具有包括一套通道的支撑元件的切线过滤器制造技术

本申请涉及具有包括一套通道的支撑元件的切线过滤器，具体而言，涉及用于流体的过滤的切向过滤器，包括支撑元件或者由支撑元件构成，其中，沿着垂直于所述管状支撑件的中心轴线的横向平面：a)所述支撑件在其中心部分上仅包括内部通道，内部通道不与支撑件的外表面共享公共的壁，所述内部通道具有大致相等的水力直径，b)所述支撑件还包括周边通道，所述周边通道包括至少两个相邻的周边通道A和B，所述两个通道A和B的每一个与所述外表面共享公共的壁，c)比值D

【技术实现步骤摘要】
具有包括一套通道的支撑元件的切线过滤器
[0001]本申请为2016年11月22日进入中国国家阶段的PCT专利申请“具有包括一套通道的支撑元件的切线过滤器”（申请号：201580026432.2，申请人：欧洲技术研究圣戈班中心）的分案申请。


[0002]本专利技术涉及旨在用于液体的过滤的由无机材料制成的过滤结构的领域，尤其是覆有薄膜以便从液体分离颗粒或分子的结构，更特别地是从水分离，尤其是从源自石油或页岩气的提取的工艺用水分离。

技术介绍

[0003]使用用来过滤各种流体尤其是被污染的水的陶瓷或非陶瓷薄膜的过滤器是众所周知的。这些过滤器可根据中置(死端)过滤的原理操作，此技术包括垂直于过滤介质的表面使要处理的流体通过过滤介质。此技术受颗粒的堆积以及在过滤介质的表面上饼块的形成的限制，并且引起性能的快速下降并且还引起过滤水平的下降。
[0004]根据本专利技术涉及的另一种技术，利用切向(横流式)过滤，由于流体在薄膜的表面处的纵向循环，其相反地使得可以限制颗粒的堆积。颗粒保持在循环流中，同时液体可以在压力的作用下穿过薄膜。此技术确保了性能以及过滤水平的稳定性。
[0005]切向过滤的强项因而是其易用性、由于使用适于实施所述过滤的多孔有机和/或无机薄膜而导致的其可靠性，以及其连续操作。
[0006]切向过滤需要很少的辅助剂或者不需要辅助剂，并且提供两种分离的流体，它们两者都可以被重复使用：浓缩液(也称作渗余物)和过滤液(也称作渗透物)：其是清洁的、环境友好的工艺。
[0007]切向过滤技术尤其用于微细过滤、超滤和纳米过滤。
[0008]根据切向过滤的原理操作的许多过滤器的结构因而由现有技术是已知的。它们包括或由用多孔无机材料制成的管状支撑件构成，管状支撑件由限定平行于所述支撑件的轴线的纵向通道的壁形成。滤液穿过壁然后在多孔支撑件的周边外表面处排出。
[0009]所述通道的表面通常也用薄膜覆盖，薄膜优选地由多孔无机材料制成，在本说明书中称作薄膜或薄膜分离层，其特性和形态适于在被过滤的流体漏入多孔支撑件的孔隙时，阻滞具有接近或大于所述薄膜的小孔的直径中值的尺寸的分子或颗粒。薄膜常规地通过用来涂覆多孔无机材料的浆状物的工艺沉积在通道的内表面上，继之以巩固热处理，尤其是干燥以及可选地陶瓷薄膜的烧结。
[0010]在这样的结构中，最关键的参数之一在于对通道进行定位和定尺寸以便尽可能多地限制跨越过滤器的压降，并且非常特别地是穿越薄膜的压力，这就是说存在于在供给侧上的初始流体的压力和在出口处在薄膜的过滤侧上的流体的压力之间的差异。因而可能降低再循环泵的能耗，同时促进大量滤液的产生，该过滤系统优选地以湍流状态操作，以便避免通道过快地堵塞。在本领域已经提出了各种几何形状来限制此类结构中的所述压降并且
尤其是穿越薄膜的压力。尤其是，已经提出了多通道结构，其在垂直于该支撑件的剖面中具有非圆形的横截面。而且所有这些变型的目的都在于增加过滤器相对于所使用的多孔支撑件的总体积的总过滤表面面积。
[0011]作为示例，出版物US5,454,947提出了多种结构，其通道具有非圆形的横截面，且较大的通道在周边而较厚的径向壁在过滤器的周边的方向上，其目的在于增加内部通道的贡献并且因而促进渗余物到过滤器外部的转移。
[0012]申请EP 0 686 424揭示了尤其具有有恒定厚度的径向壁的结构，以便获得薄膜的均匀分布。
[0013]申请EP 0 778 073公开了具有带可变厚度的外壁的结构，可变厚度在对于径向壁的圆角的方向上增加，以便增强过滤器的机械强度。
[0014]出版物EP 0 778 074提出了一种多通道结构，其包括若干通道形态，其水力直径的比值在0.75到1.3之间，并且其表面面积的比值在0.75到1.3之间，以便避免不均匀的清淤。
[0015]申请EP 0 780 148推荐了具有通道的结构，通道具有形状的渐变，但是其具有相同的水力直径。
[0016]WO00/29098和WO01/62370提出了具有特定通道布置的构造，该通道布置具有呈三分之一圆圈和/或不同四边形形状的基部，以便增加暴露于沿通道的流体的表面面积与流面积(即，在垂直于过滤器的轴线的横向剖面中的通道表面面积)之间的比值。
[0017]专利US 7 699 903 B2描述了薄膜分离层，并且还描述了其在切向过滤结构中的沉积条件。关于与在本专利技术的意义内获得并沉积薄膜分离层相关的更多细节，尤其可参考此出版物。
[0018]所有上述变型都旨在获得具有用于申请的最优性能的过滤器，且尤其是：
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低压降以及不间断地呈湍流状态的内部流，以便限制由于流体的压力以及由于在流体在其中循环的通道的壁处产生的剪应力造成的过滤器的堵塞以及通道的阻塞，
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使得流出流(渗液)的速率曲线能够在过滤器的剖面中从一个通道到另一个通道尽可能高并且尽可能均匀的通道的几何形状，
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高机械强度以及尤其是高抗摩擦性，
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可能最持久的过滤性能。
[0019]特别是，对于具有甚至更高过滤效率，尤其是在尽可能最长过滤时间期间足够的过滤流率而不阻塞过滤器的过滤结构依然存在需求。由申请人公司实施的研究已经尤其揭示了这样的过滤效率、通道的构造尤其是最周边通道的构造、以及沉积在通道的内表面上的薄膜分离层的分布之间的引人注意的相互关系。
[0020]特别是，申请人公司的研究已经证明了以下所述的结构的过滤能力(由在过滤器内指定的穿越薄膜的压力下获得的滤液的流率测量)与通道尤其是最周边的通道的构造(尺寸和形状)相对于所述通道内所述薄膜分离层的厚度的均匀性程度之间的密切关系。

