DE2035371A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Her stellung einer Membrananordnung - Google Patents

Description

United Kingdom Atomic Energy Authority Iiondon, S«Vr.1_# England Patentanmeldung

Verfahren und Vorrichtung gur Herstellung einer Membrananordnung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer* Membrananordnung sur Anwendung bei umgekehrter Osmose«,

In der deutschen Parallelanaeldung P 20 35 119*5 (britische Patentanmeldung Nr₀ 35851/69) sind rohrförmige Hembrananordnungen beschrieben» die duroh eplralige Wicklung aus porößen, faserigen Bändern hergestellt sind₀ Bei der Herstellung solcher Hembrananordnungen u. dgI_{0 9} bei denen die Membran nicht als lage oder Teil einer Lage während des splraligen Wiolclungsvorganges eingebracht wurde, wurde die Membran belspielswelee auf der Innenseite der Anordnung daduroh aufgebracht, daß man die Anordnung in eine membraner zeugende BHieeigkeit eingetaucht oder teilweise mit dieser angefüllt hat und die überschüssige Flttssiglceit durch TrooSaaung entfernt hat oder daduroh» daß man «inen Kalibrierdorn durch die Anordnung geführt hat«.

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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren sur Herstellung/ einer Membrananordnuiig für die Anwendung bei/umgekehrter_: Osmose vorgeschlageng bei dem auf einen Dorn einι poröses„. faseriges Band oder mehrereporöse, faserige Bänder aur Erzeugnung eines einfachen oder mehrfachen Rohres■"aufgewickelt werden und bei dem kontinuierlich ein© semipermeable Membran auf die Innenseite oder Außenseite des durch den Dorn geformten Rohres aufgegossen "wird_a. ■ Vorteilhafterweise wird die Membran auf die Innen---Oder .--Außenseite des Rohres aufgegossen» während.dieses auf . dem Dorn gebildet wird oder während dieses den -Dorn.. ■ / verläßt* ^

Die Erfindung betrifft außerdem eine Vorrichtung ."zur. -~ . - ~ Durchführung des vorstehend geschilderten Ves?£ahrens₀ .-^ . wobei diese Vorrichtung einen .längliehen.« festen Dorn umfaßt₉ der an einem Ende.oder Bah© ©ia@a -End©/Btit'tel zur Aufbringung einer eine semipermeable .Membran, ®r«»"-_ zeugend© Flüssigkeit auf ein Rohr-umfaßt» das-auf "'Sem Dorn aus einem Band oder aus Bändern gewiokelt worden ist, sowie eine Abstreifvorrichtung_e- die so-.ausgebildet' und angeordnet ist» daß das Rohr über oder durch dies® Vorrichtung führbar ist und die duroh dieses Mittel ; zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf die/ innere äußere Fläche des Rohres aufgebrachte 1Itiseigleit diese Vorrichtung bis auf die ©rforderlioJto Siote"#l«/ streifbar isto

Vorzugsweise ist das Mittel sum Aufbringen so angeordnet» daß die Flüssigkeit auf des Rohres aufgebracht wird und die ist so angeordnet^ daß das lolir Warn

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Vorzugsweise besteht das Mittel zum Aufbringen einer eine semi-permeable Membran erzeugenden Flüssigkeit aus einer Verteilvorrichtung» die an einem Ende des Dorne angeordnet ist, und der Dorn ist hohl ausgeführt„ so daß die Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter durch den Dorn der Verteilvorriohtung zugeführt werden kann» In diesem Falle kann die Abstreifvorrichtung ein zylinderiseher Kalibrierdorn mit den erforderlichen Abmessungen SeIn₉ über den daß gewickelte Rohr wandern kann, wenn es den Dorn und die Verteilvorriohtung verläßt» Der Kalibrierdorn kann am Wickeldorn gelagert und so befestigt sein, daß er sich frei drehen oder frei in Richtung einer von der Wickeldornachse abweichenden Achse ausrichten kanno . : : :

Das erfindungsgemäße Verfahren kann wie folgt ausgeführt werden:

Ein Band oder Bänder der gewünschten Breite und mit einem Klebemittel auf den geeigneten Seiten wird bzw₀ werden kontinuierlich mittels einee flexiblen Riemens auf einer herkömmlichen Rohrwickelmaschine mit einem Wickeldorn;, einer Verteilvorrichtung und einem Kalibrierdorn, in der vorstehend beschriebenen Kombination aufgewickelt_o Der Wickeldorn kann beispielsweise so ausgelegt sein* daß er ein Rohr mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 6,4 mm bis 50,8 mm erzeugt, beispielsweise 12,7 mm, 19,1 mm oder 25,4 mm. Eine membranerzeugende Flüssigkeit wird der Verteilvorriohtung unter Druok gleichmäßig von einem geeigneten Vorratsbehälter aus zugeführt und_λwährend das auf dem Wickeldorn erzeugte Bohr über die Verteil-» vorrichtung wandert; wird die innere Oberfläche beschichtet und das Abstreifen der Oberfläche wird durohden Kalibrierdorn erreichte

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Se ist wiohtigρ daß die Gießgeaoihwliadigkeit und die Zuführgeschwindigkeit der membranes? zeugenden * film-» bildenden Flüssigkeit gleich sind» um ein übermäßiges Austreten von Flüssigkeit in das Rohr zu verhindern«,

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugte Membrananordnung ist vorzugsweise von der ATt₁, die in der Patentanmeldung P 20 35 119*3 beschrieben ist«,. Die Bänder können beispielsweise aus wasserglasverleimtem Papier oder einem synthetischen* nicht gewebten oder gewebten Faserband oder aus einer Mischung daraus bestehen« Falls ein Klebemittel erforderlich ist» kann dieses beliebig ausgewählt werden,, es muß sich jedoch passiv verhalten und darf keine Giftwirkung bzw_e geschmackliche Beeinträchtigung auf die Lösung oder das Lösungemittel haben, das in der erzeugten Vorrichtung behandelt wirdο Zweokmäßigerweise können Klebemittel aus genießbarer Stärke oder thermoplastische Klebemittel benutzt werden» Wie in der Anmeldung P 20 35 119*3 beschrieben worden ist» kann wenigstens ein Band aus einem Papier bestehen» das aus thermoplastischen Fasern* beispielsweise Polyesterfasern, besteht_β Beim Aufwickeln kann dieses Band überlappt werden und die überlappten Abschnitte können durch Wärmeeinwirkung oder ein Lösungsmittel miteinander verschmolzen werden_o

Die Xtage, auf die die Membran aufgegossen wird, kann mit Umwandlungsmitteln behandelt werden» um die Oberfläoheneigeneohaften für die Aufbringung der Membran geeignet zu machenο Solohe Umwandlungsmittel können die Oberfläohenrauhigkeit und die Grenzflächenspannung verändern, wenn die membranerzeugende, filmbildende Flüssigkeit aufgebracht wirdo

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Um d ie Herstellung der Membrananordnung abzuschließen,, kann sie in geeignete Längen geschnitten werden und den getrennten Schritten der Lufttrocknung» Auslaugung in kaltem Wasser und Härtung in heißem Wasser ausgesetzt werdeno Solche Schritte sind gut bekannto Äußerlich mit Membranen versehene Rohre können vertikal gegossen werden» um eine Beschädigung der Membran au verhindern«, In jedem Falle kann die. Zeit, während welcher sie der Luft ausgesetzt ist» dadurch gesteuert werden*, daß man die Ent= fernung zwischen der Kalibriervorrichtung und -Wasser« oberfläche und die Wickelgeschwindigkeit des Rohres ver°= änderte

Anhand der nun folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Torrichtung wird die. Erfindung näher erläutertο Es zeigen:

Figo 1 eine schematische Darstellung einer teilweise geschnittenen Wickeldorn·» anordnung und

Figo2 eine weitere schematisohe Darstellung einer Wiokeldornanordnung mit darauf aufgewickelten Bändern und mit dem sioh ergebenden Rohr» teilweise im Schnitte

Die Wiokfldornanordnung umfaßt einen ersten Endabechnitt 11 mit kreisförmigem Querschnitt· Der Endabschnitt 11 besitzt an einem Ende einen Abschnitt 12 mit verringertem Durchmesser und mit einem durch dessen Zentrum führenden

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Kanal 13o Außerdem sind Längßkanäl© 14 und 15 vorgesehen* die sich durch den Abschnitt 12 erstrecken und zu,radialen Kanälen 14a und 15a

Der Endabschnitt 11 ist beim Abschnitt 12 abnehmbar mit einem rohrförmigen Wickeldornabschnitt 16 verbunden,. Der Wickeldornabschnitt 16 besitzt an seinen Enden zwei vorspringend© Abschnitte 37 und 38 mit gleichem Durch«=' messer, die den Innendurchmesser der auf dem Dorn gewickelten Rohre steuerno Der Wickeldornabsohnitt 16 umfaßt zwei hohle konzentrische Rohr®.17 und 18, wobei der Durchmesser des äußeren Rohres 17 geringes let ale der Durchmesser des Abschnittes 12» mit dom ®s v@rbunden ist«, Der Raum 19 zwischen den Rohren 17 und 18 steht · mit den Kanälen H und 15 in Verbindung und das hohle Zentrum 20 des Rohres 18 steht in Verbindung-mit-'dem Kanal 13o Ein Rohr 21 ist mit dem Kanal 15 "verbunden».-so daß eine Verbindung zwischen dem Kanal 15 und dem Zwischenraum 19 an dem End® des Zwischenraums 19 besteht;, das vom Kanal H abgelegen ist«

Ein rphrförmiger Kalibrierdorn 22 ist mit einem Verteilerabschnitt 23 verbunden,, Der Kalibrierdorji 22 besitzt kreisförmigen Querschnitt und sein 'Durohmeeeer ist geringer als der Durchmesser der vorspringenden Abschnitte 37 und 38 des Wiokeldosnabsohnittes 16, und zwar um die doppelte Dioke der Schicht der E&embran~erzeugenden. Flüssigkeit, die auf die Innenseite eines auf dem Wickel» dorn aufgewickelten Rohree aufgebracht werden soll«. Der Verteilerabßchnitt 23 besitzt einen ersten Teil 24.mit kreisförmigem Querschnitt und mit einem Durchmesser» der gleioh dem Durohmesser des Abschnitt« 12 ist» sowie

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einen zweiten Teil 25 mit kreisförmigem Quereohnitt und einem Durchmesser, der geringer ist als jener des KaIibrierdorns 22« Der Verteilerabschnitt besitzt ein hohles Zentrum 26, daa in Verbindung mit dem hohlen Zentrum 20 dee Rohres 18 und zugleich über radiale Kanäle 27 und 28 in Verbindung mit der Außenfläche des zweiten Teiles 25 steht ₀ Das Ende des Seils 24 ist in einem Stück mit einer ringförmigen 'Wandung versehen, die zwischen die Enden der Rohre 17 und 18 vorspringt,, um diese zu tragen und an der diese befestigt sind.

Ein ringförmiger Spalt 39 besteht zwischen der Außenseite des Rohres 17 und der Innenfläche des Wickeldornabschnittes 16o

Anschließend an den Abschnitt 38 befindet sich ein Heizelement 29 und ein beheizbarer Schuh 36_o

Der Wickeldorn kann benutzt werden, um beispeilsweise ein Rohr aus zwei Lagen und einer Membrananordnung wie folgt zu erzeugen:

Ein kontinuierliches, flexibles Band 40 wird am vorspringenden Abschnitt 38 auf den Wiokeldornabsohnltt 16 aufgewickeltο

Während das Sand 40 um den Wlokeldornabsohnitt 16 geführt wird« werden ein inneres Band 30 und ein äußeres Band 31 kontinuierlich dem vorspringenden Abschnitt 38 zugeführtο Das äußere Band läuft zunächst über die Heizvorrichtung 29» an der ein unter Hitzeeinfluß schmelzendes Klebemittel 32» das vorher auf die Innenseite des Bandes

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aufgebracht worden war» erwärmt wird ^ um es haftfähig zu macheno Am vorspringenden Abschnitt 38 werden die Bänder 30 und 31 einander überlappend aufgewickelt ₉ um ein Rohr 33 zu bilden;, das sich längs des wickeldornabschnittes 16 nach seiner Erzeugung kontinuierlich weg vom Abschnitt 11 bewegte

