DE1940973C2 - Hohlfaden-Membranmodul und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

genannten Materialien. Akrylnitrilpolymere und auch bestimmte Zellulosederivate, wie gemischte Ätherester, können so abgeändert werden, daß sie entweder hydrophil oder hydrophob sind, je nachdem, welche Eigenschaft für den Hohlfaden-Membranmodui erwünscht ist

Alle genannten Materialien sowie andere geeignete durchlässige Hohlfaden bildende Materialien einschließlich Glas können in dem Hohlfaden-Membranmodul zum selektiven Abscheiden verschiedener Bestandteile eines fließfähigen Mediums verwendet werden.

Die fortlaufenden Hohlfaden werden im allgemeinen nach dem Schmelz-, Trocken- oder Naßspinnverfahren gesponnen, je nach den betreffenden hohlfädenbildenden Materialien. Die Spinndüse wird den gewünschten Abmessungen der Hohlfäden entsprechend ausgewählt. Die Spinndüse ist zu diesem Zweck mit einer kleinen ringförmigen Auslaßöffnung versehen, durch die das Hohlfadenmaterial hindurchgepreßt wird.

F i g. 1 zeigt eine Einrichtung zum Herstellen des se- !ektivdurchlässigen Hohlfader.-Membranmoduis, der dabei teilweise fertiggestellt gezeigt ist Ein Trinkern 15 mit einem einen Hohlraum 17 umschließenden Mantel 16 ist an einer tragenden Welle 18 befestigt Ein Hohlfaden 10, der aus einer nicht dargestellten Spinnmaschine ankommt oder von einer nicht dargestellten Spule abgewickelt wird, läuft um einen Fadenführer 11 herum, dann durch eine sich drehende Hohlwelle 12 und weiter um einen Fadenführer 13 herum, der den auf den Tragkern 15 aufzuwickelnden Hohlfaden führt Der Fadenführer 13 ist an einem Arm 14 angebracht, der an der drehbaren Hohlwelle 12 befestigt ist Die Höhe des Fadenführers 13 wird so eingestellt daß der Fadenführer 13 sich in einer Ebene und in einer kreisrunden Wicklungsbahn um einen Mittelpunkt dreht, der mit dem Mittelpunkt des Tragkerns 15 zusammenfällt Die Hohlwelle 12 wird durch nicht dargestellte Mittel in Umdrehung versetzt mit der Folge, daß der Arm 14 und der Fadenführer 13 sich um den Tragkern 15 herum dreht und den Hohlfaden 10 auf den Tragkern 15 aufwickelt

Zugleich wird der Tragkern 15 von der Welle 18 um deren Längsachse langsam gedreht, wie in F i g. 1 angedeutet ist. Die Drehachse der Welle 18 und des Tragkerns 15 verläuft durch die Mitte des Tragkerns und bildet mit der Wicklungsebene einen Winkel von weniger als 90". Während der Hohlfaden 10 aufgewickelt wird, führt die Welle 18 noch eine Schwingbewegung aus, wie in F i g. 1 angedeutet ist, wobei der Mittelpunkt der Schwingbewegung in der Mitte des Tragkerns 15 gelegen ist. Die Drehachse Uann eine Schwingung innerhalb eines Bogens von 5° bis ungefähr 85° in einer zweiten, auf der Wicklungsebene senkrecht stehenden Ebene bestreichen. Bei dieser kombinierten Schwing- und Drehbewegung der Welle 18 werden eine Reihe von einander überlappenden und sich überkreuzenden konzentrischen Schleifen mit einem gemeinsamen Mittelpunkt erzeugt, der mit dem Mittelpunkt des Tragkerns 15 zusammenfällt.

Die Schwingbewegung kann so verändert werden, daß die Fadenschleifen von einem an der Welle 18 gelegenen Bezirk aus über einen ungefähr 90° umfassenden Bezirk von der Längsachse der Welle aus und über Zwischenbezirke verteilt werden. Die auf diese Weise hergestellte Wicklung 21 der Fäden weist einen Hohlraum 19 nahe an der Welle sowie an der entgegengesetzten Stelle auf. Die Größe dieser Hohlräume kann durch die Schwingbewegung der Wr'le 18 bestimmt werden, mit der auch der Winkel bestimmt werden kann, mit dem die Hohlfaden sich überlappen.

