AT14065U1 - Vorrichtung und Verfahren zum Mischen und Austauschen von Fluiden - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen und Austauschen von Fluiden, mit einer ersten Kammer (2) und einer an die erste Kammer angrenzenden zweiten Kammer (4), wobei die erste Kammer (2) eine von mindestens einem ersten Fluid (F) und einem zweiten Fluid (G) in einer Mischfluid-Strömungsrichtung durchströmbare Mischkammer mit statischen Mischelementen (6) ist und die zweite Kammer (4) eine von dem zweiten Fluid (G) durchströmbare Fluidzufuhrkammer oder Fluidabfuhrkammer ist, wobei zumindest in Teilen des Grenzbereichs zwischen dem Volumen der ersten Kammer (2) und dem Volumen der zweiten Kammer (4) eine semipermeable Membran (7) angeordnet ist, die für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des ersten Fluids (F) undurchlässig ist und für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des zweiten Fluids (G) durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (7) aus einem Material besteht oder mit einem Material beschichtet ist, zu dem zumindest die Moleküle oder Molekül-Agglomerate eines der beiden Fluide (F) eine geringe Affinität aufweisen, und/oder dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (7) eine elastische Membran ist, die auf eine mit einer Vielzahl von Löchern versehene Stützwand (6) aufgespannt ist.

Description

Beschreibung

VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUM MISCHEN UND AUSTAUSCHEN VON FLUIDEN

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen undAustauschen von Fluiden, insbesondere zum Begasen oder Entgasen von Flüssigkeiten.

[0002] Für das Begasen oder Entgasen von Flüssigkeiten sind zahlreiche Vorrichtungen be¬kannt. Bei diesen Vorrichtungen wird meist mit grossen Grenzflächen zwischen flüssiger undgasförmiger Phase gearbeitet, um in möglichst kurzer Zeit grosse Gasmengen in die Flüssigkeithinein oder aus ihr heraus transportieren zu können.

[0003] Es sind auch Vorrichtungen zum Begasen oder Entgasen sowie zum Filtrieren vonFlüssigkeiten bekannt, in denen zwischen einer gasförmigen Phase und einer flüssigen Phaseeine Membran angeordnet ist, die für das Gas durchlässig und für die Flüssigkeit undurchlässigist.

[0004] Eine derartige Vorrichtung ist z.B. in dem Dokument EP 0 226 788 B1 offenbart. DieseVorrichtung enthält eine semipermeable Membran in einer Wandung zwischen einem Gasstromund einem Flüssigkeitsstrom. Insbesondere wird auch eine semipermeable Membran erwähntzum blasenfreien Begasen der Flüssigkeit, wofür die semipermeable Membran für ein zuzumi¬schendes gasförmiges Medium durchlässig ist. Hierbei tritt jedoch das Problem auf, dass dasdurch die semipermeable Membran in die Flüssigkeit eindringende Gas nur sehr unwirksamdurch die Flüssigkeit abtransportiert wird, da sich an der Membranoberfläche eine Grenzschichtin der Flüssigkeit ausbildet. Diese Grenzschicht ist praktisch stationär an der Membranoberflä¬che. Durch Benetzen und Durchnetzen der Membran bzw. der Membranporen durch die Flüs¬sigkeit wird die Ausbildung einer solchen stationären Grenzschicht begünstigt.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Stoffaustausch an einer semipermeablenMembran zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid zu verbessern.

[0006] Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem ersten Aspekt eine Vor¬richtung zum Mischen und Austauschen von Fluiden bereit, mit einer ersten Kammer und eineran die erste Kammer angrenzenden zweiten Kammer, wobei die erste Kammer eine von min¬destens einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid in einer Mischfluid-Strömungsrichtungdurchströmbare Mischkammer mit statischen Mischelementen ist und die zweite Kammer einevon dem zweiten Fluid durchströmbare Fluidzufuhrkammer oder Fluidabfuhrkammer ist, wobeizumindest in Teilen des Grenzbereichs zwischen dem Volumen der ersten Kammer und demVolumen der zweiten Kammer eine semipermeable Membran angeordnet ist, die für Moleküleoder Molekül-Agglomerate des ersten Fluids undurchlässig ist und für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des zweiten Fluids durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranaus einem Material besteht oder mit einem Material beschichtet ist, zu dem zumindest die Mo¬leküle oder Molekül-Agglomerate eines der beiden Fluide eine geringe Affinität aufweisen.

[0007] Gemäss dem ersten Aspekt wird die Ausbildung einer stationären Grenzschicht durcheines der beiden Fluide an der Membran erschwert.

[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung gemäss einem zweiten Aspekt eineVorrichtung zum Mischen und Austauschen von Fluiden, mit einer ersten Kammer und einer andie erste Kammer angrenzenden zweiten Kammer, wobei die erste Kammer eine von mindes¬tens einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid in einer Mischfluid-Strömungsrichtung durch¬strömbare Mischkammer mit statischen Mischelementen ist und die zweite Kammer eine vondem zweiten Fluid durchströmbare Fluidzufuhrkammer oder Fluidabfuhrkammer ist, wobeizumindest in Teilen des Grenzbereichs zwischen dem Volumen der ersten Kammer und demVolumen der zweiten Kammer eine semipermeable Membran angeordnet ist, die für Moleküleoder Molekül-Agglomerate des ersten Fluids undurchlässig ist und für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des zweiten Fluids durchlässig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die semiperme¬able Membran eine elastische Membran ist, die auf eine mit einer Vielzahl von Löchern verse- hene Stützwand aufgespannt ist.

[0009] Gemäss dem zweiten Aspekt wird ebenfalls ermöglicht, die Ausbildung einer stationärenGrenzschicht durch eines der beiden Fluide an der Membran zu erschweren, indem durch einepulsierende Druckbeaufschlagung eines der beiden Fluide eine pulsierend schwankendeDruckdifferenz zwischen den beiden Seiten der Membran erzeugt wird.

[0010] Vorzugsweise werden die Massnahmen gemäss dem erstem Aspekt und dem zweitenAspekt kombiniert, d.h. die Membran besteht aus einem Material oder ist mit einem Materialbeschichtet, zu dem zumindest die Moleküle oder Molekül- Agglomerate eines der beiden Flui¬de eine geringe Affinität aufweisen, und die semipermeable Membran ist eine elastische Memb¬ran, die auf eine mit einer Vielzahl von Löchern versehene Stützwand aufgespannt ist.

[0011] Die semipermeable Membran kann eine hydrophobierte (wasserabweisende) Membransein. In diesem Fall wird die Benetzung oder Durchnetzung der Membran durch eine polareFlüssigkeit wie z.B. Wasser erschwert.

[0012] Die semipermeable Membran kann auch eine oleophobierte (ölabweisende) Membransein. In diesem Fall wird die Benetzung oder Durchnetzung der Membran durch eine nicht¬polare Flüssigkeit wie z.B. Öl erschwert.

[0013] Vorzugsweise ist die semipermeable Membran eine oleophobierte und hydrophobierte(ölabweisende und wasserabweisende) Membran. In diesem Fall wird die Benetzung oderDurchnetzung der Membran durch eine nicht-polare Flüssigkeit wie z.B. Öl und durch Wassererschwert.

[0014] Vorzugsweise ist die gasdurchlässige Membran der erfindungsgemässen Vorrichtungeine für Gasmoleküle wie 02, N2, C02 durchlässige Polymermembran, die vorzugsweise aufeinem porösen Trägermaterial aufgetragen und mit diesem verbunden ist. Dabei liegt die effek¬tive Porengrösse der gasdurchlässigen Membran vorzugsweise im Bereich von 0.1 nm bis 10nm, während das Trägermaterial eine viel grössere effektive Porengrösse haben kann.

[0015] Als Material für die gasdurchlässige Membran wird vorzugsweise eines der folgendenPolymere verwendet: Cellulose-Acetat (CA), Cellulose-Nitrat (CN), Cellulose-Ester (CE), Poly-sulfon (PS), Polyethersulfon (PES), Polyacrylnitril (PAN), Polyamid (PA), Polyimid (PI), Po¬lyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF),Polyvinylchlorid (PVC), Polyurethan (PU).

[0016] Die Dicke der gasdurchlässigen Membran beträgt etwa 1 pm bis 300 pm, vorzugsweise10 pm bis 200 pm.

[0017] Das Trägermaterial zur Stabilisierung der gasdurchlässigen Membran kann ein Vliesma¬terial, ein Textilmaterial, z.B. aus Polyester, oder ein anderes poröses Material sein, desseneffektive Porengrösse um ein Vielfaches grösser ist als die effektive Porengrösse der gasdurch¬lässigen Membran.

[0018] Die Stützwand kann kreisförmige Löcher und/oder schlitzförmige Löcher aufweisen.Durch die Lochdurchmesser bzw. Schlitzbreiten einerseits und durch die Spannung der aufge¬spannten elastischen semipermeablen Membran, kann durch das genannte Pulsieren ein Flat¬tern der über die Lochöffnungen gespannten Membranabschnitte erzielt werden. Dadurch kannder Stoffdurchsatz an der Membran erhöht und die Membran von Ablagerungen an der Memb¬ran befreit werden. Hierzu kann das niederfrequente Pulsieren durch hochfrequente Schwin¬gungen (Ultraschall) unterstützt werden.

[0019] Zweckmässigerweise begrenzt die erste Kammer innerhalb der Vorrichtung ein kontinu¬ierliches (zusammenhängendes) Mischkammervolumen und ist die zweite Kammer innerhalbder Vorrichtung durch separate (voneinander gesonderte) Teilkammern mit einem jeweiligenTeilvolumen der Fluidzufuhrkammer oder Fluidabfuhrkammer gebildet, wobei die Teilkammernstromaufseitig von der Vorrichtung in eine Fluidzufuhr-Sammelleitung münden und stromabsei¬tig von der Vorrichtung in eine Fluidabfuhr-Sammelleitung münden.

[0020] Vorzugsweise sind die Teilkammern der zweiten Kammer sich quer zur Mischfluid-Strömungsrichtung der ersten Kammer erstreckende Querkanäle, deren Kanalwände eine miteiner Vielzahl von Löchern versehene Stützwand sowie eine auf die Stützwand aufgespannteelastische Membran als semipermeable Membran aufweisen. Diese Querkanäle sind sowohlHindernisse/Schikanen der statischen Mischkammer als auch Verteiler für das zweite Fluid fürdessen Zufuhr (z.B. Begasung) oder dessen Abfuhr (z.B. Entgasung).

[0021] Vorzugsweise sind voneinander beabstandete Querkanäle mit kreisförmigem oder mitpolygonförmigem Kanalquerschnitt vorgesehen, wobei die Querkanäle vorzugsweise parallelzueinander verlaufen.

[0022] Um die Packungsdichte mit Querkanälen zu optimieren, ist vorzugsweise eine ersteVielzahl von Querkanälen mit einer ersten Kanal-Querschnittsfläche vorgesehen und eine zwei¬te Vielzahl von Querkanälen mit einer zweiten Kanal-Querschnittsfläche vorgesehen, wobeivorzugsweise die Querkanäle der ersten Vielzahl von Querkanälen und der zweiten Vielzahlvon Querkanälen in der ersten Kammer gleichmässig verteilt angeordnet sind. Hierbei verwen¬det man vorteilhaft ein Verhältnis zwischen einer zweiten Kanal-Querschnittsfläche und einerersten Kanal- Querschnittsfläche im Bereich von 1/10 bis 5/10.

[0023] Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung steht mit der ersten Kammer oder mit derzweiten Kammer eine Druckquelle in Fluidverbindung, die einen veränderlichen Druck erzeugenkann. Diese Druckquelle ermöglicht Pulsationen, was im Bereich der durch die gespannte elas¬tische Membran bedeckten Löcher zu einem „Flattern“ der elastischen Membran führt, wodurchder Durchtritt des zweiten Fluids durch die Membran begünstigt wird für dessen Zufuhr in daserste Fluid (z.B. Begasung) oder dessen Abfuhr aus dem ersten Fluid (z.B. Entgasung).

[0024] Zweckmässigerweise sind die Querkanäle im Bereich ihres jeweiligen ersten Endes aneinem ersten Träger (z.B. erste Wandplatte) befestigt und erstrecken sich durch diesen hin¬durch, wobei der erste Träger und die Querkanäle zusammen eine erste Baugruppe der Vor¬richtung bilden. Weiterhin ist es zweckmässig, wenn die Querkanäle der ersten Baugruppe imBereich ihres jeweiligen zweiten Endes sich durch Öffnungen in einem zweiten Träger (z.B.zweite Wandplatte) hindurch erstrecken, wobei der zweite Träger zusammen mit weiteren Wän¬den der ersten Kammer eine zweite Baugruppe der Vorrichtung bilden. Dies ermöglicht einschnelles Auseinanderbauen und Zusammenbauen der Vorrichtung zu Wartungszwecken(Reinigung, Membranwechsel).

[0025] Vorzugsweise bilden die Querkanäle die statischen Mischelemente der ersten Kammer,d.h. die Vorrichtung ist ein statischer Mischer, dessen Ablenkelemente hohl sind und über dieerfindungsgemässe (semipermeable) Membran mit der Mischkammer (partiell) kommunizieren.

[0026] Die Erfindung stellt auch ein Verfahren bereit zum Mischen und Austauschen von Flui¬den unter Verwendung der weiter oben beschriebenen Vorrichtung, wobei ein erstes Fluid undein zweites Fluid durch die erste Kammer (Mischkammer) hindurch gefördert wird und daszweite Fluid durch die zweite Kammer hindurch gefördert wird.

[0027] Das Verfahren lässt sich zum Begasen einer Flüssigkeit verwenden, wobei durch dieerste Kammer ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch geleitet wird und durch die zweite Kammer das Gasgeleitet wird, dessen Druck grösser ist als der Druck des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in derersten Kammer.

[0028] Das Verfahren lässt sich auch zum Entgasen einer Flüssigkeit verwenden, wobei durchdie erste Kammer ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch geleitet wird und durch die zweite Kammer dasGas geleitet wird, dessen Druck kleiner ist als der Druck des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in derersten Kammer.

[0029] Vorzugsweise wird während des Begasens oder Entgasens der Druck in der erstenKammer oder der Druck in der zweiten Kammer gepulst. Dabei gibt es im wesentlichen zweiBetriebsarten, mit denen die auf die gelochte Stützwand aufgespannte elastische semiperme¬able Membran durch Pulsen ausgelenkt wird bzw. zu Flattern begracht wird.

[0030] Gemäss einer ersten Variante des Begasenes wird die Membran nur im Bereich derLöcher der Stützwand senkrecht zur Stützwand ausgelenkt. Diese Art des „lokalen“ Flat-terns/Vibrierens der Membran wird begünstigt durch hohe Membranspannung und hohe Visko¬sität der Flüssigkeit, mit der die erste Kammer vollständig gefüllt ist.

[0031] Gemäss einer zweiten Variante des Begasenes wird die Membran über den gesamtenmit Löchern versehenen Bereich der Stützwand senkrecht zur Stützwand ausgelenkt. Diese Artdes „globalen“ Flatterns/Vibrierens der Membran wird begünstigt durch geringe Membranspan¬nung, geringe Viskosität der Flüssigkeit und wenn die erste Kammer nur teilweise gefüllt ist.

[0032] Durch die pulsartigen Membranbewegungen senkrecht zu den gelochten Stützflächenwird nicht nur das Begasen oder Entgasen der Flüssigkeit in der ersten Kammer begünstigt,sondern es werden auch Impulse auf die in der ersten Kammer strömende Flüssigkeit übertra¬gen. Die zweite gasführende Kammer kann auch unterteilt sein, so dass ein erster Teil derTeilkammern bzw. der Querkanäle miteinander kommunizieren und ein anderer, vom ersten Teilhermetisch getrennter Teil der Teilkammern bzw. Querkanäle miteinander kommunizieren. Diezweite Kammer kann in mehrere derartige Teile unterteilt sein. Die jeweiligen Teile der zweitenKammer können dann zueinander zeitversetzt gepulst werden, wodurch sich das Strömungs¬verhalten der Flüssigkeit in der ersten Kammer beeinflussen lässt.

[0033] Besonders vorteilhaft ist bei dem Verfahren die Verwendung einer Vorrichtung mit hyd-rophobierter Membran, wobei die Flüssigkeit in Wasser gelöste, in Wasser emulgierte oder inWasser suspendierte Stoffe aufweist. Damit lassen sich z.B. wässrige Süsswarenmassen, die inWasser gelöste Zuckermoleküle aufweisen, mikrobelüften. Insbesondere sei hier das Mikrobe¬lüften von Zuckerguss erwähnt.

[0034] Besonders vorteilhaft ist bei dem Verfahren auch die Verwendung einer Vorrichtung mitoleophobierter Membran, wobei die Flüssigkeit in Fett oder Öl gelöste, in Fett oder Öl emulgier¬te oder in Fett oder Öl suspendierte Stoffe aufweist. Damit lassen sich z.B. fettbasier-te/ölbasierte Süsswarenmassen, die in Fett oder Öl suspendierte Zuckerpartikel und z.B. Ka¬kaopartikel enthalten, mikrobelüften und mikroentlüften. Insbesondere sei hier das Mikrobelüf¬ten oder Mikroentlüften von Schokolade erwähnt.

[0035] Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sichaus der nun folgenden Beschreibung eines nicht einschränkend aufzufassenden Ausführungs¬beispiels anhand der Zeichnung, wobei [0036] Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung als Schnitt¬ zeichnung eines Teils der Vorrichtung zeigt; [0037] Fig. 2 das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung als Schnitt¬ zeichnung der Vorrichtung zeigt; und [0038] Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung als

Schnittzeichnung der Vorrichtung zeigt; und [0039] Fig. 4 einen vergrösserten Ausschnitt des Details C von Fig. 3 zeigt.

[0040] In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung alsSchnittzeichnung eines Teils der Vorrichtung gezeigt. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt der Vorrich¬tung zum Mischen und Austauschen von Fluiden, insbesondere zum Begasen oder Entgaseneiner Flüssigkeit F mit einem Gas G. Die Schnittebene (Zeichnungsebene) verläuft parallel zurvorwiegenden bzw. vorherrschenden Strömungsrichtung der Flüssigkeit F in einer ersten Kam¬mer 2. Diese Strömungsrichtung ist durch die mäandrierenden dicken Linien mit Pfeilen P1angedeutet. Von der Vorrichtung ist nur ein Ausschnitt gezeigt ist. Quer durch die erste Kammer2 erstrecken sich Teilkammern bzw. Querkanäle 4, die durch rohrförmige Wände 6 mit (nichtgezeigten) Löchern begrenzt sind. Über die gelochten rohrförmigen Wände 6 ist eine elastischeMembran 7 gespannt, die für das Gas G durchlässig ist und für die Flüssigkeit F undurchlässigist. Die Strömungsrichtung des Gases G für den Fall des Begasens der Flüssigkeit F ist durchdie jeweiligen zwölf Pfeile P2 an jedem gelochten Rohr 6 angedeutet. Die hier gezeigte Vorrich¬ tung kann auch zum Entgasen verwendet werden. Für den Fall des Entgasens wäre die Rich¬tung der Pfeile P2 umgekehrt.

[0041] In der Praxis können entlang der Strömungsrichtung P1 stromauf und stromab von demdargestellten Ausschnitt sowie quer zur Strömungrichtung P1 links und rechts von dem darge¬stellten Ausschnitt noch weitere Teilkammern bzw. Querkanäle 2 angeordnet sein.

[0042] Das Gehäuse der ersten Kammer 2 sowie die Rohre der Querkanäle 4 können ausMetall, insbesondere aus Edelstahl oder eloxiertem Aluminium, oder aus einem Polymer, insbe¬sondere aus Polyester, z.B. Polyethylenterephthalat, oder aus Polycarbonat bestehen.

[0043] Die gasdurchlässige Membran (nicht gesondert dargestellt) ist eine für Gasmoleküle wie02, N2, C02 durchlässige Polymermembran, die auf einem porösen Trägermaterial (nicht ge¬sondert dargestellt) aufgetragen und mit diesem verbunden ist. Ihre effektive Porengrösse liegtim Bereich von 0.1 nm bis 10 nm, während das Trägermaterial eine viel grössere effektivePorengrösse hat. Die Grösse der „Poren“ des Trägermaterials ist zweckmässigerweise einVielfaches der effektiven Porengrösse der Membran und liegt vorzugsweise im Bereich von 0.1pm bis 10 pm. Dadurch wird gewährleistet, dass grosse Moleküle, wie z.B. Fettmoleküle oderZuckermoleküle von Lebensmittelmassen, oder zur Agglomeration (Clusterbildung) neigendeWassermoleküle die Membran nicht passieren können, während die kleinen, nicht agglomerier¬ten Gasmoleküle die Membran 7 leicht passieren können.

[0044] Als Material für die gasdurchlässige Membran kann eines der folgenden Polymere ver¬wendet werden: Cellulose-Acetat (CA), Cellulose-Nitrat (CN), Cellulose-Ester (CE), Polysulfon(PS), Polyethersulfon (PES), Polyacrylnitril (PAN), Polyamid (PA), Polyimid (PI), Polyethylen(PE), Polypropylen (PP), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvi¬nylchlorid (PVC), Polyurethan (PU). Besonders bevorzugt als gasdurchlässiges Membranmate¬rial sind PS (abweisende Oberfläche) und PU (hohe Dehnbarkeit). Die Dicke der gasdurchlässi¬gen Membran beträgt ca. 100 pm.

