DD233946B5

DD233946B5 - Process for producing a hollow fiber membrane apparatus

Info

Publication number: DD233946B5
Application number: DD27273485A
Authority: DD
Inventors: Rainer Tietze; Thomas Fischer; Peter Loetzsch
Original assignee: Hospal Ltd
Priority date: 1985-01-24
Filing date: 1985-01-24
Publication date: 1998-10-01
Also published as: DD233946A1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlfaserbündels für Hohlfasermembranapparate, vorzugsweise für die Dialyse, die Ultrafiltration und kombinierte Prozesse.The invention relates to a method for producing a hollow fiber bundle for hollow fiber membrane apparatus, preferably for dialysis, ultrafiltration and combined processes.

Characteristic of the known technical solutions

In der DE-OS 3 017 634 wird ein Apparat beschrieben, in dem die Hohlfasern nahezu parallel zueinander verlaufen, lose zu einem runden Faserbündel zusammengefaßt und an allen Enden mit einem Faserbündelkopf versehen sind. Diese Faserbündel befinden sich in einem Gehäuse und haben an den Enden je einen Zu- und Abfluß zum Faserinnenraum und zum Außenraum des Faserbündels. Dabei erfolgt die Zufuhr der Flüssigkeit für den Außenraum über Ringkammern am Umfang des Faserbündels. Nachteilig an diesem Apparat ist, daß die im Außenraum strömende Lösung einen unkontrollierten Verlauf zwischen den Hohlfasern nimmt und insbesondere die mitten im Bündel liegenden Fasern nur unzureichend umspült werden. Damit sind Verluste an wirksamer Faseroberfläche und eine erhebliche axiale Dispersion verbunden. Die Intensität des Stoffüberganges ist erheblich reduziert.In DE-OS 3,017,634 an apparatus is described in which the hollow fibers are almost parallel to each other, loosely combined to form a round fiber bundle and are provided at all ends with a fiber bundle head. These fiber bundles are located in a housing and have at each end an inflow and outflow to the fiber interior and the outer space of the fiber bundle. In this case, the supply of the liquid for the outer space takes place via annular chambers on the circumference of the fiber bundle. A disadvantage of this apparatus is that the solution flowing in the outer space takes an uncontrolled course between the hollow fibers and in particular the fibers lying in the middle of the bundle are only insufficiently washed around. This involves losses of effective fiber surface and considerable axial dispersion. The intensity of the mass transfer is considerably reduced.

In der DE-OS 2 721 444 wird ein Apparat dargestellt, in dem die Hohlfasern mit Hilfe von Faden zu Bahnen verarbeitet werden. Die Faserachsen verlaufen quer zur Bahn, die einzelnen Fasern liegen etwa parallel zueinander. Eine solche Bahn wird auf einen Kern aufgewickelt, der Zu- und Ablaufstutzen für die Flüssigkeit enthält, und in einem Gehäuse untergebracht ist. Obwohl dieser Apparat effektiver arbeitet, wird die für eine optimale Arbeit erforderliche Intensität des Stoffübergangs an den Außenseiten der Hohlfasern noch nicht erreicht. Die Ursache dafür ist, daß eine laminare Strömung parallel zu den Austauschflächen nur einen relativ geringen Stoffübergang bewirkt.In DE-OS 2 721 444 an apparatus is shown, in which the hollow fibers are processed by means of thread to webs. The fiber axes are transverse to the web, the individual fibers are approximately parallel to each other. Such a web is wound on a core containing inlet and outlet nozzles for the liquid, and is housed in a housing. Although this apparatus works more effectively, the intensity of the mass transfer on the outside of the hollow fibers, which is required for optimum work, has not yet been reached. The reason for this is that a laminar flow causes only a relatively small mass transfer parallel to the exchange surfaces.

Die Lage der Flüssigkeitszu- und -abfuhr inmitten des Faserbündels hat zur Folge, daß die in der Nähe des Mantels befindlichen Fasern schlechter umspült werden. Insbesondere bei stärkeren Faserbündeln treten deshalb auch in diesen Apparaten deutliche Einbußen an Effektivität auf.The location of the liquid supply and removal in the middle of the fiber bundle has the consequence that the fibers located in the vicinity of the shell are bathed less well. Therefore, especially in the case of stronger fiber bundles, significant losses of effectiveness also occur in these apparatuses.

In der DD-EB 207 607 werden diese Nachteile durch die Strömung der Lösung quer zur Faserrichtung in einem flachen, mittels Leitfolie gebildeten spiralförmigen Strömungskanal mit Verteilung der Flüssigkeit über der gesamten Kanalbreite weitgehend vermieden. Dennoch treten infolge der fast parallelen Faseranordnung auch in diesen Apparaten Verluste an Wirksamkeit auf. Es sind Vorschläge bekannt, Hohlfasern zu einem Spulenkörper nach der Art der Kreuzlagenspule zu verarbeiten. Es entsteht eine gekreuzte Anordnung der Fasern mit einem besseren Stoffübergang. Die Hohlfasern werden nach dem Wickeln der Spule stirnseitig eingebettet. Die Spulenkörperenden werden aufgeschnitten (DE-OS 2 441 333). Die Fertigung stellt hohe Ansprüche an die mechanische Festigkeit der Hohlfasern, die in vielen Fällen nicht erreichbar ist.In DD-EB 207 607 these disadvantages are largely avoided by the flow of the solution transverse to the fiber direction in a flat, formed by guide foil spiral flow channel with distribution of the liquid over the entire channel width. Nevertheless, as a result of the almost parallel arrangement of the fibers, losses of effectiveness also occur in these apparatuses. There are proposals known to process hollow fibers to form a bobbin on the type of cross-wound bobbin. The result is a crossed arrangement of the fibers with a better mass transfer. The hollow fibers are embedded after winding the coil end face. The bobbin ends are cut open (DE-OS 2,441,333). The production places high demands on the mechanical strength of the hollow fibers, which can not be achieved in many cases.

Ähnliche Vorteile und Probleme weisen Apparate auf, die gemäß DE-OS 2 400 020 aus einer aufgewickelten, gewebten Matte bestehen, deren Kett- und Schußfaden Hohlfasern sind.Similar advantages and problems have apparatuses which, according to DE-OS 2 400 020, consist of a wound, woven mat whose warp and weft threads are hollow fibers.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, die Effektivität der Hohlfasermembranapparate zu verbessern.The aim of the invention is to improve the effectiveness of the hollow fiber membrane apparatuses.

Explanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hohlfasermembranapparat mit gekreuzten Hohlfasern in einfacher Weise zu fertigen Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß das Faserbündel aus wenigstens zwei Bahnen gewickelt wird und die Hohlfasern benachbarter Bahnen im Winkel von 10 bis 80° zueinander angeordnet werden Insbesondere werden die parallel zueinander hegenden Hohlfasern, wie an sich bekannt, miteinander zu einer Bahn vernäht und die Bahn von den Randern aus schiefwinklig verzogen Eine solche Bahn mit parallelen, schiefwinklig angeordneten Hohlfasern wird vorzugsweise gefaltet und die gefaltete Bahn dann aufgewickelt Natürlich können auch zwei oder mehrere derartige Bahnen mit schiefwinklig angeordneten Hohlfasern abwechselnd gegenläufig uberemandergelegt werden Hohlfasermembranapparate mit so hergestellten Faserbundeln weisen eine wesentlich geringere Dispersion und einen besseren Stoffubergang im Außenraum des Faserbundeis auf Sie können in einfacher Weise aus Hohlfasern mit einer niedrigen mechanischen Festigkeit hergestellt werdenThe object of the invention is to produce a hollow fiber membrane apparatus with crossed hollow fibers in a simple manner according to the invention the object is achieved in that the fiber bundle is wound from at least two webs and the hollow fibers of adjacent webs are arranged at an angle of 10 to 80 ° to each other Hollow fibers parallel to each other, as known per se, are stitched together to form a web and the web is skewed from the edges. Such a web with parallel obliquely arranged hollow fibers is preferably folded and then the folded web is wound. Of course, two or more such webs can also be used Hollow-fiber membrane apparatuses with fiber bundles produced in this way have a significantly lower dispersion and a better mass transfer in the outer space of the fiber bundle. They can be produced in a simple manner from Ho hlfasern be produced with a low mechanical strength

embodiment

In den Zeichnungen zeigenIn the drawings show

Fig 1 einen Gegenstromhohlfasermembranapparat1 shows a countercurrent hollow fiber membrane apparatus

Fig 2 einen Ausschnitt zweier Bahnen mit gegenläufig schiefwinklig angeordneten Hohlfasern und Fig 3 einen Querstrom-HohlfasermembranapparatFIG. 2 shows a section of two webs with hollow fibers arranged opposite one another at an angle, and FIG. 3 shows a cross-flow hollow fiber membrane apparatus

Die Fasern 2 werden parallel nebeneinander angeordnet und an den Randern durch quer zur Faserlangsachse liegende Nahte miteinander verbunden Die dadurch gebildeten Bahnen 1 werden von den Randern aus schiefwinklig gezurrt Je zwei gegenläufig schiefwinklige Bahnen werden uberemandergelegt (Fig 2) und zu einem Faserbündel auf einen Kern 3 aufgewickeltThe fibers 2 are arranged side by side in parallel and joined together at the edges by seams lying transversely to the fiber longitudinal axis. The webs 1 thus formed are leftwardly laced by the edges. Two oppositely skewed webs are laid over each other (FIG. 2) and into a fiber bundle on a core 3 wound

In einer ersten Ausfuhrung (Fig \) ist das auf den Kern 3 aufgewickelte Bündel der gegenläufig schiefwinkligen Bahnen von einem Mantel 4 umgeben Stirnseitig sind die Fasern eingefaßt, wobei sie zum Außenraum 8 hin offen bleiben und nur die Räume zwischen den Fasern geschlossen sind Die Außenraume 8 sind mit den Anschlüssen 5 verbunden Die Zwischenräume zwischen den Fasern sind, von den Stirnseiten aus gesehen, unmittelbar hinter den Einfassungen der Faserbundelenden mittels Bohrungen 10 durch den Kern 3 mit dem Anschluß 6 und über Ringspalte 11 mit dem Anschluß 7 verbunden Der Kern ist nach den Bohrungen 10 nach innen verschlossen, so daß eine Flüssigkeit, die durch den Anschluß 6 einströmt, nicht unmittelbar durch den Kern, sondern erst durch die Zwischenräume zwischen den Fasern und danach wieder durch den Kern 3 strömen kannIn a first embodiment (FIG. 1) , the bundle of opposite skewed webs wound on the core 3 is surrounded by a sheath 4. The fibers are bordered on the front side, leaving the outer space 8 open and only the spaces between the fibers are closed 8 are connected to the terminals 5, the spaces between the fibers are, viewed from the end faces, immediately behind the edges of the fiber bundle ends by means of holes 10 through the core 3 to the terminal 6 and connected via annular gaps 11 to the terminal 7. The core is after the holes 10 are closed inwardly, so that a liquid flowing through the terminal 6, not directly through the core, but only through the spaces between the fibers and then again through the core 3 can flow

Beim Einsatz eines solchen Hohlfasermembranapparats fur die Dialyse wird das Blut durch die Anschlüsse 6 und 7 auf einer der Stirnseiten eingeleitet Das gereinigte Blut strömt durch die Anschlüsse 6 und 7 auf der anderen Stirnseite aus Im Gegenstrom werden die Hohlfasern Ober die Anschlüsse 5 mit einer zweiten Flüssigkeit durchspült Bei der Ultrafiltration wird Ober die Anschlüsse 5 das Ritret abgeleitet Im zweiten Ausfuhrungsbeispiel (Fig 3) sind die beiden gegenläufig schiefwinklig gezurrten Bahnen zusammen mit einer Leitfolie 13 spiralförmig auf einen geschlitzten Kern 14 zum bekannten Querstrom-Hohlfasermembranapparat aufgewickelt Der Faserwickel wird vom Mantel 16 mit Anschluß 17 umgeben Die Faserenden sind wieder, bei freier Öffnung der Stirnseiten, eingegossen und über den Anschluß 19 zugangig Das Innere des Kerns 14 ist mit dem Anschluß 15 nach außen gefuhrtWhen using such a hollow fiber membrane apparatus for dialysis, the blood is introduced through the ports 6 and 7 on one of the end faces. The purified blood flows out through the ports 6 and 7 on the other end face. In countercurrent, the hollow fibers become upper than the ports 5 with a second fluid In the second exemplary embodiment (FIG. 3), the two webs lashed in opposite directions at an angle together with a guide film 13 are spirally wound onto a slotted core 14 to form the known cross-flow hollow fiber membrane apparatus Terminal 17 surrounded The fiber ends are again, with free opening of the end faces, poured and accessible via the terminal 19 The interior of the core 14 is guided with the terminal 15 to the outside

Das zu reinigende Blut wird über den Anschluß 15 von innen durch den geschlitzten Kern 14 aufgegeben und durchströmt den von der Leitfolie gebildeten Kanal quer zur Hauptfaserrichtung Die standig wechselnde Schräglage der Hohlfasern verhindert das Entstehen von Staupunkten vor und Totwasserzonen hinter den einzelnen Fasern Der Stoffubergang ist intensiv die axiale Dispersion ist reduziert Die Anordnung der Flussigkeitszu- und -abfuhr schließt auch an den Einlaufen Stauzonen ausThe blood to be purified is fed via the connection 15 from the inside through the slotted core 14 and flows through the channel formed by the guide film transversely to the main fiber direction The constantly changing inclination of the hollow fibers prevents the formation of stagnation points before and dead water zones behind the individual fibers The mass transfer is intense the axial dispersion is reduced The arrangement of the liquid supply and removal also excludes at the entry of congestion zones

Claims

A process for producing a hollow fiber bundle for a membrane apparatus, by making webs of parallel hollow fibers and spirally winding the webs into a hollow fiber bundle, characterized in that the hollow fiber bundle of at least two superimposed webs (1) is wound, and the hollow fibers (2) adjacent Webs (1) are arranged at an angle of 10 to 80 ° to each other.

2. The method according to claim 1, characterized in that the webs (1) parallel hollow fibers (2) are produced by sewing.

3. The method according to claim 2, characterized in that the strips (1) produced by sewing are warped from the edges of obliquely and alternately superposed in opposite directions.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a web (1) with parallel, obliquely to the web (1) arranged hollow fibers (2) folded and the folded web (1) is wound up.