固体/流体分离装置及方法制造方法及图纸

一种固体/流体分离模块和设备能够处理固体/流体混合物以产生具有高于50％固体含量的经过滤质量。提供了一种具有叠置过滤板和凹入每个过滤板的面内的过滤通路的过滤器单元。

Solid / fluid separation device and method

A solid / fluid separation module and apparatus are capable of handling a solid / fluid mixture to produce a filtered mass having a content of greater than 50% solids. A filter unit is provided with a stack filter plate and a filter path in the face of each filter plate.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本披露广义上涉及固体/流体分离设备和用于分离不同类型的固体/流体混合物的方法。此外，本披露涉及旋转式压机，特别是经改进的螺杆压机、装置，这些压机、装置可以用于各种各样的具有不同密度、固体含量和多种类型固体和流体或液体的固体/流体混合物和浆料的分离。专利技术背景已知通过固体/流体分离来处理固体/流体混合物的多种不同工艺。它们通常需要大量滞留时间和高压力，有时需要高温。常规流体/固体分离装备对于实现高的固体/流体分离率和具有低液体含量的分离出的固体而言不是令人满意的。包括洗涤并且随后在压力下集中液体浆料的工艺需要能够在压力下无堵塞地操作的固体/流体分离装备。例如，在对木质纤维素生物质的预处理中的处理效率的关键要素是从固体生物质/纤维素部分中洗涤并挤压出水解的半纤维素糖类、毒素类、抑制剂类和/或其他提取物的能力。通过常规装备难以在纤维素预处理所需的高热和高压下有效地将固体与液体分离。许多生物质制乙醇的工艺产生湿的纤维浆料，必须在不同的工艺步骤中从该浆料中分离出溶解的化合物、气体和液体以便离析出固体纤维部分。固体/流体分离通常是通过过滤并且用过滤压机分批操作完成、或者通过诸如螺杆压机的旋转式压机以连续地完成。固体/流体或固体/液体分离在许多其他的商业过程中，如在食品加工(油提取)、减少湿法提取工艺、脱水工艺中废物流的体积、或去除悬浮固体中也是必需的。可以使用可商购的螺杆压机来从固体/液体浆料中去除水分。可用常规压机实现的去液化的固体饼料通常只含有40％-50％的固体，剩余的含湿量是主要是水。这种分离水平在过滤步骤之后跟随有另一个稀释或处理步骤时可能是令人满意的、但在希望浆料最大脱水时并非如此。这种不令人满意的低固体含量是由于常规螺杆压机所能应对的相对低的最大压力引起的，该压力通常不超过约100-150psig的分离压力。可以使用与排液螺杆相组合的商业模块化螺杆装置(MSD)，它们能以上至300psi的较高压力运转。然而，它们的缺点是其固有的成本、复杂性和不超过50％固体含量的连续滤饼局限性。在固体/流体分离的过程中，固体部分中剩余的液体量取决于所施加的分离压力的量、固体饼料的厚度、以及过滤器的孔隙率。过滤器的孔隙率取决于过滤孔的数量和大小。压力的减小、饼料厚度的增加或者过滤器孔隙率的减小都将导致液体/固体分离程度降低并且导致固体部分的最终干燥度降低。对于特定的固体饼料厚度和过滤器孔隙率而言，最大分离是在可能的最高分离压力下实现的。而且，对于特定的固体饼料厚度和分离压力而言，最大分离仅仅取决于过滤器的孔大小。不幸的是，高分离压力要求能够承受住压机内分离压力的强劲过滤介质，从而使得对此过滤过程的控制是困难的并且使得所需的装备非常昂贵。MSD中的过滤介质通常呈穿孔压力夹套的形式。所使用的分离压力越高，过滤介质(压力夹套)需要越强(越厚)，以便承受那些压力。压力夹套越厚、排放穿孔越长，通过这些穿孔的流动阻力就越高。