[0045] Als Trägermaterial zur Stabilisierung der gasdurchlässigen Membran kann ein Vliesma¬terial, ein Textil material, z.B. aus Polyester, oder ein anderes poröses, aber elastisch dehnbaresMaterial verwendet werden, dessen effektive Porengrösse viel grösser als die effektive Poren¬grösse der nur gasdurchlässigen Membran ist.

[0046] Die elastische Membran 7 ist ein schlauchartiges Gebilde und kann in gedehntem Zu¬stand auf die rohrförmigen Wände 6 der Querkanäle 4 aufgezogen werden.

[0047] Die wesentlichen Betriebsparameter für die Begasung und Entgasung der Flüssigkeit Fmit Gas G sind: effektive Porengrösse der Membran 7, Druckdifferenz zwischen der flüssigkeits¬führenden ersten Kammer 2 und der gasführenden zweiten Kammer 4, Strömungsgeschwindig¬keit der Flüssigkeit F, TemperaturA/iskosität der Flüssigkeit F, Querschnittsform der Querkanäle4 (z.B. kreisförmig, linsenförmig, polygonförmig, insbesondere dreieckförmig oder sechseckför¬mig), Druckdifferenz-Amplitude und Frequenz der Pulsation des Gases G und/oder der Flüssig¬keit F.

[0048] Bei der Begasung oder Entgasung von Flüssigkeiten, bei denen es sich um Flüssigkei¬ten mit in Wasser gelösten, in Wasser emulgierten oder in Wasser suspendierten Partikelnhandelt oder bei denen es sich um Flüssigkeiten mit in Fett oder Öl gelösten, in Fett oder Ölemulgierten oder in Fett oder Öl suspendierten Partikeln handelt, treten Betriebstemperaturenvon ca. 10^ bis ca. 100^ auf. Bei diesen Temperaturen sind die weiter oben genannten Po¬lymermaterialien stabil und eignen sich deshalb für die Begasung und/oder Entgasung in derar¬tigen Flüssigkeiten.

[0049] In Fig. 2 ist das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung alsSchnittzeichnung der Vorrichtung gezeigt. Fig. 2 zeigt einen parallel zur vorherrschenden Strö¬mungsrichtung der Flüssigkeit F verlaufenden Schnitt der Vorrichtung zum Mischen und Aus¬tauschen von Fluiden, insbesondere zum Begasen oder Entgasen der Flüssigkeit F mit einemGas G. Die Schnittebene (Zeichnungsebene) verläuft parallel zur vorwiegenden bzw. vorherr- sehenden Strömungsrichtung der Flüssigkeit F in der ersten Kammer 2.

[0050] Am stromaufseitigen Ende hat die Vorrichtung einen Einlass 11, der in die erste Kammer2 mündet. Am stromabseitigen Ende hat die Vorrichtung einen Auslass 12, der aus der erstenKammer 2 heraus mündet. Diese Strömungsrichtung ist durch die mäandrierenden dickenLinien mit Pfeilen P1 angedeutet. Quer durch die erste Kammer 2 und quer zur Strömungsrich¬tung der Flüssigkeit F erstrecken sich die Teilkammern bzw. Querkanäle 4, die durch die rohr¬förmige Wände 6 begrenzt sind. Diese Wände sind mit abwechselnd hellen und dunklen Berei¬chen schematisch dargestellt, wobei die hellen Bereiche die relativ grossen Löcher der dunkeldargestellten Wand darstellen. Über die gelochten rohrförmigen Wände 6 ist die elastischeMembran 7 gespannt, die für das Gas G durchlässig ist und für die Flüssigkeit F undurchlässigist. Das im Innern der Querkanäle 4 strömende Gas G tritt durch die Wand 6 und die darübergespannte Membran 7 hindurch und gelangt so in die in der Kammer 2 strömende Flüssigkeit F.

[0051] In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung alsSchnittzeichnung der Vorrichtung gezeigt. Fig. 3 zeigt einen parallel zur vorherrschenden Strö¬mungsrichtung der Flüssigkeit F verlaufenden Schnitt der Vorrichtung zum Mischen und Aus¬tauschen von Fluiden, insbesondere zum Begasen oder Entgasen der Flüssigkeit F mit einemGas G. Die Elemente der Fig. 3, die Elementen der Fig. 2 entsprechen oder zu diesen identischsind, tragen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 2, sind aber mit einem Strich versehen. DieSchnittebene (Zeichnungsebene) verläuft parallel zur vorwiegenden bzw. vorherrschendenStrömungsrichtung der Flüssigkeit F in der ersten Kammer 2‘.

[0052] Am stromaufseitigen Ende hat die Vorrichtung einen Einlass 1T, der in die erste Kam¬mer 2‘ mündet. Am stromabseitigen Ende hat die Vorrichtung einen Auslass 12‘, der aus derersten Kammer 2' heraus mündet. Am stromaufseitigen Ende hat die Vorrichtung einen erstenVerteiler 13, der in Querkammern bzw. Nebenkammern 4' mündet. Am stromabseitigen Endehat die Vorrichtung einen zweiten Verteiler 14, der aus den Querkammern 4‘ heraus mündet.Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit F ist durch die Pfeile PT angedeutet. Quer durch dieerste Kammer 2' und quer zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit F erstrecken sich Teilkam¬mern bzw. Querkanäle 4‘, die durch zickzackförmig verlaufende Wände 6‘ begrenzt sind. DieseWände sind mit abwechselnd hellen und dunklen Bereichen schematisch dargestellt, wobei diehellen Bereiche die relativ grossen Löcher der dunkel dargestellten Wand darstellen.

[0053] Über die gelochten zickzackförmigen Wände 6‘ ist eine elastische Membran 7' gespanntoder an vereinzelten Punkten der Wände 6‘ befestigt, die für das Gas G durchlässig ist und fürdie Flüssigkeit F undurchlässig ist. Das im Innern der Querkanäle 4‘ strömende Gas G trittdurch die Wand 6‘ und die darüber angeordnete Membran 7‘ hindurch und gelangt so in die inder Kammer 2‘ strömende Flüssigkeit F. Sowohl die Kammer 2‘, in der die Flüssigkeit strömt,als auch die Querkammern 4‘, in denen das Gas G strömt, haben eine zickzackförmige Geo¬metrie.

[0054] Das in Fig. 3 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel ermöglicht für eine gegebene Strö¬mungsrichtung der Flüssigkeit F in der ersten Kammer 2‘ eine Gegenstrombegasung oder eineGleichstrombegasung mit dem Gas G. Selbstverständlich ist auch hier eine Querbegasung wiebei dem ersten Ausführungsbeispiel möglich, wenn man den ersten Verteiler 13 und den zwei¬ten Verteiler 14 links bzw. rechts von der Kammer 2' (d.h. in Fig. 3 oberhalb bzw. unterhalb derSchnitt/Zeichnungs-Ebene) anordnet.

[0055] In Fig. 4 ist ein vergrösserter Ausschnitt des Details C von Fig. 3 gezeigt.

[0056] Insbesondere erkennt man hier den Verteiler 13, der mit den Nebenkammern 4‘ kommu¬niziert.

Claims (20)

1. Ansprüche 1. Vorrichtung zum Mischen und Austauschen von Fluiden mit einer ersten Kammer (2) undeiner an die erste Kammer angrenzenden zweiten Kammer (4), wobei die erste Kammereine von mindestens einem ersten Fluid (F) und einem zweiten Fluid (G) in einer Mischflu¬id-Strömungsrichtung durchströmbare Mischkammer mit statischen Mischelementen (6) istund die zweite Kammer (4) eine von dem zweiten Fluid (G) durchströmbare Fluidzufuhr¬kammer oder Fluidabfuhrkammer ist, wobei zumindest in Teilen des Grenzbereichs zwi¬schen dem Volumen der ersten Kammer (2) und dem Volumen der zweiten Kammer (4) ei¬ne semipermeable Membran (7) angeordnet ist, die für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des ersten Fluids (F) undurchlässig ist und für Moleküle oder Molekül-Agglomerate des zweiten Fluids (G) durchlässig ist, und die aus einem Material bestehtoder mit einem Material beschichtet ist, zu dem zumindest die Moleküle oder Molekül- Ag¬glomerate eines der beiden Fluide (F) eine geringe Affinität aufweisen, wobei die ersteKammer innerhalb der Vorrichtung ein kontinuierliches, zusammenhängendes Mischkam¬mervolumen begrenzt, und die zweite Kammer innerhalb der Vorrichtung durch separate,voneinander gesonderte Teilkammern mit einem jeweiligen Teilvolumen der Fluidzufuhr¬kammer oder Fluidabfuhrkammer gebildet ist, wobei die Teilkammern stromaufseitig vonder Vorrichtung in eine Fluidzufuhr-Sammelleitung münden und stromabseitig von der Vor¬richtung in eine Fluidabfuhr-Sammelleitung münden, dadurch gekennzeichnet, dass diesemipermeable Membran (7) eine elastische Membran ist, die auf eine mit einer Vielzahlvon Löchern versehene Stützwand (6) aufgespannt ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkammern der zwei¬ten Kammer (4) sich quer zur Mischfluid-Strömungsrichtung der ersten Kammer (2) erstre¬ckende Querkanäle sind, deren Kanalwände die mit einer Vielzahl von Löchern verseheneStützwand (6) sowie die auf die Stützwand aufgespannte elastische Membran als semi¬permeable Membran (7) aufweisen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeableMembran (7) eine hydrophobierte, wasserabweisende, Membran ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeableMembran (7) eine oleophobierte, ölabweisende, Membran ist.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütz¬wand kreisförmige Löcher aufweist.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütz¬wand (6) schlitzförmige Löcher aufweist.
7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie vonei¬nander beabstandete Querkanäle mit kreisförmigen Kanalquerschnitt (4) aufweist.
8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie vonei¬nander beabstandete Querkanäle mit polygonfömigem Kanalquerschnitt (4') aufweist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkanäle (4,4') parallel zueinander verlaufen.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eineerste Vielzahl von Querkanälen (4, 4') mit einer ersten Kanal-Querschnittsfläche aufweistund eine zweite Vielzahl von Querkanälen (4, 4') mit einer zweiten Kanal-Querschnittsfläche aufweist.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkanäle (4, 4') derersten Vielzahl von Querkanälen (4, 4') und der zweiten Vielzahl von Querkanälen (4, 4') inder ersten Kammer (2) gleichmässig verteilt angeordnet sind.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältniszwischen einer zweiten Kanal-Querschnittsfläche und einer ersten Kanal-Querschnittsflä¬che im Bereich von 1/10 bis 5/10 liegt.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mit derersten Kammer (2) oder mit der zweiten Kammer (4) eine Druckquelle in Fluidverbindungsteht, die einen veränderlichen Druck erzeugen kann.
14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieQuerkanäle (4, 4') im Bereich ihres jeweiligen ersten Endes an einem ersten Träger befes¬tigt sind und sich durch diesen hindurch erstrecken, wobei der erste Träger und die Quer¬kanäle zusammen eine erste Baugruppe der Vorrichtung bilden.
15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Querkanäle (4, 4') derersten Baugruppe im Bereich ihres jeweiligen zweiten Endes sich durch Öffnungen in ei¬nem zweiten Träger hindurch erstrecken, wobei der zweite Träger zusammen mit weiterenWänden der ersten Kammer (2) eine zweite Baugruppe der Vorrichtung bilden.
16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass dieQuerkanäle (4, 4') die statischen Mischelemente der ersten Kammer (2) bilden.
17. 17. Verfahren zum Mischen und Austauschen von Fluiden unter Verwendung einer Vorrichtunggemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ein erstes Fluid und ein zweites Fluid durchdie erste Kammer (Mischkammer) hindurch gefördert wird und das zweite Fluid durch diezweite Kammer hindurch gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch die ersteKammer ein Flüssigkeit-Gas-Gemisch geleitet wird und durch die zweite Kammer das Gasgeleitet wird, dessen Druck grösser ist als der Druck des Flüssigkeit-Gas-Gemisches in derersten Kammer.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass während des Begasensoder Entgasens der Druck in der ersten Kammer oder der Druck in der zweiten Kammergepulst wird.
19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass dieFlüssigkeit in Wasser gelöste, in Wasser emulgierte oder in Wasser suspendierte Stoffeaufweist.
20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass dieFlüssigkeit in Fett oder Öl gelöste, in Fett oder Öl emulgierte oder in Fett oder Öl suspen¬dierte Stoffe aufweist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen