[go: up one dir, main page]

EP2459294A2 - Device and method for mixing and exchanging fluids - Google Patents

Device and method for mixing and exchanging fluids

Info

Publication number
EP2459294A2
EP2459294A2 EP10771508A EP10771508A EP2459294A2 EP 2459294 A2 EP2459294 A2 EP 2459294A2 EP 10771508 A EP10771508 A EP 10771508A EP 10771508 A EP10771508 A EP 10771508A EP 2459294 A2 EP2459294 A2 EP 2459294A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chamber
fluid
membrane
mixing
liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10771508A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Axel Knobel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
FRANZ HAAS WAFFEL-UND KEKSANLAGEN-INDUSTRIE GmbH
Original Assignee
FRANZ HAAS WAFFEL-UND KEKSANLAGEN-INDUSTRIE GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by FRANZ HAAS WAFFEL-UND KEKSANLAGEN-INDUSTRIE GmbH filed Critical FRANZ HAAS WAFFEL-UND KEKSANLAGEN-INDUSTRIE GmbH
Publication of EP2459294A2 publication Critical patent/EP2459294A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20Mixing gases with liquids
    • B01F23/23Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312Diffusers
    • B01F23/23124Diffusers consisting of flexible porous or perforated material, e.g. fabric
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20Mixing gases with liquids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D19/00Degasification of liquids
    • B01D19/0031Degasification of liquids by filtration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D69/00Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by their form, structure or properties; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D69/12Composite membranes; Ultra-thin membranes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20Mixing gases with liquids
    • B01F23/23Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312Diffusers
    • B01F23/23126Diffusers characterised by the shape of the diffuser element
    • B01F23/231265Diffusers characterised by the shape of the diffuser element being tubes, tubular elements, cylindrical elements or set of tubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/40Mixing liquids with liquids; Emulsifying
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/42Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/42Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • B01F25/4331Mixers with bended, curved, coiled, wounded mixing tubes or comprising elements for bending the flow
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40Static mixers
    • B01F25/42Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/433Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
    • B01F25/4337Mixers with a diverging-converging cross-section
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2321/00Details relating to membrane cleaning, regeneration, sterilization or to the prevention of fouling
    • B01D2321/20By influencing the flow
    • B01D2321/2066Pulsated flow
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D65/00Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B01D65/08Prevention of membrane fouling or of concentration polarisation
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01FMIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20Mixing gases with liquids
    • B01F23/23Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312Diffusers
    • B01F23/23124Diffusers consisting of flexible porous or perforated material, e.g. fabric
    • B01F23/231245Fabric in the form of woven, knitted, braided, non-woven or flocculated fibers or filaments

Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for mixing and exchanging fluids, in particular for gassing or degassing
  • Such a device is e.g. in document EP 0 226 788 B1.
  • This device contains a semi-permeable membrane in a wall between a gas flow and a liquid flow.
  • a semipermeable membrane is also mentioned for bubble-free gassing of the liquid, for which purpose the semipermeable membrane is permeable to a gaseous medium to be admixed.
  • the problem arises that by the
  • the invention is based on the object, the mass transfer to a
  • the invention according to a first aspect provides a device for mixing and exchanging fluids, comprising a first chamber and a second chamber adjacent to the first chamber, the first chamber having one of at least a first fluid and a second fluid in A mixing chamber through which a mixing fluid flow direction can flow is provided with static mixing elements, and the second chamber is one of the second fluid
  • a semipermeable membrane is arranged, which is impermeable to molecules or molecular agglomerates of the first fluid and molecules or molecule agglomerates of the permeable to the second fluid, characterized in that the membrane consists of a material or is coated with a material to which at least the molecules or molecular agglomerates of one of the two fluids have a low affinity.
  • the formation of a stationary boundary layer by one of the two fluids on the membrane is made more difficult.
  • the invention according to a second aspect provides a device for mixing and exchanging fluids, having a first chamber and a second chamber adjacent to the first chamber, the first chamber having one of at least a first fluid and a second fluid in one Mixed fluid flow direction permeable mixing chamber with static
  • Mixing elements and the second chamber is one of the second fluid
  • a semipermeable membrane is arranged, which is impermeable to molecules or molecular agglomerates of the first fluid and molecules or molecule agglomerates of the permeable to second fluid, characterized in that the semi-permeable membrane is an elastic membrane which is mounted on a provided with a plurality of holes supporting wall.
  • the second aspect it is also possible to make the formation of a stationary boundary layer by one of the two fluids on the membrane more difficult, by pulsating pressurization of one of the two Fluide a pulsating fluctuating pressure difference between the two sides of the membrane is generated.
  • the measures according to the first aspect and the second aspect are combined, i.
  • the membrane is made of a material or coated with a material to which at least the molecules or molecular agglomerates of one of the two fluids have a low affinity
  • the semipermeable membrane is an elastic membrane which faces onto a support wall provided with a plurality of holes is stretched.
  • the semi-permeable membrane can be a hydrophobic (water-repellent)
  • the semi-permeable membrane may also be an oleophobic (oil-repellent)
  • the semi-permeable membrane is an oleophobic and
  • hydrophobic (oil-repellent and water-repellent) membrane In this case, the wetting or wetting of the membrane by a non-polar
  • Liquid such as e.g. Oil and complicated by water.
  • the gas-permeable membrane of the device according to the invention is a polymer membrane permeable to gas molecules such as O 2 , N 2 , CO 2 , which
  • the effective pore size of the gas-permeable membrane is preferably in the range of 0.1 nm to 10 nm, while the carrier material can have a much larger effective pore size.
  • the material used for the gas-permeable membrane is preferably one of the following polymers: cellulose acetate (CA), cellulose nitrate (CN), cellulose ester (CE), polysulfone (PS), polyethersulfone (PES), polyacrylonitrile (PAN), Polyamide (PA), polyimide (PI), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyurethane (PU).
  • CA cellulose acetate
  • CN cellulose nitrate
  • CE cellulose ester
  • PS polysulfone
  • PS polyethersulfone
  • PAN polyacrylonitrile
  • PA Polyamide
  • PA polyimide
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVC polyvinyl chloride
  • PU poly
  • the thickness of the gas-permeable membrane is about 1 ⁇ m to 300 ⁇ m
  • the carrier material for stabilizing the gas-permeable membrane may be a nonwoven material, a textile material, for example of polyester, or another porous material whose effective pore size is many times greater than the effective pore size of the gas-permeable membrane.
  • the support wall may have circular holes and / or slot-shaped holes. Due to the hole diameter or slot widths on the one hand and by the tension of the elastic semi-permeable membrane stretched, a fluttering of the membrane sections stretched over the hole openings can be achieved by the said pulsation. As a result, the material throughput at the membrane can be increased and the membrane can be freed of deposits on the membrane. For this purpose, the low-frequency pulsation can be supported by high-frequency vibrations (ultrasound).
  • the first chamber within the device limits a continuous (contiguous) mixing chamber volume and the second chamber within the device by separate (separate from each other) sub-chambers with a respective sub-volume of the fluid supply chamber or
  • Fluid discharge chamber formed, wherein the sub-chambers upstream of the
  • the sub-chambers of the second chamber are transverse to the mixing fluid flow direction of the first chamber extending transverse channels whose channel walls provided with a plurality of holes retaining wall and one on the
  • Fumigation or its removal (e.g., degassing).
  • transverse channels are provided with a circular or polygonal channel cross-section, wherein the transverse channels
  • first plurality of transverse channels having a first channel cross-sectional area and a second plurality of transverse channels having a second channel cross-sectional area provided, wherein preferably the transverse channels of the first plurality of transverse channels and the second plurality of transverse channels are arranged uniformly distributed in the first chamber.
  • Ratio between a second channel cross-sectional area and a first channel cross-sectional area in the range of 1/10 to 5/10.
  • a pressure source is in fluid communication with the first chamber or with the second chamber, which can generate a variable pressure.
  • This pressure source allows pulsations, which in the area covered by the stretched elastic membrane holes leads to a "fluttering" of the elastic membrane, whereby the passage of the second fluid through the membrane is favored for its supply to the first fluid (eg fumigation) or Removal from the first fluid (eg degassing).
  • the transverse channels are secured to and extend through a first support (e.g., first wall plate) in the region of their respective first ends, the first support and transverse channels together forming a first assembly of the device. Furthermore, it is expedient if the
  • Transverse channels of the first assembly in the region of their respective second end extend through openings in a second carrier (e.g., second wall plate), the second carrier, together with further walls of the first chamber, forming a second assembly of the device.
  • a second carrier e.g., second wall plate
  • the transverse channels form the static mixing elements of the first
  • Chamber i. the device is a static mixer whose deflection elements are hollow and via the inventive (semipermeable) membrane with the
  • the invention also provides a method of mixing and exchanging fluids using the apparatus described above, wherein a first fluid and a second fluid are delivered through the first chamber (mixing chamber) and the second fluid is delivered through the second chamber ,
  • the method can be used to Begasen a liquid, wherein a liquid-gas mixture is passed through the first chamber and through the second Chamber gas is passed, the pressure of which is greater than the pressure of the liquid-gas mixture in the first chamber.
  • the method can also be used for degassing a liquid, wherein a liquid-gas mixture is passed through the first chamber and the gas is passed through the second chamber, the pressure of which is lower than the pressure of the liquid-gas mixture in the first Chamber.
  • the pressure in the first chamber or the pressure in the second chamber is pulsed. There are in the
  • spanned elastic semipermeable membrane is deflected by pulses or is avenged to fluttering.
  • the membrane is deflected perpendicular to the support wall only in the area of the holes of the support wall.
  • Support surfaces not only favors the gassing or degassing of the liquid in the first chamber, but also pulses are transmitted to the liquid flowing in the first chamber.
  • the second gas-carrying chamber can also be subdivided, so that a first part of the sub-chambers or the transverse channels
  • Chamber may be divided into several such parts.
  • the respective parts of the second chamber can then be pulsed to each other with a time delay, whereby the flow behavior of the liquid in the first chamber can be influenced.
  • Particularly advantageous in the method is the use of a device with hydrophobized membrane, wherein the liquid dissolved in water, emulsified in water or suspended in water substances. This can be eg
  • aqueous sweetener masses comprising sugar molecules dissolved in water, micro-aerated.
  • a device with oleophobic membrane wherein the liquid dissolved in fat or oil, emulsified in fat or oil or suspended in fat or oil substances.
  • This can be used e.g. fat-based / oil-based confectionery masses, the sugar particles suspended in fat or oil, and e.g. Contain cocoa particles, micro-aerate and micro-vent.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive device as
  • Sectional view of a part of the device shows
  • Fig. 2 shows the first embodiment of the inventive device as
  • Fig. 3 shows a second embodiment of the device according to the invention as a sectional drawing of the device
  • Fig. 4 shows an enlarged detail of the detail C of Fig. 3.
  • a first embodiment of the inventive device is shown as a sectional drawing of a part of the device.
  • Fig. 1 shows a section of the device for mixing and exchange of fluids, in particular for
  • the cutting plane (drawing plane) is parallel to the predominant or prevailing
  • Flow direction is indicated by the meandering thick lines with arrows P1. From the device only a section is shown. Transverse through the first chamber 2, part chambers or transverse channels 4 extend through
  • tubular walls 6 are bounded with holes (not shown). About the punched tubular walls 6, an elastic membrane 7 is stretched, which is permeable to the gas G and is impermeable to the liquid F.
  • the flow direction of the gas G in the case of the gasification of the liquid F is indicated by the respective twelve arrows P2 at each perforated tube 6.
  • the device shown here can also be used for degassing. In the case of degassing would be the
  • further sub-chambers or transverse channels 2 can be arranged along the flow direction P1 upstream and downstream of the illustrated section and transversely to the flow direction P1 left and right of the illustrated section.
  • the housing of the first chamber 2 and the tubes of the transverse channels 4 may be made of metal, in particular of stainless steel or anodized aluminum, or of a polymer, in particular of polyester, e.g. Polyethylene terephthalate, or from
  • the gas-permeable membrane (not shown separately) is a polymer membrane which is permeable to gas molecules such as O 2 , N 2 , CO 2 and which is supported on a porous membrane
  • Carrier material (not shown separately) is applied and connected to this.
  • Their effective pore size is in the range of 0.1 nm to 10 nm, while the carrier material has a much larger effective pore size.
  • the size of the "pores" of the carrier material is expediently a multiple of the effective pore size of the membrane and is preferably in the range of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m, thereby ensuring that large molecules, such as fat molecules or sugar molecules of food masses, or for agglomeration (clustering tending water molecules can not pass through the membrane, while the small, non-agglomerated gas molecules can easily pass through the membrane 7.
  • one of the following polymers may be used: cellulose acetate (CA), cellulose nitrate (CN), cellulose ester (CE), polysulfone (PS), polyethersulfone (PES), polyacrylonitrile (PAN), Polyamide (PA),
  • CA cellulose acetate
  • CN cellulose nitrate
  • CE cellulose ester
  • PS polysulfone
  • PS polyethersulfone
  • PAN polyacrylonitrile
  • PA Polyamide
  • PI Polyimide
  • PE Polyethylene
  • PP Polypropylene
  • PTFE Polytetrafluoroethylene
  • PVDF Polyvinylidene fluoride
  • PVC Polyvinyl chloride
  • PU Polyurethane
  • PS repelent surface
  • PU high ductility
  • the thickness of the gas-permeable membrane is about 100 microns.
  • As a carrier material for stabilizing the gas-permeable membrane may be any carrier material for stabilizing the gas-permeable membrane.
  • Nonwoven material a textile material, e.g. made of polyester, or another porous, but elastically extensible material can be used, the effective pore size is much larger than the effective pore size of the gas-permeable membrane.
  • the elastic membrane 7 is a hose-like structure and can be mounted in a stretched state on the tubular walls 6 of the transverse channels 4.
  • the essential operating parameters for the gasification and degassing of the liquid F with gas G are: effective pore size of the membrane 7, pressure difference between the liquid-carrying first chamber 2 and the gas-conducting second chamber 4, flow rate of the liquid F, temperature / viscosity of the liquid F, cross-sectional shape of the Cross channels 4 (eg circular, lenticular, polygonal, in particular triangular or hexagonal), pressure difference amplitude and frequency of the pulsation of the gas G and / or the liquid F.
  • Fig. 2 the first embodiment of the inventive device is shown as a sectional drawing of the device.
  • Fig. 2 shows a parallel to
  • the device has an inlet 11 which opens into the first chamber 2.
  • the device has an outlet 12, which opens out of the first chamber 2 out.
  • This flow direction is indicated by the meandering thick lines with arrows P1.
  • Transverse through the first chamber 2 and transversely to the flow direction of the liquid F extend the sub-chambers or transverse channels 4, which are bounded by the tubular walls 6. These walls are shown schematically with alternating bright and dark areas, the bright areas representing the relatively large holes of the dark wall.
  • the elastic membrane 7 is stretched, which is permeable to the gas G and for the liquid F is impermeable.
  • the gas G flowing in the interior of the transverse channels 4 passes through the wall 6 and the membrane 7 stretched over it, thus entering the liquid F. flowing in the chamber 2.
  • a second embodiment of the inventive device is shown as a sectional drawing of the device.
  • Fig. 3 shows a parallel to
  • Fig. 3 the elements of Fig. 2 are identical or identical to those bear the same reference numerals as in Fig. 2, but are provided with a dash.
  • the cutting plane (drawing plane) runs parallel to the predominant or prevailing one
  • the device At the upstream end, the device has an inlet 11 ', which opens into the first chamber 2'. At the downstream end, the device has an outlet 12 'which opens out of the first chamber 2'. At the upstream end, the device has a first distributor 13, which opens into transverse chambers or secondary chambers 4 '. At the downstream end, the device has a second manifold 14 which opens out of the transverse chambers 4 '.
  • the flow direction of the liquid F is indicated by the arrows P1 '.
  • Transverse through the first chamber 2 'and transversely to the flow direction of the liquid F extend sub-chambers or transverse channels 4', which are bounded by zigzag walls 6 '. These walls are shown schematically with alternating bright and dark areas, the bright areas representing the relatively large holes of the dark wall. About the perforated zigzag walls 6 'is an elastic membrane
  • Transverse channels 4 'flowing gas G passes through the wall 6' and the diaphragm 7 'arranged above it and thus passes into the liquid F flowing in the chamber 2'.
  • Both the chamber 2 ', in which the liquid flows, and the transverse chambers 4 ', in which the gas flows G, have a zigzag geometry.
  • the second embodiment shown in Fig. 3 allows for a given flow direction of the liquid F in the first chamber 2 'a
  • Embodiment is possible, if one the first manifold 13 and the second manifold 14 left or right of the chamber 2 '(i.e., in FIG.
  • Fig. 4 is an enlarged detail of the detail C of Fig. 3 is shown.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Degasification And Air Bubble Elimination (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