因此，为了用高压夹套(厚夹套)来实现与低压夹套(薄夹套)相同的过滤器流过能力，就要增加穿孔的数目。然而，增加穿孔的数目削弱了压力夹套，再一次降低了过滤器单元的压力能力。克服用较长穿孔的较高流动阻力的另一种方法是增大穿孔的直径。然而，这将限制过滤器保留住小固体的能力，或者可能导致堵塞增加问题。因此，过滤器的可接受的孔大小受限于固体部分中的纤维和颗粒的大小。液体部分的清澈度仅仅受过滤介质的孔大小的限制，并且太大的孔降低液体/固体的分离效率并可能导致下游装备堵塞。随着时间的推移，过滤介质趋于被悬浮固体填塞，从而降低其生产速率。在纤维素预处理所需的高压力下情况尤其是如此。因此，通常需要反向洗涤液体流来清除任何阻塞并恢复生产速率。一旦过滤器被填塞，它就需要高压力来对该介质进行反向洗涤。这在使用以高于1000psig的压力运行的过滤介质、通过要使得生产速率最大化而连续进行的并且要获得高纤维素预处理工艺效率的工艺来工作时是个问题。常规的单、双或三螺杆挤出机并不具有对于生物质的低能量预处理所必须的滞留时间，并且也不具有对于生物质的预处理有用且有效的固体/流体分离装置。美国专利US3,230,865和US7,347,140披露了具有穿孔外壳的螺杆压机。由于该穿孔外壳的强度低，这样的螺杆压机的操作压力低。美国专利US5,515,776披露了一种在压机夹套中具有多个排放穿孔的蜗杆压机，这些穿孔增大了在所排液体的流动方上向的截面积。美国专利US7,357,074针对一种具有锥形脱水壳体的螺杆压机，该壳体具有多个穿孔以用于使得水从在压机中被压缩的大体积固体中排出。同样，使用了一种穿孔外壳或夹套。容易理解的是，壳体中穿孔的数目越大，壳体的抗压能力就越低。此外，当需要非常小的孔来分离精细的固体时，在壳体或压机夹套中钻出穿孔是与严重的挑战相关联的。公布的美国申请US2012/0118517披露了一种具有高孔隙率的固体/流体分离模块，该分离模块用于高内压压机装置中以便在升高的压力下分离固体/流体。该过滤器模块包括对应地由一对创造排放系统的板制成的过滤组合件。具有切通槽的过滤板创造用于移除液体的流动通道，并且背板创造用于这些流动通道中的液体的排放通路。而且，该背板提供用于在挤压动作过程中将固体的内部压力容纳在压机中的结构支撑。过滤器孔大小由过滤板的厚度和/或过滤板中的槽的开口宽度来调整。然而，材料的强度和制造工艺对孔大小范围的下端设定实际限制。为了将孔大小最小化，过滤板的厚度和排放槽的宽度两者均必须被最小化。然而，对用于切割透过过滤板的槽的工艺和对背板的厚度的实际限制由于流动通道而不适当地限制了孔大小范围的下端。过滤板越薄，过滤板在安装或使用过程中变形的机会就越高。而且，使用两个不同的板增加了制造和组装成本并增加组装误差的危险。最后，为了过滤器组合件的结构完整性、尤其是抗压能力，在过滤器组合件中包括背板的需要显著限制了过滤器背面的每单位长度可实现的最大开放面积或过滤器孔隙率，因为背板不会有助于过滤器孔隙率。这显著限制了这种类型的过滤器单元的吞吐能力。因此，期望一种经改进的固体/流体分离装置。专利技术概述本专利技术的目的是消除或减轻之前的固体/液体分离装置和工艺的至少一个缺点。为了改进固体/液体分离，本专利技术提供了一种用于将流体从固体/液体混合物中分离出来的固体/液体分离模块。优选地，该模块是用于在高于100psig、优选地高于300psig的压力下压缩质量的螺杆压机中使用。为了实现最大固体/流体分离效率，希望的是将过滤器孔大小最小化，同时将过滤器孔隙率最大化并且在升高的分离压力下进行操作。将孔大小最小化在常规螺杆压机中是一个挑战，因为需要在实心过滤器夹套中穿过过滤板切出多个圆柱形通道、或切割多个过滤槽。这些问题现已由本本专利技术的分离模块的专利技术人解决。该分离模块包括过滤器单元，其中，该压力夹套由多个薄过滤板构成，这些过滤板轴向地叠置并压缩以实现压力夹套、或具有升高的操作压力所需的结构完整性的桶。过滤孔通过简单地使过滤通路凹入过滤板的表面内而形成。过滤通路从过滤板的在芯部开口处的内边缘延伸到过滤板的在收集室处的外边缘并且提供从该芯部开口直接延伸到该收集室的流体通路。这可以比在压力夹套本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于分离加压固体/流体混合物的固体/流体分离模块，包括壳体，该壳体限定可加压流体收集室；以及桶，该桶限定用于在压力下容纳该固体/流体混合物的轴向芯部开口，该桶包括过滤块；该过滤块形成至少该桶的轴向部分并且由多个叠置的桶板构成；每个桶板具有平坦的前面、平坦的后面、限定该芯部开口并且从该前面延伸到该后面的内边缘、以及用于与该收集室相接触并且从该前面延伸到该后面的外边缘，这些桶板被紧密叠置在该过滤器单元中以用于使得相邻过滤器单元板的前面和后面密封接合来将该芯部开口与该流体收集室密封开；以及这些桶板中的至少一者被构造为具有凹入该前面的过滤通路的过滤板，该过滤通路从该内边缘延伸到该外边缘以用于使得该加压固体/流体混合物中的流体从该芯部开口排放到该收集室。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.22 US 62/001,8451.一种用于分离加压固体/流体混合物的固体/流体分离模块，包括壳体，该壳体限定可加压流体收集室；以及桶，该桶限定用于在压力下容纳该固体/流体混合物的轴向芯部开口，该桶包括过滤块；该过滤块形成至少该桶的轴向部分并且由多个叠置的桶板构成；每个桶板具有平坦的前面、平坦的后面、限定该芯部开口并且从该前面延伸到该后面的内边缘、以及用于与该收集室相接触并且从该前面延伸到该后面的外边缘，这些桶板被紧密叠置在该过滤器单元中以用于使得相邻过滤器单元板的前面和后面密封接合来将该芯部开口与该流体收集室密封开；以及这些桶板中的至少一者被构造为具有凹入该前面的过滤通路的过滤板，该过滤通路从该内边缘延伸到该外边缘以用于使得该加压固体/流体混合物中的流体从该芯部开口排放到该收集室。2.如权利要求1所述的分离模块，其中，至少两个相邻桶板各自被构造为该过滤板。3.如权利要求1或2所述的分离模块，其中，该过滤块形成该桶的整个轴向部分。4.如权利要求1或2所述的分离模块，其中，每个桶板被构造为过滤板。5.如权利要求3或4所述的分离模块，其中，每个过滤板包括这些过滤通路中的多个过滤通路。6.如权利要求1至5中任一项所述的分离模块，其中，该过滤板具有预选择的孔大小并且该过滤通路在该内边缘具有与该预选择的孔大小相对应的开口面积。7.如权利要求1至5中任一项所述的分离模块，其中，该过滤块具有预选择的过滤孔大小和预选择的孔隙率，每个过滤通路在该内边缘具有与该预选择的孔大小相对应的开口面积并且每个过滤板具有从该芯部开口的总表面、该预选择的孔大小和过滤通路的数量计算的板孔隙率，该过滤块包括的过滤板的数目使得至少等于该预选择的孔隙率/板孔隙率。8.如权利要求1至7中任一项所述的分离模块，其中，该过滤通路在远离该内边缘的方向上变宽。9.如权利要求1至8中任一项所述的分离模块，其中，该收集室具有用于容纳该过滤器单元的压力夹套，该压力夹套在输入端被输入端板可密封地封闭并且在输出端被输出端板可密封地封闭，该过滤块被夹在该输入端板与该输出端板之间。10.如权利要求9的分离模块，其中，该压力夹套包括用于液体和气体的分开的排放管。11.如权利要求6所述的分离模块，其中，该过滤块包括由多个彼此前后叠置并且被夹在该输入端板与该输出端板之间的过滤板构成。12.一种用于分离可加压固体/流体混合物的固体/流体分离模块，该分离模块被构造成...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·罗密欧·勒乌，克里斯多佛·布鲁斯·布拉特，戴夫·萨尔特，
申请(专利权)人：格林菲尔德专业醇类公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA