DE19643851A1 - Filterkassetten mit verbesserter Stabilität - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Filterkassetten mit verbesserter Stabilität. Sie bestehen aus einer Vielzahl geschichteter, flächiger Zuschnitte aus porösen Membranen und gegebenenfalls anderen Bauelementen, welche in in ihren Randbereichen von einer dauerelastischen Dichtungsmasse fluiddicht eingefaßt ist.

Mit derartigen Filterkassetten werden Filtrationseinheiten bestückt, die für statische und dynamische Filtrationen von Flüssigkeiten und Stofftrennungen im Labor und in der Industrie eingesetzt werden, insbesondere eignen sie sich für Arbeiten zur Maßstabsvergrößerung (Scale-up).

Filterkassetten, die aus einer Vielzahl geschichteter, flächiger Zuschnitte bestehen, welche in ihren Randbereichen von einer dauerelastischen Dichtungsmasse fluiddicht eingefaßt ist, sind bekannt. So wird in der DE-OS 44 32 627 A1 eine Dead-End- Filtrationseinheit offenbart, bei der flächige Zuschnitte aus geschichteten porösen Membranadsorbern zu Filterkassetten zusammengefaßt sind, deren Randbereiche fluidundurchlässig sind und aus einer überstehenden, die flächigen Zuschnitte einfassenden dauerelastischen Dichtungsmasse bestehen. Dabei besteht der erste und der letzte Zuschnitt jeder Filterkassette vorzugsweise aus einem Gitterwerk oder Gewebe, welche dem Schutz der Membranen und gleichzeitig als Verteiler für Fluid und als Sammler für Filtrat dienen. Die DE-C2-34 41 249 beschreibt ein stapelförmiges Trennelement für die Cross-flow-Filtration von Fluiden, bei dem kongruente zu einem Stapel geschichtete Zuschnitte aus Membranen und Abstandshaltern (Spacern) mit schachtartigen, fluchtenden Durchbrechungen und Zuschnitte aus rahmenartigen Schutzmasken insgesamt mit ihren aufeinanderliegenden Außenrändern durch ein kompressibles Dichtungsmaterial zu einer kassettenförmigen Einheit verbunden sind. Die schachtartigen, fluchtenden Durchbrechungen dienen der getrennten Strömungsführung der Fluide. Die Schutzmasken dienen dem Schutz der Membranen vor mechanischen Zerstörungen durch die benachbarten Abstandshalter im Randbereich und im Bereich der Durchbrechungen sowie zur sicheren Abdichtung der Filterkassetten, indem sie mit dem peripheren Randbereich der flächigen Zuschnitte kongruent sind und den Randbereich der Durchbrechungen überdecken. Die dauerelastische Dichtungsmasse überragt die peripheren Rander der Zuschnitte und der Schutzmasken in axialer und radialer Richtung. Sie steht im parallelen Randbereich zur Fläche des ersten und letzten Zuschnitts geringfügig über der Fläche des Zuschnitts. Dieser Überstand bildet beim Einpressen einer oder mehrerer Filterkassetten zwischen zwei Filterhaltern, zwischen benachbarten Filterkassetten und zwischen einer Filterkassette und einem Filterhalter eine Preßdichtung, die eine radiale Undichtigkeit der erhaltenen Filtrationseinheit verhindert. Um zu vermeiden, daß sich zwischen den Filterkassetten und zwischen Filterkassette und Filterhalter ein Totvolumen bildet, daß bei der Filtration von Wertstoffen besonders nachteilig ist, hält man den die Preßdichtung bildenden Überstand an dauerelastischer Dichtungsmasse möglichst gering, vorzugsweise in einer Stärke von weniger als 100 µm. Nachteilig ist, daß durch diesen geringen Überstand die Stabilität zwischen der dauerelastischen Dichtungsmasse und dem Randbereich der flächigen Zuschnitte herabgesetzt ist. Des weiteren wird die Stabilität der Einfassung der flächigen Zuschnitte von der dauerelastischen Dichtungsmasse durch die Schutzmasken herabgesetzt, offensichtlich weil die dichte Kunststoffolie nicht von dem Material der dauerelastischen Dichtungsmasse durchdrungen werden kann, wie das bei den Membranen und den Abstandshaltern zumindest teilweise der Fall ist. Durch die beim Einpressen der Filterkassetten zwischen zwei Filterhaltern auftretenden hohen Beanspruchungen, kann es zu Brüchen im Übergangsbereich des axialen und radialen Überstands der dauerelastischen Dichtungsmasse und der Zuschnitte sowie im Bereich zwischen den Schutzmasken und der dauerelastischen Dichtungsmasse kommen, wodurch die Filterkassetten aufgrund von Leckagen unbrauchbar werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Filterkassetten der eingangs beschriebenen Art mit einer verbesserten mechanischen Stabilität im Übergangsbereich des axialen und radialen Überstandes der dauerelastischen Dichtungsmasse und der flächigen, geschichteten Zuschnitte zu schaffen, die sich darüberhinaus durch ein geringes Totvolumen auszeichnen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer Filterkassette aus einer Vielzahl geschichteter, flächiger Zuschnitte aus porösen Membranen und gegebenenfalls anderen Bauelementen, wie Abstandshaltern mit dazwischen angeordneten Zuschnitten rahmenartiger Schutzmasken, die in ihren Randbereichen von einer dauerelastischen Dichtungsmasse fluiddicht eingefaßt sind, mindestens der erste und mindestens der letzte Zuschnitt aus einem flächenmäßig größeren textilartigen Material als die übrigen Zuschnitte besteht, so daß der erste und der letzte Zuschnitt über deren Randbereiche hinausragen und die Zuschnitte der rahmenartigen Schutzmasken in ihren periphren Außenmaßen kleiner sind als die übrigen Zuschnitte, so daß sie von deren Randbereichen zurückgezogen sind.

Auf diese Weise wird einerseits die dauerelastische Dichtungsmasse im kritischen Übergangsbereich durch das textilartige Material des ersten und des letzten Zuschnitts verstärkt, ohne daß der Überstand selbst vergrößert werden muß und andererseits dringt die dauerelastische Dichtungsmasse in die periphren Räume zwischen Membran und Abstandshalter ein, die durch die zurückgezogenen Schutzmasken freigegeben wurden und führt dort zu einer festen Verankerung mit den Membranen und den Abstandshaltern, wodurch ebenfalls eine Verstärkung in diesem kritischen Übergangsbereich eintritt.

Die Filterkassetten weisen eine verbesserte Stabilität auf. Auch nach 500-fachem Ein- und Ausspannen der Filterkassetten zwischen handelsüblichen Filterhaltern konnte keine Beeinträchtigung der mechanischen Stabilität oder eine Bruchstelle festgestellt werden.

Als Zuschnitte aus textilartigem Material sind Vliese, Gewebe, Gewirke oder Gitterwerke verwendbar. Sie bestehen vorzugsweise aus organischen synthetischen Polymeren.

Als dauerelastische Dichtungsmasse können Silikone, Polyurethane und Polyalkane verwendet werden, bevorzugt sind Silikone.

Die Schutzmasken bestehen beispielsweise aus Kunststoffolien, wie Polyester oder Polyalkanen und ähnlichem.

Die Filterkassetten können aus allen gebräuchlichen porösen Membranen aufgebaut werden, insbesondere aus Membranadsorbern, die aufgrund ihrer Herstellung oft relativ spröde und schwerer zu handhaben sind, als unmodifizierte Membranen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 und 2 und des Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Dabei zeigen die

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemaße Dead-End- Filterkassette und

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Crossflow-Filterkassette.

Gemäß der Fig. 1 besteht die Filterkassette aus einer Vielzahl geschichteter, flächiger Zuschnitte poröser Membranen 1 und aus einem ersten 2 und letzten 3 Zuschnitt aus einem Gewebe, welche als Schutz für die Membranen und als Verteiler für Fluid und als Sammler für Filtrat wirken. Die geschichteten flächigen Zuschnitte sind in ihren Randbereichen von einer dauerelastischen Dichtungsmasse 4 fluiddicht eingefaßt. Die Position 5 gibt den radialen und die Position 6 den axialen Überstand an dauerelastischer Dichtungsmasse wieder.

Mit den Buchstaben A bis D sind die Maße der Bauteile der Filterkassetten bezeichnet. Dabei bezeichnet im Falle einer kreisförmigen Filterkassette der Buchstabe A den äußeren durch die dauerelastische Dichtungsmasse 4 begrenzten Durchmesser der Filterkassette, der Buchstabe B den Durchmesser des ersten und letzten Zuschnitts aus textilartigem Material 2, 3, der Buchstabe C den Durchmesser der Zuschnitte aus porösen Membranen 1 und der Buchstabe D den Durchmesser des Bereichs des ersten und letzten Zuschnitts, der nicht von der dauerelastischen Dichtungsmasse bedeckt ist.

Gemäß der Fig. 2 besteht die Crossflow-Filterkassette aus einer Vielzahl geschichteter, flächiger Zuschnitte poröser Membranen 1 und Abstandshalter 7 mit schachtartigen, fluchtenden Durchbrechungen 8, rahmenartiger Schutzmasken 9 und aus einem ersten 2 und letzten 3 (nicht dargestellt) Zuschnitt aus einem Gewebe, welche als Schutz für die Kassette wirken. Die geschichteten flächigen Zuschnitte sind in ihren Randbereichen von einer dauerelastischen Dichtungsmasse 4 fluiddicht eingefaßt. Die Position 5 gibt den radialen und die Position 6 den axialen Überstand an dauerelastischer Dichtungsmasse wieder. Die Zuschnitte der rahmenartigen Schutzmasken 9 sind in ihren periphren Außenmaßen kleiner als die übrigen Zuschnitte, so daß sie von deren Randbereichen zurückgezogen sind und Räume 10 zwischen Membran und Abstandshalter freigeben, in die die dauerelastische Dichtungsmasse eindringt, um dort zu einer festen Verankerung mit den Membranen und den Abstandshaltern zu führen.

Ausführungsbeispiel

Der Aufbau einer quadratischen Dead-End-Filterkassette wird mit einem ersten 2 und letzten 3 Zuschnitt aus einem quadratischen Gewebe mit einer Kantenlänge A von 140 mm und einer Höhe von jeweils 0,6 mm und 5 dazwischen befindlichen quadratischen Zuschnitten aus porösen Membranadsorbern 1 mit einer Kantenlänge C von 130 mm und einer Höhe von jeweils 0,2 mm geschichtet. Die Schichtung erfolgt dabei so, daß die Zuschnitte der porösen Membranen 1 deckungsgleich liegen, während der erste 2 und der letzte 3 Zuschnitt aus Gewebe alle Kanten der Membranen 1 um den gleichen Betrag überragen. Der Aufbau wird in seinen Randbereichen zusammengepreßt und mit Silikon eingefaßt, so daß die Filterkassette durch den Überstand an dauerelastischer Dichtungsmasse eine Kantenlänge von 142 mm besitzt. Die dauerelastische Dichtungsmasse steht im parallelen Randbereich 6 zur Fläche des ersten und letzten Zuschnitts 0,05 mm über diesen Flächen über.

Claims (5)

1. Filterkassette aus einer Vielzahl geschichteter, flächiger Zuschnitte von Bauelementen, die wenigstens aus porösen Membranen bestehen und in ihren Randbereichen von einer dauerelastischen Dichtungsmasse fluiddicht eingefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die dauerelastische Dichtungsmasse im Übergangsbereich zu den Bauelementen verstärkt ist.

2. Filterkassette nach Anspruch 1 aus einer Vielzahl geschichteter, flächiger Zuschnitte von Bauelementen, die wenigstens aus porösen Membranen bestehen und in ihren Randbereichen von einer dauerelastischen Dichtungsmasse fluiddicht eingefaßt sind, wobei mindestens der erste und mindestens der letzte Zuschnitt aus einem textilartigen Material besteht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der erste und mindestens der letzte Zuschnitt aus dem textilartigen Material in seinen peripheren Außenmaßen größer ist als die übrigen Zuschnitte, so daß sie über deren Randbereiche hinausragen.

3. Filterkassette nach Anspruch 1 aus einer Vielzahl geschichteter, flächiger Zuschnitte von Bauelementen, die wenigstens aus porösen Membranen und Abstandshaltern mit dazwischen angeordneten Zuschnitten rahmenartiger Schutzmasken bestehen, die in ihren Randbereichen von einer dauerelastischen Dichtungsmasse fluiddicht eingefaßt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschnitte der rahmenartigen Schutzmasken in ihren peripheren Außenmaßen kleiner sind als die übrigen Zuschnitte, so daß sie von deren Randbereichen zurückgezogen sind.

4. Filterkassette nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der erste und mindestens der letzte Zuschnitt aus einem flächenmäßig größeren textilartigen Material als die übrigen Zuschnitte besteht, so daß mindestens der erste und mindestens der letzte Zuschnitt über deren Randbereiche hinausragt und die Zuschnitte der rahmenartigen Schutzmasken in ihren periphren Außenmaßen kleiner sind als die übrigen Zuschnitte, so daß sie von deren Randbereichen zurückgezogen sind.

5. Filterkassette nach den vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das textilartige Material ein Vlies, Gewebe, Gewirke oder ein Gitterwerk ist.