Das Rohr 33 besitzt einen Überlappungsabsohnitt 35 an seiner Außenfläche_o Der tjberlappungsabschnitt 35 wird mit dem darunterliegenden Material durch Hitzeeinwirkung und Druck mittels des Schuhs 36 verschmolzene

Dem Zwischenraum 19 wird über den Kanal 15 Kühlwasser zugeführt, das über den Kanal 14 abströmte, Eine Flüssigkeit zur Erzeugung einer semi«»permeablen Membran wird der Verteilvorrichtung 23 durch den Kanal 13» die zentrale Räume 20 und 26 und die Kanäle 27 und 28 zugeführto

Wenn das erzeugte Rohr 33 über die Verteilvorrichtung 23 wandert» wird seine Innenseite mit der Flüssigkeit beschichtet und durch den Kalibrierdorn 22 bis auf die gewünschte Dicke abgestreifte Eine durch Reibung erzeugte Hemmung und Erwärmung des Rohres 33 beim Wandern länys des Wiokeldornabsohnittes 16 wird dadurch verringert„ daß das Rohr den Yfickeldornabsohnitt nur im Bereich der vorspringenden Abschnitte 37 und 38 berührt„ Die Temperatursteuerung der Flüssigkeit und damit ihrer Viskosität wird durch das durch den Zwischenraum 19zirkulierende Kühlwasser und mittels des ringförmigen Spaltes 39 zwischen dem Wiokeldornabeohnitt 16 und dem Rohr erreichte

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch benutzt werden_s um die Außenfläche eines Rohres in ähnlicher Weise als vorstehend beschrieben mit einem Überzug zu versehen, wobei hierfür eine ringförmige Kalibrier=· und Verteilvorrichtung zu konstruieren und anzuordnen ist _t derart, daß das Rohr naoh seiner Erzeugung duroh diese Vor» richtung wanderte

Es folgt eine beispielsweise Beschreibung der Herstellung von Membrananordnungen durch das erfindungsgemäße Verfahren:

B e i β ρ i el 1

Eine Membrananordnung wurde durch die in der Zeichnung dargestellte und vorstehend beschriebene Vorrichtung erzeugt, wobei die folgenden Materialien und Bedingungen benutzt wurden«

1. Innere Lage: An sioh ungeleimtee 90 g m""² standard 3500doppeleohiohtiges»einfaches, wasserglasverleimtes Papier mit der rauhen Seite nach innen₀ Breite 26 mm,

2ο Äußere Läget Polyesterpapier (Freudenberg Polyesterbahn typ SH 1220 PW)₀ Breite 27

3c. Überlappung der inneren Läget 1 mm₀

4. Überlappung der äußeren Läget 2 bis 3 mm₀

Klebemittelι Folyätnylengranulat·

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Wiokelgeaohwindigkeits 33 mm/Sekunde_β 7» Polyesterband-Temperaturj 110 bis 15O⁰O.

ο Heizschuhzustandj Leistung ? 125 Watt; Energieversorgung:240 Volt Einphasenwechselstrom von 50 Hz; Umgebungstemperatur 2O⁰C (unter diesen Bedingungen lag die statische Heizschuhtemperatur zwischen 300 und 35O⁰C)₀

9a Wickeldorndurehmessers 12,8 mm«,

1Oo Zusammensetzung der membranerzeugenden Flüssigkeit in Gew.-565

Formamid (General Purpose Reagent grade) 23, Azeton (Analar reagent grade) 50 _f

Zelluloseazetat (Bastman-Kodak E398«10) S5_y

Ho Kalibrierdorndurohmessers 12„1 mm«

12o Rohr für die Zuführung der membranerzeugendesi

Durchmesser 6?35 mm@ Dicke 0_fi ii_a

' 13· Durohmesser der Bohrungen, durch di® die flüssigkeit vor der Aufbringung auf das Rohr fließts 3_t18 miu/

. Uo Flüssigkeitsdruck beim Eintritt in den Dornt 2._t 47 lcgoi «

15o Temperatur dee Ktihlwaseere für di© mwlnmnenettgende Flüssigkeitι 25⁰C.

