切向过滤装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于待处理的流体的切向过滤的装置，该流体将被分离 为滤液(900)和渗余物(700)(900)，该装置包括：至少一个过滤件， 其包括至少一个用于待过滤的流体的入口以及至少一个用于已经在过滤件 中循环的渗余物的出口，其中所述过滤件结合在循环回路中以便在待处理的 流体输入该过滤件之前，将至少一部分渗余物再注入到流体中；过滤模块， 循环回路结合在该过滤模块中，该过滤模块由一组沿输出方向的过滤件和一 组沿返回方向的过滤件来实现，所述两组过滤件分别形成输出液路(A)和 返回液路(R)；至少一个用于探测信息的探测器，所述信息表示待过滤的 流体在一个或多个过滤件内发生胶凝的风险和/或表示一个或多个过滤件被 完全堵塞的风险。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及使用通常称为膜的分离件来分离分子或颗粒的
，本专利技术适于确保包含在待处理的液态介质内的分子或颗粒的分离。 本专利技术的目的尤其有利于应用在一般的过滤装置中过滤待处理液体的一般意义的过滤，尤其是纳米过滤、超滤、微孔过滤等等。 这里的待处理的液体介质尤其是指如牛奶、葡萄酒、水、果汁、糖及其衍生物之类的液体介质。
技术介绍
在现有技术中，已知多种用于待处理的液体的过滤装置的变型实施例。其中一些装置特别地使用切向过滤并且结合有循环回路。切向过滤包括使待处理的液体平行于多孔性膜循环。由于待处理的液体在膜表面上以高速进行循环，所以产生使沉积在该表面的物质重新散开的剪切应力，从而限制颗粒在膜表面的积聚并延缓膜的堵塞。 待处理液体在膜表面上“摩擦”，这导致压降(压头损失)，该压降关于膜的长度以线性方式变化。该压降取决于膜的尺寸参数膜长度及其液力直径(hydraulic diameter)；并取决于实验参数循环速率、产品粘度、密度。 切向过滤装置包括至少一个过滤件，其包含多孔性膜，该膜限定了待过滤的液体的循环室以及收集穿过该膜后的滤液的腔室。过滤件包括至少一个且最常仅为一个的、用于待处理的液体的入口；至少一个且最常仅为一个的、用于排出已沿过滤件循环的渗余物(retentate)的出口。收集滤液的空间与至少一个且最常仅为一个的、用于滤液的出口相连通。该滤液被澄清；该渗余物对应于待处理的液体的浓缩物，呈不能够穿过过滤件的孔的颗粒的形式。所述装置最常包括循环回路，即在进入过滤件之前，至少一部分渗余物被再注入，以便进行连续的再浓缩，从而避免过多的浪费。 所述膜包括支承件，该支承件的表面涂覆有很薄的过滤层，待处理的液体在该表面上循环。这些膜可以是有机类型的，即由一种或多种聚合物如聚砜(polysulfones)、聚醚砜(polyethersulfones)、聚酰胺、乙烯基多氟化物(vinyl polyfluorides)制成。该膜还可以是无机类型，本专利技术优选采用这类膜，无机膜包括多孔性陶瓷层，例如碳、锆、氧化铝或氧化钛。 所述膜可具有不同的几何形状，如平面或管状。通常，在一个模块或壳体中设置若干个膜。 所述过滤装置包括至少一个过滤模块，其装有一组管状过滤件，所述过滤件彼此平行地延伸并且其每个端部密封地安装在定位板上。各过滤件包括至少一个用于待过滤的液体的循环通道。所述过滤件确保液体的切向过滤，以便在所述过滤件的外围表面上获得流出的滤液，该滤液将被收集在位于定位板和壳体之间的收集空间内。 根据现有技术的第一变型，过滤装置安装在循环回路内，在该循环回路中，循环泵经由用于输入待过滤的液体的流入通道(intake channel)以及用于供给待处理的液体的供给通道连接至该过滤装置，返回通道通入该供给通道中，该返回通道回收一部分已在所述过滤件内部循环过的液体，这部分液体称为渗余物。该循环泵还确保待过滤的液体在这些过滤件内的高速循环，这易于产生使沉积在膜的表面上的物质重新分布的剪切应力。 其他的过滤装置，例如在专利申请FR 2810256和WO 01/96003中描述的过滤装置，包括直接集成在壳体内的循环回路。 所述装置的优点在于显著地降低装置的总捕获容积(capture volume)，特别是降低了与待处理的液体相对应的捕获容积，直接结果是该装置内部的接触时间的减少。这种接触时间的减少使液体在该系统内的受热减少。 不管系统的构造如何，对于切向操作而言，必须在装置的操作周期内监控(heed)使得过滤器不堵塞的实验条件。 现有多种理论试图预测膜装置内的渗透通量(permeate flux)。其中一种理论将紊流的层流底层(laminar sub-layer)的厚度限定为主要参数。显而易见，沉积在膜表面上的物质的厚度不能够超过该层流底层的厚度。因而，该底层表示残留的滤饼(filter cake)的厚度。因此，能够合理估计的是，该底层越薄，膜的渗透率越高。 以下方程给出了层流底层的厚度 其中 χ＝层流底层的厚度； ν＝待过滤的液体的运动粘度(kinematic viscosity)； ρ＝待过滤的液体的密度； τω＝壁剪力； k＝系数。 壁剪力的值由下列方程给出 其中 λ＝摩擦系数 VL＝待过滤的液体的循环速率 摩擦系数的值由下列方程给出 其中，Re是待处理的液体的雷诺数。 该雷诺数等于 其中 R＝待处理的液体循环的通道液力半径； η＝待过滤的液体的动力粘度(dynamic viscosity)。 因此可见，为了评估膜在切向操作下的不堵塞性，必须考虑下列因素 -循环速率； -待过滤的液体的密度； -动力粘度和运动粘度(后者等于动力粘度除以密度)。 在膜的工作期间，根据物质(species)的断开能量(cut-off power)，一些物质被阻留，而其他物质穿过该膜。显然，被阻留的物质的浓度增大，导致沿膜循环的液体的粘度和密度增大。 在这些条件下 -雷诺数减小， -摩擦系数增大， -压降(压头损失)增大， -壁剪力升高， -层流底层的厚度减小，使得渗透率增高。 粘度和密度的增大可导致渗透率增高。然而实际中的情况是相反的。所述预测的渗透率随着粘度和密度的增大而增高因循环泵的操作而被消除。由于成本的原因，这种泵最常是离心泵。然而，离心泵具有在压力条件变化时限定泵的流速的操作曲线。作为一般规则，如果与待处理的液体在膜上的摩擦相关的压降增大，则循环速度降低。因而，循环速率降低，结果为 -雷诺数减小， -摩擦系数减小 -压降降低 -壁剪力减小 -层流底层的厚度增大，从而使渗透率降低。 应当指出，由于一个相同的压降可涉及与低粘度值相关联的快速循环速率、或者相反的情况，因此压力并不表示一个或多个过滤件内部的待处理液体的状态。 而且，粘度是液体内部的剪切应力(与壁剪力不同)与速度梯度的比率。然而，最常处于高浓度水平的待处理的液体具有所谓的异常粘度。这种异常最常导致的结果是在速度梯度陡然变化时出现的膨胀(bulking)现象。这种变化可能是断电或任何其他故障的结果，其影响是意外地降低了循环速度。在此情况下，所有待处理的液体可能转变为凝胶，并使排空该装置成为非常费时和费成本的操作，有时甚至不更换膜就不可能排空该装置。在带有循环回路的膜型切向过滤装置内的待处理液体的胶凝现象是一种必需防止的现象。
技术实现思路
因此，在本专利技术中，专利技术人研发了一种如权利要求1所限定的新型装置，该装置使用一种方法来监控用于待处理液体的切向过滤的装置(installation)，该装置包括至少一个过滤件，待处理的液体沿过滤件循环，所述液体会被分离为穿过所述过滤件的滤液和沿着所述过滤件循环的渗余物，所述过滤件结合在循环回路中，以在待处理的液体进入过滤件之前，将至少一部分渗余物再注入到待处理的液体中。根据本专利技术的一个实质特征，探测与待处理的液体相关的、至少一个信息的特征项，其表示待处理的液体在一个或多个过滤件内部发生胶凝的风险和/或表示一个或多个过滤件被完全堵塞的风险。利用本专利技术的装置，通过探测关于待过滤的液体的特征数据项并将其与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于旨在被分离为滤液和渗余物的待处理液体的切向过滤的装置，所述装置包括：　至少一个过滤件，其包括至少一个用于待过滤的液体的入口、至少一个用于已经流过所述过滤件的滤液的出口、以及至少一个用于已经沿所述过滤件循环的渗余物的出口，所述过 滤件结合在循环回路中以便在待处理的液体进入所述过滤件之前，将至少一部分渗余物再注入到所述待处理的液体中；　过滤模块，所述循环回路结合在所述过滤模块中，所述过滤模块包括形成外向液路（Ａ）和返回液路（Ｒ）的过滤件的外向组（ｆ↓［ａ］）和返 回组（ｆ↓［ｂ］）；　至少一个探测器，用于探测关于待过滤的液体的特征的信息，所述信息表示待过滤液体在一个或多个过滤件内发生胶凝的风险和／或表示一个或多个过滤件被完全堵塞的风险。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.7.17 FR 06529921.一种用于旨在被分离为滤液和渗余物的待处理液体的切向过滤的装置，所述装置包括至少一个过滤件，其包括至少一个用于待过滤的液体的入口、至少一个用于已经流过所述过滤件的滤液的出口、以及至少一个用于已经沿所述过滤件循环的渗余物的出口，所述过滤件结合在循环回路中以便在待处理的液体进入所述过滤件之前，将至少一部分渗余物再注入到所述待处理的液体中；过滤模块，所述循环回路结合在所述过滤模块中，所述过滤模块包括形成外向液路(A)和返回液路(R)的过滤件的外向组(fa)和返回组(fb)；至少一个探测器，用于探测关于待过滤的液体的特征的信息，所述信息表示待过滤液体在一个或多个过滤件内发生胶凝的风险和/或表示一个或多个过滤件被完全堵塞的风险。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括循环泵，所述循环泵的涡轮结合在所述循环回路中。3.根据权利要求2所述的装置，所述装置在壳体(2)中包括至少一个用于待处理的液体的入口(600)；至少一个用于渗余物的排出口(900)；一组管状过滤件(3)，所述过滤件彼此平行地延伸，并且所述过滤件的每个端部都密封地穿过定位板(4)，所述过滤件(3)各包括至少一个用于待处理的液体的循环通道并确保所述液体的过滤，以便在所述过滤件的外周面获得输出的滤液，所述滤液将被收集在位于所述定位板(4)与所述壳体(2)之间的收集空间(6)内；至少一个用于滤液的出口(700)，其与用于滤液的收集空间(6)相连通；第一连通室(11)，所述过滤件的端部之一通入到所述第一连通室内，在所述第一连通室中安装有分隔装置(15)，所述分隔装置与相邻的定位板(4)密封地接触，以将所述第一连通室分成第一容积空间(V1)和第二容积空间(V2)，所述第一容积空间和第二容积空间分别限定在所述分隔装置的内部与外部并分别与形成待处理液体的循环回路的外向液路(A)和返回液路(R)的、由过滤件(3)构成的第一组(f1)和第二组(f2)相连通，所述分隔装置包括位于所述第二容积空间(V2)与所述第一容积空间(V1)之间的连通通路(24)，所述第一容积空间内部安装有循环泵的涡轮(23)，并且所述涡轮具有延伸到所述第一连通室(11)外部的驱动轴(25)用以与驱动马达(26)相连接；以及第二连通室(12)，所述过滤件的另一端通入到所述第二连通室中，确保待处理的液体在所述第一组(f1)的过滤件和所述第二组(f2)的过滤件之间的连通，所述用于待处理的液体的入口(600)在所述循环泵的涡轮(23)与形成所述循环回路的返回液路(R)的组的过滤件(3)之间通入到所述壳体的第一连通室(11)。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，驱动所述泵的马达被驱动，以使由所述第二容积空间(V2...

【专利技术属性】
技术研发人员：菲利普·莱斯科什，
申请(专利权)人：山谷水工业公司，
类型：发明
国别省市：FR