DE8433033U1 - Trennelement zur Behandlung von Fluiden - Google Patents

Description

Sartorius GmbH Akte SM 8403

Weender Landstraße 94-108 Ko/kl

D-3400 Gottingen

Trennelement zur Behandlung von Plulden

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Trennelement für Fluide nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches, wie es durch den Stand der Technik nach der DE-OS 31 27 548, DE-OS 29 20 253 und US-PS 4 261 834 bekannt ist. Im ersten Falle werden inkompressible Trägerplatten mit Kanalrillen und Durchbrechungen für die Stromur.^sführung mit einem Trennelement in Form einer mikroporösen Membran abgedeckt und randseitig gedichtet und eine Vielzahl solcher Einzeltrennelemente werden zu einem Stapel vormontiert und in kommunizierende Dichtungsrillen und Kanäle wird ein fließfähiges Dichtungsmittel eingepreßt, welches in dem zusammengepreßten Stapel aushärtet und damit diese einzelnen Platten zu einer fest verbundenen Kassette ver-

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eint. Die Spalthohe zwischen benachbarten Membranen, die den Pluldspalt für die zu behandelnde Trübe bestimmt, kann aufgrund der Plattenkonstruktion und der von den Plattenrändern gebildeten festen Anschläge nachträglich nicht mehr verändert werden. Die Kassette ist insgesamt inkompressibel und wird zwischen Gehäuseplatten mit Hauptanschlüssen eingespannt. Eine Vielzahl von Spannbolzen muß mit Hilfe von Drehmomentenschlüsseln angezogen werden. Mehrere Kassetten können in Reihe oder parallel geschaltet werden. Zwischen den einzelnen Kassetten sind sogenannte Maskendichtungen aus Silikon angeordnet. Fertigungstoleranzen in den Platten, die sich gegebenenfalls bei der Aufeinanderschichtung summieren können, können nur bedingt durch solche an den Endplatten angeordnete Maskendichtungen aus dauerelastischem Dichtungsmaterial ausgiglichen werden. Derartige Maskendichtungen aus Silikon oder Polyurethan sind nur begrenzt in der Lage, den von den Spannbol .en ausgehenden Preßdruck der beiden Gehäuseplatten an die einzelnen Kassetten und ihre Zwischenab- dichtungen weiterzugeben. Als weiterer Nachteil ist anzusehen, daß einmal in der fest verbundenen Kassette vorhandene Undichtigkeiten aufgrund zu schlecht verteiltem, eingespritztem Dichtungsmaterial nicht mehr nachträglich durch ein stärkeres Zusammenpressen der gestapelten Stützplatten beseitigt werden kann. Derartige Fehler führen häufig zu Ausschuß.

Weiterhin ist es nach dem Stand der Technik gemäß DE-OS 29 20 253 bzw. US-PS 4,261,834 bekannt, anstelle von festen Stützplatten ein inkompressibles Gewebe zu verwenden, welches drainierende Eigenschaften hat. Um die einzelnen Strömungswege gegeneinander abzudichten, sind die Hohlräume des Gewebes In den abzudichtenden Bereichen mit einem inkompressiblen Kunstharz ausgefüllt, welches

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] den gesamten Stapel aus abwechselnd aufgeschichteten Ge-

ΐ webeabschnitten und Membranabschnitten im Bereich der ab-

ä zudichtenden Durchbrechungen und im gesamten Randbereich

'% zu einer dauerhaften inkompressiblen kassettenförmigen

*i 5 Einheit verbindet. Auch dieses kassettenförmlge Trenn-ί element erhält bereits bei der Herstellung die fertige,

inkompressible Ausbildung und wird ebenfalls zwischen Gehäuseendplatten eingespannt, welche ebenfalls nur die Aufgabe haben, das kassettenformige Trennelement plan-

! 10 parallel zwischen den beiden Gehäuseplatten einzuspannen und fest auf die darin endenden Leitungsabschultte zu pressen. Auch bei dieser Form der Abdichtung wird die dem Fluid zur Verfügung gestellte Spalthohe zwischen zwei } Membranen bzw. zwischen der Membran einerseits und dem

diese abstützenden Gewebe andererseits vorbestimmt, ohne

daß der Benutzer die Möglichkeit hat, mögliche punktuelle f- oder regionale Undichtigkeiten durch mehr oder weniger

starkes Zusammenpressen der Gehäuseplatten zu beseitigen oder auch die Spalthöhe für ein bestimmtes Fluid zu variieren.

;f Neben der notwendigen absoluten Abdichtung ist eine

j solche Variation der Spalthöhe häufig erwünscht, wenn

bei der Partikelfiltration eine Freispülung der belegten Filtermembran gewünscht wird bzw. wenn zur Wlederverwendungdas Trennelement von Rückständen befreit werden soll oder sich für die Filtration eines speziellen Mediums eine bestimmte Spalthöhe der Oberströmwege sich als optimal erwiesen hat.
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Weiterhin sind Flachfiltergeräte bekannt (DE-OS 32 00 M3, DE-OS 33 11 818, DE-OS 27 53 364, DE-OS 34 15 953), in denen die mit einem Vorfiltervlies belegt*» Membran randseitig schwierig abzudichten iatj da die dralnierende Vliesstruktur zu RadlalstrSraungskomponenten, d.h. randseitigen Leckagen führt. Grundsätzlich 1st es auch bekannt, den schmelzenden

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1 * m λ

Kunststoff eines Qehäuseteiles durch Ultraschall In die vliesartige oder porenartige Struktur eines Flachfilterelementes im Dichtungsbereich hineinzupressen bzw. die Struktur daralt auszufüllen (DE-AS 22 44 594, US-PS 3,471,019). 5

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Trennelement der eingangs beschriebenen Bauart so weiterzubilden, daß eine verbesserte Abdichtung geschaffen ist, wobei die abzudichtenden Bereiche des Plachfilterzuschnittes auch bei ... mehrschichtigem Aufbau des Pilterausschnittes oder der Filterzuschnitte auf einfache Welse durch Pressung abdichtbar sind. Der Flachfilterzuschnitt soll dabei aufgrund seiner besonderen Ausbildung der Dichtregionen ein durch Pressdichtung abzudichtendes Stapeln mehrerer Zuschnitte übereinander ermogliehen.

