DE2402819A1

DE2402819A1 - Umkehrosmosegeraet

Info

Publication number: DE2402819A1
Application number: DE2402819A
Authority: DE
Inventors: Malcolm Hoban Delve; Ronald Gayler; John Roger Grover
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1973-01-24
Filing date: 1974-01-22
Publication date: 1974-07-25
Also published as: IL44069A; IL44069A0; US3923664A; NL7400806A; IT1004775B; FR2214503A1; FR2214503B3; JPS49109272A; GB1451453A

Description

United Kingdom Atomic Energy Authority, 11, Charles II Street,

London S.W.1

I¹Ur diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 3656/73-vom 24. Januar 1973 beansprucht.

Umkehrosmosegerät

Die Erfindung bezieht sich auf Umkehrosmosegeräte.

Aus der britischen Patentschrift 1 325 4-94- ist ein Umkehrosmosegerät bekannt, welches eine Membran-Bauteilgruppe aufweist, die innerhalb eines Druckbehälters angeordnet ist, mit Mitteln zum Hindurchschicken einer Speiselösung durch die Bauteilgruppe hindurch, um eine Produktflüssigkeit durch Umkehrosmose zu erhalten. Die Membran-Bauteilgruppe weist ein Bündel von Stäben auf, in die sich in Längsrichtung erstreckende Nuten eingeformt sind, wobei jeder Stab eine durchlässige Trägerschicht aufweist, die den Stab bedeckt, und eine Umkehrosmosemembran auf die Trägerschicht aufgebracht ist. Die Speiselösung wird unter Druck dem Druckbehälter zugeführt, so daß diese das Äußere der Stäbe berührt und nach dem Durchgang durch die Membranen sich in den Nuten als Produktflüssigkeit sammelt.

Aus der vorgenannten Patentschrift ist es außerdem bekannt, daß diese Stäbe zweckmäßig in Bündeln von beispielsweise 19, 37, 61 und 91 verwendet werden können.

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Eine im wesentlichen gleiche Membran-Bauteilgruppe kann unter Verwendung von Bündeln aus membranüberzogenen, porösen Kunststoffrohren aufgebaut werden, wie beispielsweise jenen, die in der zugehörigen britischen Patentanmeldung Nr. 54432/71 beschrieben sind.

Wenn die Anzahl von Stäben oder Rohren, die in einem Bündel verwendet werden, auf beispielsweise 127, 169» 217,. 271 erhöht wird, so ist es natürlich notwendig, einen größeren Druckbehälter zu verwenden, damit dieser die Einzelkomponenten aufnimmt, und es wird daher notwendig, die Volumen-Strömungsrate nach der Bauteilgruppe hin zu erhöhen, um mit der bevorzugten Salzwasser-Lineargeschwindigkeit über die Membranen, im typischen Fall 0,3 bis 0,9 Meter pro Sekunde (1-3 Fuß pro Sekunde), zu arbeiten. Dies führt zu Schwierigkeiten in der Praxis insofern, als größere Pumpen vorgesehen werden müssen, um das Salzwasser in Umlauf zu bringen, und insofern, als eine größere Anzahl von Bündeln in Reihe verwendet werden muß, um eine hohe Produktwasseraufbereitung zu erhalten.

Erfindungsgemäß setzt sich ein Umkehrosmosegerät zusammen aus einem Druckbehälter, einem Speiselösungseinlaß, einem Speiselösungsauslaß, einem Produktauslaß, einer Membran-Bauteilgruppe innerhalb des Druckbehälters sowie aus einer Behälter-Trennwandeinrichtung, welche die Speiselösung über Teile der Bauteilgruppe in Aufeinanderfolge leitet.

Die Behälter-Trennwandeinrichtung reduziert die Querschnittsfläche des Speiselösungs-Strömuhgsweges und gestattet somit die Verwendung einer Pumpe mit kleinerer Kapazität, um auf diese Weise eine höhere Produktwassergewinnung aus einer Anlage mit niedrigerer Kapazität zu erzielen.

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Die Erfindung ermöglicht es außerdem, dem Druckbehälter eine geradzylindrische Form zu geben und die Behälter-Trennwandeinrichtung so anzuordnen, daß der Speiselösungseinlaß und der Speiselösungsauslaß am gleichen Ende des Druckbehälters angeordnet sind und der Produktauslaß am anderen Ende des Druckbehälters angeordnet werden kann. Diese Anordnung ermöglicht ein leichtes Auswechseln der Stabbündel, bei denen eine große Anzahl von Stäben verwendet wird.