Lufttrookun^ezeits 20 bis 90 Sekunden®

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17o Wassertemperatur beim Auslangens 6⁰Co

18o Auelaugzeits 1 Stunde«

19* Härtungstemperaturj 95⁰CY

20o Härtungszeitt 20 Minuten«

21o Membrandiokei 0_s11 bis 0,13 mmY

Die so erzeugte Membrananordnung wurde in Lanzen zu $q 2,44 m unterteilt und sieben solche Abschnitte wurden in einer Vorrichtung zur Trennung einer Lösung, wie sie in der Anmeldung P 20 35 119.3 beschrieben ißt, 100 Stunden lang getestete Bei Verwendung einer NatriumcfcSLoridlösung bei einem Druck von 4,14 MN m ergab die Vorrichtung einen Salzausstoß von 5000 Seilen pro Million von 98,5* 0,5 Gew_o-# und einen Wasserfluß bei 25⁰O von 0,268« O_fO24 m' pro v? und lag«.

Be is ρ i e 1 2

Eine Membrananordnung wurdewle in Beispiel 1 beschrieben erzeugt, mit der Ausnahme ₉ daß das membranerzeugende Mittel 26,5 Gew_o-# BOrmamid und 47t7 Gew.-jS Azeton enthielt und die Auehärttemperatur 85⁰O betrug»

Bei einem lest der in Beispiel 1 beschriebenen Art ergab die Vorrichtung einen SalzausstoB von 94™ 1,0 5sy„^ und einen wasserfluS von 0,536-0,024 m pro m und Tag.

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Beispiel 3.

Eine Membrananordnung wurde wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme» daß das membranerzeugende Mittel 30 GeWo-^ Formamid und 44»2 Gew_o«=$ Azeton enthielt und die Aushärttemperatur 75⁰C betrüg

Bei einem Test der in Beispiel 1 beschriebenen Art während 25 Stunden ergab die Vorrichtung einen SaIzausstoß von 75* 5»O Gew«,-# und einen Wasserfluß von 1,072i O»048 nr pro m und Tag₀

Anßprüohej

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Claims (1)

1. Patentanspruches

   1ο Verfahren zur Herstellung einer Merabrananordnunt; für die Anwendung bei umgekehrter Osmose, wobei auf einen Dorn zur Erzeugung eines Rohre in spiraliger Form poröse,, faserige Bänder aufgewickelt werden» dadurch gekennzeichnet, daß ein faseriges Band oder mehrere faserige Bänder zur Urzeugung des Rohrs aufgewickelt werden und daß eine semi-permeable Membran kontinuierlich auf die Innen- oder Außenseite des auf dem Dorn erzeugten Rohrs aufgegossen wirdo

   2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus zwei Bändern gewickelt wird«

   3β Verfahren nach Anspruoh 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band ein Band aus Polyestorfaserpapier ist.

   4 ο Rohr wickelvorrichtung zur !Durchführung des in Anspruoh 1 beanspruchten Verfahrens mit einem länglichen, festen Dorn, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (11, 16) an einem Ende oder nahe einem Ende Mittel (23) zur Aufbringung einer eine semi-permeable membranerzeugenden Flüssigkeit auf ein Rohr (33), das auf dem Dorn aus einem Band oder aue Bändern (30, 21) gewickelt worden 1st, umfaßt, sowie eine Abstreifvorrichtung (22)» die so ausgebildet und angeordnet 1st, daß das Rohr über oder durch diese. Vorrichtung führbar ist und die durch dieses Mittel auf die innere oder äußere Fläche dee Rohr* aufgebrachte Flüssigkeit durch diese Vorrichtung bis auf die erforderliche Dioke abötreifbar

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   5o Vorrichtung nach Anspruch 4p dadurch gekennzeichnete daß die Abstreifvorrichtung ein zylindrischer Kalibrierdorn (22) ist_p der so angeordnet ist» daß das Rohr über den Born wanderte

   6ο Vorrichtung nach Anspruch 4 p dadurch gekennzeichnet₉ daß die Mittel zum Zuführen der membranerzeugenden Flüssigkeit aus einer Verteilvorrichtung (23) bestehen,, die an einem Enda des Wickeldorns angeordnet ist und dieser Wickeldorn (11, 1.6) hohl ausgebildet ist»

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