Während des Aufwickeins oder danach kann ein harzhaltiger Rohrplattenabschnitt 20 hergestellt werden. Die Herstellung erfolgt vorzugsweise während des Aufwickelns, da hierbei eine bessere Benetzung der einzelnen Hohlfaden mit dem Harz und weniger Lufttaschen, Hohlräume usw. erhalten werden, die im ausgehärteten Harz zurückbleiben. Während des Aufwickeins kann das noch weiche Harz mittels geeigneter, nicht dargestellter Mittel auf den sich langsam drehenden Tragkern aufgetragen werden, wonach das Harz ausgehärtet wird und einen harten Rohrplattenabschnht bildet der in Form eines Ringes von der Außenseite des Tragkerns aus durch die Fadenlagen hindurch bis zu den am weitesten außen gelegenen Fadenwindungen verläuft, und der zusammen mit dem Tragkern eine ringförmige Abdichtung bildet Wenn gewünscht können auch mehrere Rohrplattenabschnitte mit unterschiedlichen Breiten hergestellt werden. Der Mantel des Tragkerns ist mit Perforationen 22 versehen, durch dk· Flüssigkeiten in den und sus dem Hohlraum s*»"^'"*»« irnpnen

F i g. 2 zeigt einen vergrößerten Querschnitt durch die Fadenwicklung 21, wobei der Hohlfaden 10 einen Wandabschnitt 23 und eine Öffnung 24 aufweist Der Einfachheit halber zeigen alle Figuren den Querschnitt der Fadenwicklung 21, wie er in F i g. 1 dargestellt ist. Die F i g. 2 zeigt jedoch eine genauere Darstellung des Querschnittes. Da die Mehrfachschichten der Hohlfäden sich abwechselnd überkreuzen, weisen die Hohlfäden im Grunde einen ellipsenförmigen Querschnitt auf. Zwecks Vereinfachung wurde jedoch ein kreisrunder Querschnitt bei der Darstellung gewählt.

F i g. 3 zeigt eine Durchlässigkeits-Trennvorrichtung 30, bei der der fertige Hohlfaden-Membranmodui 31 verwendet wird, der mit der Einrichtung nach F i g. 1 hergestellt worden ist. Eine Rohrplatte 32 wird durch Entfernen von Teilen des Rohrplattenabschnittes 20 in F i g. 1 hergestellt, wobei ein endloser Schlitz 33 erzeugt wird, der um den Tragkern 15 herum verläuft und sich zur Außenseite der Rohrplatte 32 erstreckt und wobei Fadenenden freigelegt werden, deren öffnungen mit dem Inneren der Hohlfaden in Verbindung stehen. In den Schlitz 32 ist ein poröses Abstandsglied 34 eingesetzt, das von einem Abdeckglied 35 an der Gebrauchsstelle festgehalten wird. Das Abdeckglieci 35 bild*_-t mit dem Schlitz 33 einen flüssigkeitsdichten Kanal zwischen den Rohrplatten 32.

Das Abdeckglied 35 ist ferner flüssigkeitsdicht mit einem Gehäuse 36 verbunden, das den Hohlfaden-Membranmodul 31 umschließt Das Abdeckglied 35 trägt den Hohlfaden-fviembranmodul 31 mechanisch im Gehäuse 36.

In die. in F i g. 3 dargestellte Durchlässigkeits-Trennvorrichtung 30 wird eine Flüssigkeit durch einen Einlaß 37 ein- und aus einem Auslaß 38 abgelassen. Das Abdeckglied 35 verhindert eine Strömung d3r Flüssigkeit um den Hohlfaden-Membranmodui 31 herum, so daß die Flüssigkeit durch die Fadenwicklung und durch die Perforationen 22 in Jen Hohlraum 17 des Tragkerns 15 und dann nach außen durch die an der anderen Seite der Rohrplatte 32 gelegenen Fadenwicklung und durch den Auslaß 38 strömt.

Die Flüssigkeiten, die bis zum Inneren der Hohlfaden vordringen, strömen zum Schlitz 33 und zu einem Produktauslaß 39. Das Gehäuse 36 kann widerstandsfest gegen hohe innere Drücke ausgestaltet werden.

Die Durchlässigkeits-Trennvorrichtung 30 gemäß F i g. 3 kann zum Enthärten von Wasser durch Umkehr-

osmose benutzt werden. Es wird ein Abscheider aus einer azetylierten Zellulosefaser — durchschnittlicher Grad der Azetylierung 2,5 — mit einem Außendurchmesser von 45 Mikron und einem Innendurchmesser von 27 Mikron hergestellt. Der verwendete Hohlfaden-Membranmodul enthält ungefähr 156 Gramm Hohlfäden und wird in einem Druckgehäuse angeordnet. Um die Außenseiten der Hohlfäden herum wird eine Wasserströmung unter einem Druck von 14,8 atm und bei einer Temperatur von 21 °C geleitet. Das die Wandungen der Hohlfäden durchdringende weiche Wasser wird z. B. am Produktauslaß 39 in F i g. 3 gesammelt. Folgende Ergebnisse werden erhalten:

Strömung
(cm'/min)

Härte (ppm. CaCo ι)

j pt tat tr α 33 ν ι	!50	295
Produkt	85	38
Abwasser, Sole	74	562

10

15

20

Die Härte wird durch Titrieren mit Äthylen-diamintetraacetischer Säure bestimmt.

F i g. 4 zeigt einen zum Teil fertiggestellten Hohlfaden-Membranmodul 44 mit zwei Rohrplatten 42 und 43, die für den Durchfluß einer ersten Flüssigkeit durch die Hohlfaden und einer zweiten Flüssigkeit um die Hohlfaden herum bestimmt ist, ohne daß die beiden Flüssigkeiten sich miteinander vermischen. Der Hohlfaden-Membranmodul weist den gleichen Aufbau wie der Hohlfaden-Membranmodul gemäß Fig. 1 mit der Ausnahme auf, daß zwei Strömungen eines unausgehärteten Harzes verwendet werden, die nach dem Aushärten die Rohrplatten 42 und 43 bilden. Teile der Rohrplatten 42 und 43 und der außerhalb dieser gelegenen Fadenlagen sind an den Ebenen a und a' weggeschnitten, wobei Fadenenden freigelegt werden, deren öffnungen mit dem Inneren der Hohlfaden in Verbindung stehen.

In Fig.5 ist eine Durchlässigkeits-Trennvorrichtung 50 dargestellt, bei der ein Hohlfaden-Membranmodul 51 gemäß F i g. 4 verwendet wird. Der Hohlfaden-Membranmodul 51 ist in einem flüssigkeitsdichten Gehäuse 52 angeordnet und weist zwei Rohrplatten 53 und 54 auf. Die Randflächen der Rohrplatten 53 und 54 liegen flüssigkeitsdicht am Gehäuse 52 an.

Bei der Durchlässigkeits-Trennvorrichtung 50 gemäß F i g. 5 wird die Flüssigkeit durch einen Einlaß 55 eingelassen und strömt durch die Hohlfäden, deren offene Enden sich in den Rohrplatten 53 und 54 befinden, und danach aus einem A -slaß 56 aus. Eine zweite Flüssigkeit wird durch einen Einlaß 57, der in einer Welle 58 angeordnet ist, eingelassen. Der Einlaß 57 steht mit einem Hohlraum 59 des Tragkerns 60 in Verbindung. Die zweite Flüssigkeit strömt in den Hohlraum 59, djrch die Perforationen 61 in die Fadenwicklungen 62 und dann aus dem Auslaß 63 heraus. Das Rohr 58 ist gegen das Gehäuse 52 durch einen Dichtungsring 64 flüssigkeitsdicht abgedichtet

Bei dem in der Durchlässigkeits-Trennvorrichtung 50 gemäß F i g. 5 verwendeten Hohlfaden-Membranmodul bestehen die Hohlfaden aus Zellulose und weisen in nassem Zustand einen Außendurchmesser von 45 Mikron und einen Innendurchmesser von 27 Mikron auf. Der Außendurchmesser des kugelförmigen Tragkerns beträgt 10 cm. Der Äquatorialdurchmesser der Hohlfadenwicklung beträgt 15 cm. Das Gesamtgewicht der Hohlfaden beträgt in trockenem Zustand 268 g. Das Trockengewicht der in die Rohrplatten nicht eingebetteten Hohlfäden beträgt 172 g.

Eine Wasserlösung mit einem Gehalt von 5 Gew.-% Zucker und 5 Gew.-% NaCI wird durch das Innere der Hohlfäden in einer Menge von 454 cmVmin geleitet. Über die Außenseite der Hohlfäden wird Wasser in einer Menge von 4000 cmVmin. geleitet.

Das Waschwasser wird auf den Gehalt von NaCI mittels eines selbsttätig arbeitenden Chloridtitrators untersucht. Der Zuckergehalt wird differenzmäßig bestimmt, und zwar nach Verdampfen einer Probe bis zur restlosen Trockenheit.

Salzübertragung 9,5 g/min

Zuckerübergang 1,0 g/min

Verhältnis Salz: Zucker 9,5

Die Größe des Tragkerns ist beliebig bemeßbar und er nSittt uüs 'ede*?· Mstsris! hergestellt weröen, ~» unter Berücksichtigung der Bedingungen der Herstellung und der Verwendung der Durchlässigkeits-Trennvorrichtung eine geeignete Widerstandsfähigkeit besitzt.

Die Tragkerne können auch aus Metall- oder Kunststoffsieben, porösen keramischen Stoffen, gefrittetem Glas usw. hergestellt werden. Der Tragkern braucht nur genügend Festigkeit aufzuweisen, um die Hohlfaden abstützen zu können und ein Hindurchströmen von Flüssigkeiten i --zulassen, ohne daß das Kernmaterial zerfällt oder auf die durchströmenden Flüssigkeiten eine nachteilige Wirkung ausübt.

Je nach dem besonderen Verwendungszweck kann die radiale Tiefe oder die Dicke dec· Hohlfadenwicklungen weitgehend verändert werden. Die Dicke hängt ferner auch von dem Druck ab, der zum Aufrechterhalten geeigneter Strömungsmengen durch die Hohifadenwicklungen erforderlich ist. Für gewöhnlich ist eine Dikke gemessen vom Innendurchmesser bis zum Außendurchmesser der Wicklungen von ungefähr 13 bis 25,4 cm günstig.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 ' 2 anzugeben, daB ein Hohlfaden-Membranmodul verfüg- Patentansprüche: . bar ist, das verbesserte Strömungsbedingungen für das Strömungsmitte! bietet

1. Hchlfaden-Membranmodul, dessen Hohlfaden Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, an ihren Enden flüssigkeitsdicht in einer Rohrplatte 5 daß sowohl der Kern als auch die fertige Wicklung eine aus Kunstharz angeordnet sind, wobei im wesentlichen kugelförmige Gestalt aufweist

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich da-

a) die Hohlfaden in Mehrfachschichten zu einer durch aus, daß eine oder mehrere fortlaufende Hohlfä-Kreuzwicklung auf einem Tragkern angeordnet den auf einen sich drehenden und im wesentlichen kusind, " io gelförmigen Kern aufgewickelt werden, daß die Wick-

b) mindestens eine alle Windungen durchsetzende lungsebene einen spitzen Winkel mit der Drehachse des Rohrplatte angeordnet ist und Kerns bildet und bei einer Schwingbewegung verändert

c) alle Windungen der Wicklung innerhalb der wird, bei der die Wicklung einen Bogen von 5 bis 85 Rohrplatte durch Bohrungen oder Nuten geöff- Bogengrade bestreicht, daß die Mitte des Kerns- als Mitnet sind, nach Patent 1642816, dadurch ge- 15 tilpunkt der Schwingbewegung dient, daß in mindekennzeichnet, daß sowohl der Kern als stens einer ringscheibenförmigen Zone ein aushärtbares auch die fertige Wicklung eine im wesentlichen Harz zur 3ildung einer Rohrplatte aufgetragen wird kugelförmige Gestalt aufweist und daß innerhalb der ausgehärteten Rohrplatte die bogenförmigen Hohlfadenabschnitte geöffnet werden.

2. Hohlfwiin-Membranmodul nach Anspruch 1, 20 Die im wesentlichen kugelförmige Gestalt sowohl des dadurch gekennzeichnet, daS der Kern perforiert Kerns als auch der fertigen Wicklung gewährleistet besausgebildet ist sere Strömungen des Strömungsmittels durch das BQn-

3. Verfahren zur Herstellung eines Hohlfaden- del der Bogensegmente des Hohlfaden-Membranmo-Membranmoduls gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch duls.

gekennzeichnet, 25 Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen er

läutert in letzteren sind

— daß eine oder mehrere fortlaufende Hohlfaden F i g. 1 eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Seitenauf einen sich drehenden und im wesentlichen ansicht eines zum Teil fertiggestellten Hohlfaden-Memkugelförmigen Kern aufgewickelt werden, branmoduls und einer Einrichtung zum Herstellen des

— daß die Wicklungsebene einen spitzen Winkel 30 Hohlfaden-Membranmoduls,

mit der [>chachse des Kerns bildet und bei ei- F i g. 2 ein vergrößert gezeichneter senkrechter

ner Schwingbewegung verändert wird, bei der Schnitt durch die Wicklung der Hohlfaden des Hohlfa-

die Wicklung einen Bogen von 5 bis 85 Bogen- den-MembranmoduIs nach F i g. 1, grade bestreicht, F i g. 3 eine zum Teil als Schnitt gezeichnete Seiten-

— daß die Mitte des Kerns diS Mittelpunkt der 35 ansicht einer zusammengesetzten Durchlassigkeits-Schwingbewegung dient Trennvorrichtung, bei der der Hohlfaden-Membranmo-

— daß in mindestens einer ringscheibenförmigen dul gemäß F i g. 1 nach Fertigstellung verwendet wird, Zone ein aushärtbares Harz zur Bildung einer ~ F i g. 4 ein Schnitt durch einen zum Teil fertiggestell-Rohrplatte aufgetragen wird und ten Hohlfaden-Membranmodul mit rrvei Rohrplatten

— daß innerhalb der ausgehärteten Rohrplatte die 40 und

bogenförmigen Hohlfadenabschnitte geöffnet F i g. 5 ein senkrechter Schnitt durch die zusammenwerden, gesetzte Durchlässigkeits-Trennvorrichtung, bei der der

Hohlfaden-Membranmodul gemäß Fig.4 verwendet wird.

45 Zum Herstellen von für den Hohlfaden-Membranmo-

Die Erfindung betrifft einen Hohlfaden-Membranmo- dul geeigneten durchlässigen Hohlfäden können verdul. dessen Hohlfaden an ihren Enden flüssigkeitsdicht schiedene Materialien verwendet werden. Diese Matein einer Rohrplatte aus Kunstharz angeordnet sind, wo- rialien bestehen größtenteils aus organischen Materibei alien, ζ. B. polymere Materialien, wie Azetat-, Triazetat-,

so Propionat- und Nitratester der Zellulose, einschließlich

a) die Hohlfäden in Mehrfachschichten zu einer der Mono-, Di- und Triester und der Gemische solcher Kreuzwicklung auf einem Tragkern angeordnet Est°r; Zelluloseäther, wie Methyl-, Äthyl-, Hydroxyalsind, kyl- und Karbooxylalkyläther, einschließlich gemischter

b) mindestens eine alle Windungen durchsetzende Zelluloseäther; regenerierte Zellulose; Polyvinylalkoho-Rohrplatte angeordnet ist und 55 Ie; Polysaccharide; Kasein und seine Derivate. Die Ma-

c) alle Windungen der Wicklung innerhalb der Rohr- terialien sind hydrophil und oftmals vorteilhafter bei der platte durch Bohrungen oder Nuten geöffnet sind, Behandlung von wäßrigen Flüssigkeitszusammennach Patent 16 42 816. Setzungen.

Zum Abscheiden von organischen Bestandteilen aus

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Her- 60 fließfähigen Gemischen sind jedoch verschiedene hystellung eines derartigen Hohifaden-Membranmoduls. drophobische Materialien besonders gut geeignet wie Der Tragkern des Hohlfaden-Membranmoduls ge- synthetische lineare Polyamide, Polykarbonate, Polyvimäß dem Hauptpatent P 16 42 816 ist zylindrisch, so daß nylchlorid und seine Mischpolymere, Polyvinylidenchlodie fertige Wicklung des Hohlfaden-Membranmoduls rid und seine Kopolymere, Akrylesterpolymere, organiebenfalls zylindrisch ist. 65 sehe Siliziumpolymere, Polyurethane, Polyvinylformaie Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen und Butyrale und Mischungen davon, Methakrylatpoly-Hohlfaden-Membranmodul der eingangs erwähnten mere, Styroipolymere, Polyolefine, wie Polyäthylen, Po-Art sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung derart lypropylen und andere Polyester, und Gemische aus den