Die Behälter-Trennwandeinrichtung kann sich sowohl seitlich als auch in Längsrichtung innerhalb des Druckbehälters erstrecken, um auf diese Weise das Innere des Behälters in halbzylindrische Räume aufzuteilen.

Alternativ kann die Behälter-Trennwandeinrichtung rohrförmig sein und sich in Längsrichtung innerhalb des Druckbehälters erstrecken, um auf diese Weise das Innere des Behälters in einen zentralen zylindrischen Raum aufzuteilen, der von einem äußeren ringförmigen Raum begrenzt wird.

Die Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben, und zwar zeigt

Fig. 1 im Mittelschnitt eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels,

Fig. 2 zwei Ausführungsformen der Behälter-Trennwandeinrichtung in Draufsicht, welche sich für die Verwendung bei dem Gerät nach Fig. 1 eignet,

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch einen der Stäbe in der Membran-Bauteilgruppe der Pig. 1,

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Fig. 4- ähnlich wie Fig. 1 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, während die

2?ign. 5 und 6 Teilseitenansichten im Kittelschnitt durch zwei Abanderungsformen wiedergeben.

In der Zeichnung sind gleichen Teilen die gleichen Bezugszeichen gegeben.

Wie aus den Fign. 1 und 3 hervorgeht, weist ein Umkehrosmosegerät 20 einen Druckbehälter 1 von gradzylindrischer Form auf, der durch einen ersten Endstopfen 2 und einen zweiten Endstopfen 3 verschlossen ist. Der Endstopfen 2 ist mit einem Speiselösungseinlaß 4- zum Einbringen einer Salz-Speiselösung in den Druckbehälter 1, mit einem Speiselösungsauslaß 5 für das Herausleiten der Speiselösung aus dem Druckbehälter 1 sowie mit einer O-Eingdichtung 6 versehen. Der Endstopfen 3 ist mit einem Produktwasserauslaß 7 ausgebildet und ausgespart, um einen Halter 8 (ein Gummi-Gußteil) aufzunehmen, der im wesentlichen den Auslaß 7 gegenüber dem übrigen Raum des Druckbehälters 1 abdichtet. Eine Umkehrosmose-Membran-Bauteilgruppe 21 ist innerhalb des Druckbehälters 1 angeordnet und weist ein Bündel von Stäben 9 auf, die in den Halter 8 eingesteckt sind. Die Stäbe 9 weisen je eine durchlässige Trägerschicht (Fig. 3) in Form einer Hüse 10 auf, welche den Stabkern 11 umgibt, sowie eine Umkehrosmosemembran 12, die auf die Trägerschicht aufgebracht ist. Der Kern 11 weist drei sich in Längsrichtung erstreckende Nuten 13 auf, die in diesen eingeformt sind.

Die Salz-Speiselösung verläuft über das Äußere des Stabes 9» und Wasser gelangt durch die Membran 12 hindurch, um sich in den Nuten 13 als Produktflüssigkeit zu sammeln.

Die Stabkerne 11 haben einen Durchmesser von 3»18 mm und sind aus Eunststoff (Polypropylen) stranggepresst. Die Nuten 13

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haben einen quadratischen Querschnitt und eine Tiefe, und Breite von 0,51 mm. Die Trägerhülsen 10 weisen je ein Geflecht aus Polyesterfaßern auf. Die Membranen 12 sind aus Zelluloseacetat hergeleitet, welches auf die Hülsen 10 durch Hindurchschicken der Stabkerne 11 durch Düsen aufgebracht wird, wodurch eine Membranimprägnierung stranggepreßt wird, um eine im wesentlichen gleichmäßige..Dicke auf jeder der Hülsen 10 zu bilden. Die freien Enden der Stäbe 9 werden durch fest aufsitzende Endkappen 14 aus Gummi abgedichtet. Die nicht abgedichteten Enden der Stäbe 9 verlaufen durch den Halter 8 hindurch, so daß die Nuten 13 der Stäbe 9 mit dem Produktauslaß 7 in Verbindung stehen.