Diese Aufgabe wird durch die Im Anspruch 1 angegebennen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beansprucht.

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Im prinzipiellen Aufbau wird das Trennelement durch eine mikroporöse Membran mit integriertem Stützvlies gebildet, wobei die drainlerende Vliesstruktur im Bereich der abzudichtenden Regionen thermisch und/oder chemisch zur Übernahme einer Dichtfunktion zu einer Dichtstruktur komprimiert ist. Diese Membranzuschnitte können kombiniert werden mit Abstandshaltern in Form einer Gitterstruktur, dessen Freiräume in den abzudichtenden Regionen durch eine dauerelastische Dichtungsmasse ausgefüllt sind, die mindestens in den Ebenen der Gitterstärke endet, gegebenenfalls einseitig oder beidseitig geringfügig übersteht. Werden diese Zuschnitte abwechselnd aufeinandergestapelt, läßt sich ein stapelförmlges Trennelement herstellen, dessen abzudichtenden Regionen ihre Dichtwirkung aufgrund ihrer Querschnittstruktur und Preßwirkung von Gehäuseteilen oder Gehäusehilfsteilen entfalten.

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Der Erflndungagedanke ist in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt·

Flg. 1 die perspektivische Explosionsansicht einer ersten AusfUhrungsform eines stapeiförmigen Trennelementes mit Qehäuseendplatten, in vereinfachter Darstellung,

Fig. 2 die Draufsicht auf ein doppeltrapezförmigen Abstandshalter,

Fig. 2A

2B Schnitte nach den Schnittlinien A-A, B-B in Fig. 2, 15

Fig. 3 die Draufsicht auf einen kongruenten Membranzuschnitt, in vereinfachter Darstellung (Ergänzend siehe Flg. 13 im Detail als Membranelement MV),

Fig. 3A

3B Schnitte nach den Schnittlinien A-A, B-B In Flg. 3 in vereinfachter Darstellung (Ergänzend hierzu siehe Fig. 15 und 16),

Fig- 4 die Draufsicht auf einen zweiten kongruenten Abstandshalter in einer anderen Ebene,

Fig. 5A

5B zwei Längsschnitte scheraatisch vergrößert nach den Schnittstellen A-A bzw. B-B mehrerer aufelnanderge-

stapelter Abstandshalter nach Fig. 1,6,3,4 in Verbindung mit Zuschnitten des Trennraediums und Gehäuseendplatten, in vereinfachter Darstellung,

Fig. 6 einen Detailquerschnitt durch einen mit Dichtungen versehenen Abstandshalter z.B. nach der Schnittlinie VI in Fig. 1,

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Pig. 7 einen Querschnitt durch einen Abstandshalter in Form einer Maskendichtung für aufeinanderfolgend gestapelte Kassettenmodule,

Fig. 8 einen Detailschnitt durch den Randbereich eines

variierten Trennelementes (2. Ausführungsform) mit eingelagerten Dichtungsringen und Schutzringen,

Fig. 9 eine Detailansicht bzw. Detailschnitt eines solchen Dichtungseleraentes nach Fig. 8,

Fig. 1OA

1OB eine Draufsicht auf die Abstandshalter eines abgewandelten Stapelmoduls (3· Ausführungsform), 15

Fig. HA eine Explosionsansicht mit Membranzuschnitt eines 4. Ausführungsbeispieles mit Schutzringen,

HB eine 5· Variante mit Schutzmasken als Druckverteiler, 20

Flg. 12A

Querschnitte durch ein zwischen Endplatten eingespanntes Kassettenmodul nach Fig. 10 und 11.

Fig. 13 eine Perspektive Draufsicht auf die Vliesseite eines vorstehend vereinfacht dargestellten Membranelementes bestehend aus einer mikroporösen Membran mit Integriertem Stützvlies, das regional zu einer Dichtstruktur ausgebildet ist.

Flg. m einen Vertikalschnitt durch den Randbereich mehrerer Zuschnitte nach der Schnittlinie XIV in Flg. 1δ,

Fig. 15 einen Querschnitt nach der Linie XV - XV in Fig. 13,

Fig. 16 einen Querschnitt nach der Linie XVI - XVI in Fig. 13,

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- :7.^J

Flg. 17 eine Explosivzeichnung gestapelter Zuschnitte mit kreisrunden und geschlitzten Durchbrechungen und Membran-Vlies-Zuschnitten nach Fig. 13,

Fig. 17A ein Kassetterimodul in Perspektive,

Flg. 18 eine entsprechende bevorzugte Variante mit geschlitzten Durchbrechungen und kreuzweise überströmten Zuschnitten nach Fig. 13 bis 16, 10

Fig. 18A ein Kassettenmodul in Perspektive,

Fig. 19 einen Detailschnitt durch ein Filtergehäuse aus Stahl mit einer an die O-Ring-Dichtung angepaßten Dlchtstruktur eines Filterelementes nach Fig. 13 und

Flg. 20 einen Detailschnitt durch ein Filtergehäuse aus Kunststoff mit einer an die Klemmnase der Gehäuseteile angepaßten Dichtstruktur eines Filtereleraentes nach Fig. 13.

In der folgenden Beschreibung sind in den verschiedenen Ausfuhrungsformen einander entsprechende Bauteile mil entsprechenden Bezugszeichen benannt. Bezüglich der Detailpunkte wird insbesondere auf Fig. 13 bis 16 verwiesen.

Das Trennmodul in der bevorzugten Ausführung nach Fig. 1 bis besteht außer der Vielzahl von doppeltrapezformigen länglichen (Sechseck)-Zuschnitten eines Gewebes aas monofllen Kunststoffäden, die z.B. in Körperbindung gewebt sind und im Siebdruckverfahren mit einer dauerelastlschen Dichtungsmasse 3,4 gemäß Draufsicht nach Fig. 1 und 2 bedruckt sind. Das Dichtungsmaterial 3,4 steht dabei gemäß Fig. 7 und 8 geringfügig über die Ebene El der Gewebefläche über. Hat das Gewebe z.B. eine Gesamtstärke von 0,4 mm, so steht die dauer-

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• t ·

• ■ ·

elastische Dichtungsmasse aus Silikon oder Polyurethan einseitig, gegebenenfalls beidseitig je 50 pm über, die ihrerseits damit die Kompressibilität des gesamten Abstandshalters bestimmt, dessen monofile Kunststoffäden im wesentliehen lnkompressibel sind und als Gitterwerk damit wie eine Inkompressible jedoch flexible Platte wirkt. Nach Verfestigen des Dichtungsmaterials 3,4 erfolgt anschließend das Stanzen der Durchbrechungen 1,1',2. Dies erfolgt zur besseren [ii Montage oder um saubere Kanten der Dichtungsflächen und If kleinen Schachtdurchmessern zu erhalten. Bei schlitzartigen Schächten und Schächten mit größerem Durchmesser können die Durchlässe In den Gitterebenen auch "vergittert" bleiben, so daß lediglich das Filtermedium M Durchstanzungen aufweist. Die das FlItrat führenden Durchbrechungen des Gitterwerkes können generell "vergittert" bleiben.

Der dargestellte Membranzuschnitt M hat dieselbe Umriss- s form gemäß Fig. 2 und 4 und das darin dargestellte Lochbild, so daß abwechselnd aufeinandergeschichtete Abstandshalter nach Fig. 2, Trennmedium M nach Fig. 3 und Abstandshalter nach Fig. 4 fluchtende Verteilerschächte im Bereich der Durchbrechungen 1,1·,2 bilden. Die Durchbrechungen 1 bilden dabei die Sammelschächte für ein erstes Fluid Fl (Trübe), die Verteilerschächte 1' dienen zur Abführung des Retentats (Konzentrat) Fl* und das durch die Zuschnitte des Trennmediums M hindurchgetretene Permeat (Filtrat) wird durch die Verteilerschächte 2 als Fluid F2 abgeführt. Die zu einem Stapel lose aufeinandergeschichteten Zuschnitte 6,M und 7 sind vorzugsweise randseltlg zusätzlich mit einem dauerelastischen Dichtungsmaterial 4¹, ähnlich wie in Fig.5A, 5B dargestellt, dauerhaft zu einem Kassettenmodul verbunden.

Wie aus Fig. 1 und 5A, 5B ersichtlich ist, fluchten die durch die Durchbrechungen 1,1',2 gebildeten Verteilerschächte derart, daß diese in Verteilerkanälen 14 und Sammelkanälen 12 und 19 der Gehäuseplatten 8 und 9 enden, welche durch Spannbolzen 10 den Gesamtstapel gegen die Rückstellkraft der ^] Dichtungen 3,4 und des unter Druck eingeführten Fluids Fl zusammenpressen.

Wie aus der Schnittausstellung (Längsschnitt) der Fig. 5A,5B ersichtlich ist, 1st der untere Zuschnitt 6 des Abstandshalters 5 gemäß Darstellung in Fig. 4 bezüglich der Durchbrechungen 1 abgedichtet und ebenso bezüglich der stirnseitigen Durchbrechungen 1' an den schmalen Trapezseiten ebenfalls abgedichtet, dagegen in bezug auf die Durchbrechungen 2 offen. Darauf liegt ein Trennelement M mit einem identischen Lochbild nach Fig. 1 und 4. Darauf folgt ein Zuschnitt 7 eines AbStandshalters nach Fig. 2, bei dem nach der Schnittlinie A-A, B-B gemäß Fig. 2 die Durchbrechungen 1 frei und die Durchbrechungen 1,2 alternierend frei bzw. abgedichtet sind. Darauf folgt wieder ein Zuschnitt M des Trennmediums usw.

Das in den Mittelanschluß eingeleitete Fluid Fl verteilt sich über die Durchbrechungen 1 des Verteilerkanales 14 in allen Schächten 1, die Durchbrechungen 1 der Abstandshalter 6,7 und den Durchbrechungen 1 des Trennmediums M gebildet sind. Dabei durchströmt das Fluid Fl von der Mitte ausgehend die Zuschnitte 7 der Abstandshalter 5 in Richtung auf die Auslässe 1·, wobei ein Teil des Fluids Fl aufgrund des Druckgefälles die freie Fläche des Trennmediums M durchdringt und als Permeat (FiItrat) in den Sammelleitungen 19 al3 Fluid F2 abgeführt wird. Das aufkonzentrierte Fluid Fl verläßt als Fluid Fl' bzw. als Konzentrat über die Sammelleitung 12 die Gehäuseplatte 8 und wird einem Sammelbehälter und damit erneut im Kreislauf der Leitung 14 zugeführt.

Mit Hilfe von Drehmomentenschlüssel lassen sich die Spannbolzen 10 so anziehen, daß sich der Dichtungspreßdruck korrigieren läßt und die Spalthöhe in den Stromungskanälen verschiedenen Betriebsbedingungen anpassen läßt.

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Die vorstehend beschriebene Ausfuhrungsform bildet ein rückspülbares Filterelement, bei dem mit Hilfe eines rückläufigen Staudruckes mit Hilfe einer Filtratpumpe ein sich auf der vom Abstandshalter 6 abstützenden Membran bildender Filterbelag quasi im Status nascendi halbseitig durch eine Pulssteuerung abgelöst und von der Trübe Fl wieder weggespült werden kann. Dies kann jeweils Im Wechsel bezüglich der beiden Trapezhälften erfolgen. Die Filtratabführleitungen 19 werden dabei kurzzeitig zu Rückspülleitungen umfunktioniert bzw. mit Druck beaufschlagt.

Der Vorteil einer solchen sechseckigen bzw. länglichen Doppeltrapezform ist darin zu sehen, daß neben einer günstigen Stromungsführung (Vermeidung von Totzonen, Berücksichtigung des verminderten Fluidvolumens an den Auslaßseite¹!) zusätzlich eine verschnittlose Geometrie der Zuschnitte von Gitterwerk 5 und Trennmedium M möglich ist. Die jeweils abwechselnd hälftige pulsartige Rückspülbarkeit läßt eine kontinuierliche Filtration/Aufkonzentration und eine hohe Standzelt des Filterelementes zu.

Fig. 7 zeigt ein mehrere Kassettenmodule trennende Maskendichtung, bei der der gesamte Zuschnitt des Abstandshalters 5 nach Fig. 1 bzw. 2 mit einer dauerelastischen Dichtungsmasse 4 ausgefüllt ist und nur die eingestanzten Durchbrechungen 1,1',2 aufweist. Eine solche Maskendichtung 50 gemäß Fig. 7 läßt sich auch zwischen Kassettenmodulen mit festen Platten einsetzen, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt sind. Eine solche zwischen Endplatten 8, 9 bzw. auch zwischen einzelnen Kassettenmodulen eingesetze Maskendichtung gemäß Fig. 7 hat den Vorteil, daß sie nur begrenzt kompressibel 1st nämlich nur in bezug auf das Maß

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χ des einseitig oder wie dargestellt beidseitig über das Ge-

webe 5 überstehenden Dichtungsmaterials 4. Der Überstand übernimmt die Dichtfunktion, während das inkompressible Ge-

; webe 5 die Druckverteilung übernimmt. Dickere Schichten

' 5 lassen sich durch zwei aufeinanderliegende Gewebe erzielen, die gemeinsam die inkompressible Schicht bilden. Weisen die abzudichtenden Flächen der Kassettenmodule bereits über-

_f stehende Dichtregionen auf, so ist es ausreichend, wenn die

Maskendichtung nach Fig. 7 auf die Stärke des Gewebes 5 beschränkt ist.

In der abgewandelten Ausführungsform gemäß Fig. 8 und 9 ; sind die die Dichtung aufnehmenden Durchbrechungen 5^ir der

Abstandshalter 5 im Durchmesser großer gehalten als die ohne Dichtungen ausgestatteten Durchbrechungen 5', wie dies in Fig. 8 ersichtlich ist. Die Dichtungen werden durch scheibenförmige Dichtungsringe 16 aus Silikon oder Polyurethan gebildet, die in der Stärke etwas großer bemessen sind als die Gesamtstärke des AbStandshalters 5 aus inkompressiblem Gewebe. Der Dichtungsring 16 steht dabei j beidseitig über die Ebene El des Gewebes 5 vor und läßt

sich somit flächenmäßig nur In diesem Bereich komprimieren. Der Innendurchmesser des Dichtungsringes 16 entspricht dem Außendurchmesser der Durchbrechung 5' in dem ohne Dichtung ausgebildeten Abstandshalter 5 und entspricht dem Durchmesser der Durchbrechung 1,1',2 des Filterraediums M. Um dieses empfindliche Filtermedium M20 vor mechanischen Beschädigungen aus den abgestanzten Fadenenden der Abstandshalter 5 zu schützen, ist die Stoßstelle im Bereich dieeer Durchbrechung 5¹¹ durch eine ttingscheibe 17 überbrückt, welche gegebenenfalls auf dem Dichtungsring 16 durch Klebung fixiert ist. Diese Schatzringscheibe 17 ist

, in ihrer Stärke der Stärke des Trennmediums M2Ö angenährt,

und besteht aus einem im wesentlichen inkompreseiblen Material wie z.B. Polyester und hat eine Stärke von etwa 50 μπι

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und bedeckt die Stoßstelle In einer Breite von etwa 5 nun. Die ebenfalls scharfen Endabschnitte lra Bereich der Durchbrechung 5' des Abstandshalters 5 führen nicht zur Beschädigung des Flltermedlume M20, da dieses In diesem Bereich ja bereits die Durchbrechung M' aufweist.

Zur Bildung enger Spalthöhen Innerhalb der Stromungswege haben diese Schutzringscheiben 17 zusätzlich die Funktion von Druckvertellern. Ihre Inkompresslbllltät verhindert, daß sich die kompresslblen Dichtungen 3 oder 16 in die drainierende Gitterstruktur eines darüber oder darunter liegenden Abstandshaiters 26,27 einpreßt, die offen zu haltende Gitterstruktur 5 verengt oder gar blockiert.

Wie aus Fig. 8 und 9 ersichtlich ist, sind die Durchbrechungen 1,1',2,M¹JM'¹ insgesamt im Randbereich der Zuschnitte angeordnet, so daß sich eine möglichst große Freifläche des Trennmediums M20 erreichen läßt. Gleichzeitig wird damit auch erreicht, daß sich die zum Außenrand hinwelsenden Ränder der Schutzringscheibe 17 in das Randdichtungsmaterial 4 bzw. auch in das Dichtungsmaterial 4¹ der Kassette einbeziehen und in diesem fixieren läßt. Auf eine Fixierung der Schutzringscheiben 17 durch Klebung auf den Dichtungsringen 16 kann somit verzichtet werden. Da die Zuschnitte M20 des Trennmediums im wesentlichen kongruent mit den Zuschnitten der Abstandshalter 26,27 ausgebildet sind und somit an deren Ränder hinreichen, ist der gesamte Stapel nochmals mit einem dauerelastlchen Dichtungsmaterial 4' im Randbereich abgedichtet. Zum Anschluß des Kassettenmoduls zwischen Endplatten 8 und 9 kann vorzugsweise auf den Stapel

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beidseitig eine zusätzliche Maskendichtung 50 gemäß Fig. 7 angeordnet sein, wenn nicht die Ausführung mit durchströmbarem Gitterwerk gemäß Fig. 6 als Deckschicht gewählt ist. In diesem Fall wird der Stapel beidseitig mit einer dem Lochbild entsprechenden fluiddicken Folie 11 abgedeckt, deren Ränder in die Randdichtung ¹J¹ eingebunden sind, so daß auch die unbenutzte Kassette gegen Staubpartikel bei ihrer Handhabung geschützt ist. Auch dieses Kassettenmodul ist als rückspülbare Filtereinheit ausgebildet.

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Das modifizierte Kassettenmodul nach Fig. 1OA und 1OB ist ebenfalls als rückspülbares Filterelement ausgebildet. Anstelle lose eingelegter Dichtungsringe 16 sind bei diesen rechteckigen Abstandshaltern 26,27 die Dichtungen 3 durch eine dauerelastische, in die Gitterstruktur des Gewebes 5 eingepreßte Dichtungsmasse gebildet, wie dies in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 7 beschrieben ist.

Dem überströmten Trennmedium M20 ist stromaufwärts, also trübseitig, eine ale Vorfilter oder Grobfilter dienende Oberström- und Durchströmstrecke in Form der nicht mit dem Ttennmedium M20 belegten Gitterzuschnitte 26,27 vorgelagert, so daß sich ein Verteilerraum über die gesamte Zuschnittbreite erstreckt, der in der Ebene 26 durch eine Dichtleiste 3¹ abgeschottet ist und der in der Ebene des Gitterzuschnittes gemäß Fig. 1OB offen und lediglich durch einen Druckverteilerstreifen 17' beidseitig am Rand von M20 überbrückt ist. Dieser Druckverteilungsstreifen 17' kann auch zu einer Druckverteilungsmaske oder einem Druckverteilungsvolumen 18 nach Fig. 11 ergänzt sein.

Die in Flg. 11 bis 12A,12B dargestellte 4. Ausführungsvariante ist ohne Verteilerraum 140 ausgeführt und ist jedoch im übrigen mit den anderen Ausführungen vergleichbar.

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WJe aus Pig. HA ersichtlich ist, sind beiderseits der Durchbrechungen 1,1',2 Schutzringscheiben 17 angeordnet, die die Membran M20 vor Beschädigung und die freizuhaltende Gitterstruktur 5 vor Abdichtung durch darunter oder darüber angeordnete Dichtungen 3 schützen. Anstelle der Schutzringscheiben 17 können auch gemäß Pig. HB Schutzringmasken oder Schutzrahmen 18 verwendet werden. In beiden Fällen sind jaweils diejenigen Durchbrechungen 1,1',2 der Abstandshalter 6, 7,26,27 beidseitig von Schutzringscheiben 17 bzw. 18 überdeckt, In denen die Gitterstruktur 5 in der Schichtungsebene geöffnet und demgemäß offen zu halten ist.

In der vereinfachten Schnittdarstellung 12A, 12B sind diese Schutzringscheiben 17 nicht dargestellt. Diese kommen insbesondere bei einem hohen Anpressdruck der Gehäuseendplatten 7 zum tragen, um sehr enge Überströmungsspalten zu erzielen. Die Anordnung der Durchbrechungen 1 für die Trübe Fl auf der einen Seite und die Anordnung der Durchbrechungen I¹,2 für Konzentrat Fl¹ und Filtrat F2 auf der eegenüberliegenden Seite der rechteckigen oder trapezförmigen Zuschnitte hat den Vorteil, daß die Trübe zur Oberströmung über die Membran M bzw. M20 gezwungen wird und damit Kurzschlußpfade ausgeschlossen sind. Das Fluid Fl aus der Leitung IH z.B. als Trübe in Form

j einer Hefeaufschlemmung überströmt die freie Membranfläche

■ 25 durch die Abstandshalter 5 hindurch in Richtung auf die in dieser Ebene offenen Verteilerschächte 1' und verläßt diese

durch die Leitung 12 als aufkonzentriertes Medium Fl¹.

ί Ein Teil des Fluids Fl ist durch die freie Membranfläche

hindurchgedrungen und verläßt die Freiräume der Abstandshalter 5 durch die Durchbrechungen 2 als Filtrat F2 durch die Leitung 19. Setzt sich die Porenstruktur des Filtermediums M20 im Laufe der Filtration zu, so kann das Filterelement dadurch freigespült werden, daß auf der Filtratseite ein Staudruck angelegt wird, der den Filterbelag ab-

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sprengt und dieser durch das überströmende Fluid Fl in die Trübe zurückbefördert wird. Je nach den zu vorfiltrierenden Fluiden, Flüssigkeiten oder Gase kommen die verschiedenen Arten von Trennmedien und Porengrößen zum Einsatz. Beispielswelse kann das Fllterraedium aus mikroporösen Membranen von einer Porengröße von 0,2 um bis 0,45 um bestehen.

Gemäß Fig. 13 bis 16 besteht das vorbeschriebene und generell mit M bezeichnete Trennmedium MV in Detaildarstellung, geeignet Insbesondere für die Ultrafiltration, aus einer mikroporösen Membran M, z.B. aus Polysulfon oder Zellulosetriacetat auf der Trübseite (in der selektiven Porenstruktur symmetrisch oder asymmetrisch aufgebaut) und einem damit dauerhaft integrierten Stützvlies V auf der Filtratseite.

Dieses Stützvlies V besteht aus einem Kunststoffvlies, z.B. aus Polypropylen, hat drainierende Wirkung und erhöht die mechanische Festigkeit des Trennmediums insgesamt. Erfindungsgeraäß ist In den abzudichtenden Regionen des Trennmediums die an sich drainierende Vliesstruktur durch thermische und/oder chemische Einwirkung zu einer Dichtstruktur komprimiert, so daß in Verbindung mit Gehäuse- oder Hilfs^leraenten (O-Ring-Dichtung 25, Klemmnasen 28, Dichtungen 3,4 der Abstandshalter 6,7,26,27,30,31) sich fluiddichte Verbindungen herstellen lassen, und das Fluid bestimmungsgemäß selektiv nur durch das Trennmedium hindurchtreten kann. Gemäß Fig. 13,14,15 1st auch der Randbereich mit einer Dichtstruktur 20 ausgestattet, so daß die einzelnen Zuschnitte MV und 30,31 in allen abzudichtenden Bereichen allein durch den Anpreßdruck der Gehäuseteile 8 gemäß Fig. 14 abgedi. itet sind.

Ist eine dauerhafte Verbindung mehrerer Zuschnitte MV und 30,31 zu einer Kassette durch ümsprltzung mit einer Dichtung 4' der gestapelten und gepreßten Zuschnitte vorgesehen, so ist die Randausbildung zweckmäßig wie bei Fig. ausgebildet, d.h. die Vliesstruktur ist im Randberöieh erhalten, so daß die Randdichtung 4' (Fig. 5A,5B,8,12A,12B) besser an den Zuschnitten haftet.

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Pig. 14 zeigt übrigens die Zuschnitte MV und 31 noch unverpreßt, d.h. noch nicht gegeneinander abgedichtet. Bei Zuschnitten der Abstandshalter 31 endet die Dichtung 3 bündig in der Gitterstärke. Je nach Vliesdicke sind diese Abstandshalter 31 gegebenenfalls mit solchen nach Fig. 6 mit beidseitlg oder einseitig geringfügig überstehender Dichtmasse 4 |t zu kombinieren. |i

Fig. 17,17A zeigen Varianten in der Anordnung und Ausbildung der Durchbrechungen. Hier kombiniert in Form von Rundlöchern l',2 und Schlitzen 1. Die Schlitze 1 sind quer zur jeweiligen Stromungsplchtung der betreffenden Fluide angeordnet. Die Gitterstruktur auf beiden Seiten des Stapels ist vorzugsweise durch eine fluiddlchte Schutzfolie 11 abgedeckt, die randseitig in die Dichtmasse 4' eingebunden ist und ein ^ den Durchbrechungen 1,1',2 entsprechendes Lochbild aufweist. Die Schutzfolie 11 verhindert ein Eindringen von Schmutzpartikel in die oberen Gewebeabschnitte bei der Handhabung des Kassettenmoduls. An den Rändern der Zuschnitte bzw. an der Randdichtung 4· angeordnete Führungsnuten 13 für die Spannbolzen 10 erleichtern das Einsetzen und Justieren der einzelnen Zuschnitte bzw. des Kassettenmoduls zwischen den Endplatten 8,9·

Das unverpreßte Vlies V hat z.B. eine Stärke von 220 μπι und die mikroporöse Membran eine Stärke von 60 μπι. Bel der Ausführungsform nach Flg. 20 ist das Trennelement MV zwischen zwei Gehäuseteilen 23 und 24 aus Kunststoff eingeklemmt und mit der Klemmnase 28 abgedichtet, und beide Gehäuseteile 23,24 sind randseitig bei 29 verschweißt, wie es bei Kleinfiltern nach dem Stand der Technik üblich ist.

Durch die erfindungsgemäße Dichtungsausbildung sind alle handelsüblichen Filtermembrane mit verschiedener Porengröße bzw. cut off verwendbar, da die Dichtungen 3,4 nicht durch Klebe- oder Schweißverfahren mit den Filterelementen M,M' dichtend verbunden werden müssen, sondern Ihre Wirkung als Preßdichtung entfalten.

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Der Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Filterelemente erstreckt sich auf die Behandlung (Trennung) organischer Flüssigkeiten mit folgenden Inhaltsatoffen: Pigmenten, Metallhydroxyden, kolloidal verteilten Metallen, Keramik, Partikel, Abriebstoffe, emulglerte öle, Benzin-Wassermischungen. Vorfiltration bei Umkehrosmoseanlagen, Sterilfiltration von Wein und anderen Getränken, MiL:ro- und Ultrafiltration. Filtration von Blut, Anreicherung von Blut mit Sauerstoff, Separierung von Milchinhaltsstoffen, Zellseparierung. Die Auswahl der notwendigen Membranen richtet sich nach den vorgenannten Einsatzzwecken.

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Claims (23)

»■. Ansprüche·

1. Trennelement aus einem membranartigen mikroporösen Flaehfilterzuschnitt, dessen Ränder zur Bildung einer selektiv permeablen Scheidewand für zwei Fluide zwischen Gehäusetellen eines umgebenden Gehäuses oder zwischen Gehäusehilf stellen dichtend einklemmbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der mikroporöse Flachfilterzuschnitt (M) zumindest einseitig mit einem mit der Membranstruktur dauerhaft integrierten Stützvlies (V) mit Drainagewirkung beschichtet Ist, und die drainierende Vliesstruktur im Bereich der durch Klemmwirkung abzudichtenden Regionen thermisch und/oder chemisch zur Übernahme der Dichtfunktion zu einer Dichtstruktur (20) komprimiert ist.

2. Trennelement aus mehreren geschichteten Zuschnitten eines selektiv permeablen Flachfilterzuschnittes und flächigen Abstandshaltern mit Drainagewirkung, mit rechtwinklig zu den Stapel- und den Schichtungsebenen angeordneten schachtartigen, fluchtenden Durchbrechungen, die zur getrennten Stromungsführung der Fluide teilweise und die Außenränder der Abstandshalter umlaufend von Dichtungen eingefaßt sind, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (6,7) durch ein Gitterwerk (5) aus im wesentlichen inkompressiblen Drähten und die Dichtungen (3,4) aus einer die Freiräume des Uitterwerkes (5) in den abzudichtenden Regionen ausfüllenden dauerelastischen Dichtungsmasse bestehen, wobei letztere mindestens einseitig und mindestens im Bereich der abzudichtenden Durchbrechungen (1,1^f,2,5·) des Gitterwerkes (5) flächig über die Ebene (El) des jeweiligen Inkompressiblen Gitterwerkes (5) derart übersteht, daß nur die Stärke der Oberstandsschicht die Gesamtkompressibilität der Dichtung (3,4) bestimmt.

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3· Stapelformlges Trennelement für Fluide mit folgenden Merkmalen:

f a. membranartige Zuschnitte eines flachen, selektiv per-

^ 5 raeablen Trennmediums (MV) sind abwechselnd mit annähernd kongruenten Zuschnitten eines flachen Gltter-Werkes (5) mit Drainagewlrkung aus im wesentlichen

inkompressiblen Drähten aufeinandergeschichtet,

ί b. der Stapel wird von mehreren im Abstand auseinander-

J-O liegenden, quer zu den Schlchtungsebenen verlaufenden Verteilerschächten für die Fluide (F1,F1',F2) durchsetzt, die von fluchtenden Durchbrechungen des Trennmediums (MV) und denen des Gitterwerkes (5) gebildet sind,

c. die Verteilerschächte bilden Teilabschnitte von Fluidleitungen und sind an Leitungen (12,14,19) und Anschlüsse zweier den Stapel parallel zur Schichtung zusammenpressenden Gehäuseplatten. (8,9) anschließbar,

d. die einzelnen Zuschnitte des Gitterwerkes (5) als Ab-

Standshalter mit Drainagewirkung sind im Randbsreich der ί Verteilerschächte (1,1·,2) alternierend von Lage zu Lage

⁽ derart mit Dichtungen (3,4) eingefaßt, daß innerhalb

des Stapels das zu behandelnde Fluid bzw. dia zu behandelnden Fluide (F1,F1',F2) in zwei getrennten Stromungswegen geführt und der Stoffaustausch nur durch die Zuschnitte des Trennmediums (MV) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß

e. die Dichtungen. (3, ¹I) durch ein die Freiräume des Gitterwerkes (5) in den abzudichtenden Regionen aus-

30. füllende dauerelastische Dichtungsmasse gebildet sind und

f. das Trennmedium (MV) durch ei.xe mikroporöse Membran (M) ₍ mit integriertem Stützvlies (V) gebildet ist, dessen drainierende Vliesstruktur im Bereich der abzudichtenden Regionen thermisch und/oder chemisch zur Übernahme einer Dichtfunktion zu einer Dichtstruktur (20) komprimiert ist.

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4. Trennelement nach Anspruch 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Stützvlies aus einem Kunststoffvlies wie Polypropylenvlies gebildet ist.

5· Trennelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmedium (MV) durch eine Ultrafiltrationsmembran (M) mit einem cut off von ^5000 Daltons gebildet ist, deren Membranstruktur der Trübseite und wobei das integrierte Stützvlies (V) der Piltratseite zugewandt ist und eine Schichtstärke von ^^ 300 um aufweist.

6. Trennelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (1,1^J,2) des Qitterwerkes (5) bedarf swelse von dünnen Schutzringscheiben (17) abgedeckt sind, welche mit ihrem Innendurchmesser mit dem der Durchbrechungen (1,1',2) übereinstimmen und mit ihrem Außendurchmesser etwas größer bemessen sind als die den Durchbrechungen (1,1·,2) zugeordneten Dichtungsabschnitte und die Schutzringscheibe (17) die Stoßstelle zwischen Dichtung (3,4) und drainierender Gitterstruktur (5) überdeckt.

7· Trennelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Dichtung (3,4) bildenden oder aufnehmenden Bereiche der Abstandshalter (27) von einer dünnen rahmenartigen Schutzmaske (18) abdeckt sind, welche die Durchbrechungen (1,1·,2) der Dichtungsabschnitte freiläßt and die Stoßstellen zwischen Dichtung (3,4) und drainierendem Gitterwerk (5) überbrückt.

8. Aus geschichteten Zuschnitten (M,26,27) eines flachen, selektiv permeablen Trennmediums (M) und flächigen Abstandshaltern (26,27) mit Drainagewlrkung gebildetes stapeiförmiges Trennelement für Fluide, mit rechtwinklig zur Stapel- und den Schichtungsebenen angeordneten schacht-

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artigen, fluchtenden Durchbrechungen (1,2,I¹ ,2',5',5''), die zur getrennten Strömungsführung der Fluide teilweise von Dichtungen (3,4) eingefaßt und die Außenränder der Abstandshalter (26,27) umlaufend von Dichtungen (4) eingefaßt sind, nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (26,27) durch ein Gitterwerk (5) aus im wesentlichen inkompressiblen Drähten und die einem Teil der Durchbrechungen (5¹¹) zugeordneten Dichtungen (16) aus dauerelastischen Flachringdichtungen gebildet sind, die die zugeordneten, größer gehaltenen Durchbrechungen (5¹¹) der Abstandshalter (26,27) durchsetzen und beidseitig flächig über deren beiden Ebenen (El) überstehen und die Oberstandsschicht der Dichtungsringscheibe (16) die Gesamtkompresslbilität derselben bestimmt und daß eine der Stärke des Trennmediums (M20) angepaßte weitere Ringscheibe (17) als dünne Schutzringscheibe aus im wesentlichen inkompressiblen Material vorgesehen ist, welche mit ihrer Ringfläche die Stoßstelle der Abstandshalterdurchbrechungen (5¹¹) und der zugeordneten Dichtungsringscheibe (16) überbrückt und jeweils als Schutzschicht zwischen diesen Ab Standshalterdurchbrechungen (5¹¹) und dem Trennmedium (M20) angeordnet sind, und die Umfangsränder und Umfangsselten des gesamten Stapels vorzugsweise nach außen hin durch ein kompressibles Dichtungsmaterial (4·) abgedichtet und durch dieses zu einem kassettenförraigen Trennmodul dauerhaft verbunden sind.

9· Trennelement nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckzuschnitte eines Trennmoduls jeweils durch einen Gitterwerkzuschnitt (5) mit Dichtungen (3,4) gebildet sind und diese Deckzuschnitte durch eine fluiddichte Folie abgedeckt sind, wobei deren Ränder in die Außendichtung einbezogen sind und ein den Deckzuschnitten entsprechendes Lochbild aufweisen.

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10. Trennelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß (*ie Dichtung zwischen einem Trennmodul und den Gehäuseplatten (8,9) bzw. zwischen Trennmodulen untereinander durch eine Maskendichtung (50) (Fig. 7) gebildet 1st, und diese aus einem Gitterwerk (5) aus im wesentlichen inkompressiblen Drähten und einer die Freiräume des Gitterwerks (5) ausfüllenden dauerelastischen Dichtungsmasse (4) besteht, wobei letztere beidseitig flächig über die Ebene des inkompressiblen Stützgerüstes (5) derart übersteht, daß nur die Stärke der Oberstandsschicht die Kompressibilität der Dichtung bestimmt.

11. Trennelement nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitterwerk (5) aus monofllen Kunststoffdrähten besteht und als Gewebe ausgebildet 1st.

12. Trennelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufelnandergestapelte Lagen eines Gitterwerkes (5) die Stützstruktur der Dichtung bilden.

13· Trennelement nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß da,« dauerelastische Dichtungsmaterial (3,¹O aus Silikon oder Polyurethan besteht und etwa 50 um über die Ebene (El) des Gitterwerkes (5) übersteht.
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14. Trennelement nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzringscheibe (17) bzw. Schutzmaske (18) aus Polyester besteht und ihre Stärke 40 bis 60 um beträgt.

15· Trennelement nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (1,1',2,2',5¹J5") im Randbereich der Zuschnitte (M,M20,6,7,26,27) angeordnet sind und die Schutzringscheiben (17) mit ihrem zum Zuschnittrand weisenden Bereich in der Dichtungsmasse (4,4') der Außenranddichtung eingebettet und gehalten sind.

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l6. Trennelement nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuschnitte (M,6,7) im Grundriß die Form eines Doppeltrapezes (Sechseck) aufweisen, deren Grundseiten aneinanderstoßen und In ihrer gemeinsamen Grundlinie mehrere Durchbrechungen (1) für das zu behandelnde Fluid (Pl) und an ihren gegenüberliegenden schmalen Selten wechselweise nebeneinanderliegende Durchbrechungen (1· ,2) für das Retentat (Fl') und das Permeat (F2) aufweisen (Fig.l bis Fig.5).

17· Trennelement nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (1,1·,2,5'.5'') und die Ringscheiben (16,17) kreisrund ausgebildet sind.

18. Trenneleraent nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen (1,1',2) längliche Schlitze bilden, die quer zur jeweiligen Strömungsrichtung der zu führenden Fluide (F1,F1',F2) in den Ebenen der Zuschnitte (MV,30,3D angeordnet sind.

19· Trennelement nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrechungen eines rechteckigen oder des doppelttrapezförmigen Trennmoduls in mindestens fünf Leitungen (12, 14,19) der Endplatten (8,9) enden, wobei in der einen Endplatte (9) in dem Mittelbereich des Trennmoduls eine Zuführerleitung (14) für das zu behandelnde Fluid (Fl) mit den zugeordneten Durchbrechungen (1) verbunden 1st, zwei Leitungen (12) die parallel zu diesen Durchbrechungen an den gegenüberliegenden Seiten angeordneten Durchbrechungen (1·) für das Retentat (Fl') entsorgen und zwei Leitungen (19) in der anderen Endplatte (8) an den gegenüberliegenden selben Selten angeordnet sind und die zugeordneten Durchbrechungen (2) für das Permeat (F2) entsorgen und wechselweise intermittierend (pulsartig) im Gegenstrom mit Perraeat (F2) zum Abbau eines sich bildenden Filterbelages versorgen.

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20. Trennelement nach Anspruch 1 bis 19»dadurch gekennzeichnet, daß bei im wesentlichen rechteckigen oder trapezförmigen Zuschnitten (6,7,M) die Durchbrechungen (1,1·,2) an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sind und an einer Seite die Durch-^T, brechungen (1) für das zu behandelnde Fluid (Pl) und die ' gegenüberliegende Seite die Durchbrechungen (1,2) für das Retentat (Pl¹) und das Permeat (P2) abwechselnd aneinander- h gereiht sind (Pig. 1; Pig.10,11). t'

21. Trennelement nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, ! daß dem überströmten Trennmedium (M20) stromaufwärts (trübseitig) eine als Vorfilter (Grobfilter) dienende überström- und Durchströmstrecke aus unbelegtem Gitterwerk (5) der geschichteten Gitterzuschnitte (26,27) vorgelagert ist und das Trennmedium (M20) in diesem zur Ausströmseite der Trübe (Pl) \ weisenden Randbereiche zwischen einem Dichtungsstreifen (3¹) des Gitterwerkes (5) und einem Gitterwerk (5) ohne Dichtungsstreifen (3') gegebenenfalls unter Zwischenlage eines Druckverteilungsstreifens (17') bzw. einer Schutzmaske (18) aus inkompresslblem Material eingeschlossen 1st, wobei die vorgelagerte Durchström- und Oberströmstrecke den gesamten Stapel erschließenden Verteilerraum (140) für das zu behandelnde Fluid (Trübe) (Pl) bildet (Pig. 1OA,10B).

22. Trennelement nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stapel aus Zuschnitten durchsetzenden schachtartigen Durchlässe in den Ebenen der Abstandshalter (6,7.26,27) durch die verbliebene Gitterstruktur (5) vergittert sind.

23 Trennelement nach Anspruch 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zu einem Stapel geschichteten Zuschnitte (6,M,7,26, M20,27,31,MV,32,MV) insgesamt mit ihren aufeinanderliegenden Außenrändern durch ein kompreaslbles Dichtungsmaterial (4') zu einer kassettenförmigen Einheit verbunden sind.

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