專利名稱：油脫水器的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明在廣泛的意義上涉及潤滑和液壓工業(yè)，具體而言，涉及一種用于從油，更一般來說是從低揮發(fā)性液體中除去游離的、乳化的或者溶解的水的設(shè)備和方法。
2.相關(guān)技術(shù)討論油用在潤滑和液壓系統(tǒng)中。人們普遍認(rèn)為，水的存在對于這種系統(tǒng)中的油、系統(tǒng)中的組分以及系統(tǒng)的操作來說均具有有害的作用。眾所周知，當(dāng)水污染進(jìn)入到潤滑或者液壓系統(tǒng)中時，可能會導(dǎo)致腐蝕、油氧化、化學(xué)磨損、軸承疲勞壽命降低和潤滑性能損失。這些有害的作用可能是由以游離的、乳化的或者溶解的形式存在的水直接造成的。
因此，為了使?jié)櫥鸵簤合到y(tǒng)具有最佳的性能，已經(jīng)有人進(jìn)行了有效的嘗試來從油中除去水。已經(jīng)用于除去水污染的設(shè)備和體系包括澄清罐或者儲罐，離心機，吸水過濾器，和真空脫水凈油器。但是，正如即將討論的那樣，這些設(shè)備在脫水能力、操作容易性、投資費用或者生產(chǎn)費用方面具有明顯的局限性。
澄清罐根據(jù)油與水的密度和重力沉降差別從油中除去大量的“游離”水。為了有效地除去“游離”水，澄清罐需要長的停留時間和巨大的占地面積。但是，它們對于分離油水乳液來說不起作用并且不能除去溶解的水。
離心機通過在流體上產(chǎn)生離心力，即有效地增加重力而加速油中水的重力沉降作用。離心機可有效地從油中除去游離水。但是，這些離心機通常來說是很昂貴的，并且在分離油水乳液方面能力有限。它們不能從油中除去溶解的水。
吸水過濾器使用特殊的過濾介質(zhì)，這種過濾介質(zhì)能吸收油中的水分。當(dāng)吸水時，介質(zhì)膨脹，流動受阻，過濾器兩側(cè)的壓差升高。當(dāng)壓差達(dá)到預(yù)定的水平時，移出并丟棄該吸水過濾器，安裝新的過濾器。這些吸水過濾器可有效地除去游離水，但是在從油中除去乳化的或者溶解的水時卻效果有限。另外，吸水過濾器的吸水能力有限。因此，一旦浸滿了水，就必須將它們更換。因此，它們通常只用于其中只存在痕量水的場合。在水的濃度較高的應(yīng)用場合中，連續(xù)不斷地更換吸水過濾器的成本就變得非常高。
有幾種類型的真空脫水凈油器已經(jīng)用于油的脫水。這些凈油器通常根據(jù)真空蒸餾、水分從油傳質(zhì)到干燥空氣中或者根據(jù)這兩種原理的組合來操作。
在真空蒸餾中，要應(yīng)用真空來降低水的沸點。例如，在1013mmH2O(29.92″Hg)表壓(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)下水的沸點為100℃(212°F)，但在100mmH2O(大約26″Hg真空條件)下時其沸點僅為50℃(122°F)。通過相對于油溫來說適用充分的真空，油中的水就將會從油中蒸發(fā)到低壓空氣(真空)中，從而使油脫水。
使油流到通過真空泵而施加真空的接觸器中是實現(xiàn)這一操作的典型方法。為了使水的汽化速度在給定的容器中達(dá)到最高，優(yōu)選油具有大的表面積-體積比。這可以通過使油流過規(guī)整填料、散堆填料、級聯(lián)塔盤、旋轉(zhuǎn)圓盤、或真空蒸餾與接觸器領(lǐng)域公知的其他方法來實現(xiàn)。油通常在接觸器的頂部進(jìn)入并通過重力作用向下流過填料，擴展成相對薄的膜。在容器的底部收集所述油，在那里，必須通過油泵將其排出。其實例參見Koslow的美國專利4,604,109和Lundquist等人的美國專利5,133,880。為了降低所需的真空度，可以對油進(jìn)行加熱。
應(yīng)用真空的目的是降低水的沸點并提高脫水率。也可以進(jìn)行加熱來提高脫水率。但是，必須非常小心以避免施加太多的熱和/或太低的真空，因為當(dāng)溫度和/或真空增加到其沸點以下的程度時，油中越來越多的低分子量烴也將會蒸發(fā)出來。應(yīng)當(dāng)理解，任何沸點低于水的液體也將被除去。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，這可能是希望的或者也可能并不是所希望的。
以傳質(zhì)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)使用類似的接觸器。但是，它不是依靠蒸餾來除去水，而是使干燥空氣或者氣體連續(xù)不斷地逆流向上穿過向下流動的油。油中的水分子將通過濃度梯度轉(zhuǎn)移到相對干燥的空氣中。通過真空泵或者鼓風(fēng)機從接觸器中抽出此刻變潮濕的空氣并排到大氣中。不必為了使水蒸發(fā)而將油加熱到水的沸點以上。因此，與真空蒸餾系統(tǒng)相比，用以傳質(zhì)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)脫水可以使用較少的熱和/或真空。
雖然真空蒸餾和傳質(zhì)系統(tǒng)確實能除去游離的、乳化的和溶解的水，但是它們的若干缺陷已經(jīng)妨礙了它們的廣泛應(yīng)用。在這兩個系統(tǒng)中，為了保證油位不變得太低而使油泵干轉(zhuǎn)，要在容器中使用液面控制。使用液面控制還能保證油位不變得太高以避免真空容器中充滿油。這將會降低容器的脫水效率或者使容器失去脫水能力，并且甚至可能導(dǎo)致油完全充滿容器并溢流到真空泵中。
當(dāng)水在油中蒸發(fā)時，真空凈化器還易受到容器中起泡現(xiàn)象的影響。這種泡沫比油的比重低，并可能導(dǎo)致液面控制失靈以及凈化器性能降低。
由于使用加熱器、控制件，泵等的特有性質(zhì)，凈化器是相對復(fù)雜的設(shè)備部件。另外，使用的填料類型、油的粘度、以及氣流速率也限制著通過接觸器的流速。這通常導(dǎo)致要使用相對于流體的量來說非常大的容器。當(dāng)所有必要的油泵、真空泵、加熱器、控制件、配電板和連接件組裝在一起時，系統(tǒng)變得十分龐大并且昂貴。由于這些系統(tǒng)的部件數(shù)目及其復(fù)雜性，系統(tǒng)的維護和操作成本一般也十分高。
由于真空脫水凈油器具有從油中除去游離的、乳化的或者溶解的水的能力，所以真空脫水凈油器已經(jīng)變成從油中脫水所需要的方法。但是，與真空凈油器有關(guān)的缺陷阻礙了這些凈化器的廣泛使用和/或使得它們在大部分潤滑或者液壓系統(tǒng)中的使用不切實際。因為它們具有相對大型的尺寸和成本，因此它們被限制在非移動的固定應(yīng)用場合中，在移動式設(shè)備上的使用是不現(xiàn)實的。
由于它們的投資費用很高，因此，它們通常不會被永久地安裝在系統(tǒng)中，除非該系統(tǒng)是相對大的、昂貴的潤滑或者液壓系統(tǒng)。而是，它們通常被若干個系統(tǒng)共用，在一個機器或者儲罐上純化油之后，將其搬移到另一個機器上，等等。但是，當(dāng)凈化器以這種方式使用時，沒有連接到凈化器上的機器中的油可能會被水污染。這種油將保持污染狀態(tài)直到凈化器可以再與其相連并再次使油脫水。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員一直在繼續(xù)搜尋更好的方法從油中除去水。本申請人將其嘗試指向膜基系統(tǒng)。
膜基系統(tǒng)已經(jīng)用于從有機系統(tǒng)中除去水。但是，必須承認(rèn)，用于這一目的的膜中存在著孔或者缺陷，這將會使油液壓滲透到滲透側(cè)。這一狀況將造成油的損失。也會有人考慮用不揮發(fā)的油來涂敷膜的滲透側(cè)，這樣會使膜發(fā)生淤塞并降低其透過水的有效性。
Taylor的美國專利4,857,081公開了一種使烴或者鹵代烴氣體或者液體脫水的方法。該方法以銅銨再生纖維素膜為基礎(chǔ)，銅銨再生纖維素膜對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是已知的，它們具有相互連接的通道或孔的結(jié)構(gòu)(Isuge等人的美國專利3,888,771)。這些膜還被認(rèn)為具有約10-90，平均30的孔分布(Isuge等人的美國專利3,888,771，Sengbusch的美國專利5,192,440)。通過這種銅銨再生纖維素從液態(tài)有機相中分離水所依據(jù)的機理是滲析機理。滲透物質(zhì)以液體的形式穿過膜。因為膜上有孔，所以它允許通過它進(jìn)行液壓滲透。水溶性的物質(zhì)也可以穿過該膜。這就阻礙了它在油的脫水方面的應(yīng)用，因為油也總具有一定的水溶性。