Der Druckbehälter 1 ist innen durch eine Behälter-Trennwandeinrichtung aufgetrennt, welche eine Trennplatte 15 aufweist, die sich sowohl seitwärts als auch in Längsrichtung im Behälter erstreckt, und zwar entlang der Achse des Behälters, um auf diese Weise das Innere des Behälters in zwei haIbzylindrische Räume 16 und 17 aufzuteilen. Die Räume 16 und 17 stehen mittels Ausnehmungen 18 in der Trennplatte 15 miteinander in Verbindung. Die Trennplatte 15 besteht aus Kunststoff und. ist zweckmäßig im ■ Druckbehälter 1 durch Wirkverbindung mit einem sich seitwärts erstreckenden Schlitz 19 im Endstopfen 2 lokalisiert. Diese Art der Lokalisierung vermeidet die Notwendigkeit, die Trennplatte 15 an den Wänden des Druckbehälters 1 zu befestigen, da ein leicht höherer Druck auf der Einlaßseite der Trennplatte 15, d.h. im Raum 16, als auf der Auslaßseite, d.h. im Raum 17, vorhanden ist und somit die Trennplatte 15 das Bestreben hat, im Druckbehälter 1 nach der Seite gedrückt zu werden, um eine Dichtung zu bilden.

Fig. 2 zeigt die Trennplatte 15 und außerdem eine alternative Platte 15a. Bei beiden Ausführungsformen ist die Trennplatte rechteckig geformt und hat eine Länge 25 (bestimmt durch die

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Länge des Drucktehälters) und eine Breite 26.(die annähernd gleich dem Innendurchmesser des Druckbehälters 1 ist). In der Trennplatte 15a ist ein rechteckiges Teilstück 27 aus dem einen Ende derselben herausgenommen, um so eine Aussparung zu bilden, welche die Räume 16,17 verbindet, wenn die Platte in der Nähe des Halters 8 angeordnet ist.

Im Betrieb wird eine wässrige Salz-Speiselösung unter Druck in den Druckbehälter 1 über den Einlaß 4 und mittels einer Pumpe 28 eingebracht, damit sie über die Stäbe 9 im Raum 16 strömt. Die Speiselösung verläuft dann durch die Ausnehmungen 18 in der Trennplatte 15 hindurch und über die Stäbe 9 im Raum 17» um den Druckbehälter 1 über den Auslaß 5 zu verlassen.

Wasser aus der Speiselösung gelangt durch die Membranen 12 der Stäbe 9 hindurch, während die Salzverunreinigungen in der Speiselösung dies nicht vermögen, so daß auf diese Weise im wesentlichen entsalztes Wasser durch die Nuten 13 der Stäbe 9 gelangt, um über den Produktwasserauslaß 7 abgeführt zu werden.

]fig. 4 veranschaulicht das zweite Ausführungsbeispiel:

Wie aus dieser Figur hervorgeht, ist das Umkehrosmosegerät 40 mit einer Behälter-Trennwandeinrichtung versehen; sie besteht aus einem an den Enden offenen Rohr 41 aus dünnem Kunststoffmaterial (0,15 bis 0,25 mm dickem Polyäthylen), welches sich in Längsrichtung innerhalb des Druckbehälters 1a erstreckt, um das Innere des Behälters in einen zentralen zylindrischen Raum 42 und einen diesen begrenzenden äußeren Ringraum 43 zu unterteilen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Membran-Bauteilgruppe 21a einen zentralen Stab 9 auf. Das Trennrohr 41 ist koaxial innerhalb des Bündels von Stäben 9 angeordnet, welches die Bauteilgruppe 21a bildet, um auf diese Weise die Stäbe in eine

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zentrale Gruppe und eine diese begrenzende äußere Gruppe zu unterteilen. Der Druckbehälter 1a ist mit einander gegenüberliegend angeordnetem Speiselösungseinlaß und -auslaß 4a,5a am gleichen Ende des Druckbehälters 1a versehen, wobei dieses Ende entgegengesetzt dem Ende liegt, an welchem der Produktauslaß 7 angeordnet ist. Das ersterwähnte Ende des Druckbehälters 1a ist durch einen herausnehmbaren Endstopfen 44 verschlossen, der mit einer O-Ringdichtung 45 versehen ist.

Das Trennrohr 41 ist an dem dem Endstopfen 44 nächstgelegenen Ende durch eine Hülse 46 abgestützt, die von einer herausnehmbaren Scheibe 47 gehalten wird, welche zur Längsachse des Druckbehälters 1a geneigt und gegenüber dem Behälter durch eine O-Ringverbindung 48 abgedichtet ist. Das abgestützte Ende des Trennrohres 41 erstreckt sich durch die Hülse 46 hindurch, wo es über die Hülse umgebördelt und durch einen Gummiring 49 lösbar daran befestigt ist. Das unabgestützte Ende des Trennrohres 41 wird vom Halter 8 um einen sehr kleinen Spalt (etwa 6,4 mm) auf Abstand gehalten..

Im Betrieb wird Salz-Speiselösung-unter Druck dem Einlaß 4a durch die Pumpe 28 zugeführt. Die Lösung wird durch die Scheibe 47 und das Trennrohr 41 gezwungen, zunächst entlang dem zentralen Raum 42 innerhalb des Rohres 41 und dann zurück im Gegenstrom entlang dem Raum 43 zwischen dem Rohr 41 und dem Druckbehälter 1a zu strömen, um letzteren über den Auslaß 5a zu verlassen. Entsalztes Wasser gelangt durch die Stäbe 9 hindurch, um über den ^roduktauslaß 7 wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel abgeführt zu werden.

Die Pign. 5 und 6 zeigen Abänderungsformen des Gerätes nach Fig. 4.

In JsIg. 5 hat das Gerät 50 einen Druckbehälter 1b mit einem Einlaß 4b und einem Auslaß 5b, die nebeneinander angeordnet sind.

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Einlaß und Auslaß werden durch, eine Scheibe 47b voneinander getrennt, welche eine Hülse 46b trägt, durch welche hindurch sich das Trennrohr 41 erstreckt, um auf diesem umgebördelt und an der Hülse durch den Gummiring 49b lösbar befestigt zu werden. Die Wand des Druckbehälters 1b ist bei 51 verdickt, um auf diese Weise zu verhindern, daß die Wasser-Druckdifferenz an der Scheibe 47b diese entlang dem Inneren des Behälters bewegt.

Nach Fig. 6 weist das Gerät 55 einen Druckbehälter 1c mit einander gegenüberliegendem Einlaß und Auslaß 4c bzw. 5c auf, die durch einen konischen Bauteil 56 voneinander getrennt sind, der eine hülsenartige Verlängerung 57 trägt, über welche das Trennrohr 41 sich erstreckt, um an dieser durch einem Gummiring 49c lösbar befestigt zu werden. Das Äußere der Hülse 57 ist genutet, um denjenigen Teil des Trennrohres 41 aufzunehmen, der vom Gummiring 49c erfaßt wird.

Der konische Bauteil 56 hat vier in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnete Ausnehmungen 58, die der Speiselösung die Möglichkeit geben, in das Trennrohr 41 zu gelangen. Der Bauteil 56 ist gegenüber dem Druckbehälter 1c durch O-Ringdichtungen 59»60 abgedichtet und wird in seiner Lage durch eine äußere Haltemutter 61 gehalten, die auf einer mit Gewinde versehenen Verlängerung 62 des Bauteils 56 sitzt, wobei diese Verlängerung durch eine Aussparung 63 in der angrenzenden Endwand des Druckbehälters hindurch verläuft.

Die nicht dargestellten Enden der Druckbehälter 1b und 1c der Figuren 5 und 6 sind durch Endstopfen 3 (siehe Fig. 4) abgedichtet, wobei diese Stopfen außerdem die Membran-Bauteilgruppen 21a tragen.

Aus den Fign. 1 bis 6 geht klar hervor, daß die darin dargestellten Anordnungen die Möglichkeit bieten, einen Speise-

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lösungseinlaß und -auslaß am einen Ende jedes der Druckbehälter 1, 1a,1b,1c anzuordnen, während sie die Möglichkeit bieten, einen Produktwasserauslaß am anderen Ende des Behälters anzuordnen. Dies ermöglicht ein Auswechseln der Stäbe 9 und vereinfacht die Konstruktion der Membran-Bauteilgruppe mit den Stäben .9.