技术实现思路

[0021]本专利技术因而以其最通常的形式设计用于诸如液体的流体的过滤的切向过滤器，包括支撑元件或由支撑元件构成，支撑元件由多孔的优选非氧化物的无机材料形成。所述元
件具有由外表面限定的管状形状，并且在其内部部分包括一套通道，通道具有彼此平行并且被所述多孔无机材料的壁彼此分离的轴线。根据本专利技术的过滤器包括中心部分，其仅包括通过公共多孔壁的元件连接到彼此之上的内部通道C
i
，以及周边通道C
p
，即，与支撑元件的外表面具有公共壁的通道。根据本专利技术，所述内部和周边通道在它们的内表面上覆盖有薄膜分离层，薄膜分离层旨在与在其中循环的要过滤的所述流体形成接触，并且内部通道具有大致相等的水力直径。沿着垂直于所述管状支撑件的中心轴线的横向平面P，根据本专利技术的切向过滤器对应于以下标准：a) 支撑件包括具有不同水力直径的至少两个相邻的周边通道A和B，所述两个周边通道A和B的每一个都与所述外表面共享公共的壁，b) 比值D
h
：
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第一通道A的水力直径D
hA
对
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第二通道B的水力直径D
hB
，其大于或等于1.1，c) 周边通道B的数量大于或等于周边本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于诸如液体的流体的过滤的切向过滤器，包括支撑元件(1)或由支撑元件(1)构成，所述支撑元件(1)由多孔的、优选非氧化物的无机材料制成，所述元件具有由外表面(2)限定的管状形状，并且在其内部部分(3)中包括一套相邻的通道(4)，通道(4)具有彼此平行并被所述多孔无机材料的壁(8)彼此分开的轴线，其中所述通道(4)在它们的内表面上覆盖有旨在与在所述通道中循环的要被过滤的所述流体形成接触的薄膜分离层(5)，其特征在于，沿着垂直于所述管状支撑件的中心轴线的横向平面P：a) 所述支撑件在其中心部分上仅包括内部通道C
i
，内部通道C
i
不与支撑件的外表面共享公共的壁，所述内部通道具有大致相等的水力直径，b) 所述支撑件还包括周边通道C
p
，所述周边通道包括至少两个相邻的周边通道A和B，所述两个通道A和B的每一个与所述外表面(2)共享公共的壁(6,7)，c) 比值D
h
：
‑ꢀ
第一通道A的水力直径D
hA
对
‑ꢀ
第二通道B的水力直径D
hB
，大于或等于1.1，d) 周边通道B的数量大于或等于周边通道A的数量，e) 通道B具有大致与内部通道(C
i
)的水力直径相同的水力直径D
hB
，并且其中至少一个内部通道C
i
不与周边通道A共享公共的壁；沿着所述横向平面P，分别为周边通道A和B的内表面面积S
A
和S
B
的比值R
s = S
A
/S
B
在1.1和3.5之间。2.根据前一权利要求所述的切向过滤器，其特征在于，具有较小的水力直径的通道B沿着所述横向平面P具有大致与所述内部通道相同的形状。3.根据任一前述权利要求所述的切向过滤器，其特征在于，沿着所...

【专利技术属性】
技术研发人员：F罗德里格斯，R诺伊费尔特，M默勒，A文森，
申请(专利权)人：欧洲技术研究圣戈班中心，
类型：发明
国别省市：