DE3206864A1

DE3206864A1 - Plattenapparat zur permeationstrennung von fluiden

Info

Publication number: DE3206864A1
Application number: DE19823206864
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr.-Ing. Michele; Günter 4600 Dortmund Schulz; Udo Prof. Dr.-Ing. 4350 Recklinghausen Werner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1982-02-26
Publication date: 1983-09-15

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Platten-
apparat zur Permeationstrennung von Fluiden, - mit einer Mehrzahl von zusammengeschalteten Permeationszellen aus zellenbildenden Wandplatten und zellenteilenden Permeationsplatten, die zu einem Plattenpaket zusammengespannt sind, wobei jeweils zwei Wandplatten eine Permeationszelle bilden und eine Permeationsplatte zwischen sich aufnehmen, die in jeder Zelle eine Einlaufkammer von einer Permeatkammer trennt, wobei ferner jede Perneationszelle Funktionsöffnungen, nämlich Ein- und Austrittsöffnungen, für die verschiedenen Fluide aufweist, die im Randbereich der Wandplatten angeordnet sind, und über die die Permeationszellen zusammengeschaltet sind. Es versteht sich, daß bei solchen Plattenapparaten zwei benachbarte Permeationszellen jeweils eine gemeinsame Wandplatte aufweisen. Die Permeationsplatten besitzen eine Permeationsmembran, die für die Komponenten der jeweils zu trennenden Fluide unterschiedlich durchlässig ist. Die Permeationsmembran besteht aus geeignetem Material, in neuerer Zeit zumeist aus einer entsprechend eingestellten Kunststoffolie. Der Ausdruck Membran umfaßt allgemeiner aber auch entsprechende Elemente aus Glas, Keramik, Metall oder Kombinationen davon mit permeablem Verhalten. Fluide meint Flüssigkeiten, Gase, Lösungen und Dispersionen. Zu bekannten Anwendungen der Permeationstrennung von Fluiden gehören z. B. Anreicherungsprozesse, wie die Sauerstoffanreicherung und die Wasserstoffanreicherung, die Luftzerlegung, die Trennung höherer Alkohole und die Aufbereitung von Meerwasser zu Trinkwasser. Auch bei der Abwasserreini.
gung, insbesondere bei Chemieabwässern, wird mit Permeationstrennung gearbeitet. - In die Einlaufkammer treten die zu trennenden Fluide ein, durch die permeable Membran hindurch gelangt das Permeat in die Permeatkammer, aus der es abgezogen wird. Die verbleibenden, um das Permeat geminderten Fluide werden aus der Einlaufkammer abgezogen. Im Ergebnis kann weniger genau davon gesprochen werden, daß in der Einlaufkammer und in der Permeatkammer, anders ausgedrückt beidseits der Permeationsmembran, Fluide strömen, wobei durch die Permeationsmembran hindurch nach Maßgabe der thermodynamischen Potentiale die Permeationstrennung erfolgt.
Der bekannte gattungsgemäße Plattenapparat (Umwelttechnik, Juni 1979, S. 12 bis 16) arbeitet mit Wandplatten, die zwischen Rahmenbauteilen eingespannt sind, wobei Drainageprofile der Wandplatten die Fluide in die Einlaufkammer ein-bzw. austreten lassen und außerdem eingerichtet sind, um das Permeat abzuführen. In den Rahmenbauteilen befinden sich entsprechende Strömungskanäle und Ausnehmunge. Die Permeationsplatten erlauben zwar und selbstverständlich die Permeation, besitzen aber keine Funktionsöffnungen oder Durchtrittsöffnungen. Die Permeationsmembranen liegen auf Vliesen auf und stützen sich an den Drainageprofilen ab. Der bekannte Plattenapparat ist konkret für die Umkehrosmose ausgelegt und dient der Meerwasserentsalzung. Dabei wird das Meerwasser hintereinander durch die Einlaufkammern der Permeationszellen geführt, während das Permeat aus den einzelnen Permeationszellen oder Permeatkammern gleichsam im Kreuzstrom abgeführt wird. Andere Schaltungen mit intelligenteren Permeationsverfahren angepaßter Parallel- und/oder Reihenschaltung der Permeationszellen sind nicht möglich.
Insbesondere ist es nicht ohne weiteres möglich, ein besonders wirksames Verfahren zur Trennung von Fluiden durch Permeation zu verwirklichen, welches hauptsächlich dadurch gekennzeichnet ist, daß das Permeat an dem einen Ende der Permeationsmembran aus der Permeatzelle abgezogen und teilweise über ein Förderorgan an demselben Rand der Permeationsmembran in die Einlaufkammer zurückgeführt wird, während der weniger stark permeierende Bestandteil an dem entgegengesetzten Rand der Permeationsmembran aus der Einlaufzelle abgezogen wird (DE-OS 29 47 089). Gerade diese Verfahrensweise erlaubt jedoch die Trennung von Fluiden mit besonders gutem Wirkungsgrad und damit geringem Energieaufwand.
Um Permeationszellen angepaßt an spezielle Permeationsaufgaben und Permeationsverfahren parallel und/oder in Reihe zu schalten, arbeitet man mit Permeationszellen, die funktionell und baulich selbständige Apparate aus Gehäuse und Einbauten darstellen, die mit Hilfe von Rohrleitungen und Armaturen zusammengeschaltet sind (DE-OS 30 16 305), wenn es auch üblich ist, solche Apparate baulich zu sogenannten Kaskaden aufeinanderzusetzen (US-PS 41 19 418). Ein solcher Aufbau von zusammengeschalteten Permeationszellen ist aufwendig. Um in den Permeationszellen gleichförmige Strömung zu erzielen, sind darüber hinaus besondere Membranzuschnitte und entsprechend angepaßte Kammern erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Plattenapparat so weiter auszubilden, daß die Permeationszellen beliebig parallel und/oder hintereinander geschaltet werden können, je nachdem, wie es ein durchzuführendes Permeationsverfahren verlangt.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß jede Wandplatte zumindest zwei Funktionsöffnungen aufweist, daß außerdem jede Permeationsplatte in ihrem Randbereich mit zumindest zwei Durchtrittsöffnungen versehen ist, die mit Funktionsöffnungen der Wandplatten kanjugieren, daß Funktionsöffnungen der Wandplatten sowie Durchtrittsöffnungen der Permeationsplatten im Plattenpaket Strömungskanäle für die Zusammenschaltung der Permeationszellen bilden, und daß außerdem die Fluide über Abzweigungen dieser Strömungskanäle und/oder andere Funktionsöffnungen der Wandplatten in die Einlaufkammern und Permeatkammern einführbar und/oder aus diesen abführbar sind. Dabei kann ohne Schwierigkeiten auch so gearbeitet werden, daß das Permeat an dem einen Rand der Permeationsmembran aus der Permeatzelle abgezogen und teilweise über ein Förderorgan an demselben Rand der Permeationsmembran in die Einlaufkammer zurückgeführt wird, während der weniger stark permeierende Bestandteil an dem entgegengesetzten Rand der Permeationsmembran aus der Einlaufkammer abgezogen wird. Dazu lehrt die Erfindung zunächst, daß die Funktionsöffnungen der Wandplatten bzw. die Abzweigungen der Strömungskanäle in jeder Permeationszelle an einem Rand der Einlaufkammer einen Fluideintritt, am gleichen Rand der Permeatkammer einen Permeatabzug und an dem dem Fluideintritt gegenüberliegenden Rand der Einlaufkammer einen Abzug für die weniger permeierende Komponente der eingeleiteten Fluide bilden, und daß der Permeatabzug sowie der Abzug für die weniger permeierende Komponente über eine Durchtrittsöffnung der entsprechenden Permeationsplatte geführt sind. Der Permeatabzug von zumindest einer Permeationszelle kann bei dieser Ausführungsform eine Abzweigleitung aufweisen, in der ein Förderorgan angeordnet ist, und die Abzweigleitung kann im Bereich des Fluideintritts der Permeationszelle oder einer anderen wieder einmünden. Um besondere Schaltungen zu verwirklichen, können zwischen benachbarten Wandplatten und Permeationsplatten zusätzliche Funktionsöffnungen, z. B. in Dichtelementen, angeordnet sein. Mit sehr großer Permeationsmembran in vergleichsweise kleinen Apparaten kann gearbeitet werden, wenn zumindest einige der Permeationsplatten als Doppelplatten aus #zwei Permeationsplattenelementen ausgeführt sind, die zwischen sich eine weitere Kammer bilden, wobei die beiden Permeationsplattenelemente jeder Permeationszelle unterschiedliche Durchtrittsöffnungen aufweisen, so daß, wie eingangs beschrieben, im Plattenpaket die erforderlichen Strömungskanäle gebildet werden können. Die Wandplatten und die Permeationsplatten liegen in ihrem Randbereich aneinander an. Sie sind im Randbereich mit geeigneten Dichtungsausbildungen versehen. Die Dichtungsausbildungen an den Funktionsöffnungen und Durchtrittsöffnungen sind so geführt, daß die Fluide wie angegeben strömen.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die für eine Parallel- und/oder Reihenschaltung der Permeationszellen nach Maßgabe spezieller Verfahrensweisen erforderlichen Strömungskanäle von den Wandplatten bzw. Permeationsplatten selbst gebildet werden können, wenn die Wandplatten bzw.