So können die Stäbe durch Herausnehmen nur eines Endstopfens, z.B. am Produktwasserauslaßende des Druckbehälters, ausgewechselt werden.

Eine größere Anzahl derartiger Stäbe, als sie z.Zt. bei einem einzelnen Druckbehälter verwendet wird, kann daher in einem Arbeitsgang ausgewechselt werden, während die Bedingung der Strömungsrate zur Aufrechterhaltung der bevorzugten Lineargeschwindigkeit der Salzlösung diejenige einer einzelnen kleineren Bauteilgruppe ist, welche eine kleinere Anzahl von Einzelbauteilen enthält. Es ist erkennbar, daß etwa die gleiche Zeit benötigt wird, um eine Gruppe von Stäben auszuwechseln, ganz gleich, ob der Druckbehälter 37» 91 oder 217 Stäbe enthält, und es können daher Einsparungen an Zeit und Arbeit durch Verwendung größerer Gruppen erzielt werden.

Als eine Alternative für die Stäbe (9)» die zuerst aus der britischen Patentschrift 1 325 4-94- bekannt wurden, können poröse Kunststoffrohre verwendet werden, wie sie in der zugehörigen britischen Patentanmeldung 54432/71 beschrieben sind.

Pat ent ansprüche

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Claims

74 012 Kü/G Patentansprüche

1. Umkehrosmosegerät mit einem Druckbehälter, einem Speiselösungseinlaß, einem Speiselösungsauslaß, einem Produktauslaß und einer Membran-Bauteilgruppe innerhalb des Druckbehälters, dadurch gekennzeichnet, daß eine Behälter-Trenneinrichtung (15 > 15a,41) zum Leiten der Speiselösung über Teile der Bauteilgruppe (21,21a) in Aufeinanderfolge vorgesehen ist.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran-Bauteilgruppe (21,21a) eine Vielzahl von langgestreckter! Einzelbauteilen (9) enthält und daß die Behälter-Trenneinrichtung (I5i15a ₅41) die Einzelbauteie in Gruppen von Einzelbauteilen unterteilt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbehälter (i^1a,1b,1c) eine zylindrische Form aufweist.

4. Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Speiselösungseinlaß (4,4a,4b,4c) und der Speiselösungsauslaß (5»5a»5b,5cj) am einen Ende des Behälters angeordnet sind, während der Produktauslaß (7) am anderen Ende des Behälters angeordnet ist.

5. Gerät nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Behälter-Trenneinrichtung (I5j15a) sowohl seitlich als auch in Längsrichtung innerhalb des Druckbehälters (1) so erstreckt, daß sie das Innere des Behälters in zwei halbzylindrische Räume (16,17) unterteilt.

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6. Gerät nach Anspruch. 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter-Trenneinrichtung (41) rohrförmig ausgebildet ist und sich in Längsrichtung innerhalb des Druckbehälters (1a, 1b,1c) so erstreckt, daß sie das Innere des Behälters in einen zentralen zylindrischen Raum (32)" und einen diesen begrenzenden äußeren Ringraum (43) unterteilt.

7. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speiseeinlaß (4a) und der Speiseauslaß (5a) einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen herausnehmbaren Sperrbauteil (47) voneinander getrennt sind, der zur Achse des Druckbehälters. (1a) geneigt ist.

8. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speiseeinlaß (4b) und der Speiseauslaß (5b) nebeneinander angeordnet und durch einen Sperrbauteil (47b) voneinander getrennt sind, der sich über das Innere des Druckbehälters erstreckt.

9. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speiseeinlaß (4c) und der Speiseauslaß (5c) an gegenüberliegenden Seiten des Druckbehälters angeordnet und durch einen herausnehmbaren Sperrbauteil (56) voneinander getrennt sind.

10. Gerät nach Anspruch 7» 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß der Sperrbauteil (47,47b, 56) die Behälter-Trenneinrichtung (41) abstützt.

11. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennbauteil (41) aus dünnem Kunststoffmaterial besteht.

12. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran-Bauteilgruppe ein Bündel von Stäben (9) mit darin eingearbeiteten Längsnuten (13) auf-

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weist und daß Jeder Stab eine denselben bedeckende durchlässige Trägerschicht (10) aufweist, auf der eine Umkehrosmosemembran (12) angebracht ist.

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