用于死端过滤和错流过滤的过滤器模块制造技术

提出了一种用于死端过滤处理和错流过滤处理的、尤其是在食品和饮料工业、化学工业、制药工业、生物技术和环境应用中使用的过滤器模块，所述过滤器模块包括：框架元件，其包括两个大体平坦的面以在其相对的侧部处限定第一开口和第二开口；片材形式的第一过滤介质和第二过滤介质，所述过滤介质均具有第一侧部和第二侧部，第一和第二过滤介质能够以不透流体的方式附接到框架元件并且分别完全覆盖框架元件的第一开口和第二开口；由框架元件以及第一和第二过滤介质限定和界定的空间，过滤介质的第二侧部布置成面向所述空间；并且框架元件包括容纳一个或多个端口的一个或多个框架区段以提供从所述空间到过滤器模块外部的流体流动路径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于在死端过滤或错流过滤处理中使用的过滤器模块。本专利技术还涉及一种过滤器模组，所述过滤器模组包括以叠堆形式组装的两个或更多个本专利技术的过滤器模块。本专利技术的另一方面涉及一种过滤装置，所述过滤装置包括一个或多个本专利技术的过滤器模块和/或一个或多个本专利技术的过滤器模块叠堆。本专利技术的又一方面涉及一种用于组装多个过滤器模块以形成叠堆的方法。
技术介绍
死端和错流过滤处理被用于众多的处理流体的领域尤其是食品和饮料工业领域、化学工业、制药工业、生物技术和环境应用中。过滤处理可以是作为生产过程的一部分的大规模处理或实验室中的较小规模的处理。用于这些应用领域的过滤器模块是公知的。在PCT公报W02006/044711A1中公开了一种分离元件，所述分离元件用于净化、分离和/或浓缩各种流体和/或流体组分。所述分离元件包括可渗透膜，所述可渗透膜热粘合到聚合构件的两侧，所述聚合构件包括对膜进行支撑的板状部件。由膜和聚合构件限定的空间因用于支撑并粘合膜的板状部件上的多个凸部而被划分成多条通道。多个分离元件可以组装成叠堆并且相互密封以形成分离模块。W000/47307A1公开了一种错流分离装置，所述错流分离装置包括:进料通道；多条渗透通路，所述多条渗透通路相互隔离开并且垂直于进料流的方向延伸；和多孔介质，所述多孔介质通常为膜并且定位在进料通道的剪切区域和渗透通路之间。分离装置设计成以高剪切率进行操作。单独地控制每条渗透通路中的渗透流量和/或跨膜压力。
技术实现思路
在两种类型的过滤处理即死端过滤和错流过滤中，重要的是提供一种过滤器模块，所述过滤器模块能够易于操控并且可选地如果过滤器模块未设计成单次使用或一次性使用的则可选地能够再生。 本专利技术的目标是满足上述要求并且提供一种过滤器模块，所述过滤器模块允许提高过滤处理的经济效益。由根据权利要求1所述的过滤器模块来实现该目标。本专利技术的过滤器模块的基本结构包括框架元件，所述框架元件包括两个相对的大体平坦的面，所述两个相对的大体平坦的面在过滤器模块的相对侧部处限定了开口。由过滤介质的片材完全覆盖开口。过滤介质的第二侧部定向成面向设置在框架元件内的空间。优选地，框架元件一体地形成为整体式部件。框架元件在其相对的侧部处的两个面可以平行地布置。框架元件整体上可以具有大体为平面的结构。当在大规模生产中使用时，尤其是在按照通过模块提供的每平方米的过滤表面来计算成本时，组装密度以及用于模块的制造成本都同样重要。当需要过滤器模块的高组装密度时，两个面的平行定向是优选的。这允许框架元件和过滤器模块整体的平面结构，特别是还具有垂直于过滤介质测量的较小的厚度或总高度。能够以由外向内或由内向外的流体流动方向来使用本专利技术的过滤器模块。在以由外向内的方向使用时，过滤介质的第一侧部用作上游侧，第二侧部用作下游侧，并且在模块内设置的空间用作滤液空间或渗透物空间。在以由内向外的方向使用时，第二侧部形成过滤介质的上游侧，第一侧部用作其下游侧。相应地，在模块内设置的空间接收未滤液(non-filtrate,即尚未过滤的液体)。框架元件可以由包括塑性材料、陶瓷和金属在内的多种材料制成，但是塑性材料在很多情况下是优选的。框架元件可以设计成用以将本专利技术的过滤器模块作为自立式(self-supporting)的模块提供，这样例如在将多个过滤器模块组装成模组以形成叠堆时就简化了模块的操控。通常，过滤介质将附接到框架元件。优选地，通过将介质焊接到框架元件而将过滤介质优选以不透流体的方式附接到框架元件即针对框架元件密封。由此，可以获得一种过滤器模块，所述过滤器模块可以在组装之后以及在将其构造成叠堆或组装在过滤装置中之后独立地进行完整性测试。本专利技术提供了一种过滤器模块，所述过滤器模块具有很多优点，尤其是允许在高流速和最小化压降的条件下进行错流过滤。之所以能实现这一点是因为不需要将未滤液的流体流的流动方向从过滤器模块的入口端偏转到出口端，这就允许缩短路径长度并且最小化死区。根据本专利技术的过滤器模块可以易于设计并以强耐压的结构制造。另外，本专利技术的过滤器模块允许过滤装置内的高组装密度，并且将多个过滤器模块预先组装成过滤器模块叠堆，其中，在毗邻的过滤器模块之间具有精确的流动通道几何结构。而且，根据本专利技术的过滤器模块能够易于设计成一次性模块。根据本专利技术的另一方面，可以通过根据权利要求9所述将两个或更多个本专利技术的过滤器模块布置成叠堆而轻易地将过滤能力提高到所需水平。在不使用垫圈或单独的密封元件的情况下，本专利技术的叠堆形式的过滤器模块组件也是可行的，这不仅简化了操控，而且还提高了由此形成的叠堆的可靠性。本专利技术的过滤器模块还允许将输入歧管和输出歧管集成在预组装的叠堆中。根据本专利技术的另一方面，可以提供一种如权利要求12所述的过滤装置。根据本专利技术的过滤器模块允许设计开放通道式的过滤装置，所述开放通道式的过滤装置包括本专利技术的过滤器模块。这种开放通道式系统可以用于处理高粘度流体以及包含大量颗粒和/或大粒径颗粒(例如50 μ m或更大)的没有预先过滤的悬浊液。根据本专利技术的又一方面，提供了一种将本专利技术的过滤器模块高效地组装成叠堆的方法。在权利要求15中限定了这样的方法。本专利技术的详细说明用于制造本专利技术的过滤器模块的优选过滤介质是膜。在W0 2006/044711 A1中公开的膜尤为适于在本专利技术的过滤器模块中使用，通过全文引用将其并入本文。被支撑以及未被支撑的膜可以用作根据本专利技术的过滤介质。设置在框架元件内并且由过滤介质限定的空间优选地设计成整体式空间，S卩，空间的所有部分均相互流体连接并且在空间内存在基本一致的压力条件。在叠堆中的两个毗邻的过滤器模块之间用于未滤液的流体流动路径可以设置成具有基本连续减小的横截面积。由此，压力条件尤其是沿着流体流动路径的压降可以基本恒定并且实现基本恒定的流体流速。而且，这种特征允许针对未滤液沿着流动路径的长度减小的流速来调整横截面。在其它的具体应用中，例如，在观察到粘度沿着从过滤器模块的入口端到出口端的流体流动路径明显增加的流体单通道错流过滤中，对产生的剪切力进行控制是很重要的。通过将未滤液的流体流动路径的横截面积设置成基本连续地增加，本专利技术的过滤器模块能够轻易地进行调整以满足这样的要求。能够以不同方式完成流体流动路径的横截面积的调整。通过选择具有两个面的楔状布置方案的框架元件在叠堆中的两个毗邻的过滤器模块之间提供流体流动路径，其中，根据相对于框架元件的流体流动方向，用于未滤液的流体流动路径的横截面积基本连续地减小或增加。本专利技术的过滤器模块的这些修改表现为流体流动路径在垂直于过滤介质的表面的方向上的高度的减小或增加。框架元件仍然可以设置成具有容纳端口的所述框架区段，所述框架区段沿其总长度具有基本不可变的厚度或总高度(平面结构)。提供横截面积大体上连续减小或增加的流体流动路径的另一种方式是改变流体流动路径在平行于过滤介质的表面的方向上的宽度。而且，改变流体流动路径的横截面积的两种方式能够相互组合。在需要过滤器模块的低外形(low profile)即总高度低的情况下，设置在框架元件的框架区段中的端口的横截面要受到限制。因此，可能理想的是增加流体流动路径的长度并且同样增加容纳端口的框架区段的长度，以使得可以实现因多个端口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在死端过滤处理或错流过滤处理中使用的过滤器模块，所述过滤器模块包括：框架元件，所述框架元件包括两个大体平坦的面，所述两个大体平坦的面在所述框架元件的相对侧部处限定了第一开口和第二开口；片材形式的第一过滤介质和第二过滤介质，所述过滤介质均具有第一侧部和第二侧部；所述第一过滤介质和第二过滤介质能够以不透流体的方式附接到所述框架元件并且分别完全覆盖所述框架元件的第一开口和第二开口，由所述框架元件以及所述第一过滤介质和第二过滤介质限定和界定的空间，所述过滤介质的第二侧部布置成面向所述空间；并且所述框架元件包括一个或多个框架区段，所述一个或多个框架区段容纳一个或多个端口，所述一个或多个端口提供从所述空间到所述过滤器模块外部的流体流动路径。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：W·迪默，H·T·盖泽，M·蔡勒，U·菲舍尔，N·约瓦尔德，
申请(专利权)人：帕尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US