DE2037186B2

DE2037186B2 - Verfahren zur Herstellung und Verwendung eines rohrförmigen Bauteils

Info

Publication number: DE2037186B2
Application number: DE2037186A
Authority: DE
Inventors: Ayre Silver Spring Gollan, Md. (V.St.A.)
Original assignee: Hydronautics Inc
Current assignee: Hydronautics Inc
Priority date: 1969-07-31
Filing date: 1970-07-27
Publication date: 1974-06-12
Also published as: GB1299977A; CA951188A; FR2056492A5; NL7011393A; DE2037186C3; IL34967A0; DE2037186A1; IL34967A

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrträger zwecks Benetzung seiner ganzen Innenoberfläche mit der Gießflüssigkeit gefüllt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gießfiüssigkeit während ihrer Einführung in das Innere des Rohrträgers in einer geschlossenen Schleife zirkulieren läßt. 4c

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrträger während der Entleerung der Uberschußgießfiüssigkeit aus seinem Inneren vertikal geneigt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Aushärtungsströmungsmittel zum Aushärten des Gießflüssigkeitsfilms axial längs des Inneren des Rohrträgers durchströmen läßt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Gießflüssigkeitsmenge mit Zelluloseacetat als Zelluloseabkömmling und einem Aceton und Formamid enthaltenden Trägermaterial in den Rohrträger einführt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entleerung der Überschußgicßflüssigkeit aus dem Rohrträger durch Rotation des Rohrträgers um eine quer zu seiner Länge liegende Achse beschleunigt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Grenzflächenscherkräftc auf den Gießflüssigkeitsfilm einwirken läßt, indem man einen Lösungsmitteldampfstrom längs des Inneren des Rohrträgers durchströmen läßt, und einen im Vergleich mit dem bei einfacher Schwerkraftentleerung möglichen Film gleichmäßigeren und dünneren Film erzeugt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die filmbildende Flüssigkeit in den porösen Robrträger bei allgemein horizontal gerichteter Achse desselben eingeführt und so der hydrostatische Druck und das Eindringen der Flüssigkeit in den porösen Rohrträger gering gehalten werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Rohrträger durch festhaftende Verbindung eines Faserrohres mit der Innenwandoberfläche einer perforierten rohrförmigen Mett'llhülle hergestellt wird.

11. Verwendung eines gemäß Verfahren nach den Ansprikhen 1 bis 10 hergestellten Bauteils zum wiederholten Verfahren der Erzeugung von Wasser geringer Lösungskonzentration und Wasser angereicherter Lösungskonzentration aus einer wäßrigen Ausgangslösung bestimmter Lösungskonzentration.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Bauteils mit einer permeablen Membran und einem porösen rohrförmigen Träger, bei dem man eine Membran-Gießflüssigkeit mit einem aus der Gruppe der Zelluloseester und -äther gewählten Zelluloseabkömmling und einem Trägermaterial verwendet, das die Bildung einer permeablen Membran aus dem Zelluloseabkömmling ermöglicht, wenn das Trägermaterial daraus entfernt wird, sowie auf die Verwendung eines danach hergestellten Bauteil bei der Entsalzung wäßriger Flüssigkeiten.

Es w urden bereits ausgedehnte Forschungsprogramme durchgeführt, um das Problem einer wirtschaftlichen Gewinnung von r-inem Wasser aus Salzwasser, wie z. B. Seewasser oder Brackwasser, zu lösen, im Rahmen dieser Forschungsgruppe untersuchte man viele Verfahren, von denen die meisten Wärmeübergangsvorgänge umfassen. Diese Verfahren sind jedoch allgemein wegen des hohen Wärmeverbrauchs unwirtschaftlich, und die Suche nach einer Gewinnungsmethode, die eine wirtschaftlichere Erzeugung großer Mengen reinen Wassers ermöglich!, geht weiter.

Ein vielversprechender Reinwassergewinnungsprozeß, der dabei entwickelt wurde, nutzt eine als Umkehrosmose durch eine permeable Membran bekannte Erscheinung aus. Es wurde gefunden, daß. wenn z. B. Salzwasser gegen diese Membranen unter einem etwas oberhalb des osmotischen Drucks von Salzwasser liegenden hydraulischen Druck gepreßt wird, reines Wasser vor. der Salzwasserseite aus durch die Membrane strömt. Die Grundprinzipien der Umkehrosmose und geeignet zusammengesetzte Stoffe zur Verwendung bei ümkehrösmösemembranen sind /.B. in den USA".-Patentschriften 3 133 132, 3 170 867 und 3 310 488 beschrieben. Auf diesen Stand der Technik wird in dieser Anmeldung Bezug genommen.

Eine wirtschaftliche Auswertung der Entsalzung von Wasser durch Umkehrosmose ersc¹" int vielversprechend, da das Verfahren eine wirksame Energieausnutzung bietet und die Anwendung verhältnismäßig hoher Temperaturen vermeidet, die zu erheblicher Korrosion und Ablagerungserscheinuiigen führen, wie man sie allgemein in Wärmeübergangs-

Wasserreinigungssystemen antrifft. Umkehrosmoseverfahren sind auch deshalb vorteilhnft, weil sie eine Reinigung von stark salzhaltigem Wasser m einem oder zwei Seihritten mit entsprechenden Ersparnissen en Einrichtwngsabmessungen und -kosten ermögliehen.