即使Taylor適宜用于油的脫水，Taylor的結(jié)構(gòu)本身也將產(chǎn)生缺陷。再生纖維素膜的分子結(jié)構(gòu)是通過水分的存在得以保持的。在從親水性膜上除去水分時，孔經(jīng)受到大的毛細(xì)管張力，從而可能導(dǎo)致膜收縮開裂。因為膜具有各種各樣大小的孔，所以在干燥過程中形成的毛細(xì)管張力會導(dǎo)致在整個膜的微觀結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生應(yīng)力差。眾所周知，這種應(yīng)力差會在膜中產(chǎn)生裂縫或者“缺陷”。如果這種膜用來使封閉系統(tǒng)脫水，那么膜中的水分最終也將會被脫除。這樣就會形成如上所述的裂縫或者“缺陷”。此時，這種“缺陷”將致使油在液壓下傳遞到膜的另一側(cè)。
Pasternak等人的美國專利5,182,022公開了一種用于乙二醇脫水的滲透蒸發(fā)方法。乙二醇完全與水互溶，并且其特征在于其中待分離的混合物是可完全混溶的滲透蒸發(fā)應(yīng)用。使用的磺化聚乙烯樹脂膜允許相當(dāng)大量的乙二醇透過。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的是，如此大量乙二醇的滲透歸因于通過缺陷(參見以下的定義)的液壓滲透，所述缺陷存在于分離層中(discriminating layer)。該發(fā)明不需要無缺陷的分離層，因為容許有非水相的損失。但是在潤滑和液壓系統(tǒng)的油的脫水中，情況卻不是這樣。
Friesen的美國專利5,464,540公開一種通過滲透蒸發(fā)工藝從液態(tài)原料混合物中除去一種組分的方法。在Friesen等人的專利中，吹掃物流由原料流中將不被除去的組分組成，并且以蒸汽的形式引入到模塊中。在第5欄第8-13行，F(xiàn)riesen等人提出，該方法可用于使諸如芝麻油和玉米油的油脫水。但是，在該專利提供的實施例中，F(xiàn)riesen等人只提供了用于使揮發(fā)性遠(yuǎn)高于芝麻油和玉米油的高揮發(fā)性有機化合物脫水的性能數(shù)據(jù)。特別是，F(xiàn)riesen提供了使丙酮、甲苯和乙醇脫水的實施例。因此，顯然，F(xiàn)riesen沒能認(rèn)識并教導(dǎo)出需要使用無缺陷的(如下文所述)無孔膜來使這類油脫水。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可能對提供玉米油或者芝麻油蒸汽吹掃物流的可能性提出疑問。
Zhou的美國專利5,552,023公開了一種用于乙二醇脫水的膜蒸餾方法。該方法使用一種多孔膜。對于油的脫水來說這是無吸引力的，因為多孔載體有可能會濕透并且使流體由于液壓作用而透過。
Bratton等人的美國專利6,001,257公開了一種用于使各種液體脫水的基本上沒有缺陷的沸石膜。正如Bratton在第4欄第12-15行所指出的，沸石膜的使用對于設(shè)備的功能是很關(guān)鍵的，因為它可用于分離任何兩種液體，其中只有一種液體可以通過沸石膜。沸石膜使用沸石型物質(zhì)(亦稱分子篩)，包含有通過氧原子連接的由硅/氧四面體形成的通道網(wǎng)絡(luò)。第2欄第46-49行表明，該物質(zhì)應(yīng)該“基本上沒有缺陷”，但是沒有定義出“基本上”的程度或者“缺陷”的寓意。這種膜不能用于使油脫水，因為如下文所述的缺陷的存在將導(dǎo)致油液壓滲透到滲透側(cè)。
在本發(fā)明的上下文中，在整個申請中使用的以下術(shù)語想表達(dá)以下定義的含義定義這里使用的“缺陷”用來表示允許低揮發(fā)性液體液壓滲透通過該膜的具有充分大小的膜上的孔。
因此“無缺陷”并不表示限制通過膜進(jìn)行溶液擴散的物質(zhì)通道，而是表示膜中不包含允許液體液壓滲透通過該膜的具有充分大小的孔。當(dāng)膜中存在直徑大于或等于油分子大小的永久性孔(即針孔)時，油將傾向于發(fā)生液壓滲透。預(yù)計，油分子的分子大小大于5-10埃，但是，因為油由不同分子大小的餾分組成，所以精確的數(shù)值將取決于待脫水的特定油的化學(xué)組成。因此無缺陷的膜限于直徑比油分子的分子大小較小的孔上。
“無孔”表示不包含通稱為孔洞的那些孔的膜，所述孔洞是指至少具有油分子的分子大小的永久性孔，正如以上所討論的，預(yù)計這種孔大于5-10埃，但是這完全取決于待脫水的油的具體類型。
雖然這里使用的無缺陷的膜必然是無孔的，但這里使用的無孔膜卻不一定無缺陷。理論上，無孔膜應(yīng)當(dāng)是沒有缺陷的膜，即不含如上所述的缺陷。這暗示著，無缺陷的膜將具有與由相同材料制成的致密膜相同的透氣性/選擇性。但是，實際上，情況不是這樣。例如，Pinnau和Koros(Pinnau，I.和Koros，W.，“Gas-Permeation Properties ofAsymmetric Polycarbonate，Polyestercarbonate，andFluorinated Polyimide Membranes Prepared by the GeneralizedDry-Wet Phase Inversion Process”，J.Applied Polymer Science，第46卷，1195-1204(1992))以及Pesek(Pesek，S.“Aqueous QuenchedAsymmetric Polysulfone Flat Sheet and Hollow Fiber MembranesPrepared by Dry/Wet Phase Separation”，提交給The Universityof Texasat Austin的論文(1993))已經(jīng)把無缺陷的氣體分離膜定義為其選擇滲透性(perselectivity)為致密膜的75％-85％的膜。這表明，選擇滲透性為85％的膜可以包含很多允許油液壓滲透的缺陷。
考察由承載于強度微不足道的子結(jié)構(gòu)上的聚砜選擇層組成的膜。在35℃時，聚砜的氧氣滲透性為1.4barrer(membrane handbook)，O2/N2的選擇性為5.6。考察聚砜選擇層的厚度為700。這一厚度是市售膜的典型厚度。因此，這一選擇層對于氧氣的滲透性將是20GPU，對于氮氣的滲透性將是3.57GPU。根據(jù)Pinnau和Koros(1992)所述，如果O2/N2的選擇性是致密膜的85％，或者在這種情況下是4.76的話，這種聚砜膜將被認(rèn)為是無缺陷的。很明顯，根據(jù)本發(fā)明的定義，這種膜包含有缺陷。如果缺陷足夠小，則通過該缺陷的流動將受到諾森擴散的支配。如果缺陷大，那么，通過該缺陷的流動將是對流的(或者是粘性的)并且將服從哈根-泊肅葉定律。下表闡明了對于1平方米的聚砜模型來說將使O2/N2的選擇性為4.76的不同尺寸的缺陷數(shù)。
上表所列缺陷的平均尺寸大得足以使油液壓滲透通過缺陷并使油脫水的模型在工業(yè)上不可行。但是，對于諸如氣體分離的應(yīng)用場合，缺陷的存在僅僅會降低分離的效率而不會導(dǎo)致所述模型在工業(yè)上不可實施。
理論上，無孔膜應(yīng)當(dāng)是沒有缺陷的膜，即不含如上所述的缺陷。但是，實際上，情況不是這樣。正如實踐中所碰到的以及本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)識到的，被認(rèn)為是無孔的膜將允許液壓滲透到一定的程度，通常足以將其氣體選擇性由致密膜的固有選擇性起計降低到高達(dá)85％，并且將仍然被認(rèn)為是無孔膜。因此，這種膜實際上將具有相對小但數(shù)目仍然可觀的孔。在“無孔”膜中可以接受的孔的實際數(shù)目將與孔的大小以及待通過該膜進(jìn)行分離的物質(zhì)的特性有關(guān)。這里使用的無缺陷的膜指的是上文定義為無孔的無孔膜，而不是本領(lǐng)域中通常使用的術(shù)語“無孔”所定義的無孔膜。為了成功地實施本發(fā)明，所述膜必須是如本發(fā)明中定義的術(shù)語所述的“無孔的”和“沒有缺陷的”。
“油”用來表示低揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)。通常，油將包括許多不同分子量和分子結(jié)構(gòu)的呈混合物形式的餾分。
“半滲透的”表示允許某些物質(zhì)滲透然而卻不允許其他物質(zhì)傳輸?shù)哪?。這種膜還可以稱為區(qū)別膜(discerning membrane)。
“潤濕”表示液體在表面上的擴展。
“淤塞”表示通過不希望的作用，比如油填充了膜的多孔子結(jié)構(gòu)，或者油涂敷了膜的吹掃側(cè)而增加傳質(zhì)阻力。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種用于從油或者其他低揮發(fā)性液體中除去游離的、乳化的或者溶解的水的膜基方法。該方法可以用于處于操作和活動狀態(tài)的移動式設(shè)備，以及固定的設(shè)備和工藝中。所述方法的操作簡單，同時設(shè)備小而緊湊，這使得它實用并且對于所有尺寸的系統(tǒng)來說均經(jīng)濟合算。
本發(fā)明還提供一種無缺陷的區(qū)分層或者膜，它不允許液體通過它進(jìn)行液壓滲透，限制了通過區(qū)分層傳輸?shù)臐B透作用。本發(fā)明還提供對滲透過區(qū)分層的蒸汽進(jìn)行的脫除。因此，本發(fā)明提供用于更有效地從油中分離游離的、乳化的和溶解的水的設(shè)備和方法。
具體地說，本發(fā)明涉及用無孔的、無缺陷的膜從油中有選擇地除去水的方法。更具體地講，所述方法包括通過使油與半透膜的一側(cè)(“進(jìn)料側(cè)”)接觸而從有關(guān)油流中除去水。所述膜把分離室分為油注入的進(jìn)料側(cè)和從其中脫除水的滲透側(cè)。滲透側(cè)通過真空的存在或者通過使用吹掃氣而保持在低的水分壓下。油中的水可以呈溶解形式，或者呈分離相形式，或者是乳化的、分散的或者是“游離的”。膜材料是一種與油具有適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)相容性，同時又可允許水有選擇地經(jīng)其傳輸?shù)牟牧?。膜與油化學(xué)相容是指它不與油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者其物理性能，比如尺寸、強度、滲透性、和選擇性在與油接觸時不會受到不利影響。
因此，本發(fā)明的一個目的是克服常規(guī)的油脫水方法的缺點，并提供一種新的能克服這些局限性的用于油脫水和設(shè)備和方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種從油中除去游離的、乳化的或者溶解的水的油脫水器。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種操作簡便的油脫水器。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種相對小并且緊湊的油脫水器。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種經(jīng)濟合算的油脫水器。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種在大小系統(tǒng)中實用的油脫水器。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種可以用在處于操作與活動狀態(tài)的移動式設(shè)備上的油脫水器。
通過參考組成說明書一部分的附圖，從以下的說明書和附加的權(quán)利要求中將顯而易見本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點，其中在若干視圖中，類似的引用記號表示相應(yīng)的部件。
附圖簡述

圖1是用于本發(fā)明的膜結(jié)構(gòu)的透視圖。
圖2是可用于本發(fā)明的膜的改進(jìn)方案的透視圖。
圖3是可用于本發(fā)明的膜的另一種改進(jìn)方案的透視圖。
圖4A是如圖3所示織成墊狀的許多中空纖維膜的平面圖。
圖4B是沿著圖4A剖面線B-B按箭頭方向所取的橫斷面圖。
圖4C是圖4B所示的墊在螺旋形卷繞后的簡圖。
圖4D是如圖3中所示的兩種中空纖維半透膜結(jié)構(gòu)在成螺旋形卷繞之后的透視圖。
圖5是圖1所示的結(jié)構(gòu)在螺旋形卷繞后的簡圖。
圖6是具體說明本發(fā)明的示范性的膜分離工藝簡圖，其中通過真空泵除去水。
圖7是圖6所示分離工藝的改進(jìn)方案簡圖，其中水通過吹掃氣流除去。
圖8是圖6所示分離工藝的另一種改進(jìn)方案的簡圖，其中通過上游過濾器而使膜免于受到原料流中雜質(zhì)的污染。
圖9是具體說明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的中空纖維膜設(shè)備的正視圖，其中原料流入纖維的孔中。
圖10是具體說明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的中空纖維膜設(shè)備的正視圖，其中原料在纖維的外側(cè)流動。
圖11是具體說明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的中空纖維膜設(shè)備的正視圖，其中原料在纖維的外部流動并且水與油排出的方向呈逆流被除去。油是通過穿孔核心提取的。
圖12是具體說明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的中空纖維膜設(shè)備的正視圖，其中水通過吹掃氣除去。
圖13是圖1所示結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案的透視圖，其中膜具有整體成型的表層。
圖14是圖13所示結(jié)構(gòu)的碎片端的正視圖。
圖15是圖3所示結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案的透視圖，其中膜具有整體成型的表層。
圖16是圖13所示結(jié)構(gòu)的碎片端的正視圖。
發(fā)明詳述應(yīng)當(dāng)理解，附圖以及下文的說明書中所闡明的具體的設(shè)備和工藝均是附加權(quán)利要求中定義的發(fā)明構(gòu)思的示范性實施方案。因此，關(guān)于本發(fā)明中公開的實施方案的具體尺寸和其他物理性能不應(yīng)該被認(rèn)為起限定作用，除非權(quán)利要求另外清楚地給以說明。
在描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案之前，將1992年由Van NostrandReinhold出版的the Membrane Hand book第3-15頁和1995年出版的the Hand book of Industrial Membranes，第一版，56-61頁的內(nèi)容就象完全重寫的一樣引入本發(fā)明中。
根據(jù)本發(fā)明，有一種設(shè)備和方法可用于從很寬類型的低揮發(fā)性液體中區(qū)別性地脫除水或者其他易揮發(fā)的溶劑。低揮發(fā)性液體定義為標(biāo)準(zhǔn)沸點大于水的標(biāo)準(zhǔn)沸點(100℃)的液體。因此，水可以分類為高揮發(fā)性的液體。必須承認(rèn)，在純態(tài)下可以顯示出低揮發(fā)性的組分在混合物狀態(tài)下可能呈現(xiàn)非理想的性能。這可能是因為，與從純組分的揮發(fā)度所預(yù)計的表觀蒸發(fā)率相比，來自于混合物中的組分具有更大的表觀蒸發(fā)率所致。優(yōu)選，本發(fā)明涉及從油中分離水。
更具體地說，所述油脫水的方法包括以下步驟使無孔的、無缺陷的半透膜與至少包含油和水的液流接觸，其中膜將分離室分為料液混合物注入的原料側(cè)和從其中取出水的滲透側(cè)；保持水的部分化學(xué)勢能梯度以致于使水擇優(yōu)地從進(jìn)料側(cè)通過所述膜滲透到滲透側(cè)；從滲透側(cè)除去已經(jīng)滲透出來的水；和由膜的進(jìn)料側(cè)除去脫水后的油。術(shù)語“化學(xué)勢能梯度”也可以稱為“活性梯度”或者“分壓梯度”。術(shù)語“分壓梯度”理解為意指滲透側(cè)的水蒸汽壓力與相應(yīng)于油中水的濃度的平衡水蒸氣壓之間的差別。
用于使油脫水的設(shè)備包括至少包含無孔的、半滲透的、無缺陷的膜的容器，所述膜插入到所述容器中的方式使得將容器的內(nèi)部分成至少一個進(jìn)料側(cè)室和一個滲透室；至少一個用于進(jìn)料室的進(jìn)口孔；至少一個用于進(jìn)料室的出口孔；至少一個用于滲透室的出口孔。這種設(shè)備將能夠使油水混合液流入進(jìn)口，并且至少與半透膜的一側(cè)接觸；保持水的部分化學(xué)勢能梯度以致于使水擇優(yōu)地從進(jìn)料側(cè)通過所述膜滲透到滲透側(cè)；從滲透側(cè)通過出口孔除去已經(jīng)滲透出來的水；和通過出口孔從膜的進(jìn)料側(cè)除去脫水后的油。
膜可以呈任何形式或者形狀，只要提供一個適合于分離的表面即可。其常見的實例包括自載膜，中空纖維，復(fù)合材料片，和復(fù)合材料中空纖維。中空纖維膜可以裝入罐中或以其他方式放置以使得纖維名義上彼此平行。復(fù)合材料中空纖維膜或者中空纖維膜的纖維可以成螺旋形卷繞或者扭曲?；蛘?，纖維也可以織成墊狀。在膜由纖維平片材或者墊組成的情況下，所述片材或者墊可以成螺旋形卷繞。另外，可以有隔層來分離所述片材或墊。
使用的膜至少部分由薄的、無缺陷的、致密的、無孔分離層(術(shù)語“分離層”也可以稱為“表層”)和承載結(jié)構(gòu)構(gòu)成。在選擇性的實施方案中，分離層可以是自載的；但是，在實施本發(fā)明時并不要求這樣。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在分離層中，顯然致密的、無孔的分離層可以具有缺陷。當(dāng)這種分離層用于分離氣體或者液體混合物時，通過這些缺陷可能會發(fā)生無分離的傳輸。在這種分離層用于分離氣體混合物的情況下，通過該分離層的傳輸根據(jù)“溶液擴散”原理進(jìn)行，而通過缺陷的傳輸則按諾森擴散進(jìn)行。參見Clausi，N向The University ofTexas at Austin提交的論文“Formation and Characterization ofAsymmetric Polyimide Hollow Fiber Membranes for GasSeparation”(1998)。當(dāng)這種含缺陷的分離層用來分離液體混合物時，將通過這些缺陷發(fā)生無分離的液壓傳輸。通過這些缺陷的液壓滲透將導(dǎo)致液體滲透到膜的滲透側(cè)。雖然這種無分離的傳輸在某些應(yīng)用場合中是可接受的，但是在其他的應(yīng)用中卻無法接受。
無缺陷的、致密的、無孔分離層的一個實例是溶液流延致密膜。這些膜對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是公知的。具有工業(yè)可行的脫水率的無缺陷的、致密的、無孔分離層可以通過對厚度薄得足以允許產(chǎn)生希望的脫水率的這種薄膜進(jìn)行溶液流延來制備。潛在的缺陷可以通過用中間交聯(lián)步驟多次涂敷溶液流延聚合物來消除。
在油脫水的具體情況中，油通過液壓滲透到滲透側(cè)將導(dǎo)致油從系統(tǒng)中損失，致使該脫水器不適宜工業(yè)使用，并且將導(dǎo)致膜的滲透側(cè)發(fā)生淤塞。如果分離層承載在滲透側(cè)上，則液壓滲透的油將通過對水傳輸產(chǎn)生阻力而填充多孔載體并淤塞所述膜。另外，因為油不大可能蒸發(fā)，或者如果發(fā)生蒸發(fā)，它的蒸發(fā)將不會比通過缺陷進(jìn)行液壓滲透的速率更快，因此，缺陷的存在將不可逆地淤塞所述膜并降低脫水速率。此外，如果膜不是完全無缺陷的，則可以應(yīng)用于滲透側(cè)來吹走水分的吹掃劑就可能通過該膜并因此夾帶到“清潔的”油中。這可能會在油中產(chǎn)生泡沫，因此是不希望的。
通過這種無缺陷的、致密的、無孔分離層進(jìn)行傳輸依據(jù)的是“溶液擴散”機理。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，術(shù)語“溶液擴散”理解為意指滲透物質(zhì)溶解到分離層中，緊接著通過分離層擴散，隨后在分離層的滲透面上解吸。油和水存在于膜進(jìn)料側(cè)上的液相中，而滲透的物質(zhì)則從分離層的滲透面處移到蒸汽或者氣相中。如果分離層包含任何缺陷，則將通過分離層發(fā)生液壓滲透，從而導(dǎo)致液體傳輸?shù)綕B透側(cè)。如上所述，這種狀況將會使膜發(fā)生淤塞，并導(dǎo)致系統(tǒng)中油的損失，這兩者均會產(chǎn)生工業(yè)上不適宜的產(chǎn)品。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，滲透蒸發(fā)理解為意指完全互溶的液體混合物通過致密的、無孔分離層的分離。此外，滲透蒸發(fā)要理解為意指組分以有限的速率通過分離層滲透并作為蒸汽在滲透側(cè)除去。此外，在滲透蒸發(fā)脫水時，在分離層有缺陷的情況下，非水相液壓傳輸?shù)綕B透側(cè)的情況不是很嚴(yán)重的。這是因為非水相具有高的蒸氣壓并且很容易蒸發(fā)。這就是甚至對于低揮發(fā)性組分，如乙二醇來說，當(dāng)與水混合時，它也可以顯示出與純組分相比明顯的不期望的性能的原因。
多孔膜，比如用于微濾、超濾和滲析的那些多孔膜是不適當(dāng)?shù)?，因為低揮發(fā)性流體將透過孔并使膜發(fā)生淤塞。
適當(dāng)?shù)哪ぐㄖ旅艿?、無孔聚合物膜或者在承載結(jié)構(gòu)的一個或者兩個表面上具有相對致密的分離層或者表層的不對稱膜。致密的無孔膜或者通過“轉(zhuǎn)相”或者通過溶液流延來制備。在轉(zhuǎn)相的情況下，聚合物-溶劑-非溶劑系統(tǒng)通過蒸發(fā)溶劑、萃取溶劑、或者向系統(tǒng)中引入非溶劑而被迫沉淀。轉(zhuǎn)相產(chǎn)生非同質(zhì)的多孔聚合物基質(zhì)，它可以是對稱的或者可以不是對稱的，并且可以具有或者可以不具有致密的無孔聚合物區(qū)域。致密的無孔分離層可以通過適當(dāng)選擇溶劑-非溶劑系統(tǒng)和沉淀系統(tǒng)而由相分離形成。在溶液流延的情況下，使適當(dāng)?shù)木酆衔?溶劑系統(tǒng)形成凝膠然后干燥。溶液流延聚合物通常是非多孔的均質(zhì)薄膜。在這兩種情況下，致密的無孔薄膜均可以在另一種承載結(jié)構(gòu)上形成。由這兩種方法形成的致密的無孔分離層很有可能具有缺陷(美國專利4,230,463)。對這些分離層進(jìn)行后處理以基本上減少缺陷的方法也已經(jīng)由Henis和Tripodi進(jìn)行了報道(Henis，J.和Tripodi，M.，“Composite Hollow Fiber Membranes for Gas SeparationTheResistance Model Approach”，J.Membr.Sci.，(8)，233-245(1981))。這些用于減少缺陷的方法包括重復(fù)地涂敷有缺陷的膜直到消除所有的缺陷。后續(xù)的涂敷可以以作為原始層的相同的聚合物為基礎(chǔ)，或者以不同的聚合物為基礎(chǔ)。無缺陷的、致密的、無孔分離層可以通過溶液流延充分厚的同質(zhì)聚合物膜而形成。Pfromm也已經(jīng)闡明，可以形成超薄的、無缺陷的、致密的、無孔分離層(Pfromm，P.H.，“Gas transport properties and aging of thin and thick filmsmade from amorphous glassy polymers”，這是提交給The Universityof Texas at Austin的論文(1994))。
對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，氣體通過無缺陷的致密的無孔均質(zhì)聚合物膜的傳輸特性通常被認(rèn)為是聚合物的“固有”特性(Clausi，1998)。聚合物的固有滲透性，例如并不依賴于分離層的厚度。如果這種分離層用來分離氣體混合物，且該層或者是獨立的薄膜，或者是處于與分離層相比傳輸阻力微不足道的載體上的復(fù)合材料，則具體混合物的滲透性比例也是聚合物在那些具體條件下的固有特性。這一比例被稱作聚合物對于具體的氣體組分的固有選擇性。
如果致密的、無孔分離層不顯示對于特定的氣體混合物的“固有”選擇性，則很可能這一分離層包含有缺陷。這是因為所述缺陷允許待分離的組分無分離地傳輸。當(dāng)多孔載體提供微不足道的流動阻力時，本領(lǐng)域技術(shù)人員通常使用這一方法來確定分離層中是否存在缺陷(Clausi，1998；美國專利4,902,422)。不管分離層是根據(jù)什么機理形成的，這一方法均可以用來確定其中是否存在缺陷。如果證明分離層中沒有缺陷，則它將不會允許氣體或者液體無分離地進(jìn)行傳輸，并且在液體滲透的情況下，透過物質(zhì)將以蒸汽的形式從膜中解吸出來。
薄的、致密的、無孔分離層可以是獨立的層。它也可以與承載結(jié)構(gòu)名義上同時并整體成型。它的組成材料可以與承載結(jié)構(gòu)的相同，或者可以由不同的材料以復(fù)合材料的形式組成。復(fù)合膜上有一個致密層連接到承載結(jié)構(gòu)上。致密的、無孔分離層可以在此后作為一個單獨的步驟形成。這些復(fù)合膜、纖維或者片材可以是多孔的或者無孔的。所述片材優(yōu)選是平板狀的，雖然在實施本發(fā)明時并不要求如此。這些纖維、薄膜或者片材可以裝到一個或多個側(cè)面上以將進(jìn)料室與滲透室分離開來。這種膜中的分離層可以與承載結(jié)構(gòu)相同或者不同，所述承載結(jié)構(gòu)可以由多孔的有機或者無機聚合物、陶瓷或者玻璃組成。優(yōu)選的實施方案是在載體的一面或者兩面具有薄的、致密的、無孔分離層聚合物的復(fù)合片材或者復(fù)合材料中空纖維。在對稱或者不對稱膜的情況下，液體可以在任何一側(cè)與膜接觸，盡管優(yōu)選的實施方案將是把進(jìn)料側(cè)的界面層降到最小的那一側(cè)。
致密的無孔層或者表層也可以是膜的不可分割的部分并且至少在名義上與承載結(jié)構(gòu)同時形成。但是，本發(fā)明不局限于與承載結(jié)構(gòu)同時形成致密的無孔層。本發(fā)明也可以通過將致密的無孔層成型為膜的一個組成部分(a.k.a.復(fù)合材料部件)來實施。致密的無孔層的形成可以與承載結(jié)構(gòu)的形成時間不同。在這種情況下，致密的無孔層隨后連接到承載結(jié)構(gòu)上。
承載結(jié)構(gòu)可以是多孔的或者無孔的。致密的無孔表層，或者承載結(jié)構(gòu)在性質(zhì)上可以具有聚合物特性。致密的無孔表層，或者承載結(jié)構(gòu)可以是無機或者有機聚合物。所述聚合物可以是線型聚合物，支化聚合物，交聯(lián)聚合物，環(huán)狀線型聚合物，梯形聚合物，環(huán)狀基質(zhì)聚合物，共聚物，三元共聚物，接枝聚合物，或者其共混物。
低揮發(fā)性液體可能會潤濕多孔承載結(jié)構(gòu)?；蛘撸梢詫Χ嗫壮休d結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理以使低揮發(fā)性液體不潤濕該結(jié)構(gòu)。但是，在實施本發(fā)明時并不要求這樣。當(dāng)多孔承載不被低揮發(fā)性液體潤濕時本發(fā)明仍然可以實施。此外，當(dāng)對多孔承載進(jìn)行處理以使其不被低揮發(fā)性液體潤濕時，本發(fā)明也可以實施。優(yōu)選，多孔承載結(jié)構(gòu)的性質(zhì)使得低揮發(fā)性液體不潤濕該結(jié)構(gòu)。
在膜只在一側(cè)上由致密的無孔層或者表層組成的情況下，致密的無孔層中存在缺陷將很可能導(dǎo)致產(chǎn)生以上討論的油的通道。如果油通過膜進(jìn)行液壓滲透，則它的蒸發(fā)速率將有可能比水低，或者根本不蒸發(fā)，因此會使膜發(fā)生淤塞并降低脫水速率。因此，優(yōu)選的實施方案應(yīng)當(dāng)是在多孔承載結(jié)構(gòu)一側(cè)或者兩側(cè)上均具有無缺陷的、致密的無孔分離層或者表層。具有無缺陷的、致密的、無孔分離層是很必要的，這樣會使油不能通過分離層中的缺陷發(fā)生液壓滲透。在多孔結(jié)構(gòu)的兩側(cè)均具有無缺陷的、致密的、無孔分離層的一個優(yōu)點是進(jìn)一步降低了油進(jìn)行液壓傳輸?shù)目赡苄浴?br> 在中空纖維的情況下，原料可以在纖維的孔中或者在纖維的外部與膜接觸。優(yōu)選的實施方案應(yīng)當(dāng)是液體注入到外部以提供較低的操作壓差的實施方案。
分離層或者表層可以由與原料化學(xué)相容的任意類型的聚合物組成，只要致密的無孔層不允許油大量地傳輸即可。如果分離層或者表層不與油發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，或者如果其物理性能，比如尺寸、強度、滲透性和選擇性不會受到與油接觸的影響，則認(rèn)為該分離層或者表層與油化學(xué)相容。致密的無孔層可以由以下所述聚合物組成，其包括但不局限于比如聚酰亞胺，聚砜，聚碳酸酯，聚酯，聚酰胺，聚脲，聚(醚-酰胺)，無定形特氟綸，聚有機硅烷，烷基纖維素和聚烯烴。
液體可以通過逆流、并流、錯流或者徑向錯流方式與膜接觸。流動可以使得其中一個，都不或者兩個物流都(即，原料與滲透物)很好地混合或者不混合。原料流優(yōu)選被很好地混合。
含低揮發(fā)性液體(例如油)和水的液流可以注入到容器中以與膜的無缺陷的致密的無孔層接觸。但是，本發(fā)明的操作不局限于將液體注入到容器中與致密的無孔層接觸。本發(fā)明還可以通過將液體注入到容器中以使其在沒有致密的無孔層或者表層的一側(cè)與膜接觸。
滲透側(cè)水的分壓可以通過使用真空或者使用低水蒸汽分壓吹掃氣，比如二氧化碳、氬氣、氫氣、氦氣、氮氣、甲烷或者優(yōu)選空氣來降低。滲透流，包括吹掃劑優(yōu)選呈逆流、錯流或者徑向錯流方式。滲透物的壓力可以等于或者低于原料的壓力。
或者，滲透物的壓力可以大于原料的壓力。滲透物壓力大于原料壓力的一個實例是通過吹掃氣除去滲透物的情況，所述吹掃氣可以由脫水的壓縮空氣或者氮氣組成，這樣滲透側(cè)的壓力就大于容器進(jìn)料側(cè)的壓力。通常在這種情況下，從原料中移出的高揮發(fā)性液體的活性在局部范圍內(nèi)進(jìn)料側(cè)大于滲透側(cè)。
使用膜基油脫水時，優(yōu)選將來料物流過濾。過濾可以用于除去顆粒狀物質(zhì)或者物流中夾帶的大量水。本領(lǐng)域已知的用于過濾流體的任何方法均是適合的。這可以防止分離層被該物流中夾帶的顆粒物質(zhì)損壞。
在優(yōu)選實施方案中，膜由在多孔承載結(jié)構(gòu)的一側(cè)或兩側(cè)上具有致密的、無缺陷的、無孔分離層的中空纖維組成。在優(yōu)選實施方案中，進(jìn)料側(cè)界面層被減到最少。另外，在優(yōu)選實施方案中，穿過進(jìn)料側(cè)的壓差被減到最少?？梢酝ㄟ^真空或者吹掃劑從滲透側(cè)取出滲透出來的水。這種水將呈蒸汽或者氣態(tài)。吹掃劑可以是氣體或者液體。另外，吹掃劑對于水的活性可以比低揮發(fā)性液體的低。
這種設(shè)備可以用于其中使用真空凈化器及其他常規(guī)脫水器的情況。該方法或設(shè)備可以用來處理“腎形回路”系統(tǒng)中的油，其中油脫水器連接到屬于設(shè)備一部分的儲罐上。將油從工藝儲罐中取出，通過脫水器加工，然后返回到儲罐中。油脫水器可以在主系統(tǒng)處于操作或者靜止?fàn)顟B(tài)的同時連續(xù)或者間歇操作。該設(shè)備還可以“脫機”操作來處理儲罐中的流體。該儲罐不連接到操作設(shè)備的任何部件上并且用作調(diào)節(jié)流體的容器。
除了常規(guī)的應(yīng)用之外，該設(shè)備可以“在線”使用。因為進(jìn)料與滲透室被致密的無孔隔層分離開來，所以可以對設(shè)備進(jìn)行操作以使得原料與滲透物處于不同的壓力下。因此，該設(shè)備可以如下的方式操作，即使油處于在其中使用這種油的系統(tǒng)壓力下。因此，這就開創(chuàng)了在線使用這種設(shè)備和方法的可能性，這種在線使用是本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。它減少并且甚至可以消除對于常規(guī)的脫機或者腎形回路系統(tǒng)的需要。由于本發(fā)明能夠在線并且在系統(tǒng)壓力下使用，所以本發(fā)明的設(shè)備可以更緊湊，重量更輕，并且實際上可用在所有的液壓或者潤滑裝置上。因為不需要另外的動力、泵和控制件，所以它還可以用于固定式或者移動式設(shè)備中。
現(xiàn)在參考附圖，其中相似的數(shù)字表示相同的元件，圖1是半透膜18的平片型實施方案。膜18包括無孔的、無缺陷的分離層或者表層22和承載結(jié)構(gòu)24。分離層或者表層22可以存在于承載結(jié)構(gòu)24的一側(cè)或者兩側(cè)。
關(guān)于圖13-14，表明了半透膜18的一個改進(jìn)方案，其中分離層或者表層22通過膜領(lǐng)域已知的方法與承載結(jié)構(gòu)24整體成型。如前所述，分離層或者表層22可以存在于承載結(jié)構(gòu)24的一側(cè)或者兩側(cè)。
在圖2中，兩個平片形半透膜18被諸多進(jìn)料通道隔離層34分離。隔離層34可以由本領(lǐng)域熟知的各種材料，包括密封劑制成或者形成。每一個膜18都具有表層22和承載結(jié)構(gòu)24。用來防止原料與滲透物流混合的滲透物收集隔離層25插入到膜18和隔離層34之間。膜18被進(jìn)料通道隔離層34分離開來。
在圖3中描述的是半透膜20的中空纖維實施方案。在這一實施方案中，中空纖維膜20包括分離層22和承載結(jié)構(gòu)24。所述分離層可以在纖維的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)或者在其兩側(cè)。
關(guān)于圖15-16，表明了中空纖維膜20的一個改進(jìn)方案，其中分離層或者表層22通過膜領(lǐng)域已知的方法與承載結(jié)構(gòu)24整體成型。如前所述，分離層或者表層22可以存在于承載結(jié)構(gòu)24的一側(cè)或者兩側(cè)。
圖4A示出的是織成墊30的多個中空纖維半透膜20。根據(jù)紡織或者成網(wǎng)工藝，中空纖維膜20通常將形成墊狀織物30的緯部。諸多填充物28用來將中空纖維膜20紡織成墊。填充物28以傳統(tǒng)的紡織墊或者網(wǎng)的方式使用。
沿著圖4A中的剖面線B-B的橫斷面圖示于圖4B中。圖4B中使用的引用號與先前的標(biāo)識表示相同的元件。只要不損壞纖維，任何的紡織類型方法均可以用來形成中空纖維墊。
在圖4C中，墊30被螺旋形卷繞。通常，進(jìn)料通道隔離層34，比如密封劑35，將貼近于墊30的末端施加，并且將填充中空纖維20之間的空隙，如以下將進(jìn)一步討論的那樣。
在圖4D中，兩個中空纖維半透膜20被成螺旋形卷繞形成“繩”32。
在圖5中，使用已知的螺旋卷繞結(jié)構(gòu)和方法將平片形半透膜18螺旋卷繞，這樣在螺旋形卷繞模型中就提供了進(jìn)料室和滲透室。在對膜18進(jìn)行螺旋卷繞之前，將進(jìn)料通道隔離層34置于分離層22上。可以同時螺旋卷繞一個以上的平片形半透膜20。通常，多個平片形半透膜18將彼此水平布置。膜18可以被隔離層34分離或者可以不被分離。然后，將水平布置的多個平片膜20的組合件繞核心60(如果使用的話)螺旋卷繞。通常，螺旋應(yīng)當(dāng)緊緊卷繞，并且進(jìn)料通道隔離層34將接觸滲透收集隔離層25。
在圖6中，描述了具有真空滲透模式的本發(fā)明。含水原料40被引入到膜分離器容器42的進(jìn)料側(cè)，從而使油與膜18有效接觸，在開始與膜20接觸之前，原料40可以任選加熱。脫水后的低揮發(fā)性液體以排出物44的形式從容器42中移出。滲透物46通過真空泵48取出。任選，原料40可以平行或者垂直于膜20流動，滲透物46也可以平行或者垂直于膜20或者其任意的組合方式流動。任選，容器42可以被加熱。
顯然，容器42的大小應(yīng)該適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)計以與希望的原料40的流速、希望的操作壓差和待除去的水的量相匹配。舉例說明的滲透物46呈錯流形式，但是，原料40和滲透物46也可以彼此呈逆流、并流或者徑向錯流方式流動。
在圖7和8中舉例說明了吹掃氣模式，其中在膜20的滲透側(cè)上存在一個用于吹掃流50的進(jìn)口。原料流可以如圖8所示通過過濾器52過濾。
在圖9，10，11和12中，中空纖維20孔側(cè)的流體通過密封劑34與殼側(cè)中的流體分離開來。在圖11中，油通過穿孔核心60排出。穿孔核心60是常規(guī)的穿孔核心，其具有一個外殼62，外殼上有穿孔的部分64和出口68。穿孔的部分包括諸多開孔66。出口68與容器42的排出物44相連接。開孔可以具有任何適合的尺寸或者結(jié)構(gòu)。低揮發(fā)性液體流過外殼62和穿孔部分64。低揮發(fā)性液體通過開孔66進(jìn)入到外殼62中。低揮發(fā)性液體通過出口68排出穿孔核心60。
除了潤滑油之外，該設(shè)備和方法還可以用于使其他的流體脫水，比如植物或食品級油，硅氧烷，或者其他的低揮發(fā)性流體。
已經(jīng)用于上文說明書的術(shù)語和措辭作為說明性術(shù)語使用，并且不起限定作用，在使用這種術(shù)語和措辭時，并不想排除所示出或描述的特征的等價物或者等價物的一部分。要承認(rèn)，本發(fā)明的范圍只由以下的權(quán)利要求給以定義和限制。
權(quán)利要求
1.一種使油脫水的方法，包括以下步驟a)使無缺陷的、致密的無孔膜的一側(cè)與含游離的、乳化的或者溶解的水和油的液流接觸，其中所述膜將分離室分為液流注入的進(jìn)料側(cè)和從其中取出水的滲透側(cè)；其中1)無缺陷的、致密的無孔膜是中空纖維的復(fù)合材料部件，其中無缺陷的、致密的、無孔分離層負(fù)載在多孔載體上；和2)分離層和多孔載體在性質(zhì)上是聚合物性質(zhì)的；b)保持對于水的分壓差以使得水有選擇地通過“溶液擴散”從進(jìn)料側(cè)滲透過聚合物分離層，以蒸汽的形式滲透到滲透側(cè)；c)用吹掃氣流或者真空從滲透側(cè)除去已經(jīng)滲透出來的水蒸汽；d)防止油以液相形式滲透到滲透側(cè)；和e)從膜的進(jìn)料側(cè)除去脫水后的油。
2.一種使低揮發(fā)性液體脫水的方法，包括以下步驟a)使無缺陷的、無孔的半透膜的一側(cè)與至少含有水和低揮發(fā)性液體的液流接觸，其中所述膜將分離室分為液流注入的進(jìn)料側(cè)和從其中取出水的滲透側(cè)，其中1)無缺陷的、致密的無孔膜是中空纖維的復(fù)合材料部件，其中無缺陷的、致密的、無孔分離層負(fù)載在多孔載體上；和2)分離層和多孔載體在性質(zhì)上是聚合物性質(zhì)的；b)保持對于水的分壓差以使得水通過所述膜從進(jìn)料側(cè)滲透到滲透側(cè)，而低揮發(fā)性液體則不能通過液壓傳輸方式滲透到滲透側(cè)；c)從滲透側(cè)除去已經(jīng)滲透出來的水；和d)從膜的進(jìn)料側(cè)除去脫水后的液體。
3.一種使油脫水的方法，包括以下步驟a)使無缺陷的、半滲透的無孔膜的一側(cè)與至少含有水和油的液流接觸；b)其中水以游離的、乳化的或者溶解的形式存在于油中；c)其中所述膜將分離室分成液流注入的進(jìn)料側(cè)和從其中取出水的滲透側(cè)；d)保持對于水的分壓差以使得水通過所述膜從進(jìn)料側(cè)滲透到滲透側(cè)，而油則不能通過液壓傳輸方式滲透到滲透側(cè)；e)從滲透側(cè)除去已經(jīng)滲透出來的水；和f)從膜的進(jìn)料側(cè)除去脫水后的油。
4.權(quán)利要求2中定義的方法，其中低揮發(fā)性液體是油。
5.權(quán)利要求2中定義的方法，其中低揮發(fā)性液體定義為其標(biāo)準(zhǔn)沸點大于水的標(biāo)準(zhǔn)沸點的液體。
6.權(quán)利要求2中定義的方法，其中水以溶解的、分散的或者乳化的的形式或者以游離相存在于低揮發(fā)性液體中。
7.權(quán)利要求2中定義的方法，其中無缺陷的、無孔的半透膜由致密的、無孔的自載層組成。
8.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的、無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成。
9.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的、無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成。
10.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括作為中空纖維不可分割的一部分的致密的無孔層，所述致密的無孔層與中空纖維中的承載結(jié)構(gòu)同時形成。
11.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括作為平片材不可分割的一部分的致密的無孔層，所述致密的無孔層與平片材中的承載結(jié)構(gòu)名義上同時形成。
12.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括作為復(fù)合材料部件不可分割的一部分的致密的無孔層，所述致密的無孔層與中空纖維中的承載結(jié)構(gòu)在不同的時間形成。
13.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括作為平片材不可分割的一部分的致密的無孔層，所述致密的無孔層與平片材中的承載結(jié)構(gòu)在不同的時間形成。
14.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括中空纖維形式的承載結(jié)構(gòu)，所述中空纖維在孔或外表面上具有致密的無孔層。
15.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括平片材形式的承載結(jié)構(gòu)，所述平片材的一側(cè)上具有致密的無孔層。
16.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括中空纖維形式的承載結(jié)構(gòu)，所述中空纖維在孔和外表面上同時具有致密的無孔層。
17.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括平片材形式的承載結(jié)構(gòu)，所述平片材的兩側(cè)上同時具有致密的無孔層。
18.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，并且低揮發(fā)性液體進(jìn)料到具有致密的無孔層的一側(cè)。
19.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成，并且油進(jìn)料到?jīng)]有致密的無孔層的一側(cè)。
20.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，其中油進(jìn)料到纖維的外側(cè)。
21.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，其中油進(jìn)料到纖維的內(nèi)側(cè)。
22.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，其中所述纖維成螺旋形卷繞。
23.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成，其中所述平片材成螺旋形卷繞。
24.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成，其中隔離層分離平片材。
25.權(quán)利要求2中定義的方法，其中液流被很好地混合。
26.權(quán)利要求2中定義的方法，其中液流沒有很好地混合。
27.權(quán)利要求2中定義的方法，其中該方法在線地處于另一個系統(tǒng)中，在所述另一個系統(tǒng)中，低揮發(fā)性液體總流量的至少一部分在所述方法進(jìn)行期間不斷地進(jìn)料。
28.權(quán)利要求2中定義的方法，其中該方法在另一個系統(tǒng)中以“腎形回路”方式操作，在所述另一個系統(tǒng)中，低揮發(fā)性液體總流量的一部分在所述方法進(jìn)行期間不斷地進(jìn)料。
29.權(quán)利要求2中定義的方法，其中該方法在另一個系統(tǒng)中以脫機方式操作，且其中，在所述方法進(jìn)行期間低揮發(fā)性液體從存儲設(shè)備中進(jìn)料。
30.權(quán)利要求2中定義的方法，其中原料流動方向與半透膜表面平行。
31.權(quán)利要求2中定義的方法，其中原料流動方向與半透膜表面垂直。
32.權(quán)利要求30中定義的方法，其中滲透側(cè)的流動與半透膜的表面平行。
33.權(quán)利要求30中定義的方法，其中滲透側(cè)的流動與半透膜的表面垂直。
34.權(quán)利要求31中定義的方法，其中滲透側(cè)的流動與半透膜的表面平行。
35.權(quán)利要求31中定義的方法，其中滲透側(cè)的流動與半透膜的表面垂直。
36.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，且原料以平行于中空纖維的方向流動。
37.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由至少一個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，且在滲透側(cè)的流動平行于中空纖維。
38.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由至少一個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，且在滲透側(cè)的流動垂直于中空纖維。
39.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由至少一個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，且原料以垂直于中空纖維的方向流動。
40.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由至少一個處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成，且原料以平行于平片材的方向流動。
41.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由至少一個處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成，且在滲透側(cè)的流動平行于平片材。
42.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由至少一個處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成，且在滲透側(cè)的流動垂直于平片材。
43.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜由至少一個處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成，且原料以垂直于平片材的方向流動。
44.權(quán)利要求2中定義的方法，其中進(jìn)料側(cè)與滲透側(cè)的流動呈逆流方式。
45.權(quán)利要求2中定義的方法，其中進(jìn)料側(cè)與滲透側(cè)的流動呈并流方式。
46.權(quán)利要求2中定義的方法，其中進(jìn)料側(cè)與滲透側(cè)的流動呈錯流方式。
47.權(quán)利要求2中定義的方法，其中進(jìn)料側(cè)與滲透側(cè)的流動呈徑向錯流方式。
48.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括多孔承載結(jié)構(gòu)，且多孔承載結(jié)構(gòu)被低揮發(fā)性液體潤濕。
49.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括多孔承載結(jié)構(gòu)，且對多孔承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理以使其被低揮發(fā)性液體潤濕。
50.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括多孔承載結(jié)構(gòu)，且多孔承載結(jié)構(gòu)不被低揮發(fā)性液體潤濕。
51.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括多孔承載結(jié)構(gòu)，且對多孔承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理以使其不被低揮發(fā)性液體潤濕。
52.權(quán)利要求2中定義的方法，其中滲透側(cè)的壓力大于進(jìn)料側(cè)的壓力。
53.權(quán)利要求2中定義的方法，其中滲透側(cè)的壓力與進(jìn)料側(cè)的壓力相等或比其低。
54.權(quán)利要求2中定義的方法，其中有吹掃氣體或液體通過滲透側(cè)。
55.權(quán)利要求2中定義的方法，其中有吹掃氣體通過滲透側(cè)，且所述吹掃氣選自氬氣，甲烷，氮氣，空氣，二氧化碳，氦氣，氫氣或者其任何的混合物。
56.權(quán)利要求2中定義的方法，其中有吹掃氣通過滲透側(cè)，且所述吹掃氣對于水的活性比低揮發(fā)性液體的活性低。
57.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括致密的無孔層，所述無孔層在性質(zhì)上是聚合物性質(zhì)的。
58.權(quán)利要求3中定義的方法，其中無缺陷的無孔的半透膜包括致密的多孔載體，且所述致密的多孔載體在性質(zhì)上是聚合物性質(zhì)的。
59.權(quán)利要求2中定義的方法，其中多孔載體是陶瓷。
60.權(quán)利要求2中定義的方法，其中多孔載體是玻璃。
61.權(quán)利要求2中定義的方法，其中多孔載體是無機聚合物。
62.權(quán)利要求2中定義的方法，其中低揮發(fā)性液體在與半透膜接觸之前被過濾。
63.權(quán)利要求2中定義的方法，其中半透膜由諸多中空纖維組成，且中空纖維紡織成墊狀。
64.權(quán)利要求2中定義的方法，其中液流在與膜接觸之前被加熱。
65.權(quán)利要求3中定義的方法，其中均勻結(jié)構(gòu)的半透膜由具有整體成型表層的致密的無孔自載層組成。
66.權(quán)利要求2中定義的方法，其中所述無孔的半透膜在承載結(jié)構(gòu)的至少一側(cè)上具有整體成型的表層。
67.一種用于使油脫水的設(shè)備，包括a)裝流體的容器；b)插入到所述容器中將所述容器的內(nèi)部分成至少一個進(jìn)料室與一個滲透室的無缺陷的無孔的半透膜；c)至少一個用于進(jìn)料側(cè)室的進(jìn)口孔；d)至少一個用于進(jìn)料側(cè)室的出口孔；和e)至少一個用于滲透室的出口孔；
68.根據(jù)權(quán)利要求67中定義的設(shè)備，其中裝流體的容器被加熱。
69.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，還包括用于負(fù)載所述無孔的半透膜的多孔載體。
70.根據(jù)權(quán)利要求69的設(shè)備，其中所述無孔的半透膜在多孔載體的至少一側(cè)上具有整體成型的表層。
71.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中所述無孔的半透膜在性質(zhì)上是聚合物性質(zhì)的。
72.根據(jù)權(quán)利要求69的設(shè)備，其中所述多孔載體在性質(zhì)上是聚合物性質(zhì)的。
73.根據(jù)權(quán)利要求69的設(shè)備，其中所述多孔載體是陶瓷。
74.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，還包括用于滲透室的吹掃氣進(jìn)口。
75.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜由致密的無孔自載層組成。
76.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成。
77.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成。
78.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜包括作為中空纖維不可分割的一部分的致密的無孔層，所述致密的無孔層與中空纖維中的承載結(jié)構(gòu)同時形成。
79.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜包括作為平片材不可分割的一部分的致密的無孔層，所述致密的無孔層與平片材中的承載結(jié)構(gòu)名義上同時形成。
80.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜包括作為中空纖維復(fù)合材料部件的致密的無孔層，所述致密的無孔層與中空纖維中的承載結(jié)構(gòu)在不同的時間形成。
81.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜包括作為平片材復(fù)合材料部件的致密的無孔層，所述致密的無孔層與平片材中的承載結(jié)構(gòu)在不同的時間形成。
82.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜包括中空纖維形式的承載結(jié)構(gòu)，所述中空纖維在孔和外表面上具有致密的無孔層。
83.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜包括平片材形式的承載結(jié)構(gòu)，所述平片材的至少一側(cè)上具有致密的無孔層。
84.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜由處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，并且低揮發(fā)性液體進(jìn)料到具有致密的無孔層的一側(cè)或沒有致密的無孔層的一側(cè)。
85.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，其中油進(jìn)料到纖維的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。
86.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的中空纖維上的致密的無孔層組成，其中所述纖維成螺旋形卷繞。
87.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成，其中所述平片材成螺旋形卷繞。
88.根據(jù)權(quán)利要求67的設(shè)備，其中無缺陷的無孔的半透膜由一個或多個處于多孔的或者無孔的平片材上的致密的無孔層組成，其中隔離層將平片材分離開。
全文摘要
描述了一種從低揮發(fā)性液體，比如油中除去游離的、乳化的或者溶解的水的方法和設(shè)備。所述低揮發(fā)性液體是通過使有關(guān)液流與半透膜的一側(cè)接觸而脫除的。所述膜把分離室分為液流注入的進(jìn)料側(cè)和從其中取出水的滲透側(cè)。所述室的滲透側(cè)通過真空的存在或者通過使用吹掃氣而保持在低的水分壓下。
文檔編號B01D71/00GK1558941SQ01823742
公開日2004年12月29日 申請日期2001年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月27日
發(fā)明者M·R·斯皮爾曼, J·H·布爾班, M·通迪爾, M·齊亞, M R 斯皮爾曼, 布爾班, 隙 申請人:多孔媒介公司