.

In Fig. 6 erkennt man einen Flüssigkeitsauslaß 10 und einen Gasauslaß 12 in den Gehäusewänden 6 bzw. 9 des Schlauchplattenmoduls. Der Flüssigkeitseinlaß bzw. der Gasauslaß befindet sich jeweils auf den diametral gegenüberliegenden Gehäusewandseiten des Moduls. Man erkennt, daß die Flüssigkeit (erstes Fluid) und das Gas (zweites Fluid) einen Kreuzst om bilden, wenn sie das Modul durchströmen.

Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel kann in unterschiedlicher Weise im Rahmen der Erfindung abgeändert werden. Beispielsweise braucht das e ste Fluid nicht die Schläuche zu durchströmen. Das untere Ende der Schläuche kann auch verschlossen sein, so daß das Fluid (zum Beispiel ein Gas) mit Druck in die Schläuche eingeleitet wird und an den Innenwänden der Schläuche ansteht. Das gleiche gilt im Prinzip auch für das zweite Fluid, welches in den Zwischenräumen zwischen den jeweils benachbarten Schlauchplatten "anstehen" kann, ohne daß es zu einer im wesentlichen gleichgerichteten, laminaren Strömung kommt.

Die gemäß Fig. 4 bei der Herstellung des Moduls eingelegten Distanz- leisten 30 können nach der Herstellung des Moduls entnommen werden, sie können aber auch in dem Schlauchplatten-SÖφel verbleiben und mit ihren jeweiligen Enden mit den Innenwänden eines Gehäuses verklebt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Schlauchplattenmodul, mit einem Modulkörper aus einer Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Membran-Schlauchplatten (100), die jeweils eine Mehrzahl von mittels Stegen (104) verbundenen

Schläuchen (102) aufweisen, wobei sich die Schläuche (102) in Z-Richtung eines karthesischen Koordinatensystems erstrecken und die Schlauchplatten (100) sich jeweils etwa in einer Z-Y-Ebene zwischen einer ersten und einer zweiten Vergußmaterialplatte (20, 22) erstrecken, in denen erste bzw. zweite Enden der Schläuche (102) der Schlauchplatten (100) eingebettet sind, mit einem Einlaß (4) für ein erstes Fluid (L) auf der Außenseite der ersten Vergußmaterialplatte (20), und mit einem Einlaß für ein zweites Fluid (G) auf einer in die Y-Richtung weisenden Seite des Modulkörpers (2).

2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der

Außenseite der zweiten Vergußmaterialplatte (22) ein Auslaß (6) für das erste Fluid (L) vorgesehen ist, und daß jeweils beide Schlauchenden offen sind.

3. Modul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der dem Einlaß für das zweite Fluid abgew idten Seite des Modulkörpers ein Auslaß (12) für das zweite Fluid ausgebildet ist.

4. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen den Schlauchplatten (100) Distanzglieder (30) befinden.

5. Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanz- glieder (30) in Y-Richtung verlaufende Leisten (30) sind.

6. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid eine Flüssigkeit und das zweite Fluid ein Gas ist.

7. Modul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die der Einlaßseite der Schläuche (102) abgewandten Enden verschlossen sind.

8. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einigen der Schläuche der Schlauchplatten (100) Stabilisierungsstäbe (40) aus Metall, Kunststoff oder Glas befinden.

9. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchplatten (100) aus einer ein- oder mehrlagigen Membran bestehen.

10. Modul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran einen mikroporösen Träger und eine 0,5 ... 5 μm dicke, semiper- meable Schicht aufweisen.

11. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeich- net, daß die Schlauchplatten (100) einen Mittenabstand (a) von 0, 1 ...

10 mm, vorzugsweise von 0,5 ... 5 mm aufweisen.

12. Modul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchplatten (100) derart angeordnet sind, daß die Schläuche (102) in benachbarten Schlauchplatten (100) in Y-Richtung gegeneinander versetzt sind, vorzugsweise um^inen halben Schlauch- Mittenabstand (b/2).

13. Verwendung eines Schlauchplattenmoduls nach einem der An- Sprüche 1 bis 12 als Gasabsorptionsmodul, wozu in die Schläuche (102) eine Absorptionsflüssigkeit eingeleitet wird und die Zwischenräume der Schlauchplatten im Kreuzstrom von dem Gas durchströmt werden.

14. Verfahren zum Herstellen eines Schlauchplattenmoduls (2) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) es wird ein Stapel aus einer Anzahl von etwa gleich langen Schlauchplatten (100) gebildet, wobei zwischen den Schlauchplatten je ein Abstand (a) eingestellt wird, um die Schläuche sämtlich in eine Richtung (z.B. Z-Richtung) verlaufen zu lassen;

b) die die Schlauchenden enthaltenden Seiten des Stapels werden in eine Vergußmasse, z.B. ein Harz, eingegossen; und

c) zumindest an einem Ende des Stapels wird die zu einer Platte (20, 22) erhärtete Vergußmasse geschnitten, um die darin eingebetteten Schlauchenden zu öffnen.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einstellen des Abstands (a) zwischen benachbarten Schlauchplatten (100) Distanzleisten (30) in den Stapel eingelegt werden, deren Stärke dem Abstand abzüglich des Außendurchmessers eines Schlauchs (102) ent- spricht.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß vor oder nach der Stapelung der Schlauchplatten (100) in einige der Schläuche (102) Stabilisierungsstäbe (40) eingebracht werden.