Ein Haupthindernis für die Entwicklung von wirtschaftlich vertretbaren Verfahren und Vorrichtungen zur Anwendung der Umkehrosmosetechnik ist das Erfordernis der häufigen Reinigung der Membranen κ> mit mechanischen oder chemischen Mitteln und des häufigen Ersatzes der Membranen wegen Beschädigungen durch Ablagerung, Zusammenpressung und chemischen Angriff im Betrieb. Ungi'instigerweise ist die gegenwärtig zur Herstellung der porösen Mem- is branen verfügbare Technik sowohl zeitaufwendig als auch kostspielig und trägt so zu den übermäßigen Wartungskosten und Stillstandszeiten bei, die beim bisherigen Betrieb mit Umkehrosmosevorrichtungen ♦llgemein angetroffen werden.

Die Membranen werden allgemein in Rohrform verwendet, und die Verfahren zut Herstellung dieser Membranen umfaßten bisher üblicherweise das Aufttreicnen einer abgemessenen Schichtdicke eines die Membrane bildenden Materials auf die innere oder fiuEere Wand eines Gußrohres und das anschlieCende Eintauchen des Rohres in Wasser, um eine Gelbildung des Materials herbeizuführen und so die Membrane zu bilden.

Bei einem solchen Verfahren wird z. B. ein genau Husgerichtetes, weichwandiges Rohr über einen eng palenden Halter gezogen, der eine Masse des Materials trägt und es über die Rohrwandung verteilt oder verschmiert, wenn das Rohr über den Halter gleitet. Das abgesenkte Rohr tritt anschließend in einen Behälter mit kaltem Wasser ein, wo die Gelierung der Membrane erfolgt.

Die rohrförmige Membrane muß jedoch \cm Gußrohr entfernt und wegen ihrer schwachen Struktur äußerlich mit einem porösen Träger umgeben werden. Weiter müssen die Enden des Membranerohres abgeschnitten und Druckdichtungen angepaßt werden, um die Membrane gegen den porösen Träger abzudichten, bevor sie in einer herkömmlichen Umkehrosmosevorrichtung verwendet werden kann.

Bei einem anderen Verfahren zur Herstellung einer rohrförmigen Umkehrosmosemembrane wird die Membrane als flache Bahn gegossen, und ein flacher ebener Streifen der Membranenbahn wird dann um einen Dorn gewickelt, der in den porösen Träger eingeführt wird. Es ist schwierig, die Membranen in die Träger einzuführen, und es sind außerdem auch hier die Abschneid- und Druckabdichtungsschritte erforderlich, bevor die Membranen benutzt werden können.

Aus der USA.-Patentschrift 3 446 359 ist ein Verfahren bekannt, nach dem die die Membrane bildende Masse in einer passenden Form rohrförmig gegossen, teilweise getrocknet, in Wasser eingetaucht, aus der Form entfernt, mit porösem Band umwickelt, von einem zweiten Rohr getragen erneut in Wasser eingetaucht und darin unter Erwärmung ausgehärtet wird.

Schließlich ist es entsprechend dem eingangs genannten Verfahren ausderUSA.-Patentschrift3457170 bekannt, die Membrane direkt im porösen rohrförmigen Träger 2 \ erzeugen, indem man mit einem zylindrischen Spachtelinstrument die Membran-Gießflüsligkeit auf die Innenwand des porösen Rohrträgers verteilt und den Überschuß abstreift. Diese Arbeitsweise ist arbeitsBufvvL-ndig und führt außerdem in nachteiliger Weise leicht dazu, daß GieCflüssjgkeit in die Poren des porösen Rohrtra'gers eingedrückt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß es einerseits weniger arbeitsaufwendig ist und eine höhere Produktionsgeschwindigkeit als bisher ermöglicht und daß dabei andererseits ein unerwünschtes Eindringen der Gießiiüssigkeit in die Trägerrohrporen weitgehend vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man

a) eine Gießflüssigkeitsmenge in das Innere des porösen Rohrträgers einführt, um die gesamte Innenoberfläche des Rohrträgers zu benetzen, wobei man mit Überschußmenge arbeitet.

b) die Überschußgießflüssigkeiu aus dem Rohrträger entleert, wodurch iin dünner Film der Gießflüssigkeit auf der Irnenwand des Rohrträgers gebildet wird, und

c) das Trägermaterial aus dem dünnen Gießflüssigkeitsfilm miaels axialen Durchleitens einer die Gießflüssigkeii gelierenden Flüssigkeitssäule längs der Innenseite des Gießflüssigkeitsfilms an der Innenwand des Rohrträgers entfernt und so in situ eine permeable Membran innerhalb des porösen Rohrträgers erzeugt.

Durch das Benetzen der Innenoberfläche des Rohrträgers mit einem Überschuß an GieFflüssigkeit und Entfernen der nicht benötigten ^enge durch Herausfließenlassen mittels der Schwerkraft erhält man rr't geringem Arbeitsaufwand und praktisch ohne Eindringen der GiePflüssigkeit in die Trägerrohrporen in relativ kurzer Zeit die gewünschte Membranfilmdicke, aus der das Trägermaterial ebenfalls in eir,-facher Weise durch axiales Durchleiten der gelierend wirkenden Flüssigkeit entfernt wird. Das erfindungsgemäl?e Verfahren ermöglicht gleichzeitig eine leichte Kontrolle der Umgebung d;r gebildeten Membrane, wobei nach außen der Rohrträger gegen zu schnelle physikalische Änderungen, wie Dehydrierung abschirmt und innen mittels der gelierend wirkenden Flüssigkeit die Umgebungstedingungen, wie Temperatur und Wasserdampfdruck genau einstellbar sind, so daß eine gute Qualität der Membranen gewährleistet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus der weiteren Beschreibung und sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Bauteils zum wiederholten Verfahren der Erzeugung von Wasser geringer Lösungskonzentration und Wasser angereicherter Lösungskonzentration aus einer wäßrigen Ausgangslösung bestimmter Lösungskonzentration.

Die Erfindung ermöglicht auch die gleichzeitige Erzeugung einer Mehrzahl von Umkehrosmosemembranen in einer Mehrzahl von porösen Trägern, die zu einer einzigen Einheit verbunden sind oder allgemeiner als Rohrbündel bezeichnet werden. So läßt sich dann auch eine ganze Meinbranen-Rohrbündeleinheit gemeinsam austauschen, ohne daß die Membranen einzeln ersetzt werden müssen und die Einheit auseinandergenommen werden muß.

Da sich der Membranefilm so herstellen laßt, daß zeug;, indem man zunächst eine Gießflüssigkeit in

er sich zusammenhängend von einem Einlaßkopfstück einen Rohrträger einführt. Die Gießflüssigkeit soll

durch poröse Trägerrohre in ein Auslaßkopfstück er- sich dazu eignen. Flüssigkeitsfilme auf dem verwen-

streckt, ermöglicht die Erfindung den Einsatz von deten Rohrträger zu bilden und anschließend unter

Rohrbündeln, die keine Hochdruckpassungen oder 5 Bildung eines festen rohrförmigen Gebildes ausgc-

-dichtungen an beiden Enden jedes Rohrträgers er- härtet zu werden.

fordern. Die zusammenhängende Membrane ver- Die wesentlichen physikalischen Eigenschaften dor

hindert das Entweichen eitler hochsalzhaltigen Lösung Gießfliissigkeit umfassen die dynamische Viskosität

aus dem Inneren der Rohre in der Nähe ihrer Enden. und die Dichte. Auch sollte die Oberflächenspannung

Infolgedessen läßt sich eine cinstückige Kopfstück- io der Gießflüssigkeit niedrig genug sein, um eine Bc-

und Rohrplatte z. B. durch Schweißen mit passenden netzung der Membraneträgeroberfläche zuzulassen.

Einlassen und Auslassen zum Einführen und Ent- Eine Auswahl von Gießflüssigkeiten läßt sich beim

leeren der Membranegießlösung herstellen. Verfahren gemäß der Erfindung zur Erzeugung von

Bei ihrer Anwendung zum Gießen einer permeablen bei Umkehrosmoseverfahren brauchbaren Membra-Membrane innerhalb eines porösen Trägers beruht 15 nen verwenden. Dazu gehören z. B. die an sich beein wesentlicher Vorteil der Erfindung auf den nicd- kannten Gießflüssigkeiten nach den USA.-Patcntrigcn Gicßflüssigkeitsdrückcn, die sich beim Ent- schriftcn 3 133 132, 3 133 137, 3 170 867 und 3 130 488. leerungsgießen anwenden lassen. Da die gesamte Die meisten der wünschenswerten Gießflüssigkeiten Oberfläche des Trägers völlig mit Gießflüssigkeit enthalten einen Zelluloseabkömmling und ein flüssiges bedeckt v/erden kann, ohne daß ein hoher dyna- 20 Trägermaterial, das die Gefügeausbildung einer permischer oder hydrostatischer Druck auf die Gieß- meablcn Membrane aus dem Zelluloseabkömmling flüssigkeit einwirkt, dringt die Gießflüssigkeit praktisch nach Entfernung der Trägerlösung ermöglicht. Die nicht in die Poren des porösen Trägers ein ur.u meisten der bevorzugten filmbildenden Zelluloseabschafft keine unerwünschte Barriere für ilen Flüssig- kömmlinge, die bei diesem Verfahren verwendet werkeitsstrom durch den porösen Träger. Das Entice- 25 d.n, enthalten Zelluloseabkömmlinge der Formel
rungsgießverfahren kann mit einem bemerkenswert pupH or η
niedrigeren Gießflüssigkeitsdruck als bei acn bisher M₂UK₁ u
verfügbaren, handelsüblichen Membranegießverfah- - CH CH O

ren vor sich gehen und trotzdem, wenn erwünscht. CHORo CHOR.

porenfreie Membranen liefern. 30

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung worin R₁, R₂ und R₃ Glieder einer Gruppe sind, die

veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher er- aus Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und

läutert: darin zeigt Radikalen der Formel CR₄O bestehen, worin R,

F i g. 1 ein Arbeitsschema zur Durchführung der eine Alkylgruppc mit 1 bis. 7 Kohlenstoffatomen ist.

Membrar.eherstellung gemäß der Erfindung, 35 Besondere Beispiele bevorzugter Zelluloseabkömm-

F i g. 2 eine Ansicht einer erfindungsgemäß hergc- linge sind Zelluloseacetat, Zellulosetriacetat, ZeIIu-

stellten Rohrbündcleinheit, loseacetatbutyrat. Zellulosepropionat und Äthylzellu-

F i g. 3 einen Querschnitt eines Rohrträgers mit lose.

einer darin erfindungsgemäß erzeugten rohrförmigen Der beim erfindungsgemäßen Verfahren für UmMembrane und 4u kehrosmosemembranen verwendete flüssige Träger

F i g. 4 einen Querschnitt nach der Linie 4-4 in sollte mit dem Zelluloseabkömmling in der Weise

F ig. *3. zusammenwirken, daß in dem rohrförmigen Film

Der Begriff »permeabel« in dieser Anmeldung aus der Gießflüssigkeit Poren erzeugt werden, so daß

bedeutet die Eigenschaft von Membranen, reinere sich eine permeable Membrane ergibt, wenn der

Wasserlösungcn durchfließen zu lassen. Der Begriff 45 Träger von dem Zelluloseabkömmling entfernt wird,

«porös« bedeutet die Eigenschaft von Rohrträgern, Der Träger kann aus einer wäßrigen Lösung von

das Durchströmen wäßriger Flüssigkeit zu ermög- Essigsäure oder im wesentlichen Essigsäureanhydrid

lichen. Wo Prozentsätze für Zusammensetzungen an- bestehen. Alternativ kann der Träger ein organisches

gegeben sind, handelt es sich um Gewichtsprozent- Lösungsmittel mit einem darin gelösten, porener-

angaben, falls nichts anderes angegeben ist. 50 zeugenden organischen Stoff oder Salz, z. B. eine

Die Verfahren gemäß der Erfindung sehen die Er- Lösung von Glycerol und n-Propanol in Aceton sein,

zeugung eines festen rohrförmigen Gebildes aus einer Der Träger enthält vorzugsweise ein organisches

Auswahl flüssiger Materialien vor, die sich einführen Lösungsmittel, wie z. B. Aceton, Dimethylformamid,

lassen, um die Innenoberfläche eines Rohrträgers zu Methyläthylketon, Äthylalkohol, Methylalkohol und

benetzen und einen Plüssigkeitsfilm auf der Innenwand 55 Mischungen der vorstehenden Lösungsmittel, Aceton

des Rohrträgers zu bilden. In ihrem weiteren Anwen- ist ein besonders zweckmäßiges Trägermaterial,

dwipbereich ermöglicht die Erfindung die Erzeugung Das Gewichtsverhältnis des organischen Lösungs-

von festen strömungsmittelpsrmiablsn und strö- mittels zum. Zelluloseabkömmling liegt normalerweise

mungsmittelimperrneablen Überzügen auf den Innen- im Bereich von etwa 2:1 bis 6:1, das Vorzugsver-

Wflnden von permeablen und impsrmiablen Rohr- 60 hältnis ist etwa 3:1.

tfggern. So läßt sich das vorliegende Entleerungs- Derzeit bevorzugte Gießflüssigkeiten zur Erzeugung

Fenwjnpverfahren auch zur Erzeugung eines rohr- von Umkehrosmosemembranen umfassen ternäre

fUflürtSSftfJeWldes zur Auskleidung von Rohren mit Systems von Aceton, Formamid und Zelluloseacetat.

§|j$f TfäffcfHnmtichen filmbtldendsn Flüssigkeit, wie Diese bevorzugten Zusammensetzungen haben eine

fr & PlÄ* Asphaltmaterial und synthetischen or- 65 dynamische Viskosität von etwa 30 bis 300 Poise und

J rölymsrmatefiäUen anwenden, die sich eine Oberflächenspannung von etwa 30 bis 40 dynes/

$Hlf elftes festen Überzugs aushärten lassen. cm.

Iftgsgemjß werden rohrförmige Bauteile er- Erfindungsgemäß wird die Gießflüssigkeit nach

ihrer Herstellung ζ. B. in einen porösen Rohrträger im Überschuß gegenüber der zur vollständigen Bedeckung des Inneren des Trägers erforderlichen Menge eingeführt. Die Verwendung eines Überschusses an Gießflüssigkeit beseitigt die Notwendigkeit von Facharbeit oder Präzisionseinrichtungen und «chert eine vollständige Bedeckung der Trägeroberfläche mit der Gießflüssigkeit.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine ausreichende Gießflüssigkeits- to inenge in das Innere des porösen Rolhrträgers zur füllung des Trägers eingeführt, während die Achse ties Rohrträgers in einer horizontalen Stellung ist,

schneller wirkendes Entleerungsverfahren erwünscht ist, der rohrförmige Träger auch um eine quer zu seiner Längsachse liegende Achse gedreht werden, wodurch die Entleerung der Gießflüssigkeit beschleunigt wird, da Zentrifugalkräfte auf die Gießflüssigkeit einwirken. Natürlich sollten die sich aus der Rotation des Rohrträgers um die Querachse ergebenden Zentrifugalkräfte die Schwerkraft übertreffen, um die beschleunigte Entleerung zu erreichen.

Allgemein ergeben, wenn der Rohrträger in einer vertikalen oder vertikal geneigten Stellung angeordnet wird, Entleerzeiten von je nach der Rohrlänge etwa 10 bis 200 Minuten bevorzugte Filmdicken für Gießflüssigkeiten, die in die bevorzugten Bereiche fallende

lim die hydrostatische Belastung und ein Eindringen

tier Gießlösung in das Trägerrohr möglichst gering 15 Viskositäten aufweisen,
tu halten. Es lassen sich auch verschiedene andere Es ist auch möglich, die durch die Formel (1) aus-Verfahren anwenden, um die Gießflüssigkeit in den gedruckte Beziehung durch lokale Änderungen in Rohrträger einzuführen, z. B. auch ein kontinuierlicher der dynamischen Viskosität zu beeinflussen. Zum BeiUmlauf der Gießlösung in einem geschlossenen spiel können durch eine teilweise Verdampfung des Schleifensystem, bis eine vollständige Benetzung des ao flüssigen Trägermaterials der Gießlösung am oberen Rohrträgers erhalten ist. Wenn der rohrförmige Ende des Rohrträgers Membranen mit gleichmäßi-

Träger horizontal ausgerichtet ist, ist es manchmal vorteilhaft, den Rohrträger um seine Längsachse rotieren zu lassen, um eine vollständigere Benetzung seiner Innenoberfläche zu sichern.

Erfindungsgemäß wird dann die Einführung der Gießflüssigkeit abgebrochen, nachdem gesichert ist, daß die ganze innere Trägeroberfläche benetzt ist, und dann läßt man die Gießflüssigkeit aus dem

gerer Dicke gegossen werden. So wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die Gießflüssigkeit durch Berührung mit Luft, anderen mit der Gießlösung nicht reagierenden Gasen oder Mischungen eines organischen Lösungsmittels mit Inertgas während oder kurz nach der Zeit, in der die Überschußgießflüssigkeit aus dem Rohrträger entleert wird, teilweise verdampft. Auch ist es möglich,

Träger herauslaufen, um lediglich einen dünnen Film 30 die erhaltene Membrane dünner zu machen, indem der Gießflüssigkeit auf seiner Innenoberfläche zu man auf di Gießflüssigkeit während des Entleerungsbilden. Allgemein variiert die Dicke des Films der Vorganges orenzfiächenscherkräfte, z. B. durch Hin-Gießflüssiekeit über die Länge des Trägers und in durchleiten eines Lösungsmitteldampfstroms axial Abhängigkeit von der Art der Einführung und Be- längs des Rohrträgers, einwirken läßt,
netzungstechnik eventuell auch über den Durch- 35 Im letzten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen messer oder die Breite der Trägeroberfläche. Jedoch Verfahrens wird der Gießflüssigkeitsfilm an Ort und

Stelle ausgehärtet, um eine permeable Membrane innerhalb des Rohrträgers zu bilden. Wenn die bevorzugten filmbildenden Flüssigkeiten aus Zelluloseabkömmüngen und einem Trägermaterial verwendet werden, läßt sich der Aushärtungsschritt durchführen,

lassen sich die Dickenschwankungen des ausgehärteten Überzugs steuern, um Überzüge zu schaffen, die eine erwünschte Gesamtpermeabilität und gute Sperreigenschaften für gelöste Stoffe besitzen.

Die Dicke eines Films einer beim freien Ablaufen an einer flachen vertikalen Wand hängenden viskosen Flüssigkeit wurde von Bird, Stewart und Lightfoot in Transport Phenomena, J.Wiley,

indem man den Träger mit kaltem Wasser ausspült, bis eine Gelierung des Zelluloseabkömmlings auftritt und die Trägerlösung aus dem Film entfernt ist. Diese

6. Ausgabe (1965) durch" folgende Annäherungsbe- 45 Kaltwasserbehandlung erfordert üblicherweise etwa

Ziehung ausgedrückt:

15 bis 30 Minuten, wenn man Wasser von 4 bis 15"C verwendet. Man kann jedoch Wassertemperaturc ~ bis zu Raumtemperatur anwenden, um den Zelluloseabkömmling zu gelieren.

Anschließend ist es vorteilhaft, das Salzabweisungsmaß der rohrförmigen Membrane zu erhöhen, indem man eine Aktivhaut auf der Membrane bildet. Diese Aktivhaut läßt sich erzeugen, indem man eine Säule aus erhitztem Strömungsmittel von geeigneter kon-

bedeuten.

Die Gleichung trifft, obwohl sie für flache Wandoberfiächen entwickelt wurde, ziemlich genau auch

worin δ die Filmdicke, μ die dynamische Viskosität
der Flüssigkeit, t die Ablaufzeit, ρ die Dichte der
Flüssigkeit, g die Gravitationsbeschleunigung und χ 55 trollierter Temperatur an der rohrförmigen Membrane den Abstand von der Oberseite der Ablaufoberfiäche entlangstreichen läßt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, in dem eine rohrförmige Membrane innerhalb eines rohrförmigen Trägers gebildet wird, werden bevorzugte Hautaktivierbedingungen erreicht

für rohrförmige Träger zu und ist für verhältnismäßig 60 indem man die Membrane mit einer Säule aus Wassei lange Ablaufzeiteö und für x-Werte gültig, die nicht von 70 bis 90⁰C 10 bis 30 Minuten in Berührunj zu dicht an der Ablauf Oberkante liegen. bringt. Anschließend wird das System zweckmäßij

Das Ausleeren der Gießflüssigkeit zur Bildung eines mit einem letzten Kaltwasserstrom gespült,
dünnen Films läßt sich geeignet vornehmen, indem Vorzugsweise führt man den Aushärtongsschrit

man den Rohrträger in eine vertikale oder vertikal 65 durch, indem man den dünnen Film der Gießflüssig geneigte Stellung bringt, in der die Schwerkraft ein keit zunächst mit einer kalten wäßrigen Salzlösung ii Ablaufen der Uberschußgießflüssigkeit aus dem rohr- Berührung bringt. Es wurde gefunden, daß die Sab fönnigen Träger bewirkt. Alternativ kann, wenn ein lösung die Festigkeit der erhaltenen Membranen in

Vergleich zum Gelieren nur durch Berührung mit tungsstiömungsmitteln durch das System zu crmcgkaltem Wasser erheblich steigert. liehen. Luft kann das System durch die Leitung 17

