專(zhuān)利名稱(chēng):可變體積過(guò)濾器或濃縮器的制作方法
本發(fā)明涉及裝有多孔空心纖維束的可變體積過(guò)濾器或濃縮器。
為了方便起見(jiàn)，本發(fā)明就使用空心纖維從懸浮液中回收微細(xì)固體來(lái)進(jìn)行描述。但應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明并不僅限于此，因?yàn)楸景l(fā)明亦可容易地應(yīng)用于交叉流動(dòng)過(guò)濾器以及其它使用多孔空心纖維束的裝置。
濃縮懸浮液中微細(xì)固體的問(wèn)題與使懸浮液恢復(fù)為清液的問(wèn)題是相互補(bǔ)充的。
清液生產(chǎn)者通常將所有可見(jiàn)的痕量固體看做是廢物。采用的方法常包括加入絮凝劑和助濾劑，這會(huì)污染固體。固體的含量有變低的傾向，這就促使采用一些方法從連續(xù)加料的懸浮料液罐中轉(zhuǎn)移走清液，罐中固體含量增加，直到呈現(xiàn)一些有害的影響后，需要將懸浮料液罐中物料排卸到其他一些設(shè)備中去。恒定地累積固體會(huì)穩(wěn)定地減慢生產(chǎn)，而采用一些連續(xù)排放濃縮固體的設(shè)備，則可使生產(chǎn)率提高。
相反，微細(xì)粉狀固體生產(chǎn)者常是食品、開(kāi)采或制造工業(yè)，他們希望得到固體，而液體最好是循環(huán)使用。還有，固體在粒度和純度方面有一定技術(shù)要求，常需進(jìn)一步加工并大都需要得到高固體含量的濃縮物。當(dāng)然，助濾劑將會(huì)污染產(chǎn)品。
R.Bertera，H.Steven和M.Metcalfe在1984年6月的The Chemical Engineer第10-14頁(yè)對(duì)在交叉流動(dòng)微孔過(guò)濾方面的這類(lèi)需要，做了最新的詳細(xì)討論。
正如上述引文圖8所示，如果在恒定濃度交叉流動(dòng)(橫向過(guò)濾)模式下，處理含微細(xì)無(wú)機(jī)物填料的料液，用穿過(guò)濾膜的清液去反洗，即使是最新的1984年商品恩卡-曼布蘭納有限公司(Enka Membrana A.G.)的過(guò)濾器組件、也會(huì)迅速堵塞并使清液通量不斷下降。
不用助濾劑也能經(jīng)濟(jì)地克服固體嚴(yán)重堵塞是最迫切的問(wèn)題。這類(lèi)堵塞問(wèn)題早已眾所周知，而且工藝上記載了一些用氣體代替清液去反洗，以避免清液反流到懸浮料液中去的嘗試。因此，日本未審定的專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)53(1978)-108882指明“由于本發(fā)明中不用濾液反向來(lái)清洗濾膜，先有技術(shù)方法的嚴(yán)重缺點(diǎn)(即濾液實(shí)質(zhì)上返回原始料液)得以克服，對(duì)工業(yè)明顯有利?！睔怏w穿過(guò)濾膜反向沖洗，對(duì)極微孔的過(guò)濾器，象反滲透膜和超濾器是不適用的，因?yàn)榭朔砻鎻埩λ鑹毫Γh(yuǎn)超過(guò)做這種用途的常用的空心纖維膜的強(qiáng)度;可潤(rùn)濕液體可以通過(guò)這種膜，但氣體不行。穿過(guò)這類(lèi)膜的每個(gè)氣泡都表明在膜上存在有針孔狀缺陷。因此，這項(xiàng)發(fā)明不適用于反滲透膜或真正的超濾器。
這項(xiàng)發(fā)明與微孔過(guò)濾器有關(guān)，該過(guò)濾器具有比超濾器大一些的孔，其范圍為0.001至10微米。通常，較大的孔的分布應(yīng)能使清液不具有任何可見(jiàn)的濁度。濁度不只涉及到顆粒物的大小，它由熟知的光學(xué)定律引出并服從該定律。
起初微孔過(guò)濾器迅速堵塞，是由于它們處理的顆粒物不是靠布朗運(yùn)動(dòng)或擴(kuò)散而呈懸浮態(tài)，而是這些顆粒物以堵篩孔的方式填到與其粒度大小相似的孔中。
解決這一問(wèn)題的一種先有技術(shù)，是讓親水的微孔過(guò)濾器在交叉流動(dòng)模式下工作，用清液穿過(guò)濾膜來(lái)反洗。高的交叉流動(dòng)速度要求懸浮料液處在與較大的纖維外表面相比為較小的腔內(nèi)過(guò)濾表面一邊。這樣，反洗壓力就必須加以限制，以避免壓垮纖維。較小的過(guò)濾面積降低了產(chǎn)量，故通常不用這種手段來(lái)解決堵塞問(wèn)題。
在日本公開(kāi)專(zhuān)利53(1978)-108882中披露了另一個(gè)先有技術(shù)，其中的方法是一種親水的“聚乙烯醇(PVA)”纖維做成一種具有象一束散開(kāi)的“臘燭”那種形狀的空心纖維束，以使得在用空氣進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間(一分鐘)的內(nèi)腔反洗時(shí)使纖維束扭動(dòng)。在這份日本說(shuō)明書(shū)中敘述的這類(lèi)“臘燭”狀過(guò)濾器更象一端封閉的過(guò)濾器，而不太象交叉流動(dòng)套管型及管型過(guò)濾器，這些過(guò)濾器在其一端封閉，呈拉長(zhǎng)的空心罐形狀。
我們的共同未決國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)PCT/AU86/00049“懸浮液中固體的濃縮”和PCT/AU86/00080“冷卻空心纖維交叉流動(dòng)過(guò)濾器”公開(kāi)了以最短的時(shí)間從懸浮液中濃縮和分離出固體的改進(jìn)方法。
更廣義地講，這兩件說(shuō)明書(shū)都涉及懸浮液中固體的濃縮方法，其步驟包括(1)將懸浮液加到殼體或套管的彈性微孔空心纖維的外表面上，使得(a)部分懸浮液通過(guò)纖維壁，從纖維腔中成為清液流出，(b)至少一部份固體截留在纖維上或纖維內(nèi)，或截留在殼體內(nèi)，而未被截留固體連同殘留液體一起從殼體中除去，(Ⅱ)從殼體中排出截留的固體，通過(guò)纖維腔施加(a)加壓液體，使其通過(guò)基本上所有的孔，從而把基本上所有的孔都撐大，以洗出截留固體，接著，(b)壓縮氣體，使其通過(guò)較大的孔來(lái)?yè)未筮@些孔，以除去這些孔內(nèi)截留固體，并吹洗纖維的外壁和殼體內(nèi)部，將任何固體從殼體內(nèi)除去，轉(zhuǎn)移到外部收集點(diǎn)。
但是，上述發(fā)明可從包圍多孔空心過(guò)濾纖維束的殼體體積出發(fā)來(lái)加以改進(jìn)。
在一般的交叉流動(dòng)操作過(guò)程中，需要清除死角和沿纖維的整個(gè)長(zhǎng)度上通過(guò)均勻且快速的懸浮液流，這就需要相當(dāng)緊密的殼體來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
可是，殼體直徑不應(yīng)當(dāng)保持不變。隨著過(guò)濾以普通濃縮循環(huán)模式的進(jìn)行(其中，清液和濃縮固體均應(yīng)盡可能快地排出)，原料懸浮液中的固體含量會(huì)過(guò)分增加。因此，需要將殼體擴(kuò)大以使沿纖維長(zhǎng)度上的壓力降保持恒定。而在開(kāi)始添加每一批新物料之前，又需要讓殼體直徑收縮。相反，在進(jìn)行每次滲透液/氣體聯(lián)合排出固體時(shí)，又需要將殼體擴(kuò)大，以促進(jìn)固體的排出并對(duì)纖維之間進(jìn)行清洗。
用彈性或熱收縮性襯里材料對(duì)殼體加襯，已在法國(guó)專(zhuān)利2，267，138號(hào)中公開(kāi)。但是，這種襯里的目的，是促使在多孔空心纖維束外構(gòu)成緊密的套筒。這只有在原料不變的情況下，才能于殼內(nèi)消除死角，并保證均勻的液流和壓力降。其中沒(méi)有提及排出固體，甚至也沒(méi)有提及反洗的措施。到那時(shí)為止，對(duì)先有技術(shù)的綜合性述評(píng)，也載于同一篇法國(guó)專(zhuān)利之中。
況且，先有技術(shù)未能認(rèn)識(shí)到彈性套筒的價(jià)值，所說(shuō)套筒的彈性可調(diào)或者通過(guò)拉伸或通過(guò)反壓使其可調(diào)，從而使脈沖的原料流可在纖維之間以及纖維和彈性套筒之間造成受控的摩擦，同時(shí)又不會(huì)擾亂纖維。這種受控摩擦從另一角度控制了任何濾餅的厚度，從而可減少以前作為單一控制手段而采用的高原料循環(huán)量。
