用于从胶体溶液或悬液中分离固体的装置，该装置利用可透过性片材，所述可透过性片材包含：连接所述片材的上游表面和下游表面的通道或开口；弹性支撑件；用于将胶体悬液中的固体和通过该装置过滤的澄清流体分离的密闭的密封体；以及端口或其他组件，其用于同时在施加于片材的正压和负压的激发下转移或收集过滤的流体。所述片材以膨胀状态固定在所述弹性支撑件的一个或多个离散的位置，从而能够使得流体转移穿过片材的同时将固体保持在密封体外部。本发明专利技术还涉及采用上述装置的过滤方法，所述方法通过在过滤过程中使弹性支撑件在松弛状态和膨胀状态之间转换来提供自清洁，从而使累积的固体从片材的表面脱离。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利
本专利技术涉及过滤器，具体而言涉及用于从流体流或胶体悬液分离固体的新型装置和方法。专利技术背景本专利技术涉及用于从流体流或胶体悬液分离固体的新型装置和方法。本文所用的“流体”包括液体和气体。在称作过滤的过程中，使用具有通道和开口的可透过性过滤介质从胶体溶液或悬液的流体部分分离固体。这些分离针对各种尺寸和类型的固体，尺寸范围从几纳米至几百微米，类型范围从诸如蛋白质的有机固体到诸如二氧化硅粒子的硬质无机固体。纳米过滤器、超滤器、微滤器和粗滤器(macrofilter)是适用于各种尺寸的粒子的过滤的透过性介质的示例。这些过滤介质可包括由本领域公知的方法制造的非编织物、编织物或带孔的筛或筛网，所述方法包括但不限于纤维纺纱、拉伸、湿法成网、相转化、纤维缠绕光刻、编织、粒子烧结或聚结。尽管多年以来已经采用过滤来从流体分离固体，但是过滤器堵塞或结垢的问题一直未得到解决。在现有技术中能够找到在固体存在下提高流体流速的方法。所述方法包括：US 4952317中记载的对以切向流的方式穿过过滤器的液体浆料的剪切(即错流过滤)，和/或通过使膜振动来产生剪切。这种方法通过泵来迫使供给的浆料沿切向方向流向过滤器，或通过膜的机械运动在膜的表面产生剪切。产生的剪切有时能够从过滤器的表面移除密集的固体，从而增加穿过过滤器的流体流速。然而，提供泵或在膜上施加机械运动需要昂贵的大型设备，并且需要昂贵的评级为高压或能够承受振动或机械疲劳的硬质管件。美国专利编号4,253,962提出使用由超声波换能器产生的超声波振动，以在膜的面部产生空穴。美国专利编号4,526,688提出了一种冲击式系统，其中对支撑件和过滤器器件进行机械撞击以从过滤器移除固体。美国专利编号4,545,969中使与固定的过滤器表面平行的剪切板振动。进一步，美国专利编号3,970,564教导了一种系统，其中使牢固安装的过滤器在与其表面垂直的方向上机械振动。美国专利编号5985160阐述了一种装置，其中固体板在过滤器的表面附近进行上下振动，以提高固体存在时的流体流速。错流(cross-flow)微滤、错流超滤和错流纳米过滤技术通常被限制在20,000s-1以下的低剪切速率。若要达到更高的剪切速率，则需要特殊的设备(例如US 4952317或5985160中作为示例所描述的)，而且在实际情况中可能难以实现。进一步，这种技术主要集中于通过产生与过滤器表面相切的运动或者使表面原位振动来除去固体。替代性地，美国专利编号5928414及其中的参考文献教导了反向脉冲技术，其中流动方向逆转以使随着时间缓慢累积的滤饼破碎。虽然这些技术可以是有效的，但是其需要流向的逆转或停止流的前进，它们均在如下方面有显著的缺点：操作时间的损失，有价值的过滤后的流体的无效反向流动和高能量消耗。在过滤和分离领域中，如下过滤装置是有优势的：自身能够从过滤器表面移除累积的固体，同时维持连续的通过过滤器的流而不需要切向的流、振动或反向的流。本文所用的“自清洁”是指在使用过程中能够自主进行清洁。本申请人发现了一种过滤方法，其中在过滤过程中，通过使得到弹性支撑的过滤片材在松弛状态和膨胀状态之间转换来从过滤器表面移除和排出固体，而不需要中断前进的流。为了实现上述从松弛状态向膨胀状态的转换，过滤介质必须符合T介质>E支撑件(A膨胀/A松弛)的关系。此处，T介质＝片材的拉伸强度，E支撑件＝支撑件的弹性模量，A膨胀＝膨胀状态下介质的几何表面积，和A松弛＝松弛状态下介质的几何表面积。另外，本申请人发现在过滤过程中增加从松弛状态向膨胀状态的转换频率以及增加膨胀状态面积/松弛状态面积之比能够提高流体流穿过过滤器的速率。
技术实现思路
在第一方面中，本专利技术提供含有悬浮组分的流体的流通通路中的过滤介质的自清洁方法，其中所述流体的所述流通通路起自所述过滤介质的高压一侧止于所述过滤介质的低压一侧，所述方法包括以下步骤：(a)提供具有第一松弛状态和第二膨胀状态的过滤介质；(b)将所述过滤介质配置于所述流体的所述流通通路，以从所述流体中分离所述悬浮组分；(c)使所述介质在第一松弛状态和第二膨胀状态之间重复来回转换，以使所述悬浮组分从所述介质脱离，同时使得所述流体能够从所述高压一侧向所述低压一侧持续地流过所述介质。在一个替代性实施方式中，所述介质是纳米纤维、编织物、非编织物或膜中的一种。优选地，所述膜是膨胀型聚四氟乙烯(“ePTFE”)。还优选所述第二膨胀状态相对于所述第一松弛状态是从平面凸出的状态。在另一个实施方式中，所述专利技术性方法包括以下步骤：使所述介质与弹性支撑件耦合，并使所述弹性支撑件的位置重复发生变化以使所述介质在第一松弛状态和第二膨胀状态之间重复来回转换。在优选的实施方式中，所述介质以每分钟100次～300次的频率在所述第一松弛状态和所述第二膨胀状态之间来回转换。在一个替代性实施方式中，所述介质基本是平面形状的，或者基本是管状的。另外，替代性地，所述介质是非对称的。在另一个方面中，本专利技术提供一种器件，所述器件包括：(a)具有第一松弛状态和第二膨胀状态的过滤介质；(b)贴付于所述介质的弹性支撑件，其用于限定贯穿所述膜和所述支撑件的相邻的流体流通通路；(c)调整为使所述介质在所述第一松弛状态和所述第二膨胀状态之间重复来回转换的所述弹性支撑件，其中所述第二膨胀状态相对于所述第一松弛状态是从平面凸出的状态。