DE102023101425A1 - Membrane device with controllable flow control and corresponding process - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Membranvorrichtung mit beeinflussbarer Strömungsführung, mit einer Membraneinheit, welche eine semipermeable Membran sowie zumindest eine erste und zumindest eine zweite durch die semipermeable Membran voneinander separierte durchströmbare Kammern aufweist, wobei zumindest einer der ersten und/oder zweiten Kammer eine Leitungsanordnung zugeordnet ist, welche einen Eingang zum Speisen der jeweiligen Kammer mit einem Prozessfluid und einen Ausgang zum Abführen des Prozessfluids aus der jeweiligen Kammer aufweist, wobei die Leitungsanordnung eine Ventilgruppe aufweist, welche zum Einnehmen einer ersten Ventilschaltung eingerichtet ist, in welcher das Prozessfluid an einer ersten Seite der ersten oder der zweiten Kammer in die Membraneinheit eingeleitet wird, und zum Einnehmen einer zweiten Ventilschaltung eingerichtet ist, in welcher das Prozessfluid an einer von der ersten Seite abweichenden zweiten Seite der ersten oder der zweiten Kammer in die Membraneinheit eingeleitet wird. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren,The invention relates to a membrane device with controllable flow guidance, with a membrane unit which has a semipermeable membrane and at least one first and at least one second flow-through chambers separated from one another by the semipermeable membrane, wherein at least one of the first and/or second chambers is assigned a line arrangement which has an inlet for feeding the respective chamber with a process fluid and an outlet for discharging the process fluid from the respective chamber, wherein the line arrangement has a valve group which is set up to take up a first valve circuit in which the process fluid is introduced into the membrane unit on a first side of the first or second chamber, and is set up to take up a second valve circuit in which the process fluid is introduced into the membrane unit on a second side of the first or second chamber which differs from the first side. The invention further relates to a corresponding method,
Description
Die Erfindung geht aus von einer Membranvorrichtung mit zumindest einer Membraneinheit, welche eine semipermeable Membran sowie zumindest eine erste und zumindest eine zweite durch die Membran voneinander separierte durchströmbare Kammern aufweist, wobei zumindest einer der ersten und/oder zweiten Kammer eine Leitungsanordnung zugeordnet ist, welche einen Eingang zum Speisen der jeweiligen Kammer mit einem Prozessfluid und einen Ausgang zum Abführen des Prozessfluids aus der jeweiligen Kammer aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Verfahren.The invention is based on a membrane device with at least one membrane unit, which has a semipermeable membrane and at least one first and at least one second flow-through chambers separated from one another by the membrane, wherein at least one of the first and/or second chambers is assigned a line arrangement which has an inlet for feeding the respective chamber with a process fluid and an outlet for discharging the process fluid from the respective chamber. The invention further relates to a corresponding method.
Unter Membranverfahren versteht man Vorwärtsosmose, Umkehrosmose und deren Zwischenformen wie druck-retardierte Vorwärtsosmose oder osmotisch unterstützte Umkehrosmose, deren Triebkraft durch einen osmotisch-hydraulischen Druckgradienten erzeugt wird, Mikrofiltration, Ultrafiltration und Nanofiltration, deren treibendes Potential durch eine Druckdifferenz erzeugt wird, Pervoperation, Dampfpermeation und Gaspermeation, deren Triebkraft durch eine Partialdruckdifferenz erzeugt wird, Dialyse, Elektrodialyse oder bipolare Elektrodialyse, deren Triebkraft durch eine elektrische Potenzialdifferenz erzeugt wird und Dialyse und Diffusionsdialyse, deren Triebkraft durch eine Konzentrationsdifferenz erzeugt wird.Membrane processes include forward osmosis, reverse osmosis and their intermediate forms such as pressure-retarded forward osmosis or osmotically assisted reverse osmosis, whose driving force is generated by an osmotic-hydraulic pressure gradient, microfiltration, ultrafiltration and nanofiltration, whose driving potential is generated by a pressure difference, perfusion, vapor permeation and gas permeation, whose driving force is generated by a partial pressure difference, dialysis, electrodialysis or bipolar electrodialysis, whose driving force is generated by an electrical potential difference and dialysis and diffusion dialysis, whose driving force is generated by a concentration difference.
Ferner versteht man unter Membranverfahren sämtliche Verfahren, bei denen zwei Fluide mittels einer Membran in Kontakt gebracht werden.Furthermore, membrane processes include all processes in which two fluids are brought into contact by means of a membrane.
Insbesondere löst die vorliegende Erfindung ein Problem der Vorwärtsosmose. Die Vorwärtsosmose ist ein Verfahren, dass mithilfe einer hochosmotischen Zuglösung beispielsweise Wasser aus einem weiteren Stoffstrom, dem Feed, entziehen kann, wodurch dieser entwässert und aufkonzentriert wird. Das Verfahren der Vorwärtsosmose gilt als vielversprechend und befindet sich zurzeit am Ende der Entwicklungsphase. Derzeit arbeiten viele Forscher und Entwickler daran, das Verfahren der Vorwärtsosmose in die Anwendungsphase zu bringen, damit es in der Industrie kommerziell genutzt werden kann.In particular, the present invention solves a problem of forward osmosis. Forward osmosis is a process that can extract water from another material stream, the feed, using a highly osmotic draw solution, thereby dewatering and concentrating it. The forward osmosis process is considered promising and is currently at the end of the development phase. Many researchers and developers are currently working on bringing the forward osmosis process into the application phase so that it can be used commercially in industry.
Ein bestehendes Problem der Vorwärtsosmose und von Membranverfahren allgemein, ist es, dass die Membran während des Betriebs kontinuierlich mit Fouling-Verursachern, die in den Prozesslösungen enthalten sind, in Kontakt steht. Diese lagern sich an und in der Membran an und führen zu internen und externen Fouling. Besonders der anfängliche Bereich einer Membranstecke in einem Modul ist von Fouling betroffen, wohingegen der Endbereich der Membran von Scaling betroffen ist. Weiterhin können Feststoffe, die in den Prozesslösungen enthalten sind, am Membraneingang, insbesondere an der Stirnfläche von Hohlfasermembranen, die zum jetzigen Zeitpunkt die marktüblichen Membranen der Vorwärtsosmose darstellen, eine Deckschicht bilden, wodurch die nachfolgenden Kapillaren nicht mehr durchströmt und somit technisch unwirksam werden. Das Fouling sowie die Deckschichtbildung führen dazu, dass die Leistung der Membran stetig sinkt und die Standzeit somit reduziert wird.An existing problem with forward osmosis and membrane processes in general is that the membrane is in continuous contact with fouling agents contained in the process solutions during operation. These accumulate on and in the membrane and lead to internal and external fouling. The initial area of a membrane section in a module is particularly affected by fouling, whereas the end area of the membrane is affected by scaling. Furthermore, solids contained in the process solutions can form a covering layer at the membrane inlet, particularly on the front surface of hollow fiber membranes, which are currently the standard forward osmosis membranes on the market, which means that the subsequent capillaries are no longer flowed through and are therefore technically ineffective. The fouling and the formation of a covering layer lead to a steady decline in the performance of the membrane and thus a reduction in its service life.
Es ist bekannt, dass wiederkehrende Reinigungsroutinen einen Teil der Membranleistung wieder herstellen können. Durch den Einsatz von Chemikalien kann das reversible Fouling und die Deckschicht von der Membran entfernt werden. Eine weitere Methode ist das Spülen bei hohen Überströmgeschwindigkeiten, sodass die auftretenden mechanischen Kräfte die externe Foulingschichten abtragen. Diese Reinigungsroutinen erfordern ein Aussetzen des Produktionsbetriebes, wodurch die Anlagenverfügbarkeit und somit die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erheblich reduziert wird.It is known that recurring cleaning routines can restore some of the membrane performance. The use of chemicals can remove the reversible fouling and the covering layer from the membrane. Another method is flushing at high overflow velocities so that the mechanical forces that occur remove the external fouling layers. These cleaning routines require a suspension of production, which significantly reduces plant availability and thus the economic efficiency of the process.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren bereitzustellen, bei der die Membran einer Membranvorrichtung während des Produktionsbetriebes gereinigt werden kann, welche einen höheren Umweltschutz ermöglicht und geringerer Kosten bedarf.It is therefore the object of the present invention to provide a device or a method in which the membrane of a membrane device can be cleaned during production operation, which enables greater environmental protection and requires lower costs.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.The problem is solved with the features of the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the dependent claims.
Demgemäß ist vorgesehen, dass die Leitungsanordnung eine Ventilgruppe aufweist, welche zum Einnehmen einer ersten Ventilschaltung eingerichtet ist, in welcher das Prozessfluid an einer ersten Seite der ersten oder der zweiten Kammer in die Membraneinheit eingeleitet wird, und zum Einnehmen einer zweiten Ventilschaltung eingerichtet ist, in welcher das Prozessfluid an einer von der ersten Seite abweichenden zweiten Seite der ersten oder der zweiten Kammer in die Membraneinheit eingeleitet wird.Accordingly, it is provided that the line arrangement has a valve group which is designed to assume a first valve circuit in which the process fluid is introduced into the membrane unit on a first side of the first or second chamber, and is designed to assume a second valve circuit in which the process fluid is introduced into the membrane unit on a second side of the first or second chamber deviating from the first side.
Die Membraneinheit kann zumindest zwei Kammern aufweisen, welche jeweils zwei Seiten aufweisen, so dass die Membraneinheit beispielsweise vier Seiten aufweisen kann, an welchen ein Prozessfluid in die Membraneinheit einströmen oder aus dieser herausströmen kann. Die Ventilgruppe kann eine Mehrzahl Ventile umfassen. Das Einleiten des Prozessfluids an unterschiedlichen Seiten kann das Einleiten an unterschiedlichen Seiten derselben Kammer umfassen. Dadurch kann die Durchflussrichtung der jeweiligen Kammer verändert werden. Das Einleiten des Prozessfluids an unterschiedlichen Seiten kann ferner das Einleiten an unterschiedlichen Kammern umfassen. Dadurch ist es möglich, die Funktionen der Kammern zu vertauschen. Beispielsweise kann bei der ersten Ventilschaltung die erste Kammer zum Durchleiten des Feeds und die zweite Kammer zum Durchleiten der Zuglösung dienen, nach Umschalten in die zweite Ventilschaltung kann dann die erste Kammer zum Durchleiten der Zuglösung und die zweite Kammer zum Durchleiten des Feeds dienen. Es kann eine Mehrzahl Leitungsanordnungen mit jeweiliger Ventilgruppe vorgesehen sein. Dadurch können die vorbeschriebenen Funktionen auch kombiniert werden, so dass in jeder der Kammern unabhängig voneinander die Durchflussrichtung umgeschaltet werden kann und darüber hinaus die Kammern von unterschiedlichen Prozesslösungen angeströmt werden können. Es versteht sich, dass die Membraneinheit auch durch mehreren in Serie, parallel oder in Kombination daraus betriebenen Modulen bestehen kann, welche innerhalb einer Kaskade/Modulverschaltung miteinander verbunden werden, um die gewünschte Membranfläche zu erzeugen. Ferner versteht sich, dass die semipermeable Membran auch durch eine Hohlfasermembran, eine Spiralwickelmembran oder eine Plattenmembran etc. gebildet sein kann, welche aufgrund ihrer Bauform eine Vielzahl von Kammern aufweisen können.The membrane unit can have at least two chambers, each of which has two sides, so that the membrane unit can have, for example, four sides, on which a process fluid can flow into or out of the membrane unit. The valve group can comprise a plurality of valves. The introduction of the process fluid on different sides can comprise the introduction on different sides of the same chamber. This allows the flow direction of the respective chamber to be changed. The introduction of the process fluid on different sides can further include introduction into different chambers. This makes it possible to swap the functions of the chambers. For example, in the first valve circuit, the first chamber can be used to pass the feed and the second chamber to pass the draw solution; after switching to the second valve circuit, the first chamber can then be used to pass the draw solution and the second chamber to pass the feed. A plurality of line arrangements with respective valve groups can be provided. This means that the functions described above can also be combined, so that the flow direction can be switched independently in each of the chambers and, moreover, different process solutions can flow into the chambers. It is understood that the membrane unit can also consist of several modules operated in series, parallel or in a combination thereof, which are connected to one another within a cascade/module connection to produce the desired membrane area. Furthermore, it is understood that the semipermeable membrane can also be formed by a hollow fiber membrane, a spiral wound membrane or a plate membrane, etc., which can have a plurality of chambers due to their design.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, dass im Laufe des Betriebes die Strömungsrichtung der Prozessströme unmittelbar und ohne, das Pumpen heruntergefahren werden müssen, geändert werden kann. Die volle Produktionsleistung bleibt somit bestehen. Die abrupte Umkehrung der Strömungsrichtung bewirkt, dass die Deckschicht am Eingang das Membranbündels nun durch die Prozesslösung, die aus dem Lumen der Kapillaren entstammt, abgetragen wird. Weiterhin führt der ständige Impuls des Umschaltens dazu, dass das externes Fouling der Membran reduziert wird und sich zu dem nicht nur auf den Anfang der Membranstrecke beschränkt, sondern gleichermaßen auf Anfang und Ende aufteilt.The device according to the invention allows the flow direction of the process streams to be changed immediately during operation without having to shut down the pumps. The full production capacity is therefore maintained. The abrupt reversal of the flow direction means that the cover layer at the entrance to the membrane bundle is now removed by the process solution that comes from the lumen of the capillaries. Furthermore, the constant impulse of switching leads to the external fouling of the membrane being reduced and is not only limited to the beginning of the membrane section, but is equally distributed between the beginning and the end.
Ein Vorteil der Erfindung besteht ferner in der verlängerten Standzeit, also Nutzungsdauer der Membran, bevor diese durch eine neue Membran ausgetauscht werden muss.A further advantage of the invention is the extended service life, i.e. the service life of the membrane before it has to be replaced with a new membrane.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der verbesserte Umweltschutz, der sich zu einem durch den verringerten Membranverbrauch, als auch durch die Reduktion von Reinigungschemikalien ergibt. Die geringeren Materialkosten und die im Gegenzug dazu erhöhte Produktionszeit machen die Erfindung daher deutlich wirtschaftlicher.Another advantage of the invention is the improved environmental protection, which results from the reduced membrane consumption as well as the reduction in cleaning chemicals. The lower material costs and the conversely increased production time therefore make the invention significantly more economical.
Es kann vorgesehen sein, dass das Prozessfluid jeweils aus der der Einströmseite gegenüberliegenden Seite der jeweiligen Kammer aus der Membraneinheit herausströmt. Natürlich laufen über die semipermeable Membran während des Durchströmens die vorgesehenen Trennprozesse ab.It can be provided that the process fluid flows out of the membrane unit from the side of the respective chamber opposite the inflow side. Of course, the intended separation processes take place via the semi-permeable membrane as it flows through.
Es kann vorgesehen sein, das in der ersten Ventilschaltung die jeweilige Kammer in einer ersten Richtung durchströmt wird, und in der zweiten Ventilschaltung die jeweilige Kammer in einer zweiten, der ersten entgegengesetzten, Richtung durchströmt wird.It can be provided that in the first valve circuit the respective chamber is flowed through in a first direction, and in the second valve circuit the respective chamber is flowed through in a second direction, opposite to the first.
Ferner ist denkbar, dass die Ventilgruppe einen eingangs- bzw. ausgangsseitigen ersten Bereich der Leitungsanordnung, welcher eine konstante Durchflussrichtung aufweist, von einem Membraneinheit-seitigen zweiten Bereich der Leitungsanordnung separiert, welcher eine alternierende Durchflussrichtung aufweist.Furthermore, it is conceivable that the valve group separates a first region of the line arrangement on the inlet or outlet side, which has a constant flow direction, from a second region of the line arrangement on the membrane unit side, which has an alternating flow direction.