The invention relates to a device and a method for mixing and exchanging fluids, having a first chamber (2) and a second chamber (4) adjacent to the first chamber, wherein the first chamber (2) is a mixing chamber having static mixing elements (6)permeable in a mixing fluid flow direction by a first fluid (F) and a second fluid (G), and the second chamber (4) is a fluid feeding chamber or fluid discharge chamber permeable by the second fluid (G), a semipermeable membrane (7) being disposed at least in parts of the boundary region between the volume of the first chamber (2) and the volume of the second chamber (4), said membrane being impermeable to molecules or molecule agglomerations of the first fluid (F) and permeable to molecules or molecule agglomerations of the second fluid (G), characterized in that the membrane (7) is made of a material or is coated by a material to which at least the molecules or molecule agglomerations of one of the two fluids (F) comprise a lower affinity, and/or characterized in that the semipermeable membrane (7) is an elastic membrane spanning a support wall (6) having a plurality of holes.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Mischen und Austauschen von Fluiden  Apparatus and method for mixing and exchanging fluids
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen und Austauschen von Fluiden, insbesondere zum Begasen oder Entgasen von The invention relates to an apparatus and a method for mixing and exchanging fluids, in particular for gassing or degassing
Flüssigkeiten. Liquids.
Für das Begasen oder Entgasen von Flüssigkeiten sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt. Bei diesen Vorrichtungen wird meist mit grossen Grenzflächen zwischen flüssiger und gasförmiger Phase gearbeitet, um in möglichst kurzer Zeit grosse Gasmengen in die Flüssigkeit hinein oder aus ihr heraus transportieren zu können. For gassing or degassing liquids, numerous devices are known. These devices usually work with large interfaces between liquid and gaseous phase in order to be able to transport large quantities of gas into or out of the liquid in the shortest possible time.
Es sind auch Vorrichtungen zum Begasen oder Entgasen sowie zum Filtrieren von Flüssigkeiten bekannt, in denen zwischen einer gasförmigen Phase und einer flüssigen Phase eine Membran angeordnet ist, die für das Gas durchlässig und für die Flüssigkeit undurchlässig ist. There are also devices for degassing or for the filtration of liquids known in which a membrane is arranged between a gaseous phase and a liquid phase, which is permeable to the gas and impermeable to the liquid.
Eine derartige Vorrichtung ist z.B. in dem Dokument EP 0 226 788 B1 offenbart. Diese Vorrichtung enthält eine semipermeable Membran in einer Wandung zwischen einem Gasstrom und einem Flüssigkeitsstrom. Insbesondere wird auch eine semipermeable Membran erwähnt zum blasenfreien Begasen der Flüssigkeit, wofür die semipermeable Membran für ein zuzumischendes gasförmiges Medium durchlässig ist. Hierbei tritt jedoch das Problem auf, dass das durch die Such a device is e.g. in document EP 0 226 788 B1. This device contains a semi-permeable membrane in a wall between a gas flow and a liquid flow. In particular, a semipermeable membrane is also mentioned for bubble-free gassing of the liquid, for which purpose the semipermeable membrane is permeable to a gaseous medium to be admixed. Here, however, the problem arises that by the
semipermeable Membran in die Flüssigkeit eindringende Gas nur sehr unwirksam durch die Flüssigkeit abtransportiert wird, da sich an der Membranoberfläche eine Grenzschicht in der Flüssigkeit ausbildet. Diese Grenzschicht ist praktisch stationär an der Membranoberfläche. Durch Benetzen und Durchnetzen der Membran bzw. der Membranporen durch die Flüssigkeit wird die Ausbildung einer solchen stationären Grenzschicht begünstigt. Semipermeable membrane is penetrated into the liquid penetrating gas only very ineffective by the liquid, as formed on the membrane surface, a boundary layer in the liquid. This boundary layer is practically stationary at the membrane surface. By wetting and Durchnetzen the membrane or the membrane pores by the liquid, the formation of such a stationary boundary layer is favored.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stoffaustausch an einer The invention is based on the object, the mass transfer to a
semipermeablen Membran zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid zu verbessern. semipermeable membrane between a first fluid and a second fluid to improve.
l Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zum Mischen und Austauschen von Fluiden bereit, mit einer ersten Kammer und einer an die erste Kammer angrenzenden zweiten Kammer, wobei die erste Kammer eine von mindestens einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid in einer Mischfluid-Strömungsrichtung durchströmbare Mischkammer mit statischen Mischelementen ist und die zweite Kammer eine von dem zweiten Fluid l To achieve this object the invention according to a first aspect provides a device for mixing and exchanging fluids, comprising a first chamber and a second chamber adjacent to the first chamber, the first chamber having one of at least a first fluid and a second fluid in A mixing chamber through which a mixing fluid flow direction can flow is provided with static mixing elements, and the second chamber is one of the second fluid
durchströmbare Fluidzufuhrkammer oder Fluidabfuhrkammer ist, wobei zumindest in Teilen des Grenzbereichs zwischen dem Volumen der ersten Kammer und dem Volumen der zweiten Kammer eine semipermeable Membran angeordnet ist, die für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des ersten Fluids undurchlässig ist und für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des zweiten Fluids durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus einem Material besteht oder mit einem Material beschichtet ist, zu dem zumindest die Moleküle oder Molekül-Agglomerate eines der beiden Fluide eine geringe Affinität aufweisen. flow-through fluid supply chamber or fluid discharge chamber, wherein at least in part of the boundary region between the volume of the first chamber and the volume of the second chamber, a semipermeable membrane is arranged, which is impermeable to molecules or molecular agglomerates of the first fluid and molecules or molecule agglomerates of the permeable to the second fluid, characterized in that the membrane consists of a material or is coated with a material to which at least the molecules or molecular agglomerates of one of the two fluids have a low affinity.
Gemäss dem ersten Aspekt wird die Ausbildung einer stationären Grenzschicht durch eines der beiden Fluide an der Membran erschwert. According to the first aspect, the formation of a stationary boundary layer by one of the two fluids on the membrane is made more difficult.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem zweiten Aspekt eine Vorrichtung zum Mischen und Austauschen von Fluiden, mit einer ersten Kammer und einer an die erste Kammer angrenzenden zweiten Kammer, wobei die erste Kammer eine von mindestens einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid in einer Mischfluid-Strömungsrichtung durchströmbare Mischkammer mit statischen To achieve this object the invention according to a second aspect provides a device for mixing and exchanging fluids, having a first chamber and a second chamber adjacent to the first chamber, the first chamber having one of at least a first fluid and a second fluid in one Mixed fluid flow direction permeable mixing chamber with static
Mischelementen ist und die zweite Kammer eine von dem zweiten Fluid Mixing elements and the second chamber is one of the second fluid
durchströmbare Fluidzufuhrkammer oder Fluidabfuhrkammer ist, wobei zumindest in Teilen des Grenzbereichs zwischen dem Volumen der ersten Kammer und dem Volumen der zweiten Kammer eine semipermeable Membran angeordnet ist, die für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des ersten Fluids undurchlässig ist und für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des zweiten Fluids durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran eine elastische Membran ist, die auf eine mit einer Vielzahl von Löchern versehene Stützwand aufgespannt ist. flow-through fluid supply chamber or fluid discharge chamber, wherein at least in part of the boundary region between the volume of the first chamber and the volume of the second chamber, a semipermeable membrane is arranged, which is impermeable to molecules or molecular agglomerates of the first fluid and molecules or molecule agglomerates of the permeable to second fluid, characterized in that the semi-permeable membrane is an elastic membrane which is mounted on a provided with a plurality of holes supporting wall.
Gemäss dem zweiten Aspekt wird ebenfalls ermöglicht, die Ausbildung einer stationären Grenzschicht durch eines der beiden Fluide an der Membran zu erschweren, indem durch eine pulsierende Druckbeaufschlagung eines der beiden Fluide eine pulsierend schwankende Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Membran erzeugt wird. According to the second aspect, it is also possible to make the formation of a stationary boundary layer by one of the two fluids on the membrane more difficult, by pulsating pressurization of one of the two Fluide a pulsating fluctuating pressure difference between the two sides of the membrane is generated.
Vorzugsweise werden die Massnahmen gemäss dem erstem Aspekt und dem zweiten Aspekt kombiniert, d.h. die Membran besteht aus einem Material oder ist mit einem Material beschichtet, zu dem zumindest die Moleküle oder Molekül- Agglomerate eines der beiden Fluide eine geringe Affinität aufweisen, und die semipermeable Membran ist eine elastische Membran, die auf eine mit einer Vielzahl von Löchern versehene Stützwand aufgespannt ist. Preferably, the measures according to the first aspect and the second aspect are combined, i. the membrane is made of a material or coated with a material to which at least the molecules or molecular agglomerates of one of the two fluids have a low affinity, and the semipermeable membrane is an elastic membrane which faces onto a support wall provided with a plurality of holes is stretched.
Die semipermeable Membran kann eine hydrophobierte (wasserabweisende) The semi-permeable membrane can be a hydrophobic (water-repellent)
Membran sein. In diesem Fall wird die Benetzung oder Durchnetzung der Membran durch eine polare Flüssigkeit wie z.B. Wasser erschwert. Be a membrane. In this case wetting or wetting of the membrane by a polar liquid, e.g. Water difficult.
Die semipermeable Membran kann auch eine oleophobierte (ölabweisende) The semi-permeable membrane may also be an oleophobic (oil-repellent)
Membran sein. In diesem Fall wird die Benetzung oder Durchnetzung der Membran durch eine nicht-polare Flüssigkeit wie z.B. Öl erschwert. Be a membrane. In this case wetting or wetting of the membrane by a non-polar liquid, e.g. Oil difficult.
Vorzugsweise ist die semipermeable Membran eine oleophobierte und Preferably, the semi-permeable membrane is an oleophobic and
hydrophobierte (ölabweisende und wasserabweisende) Membran. In diesem Fall wird die Benetzung oder Durchnetzung der Membran durch eine nicht-polare hydrophobic (oil-repellent and water-repellent) membrane. In this case, the wetting or wetting of the membrane by a non-polar
Flüssigkeit wie z.B. Öl und durch Wasser erschwert. Liquid such as e.g. Oil and complicated by water.
Vorzugsweise ist die gasdurchlässige Membran der erfindungsgemässen Vorrichtung eine für Gasmoleküle wie O2, N2, CO2 durchlässige Polymermembran, die Preferably, the gas-permeable membrane of the device according to the invention is a polymer membrane permeable to gas molecules such as O 2 , N 2 , CO 2 , which
vorzugsweise auf einem porösen Trägermaterial aufgetragen und mit diesem verbunden ist. Dabei liegt die effektive Porengrösse der gasdurchlässigen Membran vorzugsweise im Bereich von 0.1 nm bis 10 nm, während das Trägermaterial eine viel grossere effektive Porengrösse haben kann. preferably applied to a porous support material and connected thereto. In this case, the effective pore size of the gas-permeable membrane is preferably in the range of 0.1 nm to 10 nm, while the carrier material can have a much larger effective pore size.
Als Material für die gasdurchlässige Membran wird vorzugsweise eines der folgenden Polymere verwendet: Cellulose-Acetat (CA), Cellulose-Nitrat (CN), Cellulose-Ester (CE), Polysulfon (PS), Polyethersulfon (PES), Polyacrylnitril (PAN), Polyamid (PA), Polyimid (PI), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PU). The material used for the gas-permeable membrane is preferably one of the following polymers: cellulose acetate (CA), cellulose nitrate (CN), cellulose ester (CE), polysulfone (PS), polyethersulfone (PES), polyacrylonitrile (PAN), Polyamide (PA), polyimide (PI), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polyurethane (PU).
Die Dicke der gasdurchlässigen Membran beträgt etwa 1 μm bis 300 μm, The thickness of the gas-permeable membrane is about 1 μm to 300 μm,
vorzugsweise 10 μm bis 200 μm. Das Trägermaterial zur Stabilisierung der gasdurchlässigen Membran kann ein Vliesmaterial, ein Textilmaterial, z.B. aus Polyester, oder ein anderes poröses Material sein, dessen effektive Porengrösse um ein Vielfaches grösser ist als die effektive Porengrösse der gasdurchlässigen Membran. preferably 10 μm to 200 μm. The carrier material for stabilizing the gas-permeable membrane may be a nonwoven material, a textile material, for example of polyester, or another porous material whose effective pore size is many times greater than the effective pore size of the gas-permeable membrane.
Die Stützwand kann kreisförmige Löcher und/oder schlitzförmige Löcher aufweisen. Durch die Lochdurchmesser bzw. Schlitzbreiten einerseits und durch die Spannung der aufgespannten elastischen semipermeablen Membran, kann durch das genannte Pulsieren ein Flattern der über die Lochöffnungen gespannten Membranabschnitte erzielt werden. Dadurch kann der Stoffdurchsatz an der Membran erhöht und die Membran von Ablagerungen an der Membran befreit werden. Hierzu kann das niederfrequente Pulsieren durch hochfrequente Schwingungen (Ultraschall) unterstützt werden. The support wall may have circular holes and / or slot-shaped holes. Due to the hole diameter or slot widths on the one hand and by the tension of the elastic semi-permeable membrane stretched, a fluttering of the membrane sections stretched over the hole openings can be achieved by the said pulsation. As a result, the material throughput at the membrane can be increased and the membrane can be freed of deposits on the membrane. For this purpose, the low-frequency pulsation can be supported by high-frequency vibrations (ultrasound).
Zweckmässigerweise begrenzt die erste Kammer innerhalb der Vorrichtung ein kontinuierliches (zusammenhängendes) Mischkammervolumen und ist die zweite Kammer innerhalb der Vorrichtung durch separate (voneinander gesonderte) Teilkammern mit einem jeweiligen Teilvolumen der Fluidzufuhrkammer oder Conveniently, the first chamber within the device limits a continuous (contiguous) mixing chamber volume and the second chamber within the device by separate (separate from each other) sub-chambers with a respective sub-volume of the fluid supply chamber or
Fluidabfuhrkammer gebildet, wobei die Teilkammern stromaufseitig von der Fluid discharge chamber formed, wherein the sub-chambers upstream of the
Vorrichtung in eine Fluidzufuhr-Sammelleitung münden und stromabseitig von der Vorrichtung in eine Fluidabfuhr-Sammelleitung münden. Open device in a fluid supply manifold and open downstream of the device in a fluid discharge manifold.
Vorzugsweise sind die Teilkammern der zweiten Kammer sich quer zur Mischfluid- Strömungsrichtung der ersten Kammer erstreckende Querkanäle, deren Kanalwände eine mit einer Vielzahl von Löchern versehene Stützwand sowie eine auf die Preferably, the sub-chambers of the second chamber are transverse to the mixing fluid flow direction of the first chamber extending transverse channels whose channel walls provided with a plurality of holes retaining wall and one on the
Stützwand aufgespannte elastische Membran als semipermeable Membran aufweisen. Diese Querkanäle sind sowohl Hindernisse/Schikanen der statischen Mischkammer als auch Verteiler für das zweite Fluid für dessen Zufuhr (z.B. Have support wall spanned elastic membrane as a semipermeable membrane. These transverse channels are both obstacles / baffles of the static mixing chamber and distributors for the second fluid for its delivery (e.g.
Begasung) oder dessen Abfuhr (z.B. Entgasung). Fumigation) or its removal (e.g., degassing).
Vorzugsweise sind voneinander beabstandete Querkanäle mit kreisförmigem oder mit polygonförmigem Kanalquerschnitt vorgesehen, wobei die Querkanäle Preferably, spaced transverse channels are provided with a circular or polygonal channel cross-section, wherein the transverse channels
vorzugsweise parallel zueinander verlaufen. preferably parallel to each other.
Um die Packungsdichte mit Querkanälen zu optimieren, ist vorzugsweise eine erste Vielzahl von Querkanälen mit einer ersten Kanal-Querschnittsfläche vorgesehen und eine zweite Vielzahl von Querkanälen mit einer zweiten Kanal-Querschnittsfläche vorgesehen, wobei vorzugsweise die Querkanäle der ersten Vielzahl von Querkanälen und der zweiten Vielzahl von Querkanälen in der ersten Kammer gleichmässig verteilt angeordnet sind. Hierbei verwendet man vorteilhaft ein In order to optimize the packing density with transverse channels, it is preferable to provide a first plurality of transverse channels having a first channel cross-sectional area and a second plurality of transverse channels having a second channel cross-sectional area provided, wherein preferably the transverse channels of the first plurality of transverse channels and the second plurality of transverse channels are arranged uniformly distributed in the first chamber. This is advantageously used
Verhältnis zwischen einer zweiten Kanal-Querschnittsfläche und einer ersten Kanal- Querschnittsfläche im Bereich von 1/10 bis 5/10. Ratio between a second channel cross-sectional area and a first channel cross-sectional area in the range of 1/10 to 5/10.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung steht mit der ersten Kammer oder mit der zweiten Kammer eine Druckquelle in Fluidverbindung, die einen veränderlichen Druck erzeugen kann. Diese Druckquelle ermöglicht Pulsationen, was im Bereich der durch die gespannte elastische Membran bedeckten Löcher zu einem„Flattern" der elastischen Membran führt, wodurch der Durchtritt des zweiten Fluids durch die Membran begünstigt wird für dessen Zufuhr in das erste Fluid (z.B. Begasung) oder dessen Abfuhr aus dem ersten Fluid (z.B. Entgasung). In a particularly advantageous embodiment, a pressure source is in fluid communication with the first chamber or with the second chamber, which can generate a variable pressure. This pressure source allows pulsations, which in the area covered by the stretched elastic membrane holes leads to a "fluttering" of the elastic membrane, whereby the passage of the second fluid through the membrane is favored for its supply to the first fluid (eg fumigation) or Removal from the first fluid (eg degassing).
Zweckmässigerweise sind die Querkanäle im Bereich ihres jeweiligen ersten Endes an einem ersten Träger (z.B. erste Wandplatte) befestigt und erstrecken sich durch diesen hindurch, wobei der erste Träger und die Querkanäle zusammen eine erste Baugruppe der Vorrichtung bilden. Weiterhin ist es zweckmässig, wenn die Conveniently, the transverse channels are secured to and extend through a first support (e.g., first wall plate) in the region of their respective first ends, the first support and transverse channels together forming a first assembly of the device. Furthermore, it is expedient if the
Querkanäle der ersten Baugruppe im Bereich ihres jeweiligen zweiten Endes sich durch Öffnungen in einem zweiten Träger (z.B. zweite Wandplatte) hindurch erstrecken, wobei der zweite Träger zusammen mit weiteren Wänden der ersten Kammer eine zweite Baugruppe der Vorrichtung bilden. Dies ermöglicht ein schnelles Auseinanderbauen und Zusammenbauen der Vorrichtung zu Wartungszwecken (Reinigung, Membranwechsel). Transverse channels of the first assembly in the region of their respective second end extend through openings in a second carrier (e.g., second wall plate), the second carrier, together with further walls of the first chamber, forming a second assembly of the device. This allows a quick disassembly and assembly of the device for maintenance purposes (cleaning, membrane change).
Vorzugsweise bilden die Querkanäle die statischen Mischelemente der ersten Preferably, the transverse channels form the static mixing elements of the first
Kammer, d.h. die Vorrichtung ist ein statischer Mischer, dessen Ablenkelemente hohl sind und über die erfindungsgemässe (semipermeable) Membran mit der Chamber, i. the device is a static mixer whose deflection elements are hollow and via the inventive (semipermeable) membrane with the
Mischkammer (partiell) kommunizieren. Mixing chamber (partially) communicate.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit zum Mischen und Austauschen von Fluiden unter Verwendung der weiter oben beschriebenen Vorrichtung, wobei ein erstes Fluid und ein zweites Fluid durch die erste Kammer (Mischkammer) hindurch gefördert wird und das zweite Fluid durch die zweite Kammer hindurch gefördert wird. The invention also provides a method of mixing and exchanging fluids using the apparatus described above, wherein a first fluid and a second fluid are delivered through the first chamber (mixing chamber) and the second fluid is delivered through the second chamber ,
Das Verfahren lässt sich zum Begasen einer Flüssigkeit verwenden, wobei durch die erste Kammer ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch geleitet wird und durch die zweite Kammer das Gas geleitet wird, dessen Druck grösser ist als der Druck des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in der ersten Kammer. The method can be used to Begasen a liquid, wherein a liquid-gas mixture is passed through the first chamber and through the second Chamber gas is passed, the pressure of which is greater than the pressure of the liquid-gas mixture in the first chamber.
Das Verfahren lässt sich auch zum Entgasen einer Flüssigkeit verwenden, wobei durch die erste Kammer ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch geleitet wird und durch die zweite Kammer das Gas geleitet wird, dessen Druck kleiner ist als der Druck des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in der ersten Kammer. The method can also be used for degassing a liquid, wherein a liquid-gas mixture is passed through the first chamber and the gas is passed through the second chamber, the pressure of which is lower than the pressure of the liquid-gas mixture in the first Chamber.
Vorzugsweise wird während des Begasens oder Entgasens der Druck in der ersten Kammer oder der Druck in der zweiten Kammer gepulst . Dabei gibt es im Preferably, during gassing or degassing, the pressure in the first chamber or the pressure in the second chamber is pulsed. There are in the
wesentlichen zwei Betriebsarten, mit denen die auf die gelochte Stützwand essentially two modes of operation with which the perforated support wall
aufgespannte elastische semipermeable Membran durch Pulsen ausgelenkt wird bzw. zu Flattern beg rächt wird. spanned elastic semipermeable membrane is deflected by pulses or is avenged to fluttering.
Gemäss einer ersten Variante des Begasenes wird die Membran nur im Bereich der Löcher der Stützwand senkrecht zur Stützwand ausgelenkt. Diese Art des According to a first variant of the gassing, the membrane is deflected perpendicular to the support wall only in the area of the holes of the support wall. This kind of
„lokalen" Flatterns/Vibrierens der Membran wird begünstigt durch hohe "Local" fluttering / vibrating membrane is favored by high
Membranspannung und hohe Viskosität der Flüssigkeit, mit der die erste Kammer vollständig gefüllt ist. Membrane tension and high viscosity of the liquid with which the first chamber is completely filled.
Gemäss einer zweiten Variante des Begasenes wird die Membran über den According to a second variant of Begasenes the membrane over the
gesamten mit Löchern versehenen Bereich der Stützwand senkrecht zur Stützwand ausgelenkt. Diese Art des„globalen" Flatterns/Vibrierens der Membran wird Wholly provided with holes area of the support wall deflected perpendicular to the support wall. This type of "global" flutter / vibration of the membrane will
begünstigt durch geringe Membranspannung, geringe Viskosität der Flüssigkeit und wenn die erste Kammer nur teilweise gefüllt ist. favored by low membrane tension, low viscosity of the liquid and when the first chamber is only partially filled.
Durch die pulsartigen Membranbewegungen senkrecht zu den gelochten Due to the pulsatile membrane movements perpendicular to the perforated
Stützflächen wird nicht nur das Begasen oder Entgasen der Flüssigkeit in der ersten Kammer begünstigt, sondern es werden auch Impulse auf die in der ersten Kammer strömende Flüssigkeit übertragen. Die zweite gasführende Kammer kann auch unterteilt sein, so dass ein erster Teil der Teilkammern bzw. der Querkanäle Support surfaces not only favors the gassing or degassing of the liquid in the first chamber, but also pulses are transmitted to the liquid flowing in the first chamber. The second gas-carrying chamber can also be subdivided, so that a first part of the sub-chambers or the transverse channels
miteinander kommunizieren und ein anderer, vom ersten Teil hermetisch getrennter Teil der Teilkammern bzw. Querkanäle miteinander kommunizieren. Die zweite communicate with each other and another, hermetically separated from the first part of the sub-chambers or cross channels communicate with each other. The second
Kammer kann in mehrere derartige Teile unterteilt sein. Die jeweiligen Teile der zweiten Kammer können dann zueinander zeitversetzt gepulst werden, wodurch sich das Strömungsverhalten der Flüssigkeit in der ersten Kammer beeinflussen lässt. Besonders vorteilhaft ist bei dem Verfahren die Verwendung einer Vorrichtung mit hydrophobierter Membran, wobei die Flüssigkeit in Wasser gelöste, in Wasser emulgierte oder in Wasser suspendierte Stoffe aufweist. Damit lassen sich z.B. Chamber may be divided into several such parts. The respective parts of the second chamber can then be pulsed to each other with a time delay, whereby the flow behavior of the liquid in the first chamber can be influenced. Particularly advantageous in the method is the use of a device with hydrophobized membrane, wherein the liquid dissolved in water, emulsified in water or suspended in water substances. This can be eg
wässrige Süsswarenmassen, die in Wasser gelöste Zuckermoleküle aufweisen, mikrobelüften. Insbesondere sei hier das Mikrobelüften von Zuckerguss erwähnt. aqueous sweetener masses comprising sugar molecules dissolved in water, micro-aerated. In particular, mention should be made here of the micro-aerating of frosting.
Besonders vorteilhaft ist bei dem Verfahren auch die Verwendung einer Vorrichtung mit oleophobierter Membran, wobei die Flüssigkeit in Fett oder Öl gelöste, in Fett oder Öl emulgierte oder in Fett oder Öl suspendierte Stoffe aufweist. Damit lassen sich z.B. fettbasierte/ölbasierte Süsswarenmassen, die in Fett oder Öl suspendierte Zuckerpartikel und z.B. Kakaopartikel enthalten, mikrobelüften und mikroentlüften. Insbesondere sei hier das Mikrobelüften oder Mikroentlüften von Schokolade erwähnt. Also particularly advantageous in the method is the use of a device with oleophobic membrane, wherein the liquid dissolved in fat or oil, emulsified in fat or oil or suspended in fat or oil substances. This can be used e.g. fat-based / oil-based confectionery masses, the sugar particles suspended in fat or oil, and e.g. Contain cocoa particles, micro-aerate and micro-vent. In particular, mention should be made here of the micro-venting or micro-venting of chocolate.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend aufzufassenden Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, wobei Further advantages, features and applications of the invention will become apparent from the following description of a non-limiting aufzufassenden embodiment with reference to the drawing, wherein
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung als Fig. 1 shows a first embodiment of the inventive device as
Schnittzeichnung eines Teils der Vorrichtung zeigt; Sectional view of a part of the device shows;
Fig. 2 das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung als Fig. 2 shows the first embodiment of the inventive device as
Schnittzeichnung der Vorrichtung zeigt; und Sectional drawing of the device shows; and
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung als Schnittzeichnung der Vorrichtung zeigt; und Fig. 3 shows a second embodiment of the device according to the invention as a sectional drawing of the device; and
Fig. 4 einen vergrösserten Ausschnitt des Details C von Fig. 3 zeigt. Fig. 4 shows an enlarged detail of the detail C of Fig. 3.
In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung als Schnittzeichnung eines Teils der Vorrichtung gezeigt. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung zum Mischen und Austauschen von Fluiden, insbesondere zum In Fig. 1, a first embodiment of the inventive device is shown as a sectional drawing of a part of the device. Fig. 1 shows a section of the device for mixing and exchange of fluids, in particular for
Begasen oder Entgasen einer Flüssigkeit F mit einem Gas G. Die Schnittebene (Zeichnungsebene) verläuft parallel zur vorwiegenden bzw. vorherrschenden Gassing or degassing a liquid F with a gas G. The cutting plane (drawing plane) is parallel to the predominant or prevailing
Strömungsrichtung der Flüssigkeit F in einer ersten Kammer 2. Diese Flow direction of the liquid F in a first chamber 2. This
Strömungsrichtung ist durch die mäandrierenden dicken Linien mit Pfeilen P1 angedeutet. Von der Vorrichtung ist nur ein Ausschnitt gezeigt ist. Quer durch die erste Kammer 2 erstrecken sich Teilkammern bzw. Querkanäle 4, die durch Flow direction is indicated by the meandering thick lines with arrows P1. From the device only a section is shown. Transverse through the first chamber 2, part chambers or transverse channels 4 extend through
rohrförmige Wände 6 mit (nicht gezeigten) Löchern begrenzt sind. Über die gelochten rohrförmigen Wände 6 ist eine elastische Membran 7 gespannt, die für das Gas G durchlässig ist und für die Flüssigkeit F undurchlässig ist. Die Strömungsrichtung des Gases G für den Fall des Begasens der Flüssigkeit F ist durch die jeweiligen zwölf Pfeile P2 an jedem gelochten Rohr 6 angedeutet. Die hier gezeigte Vorrichtung kann auch zum Entgasen verwendet werden. Für den Fall des Entgasens wäre die tubular walls 6 are bounded with holes (not shown). About the punched tubular walls 6, an elastic membrane 7 is stretched, which is permeable to the gas G and is impermeable to the liquid F. The flow direction of the gas G in the case of the gasification of the liquid F is indicated by the respective twelve arrows P2 at each perforated tube 6. The device shown here can also be used for degassing. In the case of degassing would be the
Richtung der Pfeile P2 umgekehrt. Direction of the arrows P2 reversed.
In der Praxis können entlang der Strömungsrichtung P1 stromauf und stromab von dem dargestellten Ausschnitt sowie quer zur Strömungrichtung P1 links und rechts von dem dargestellten Ausschnitt noch weitere Teilkammern bzw. Querkanäle 2 angeordnet sein. In practice, further sub-chambers or transverse channels 2 can be arranged along the flow direction P1 upstream and downstream of the illustrated section and transversely to the flow direction P1 left and right of the illustrated section.
Das Gehäuse der ersten Kammer 2 sowie die Rohre der Querkanäle 4 können aus Metall, insbesondere aus Edelstahl oder eloxiertem Aluminium, oder aus einem Polymer, insbesondere aus Polyester, z.B. Polyethylenterephthalat, oder aus The housing of the first chamber 2 and the tubes of the transverse channels 4 may be made of metal, in particular of stainless steel or anodized aluminum, or of a polymer, in particular of polyester, e.g. Polyethylene terephthalate, or from
Polycarbonat bestehen. Polycarbonate exist.
Die gasdurchlässige Membran (nicht gesondert dargestellt) ist eine für Gasmoleküle wie O2, N2, CO2 durchlässige Polymermembran, die auf einem porösen The gas-permeable membrane (not shown separately) is a polymer membrane which is permeable to gas molecules such as O 2 , N 2 , CO 2 and which is supported on a porous membrane
Trägermaterial (nicht gesondert dargestellt) aufgetragen und mit diesem verbunden ist. Ihre effektive Porengrösse liegt im Bereich von 0.1 nm bis 10 nm, während das Trägermaterial eine viel grossere effektive Porengrösse hat. Die Grosse der „Poren" des Trägermaterials ist zweckmässigerweise ein Vielfaches der effektiven Porengrösse der Membran und liegt vorzugsweise im Bereich von 0.1 μm bis 10 μm. Dadurch wird gewährleistet, dass grosse Moleküle, wie z.B. Fettmoleküle oder Zuckermoleküle von Lebensmittelmassen, oder zur Agglomeration (Clusterbildung) neigende Wassermoleküle die Membran nicht passieren können, während die kleinen, nicht agglomerierten Gasmoleküle die Membran 7 leicht passieren können. Carrier material (not shown separately) is applied and connected to this. Their effective pore size is in the range of 0.1 nm to 10 nm, while the carrier material has a much larger effective pore size. The size of the "pores" of the carrier material is expediently a multiple of the effective pore size of the membrane and is preferably in the range of 0.1 μm to 10 μm, thereby ensuring that large molecules, such as fat molecules or sugar molecules of food masses, or for agglomeration (clustering tending water molecules can not pass through the membrane, while the small, non-agglomerated gas molecules can easily pass through the membrane 7.
Als Material für die gasdurchlässige Membran kann eines der folgenden Polymere verwendet werden: Cellulose-Acetat (CA), Cellulose-Nitrat (CN), Cellulose-Ester (CE), Polysulfon (PS), Polyethersulfon (PES), Polyacrylnitril (PAN), Polyamid (PA), As the material for the gas-permeable membrane, one of the following polymers may be used: cellulose acetate (CA), cellulose nitrate (CN), cellulose ester (CE), polysulfone (PS), polyethersulfone (PES), polyacrylonitrile (PAN), Polyamide (PA),
Polyimid (PI), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PU). Besonders bevorzugt als gasdurchlässiges Membranmaterial sind PS (abweisende Oberfläche) und PU (hohe Dehnbarkeit). Die Dicke der gasdurchlässigen Membran beträgt ca. 100 μm. Polyimide (PI), Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polytetrafluoroethylene (PTFE), Polyvinylidene fluoride (PVDF), Polyvinyl chloride (PVC), Polyurethane (PU). Particularly preferred as a gas-permeable membrane material are PS (repellent surface) and PU (high ductility). The thickness of the gas-permeable membrane is about 100 microns.
Als Trägermaterial zur Stabilisierung der gasdurchlässigen Membran kann ein As a carrier material for stabilizing the gas-permeable membrane may be
Vliesmaterial, ein Textilmaterial, z.B. aus Polyester, oder ein anderes poröses, aber elastisch dehnbares Material verwendet werden, dessen effektive Porengrösse viel grösser als die effektive Porengrösse der nur gasdurchlässigen Membran ist. Nonwoven material, a textile material, e.g. made of polyester, or another porous, but elastically extensible material can be used, the effective pore size is much larger than the effective pore size of the gas-permeable membrane.
Die elastische Membran 7 ist ein schlauchartiges Gebilde und kann in gedehntem Zustand auf die rohrförmigen Wände 6 der Querkanäle 4 aufgezogen werden. The elastic membrane 7 is a hose-like structure and can be mounted in a stretched state on the tubular walls 6 of the transverse channels 4.
Die wesentlichen Betriebsparameter für die Begasung und Entgasung der Flüssigkeit F mit Gas G sind: effektive Porengrösse der Membran 7, Druckdifferenz zwischen der flüssigkeitsführenden ersten Kammer 2 und der gasführenden zweiten Kammer 4, Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit F, Temperatur/Viskosität der Flüssigkeit F, Querschnittsform der Querkanäle 4 (z.B. kreisförmig, linsenförmig, polygonförmig, insbesondere dreieckförmig oder sechseckförmig), Druckdifferenz-Amplitude und Frequenz der Pulsation des Gases G und/oder der Flüssigkeit F. The essential operating parameters for the gasification and degassing of the liquid F with gas G are: effective pore size of the membrane 7, pressure difference between the liquid-carrying first chamber 2 and the gas-conducting second chamber 4, flow rate of the liquid F, temperature / viscosity of the liquid F, cross-sectional shape of the Cross channels 4 (eg circular, lenticular, polygonal, in particular triangular or hexagonal), pressure difference amplitude and frequency of the pulsation of the gas G and / or the liquid F.
Bei der Begasung oder Entgasung von Flüssigkeiten, bei denen es sich um In the fumigation or degassing of liquids that are at
Flüssigkeiten mit in Wasser gelösten, in Wasser emulgierten oder in Wasser suspendierten Partikeln handelt oder bei denen es sich um Flüssigkeiten mit in Fett oder Öl gelösten, in Fett oder Öl emulgierten oder in Fett oder Öl suspendierten Partikeln handelt, treten Betriebstemperaturen von ca. 10°C bis ca. 1000C auf. Bei diesen Temperaturen sind die weiter oben genannten Polymermaterialien stabil und eignen sich deshalb für die Begasung und/oder Entgasung in derartigen Operating temperatures of about 10 ° occur with liquids dissolved in water, emulsified in water or suspended in water particles or which are liquids with dissolved in fat or oil, emulsified in fat or oil or suspended in fat or oil particles C up to about 100 0 C on. At these temperatures, the polymer materials mentioned above are stable and are therefore suitable for fumigation and / or degassing in such
Flüssigkeiten. Liquids.
In Fig. 2 ist das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung als Schnittzeichnung der Vorrichtung gezeigt. Fig. 2 zeigt einen parallel zur In Fig. 2, the first embodiment of the inventive device is shown as a sectional drawing of the device. Fig. 2 shows a parallel to
vorherrschenden Strömungsrichtung der Flüssigkeit F verlaufenden Schnitt der Vorrichtung zum Mischen und Austauschen von Fluiden, insbesondere zum Begasen oder Entgasen der Flüssigkeit F mit einem Gas G. Die Schnittebene prevailing flow direction of the liquid F extending section of the device for mixing and exchange of fluids, in particular for gassing or degassing of the liquid F with a gas G. The cutting plane
(Zeichnungsebene) verläuft parallel zur vorwiegenden bzw. vorherrschenden (Drawing plane) is parallel to the prevailing or prevailing
Strömungsrichtung der Flüssigkeit F in der ersten Kammer 2. Am stromaufseitigen Ende hat die Vorrichtung einen Einlass 11 , der in die erste Kammer 2 mündet. Am stromabseitigen Ende hat die Vorrichtung einen Auslass 12, der aus der ersten Kammer 2 heraus mündet. Diese Strömungsrichtung ist durch die mäandrierenden dicken Linien mit Pfeilen P1 angedeutet. Quer durch die erste Kammer 2 und quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit F erstrecken sich die Teilkammern bzw. Querkanäle 4, die durch die rohrförmige Wände 6 begrenzt sind. Diese Wände sind mit abwechselnd hellen und dunklen Bereichen schematisch dargestellt, wobei die hellen Bereiche die relativ grossen Löcher der dunkel dargestellten Wand darstellen. Über die gelochten rohrförmigen Wände 6 ist die elastische Membran 7 gespannt, die für das Gas G durchlässig ist und für die Flüssigkeit F undurchlässig ist. Das im Innern der Querkanäle 4 strömende Gas G tritt durch die Wand 6 und die darüber gespannte Membran 7 hindurch und gelangt so in die in der Kammer 2 strömende Flüssigkeit F. Flow direction of the liquid F in the first chamber. 2 At the upstream end, the device has an inlet 11 which opens into the first chamber 2. At the downstream end, the device has an outlet 12, which opens out of the first chamber 2 out. This flow direction is indicated by the meandering thick lines with arrows P1. Transverse through the first chamber 2 and transversely to the flow direction of the liquid F extend the sub-chambers or transverse channels 4, which are bounded by the tubular walls 6. These walls are shown schematically with alternating bright and dark areas, the bright areas representing the relatively large holes of the dark wall. About the perforated tubular walls 6, the elastic membrane 7 is stretched, which is permeable to the gas G and for the liquid F is impermeable. The gas G flowing in the interior of the transverse channels 4 passes through the wall 6 and the membrane 7 stretched over it, thus entering the liquid F. flowing in the chamber 2.
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung als Schnittzeichnung der Vorrichtung gezeigt. Fig. 3 zeigt einen parallel zur In Fig. 3, a second embodiment of the inventive device is shown as a sectional drawing of the device. Fig. 3 shows a parallel to
vorherrschenden Strömungsrichtung der Flüssigkeit F verlaufenden Schnitt der Vorrichtung zum Mischen und Austauschen von Fluiden, insbesondere zum Begasen oder Entgasen der Flüssigkeit F mit einem Gas G. Die Elemente der Fig. 3, die Elementen der Fig. 2 entsprechen oder zu diesen identisch sind, tragen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 2, sind aber mit einem Strich versehen. Die Schnittebene (Zeichnungsebene) verläuft parallel zur vorwiegenden bzw. vorherrschenden prevailing flow direction of the liquid F extending section of the device for mixing and exchange of fluids, in particular for degassing or degassing of the liquid F with a gas G. The elements of Fig. 3, the elements of Fig. 2 are identical or identical to those bear the same reference numerals as in Fig. 2, but are provided with a dash. The cutting plane (drawing plane) runs parallel to the predominant or prevailing one
Strömungsrichtung der Flüssigkeit F in der ersten Kammer 2'. Flow direction of the liquid F in the first chamber 2 '.
Am stromaufseitigen Ende hat die Vorrichtung einen Einlass 11 ', der in die erste Kammer 2' mündet. Am stromabseitigen Ende hat die Vorrichtung einen Auslass 12', der aus der ersten Kammer 2' heraus mündet. Am stromaufseitigen Ende hat die Vorrichtung einen ersten Verteiler 13, der in Querkammern bzw. Nebenkammern 4' mündet. Am stromabseitigen Ende hat die Vorrichtung einen zweiten Verteiler 14, der aus den Querkammern 4' heraus mündet. Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit F ist durch die Pfeile P1' angedeutet. Quer durch die erste Kammer 2' und quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit F erstrecken sich Teilkammern bzw. Querkanäle 4', die durch zickzackförmig verlaufende Wände 6' begrenzt sind. Diese Wände sind mit abwechselnd hellen und dunklen Bereichen schematisch dargestellt, wobei die hellen Bereiche die relativ grossen Löcher der dunkel dargestellten Wand darstellen. Über die gelochten zickzackförmigen Wände 6' ist eine elastische Membran At the upstream end, the device has an inlet 11 ', which opens into the first chamber 2'. At the downstream end, the device has an outlet 12 'which opens out of the first chamber 2'. At the upstream end, the device has a first distributor 13, which opens into transverse chambers or secondary chambers 4 '. At the downstream end, the device has a second manifold 14 which opens out of the transverse chambers 4 '. The flow direction of the liquid F is indicated by the arrows P1 '. Transverse through the first chamber 2 'and transversely to the flow direction of the liquid F extend sub-chambers or transverse channels 4', which are bounded by zigzag walls 6 '. These walls are shown schematically with alternating bright and dark areas, the bright areas representing the relatively large holes of the dark wall. About the perforated zigzag walls 6 'is an elastic membrane
7' gespannt oder an vereinzelten Punkten der Wände 6' befestigt, die für das Gas G durchlässig ist und für die Flüssigkeit F undurchlässig ist. Das im Innern der 7 'stretched or attached to isolated points of the walls 6', which is permeable to the gas G and for the liquid F is impermeable. The inside of the
Querkanäle 4' strömende Gas G tritt durch die Wand 6' und die darüber angeordnete Membran 7' hindurch und gelangt so in die in der Kammer 2' strömende Flüssigkeit F. Sowohl die Kammer 2', in der die Flüssigkeit strömt, als auch die Querkammern 4', in denen das Gas G strömt, haben eine zickzackförmige Geometrie. Transverse channels 4 'flowing gas G passes through the wall 6' and the diaphragm 7 'arranged above it and thus passes into the liquid F flowing in the chamber 2'. Both the chamber 2 ', in which the liquid flows, and the transverse chambers 4 ', in which the gas flows G, have a zigzag geometry.
Das in Fig. 3 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel ermöglicht für eine gegebene Strömungsrichtung der Flüssigkeit F in der ersten Kammer 2' eine The second embodiment shown in Fig. 3 allows for a given flow direction of the liquid F in the first chamber 2 'a
Gegenstrombegasung oder eine Gleichstrombegasung mit dem Gas G. Countercurrent gas or a DC gas with the gas G.
Selbstverständlich ist auch hier eine Querbegasung wie bei dem ersten Of course, here is a transverse gassing as in the first
Ausführungsbeispiel möglich, wenn man den ersten Verteiler 13 und den zweiten Verteiler 14 links bzw. rechts von der Kammer 2' (d.h. in Fig. 3 oberhalb bzw. Embodiment is possible, if one the first manifold 13 and the second manifold 14 left or right of the chamber 2 '(i.e., in FIG.
unterhalb der Schnitt/Zeichnungs-Ebene) anordnet. below the cut / plot level).
In Fig. 4 ist ein vergrösserter Ausschnitt des Details C von Fig. 3 gezeigt. In Fig. 4 is an enlarged detail of the detail C of Fig. 3 is shown.
Insbesondere erkennt man hier den Verteiler 13, der mit den Nebenkammern In particular, one recognizes here the manifold 13, with the secondary chambers
4' kommuniziert. 4 'communicates.

Claims

Ansprüche claims
1. Vorrichtung zum Mischen und Austauschen von Fluiden, mit einer ersten Kammer (2) und einer an die erste Kammer angrenzenden zweiten Kammer (4), wobei die erste Kammer (2) eine von mindestens einem ersten Fluid (F) und einem zweiten Fluid (G) in einer Mischfluid-Strömungsrichtung durchströmbare Mischkammer mit statischen Mischelementen (6) ist und die zweite Kammer (4) eine von dem zweiten Fluid (G) durchströmbare Fluidzufuhrkammer oder Fluidabfuhrkammer ist, wobei zumindest in Teilen des Grenzbereichs zwischen dem Volumen der ersten Kammer (2) und dem Volumen der zweiten Kammer (4) eine semipermeable Membran (7) angeordnet ist, die für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des ersten Fluids (F) undurchlässig ist und für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des zweiten Fluids (G) durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (7) aus einem Material besteht oder mit einem Material beschichtet ist, zu dem zumindest die Moleküle oder Molekül-Agglomerate eines der beiden Fluide (F) eine geringe Affinität aufweisen. An apparatus for mixing and exchanging fluids, comprising a first chamber (2) and a second chamber (4) adjacent the first chamber, the first chamber (2) being one of at least a first fluid (F) and a second fluid (G) is a mixing chamber through which mixing mixing elements (6) can flow, in a mixing fluid flow direction, and the second chamber (4) is a fluid supply chamber or fluid discharge chamber through which the second fluid (G) flows, at least in part of the boundary between the volume of the first chamber (2) and the volume of the second chamber (4) is arranged a semipermeable membrane (7) which is impermeable to molecules or molecular agglomerates of the first fluid (F) and permeable to molecules or molecular agglomerates of the second fluid (G) characterized in that the membrane (7) consists of a material or is coated with a material to which at least the molecules or molecular agglomerates of one of the two Fluids (F) have a low affinity.
2. Vorrichtung zum Mischen und Austauschen von Fluiden, insbesondere gemäss Anspruch 1 , mit einer ersten Kammer (2) und einer an die erste Kammer 2. Apparatus for mixing and replacing fluids, in particular according to claim 1, with a first chamber (2) and one to the first chamber
angrenzenden zweiten Kammer (4), wobei die erste Kammer eine von mindestens einem ersten Fluid (F) und einem zweiten Fluid (G) in einer Mischfluid- Strömungsrichtung durchströmbare Mischkammer mit statischen Mischelementen (6) ist und die zweite Kammer (4) eine von dem zweiten Fluid (G) durchströmbare Fluidzufuhrkammer oder Fluidabfuhrkammer ist, wobei zumindest in Teilen des Grenzbereichs zwischen dem Volumen der ersten Kammer (2) und dem Volumen der zweiten Kammer (4) eine semipermeable Membran (7) angeordnet ist, die für adjoining second chamber (4), wherein the first chamber is one of at least a first fluid (F) and a second fluid (G) in a mixed fluid flow direction through which mixing mixing chamber with static mixing elements (6) and the second chamber (4) one of the second fluid (G) can be flowed through fluid supply chamber or fluid discharge chamber, wherein at least in part of the boundary region between the volume of the first chamber (2) and the volume of the second chamber (4) a semipermeable membrane (7) is arranged for
Moleküle oder Molekül-Agglomerate des ersten Fluids (F) undurchlässig ist und für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des zweiten Fluids (G) durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (7) eine elastische Membran ist, die auf eine mit einer Vielzahl von Löchern versehene Stützwand (6) aufgespannt ist. Is impermeable to molecules or molecular agglomerates of the first fluid (F) and permeable to molecules or molecular agglomerates of the second fluid (G), characterized in that the semi-permeable membrane (7) is an elastic membrane which is one of a plurality provided by holes provided support wall (6) is clamped.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the
semipermeable Membran eine hydrophobierte (wasserabweisende) Membran ist. semipermeable membrane is a hydrophobic (water repellent) membrane.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the
semipermeable Membran eine oleophobierte (ölabweisende) Membran ist. semipermeable membrane is an oleophobic (oil repellent) membrane.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützwand kreisförmige Löcher aufweist. 5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the support wall has circular holes.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützwand schlitzförmige Löcher aufweist. 6. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the support wall has slot-shaped holes.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kammer innerhalb der Vorrichtung ein kontinuierliches (zusammenhängendes) Mischkammervolumen begrenzt, und dass die zweite Kammer innerhalb der 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the first chamber within the device limits a continuous (contiguous) mixing chamber volume, and that the second chamber within the
Vorrichtung durch separate (voneinander gesonderte) Teilkammern mit einem jeweiligen Teilvolumen der Fluidzufuhrkammer oder Fluidabfuhrkammer gebildet ist, wobei die Teilkammern stromaufseitig von der Vorrichtung in eine Fluidzufuhr- Sammelleitung münden und stromabseitig von der Vorrichtung in eine Fluidabfuhr- Sammelleitung münden. Device is formed by separate (separate from each other) sub-chambers with a respective sub-volume of the fluid supply chamber or fluid discharge chamber, the sub-chambers open upstream of the device in a fluid supply manifold and open downstream of the device in a fluid discharge manifold.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkammern der zweiten Kammer sich quer zur Mischfluid-Strömungsrichtung der ersten Kammer erstreckende Querkanäle sind, deren Kanalwände eine mit einer Vielzahl von 8. The device according to claim 7, characterized in that the sub-chambers of the second chamber are transverse to the mixing fluid flow direction of the first chamber extending transverse channels whose channel walls one with a plurality of
Löchern versehene Stützwand sowie eine auf die Stützwand aufgespannte elastische Membran als semipermeable Membran aufweisen. Holes have provided support wall and a clamped on the support wall elastic membrane as a semipermeable membrane.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie voneinander beabstandete Querkanäle mit kreisförmigem Kanalquerschnitt aufweist. 9. Apparatus according to claim 8, characterized in that it comprises spaced-apart transverse channels with a circular channel cross-section.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie voneinander beabstandete Querkanäle mit polygonförmigem Kanalquerschnitt aufweist. 10. Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that it comprises spaced-apart transverse channels with polygonal channel cross-section.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die 11. The device according to claim 9 or 10, characterized in that the
Querkanäle parallel zueinander verlaufen. Cross channels run parallel to each other.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass sie eine erste Vielzahl von Querkanälen mit einer ersten Kanal-Querschnittsfläche aufweist und eine zweite Vielzahl von Querkanälen mit einer zweiten Kanal- Querschnittsfläche aufweist. Apparatus according to any one of claims 9 to 11, characterized in that it comprises a first plurality of transverse channels having a first channel cross-sectional area and a second plurality of transverse channels having a second channel cross-sectional area.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkanäle der ersten Vielzahl von Querkanälen und der zweiten Vielzahl von Querkanälen in der ersten Kammer gleichmässig verteilt angeordnet sind. 13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the transverse channels of the first plurality of transverse channels and the second plurality of transverse channels are arranged uniformly distributed in the first chamber.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadaurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen einer zweiten Kanal-Querschnittsfläche und einer ersten Kanal- Querschnittsfläche im Bereich von 1/10 bis 5/10 liegt. 14. The apparatus of claim 12 or 13, dadaurch characterized in that the ratio between a second channel cross-sectional area and a first channel cross-sectional area in the range of 1/10 to 5/10.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit der ersten Kammer oder mit der zweiten Kammer eine Druckquelle in 15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that with the first chamber or with the second chamber, a pressure source in
Fluidverbindung steht, die einen veränderlichen Druck erzeugen kann. Fluid connection is that can produce a variable pressure.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkanäle im Bereich ihres jeweiligen ersten Endes an einem ersten Träger (z.B. erste Wandplatte) befestigt sind und sich durch diesen hindurch erstrecken, wobei der erste Träger und die Querkanäle zusammen eine erste Baugruppe der 16. Device according to one of claims 7 to 15, characterized in that the transverse channels are fastened in the region of their respective first end to a first carrier (eg first wall plate) and extend therethrough, wherein the first carrier and the transverse channels together first assembly of
Vorrichtung bilden. Form device.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkanäle der ersten Baugruppe im Bereich ihres jeweiligen zweiten Endes sich durch 17. The apparatus according to claim 16, characterized in that the transverse channels of the first assembly in the region of their respective second end through
Öffnungen in einem zweiten Träger (z.B. zweite Wandplatte) hindurch erstrecken, wobei der zweite Träger zusammen mit weiteren Wänden der ersten Kammer eine zweite Baugruppe der Vorrichtung bilden. Openings in a second carrier (for example, second wall plate) extend therethrough, wherein the second carrier together with further walls of the first chamber form a second assembly of the device.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkanäle die statischen Mischelemente der ersten Kammer bilden. 18. Device according to one of claims 8 to 17, characterized in that the transverse channels form the static mixing elements of the first chamber.
19. Verfahren zum Mischen und Austauschen von Fluiden unter Verwendung einer Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei ein erstes Fluid und ein zweites Fluid durch die erste Kammer (Mischkammer) hindurch gefördert wird und das zweite Fluid durch die zweite Kammer hindurch gefördert wird. A method of mixing and exchanging fluids using a device according to any of claims 1 to 18, wherein a first fluid and a second fluid are delivered through the first chamber (mixing chamber) and the second fluid is delivered through the second chamber ,
20. Verfahren nach Anspruch 19 zum Begasen einer Flüssigkeit, dadurch 20. The method of claim 19 for gassing a liquid, characterized
gekennzeichnet, dass durch die erste Kammer ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch geleitet wird und durch die zweite Kammer das Gas geleitet wird, dessen Druck grösser ist als der Druck des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in der ersten Kammer. characterized in that a liquid-gas mixture is passed through the first chamber and the gas is passed through the second chamber, the pressure of which is greater than the pressure of the liquid-gas mixture in the first chamber.
21. Verfahren nach Anspruch 19 zum Entgasen einer Flüssigkeit, dadurch 21. The method according to claim 19 for degassing a liquid, characterized
gekennzeichnet, dass durch die erste Kammer ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch geleitet wird und durch die zweite Kammer das Gas geleitet wird, dessen Druck kleiner ist als der Druck des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in der ersten Kammer. characterized in that a liquid-gas mixture is passed through the first chamber and the gas is passed through the second chamber, the pressure of which is lower than the pressure of the liquid-gas mixture in the first chamber.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass während des Begasens oder Entgasens der Druck in der ersten Kammer oder der Druck in der zweiten Kammer gepulst wird. 22. The method according to any one of claims 19 to 21, characterized in that during the gassing or degassing, the pressure in the first chamber or the pressure in the second chamber is pulsed.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22 unter Verwendung einer 23. The method according to any one of claims 19 to 22 using a
Vorrichtung gemäss Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in Wasser gelöste, in Wasser emulgierte oder in Wasser suspendierte Stoffe aufweist. A device according to claim 3, characterized in that the liquid has dissolved in water, emulsified in water or suspended in water substances.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22 unter Verwendung einer 24. The method according to any one of claims 19 to 22 using a
Vorrichtung gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in Fett oder Öl gelöste, in Fett oder Öl emulgierte oder in Fett oder Öl suspendierte Stoffe aufweist. A device according to claim 4, characterized in that the liquid has dissolved in fat or oil, emulsified in fat or oil or suspended in fat or oil substances.
EP10771508A 2009-07-31 2010-08-02 Device and method for mixing and exchanging fluids Withdrawn EP2459294A2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CH01383/09A CH701558A2 (en) 2009-07-31 2009-07-31 Device and method for mixing and exchange of fluids.
PCT/IB2010/001904 WO2011012995A2 (en) 2009-07-31 2010-08-02 Device and method for mixing and exchanging fluids

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2459294A2 true EP2459294A2 (en) 2012-06-06

Family

ID=43501765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10771508A Withdrawn EP2459294A2 (en) 2009-07-31 2010-08-02 Device and method for mixing and exchanging fluids

Country Status (12)

Country Link
US (1) US20120174772A1 (en)
EP (1) EP2459294A2 (en)
JP (1) JP2013500845A (en)
KR (1) KR20120085740A (en)
CN (1) CN102596349A (en)
AT (1) AT14065U1 (en)
BR (1) BR112012001822A2 (en)
CA (1) CA2769701A1 (en)
CH (1) CH701558A2 (en)
PH (1) PH12012500188A1 (en)
RU (1) RU2012107489A (en)
WO (1) WO2011012995A2 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011102071B4 (en) * 2011-05-19 2015-06-25 Karlsruher Institut für Technologie Apparatus and method for assaying the differentiation of cells upon contact with a gradient of a solution of at least one biologically active species
CA2977768A1 (en) 2015-02-24 2016-09-01 The University Of British Columbia Continuous flow microfluidic system
JP2018525209A (en) 2015-04-28 2018-09-06 ザ・ユニバーシティ・オブ・ブリティッシュ・コロンビア Disposable microfluidic cartridge
EP3088822B1 (en) * 2015-04-29 2019-01-09 Whirlpool Corporation Cooling appliance with pressure equalizing valve
US10076730B2 (en) 2016-01-06 2018-09-18 The University Of British Columbia Bifurcating mixers and methods of their use and manufacture
DE102016119953A1 (en) * 2016-10-19 2018-04-19 Cfd Consultants Gmbh Device for storing electrical energy
CN106943878B (en) * 2017-04-22 2023-12-19 刘国敏 Liquid ammonia oleophobic hydrophobic filter element
CH718491B1 (en) * 2019-08-28 2023-11-15 Eidgenoessische Technische Hochschule Zuerich Eth Membrane, device and method for producing a dispersion

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3757955A (en) * 1971-08-09 1973-09-11 Baxter Laboratories Inc Multi-layer membrane type mass transfer device and process
US4515606A (en) * 1981-03-19 1985-05-07 Brunswick Corporation Gas separating and venting filter
US6017439A (en) * 1995-10-31 2000-01-25 The University Of Queensland Method and apparatus for separating liquid mixtures using intermittent heating
US20020020666A1 (en) * 2000-03-08 2002-02-21 Pierre Cote Membrane module for gas transfer and membrane supported biofilm process

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH670573A5 (en) 1985-11-22 1989-06-30 Sulzer Ag
US5468283A (en) * 1994-07-21 1995-11-21 Transfair Corporation Hollow fiber membrane modules with transverse gas flow tailored for improved gas separation
US5565149A (en) * 1995-03-15 1996-10-15 Permea, Inc. Control of dissolved gases in liquids
JPH11179167A (en) * 1997-12-25 1999-07-06 Nitto Denko Corp Spiral type membrane module
JP2001347686A (en) * 2000-04-05 2001-12-18 Nitto Denko Corp Air filter for ink vessel and ink vessel using the same
US6558450B2 (en) * 2001-03-22 2003-05-06 Celgard Inc. Method for debubbling an ink
FR2837800B1 (en) * 2002-03-26 2005-06-24 Valois Sa FLUID PRODUCT DISPENSER
US6858145B2 (en) * 2002-09-12 2005-02-22 Chemitreat Pte Ltd Method of removing organic impurities from water
US6863712B1 (en) * 2002-09-25 2005-03-08 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Fluid bubble eliminator
CN100361729C (en) * 2003-04-22 2008-01-16 安格斯公司 Pleated construction for effecting gas transfer membrane
US7638049B2 (en) * 2004-03-30 2009-12-29 Celgard Inc. Three-port high performance mini hollow fiber membrane contactor
US7434446B2 (en) * 2004-10-01 2008-10-14 Pro-Oceanus Sytems, Inc. System for the transfer and sensing of gas dissolved in liquid under pressure
US8479487B2 (en) * 2009-08-10 2013-07-09 General Electric Company Hybrid multichannel porous structure for hydrogen separation

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3757955A (en) * 1971-08-09 1973-09-11 Baxter Laboratories Inc Multi-layer membrane type mass transfer device and process
US4515606A (en) * 1981-03-19 1985-05-07 Brunswick Corporation Gas separating and venting filter
US6017439A (en) * 1995-10-31 2000-01-25 The University Of Queensland Method and apparatus for separating liquid mixtures using intermittent heating
US20020020666A1 (en) * 2000-03-08 2002-02-21 Pierre Cote Membrane module for gas transfer and membrane supported biofilm process

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012107489A (en) 2013-09-10
WO2011012995A3 (en) 2011-05-19
AT14065U1 (en) 2015-04-15
US20120174772A1 (en) 2012-07-12
KR20120085740A (en) 2012-08-01
BR112012001822A2 (en) 2016-03-15
CA2769701A1 (en) 2011-02-03
CN102596349A (en) 2012-07-18
WO2011012995A2 (en) 2011-02-03
JP2013500845A (en) 2013-01-10
PH12012500188A1 (en) 2012-10-22
CH701558A2 (en) 2011-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011012995A2 (en) Device and method for mixing and exchanging fluids
EP0208696B1 (en) Method for the dissolution of gas in a liquid
EP3043893B1 (en) Membrane filter and filtering method
EP1466658A1 (en) Device and method for aeration of membrane filters
CH641974A5 (en) DEVICE FOR PRODUCING A MULTI-PHASE DISPERSION AND METHOD FOR OPERATING THE DEVICE.
EP1780176B1 (en) Disinfection by cavitation
CH670573A5 (en)
WO2002026363A2 (en) Membrane filter unit and method for filtration
DE2606306A1 (en) DEVICE FOR INJECTING A GAS INTO A LIQUID
EP1147803B1 (en) Filtration and separation apparatus, especially for biological-organic fluids
EP2890472A1 (en) Filter element and filter device
EP0007653B1 (en) Liquid dosing and/or distribution device
EP0891221A1 (en) Membrane module for a membrane separation system, its use and process for producing the same
WO2014041146A1 (en) Stationary and mobile apparatus for energy-optimal introduction of a gas, gas mixture or fluid into a liquid by controlled introduction of individual bubbles or droplets of a gas, gas mixture or fluid
DE3205229C2 (en) Disposable filters
WO2007073780A1 (en) Cooling device with a filter unit
DE3325969A1 (en) Device for introducing gas into liquids, in particular a liquid/solid suspension with added flotation reagents
DE10250406A1 (en) Reaction device and mixing system
DE102018111377A1 (en) Arrangement for the aeration of liquids with a tubular aerator
DE202017002548U1 (en) Arrangement for the aeration of liquids with a tubular aerator
CH713229A1 (en) Mixing elements with high strength and mixing effect.
WO2002083259A2 (en) Method and device for separating materials
WO2024052196A1 (en) Array for a microfluidic device, microfluidic device, and method for operating same
DE102016202038B3 (en) Micromechanical device and method for pumping a fluid
DE102007049594A1 (en) Device for treating, particularly drying or hardening electrical pieces for vehicles, has treatment chamber flowed through treatment medium and filter at outlet for discharge of treatment medium

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20120130

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20130711

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20140122