优选所述介质的松弛状态的面应变(areal strain)比膨胀状态的面应变高约10％。从而本专利技术提供用于从含有固体的胶体溶液或悬液形式的流体流中分离固体的装置，该装置利用可透过性介质，所述介质包含连接片材的上游(高压)表面和下游(低压)表面的通道或开口；弹性支撑件；用于将胶体悬液中的固体和通过该装置过滤的澄清流体分离的密闭的密封体；以及端口或其他组件，其用于同时在施加于片材的上游表面的正压和下游密封体的负压的激发下转移或收集过滤后的流体。所述介质以膨胀状态固定在所述弹性支撑件的一个或多个离散的位置，从而能够使得流体转移穿过介质的同时将固体保持在密封体外部。本专利技术还涉及采用上述装置的过滤方法，所述方法通过在过滤过程中使弹性支撑件在松弛状态和膨胀状态之间转换来提供自清洁，从而使累积的固体从介质的表面脱离。附图的简要说明图1是采用过滤片材和弹性支撑件的本专利技术的第一示例性实施方式的截面示意图。图2是处于松弛状态的图1所示的示例性实施方式的过滤介质的侧视SEM图像。图3是用于说明处于松弛状态的图1所示的过滤介质的第一示例性实施方式的侧视透视图。图4是处于膨胀状态的图1所示的过滤介质的示例性实施方式的侧视截面图。图5是用于说明图1所描绘的第一示例性实施方式中的流体流通通路的截面示意图。图6是使用第一示例性实施方式的实施例1-8所采用的实验装置的示意图。图7是付诸实践的图1的实施方式的一系列照片，以说明膨胀状态、松弛状态以及在两种状态之间完成转换后的分散的固体形成的尘雾。图8是表示由实验测得的跨膜压力曲线图，所述图来自过滤过程中在松弛状态和膨胀状态之间的转换、以及不具有实施例1和比较例1-2中描述的转换的常规过滤。图9是表示处于松弛状态的本专利技术的第二示例性实施方式的示意图。图10是表示处于膨胀状态的本专利技术的第二示例性实施方式的示意图。图11是本文档来自技高网...
【技术保护点】
对含有悬浮组分的流体的流通通路中的过滤介质进行清洁的方法，其中所述流体的所述流通通路起自所述过滤介质的高压一侧，止于所述过滤介质的低压一侧，所述方法包括以下步骤：(a)提供调整为具有第一松弛状态和第二膨胀状态的过滤介质；(b)将所述过滤介质配置于所述流体的所述流通通路，以从所述流体中分离所述悬浮组分；(c)使所述介质在所述第一松弛状态和所述第二膨胀状态之间重复来回转换，以使所述悬浮组分从所述介质脱离，同时使得所述流体能够从所述高压一侧向所述低压一侧持续地流通穿过所述膜。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.06 US 61/923,977;2015.01.05 US 14/589,0681.对含有悬浮组分的流体的流通通路中的过滤介质进行清洁的方法，其中所述流体的所述流通通路起自所述过滤介质的高压一侧，止于所述过滤介质的低压一侧，所述方法包括以下步骤：(a)提供调整为具有第一松弛状态和第二膨胀状态的过滤介质；(b)将所述过滤介质配置于所述流体的所述流通通路，以从所述流体中分离所述悬浮组分；(c)使所述介质在所述第一松弛状态和所述第二膨胀状态之间重复来回转换，以使所述悬浮组分从所述介质脱离，同时使得所述流体能够从所述高压一侧向所述低压一侧持续地流通穿过所述膜。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质是纳米纤维状的。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质是编织物。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质是非编织物。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质是膜。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述膜是膨胀型聚四氟乙烯。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：将所述介质贴付于弹性支撑件，并使所述弹性支撑件的位置发生变化以使所述介质在所述第一松弛状态和所述第二膨胀状态之间重复来回转换。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质以每分钟100次～300次的频率在所述第一松弛状态和所述第二膨胀状态之间来回变换。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质基本上是平面形状的。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质基本上是管状的。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述介质是非对称的。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二膨胀状态相对于所述第一松弛状态是从平面凸出的状态。13.一种器件，所述器件包括：(a)具有第一松弛状态和第二膨胀状态的过滤介质；(b)贴付于所述介质的弹性支撑件，其用于限...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·P·哈普，
申请(专利权)人：WL戈尔及同仁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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