Der Eingang kann über ein erstes Ventil der Ventilgruppe mit der ersten Seite der Kammer und über ein zweites Ventil mit der zweiten Seite der Kammer fluidisch verbunden werden. Der Ausgang kann über ein drittes Ventil der Ventilgruppe mit der ersten Seite der Kammer und über viertes Ventil mit der zweiten Seite der Kammer fluidisch verbunden werden.The inlet can be fluidically connected to the first side of the chamber via a first valve of the valve group and to the second side of the chamber via a second valve. The outlet can be fluidically connected to the first side of the chamber via a third valve of the valve group and to the second side of the chamber via a fourth valve.
Es kann vorgesehen sein, dass in der ersten Ventilschaltung das erste und das vierte Ventil der ersten Ventilgruppe geöffnet und das zweite und das dritte Ventil der ersten Ventilgruppe geschlossen sind und wobei in der zweiten Ventilschaltung das zweite und das dritte Ventil der ersten Ventilgruppe geöffnet und das erste und vierte Ventil der ersten Ventilgruppe geschlossen sind.It can be provided that in the first valve circuit the first and the fourth valve of the first valve group are opened and the second and the third valve of the first valve group are closed, and wherein in the second valve circuit the second and the third valve of the first valve group are opened and the first and fourth valve of the first valve group are closed.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in der ersten Ventilschaltung ein erstes Prozessfluid durch die erste Kammer und ein zweites Prozessfluid durch die zweite Kammer geleitet werden, und in der zweiten Ventilschaltung das erste Prozessfluid durch die zweite Kammer und das zweite Prozessfluid durch die erste Kammer geleitet werden.Furthermore, it can be provided that in the first valve circuit a first process fluid is passed through the first chamber and a second process fluid is passed through the second chamber, and in the second valve circuit the first process fluid is passed through the second chamber and the second process fluid is passed through the first chamber.
Darüber hinaus ist denkbar, dass beide der Kammern zumindest einen Eingang und einen Ausgang aufweisen, wobei zumindest einer der ersten und/oder zweiten Kammer eine erste Leitungsanordnung mit einer ersten Ventilgruppe zugeordnet ist, bei welcher in der ersten Ventilschaltung die jeweilige Kammer in einer ersten Richtung durchströmt wird, und in der zweiten Ventilschaltung die jeweilige Kammer in einer zweiten, der ersten entgegengesetzten, Richtung durchströmt wird, und wobei der ersten und der zweiten Kammer eine zweite fluidisch mit den Eingängen und den Ausgängen verbundene Leitungsanordnung zugeordnet ist, welche eine zweite Ventilgruppe aufweist, bei welcher in der ersten Ventilschaltung die erste Kammer und in der zweiten Ventilschaltung die zweite Kammer durchströmt wird.Furthermore, it is conceivable that both of the chambers have at least one inlet and one outlet, wherein at least one of the first and/or second chambers is assigned a first line arrangement with a first valve group, in which in the first valve circuit the respective chamber is flowed through in a first direction, and in the second valve circuit the respective chamber is flowed through in a second direction opposite to the first, and wherein the first and the second chambers are assigned a second line arrangement which is fluidically connected to the inlets and the outlets and which has a second valve group, in which in the first valve valve circuit the flow passes through the first chamber and in the second valve circuit the flow passes through the second chamber.
Dabei kann das erste Prozessfluid durch einen ersten Eingang und das zweite Prozessfluid durch einen zweiten Eingang der zweiten Leitungsanordnung in die zweite Leitungsanordnung eingeleitet werden. Außerdem kann das erste Prozessfluid durch einen ersten Ausgang und das zweite Prozessfluid durch einen zweiten Ausgang der zweiten Leitungsanordnung aus der zweiten Leitungsanordnung abgeführt werden.The first process fluid can be introduced into the second line arrangement through a first inlet and the second process fluid through a second inlet of the second line arrangement. In addition, the first process fluid can be discharged from the second line arrangement through a first outlet and the second process fluid through a second outlet of the second line arrangement.
Ferner kann der erste Eingang über ein erstes Ventil der zweiten Ventilgruppe fluidisch mit der zweiten Kammer und der zweite Eingang über ein viertes Ventil der zweiten Ventilgruppe fluidisch mit der ersten Kammer verbunden werden. Außerdem kann der erste Eingang über ein zweites Ventil der zweiten Ventilgruppe fluidisch mit der ersten Kammer und der zweite Eingang über ein drittes Ventil der zweiten Ventilgruppe fluidisch mit der zweiten Kammer verbunden werden.Furthermore, the first inlet can be fluidically connected to the second chamber via a first valve of the second valve group and the second inlet can be fluidically connected to the first chamber via a fourth valve of the second valve group. In addition, the first inlet can be fluidically connected to the first chamber via a second valve of the second valve group and the second inlet can be fluidically connected to the second chamber via a third valve of the second valve group.
Darüber hinaus kann der erste Ausgang über ein sechstes Ventil der zweiten Ventilgruppe fluidisch mit der ersten Kammer und der zweite Ausgang über ein siebtes Ventil der zweiten Ventilgruppe fluidisch mit der zweiten Kammer verbunden werden. Außerdem kann der erste Ausgang über ein achtes Ventil der zweiten Ventilgruppe fluidisch mit der zweiten Kammer und der zweite Ausgang über ein fünftes Ventil der zweiten Ventilgruppe fluidisch mit der ersten Kammer verbunden werden.Furthermore, the first outlet can be fluidically connected to the first chamber via a sixth valve of the second valve group and the second outlet can be fluidically connected to the second chamber via a seventh valve of the second valve group. Furthermore, the first outlet can be fluidically connected to the second chamber via an eighth valve of the second valve group and the second outlet can be fluidically connected to the first chamber via a fifth valve of the second valve group.
Es ist denkbar, dass bei der ersten Ventilschaltung der zweiten Ventilgruppe das zweite Ventil und das dritte Ventil geöffnet und das erste Ventil und das vierte Ventil geschlossen sind. Ferner ist denkbar, dass in der zweiten Ventilschaltung der zweiten Ventilgruppe das erste Ventil und das vierte Ventil geöffnet und das zweite Ventil und das dritte Ventil geschlossen sind.It is conceivable that in the first valve circuit of the second valve group the second valve and the third valve are opened and the first valve and the fourth valve are closed. It is also conceivable that in the second valve circuit of the second valve group the first valve and the fourth valve are opened and the second valve and the third valve are closed.
Ferner kann in der ersten oder der zweiten Ventilschaltung der zweiten Ventilgruppe das sechste und das siebte Ventil geöffnet und das fünfte und das achte Ventil geschlossen sein. Alternativ können das sechste und das siebte Ventil geschlossen und das fünfte und das achte Ventil geöffnet sein.Furthermore, in the first or second valve circuit of the second valve group, the sixth and seventh valves may be opened and the fifth and eighth valves may be closed. Alternatively, the sixth and seventh valves may be closed and the fifth and eighth valves may be opened.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste Prozesslösung ein Feed und die zweite Prozesslösung eine Zuglösung ist. Dabei kann die Zuglösung aus der von dieser jeweils durchströmten Kammer als Permeat abgeführt und das Feed aus der von diesem jeweils durchströmten Kammer als Retentat abgeführt werden.In particular, it can be provided that the first process solution is a feed and the second process solution is a draw solution. The draw solution can be discharged from the chamber through which it flows as a permeate and the feed can be discharged from the chamber through which it flows as a retentate.
Ferner kann eine Ansteuereinrichtung zum Ansteuern der zumindest einen Ventilgruppe vorgesehen sein, welche jeweils zum, insbesondere gleichzeitigen, Schalten zwischen der ersten und der zweiten Ventilschaltung eingerichtet ist.Furthermore, a control device for controlling the at least one valve group can be provided, which is each set up for switching, in particular simultaneously, between the first and the second valve circuit.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Beeinflussen der Strömungsführung einer Membranvorrichtung, insbesondere zum Betreiben einer Membranvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend die Schritte:
- Einleiten eines ersten Prozessfluids in eine erste Seite zumindest einer ersten Kammer einer zwei durch eine semipermeable Membran separierte durchströmbare Kammern aufweisende Membraneinheit über eine erste Leitungsanordnung, wobei eine erste Ventilgruppe der ersten Leitungsanordnung zunächst eine erste Ventilschaltung aufweist;
- Introducing a first process fluid into a first side of at least a first chamber of a membrane unit having two flow-through chambers separated by a semipermeable membrane via a first line arrangement, wherein a first valve group of the first line arrangement initially has a first valve circuit;
Umschalten der ersten Ventilgruppe von der ersten Ventilschaltung in eine zweite Ventilschaltung, wodurch das erste Prozessfluid an einer von der ersten Seite abweichenden zweiten Seite der ersten oder zumindest einer zweiten der Kammern in die Membraneinheit eingeleitet wird;Switching the first valve group from the first valve circuit to a second valve circuit, whereby the first process fluid is introduced into the membrane unit at a second side of the first or at least a second of the chambers, which side differs from the first side;
Herausleiten des ersten Prozessfluids aus der der jeweiligen Einströmseite gegenüberliegenden Seite der jeweiligen Kammer der Membraneinheit über die erste Leitungsanordnung.Discharge of the first process fluid from the side of the respective chamber of the membrane unit opposite the respective inflow side via the first line arrangement.
Das Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen:
- Einleiten eines zweiten Prozessfluids in eine erste Seite der zweiten Kammer über eine zweite Leitungsanordnung, wobei eine zweite Ventilgruppe der zweiten Leitungsanordnung zunächst eine erste Ventilschaltung aufweist;
- Introducing a second process fluid into a first side of the second chamber via a second conduit arrangement, wherein a second valve group of the second conduit arrangement initially has a first valve circuit;
Umschalten der zweiten Ventilgruppe von der ersten Ventilschaltung in eine zweite Ventilschaltung, wodurch das zweite Prozessfluid an einer von der ersten Seite der zweiten Kammer abweichenden zweiten Seite der ersten oder der zweiten Kammer in die Membraneinheit eingeleitet wird.Switching the second valve group from the first valve circuit to a second valve circuit, whereby the second process fluid is introduced into the membrane unit at a second side of the first or second chamber deviating from the first side of the second chamber.
Ferner kann das Verfahren die Schritte aufweisen:
- Einleiten des ersten Prozessfluids in die erste Leitungsanordnung und des zweiten Prozessfluids in die zweite Leitungsanordnung über eine dritte Leitungsanordnung, wobei eine dritte Ventilgruppe der dritten Leitungsanordnung zunächst eine erste Ventilschaltung aufweist;
- Introducing the first process fluid into the first line arrangement and the second process fluid into the second line arrangement via a third line arrangement, wherein a third valve group of the third line arrangement initially has a first valve circuit;
Umschalten der dritten Ventilgruppe von der ersten Ventilschaltung in eine zweite Ventilschaltung, wodurch das erste Prozessfluid statt in die erste Kammer in die zweite Kammer eingeleitet wird, und das zweite Prozessfluid statt in die zweite Kammer in die erste Kammer eingeleitet wird.Switching the third valve group from the first valve circuit to a second valve circuit, whereby the first process fluid flows into the first chamber into the second chamber, and the second process fluid is introduced into the first chamber instead of the second chamber.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachstehenden Figuren erläutert. Dabei zeigt:
-
1 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung; -
2 ein Schaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; -
3 ein Schaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
-
1 a circuit diagram of a first embodiment of the invention; -
2 a circuit diagram of a second embodiment of the invention; -
3 a circuit diagram of a third embodiment of the invention.
Weiterhin besteht die Ausführungsform aus einer Zuglösung, das beispielsweise über den Eingang 73 der dritten Leitungsanordnung 70 in die dritte Ventilgruppe 80 der Membranvorrichtung 10 geleitet wird. Dort wird es durch Ventil 83 oder Ventil 84, wobei nur eines von beiden geöffnet ist, zur entsprechenden Seite der Membraneinheit geleitet, wodurch die Membranorientierung definiert wird. Dort wird es, je nach Membranorientierung, durch Ventil 41 oder Ventil 42, wobei nur eines von beiden geöffnet ist, oder durch Ventil 61 oder Ventil 62, wobei nur eines von beiden geöffnet ist, zum entsprechenden Eingang A, B, C, D der Membraneinheit 20 geführt. Die verdünnte Zuglösung wird nun, entsprechend der vorangegangen Ventilstellung und je nach Membranorientierung, zu Ventil 42 und Ventil 44 oder Ventil 43 und Ventil 41, beziehungsweise zu Ventil 63 und Ventil 61 oder Ventil 64 und Ventil 62 geleitet, wobei entsprechend der vorangegangen Ventilschaltung Ventil 43 oder Ventil 44 beziehungsweise Ventil 63 oder Ventil 64 geöffnet ist und die verdünnte Zuglösung je nach Membranorientierung durch Ventil 86 oder Ventil 88 über den Ausgang 72 ablaufen kann. Durch eine automatische Steuerung können nun zeitgleich die geschlossenen Ventile geöffnet und die offenen Ventile geschlossen werden, was eine Umkehrung der Strömungsrichtung der Zuglösung bewirkt. Zusätzlich zur Ausführung in
Durch die alternierenden Strömungsrichtung der Massenströme sowie die alternierenden Permeationsrichtungen kann die Produktionszeit und Anlagenverfügbarkeit des Prozesses signifikant erhöht werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit steigt.By alternating the flow direction of the mass flows as well as the alternating permeation directions, the production time and plant availability of the process can be significantly increased, thereby increasing the economic efficiency.
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the above description, in the drawings and in the claims may be essential for the realization of the invention both individually and in any combination.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 88th
- PermeatPermeate
- 1010
- MembranvorrichtungMembrane device
- 2020
- MembraneinheitMembrane unit
- 2121
- erste durchströmbare Kammerfirst flow-through chamber
- 2222
- zweite durchströmbare Kammersecond flow chamber
- 2323
- semipermeable Membransemipermeable membrane
- 3030
- erste Leitungsanordnungfirst line arrangement
- 3131
- erster Eingangfirst entrance
- 3232
- erster Ausgangfirst exit
- 4040
- erste Ventilgruppefirst valve group
- 4141
- erstes Ventilfirst valve
- 4242
- zweites Ventilsecond valve
- 4343
- drittes Ventilthird valve
- 4444
- viertes Ventilfourth valve
- 5050
- zweite Leitungsanordnungsecond line arrangement
- 5151
- zweiter Eingangsecond entrance
- 5252
- zweiter Ausgangsecond exit
- 6060
- zweite Ventilgruppesecond valve group
- 6161
- erstes Ventilfirst valve
- 6262
- zweites Ventilsecond valve
- 6363
- drittes Ventilthird valve
- 6464
- viertes Ventilfourth valve
- 7070
- dritte Leitungsanordnungthird line arrangement
- 7171
- dritter Eingangthird entrance
- 7272
- dritter Ausgangthird exit
- 7373
- vierter Eingangfourth entrance
- 7474
- vierter Ausgangfourth exit
- 8080
- dritte Ventilgruppethird valve group
- 8181
- erstes Ventilfirst valve
- 8282
- zweites Ventilsecond valve
- 8383
- drittes Ventilthird valve
- 8484
- viertes Ventilfourth valve
- 8585
- fünftes Ventilfifth valve
- 8686
- sechstes Ventilsixth valve
- 8787
- siebtes Ventilseventh valve
- 8888
- achtes Ventileighth valve
- AA
- erste Seitefirst page
- BB
- zweite Seitesecond page
- CC
- dritte Seitethird party
- DD
- vierte Seitefourth page
- FF
- FeedFeed
- ZZ
- ZuglösungTrain solution
Claims (20)
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---|---|---|---|
EP24151628.5A EP4400203A1 (en) | 2023-01-12 | 2024-01-12 | Membrane device with controllable flow guidance and corresponding method |
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---|---|---|---|
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DE102023100582 | 2023-01-12 |
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DE102023101425A1 true DE102023101425A1 (en) | 2024-07-18 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
US20080230476A1 (en) | 2003-12-07 | 2008-09-25 | Jack Gilron | Method and System for Increasing Recovery and Preventing Precipitation Fouling in Pressure-Driven Membrane Processes |
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WO2017155463A1 (en) | 2016-03-08 | 2017-09-14 | Nanyang Technological University | Self-cleaning osmosis process, apparatus and system |
-
2023
- 2023-01-20 DE DE102023101425.0A patent/DE102023101425A1/en active Pending
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