因此，法國(guó)專(zhuān)利2，267，138號(hào)未能指出在交叉流動(dòng)過(guò)濾過(guò)程中，對(duì)操作中直徑可變而且常常是每分鐘都必須能膨脹，以排出固體的殼體的迫切需要。
根據(jù)本發(fā)明，提供了處理懸浮液的設(shè)備，其中包括殼體，殼體內(nèi)的多根彈性微孔空心纖維，將加壓懸浮料液送入殼體的裝置，從殼體內(nèi)排出清液的裝置，反向通入加壓清液然后反向通入加壓氣體以排出截留于纖維上或纖維內(nèi)或截留于殼體內(nèi)的固體的裝置，排出濃縮懸浮液的裝置，以及殼體內(nèi)可變體積伸縮膜。
優(yōu)選的作法是，使用壓縮氣體來(lái)反洗整個(gè)纖維的全部長(zhǎng)度，從而讓壓力低于纖維壁飽和壓力點(diǎn)的氣體置換纖維內(nèi)腔中的任何液體。然后用相對(duì)不可壓縮的料液密封殼體，當(dāng)被捕集的氣體的壓力高于飽和壓力點(diǎn)時(shí)，氣體也不能流過(guò)纖維壁。然后解除液體密封，讓被捕集的氣體既使在離纖維內(nèi)腔入口端最遠(yuǎn)處，亦可基本上均勻地從纖維壁逸出，從而使隨后對(duì)氣體入口附近孔的優(yōu)先清洗量最小。
在本發(fā)明的一個(gè)較好方式中，濃縮器還包括用壓縮氣體置換纖維內(nèi)腔中液體后，將相對(duì)不可壓縮的懸浮料液密封在殼體內(nèi)的裝置，因此，氣體就可以在壓力高于纖維壁的飽和壓力點(diǎn)時(shí)被捕集于纖維內(nèi)腔之中;還包括可讓氣體突然釋放并基本上均勻地通過(guò)纖維壁的裝置。
膜的直徑可根據(jù)預(yù)定方案或者為使殼體內(nèi)的壓力降可控制而作相應(yīng)變化。壓力降基本上與原料粘度無(wú)關(guān)。也可加大直徑來(lái)促使空心纖維上或其之間積聚起來(lái)的固體周期性地排出。
本發(fā)明還提供一種方法，其中包括(a)首先使用壓力低于纖維壁飽和壓力點(diǎn)的氣體以置換纖維內(nèi)腔中的任何液體;
(b)用液體密封殼體及纖維外表面;
(c)加壓使氣體壓力高于纖維壁的飽和壓力點(diǎn);
(d)釋放液體密封，使被捕集的氣體能基本上均勻地穿過(guò)纖維壁逸出。
為了使本發(fā)明更容易理解而且實(shí)施起來(lái)更有效，請(qǐng)參看附圖圖1是本發(fā)明一實(shí)施方案的空心纖維交叉流動(dòng)濃縮器的簡(jiǎn)化示意圖;
圖2是采用圖1所示濃縮器的空心纖維交叉流動(dòng)濃縮系統(tǒng)的示意圖。
圖1所示空心纖維濃縮器中包括殼體100，其中裝有多孔空心聚合物纖維束102。在本例中，每一根纖維均由聚丙烯制成，其平均孔徑為0.2微米，壁厚200微米，內(nèi)腔直徑200微米。纖維束102中有3000根空心纖維，但不論單根纖維尺寸，還是束內(nèi)纖維的數(shù)量，均可根據(jù)操作要求加以調(diào)整。
封頭103和104將纖維102的端部固定就位，但不堵塞其內(nèi)腔，同時(shí)封閉殼體100的兩端。待濃縮的懸浮料液經(jīng)入口105用泵送入殼體100，并從纖維102的外壁上流過(guò)。部分懸浮液穿過(guò)纖維壁流入其內(nèi)腔，并作為清液從封頭103和104形成的殼體出口排出。
剩余懸浮料液及部分濾出的固體在纖維102之間流過(guò)，并從殼體100的出口107中排出。剩余的濾出固體截留于纖維上或纖維內(nèi)或截留于殼體內(nèi)。
纖維束102置于可變形管狀膜108內(nèi)，膜的端部118牢牢固定于由封頭106定位的扎膜管109的上下兩端。
操作過(guò)程中，懸浮料液經(jīng)入口105于壓力P1下進(jìn)入殼體100，并在流經(jīng)纖維束之前先沖擊剛性扎膜管109。
纖維束由可變形管狀膜108定位，膜108的位置由P3壓力下經(jīng)膜壓控制入口110輸入的流體確定。升高壓力P3可迫使膜108緊貼于空心纖維束上，而降低此壓力最終則可使膜108完全貼在扎膜管109上。
可按需要選擇膜108的厚度或彈性或內(nèi)導(dǎo)環(huán)，以滿(mǎn)足任何沿纖維長(zhǎng)度的所需壓力降。圖1中示出了達(dá)到此目的簡(jiǎn)化方案-加裝彈性圈111，但這決不是必須的。
本發(fā)明的可變體積的管狀膜，可以多種操作方式應(yīng)用于圖2所示的交叉流動(dòng)空心纖維濃縮系統(tǒng)。首先將不涉及膜來(lái)對(duì)圖2的系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)于交叉流濃縮模式，泵38從原料懸浮液罐27中抽出懸浮料液，讓其先流經(jīng)泵吸管線(xiàn)39然后流經(jīng)入口壓力閥37，并將其經(jīng)原料懸浮液入口管線(xiàn)29(其中裝有控制原料懸浮液的電磁閥41)送入交叉流動(dòng)濃縮器20。
懸浮料液從交叉流動(dòng)濃縮器20內(nèi)的空心纖維表面上流過(guò)，部分液體穿過(guò)纖維進(jìn)入內(nèi)腔被送到清液出口管線(xiàn)21。管線(xiàn)21中的清液流經(jīng)由電磁線(xiàn)圈47a控制的清液滯留筒47，由電磁線(xiàn)圈22a控制的清液控制閥22以及流量傳感器32，最后到達(dá)清液集存點(diǎn)。單向閥51可防止清液流入管線(xiàn)23。
濃縮后的懸浮料液，從交叉流動(dòng)濃縮器20出來(lái)，流經(jīng)單向閥35和由電磁線(xiàn)圈控制的殼體密封閥55(如果安裝了的話(huà))，進(jìn)入管線(xiàn)28，然后送到三通濃縮液切換閥30，此閥由電磁線(xiàn)圈30a控制。閥30有出口通道(a)和(b)，分別通向懸浮料液罐27和濃縮物集存點(diǎn)。按濃縮模式操作時(shí)，閥30通向通道(a)，從而使?jié)饪s的懸浮料液經(jīng)反壓閥33進(jìn)入貯罐27。
旁通管線(xiàn)40上的旁通閥34與入口壓力閥37一起控制流經(jīng)交叉流動(dòng)濃縮器20的流速。懸浮料液罐上接有懸浮料液入口53，沖洗液入口52，電熱絲54以及出口48。
懸浮液入口壓力，濃縮懸浮液出口壓力以及清液壓力分別由所說(shuō)的閥37，33和22加以控制或設(shè)定。進(jìn)行濃縮模式時(shí)，將氣流控制閥26關(guān)閉，閥55打開(kāi)且讓閥30通向通道(a)。
從閥22出來(lái)的液體由流量傳感器32監(jiān)控，并將測(cè)得的參數(shù)輸入程控裝置31?？刂破?1將清液的實(shí)際速與預(yù)定流速和時(shí)間進(jìn)行比較，以在適當(dāng)時(shí)啟動(dòng)固體排出循環(huán)系統(tǒng)。
在這種情形下，用以確定從濃縮器20中排出固體的適宜時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)。第一個(gè)是清液排出時(shí)流速，一旦此流速降低到預(yù)定的值，控制器31就會(huì)啟動(dòng)排出系統(tǒng)。第二個(gè)是時(shí)間，控制器以一定的時(shí)間間隔啟動(dòng)排出循環(huán)系統(tǒng)。對(duì)清液流速下降不是很快的懸浮料液來(lái)說(shuō)，采用第二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)更為合適。
在進(jìn)行排出固體的模式時(shí)，將基本上干燥的氣體引入操作系統(tǒng)，氣體從管線(xiàn)23導(dǎo)入后途徑氣體壓力控制閥24，氣體流量控制閥25以及停氣閥26，此閥由電磁線(xiàn)圈26a控制。為了實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)(從而達(dá)到冷卻)，就操作溫度下的液體蒸氣來(lái)說(shuō)，氣體必須達(dá)到飽和。
連接在內(nèi)腔空氣出口61和清液出口管線(xiàn)62之間的內(nèi)腔冷卻排出管線(xiàn)60中，裝有由電磁線(xiàn)圈43a控制的內(nèi)腔冷卻截止閥43、內(nèi)腔冷卻單向閥46。連接于原料入口管線(xiàn)29和殼體冷卻分流閥42(裝于管線(xiàn)23上)之間的殼體冷卻管線(xiàn)63，其中裝有殼體冷卻單向閥45。殼體冷卻分流閥42，由電磁線(xiàn)圈42a控制，其中開(kāi)有入口通道(a)和(b)，這兩通道的作用將在下面進(jìn)行說(shuō)明。
