DE2037186C3

DE2037186C3 - Verfahren zur Herstellung und Verwendung eines rohrförmigen Bauteils

Info

Publication number: DE2037186C3
Application number: DE2037186A
Authority: DE
Inventors: Ayre Silver Spring Gollan, Md. (V.St.A.)
Original assignee: Hydronautics Inc
Current assignee: Hydronautics Inc
Priority date: 1969-07-31
Filing date: 1970-07-27
Publication date: 1975-03-20
Also published as: CA951188A; FR2056492A5; IL34967A0; DE2037186A1; DE2037186B2; NL7011393A; GB1299977A; IL34967A

Description

2. Verfahren nach Ansprucn 1, dadurch gekennleichnet, daß der Rohrträger zwec- s Benetzung feiner ganzen Innenoberfläche mit der Gießflüssigkeit gefüllt wird.

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

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennteichnet, daß der Rohrträger während der Entleerung der Überschußgießflüssigkeit aus seinem fnneren vertikal geneigt ist.

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

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

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

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

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn-

zeichnet, daß die filmbildende Flüssigkeit in den porösen Rohrträjger bei allgemein horizontal gerichteter Achse desselben eingeführt und so der hydrostatische Druck und das Eindringen der Flüssigkeit in den porösen Rohrträger gering gehalten werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Rohrträger durch festhaftende Verbindung eines Faserrohres mit der Innenwandoberfläche einer perforierten rohrförmigen Metallhülle hergestellt wird,
ν U. Verwehdung eines gemäß Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10 hergestellten Bauteils zum wiederholten Verfahren der Erzeugung von ^Wasset: f^rin&^v Lösungskonzentration und Wasser angereicherter Losungskonzentrat.on aus e.ner ^⁰"^" Ausgangslosung bestimmter Losungskonzentration.

Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur ^ Herstellung eines rohrförmigen bauteil* mn einer Permeablen Membran und einem porösen rohrformgen Träger, bei dem man eine Membran-Gielinussig-{ _mil ^g _einem aus der Gruppe der Zelluloseester und ^k5 J ™«_g ^ei Zel.uloseabkömmling und einem

*° Trägermaterial verwendet, das die Bildung einer permeablen Membran au., dem Zelluloseabkommhng ermöglicht, wenn das Trägermaterial daraus entfernt wird, sowie auf die Verwendung eines danach hergestellten Bauteils bei der Entsalzung wäßriger Flüssigkeiten.

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

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

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

Wasserreinigungssystemen antrifft. Umkehrosmose-/erfahren sind auch, deshalb vorteilhaft, weil sie eine Reinigung von stark salzhaltigem Wasser in einem ader zwei Schritten mit entsprechenden Ersparnissen an Einrichtungsabmessungen und -kosten ermöglichen.

Ein Haupthindernis für die Entwicklung von wirtschaftlich vertretbaren Verfahren und Vorrichtungen zur Anwendung der Umkeiirosmosetechnik ist das Erfordernis der !läufigen Reinigung der Membranen mit mechanischen oder chemischen Mitteln und des häufigen Ersatzes der Membranen wegen Beschädigungen dsirch Ablagerung, Zusammenpressung und chemischen Angriff im Betrieb. Ungünstigerweise ist die gegenwärtig zur Herstellung der porösen Membranen verfügbare Technik sowohl zeitaufwendig als auch kostspielig und trägt so zu den übermäßigen Wartupgskosten und Stillstandszeiten bei, die beim bisherigen Betrieb mit Urrücehrosmosevorrichtungen allgemein angetroffen werden.

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

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

Die rohrförmige Membrane muß jedoch vom Gußrohr entfernt und wegen ihrer schwachen Struktur äußerlich mit einem porösen Träger umgeben werden. Weiter müssen die Enden des Membranerohres abgeschnitten und Druckdichtungen angepa2t werden, um die Membrane gegen den porösen Träger abzudichten, bevor sie in einer herkömmlichen Umkehrosmosevorrichtung verwendet werden kann.

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

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

Schließlich ist es entsprechend dem eingangs genannten Verfahren aus der USA.-Patentschrift 3457170 bekannt, die Membrane· direkt im porösen rohrförmigen Träger zu erzeugen, indem man mit einem zylindrischen Spachtelinstrument die Membran-Gießflüssigkeit auf die Innenwand des porösen Rohrträgers verteilt und den Überschuß abstreift. Diese Arbeitsweise ist arbeitsaufwendig und führt außerdem in nachteiliger Weise leicht dazu, daß GieCflüssigkeit in die Pcren des porösen Rohrträgers eingedrückt wird.

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

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man

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

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

c) das Trägermaterial aus dem dünnen Gießflüssigkeitsfilm mittels axialen Durchleitens einer die

^a5 Gießflüssigkeit gelierenden Flüssigkeitssäule längs de-ί Innenseite des Gießflüssigkeitsfilms an der Innenwand des Rohrträgers entfernt und so in situ eine permeable Membran innerhalb des porösen Rohrträgers erzeugt.

Durch das Benetzen der Innenoberfläche des Rohrträgers mit einem Überschuß an Gietflüssigkeit und Entfernen der nicht benötigten Menge durch HerausflieCenlassep mittels der .Schwerkraft erhält man mit geringem Arbeitsaufwand und praktisch ohne Eindringen der GieTflüssigkeit in die Trägerrohrporen in relativ kurzer Zeit die gewünschte Membranfilmdicke, aus der das Trägermaterial ebenfalls in einfacher Weise durch axiales Durchleiten de/ gelierer.d wirkenden Flüssigkeit entfernt wird. Das erfmdungsgemäie Verfahren ermöglicht gleichzeitig eine leichte Kontrolle der Umgebung der gebildeten Membrane, wobei nach aul?en der Ro.'irträger geeen zu schnelle physikalische Änderungen, wie Dehydrierung abschiriM und innen mittels der gelierend wirkenden Flüssigkeit die Umgebungsbedingungen, .vie Temperatur und Wasserdampfdruck genau einstellbar sind, so daß eine gute Qualität der Membranen gewährleistet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgcmäCen Verfahrens ergeben sich aus de weiteren Beschreibung und sind in den Unteranspiiichen gekennzeichnet.

Gegenstand der Erfindung ist aucli die Verwendung eines erfindungsgemäß hergestellten Bauteils zum wiederholten Verfahren der Erzeugung von Wasser geringer Lösi'igskonzentration und Wasser angereicherter Lösungskonzentration aus einer wäf-rigen Ausgangslösung bestimmter Lesungskonzentration.

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

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Da sich der Membranefilm so herstellen läßt, daß zeugt, indem man zunächst eine Gießflüssigkeit in

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

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

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

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

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

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

hindert das Entweichen einer hochsalzhaltigen Lösung Gießflilssigkeit umfassen die dynamische Viskosität

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

Infolgedessen läßt sich eine einstückige Kopfstück- io der GieBflüssigkeit niedrig genug sein, um eine Be-

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

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

leeren der Membranegießlösun« herstellen. Verfahren gemäß der Erfindung zur Erzeugung von

Bei ihrer Anwendung zum Gießen einer permeablen bei Umkehrosmoseverfahren brauchbaren Membra-Membrane innerhalb eines porösen Trägers beruht 15 nen verwenden. Dazu gehören z. B. die an sich beein wesentlicher Vorteil der Erfindung auf den nied- kannten Gießflüssigkeiten nach den USA.-Patentrigen Gießflüssigkeitsdrücken, die sich beim Ent- Schriften 3 133 132,3 133 137,3 170 867 und 3 130 488. leerungsgießen anwenden lassen. Da die gesamte Die meisten der wünschenswerten Gießflüssigkeiten Oberfläche des Trägers völlig mit Gießflüssigkeit enthalten einen Zelluloseabkömmling und ein flüssiges bedeckt werden kann, ohne daß ein hoher dyna- 20 Trägermaterial, das die Gefügeausbildung einer permischer oder hydrostatischer Druck auf die Gieß- meablen Membrane aus dem Zelluloseabkömmling flüssigkeit einwirkt, dringt die Gießflüssigkeit praktisch nach Entfernung der Trägerlösung ermöglicht. Die nicht in die Poren des porösen Trägers ein und meisten der bevorzugten filmbildenden Zelluloseabschafft keine unerwünschte Barriere für den Flüssig- kömm'inge, die bei diesem Verfahren verwendet werkeitsstrom durch den porösen Träger. Das Entlee- »5 den, enthalten Zelluloseabkömmlinge der Formel rungsgießverfahren kann mit einem bemerkenswert ruru na η niedrigeren Gießflüssigkeitsdruck als bei den bisher ^tHtH|UR| \ verfügbaren, handelsüblichen Membranegießverfah- — CH CH O ren vor sich gehen und trotzdem, wenn erwünscht, rHnn rwnu porenfreie Membranen liefern. 3°

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

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

läutert; darin zeigt Radikalen der Formel CR₄O bestehen, worin R₄

F i g. 1 ein Arbeitsschema zur Durchführung der eine Alkylgruppe mit 1 bis 7 Kohlenstoffatomen ist. Membraneherstellung gemäß der Erfindung, 35 Besondere Beispiele bevorzugter Zelluloseabkömm- F i g. 2 eine Ansicht einer erfindungsgemäß herge- linge sind Zelluloseacetat, Zellulosetriacetat, Zellu-

stellten Rohrbündeleinheit, loseacetatbutyrat, Zellulosepropionat und Äthylzellu-

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

einer darin erfindungsgemäß erzeugten rohrförmigen Der beim erfindungsgemäßen Verfahren für UmMembrane und 40 kehrosmosemembranen verwendete flüssige Träger

F i g. 4 einen Querschnitt nach der Linie 4-4 in sollte mit dem Zelluloseabkömmling in der Weise F i g. 3. zusammenwirken, daß in dem rohrförmigen Film Der Begriff »permeabel« in dieser Anmeldung aus der Gießflüssigkeit Poren erzeugt werden, so daO

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

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

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

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

liehen. Wo Prozentsätze für Zusammensetzungen an- bestehen. Alternativ kann der Träger ein organische;

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

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

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

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

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

lassen, um die Innenoberfläche eines Rohrträgers zu Methyläthylketon, Äthylalkohol, Methylalkohol un<

benetzen und einen Flüssigkeitsfilm auf der Innenwand 55 Mischungen der vorstehenden Lösungsmittel, Acetoi

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

dungsbereich ermöglicht die Erfindung die Erzeugung Das Gewiohtsverhäftnis des organischen Lösungs

von festen strömungsmittelpermeablen und strö- mittels zum Zelluloseabkömmling liegt normalerweis'

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

wänden von permeablen und impermeablen Rohr- 60 hältnis ist etwa 3:1.

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

Formungsverfahren auch zur Erzeugung eines rohr- von Umkehrosmosemembranen umfassen ternär

förmigen Gebildes zur Auskleidung von Rohren mit Systeme von Aceton, Formamid und Zelluloseacetai

einer herkömmlichen filmbildenden Flüssigkeit, wie Diese bevorzugten Zusammensetzungen haben ein

z. B. Farbe, Asphaltmaterial und synthetischen or- 65 dynamische Viskosität von etwa 30 bis 300 Poise um

ganischen Polymermaterialien anwenden, die sich eine Oberflächenspannung von etwa 30 bis 40 dynes

unter Bildung eines festen Überzugs aushärten lassen. cm.

Erfindungsgemäß werden rohrförmtge Bauteile er- Erfindungsgemäß wird die Gießflüssigkeit nac

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hrer Herstellung ζ. B. in einen porösen Rohrträger schneller wirkendes Entleerungsverfahren erwünscht im Überschuß gegenüber der zur vollständigen Be- ist, der rohrförmige Träger auch um eine quer zu deckung des Inneren des Trägers erforderlichen seiner Längsachse liegende Achse gedreht werden, Menge eingeführt. Die Verwendung eines überschus- wodurch die Entleerung der Gießflüssigkeit beschleuses an Gießflüssigkeit beseitigt die Notwendigkeit 5 nigt wird, da Zentrifugalkräfte auf die Gießflüssigkeit von F,<c;harbeit oder Präzisionseinrichtungen und einwirken. Natürlich sollten die sich aus der Rosichert eine vollständige Bedeckung der Trägerober- tation des Rohrträgers um die Querachse ergebenden fläche mit der Gießflüssigkeit. Zentrifugalkräfte die Schwerkraft übertreffen, um

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der die beschleunigte Entleerung zu erreichen.
Erfindung wird eine ausreichende Gießflüssigkeits- to Allgemein ergeben, wenn der Rohrträger in einer menge in das Innere des porösen Rohrtriigers zur vertikalen oder vertikal geneigten Stellung angeordnet Füllung des Trägers eingeführt, während die Achse wird, Entleerzeiten von je nach der Rohrlänge etwa des Rohrträgers in einer horizontalen Stellung ist, 10 bis 200 Minuten bevorzugte Filmdicken für Gießum die hydrostatische Belastung und ein Eindringen flüssigkeiten, die in die bevorzugten Bereiche fallende der Gießlösung in das Trägerrohr möglichst gering i₅ Viskositäten aufweisen.

zu halten. Es lassen sich auch verschiedene andere Es ist auch möglich, die durch die Formel (1) aus-

Verfahren anwenden, um die Gießflüssigkeit in den gedrückte Beziehung durch lokale Änderungen in Rohrträger einzuführen, z. B. auch ein kontinuierlicher der dynamischen Viskosität zu beeinflussen. Zum öei-Umlauf der Gießlösung in einem geschlossenen spiel können durch eine teilweise Verdampfung des Schleifensystem, bis eine vollständige Benetzung des *> flüssigen Trägermaterials der Gießlösung am oberen Rohrträgers erhalten ist. Wenn der rohrförmige Ende des Rohrträgers Membranen mit gleichmäßi-Träger horizontal ausgerichtet ist, ist es manchmal vor- gerer Dicke gegossen werden. So wird in einem beteilhaft, den Rohrträger um seine Längsachse rotieren vorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung die zu lassen, um eine vollständigere Benetzung seiner Gießflüssigkeit durch Berührung mit Luft, anderen Innenoberfläche zu sichern. 25 mit der Gießlösung nicht reagierenden Gasen oder

Erfindungsgemäß wird dann die Einführung der Mischungen eines organischen Lösungsmittels mit Gieß"!üssigkeit abgebrochen, nachdem gesichert ist, Inertgas während oder kurz nach der Zeit, in der die daß die ganze innere Trägeroberfläche benetzt ist, Uberschußgießflüssigkeit aus dem Rohrträger ent- und dann läßt man die Gießflüssigkeit aus dem leert wird, teilweise verdampft. Auch ist es möglich, Träger herauslaufen, um lediglich einen dünnen Film 30 die erhaltene Membrane dünner zu machen, indem der Gießflüssigkeit auf seiner Innenoberfläche zu man auf die Gießflüssigkeit während des Entleerungsbilden. Allgemein variiert die Dicke des Films der Vorganges Grenzflächenscherkräfte, z. B. durch •Hin-Gießflüssigkeit über die Länge des Trägers und in durchleiten eines Lösungsmitteldampfstroms axial Abhängigkeit von der Art der Einführung und Be- längs des Rohrträgers, einwirken läßt,
netzungstechnik eventuell auch über den Durch- 35 Im letzten Verfahrensschritt des erfindungsgemäßen messer oder die Breite der Trägeroberfläche. Jedoch Verfahrens wird der Gießflüssigkeitsfilm an Ort und lassen sich die Dickenschwankungen des ausgehär- Stelle ausgehärtet, um eine permeable Membrane inteten Überzugs steuern, um Überzüge zu schaffen, nerhalb des Rohrträgers zu bilden. Wenn die bevordie eine erwünschte Gesamtpermeabilität und gute zugten filmbildenden Flüssigkeiten aus Zelluloseab-Sperreigenschaften für gelöste Stoffe besitzen. 40 kömmlingen und einem Trägermaterial verwendet

Die Dicke eines Films einer beim freien Ablaufen werden, läßt sich der Aushärtungsschritt durchführen, an einer flachen vertikalen Wand hängenden viskosen indem man den Träger mit kaltem Wasser ausspült, Flüssigkeit wurde von Bird, Stewart und bis eine Gelierung des Zelluloseabkömmlings auftritt Lightfoot in Transport Phenomena, J.Wiley, und die Trägerlösung aus dem Film entfernt ist. Diese O.Ausgabe (1965) durch folgende Annäherungsbe- 45 Kaltwasserbehandlung erfordert üblicherweise etwa Ziehung ausgedrückt: 15 bis 30 Minuten, wenn man Wasser von 4 bis 15⁰C

verwendet. Man kann jedoch Wassertemperaturen bis zu Raumtemperatur anwenden, um den Zellulose-A ~ I / P^x m abkömrniing zu gelieren.

l/ pgt ' 5° Anschließend ist es vorteilhaft, das Salzabweisungs-

maß der rohrförmigen Membrane zu erhöhen, indem man eine Aktivhaut auf der Membrane bildet. Diese

worin Λ die Filmdicke, μ die dynamische Viskosität Aktivhaut läßt sich erzeugen, indem man eine Säule der Flüssigkeit, t die Ablaufzeit, ρ die Dichte der aus erhitztem Strömungsmittel von geeigneter kon- - Flüssigkeit, g die Gravitationsbeschleunigung und χ 55 trolliejter Temperatur an der rohrförmigen Membrane den Abstand von der Oberseite der Ablaufoberfläche entlangstreichen läßt. Bei dem bevorzugten Ausbedeuten, führungsbeispiel, in dem eine rohrförmige Membrane

Die Gleichung trifft, obwohl sie für flache Wand- innerhalb eines rohrförmigen Trägers gebildet wird. Oberflächen entwickelt wurde, ziemlich genau auch werden bevorzugte Hautaktivierbedingungen erreicht für rohrförmige Träger zu und ist für verhältnismäßig 60 indem man die Membrane mit einer Säule aus Wassei lange Ablaufzerten und für x-Werte gültig, die nicht von 70 bis 90⁰C 10 bis 30 Minuten in Berührunj zu dicht an der Ablaufoberkante liegen. bringt. Anschließend wird das System zweckmäßij

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

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

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Vergleich zum Gelieren nur durch Berührung mit tungsströmungsmitteln durch das S>stem zu ctrr.cgkaltem Wasser erheblich steigert. liehen. Luft kann das System durch die Leitung 17

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

förmigen Träger eingesetzt werden. Es ist jedoch zur io nach dem erfindungsgerräCen Verfuhren ist eine Herstellung von Umkehrosmosemembranen er- einfache Weiterentwicklurg des \orsteherd für ein wünscht, diese an Ort und Stelle innerhalb eines einzelnes Trägerrohr beschriebenen Verfahrens und porösen Rohrträgers zu erzeugen und darin zu be- umfaßt nur geringe Abwandlungen in der Ausrüstung, lassen, so daß keine zusätzliche Arbeit erforderlich So ermöglicht die Erfindung die Erzeugung eines ist, um die Membrane mit dem porösen Träger zu 15 neuartigen Rohrbündels für Umkehrosmosevcrgänge. versehen, der vorhanden sein muß, um die treibenden F i g. 2 erläutert eine Rohrbür.deleinheit, die erf'n-

Kräfte auszuhalten, die bei den üblichen hohen dungsiemäß aufgebaut ist. Die Einheit umfatt eine Drücken auftreten, unter denen Umkehrosmosevor- Mehrzahl von parallelen porösen rohrförmigen Trägänge ablaufen. gern 30. Ein Einlal?kopfstück, allgemein mit 32 be-

Das erfindungsgemäfe Verfahren hält die Men{.e »0 zeichnet, ist an einem Ende der Rohrträger, und ein der überschüssig verbrauchten Gießlösung während AuslaPkopfstück, allgemein mit 34 bezeichnet, ist am der Bildung der Membrane sehr gering. Zum Beispiel anderen Ende der rohrförmigen Träger vorgesehen, kann die Gießlösung, die aus dem Rohrträger ent- Das Einlaßkopfstück 32 umfaCt einen Eehälter, der

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

Das Verfahren gemäß der Erfindung läCt sich an- förmigen Träger 30 verbinden, um ein Strömen des wenden, um Trägerrohre auszukleiden, die rauhere Strömungsmittels von dem Behälter in jeden Trirger Oberflächen haben und weniger vollkommen als die zu ermöglichen. Eine Leitung 40 ermöglicht einen Träger ausgerichtet sind, die zur Verwendung beim 30 Strom des Strömungsmiltels in das Einlaf:kopfstück32 Absenkstempelgießverfahren erforderlich sind. So er- und aus diesem heraus. Ein Vierwegventil 42 ermcgmöglicht das erfindungsgemäCe Verfahren das Formen licht Umstellungen in der Bewegungsrichtung der einer permeablen Membrane an Ort und Stelle inner- Strömungsmittel in das EinlaO kopfstück und aus halb preiswerter rohrförmiger Träger, die nicht die diesem heraus.

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

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

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

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

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

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

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

E'me Lufteinführleitung 18 und eine Wassereinführ- Nachdem die Einheit gefüllt ist, wird das Vierweg leitung 20 sind vorgesehen, um eine teilweise Lösungs- ventil 52 an der Leitung 50 gedreht, um den Stron mittelverdampfung bzw. einen Strom von Aushär- der GieC flüssigkeit zu sperren und die GiefrfiüssiEkei

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durch Schwerkraft aus den Kopfstücken und den Druck längs des Inneren der regenerierten rohrför-

rohiförmigp.ii Trägern durch die Leitung 50 abfließen migen Membranen treiben, um die Lmkehrosmose-

XU lassen und so einen dünnen und zusammenhängen- Wasserreir.igungs\or£änge wieder zu beginnen,

den Film der Gießflüssigkeit zu bilden, der sowohl Es sollte bedacht werden, daß die Strömungsrich-

die Innenoberflächen der Behälter der Kop&tücke als 5 lung der eingespeisten Lösung durch das Rohrbündel

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

Weil ein in Längsrichtung zusammenhängender Lösung auch vom Kopfstück 34 zum Kopfstück 32 Überzug aus Gießflüssigkeit erzeugt wird, der sich gerichtet sein kann. Der Strom der Gieüfiüssigkeit vom Behälter des Einlaßkopfstücks bis zum Behälter während der Formvorgänge geht vorzugsweise vom des Auslaßkopfstücks erstreckt, sind keine beson- " Kopfstück 32 zum Kopfstück 34, falls nicht die rohrderen Abdichtungen oder Verbindungen an den förmigen Träger und Kopfstücke mit Flüssigkeit zu Enden der Rohrträger 30 erforderlich, um ein Aus- füllen sind, ein Verfahren, das die Einführung der sickern des hochlösungskonzentrierten Ausgangswas- Gietflüssigkeit durch die Leitung 50 ermöglicht. AlI-Jers zwischen den Kopfstücken und den Rohrträgern gemein sollten die rohrförmigen Träger, die beim erunter den hohen Drücken zu vermeiden, die bei 15 findungsgemäßen Verfahren und in der erPndungs-Umkehrosmosevorgängen angewendet werden. gemäPen Vorrichtung verwendet werden, eine aus-

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

mungsmittel'j aufwärts durch die Leitung 50 in das Drucksttcmkräfte auszuhalten, die auf sie während

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

Kopfstück Sl. Diese Strömungsmittelsäule wandelt »° die mit den L'mkehrosmosevorgängen verbunden

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

um. Wenn z. B. eine Zelluloseacetat-Formamid-Ace- daß während der Umkehrosmosevorgänge nur ein

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

, härtungsströmungsmiUel vorzugsweise eine wäßrige tritt, und ForengröPen von ausreichend geringer

J Salzlösung, die das Zelluloseacetat gelieren läßt und «5 Große haben, so daß nur eine unbedeutende Menge

das Aceton-Formamidträgermaterial entfernt. Wäh- der filmbildenden GieCflüssigkeit während der Mem-

rend dieses Aushärtungsvorganges ist das Ventil 42 braner.erzeugung durch die Foren fließt,

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

mungsmittel und Träger herauszulassen. Nachdem alterungsbeständig und verhältnismäßig unlöslich in

der Strom der kalten Aushärtungslösung unterbro- 3» dem Material sein, das als Trägerlösung für die Mem-

chen ist, läßt man zweckmäßig heißes Wasser an der brane verwendet wi.d. Geeignete Materialien zum

Innenseite der Membrane entlangströmen, um eine Aufbau der Trägerrohre umfassen rostfreien Stahl,

aktive Haut auf der Innenseite der Membrane zu Fiberglaslaminate von tpoxy- und/oder Polyesterharz

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

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

Salzlösungen als Membraneaushärtungsströmungs- Zur Zeit zieht man zusammengesetzte rohrförmige

mittel deutlich die Festigkeit der Membranen er- Träger vor, die durc'i Einsetzen vor. faserigen Rohren

höhen. in perforierte Metallrohre erzeugt werden. Die fase-

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

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

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

Während der Entsalzung treibt man salzhaltiges Die F i g. 3 und 4 erläutern den Querschnitt eines Wasser unter Druck durch das Ventil 42 und die bevorzug>en Bauteils mit einer erfindungsgemäß erLeitung 40 in das Innere der Membranen. End- zeugten Membrane zur Verwendung in einer Umkehrproduktwasser mit einer wesentlich niedrigeren Salz- 45 osmosevorrichtung. Wie die F i g. 3 und 4 zeigen, konzentration als das salzhaltige eingespeiste Wasser umfaPt das Bauteil einen zusammengesetzten porösen durchdringt die Wände der rohrförmigen Membranen rohrförmigen Träger 30, der aus einer äußeren :rur.d die Wände der porösen Rohrträger 30. wo es auf forierten Metallhülle 70 und einem inneren Fase*; ohr irgendeine (nicht dargestellte) geeignete Weise ge- 72 besteht, das an die Innenseite des Metallrohres sammelt werden kann. 5° dicht angrenzt.

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

branen hir.durchtritt, strömt in das AuslaOkopfslück 34 Löchern 74 auf, die zum Ausströmen des niedrig-

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

geführt. permeable Membrane 76 ist nach dem erfindungs-

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

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

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

wenn erforderlich, aufgelöst werden, indem man Lö- spiele dienen nur zur Erläuterung und sollen die

sungsmittel durch die Leitung 40 und längs des 60 Erfindung nicht beschränken.
Inneren der Kopfstücke und des rohrförmigen Trägers

strömen läßt. Die aufgelösten Membranen und das . .

Lösungsmittel werden durch die Leitung 50 aus dem Beispiele 1 Dis /
System entfernt.

Nachdem die rohrförmigen Membranen aufgelöst 85 In diesen Beispielen wurden permeable Membranen

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

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

schließend kann man wieder salzhaltiges Wasser unter der Gießlös-ngsviskosität und -zusammensetzung, der

X3

Entleerungszeit, der Neigung des rohrförmigen Trägers während der Entleerung und des Aushärtungsverfahrens gegossen.

Im einzelnen wurden, und zwar in einer der nach F i g, 1 ähnlichen Vorrichtung, verschiedene Gießlösungen in rohrfönnige Träger 12 über das untere Kopfstück eingeführt, bis das ganze Rohr mit der Gießlösung gefüllt war. Die Gießlösung wurde dann aus dem rohrförmigen Träger entleert, wozu verschiedene Entleerungszeiten entsprechend der folgenden Tabelle 1 angewendet wurden.

In den Beispielen 1 bis 6 wurde der Gießflüssigkeitsfilm ausgehärtet, indem Geh'erungswasser von 0⁰C in das untere Kopfstück eingelassen wurde und man das Wasser aufwärts durch die Vorrichtung strömen ließ.

Beim Verfahren des Beispiels 7 und während der

Zeit, in der die Gießlösung im ganzen aus dem Kopfstück herausgelassen wurde, ließ man Luft etwa 45 Sekunden in Berührung mit dem oberen Teil des rohrförmigen Trägers kommen, um Aceton aus dem Film zu verdampfen, der sich am oberen Teil des Trägers bildete. Die der Luft ausgesetzte Gießflüssigkeitsschicht tendierte zur Erhöhung ihrer Viskosität, und eine Entleerung der am oberen Teil der inneren* Oberfläche des rohrförmigen Trägers niedergeschlagenen Gießflüssiglteit wurde so gehemmt. So behielt man einen dickeien Überzug am oberen Teil, als man ihn ohne Einführung der Luft erhalten würde, so daß sich eine konstantere gleichmäßigere Dicke des Überzugs über die Länge des Trägers ergab.

Die Dicke der Membraneüberzüge am oberen und am unteren Teil des rohrförmigen Trägers geht aus der folgenden Tabelle 1 hervor:

Tabelle 1

	Gußzusammen setzung (%)	^B	I ^c	Dyna mische	Rohrträger	Lange	Rohr	Entleer zeit	Membrandicke	unten	Bemerkungen
		30	45	Viskosität			neigung			25-30
Beispiel		15	65			121,9	zur Horizon			-30
					I.D.	121,9	talen während
	A	15	65		(cm)		des	(Min.)	oben	5-9
	25			230	2,54	121,9	Enüeerrns	30	9-12		Glasrohrträger
	20			25	1,27			10	-10		poröser Nylonrohr
1							90°				träger
2	20			25	1,27		90°	30	1-2		Glasrohrträger in
		15	65							10-15	horizontaler Stel
3		30	45			121,9	60°			9-15	lung mit der dicke
		30	45			121,9				10-12	ren Gießlösung
		25	55			61				8-18	oben
	20		25	2,54	243,8		33	2-3		Glasrohrträger
	25		230	2,54		90	2-3		Glasrohrträger
4	25	300	1,27	90°	90	3-4	Fiberglasrohrträger
5	20	55	1,27	90°	90	3	Glasrohrträger
6			90°
7			90^c

A = Cellulose-Acetat.
B = Formamid.
C = Aceton.

Jedes der Erzeugnisse nach den Beispielen 1 bis 7 stellt ein dünnes zusammenhängendes rohrförmiges Gebilde dar. Die nach den Beispielen 1 und 5 bis 7 erzeugten Membranen besitzen praktisch Salzabweisungseigenschaften und Permeabilitätswerte zur Verwendung in Umkehrosmosevorrichtungen.

Es versteht sich, daß die Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung, obwohl sie in erster Linie im Zusammenhang mit Umkehfosmosevorrichtungen zur Entfernung eines gelösten Stoffes aus einem Lösungsmittel, wie z. B. Entsalzung von Seewasser, beschrieben wurden, auch bei Umkehrosmosevorgängen zur Konzentration von Lösungen, wie z. B. Fruchtsäften und Zuckerlösungen, geeignet sind.

Die Erfindung ist in ihrem weitesten Sinne nicht auf die besonderen Einzelheiten beschränkt, die dargestellt und beschrieben wurden, und! es lassen sich Abweichungen von diesen Einzelheiten vornehmen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

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

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

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

c) das Tragermaterial aus dem dünnen Gießflüssigkeitsfilm mittels axialen Durchleitens ein., die Gießflüssigkeit gelierenden Flüssigkeitssaule längs der Innenseile des Gießflussigke.tsfilms an der Innenwand des Rohrtragers entfernt und so in situ eine permeable Membran innerhalb des porösen Rohrträgers erzeuet