Permeationsplatten Öffnungen aufweisen, die kanalbildend zusammensetzbar sind. Insbesondere kann dann auch die spezielle Verfahrensweise verwirklicht werden, bei der das Permeat an einem Rand der Permeationsmembran aus der Permeatkammer abgezogen und teilweise über ein Förderorgan an demselben Rand der Permeationsmembran in die Einlaufkammer zurückgeführt wird, während der weniger stark permeierende Bestandteil an dem entgegengesetzten Rand der Permeationsmembran aus der Einlaufkammer abgezogen wird.
Die konstruktive Gestaltung der Wandplatten und der Permeationsplatten ist im Rahmen der Erfindung grundsätzlich beliebig, wobei man im allgemeinen in Randbereichen die Funktionsöffnungen und die Durchtrittsöffnungen anbringt, die in der beschriebenen Weise funktionieren. Grundsätzlich kann dabei beispielsweise so gearbeitet werden, wie es bei Plattenwärmetauschern üblich ist. Die mit den Wandplatten bzw.
Permeationsplatten verbundenen Dichtungsausbildungen können so geführt werden, daß für die Fluide der gewünschte Strömungsweg ohne weiteres erreicht wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden schematischen Zeichnung, die erfindungsgemäße Plattenapparate mit zur Verdeutlichung der Funktionszusammenhänge auseinandergezogenen Wandplatten und Permeationsplatten darstellt, ausführlicher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Plattenapparat mit zwei parallelgeschalteten Permeationszellen, Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Plattenapparat mit zwei hintereinandergeschalteten Permeationszellen und Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Plattenapparat mit zwei hintereinandergeschalteten Permeationszellen und Permeationsplatten in Form von Doppelplatten.
Die in den Figuren dargestellten Plattenapparate dienen zur Permeationstrennung von Fluiden. Sie besitzen stets eine Mehrzahl von zusammengeschalteten Permeationszellen 1. Im Ausführungsbeispiel sind aus Gründen der Deutlichkeit stets nur zwei Permeationszellen 1 vorgesehen und zusammengeschaltet. Die Permeationszellen 1 sind gebildet aus zellenbildenden Wandplatten 2 und zellenteilenden Permeationsplatten 3, die zu einem Plattenpaket zusammengespannt sind.
Die für das Zusammenspannen erforderlichen Elemente sowie die Endplatten wurden nicht gezeichnet. Eine Wandplatte 2 benachbarter Permeationszellen 1 gehört stets beiden Permeationszellen 1 an. So bilden jeweils zwei Wandplatten 2 eine Permeationszelle 1. Sie nehmen eine Permeation#atte 3 zwischen sich auf. Diese trennt in jeder Permeationszelle 1 eine Einlaufkammer 4 von einer Permeatkammer 5. Ferner ist jede Permeationszelle 1 mit Funktionsöffnungen 6, nämlich Ein- und Austrittsöffnungen, für die verschiedenen Fluide versehen, die im Randbereich der Wandplatten 2 angeordnet sind. über diese Funktionsöffnungen 6 sind die Permeationszellen 1 auch zusammengeschaltet. Dazu ist die Anordnung jedoch in besonderer Weise getroffen: Jede Wandplatte 2 besitzt zumindest zwei Funktionsöffnungen 6. Jede Permeations«atte 3 besitzt in ihrem Randbereich zumindest zwei Durchtrittsöffnungen 7. Diese konjugieren mit Funktionsöffnungen 6 der Wandplatten 2, je nach der Schaltung jedoch mit unterschiedlichen und nicht mit allen. Die Anordnung ist so getroffen, daß Funktionsöffnungen 6 der Wandplatten 2 sowie Durchtrittsöffnungen 7 im Plattenpaket Strömungskanäle 8 für die Zusammenschaltung der Permeationszellen 1 bilden, die in den Figuren durch dickere Strömungspfeile verdeutlicht sind. Außerdem sind die Fluide über Abzweigungen 9 dieser Strömungskanäle 8 und/oder andere Funktionsöffnungen 6 der Wandplatten 2 in die Einlaufkammern 4 und Permeatkammern 5 einführbar und/oder aus diesen abführbar. Für die Abzweigungen 9 enthält die Zeichnung dünnere Strömungspfeile.
Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Anordnung so getroffen, daß die Funktionsöffnungen 6 der Wandplatten 2 bzw. die Abzweigungen 9 der Strömungskanäle 8 in jeder Permeationszelle 1 an einem Rand der Einlaufkammer 4 einen Fluideintritt 61, am gleichen Rand der Permeatkammer 5 einen Permeatabzug 71 und an dem dem Fluideintritt 61 gegenüberliegenden Rand der Einlaufkammer 4 einen Abzug 72' 62 für die weniger permeierende Komponente des eingeleiteten Fluids bilden. Der Permeatabzug 71 sowie der Abzug 72' 62 für die weniger permeierende Komponente sind mit Hilfe einer Durchtrittsöffnung 7 der entsprechenden Permeationsplatte 3 geführt. Der Permeatabzug von zumindest einer Permeationszelle kann eine Abzweigleitung 10 aufweisen, in der ein Förderorgan 11 angeordnet ist, wobei die Abzweigleitung 10 im Bereich des Fluideintritts 61 der Permeationszelle 1 wieder einmündet. Das ist in der Fig. 1 strichpunktiert angedeutet worden. Betrachtet man die Fig. 1 und 2, so kann man ohne weiteres realisieren, daß zwischen benachbarten Wandplatten 2 und Permeationsplatten 3 zusätzliche Funktionsöffnungen, z. B. in nicht gezeichneten Dichtelementen, angeordnet werden können.
Mit der obigen Erläuterung ist auch die Ausführungsform nach Fig. 3 verständlich. Hier sind jedoch die Permeationsplatten 3 als Doppelplatten aus zwei Permeationsplattenelementen 3a, 3b ausgeführt, die zwischen sich eine weitere Kammer 12 bilden, wobei die Permeationsplattenelemente 3a, 3b jeder Permeationszelle 1 unterschiedliche Durchtrittsöffnungen 7 aufweisen.
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Claims

Plattenapparat Perimeationstrennung von Fluiden Patentansprüche: 1. Plattenapparat zur Permeationstrennung von Fluiden, - mit einer Mehrzahl von zusammengeschalteten Permeationszellen aus zellenbildenden Wandplatten und zellenteilenden Permeationsplatten, die zu einem Plattenpaket zusammengespannt sind, wobei jeweils zwei Wandplatten eine Permeationszelle bilden und eine Permeationsplatte zwischen sich aufnehmen, die in jeder Zelle eine Einlaufkammer von einer Permeatkammer trennt, wobei ferner jede Permeationszelle Funktionsöffnungen, nämlich Ein- und Austrittsöffnungen, für die verschiedenen Fluide aufweist, die im Randbereich der Wandplatten angeordnet sind, und über die die Permeationszellen zusammengeschaltet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß jede Wandplatte (2) zumindest zwei Funktionsöffnungen (6) aufweist, daß außerdem jede Permeationsplatte (3) in ihrem Randbereich mit zumindest zwei Durchtrittsöffnungen (7) versehen ist, die mit Funktionsöffnungen (6) der Wandplatten (2) konjugieren, daß Funktionsöffnungen (6) der Wandplatten (2) sowie Durchtrittsöffnungen (7) der Permeationsplatten (3) im Plattenpaket Strömungskanäle (8) für die Zusammenschaltung der Permeationszellen (1) bilden, und daß außerdem die Fluide über Abzweigungen (9) dieser Strömungskanäle (8) und/oder andere Funktionsöffnungen (6) der Wandplatten (2) in die Einlaufkammern (4) und Permeatkammern (5) einführbar und/oder aus diesen abführbar sind.
2. Plattenapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsöffnungen (6) der Wandplatten (2) bzw. die Abzweigungen (9) der Strömungskanäle (8) in jeder Permeationszelle (1) an einem Rand der Einlaufkammer (4) einen Fluideintritt (61) am gleichen Rand der Permeatkammer (5) einen Permeatabzug (71) und an dem dem Fluideintritt (61) gegenüberliegenden Rand der Einlaufkammer (4) einen Abzug (72' 62) für die weniger permeierende Komponente der eingeleiteten Fluide bilden, und daß der Permeatabzug (71) sowie der Abzug (72, 62) für die weniger permeierende Komponente über eine Durchtrittsöffnung (7) der entsprechenden Permeationsplatte (3) geführt sind.
3. Plattenapparat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Permeatabzug (71) von zumindest einer Permeationszelle (1) eine Abzweigleitung (10) aufweist, in der ein Förderorgan (11) angeordnet ist, und daß die Abzweigleitung (lo) im Bereich des Fluideintritts (61) der Permeationszelle (1) oder einer anderen Permeationszelle (1) wieder einmündet.
4. Plattenapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Wandplatten (2) und Permeationsplatten (3) zusätzliche Funktionsöffnungen, z. B. in Dichtelementen, angeordnet sind.
5. Plattenapparat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Permeationsplatten (3) als Doppelplatten aus zwei Permeationsplattenelementen (3a, 3b) ausgeführt sind, die zwischen sich eine weitere Kammer (12) bilden, und daß die beiden Permeationsplattenelemente (3a, 3b) jeder Permeationszelle (i) unterschiedliche Durchtrittsöffnungen (7) aufweisen.