為了進(jìn)行排出操作，程控裝置31將濃縮系統(tǒng)轉(zhuǎn)向固體排出系統(tǒng)，其中依次啟動(dòng)電磁線(xiàn)圈22a，26a，43a和30a，并進(jìn)而依次關(guān)閉閥22，打開(kāi)閥26，關(guān)閉閥43且將三通濃縮液切換閥30的出口通道轉(zhuǎn)向通道(b)，從而使隨后能夠可變體積的滯留清液，氣體排出介質(zhì)以及從纖維上除去的固體物料，從操作系統(tǒng)中排出。
如果由傳感器44測(cè)得的溫度高于預(yù)定值，而且其它條件又要求進(jìn)行逆流清洗循環(huán)操作，那么程控裝置就會(huì)讓氣體在內(nèi)腔中流通，用以在逆流清洗之前快速蒸發(fā)冷卻空心纖維，其方法是啟動(dòng)電磁線(xiàn)圈22a，43a，41a和26a以使在預(yù)定的一段時(shí)間內(nèi)，閥22關(guān)閉，閥43打開(kāi)，閥41關(guān)閉，閥26打開(kāi)，這一段時(shí)間稱(chēng)為內(nèi)腔冷卻時(shí)間。內(nèi)腔冷卻氣體流經(jīng)管線(xiàn)21而又不會(huì)擾亂滯留筒47中的清液，然后經(jīng)閥43排入清液流通管線(xiàn)。內(nèi)腔冷卻時(shí)間足以將纖維溫度降低到安全值范圍內(nèi)。
盡管用氣體可將非揮發(fā)性液體飽和了的纖維冷卻，其中氣體帶走的熱量等于氣體質(zhì)量，氣體比熱以及溫差的乘積，但是這種冷卻過(guò)程很慢，而將本發(fā)明用于基本上可揮發(fā)且具有蒸發(fā)潛熱的液體時(shí)，是非常有效的。理想的液體是水，因?yàn)槠湔舭l(fā)潛熱大。5至20秒的時(shí)間就足以將水冷卻，這樣基本上不浪費(fèi)生產(chǎn)時(shí)間，與較高溫度下操作相比較，每天可節(jié)約(或利用)數(shù)小時(shí)，從而有可能讓系統(tǒng)得到更好的清洗。而且?guī)缀鯖](méi)有額外的開(kāi)支，因?yàn)榇蠖鄶?shù)昂貴的設(shè)施已經(jīng)為其它目的而設(shè)置。
排出固體的操作由程控裝置31啟動(dòng)，控制器31啟動(dòng)電磁線(xiàn)圈26a以打開(kāi)氣流閥26，以及清液滯留筒47的電磁線(xiàn)圈47a，從而使該裝置中的液體在經(jīng)閥26供入的氣體壓力作用下，排進(jìn)纖維內(nèi)腔并反向流過(guò)纖維而進(jìn)行正常操作，借此使所有的孔都擴(kuò)張并排出堵塞纖維孔的任何固體中的所有液體。
在清液滯留筒47排空之后，程控裝置31繼續(xù)經(jīng)閥26和管線(xiàn)21向內(nèi)腔中輸送氣流，該氣流然后流經(jīng)纖維中較大的孔，以從纖維中洗出固體并清掃殼體內(nèi)側(cè)。在排氣時(shí)間終止時(shí)，用電磁線(xiàn)圈26a關(guān)閉閥26。
為了從細(xì)長(zhǎng)纖維的整個(gè)長(zhǎng)度上的較大的孔中更為均勻地排出氣體，優(yōu)選的是在清液滯留筒47排空之后，經(jīng)內(nèi)腔單向閥46和內(nèi)腔截止閥43(已通過(guò)程控裝置31啟動(dòng)電磁線(xiàn)圈43a而打開(kāi))進(jìn)行排氣。然后由控制器31啟動(dòng)電磁線(xiàn)圈55a，而關(guān)閉殼體密封閥55;啟動(dòng)電磁線(xiàn)圈41a而關(guān)閉原料截止閥41，以此提高殼體27中的氣體壓力，并使其達(dá)到氣壓調(diào)節(jié)裝置24所設(shè)定的極限壓力。然后打開(kāi)殼體密封閥55達(dá)到一預(yù)定的排氣時(shí)間，這是由控制器31啟動(dòng)電磁線(xiàn)圈55a來(lái)完成的。
在排出循環(huán)操作時(shí)間終止時(shí)，程控裝置31讓整個(gè)系統(tǒng)回到如上所述的濃縮操作模式，只是閥22要一直關(guān)閉直到清液滯留筒47中充滿(mǎn)清液為止。