Es ist noch festzustellen, daß die nach den Ver- und das Ventil 25 verlassen, und Wasser kann aus fahren gemäß der Erfindung erzeugten rohrförmigen dem System durch die Leitung 27 und das Ventil 28 Gebilde auch unabhängig von dem Rohrträger, in 5 ausgetrieben werden. Zweckmäßig wird nach der dem sie erzeugt sind, verwendbar sind. Zum Beispiel Vollendung des Gclierungsvorganges der Kallwaberkenn ein rohrförmiges Gebilde in einem Rohrträger gelierungsstrom durch einen Warmwassergelierungserzeugt und herausgenommen und außerhalb des strom ersetzt, der die Membrane anläßt.
Rohrträgers verwendet oder in einen anderen rohr- Das gleichzeitige Gießen mehrerer Membranen

förmigen Träger eingesetzt werden. Es ist jedoch zur io nach dem errmdungsgcmäf'en Verfahren ist eine Herstellung von Umkehrosmosemembranen er- einfache Weiterentwicklung des vorstehend für ein wünscht, diese an Ort und Stelle innerhalb eines einzelnes Tiägerrohr beschriebenen Verfahrens und porösen Rohrträgers zu erzeugen und darin zu be- umfaßt nur geringe Abwandlungen in der Ausrüstung, lassen, so daß keine zusätzliche Arbeit erforderlich So ermöglicht die Erfindung die Erzeugung eines ist, um die Membrane mit dem porösen Träger zu 15 neuartigen Rohrbündels für Umkehrosrr.osevorgänge. versehen, der vorhanden sein muß, um die treibenden F i g. 2 erläutert eine Rohrbündeleinheit, die erfir,-

Kräftc auszuhaken, die bei den üblichen hohen dungsgemäß aufgebaut ist. Die Einheit umfa(:t eine Drücken auftreten, unter denen Unikehrosmosevor- Mehrzahl von parallelen porösen rohrförmigen Trägänge ablaufen. gern 30. Ein Einlaßkopfstück, allgemein mit 32 be-

Das erfindungsgemäPe Verfahren hält die Monte *o zeichnet, ist an einem Ende der Rohrträger, und ein der überschüssig verbrauchten Gießlösung während Auslaßkopfstück, allgemein mit 34 bezeichnet, ist ;=m der Bildung der Membrane sehr gering. Zum Beispiel anderen Ende der rohrförmigen Träger vorgesehen, kann die Gießlösung, die aus dem Rohrträger ent- Das Einlaßkopfstück 32 umfaßt einen Behälter, der

leert wird, wieder verwendet werden, wenn eine durch die innere Oberfläche des Kopfstücks begrenzt lösungsmittel-lösungsgesättigte Atmosphäre im Gieß- »5 ist, und eine Mehrzahl von Auslaßkopfstückleitungen system aufrechterhalten wird. 38, die den Behälter mit einem Ende jedes der rohr-

Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich an- förmigen Träger 30 verbinden, um ein Strömen des wenden, um Trägerrohre auszukleiden, die rauhere Strömungsmittel von dem Behälter in jeden Träger Oberflächen haben und weniger vollkommen als die zu ermöglichen. Eine Leitung 40 ermöglicht einen Träger ausgerichtet sind, die zur Verwendung beim 30 Strom des Strömungsmittels in das Einlaßkopfstück32 Absenkstempelgießverfahren erforderlich sind. So er- und aus diesem heraus. Ein Vierwegventil 42 eimcgmöglicht das erfindungsgemäße Verfahren das Formen licht Umstellungen in der Bewegungsrichtung der einer permeablen Membrane an Ort und Stelle inner- Strömungsmitte! in das Einlaßkopfstück und ans halb preiswerter rohrförmiger Träger, die nicht die diesem heraus.

strengen Anforderungen der inneren Oberflächen- 35 Das Auslaßkopfstück 34 umfaßt einen Behälter, glätte und Ausrichtung erfüllen müssen. der von der inneren Oberfläche des Kopfstücks Ie-

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs- grenzt wird, und eine Mehrzahl von Leitungen 44. die gemäßen Verfahrens ist grundsätzlich schematisch in das Auslaßende jedes rohrförmigen Trägers 30 mit F i g. 1 dargestellt. Eine Gießflüssigkeits-Zuführlei- dem Behälter des Kopfstücks verbinden. Die Leitung 22 führt Gießflüssigkeit einem Behälter 14 und 40 tungen 38 und 44 können kurze Rohrlängen oder dem Inneren des rohrförmigen Trägers 12 zu. Stutzen umfassen oder kreisförmige Öffnungen im

Vorzugsweise wird der Rohrträger 12 völlig mit Behälter der Kopfstücke sein, in welche die Enden Gießflüssigkeit gefüllt, um die Benetzung der gesamten der Träger 30 eingeschweißt oder eingelöst sind. Eine Innenwand des Trägers 12 zu sichern, bevor das Leitung 50 und ein Vierwegventil 52 sind vorgesehen, Ventil 24 geschlossen wird, um die Einführung der 45 um den Strom von Strömungsmittel in das Kopf-Gießflüssigkeit abzubrechen. Nach Wunsch kann stück 34 oder aus diesem heraus zu ermöglichen. Eo Gießflüssigkeit durch die Zuführleitung 8 eingeführt kann, wenn erwünscht, eine Ausgleichdruckleitung werden, die einen Verteiler 10 speist, der eine Gieß- zur Verbindung der Ventile 42 und 52 vorgesehen lösung um den Umfang der Innenoberfläche des Rohr- werden.

trägers 12 zuführt. Die Gießflüssigkeit strömt nach 50 Vorzugsweise sind die Innenoberflächen des Einlaßunten und benetzt die Innenwandoberfläche des Rohr- kopfstückes und des Auslaßkopfstückes glatt geträgers 12, und Überschußgießflüssigkeit wird im krümmt und weisen keine Unstetigkeiten auf, die Behälter 14 gesammelt. eine gleichmäßige Entleerung der Gießflüssigkeit aus

Nachdem eine ausreichende Menge Gießflüssigkeit den Kopfstücken verhindern würden. So weisen die eingeführt ist, um die Benetzung der Innenwand des 55 Kopfstücke zweckmäßig kreisförmige Querschnitte Rohrträgers 12 zu sichern, wird die Zufuhr der Gieß- auf.

lösung abgebrochen, und man läßt eine freie Schwer- Um die Rohrbündeleinheit nach F i g. 2 zui

kraftentleerung der Gießflüssigkeit folgen, wodurch Entsalzung von Wasser einzusetzen, wird eine zu· die Überschußgießflüssigkeit vom Behälter 14 durch sammenhängende permeable Membrane innerhalt die Leitung 17 entfernt wird. Eine Ausgleich-tfruck- 60 der Kopfstücke und innerhalb jedes rohrförmiger leitung 16 ist vorzugsweise zwischen dem Verteiler 10 Trägers 30 gebildet. Erfindungsgemäß wird dies« und dem Behälter 14 vorgesehen, um eine schnelle Membrane erzeugt, indem man eine Menge von film Entleerung der Gießlösung insbesondere, wenn der bildender Gießflüssigkeit dursh die Leitung 50 ii Rohrträger 12 völlig mit der Gießiösung gefüllt ist, das Kopfstück 34 einführt, um beide Kopfstücke 3Ά zu ermöglichen. ⁶5 «nd 34 und die Rohrträger 30 vollständig zu füllen

Eine Lufteinführleitung 18 and eine Wassereiäfuhr- Nachdem die Einheit gefüllt ist, wird das Vierweg leitung 20 sind vorgesehen, um eine teilweise Lösungs- ventil 52 an der Leitung 50 gedreht, um den Stron mittelverdantpfang bzw» einen Strom |ötf AOsiiSr-; . der Gießflüssigkeit zu sperren und die GieEflüssigkei

11 12

durch Schwerkraft aus den Kopfstücken ur.ci den Druck längs des Inneren der regenerierten rohrför-

rohrförmigen Trägern duich die Leitung 50 abfliegen migen Membranen treiben, um die Umlcehrosmose-

zii lassen ur.d so einen dünren und zusammenhalt Wasserreinigur.gsuirgänge wieder zu beginner;

genden Film der Gießflüssigkeit zu bilden, de·- sowohl Es sollte bedacht werden, daß die Strcmungi.iich-

die Inneno'cerflächen der Behälter der Kopfstücke 5 lung der eingespeisten Lösung durch das Rohrbündel

als auch die der rohrförmigen Träger bedeckt. umgekehrt werden kann, d. h., daß die eingespeiste

Weil ein in Längsrichtung zusammenhängender Lösung auch vom Kopfstück 34 zum Kopfstück 32 Überzug aus GiefTfllissigkeit erzeugt wird, der sich gerichtet sein kann. Der Strorr. der Gießflüssigkeit vom Behälter des Einlaßkopfstücks bis zum Be- während der Fonnvorgänge geht vorzugsweise vom halter des Auslaßkopfstücks erstreckt, sind keine io Kopfstück 32 zum Kopfstück 34, falls nicht die rohrbesonderen Abdichtungen oder Verbindungen an den fcrmigen Träger und Kopfstücke mit Flüssigkeit zu Enden der Rohrträger 30 erforderlich, um ein Aus- füllen sind, ein Verfahren, das die Einführung der tickern des hochlösungskonzer.trierten Ausgangs- GieTflüssigkeit durch die Leitung 50 ermöglicht. Allwassers zwischen den Kopfstücken und den Rohr- gemein sollten die rohrförmigen Träger, die beim erträgern unter den hohen Drücken zu \ern-,eiden. die 15 findungsgemäßen Verfahren und in der erfindungs- bei L'mkehrosmosevorgängen angewendet werden. gemäßen Vorrichtung verwendet werden, eine aus-

Dann treibt man eine Säule des Aushärtungsströ- reichende mechanische Festigkeit haben, um die

mungsmittels aufwärts durch die Leitung 50 in das Druckstromkräfte auszuhalten, die auf sie während

Kopfstück 34, die rohrförmigen Träger 30 ur.d das ihrer Verwendung unter hohen Drücken einwirken.

Kopfstück 32. Diese Strömungsmittelsäule wandelt 20 die mit den Umkehrosmosevorgängen verbunden

den Gießflüssigkeitsfüm in einen erstarrten Überzug sind; sie sollten weiter ausreichend porös sein, so

um. Wenn z. B. eine Zelluloseacelat-Formamid-Ace- daß während der Unikehrosmosevorgänge rur ein

tongießfiüssigkeit verwendet wird, ist das erste Aus- unbedeutender Druckabfall durch den Träger auf-

hänungsstrcmungsmittel vorzugsweise eine wäßrige tritt, und Porengrößen von ausreichend geringes

Salzlösung, die das Zelluloseacetat gelieren läßt und as Größe haben, so daß nur eine unbedeutende Menge

das Aceton-Formamidträgermaterial entfernt. Wäh- der filmbildenden Giefiflüssigkeit während der Mcm-

rend dieses Aushärtungsvorganges ist das Ventil 42 branenerzeugung durch die Poren fließt,

geöffnet, um die Mischung aus Aushärtungsströ- Die porösen Rohrträger sollten korrosionsbeständig,

mungsmittel und Träger herauszulassen. Kachdem alterungsbeständig und verhältnismäßig unlöslich in

der Strom der kalten Aushärtungslösung unter- 30 dem Material sein, das als Tragerlösung für die Mem-

brochen ist, läßt man zweckmäßig heißes Wasser an brane verwendet wird. Geeignete Materialien zum

der Innenseite der Membrane entlangstrcmen. um Aufbau der Trägerrohre umfassen rostfreien Stahl,

eine aktive Haut auf der Innenseite der Membrane Fiberglaslaminate von Epoxy- und/oder Polyesterharz

zu erzeugen. Diese aktive Haut erhöht das Salzab- und geflochtene Glasfasern. Es lassen sich sowohl

weisungsmaß der Membrane. Es wurde gefunden, 35 starre als auch flexible rohrförmige Träger verwenden,

daß Salzlösungen als Membraneaushärtungsströ- Zur Zeit zieht man zusammengesetzte rohrförmige

mungsmittel deutlich die Festigkeit der Membranen Trägei vor, die durch Einsetzen von faserigen Rohren

erhöhen. in perforierte Me'ailrohre erzeugt werden. Die fase-

Anschließend pumpt man kaltes Wasser längs der rigen Rohre werden mit den Metallrohren durch einen

Innenseite der Membrane, und die Membrane ist zur 40 Klebstoff oder Anschmelzen des fahrigen Rohres an

Verwendung bei der Entsalzung fertig. das metallische Rohr festnähend verbunden.

Während der Entsalzung treibt man salzhaltiges Die F i g. 3 und 4 erläutern den Querschnitt eines Wasser unter Druck durch das Ventil 42 und die bevorzugten Bauteils mit einer erfindungsgemäß erLeitung 4υ in das Innere der Membranen. End- zeugten Membrane zur Verwendung in einer Umkehrproduktwasser mit einer wesentlich niedrigeren Salz- 45 osmosevorrichtung. Wie die F i g. 3 und 4 zeigen, konzentration als das salzhaltige eingespeiste Wasser umfaßt das Bauteil einen zusammengesetzten porösen durchdringt die Wände der rohrförmigen Membranen rohrförmigen Träger 30, der aus ^rMer äußeren per- und die Wände der porösen Rohrträger 30, wo es auf forierten Metallhülle 70 und einem inneren Faserrohr irgendeine (nicht dargestellte) geeignete Weise ge- 72 besteht, das an die Innenseite des Metallrohres sammelt werden kann. 5° dicht angrenzt.

Die konzentrierte Lake, die nicht durch die Mem- Die Hülle 70 weist eine Anzahl von radial gebohrter

branen hindurchtritt, strömt in das Auslaßkopfstück 34 I Sehern 74 auf, die zum Ausströmen des niedrig-

und wird durch die Leitung 50 und das Ventil 52 weg- lösungskonzentriertcn Wassers bestimmt sind. Eine

geführt. permeable Membrane 76 ist nach dem erfindungs-

Wenn die rohrförmigen Membranen überholungs- 55 gemäßen Verfahren innerhalb des Faserrohres 72 einbedürftig sind, wird das Ventil 42 geschlossen, um die gegessen.

weitere Einführung der salzhaltigen Lösung zu unter- Zum klareren Verständnis der Erfindung folger

brechen. Die rohrförmigen Membranen können dann, einige Ausführungsbeispiele. Diese Ausführungsbei

wenn erforderlich, aufgelöst werden, indem man Lc- spiele dienen nur zur Erläuterung und sollen au sungsmittel durch die Leitung 40 und längs des 60 Erfindung nicht beschränken. Inneren der Kopfstücke und des rohrförmigen Trägers

strömen läßt. Die aufgelösten Membranen und das _ . ,.

Lösungsmittel werden durch die Leitung 50 aus dem Berspielelbis7 System entfernt.

Nachdem die rohrförmigen Membranen aufgelöst 65 In diesen Beispielen wurden permeable Membraner

sind, werden sie nach dem vorstehend für ihre Erst- unter Entleerung des Überschußmaterials in eine:

bildung beschriebenen Verfahren regeneriert. An- Mehrzahl von rohrförmigen Trägern unter Variatioi

schließend kann man wieder salzhaltiges Wasser unter der Gießlösungsviskosität und -zusammensetzung, de

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Bauteils mit einer permeablen Membran und einem porösen rohrförmigen Träger, bei dem man eine Membran-Gießflüssigkeit mil einem aus der Gruppe der Zelluloseester und -äther gewählten Zelluloseabkömmling und einem Trägermaterial verwendet, das die Bildung einer permeablen Membran aus dem Zelluloseabkömmltng ermöglicht, wenn das Trägermaterial daraus entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) eine Gießflüssigkeitsmenge in das Innere des porösen Rohrträgers einführt, urn die gesamte Innenoberfläche des Rohrträgers zu benetzen, wobei man mit Überschußmenge arbeitel,

b) die Uberschußgießfiüssigkeit aus dem Rohrträger entleert, wodurch ein dünner Film der Gießflüssigkeit auf der Innenwand des Rohrträgers gebildet wird, und

c) das Trägermaterial aus dem dünnen Gießflüssigkeitsfilm mittels axialen Durchleitens einer die Gießflüssigkeit gelierenden Flüssigkeitssäule längs der Innenseite des Gießflüssigkeitsfilms an der Innenwand des Rohrträgers entfernt und so in situ eine permeable Membran innerhalb des porösen Rohrträgers erzeugt.