為了處理某些懸浮料液，可能希望從纖維束的殼側(cè)通氣來(lái)冷卻纖維。當(dāng)傳感器44測(cè)得的溫度高于預(yù)定值，而且其它條件又要求進(jìn)行反向清洗循環(huán)操作時(shí)，程控裝置即刻啟動(dòng)殼側(cè)冷卻循環(huán)，即啟動(dòng)閥41(關(guān)閉)，26(打開(kāi))以及42(通向通道a)進(jìn)行一段預(yù)定的時(shí)間，稱(chēng)為殼側(cè)冷卻時(shí)間，這一段預(yù)定時(shí)間足以將纖維溫度降低到優(yōu)化的安全范圍內(nèi)。在殼側(cè)冷卻時(shí)間終止時(shí)，程控裝置即刻啟動(dòng)閥22(關(guān)閉)，42(通向通道b)進(jìn)行一段反向清洗循環(huán)時(shí)間，以完成反向清洗循環(huán)操作。在反向清洗循環(huán)操作終止時(shí)，程控裝置讓整個(gè)系統(tǒng)又回復(fù)到如上所述的濃縮循環(huán)操作。
根據(jù)本發(fā)明，可采用圖1所示的膜對(duì)剛才所說(shuō)明的操作系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。圖2中所示出的可變形的變直徑膜49由電磁閥50控制就位。電磁閥50又由程控裝置31控制，以實(shí)現(xiàn)任何所需的膜位置變化順序。
更具體地講，一旦固體排出循環(huán)操作開(kāi)始，膜就膨脹，而且一直到重新開(kāi)始送入懸浮料液時(shí)才收縮回來(lái)。在過(guò)濾過(guò)程中對(duì)收縮程度的控制，是通過(guò)對(duì)待處理原料進(jìn)行試驗(yàn)而加以確定。而在絕大多數(shù)情況下的簡(jiǎn)單作法，是用懸浮液入口管線(xiàn)29至懸浮液出口管線(xiàn)28之間的壓力降來(lái)控制膜的位置。
具有高度彈性的膜可沿其長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)沿殼體長(zhǎng)度出現(xiàn)的體積和粘度變化。
本發(fā)明將用下述實(shí)施例來(lái)作進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施例1過(guò)濾器結(jié)構(gòu)如圖1所示，長(zhǎng)50厘米，其中裝有內(nèi)腔直徑為200微米，壁厚為200微米的聚丙烯空心纖維500根。未膨脹時(shí)的平均孔徑為0.2微米，其孔壁按照我們的澳大利亞共同未決專(zhuān)利申請(qǐng)PG1368“多孔膜的處理方法”，涂有親水性尼龍。
如果讓可變直徑膜擴(kuò)張，則對(duì)整個(gè)纖維束來(lái)說(shuō)，其周?chē)?厘米的清洗通道。當(dāng)將整個(gè)裝置加上100千帕的壓力時(shí)，3分鐘后滲透率即從20升/米2/小時(shí)下降到1升/米2/小時(shí)。依次用水，濃鹽酸，然后再用水清洗之后，再將膜緊貼纖維重復(fù)試驗(yàn)。滲透率穩(wěn)定在20升/米2/小時(shí)，10分鐘后下降到12升/米2/小時(shí)。但是用滲透液然后用空氣于700千帕的壓力下反洗孔，以清洗纖維表面及殼壁，可使?jié)B透率回到20升/米2/小時(shí)。
試驗(yàn)證實(shí)，需要沿纖維壁控制料液的流速，而且只有讓膜緊貼才能達(dá)到這一結(jié)果。但正如已注意到的，提高控制壓力P3，讓氣體反向流過(guò)較大的孔會(huì)使膜膨脹。證明需要這種可變直徑膜的試驗(yàn)由實(shí)施例2來(lái)完成。
實(shí)施例2用剛性套筒代換可變直徑膜來(lái)改變圖1所示設(shè)備。整個(gè)裝置的滲透率仍然是20升/米2/小時(shí)。但試圖讓氣流反向通過(guò)孔而進(jìn)行回吹時(shí)，根本達(dá)不到清洗的效果。
所以結(jié)論是，膜直徑必須擴(kuò)大，以使膨脹的空氣能夠清掃表面。
實(shí)施例3實(shí)施例2的設(shè)備中不設(shè)置閥55，用于從0.1%BP FEDAROM乳化油在水中形成的乳化液中分離出清水。放置8小時(shí)之后發(fā)現(xiàn)，乳化油已使聚丙烯纖維在所有方向上都膨脹了10%。沿途的纖維環(huán)都受到料液的壓迫，而使其從定位剛性套筒的兩出口端伸出來(lái)。而這又不可能用反向流動(dòng)使其受力而復(fù)原。
但是，當(dāng)試驗(yàn)用圖1所示設(shè)備重復(fù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，可調(diào)節(jié)膜壓而使纖維膨脹。當(dāng)過(guò)大的流速的確讓纖維伸出膜套時(shí)，可讓膜套擴(kuò)大并進(jìn)行反向流動(dòng)而使其復(fù)原。操作中需要按雷諾數(shù)或者與湍流有關(guān)的任何等價(jià)的無(wú)量綱操作指數(shù)，來(lái)維持纖維沿途的所需的流速。還需在每次用空氣反洗孔的過(guò)程中，能夠讓膜膨脹和再收縮。
實(shí)施例4讓甘蔗糖原汁流經(jīng)圖2所示的設(shè)備，但其中未設(shè)置閥55和彈性膜，發(fā)現(xiàn)設(shè)備很快因微細(xì)纖維狀物料而堵塞，而且不可能用空氣反洗較大的孔來(lái)脫除這些物料。
但采用可變直徑膜時(shí)發(fā)現(xiàn)，如讓膜擴(kuò)張就能吹去紙狀纖維小團(tuán)粒。這在工業(yè)上是非常有用的，因?yàn)檫@樣就不需要采用5-10微米的微孔預(yù)過(guò)濾器了。
實(shí)施例5重復(fù)實(shí)施例4，但用的原料是沉淀的白堊和氫氧化鋁的混合懸浮液。纖維束中集結(jié)起白堊塊，而且只有讓膜完全擴(kuò)張時(shí)才能將其脫除。
彈性膜套的彈性可用反壓或者拉伸來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使脈沖式料液能夠使纖維之間以及纖維和彈性膜套之間產(chǎn)生受控制的摩擦，從而大大有助于脫除濾餅。實(shí)現(xiàn)脈沖的方式有懸浮料液進(jìn)入殼體時(shí)改變其流速;改變膜控制入口110的壓力或者在膜套頂端或其附近穿孔，讓膜控制入口110和出口107之間達(dá)到受控制的相通，然后改變?nèi)肟?05處的壓力。
只要不偏離如上所述本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)，對(duì)上述殼體中的膜可進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.一種處理懸浮液的設(shè)備，其中包括殼體，殼體內(nèi)的多根彈性微孔空心纖維，將加壓懸浮料液送入殼體的裝置，從殼體中排出清液的裝置，反向通入加壓清液然后反向通入加壓氣體以排出截留于纖維上或纖維內(nèi)或截留于殼體內(nèi)的固體的裝置，排出濃縮懸浮液的裝置，以及殼體內(nèi)包圍多根纖維的可變體積伸縮膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其中還包括置于殼體內(nèi)的扎膜裝置，該裝置用設(shè)于其外側(cè)和殼體內(nèi)側(cè)之間的分隔開(kāi)的環(huán)塞固緊，并將膜的兩端固定在此扎膜裝置的兩端上。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的設(shè)備，其中還包括向膜和扎膜裝置之間輸入流體的裝置，以及控制此流體壓力的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的設(shè)備，其中的壓力控制裝置適于根據(jù)預(yù)定的方案控制流體壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的設(shè)備，其中的壓力控制裝置適于按照料液以及濃縮過(guò)的料液的壓力變化來(lái)控制流體壓力。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其中還包括在壓縮氣體置換了纖維內(nèi)腔中的液體后，將懸浮料液密封于殼體內(nèi)的裝置，從而使氣體在壓力高于纖維壁飽和壓力點(diǎn)時(shí)，也能被捕集于纖維內(nèi)腔之中，以及可讓氣體突然釋放并基本上均勻地通過(guò)纖維壁的裝置。
7.濃縮懸浮液中固體的方法，其步驟包括(ⅰ)將懸浮液送到置于殼體或套管內(nèi)并被可變形的可變體積膜所包圍的彈性微孔空心纖維的外表面上，使得(a)部分懸浮液通過(guò)纖維壁，并作為清液從纖維內(nèi)腔中排出，(b)至少一部分固體截留于纖維上或纖維內(nèi)或截留于殼體內(nèi)，而未被截留的固體連同殘留液體從殼體中排出;(ⅱ)從殼體中排出截留的固體，其方法是通過(guò)纖維內(nèi)腔施加(a)增壓液體，使其通過(guò)幾乎所有的孔，從而使幾乎所有的孔都擴(kuò)張，以洗出任何截留的固體，接著，(b)壓縮氣體，使其通過(guò)較大的孔以使這些孔擴(kuò)張，從而除去截留于孔內(nèi)的任何固體，并吹洗纖維外壁和殼體內(nèi)壁，以從殼體內(nèi)將所有固體除去，轉(zhuǎn)移到外部的收集點(diǎn)，以及，(ⅲ)改變膜的體積，以便在通入懸浮液時(shí)使體積減小且可變，而在通入壓縮氣體時(shí)又使體積增大。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其中通入壓縮氣體的步驟包括(a)首先使用壓力低于纖維壁飽和壓力點(diǎn)的氣體以置換纖維內(nèi)腔中的任何液體;(b)用液體密封殼體和纖維外表面;(c)加壓使氣體壓力高于纖維壁的飽和壓力點(diǎn);(d)釋放液體密封，使被捕集的氣體能基本上均勻地穿過(guò)纖維壁逸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7或8所述的方法，其中所述方法的步驟是采用固體截留和固體排出的重復(fù)循環(huán)，作為連續(xù)流程運(yùn)行。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9所述的方法，其中在固體排出步驟之后，向纖維重新輸入懸浮料液流的操作要推遲一段足夠的時(shí)間，以使已膨脹的孔恢復(fù)到其原來(lái)孔徑，從而使懸浮料液中過(guò)大的顆粒不能進(jìn)入或通過(guò)擴(kuò)大的孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的方法，其中推遲重新輸入懸浮料液的操作方法是，通過(guò)高于懸浮料液壓力的氣體，并讓其壓力以一定的速率下降到低于料液壓力，這種速率將使纖維的孔在料液流動(dòng)恢復(fù)前，得以恢復(fù)到它們的原始孔徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其中處理之后從殼體流出的懸浮料液用閥進(jìn)行控制，以給進(jìn)料液施加一反壓力。
13.根據(jù)權(quán)利要求
8所述的方法，其中使殼體密封的液體是加料液。
14.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其中膜體積適于根據(jù)預(yù)定方案而變化。
15.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的方法，其中膜體積易于改變以便沿殼體維持受控制的壓力降。
專(zhuān)利摘要
懸浮料液中含微細(xì)固體的濃縮器，其中包括殼體，內(nèi)裝有微孔纖維束。增壓懸浮料液從入口引入并從纖維的外壁上流過(guò)，其中清液從纖維的內(nèi)腔中排出，而料液濃縮后從出口處排出。截留在殼體內(nèi)的固體的排出方法是，先通入增壓流體然后通入氣體，氣體壓力足以保證其通過(guò)纖維中較大的孔，以便將殼內(nèi)的固體經(jīng)出口排至外面的收集點(diǎn)。纖維由置于分隔開(kāi)的封頭固緊的扎膜裝置之內(nèi)的可變體積膜所包圍。改變經(jīng)入口引入到膜和扎膜裝置之間的流體壓力就可改變膜的體積。
文檔編號(hào)B01D65/00GK86104921SQ86104921
公開(kāi)日1988年2月17日 申請(qǐng)日期1986年8月7日
發(fā)明者道格拉斯·萊昂斯·福特, 克林頓·弗吉爾·科普 申請(qǐng)人:梅姆特克有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan