具有膜的整件过滤结构制造技术

一种具有用于过滤液体的膜的过滤结构，包括至少一个整件，该整件包括:由渗透率为K

Integral filter structure with membrane

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有膜的整件过滤结构
本专利技术涉及以下领域：用于过滤液体的由无机材料制成的过滤结构，特别地涂覆有膜以便分离液体的、更尤其是水的、特别是来自石油或页岩气开采的生产水的颗粒或分子的结构。
技术介绍
使用陶瓷膜或非陶瓷膜过滤各种流体，特别是污染的水的过滤器早已为人所知。这些过滤器可以根据切向过滤的原理运行，这使得可以通过流体在膜表面的纵向流通来限制颗粒的积聚。颗粒保留在流通流中，而液体可以在压差的作用下穿过膜。这种技术确保了性能和过滤水平的稳定性。它更格外地被推荐用于过滤带有大量颗粒和/或分子的流体。称为“前置过滤”的另一种技术也是已知的，涉及待处理流体垂直于过滤介质的表面通过过滤介质。前置过滤器通常包括交替阻塞的通道，以便控制由过滤壁分开的入口通道和出口通道，待过滤的液体必须通过过滤壁，待过滤的液体在通过时会失去其分子或颗粒，其分子或颗粒从而形成滞留物，滞留物随后积聚在入口通道中，而净化的液体通过出口通道逸出，或者如果过滤器的外周未受阻碍则甚至部分通过过滤器的外周逸出。这种技术受到颗粒积聚和在过滤介质表面形成滤饼的限制，但是具有无需安装切向过滤技术所需的再流通回路的优点。
技术实现思路
根据本专利技术考虑的过滤器由整件结构或管状支撑件制成，所述支撑件由多孔无机材料制成，所述多孔无机材料由界定平行于所述支撑件轴线的纵向通道的壁形成。通道的内表面覆盖有分离膜。该膜包括多孔无机材料或甚至基本上由多孔无机材料形成，多孔无机材料的性质和形态适于阻止污染分子或颗粒，只要它们的尺寸接近或大于所述膜的平均孔径。参照待过滤液体的流通方向，入口通道在过滤器的上游面（或前面）上打开，供待过滤液体通过。这些入口通道在液体流通方向上在所述过滤器的下游面（或相对面）被阻塞。相反，用于排出过滤液体的一个或多个出口通道在过滤器的上游面被阻塞，而在过滤器的下游面打开。为了改善这种具有膜的过滤器的使用性能，提出了各种几何形状。因此，专利US4060488或US4069157公开了由多孔支撑件形成的过滤器，所述多孔载支撑件包括在表面设置有膜分离层的通道。这些过滤器的通道没有阻塞，它们通过切向过滤起作用。专利申请WO2009/121366描述了一种用于过滤水的前置过滤器。过滤器包括平行通道和膜。通道的结构是对称的，即通道在垂直于所述过滤器主轴线的平面中的横截面是相同的，除了由于过滤器的圆形形状而必须圆化处理的外周通道。专利US5114581也公开了一种带有膜的前置过滤器，该膜的通道可以以不均匀的方式交替阻塞，并且该过滤器用于过滤气体或者甚至液体。微孔膜的存在允许过滤器逆流再生，特别是通过反冲洗再生。然而，在所述公开中没有给出关于优化液体过滤质量的特定几何形状的指示。已经提出了在过滤表面获得收益的建议。然而，就污染液体的过滤而言，现有技术中迄今为止描述的结构都不能确保最大的过滤效率。因此，目前需要一种具有膜的过滤器（即包括多孔支撑件、在该多孔支撑件的壁上沉积有过滤膜的过滤器），尤其是前置型过滤器，该过滤器具有最大的过滤效率，即优化和最大化的滤液流量，具有相同的体积以及支撑件的壁和膜的相同基本特征。特别地，申请公司已经发现，滤液流量的这种优化是基于过滤结构的各种组成元件的组合的调适。换句话说，已经发现，需要同时调节支撑件的物理特征、膜的物理特征和用于流体的入口通道和出口通道的相应布置，以获得最大过滤效率。与前述提出仅考虑过滤器几何特征的各种构造的解决方案相比，本专利技术因此基于在所述几何特征和过滤膜的某些基本特征之间建立相关性的原理。迄今为止，这种相关性从未被描述过。更准确地说，本专利技术涉及一种具有用于过滤液体的膜的过滤结构，更具体地说，是前置过滤式过滤结构，其包括至少一个整件，该整件包括：-由渗透率为Ks的多孔无机材料形成的支撑件，所述支撑件具有管状总体形状，具有主轴线、上游面（或基部）、下游面（或基部）（根据液体的流通方向）、外周表面和内部；-平行于支撑件主轴线的多个通道，其形成在支撑件的内部中，所述通道通过由多孔无机材料形成的内壁彼此分开；-所述通道在其沿所述液体流通方向的上游或下游端中的一个或另一个处被阻塞，以分别限定所述液体的入口通道和出口通道，从而迫使所述液体穿过分开入口通道和出口通道的多孔壁；-至少覆盖入口通道内表面的渗透率为Km且平均厚度为tm的膜；其中，液体的平均路径距离D满足关系式（1）：D=α×(A×log(Ks×tm/Km)+B)(1)其中：α是在0.0008至0.0013范围内的系数，优选在0.0008至0.0012范围内，更优选在0.0009至0.0011范围内；A=272×Øc+272×pi+0.02；并且B=601×Øc+1757×pi+0.28；Øc是所有通道的平均水力直径，并且pi是内壁的平均厚度，D、tm、Øc、pi用m表示，Ks和Km用m2表示；在垂直于所述结构的主轴线的横截面平面上，D由覆盖每个入口通道的膜的i部分与最靠近膜的每个部分i的出口通道之间的距离di的算术平均值来限定，部分i被限定为将所述膜分成至少i个相等长度的部分，i大于10，或者甚至大于20，每个di从与所述入口通道的内部体积接触的膜的部分的内表面的中心点，直到最靠近膜的所述部分的出口通道的内壁点进行测量。关于更多的细节，可以参考例如附图2。根据本专利技术的优选实施例，在适当的情况下，它们可以组合在一起：-Ks×tm/Km的比率在0.0005和5之间，优选在0.001和1之间。-支撑件的水力直径在50至300毫米之间，优选在80至230毫米之间。-通道的平均水力直径Øc在0.5至8毫米之间，优选在0.5至7毫米之间，更优选在0.5至5毫米之间，优选在0.5至4毫米之间，更优选在0.5至3毫米之间。-支撑件内壁的平均厚度pi在0.3毫米和2毫米之间，优选在0.4毫米和1.4毫米之间。-所述结构是前置过滤式过滤器。-支撑件具有正方形、六边形或圆形基部。-过滤器的长度在200至1500毫米之间。-所有通道具有相同的水力直径。-内壁的平均厚度pi在0.3至2毫米之间。-支撑件的开孔隙率在20%至70%之间。-支撑件的平均孔径在10纳米至50微米之间，优选在100纳米至40微米之间，更优选在5至30微米之间。-膜的平均厚度tm在0.1至300微米的范围内，优选在10至70微米的范围内。-膜的开孔隙率在10%至70%之间。-膜的平均孔径在10纳米至5微米之间，优选在30纳米至5微米之间，更优选在50纳米至2000纳米之间，且非常优选在100纳米至1000纳米之间。-膜的平均孔径比支撑件的平均孔径小至少10倍（即它们的比率小于10），或者甚至小至少50倍或者甚至小至少100倍。-通道具有圆形或多边形横截面，特别是正方形、六边形横截面或八边形和正方形横截面。-优选地，支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有用于过滤液体的膜的过滤结构，其包括至少一个整件，该整件包括：/n- 由渗透率为K

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170531 FR 17548221.一种具有用于过滤液体的膜的过滤结构，其包括至少一个整件，该整件包括：
-由渗透率为Ks的多孔无机材料形成的支撑件（1），所述支撑件具有管状总体形状，具有主轴线（X）、上游面（2）、下游面（3）、外周表面和内部；
-平行于支撑件主轴线的多个通道（4、5），其形成在支撑件的内部中，所述通道通过由多孔无机材料形成的内壁彼此分开；
-所述通道在其沿所述液体流通方向的上游或下游端中的一个或另一个处被阻塞，以分别限定所述液体的入口通道（4）和出口通道（5），从而迫使所述液体穿过分开入口通道和出口通道的多孔壁；
-至少覆盖入口通道（4）的内表面的渗透率为Km和平均厚度为tm的膜（6）；
其特征在于，液体的平均路径距离D满足关系式（1）：
D=α×(A×log(Ks×tm/Km)+B)（1）
其中：
α是介于0.0008至0.0013范围内的系数；
A=272×Øc+272×pi+0.02；并且
B=601×Øc+1757×pi+0.28；
Øc是所有通道的平均水力直径，并且
pi是内壁的平均厚度，
D、tm、Øc、pi用m表示，Ks和Km用m2表示；
在垂直于所述结构的主轴线的横截面平面上，D由覆盖每个入口通道的膜的i部分与最靠近膜的每个部分i的出口通道之间的距离di的算术平均值来限定，部分i被限定为将所述膜分成至少i个相等长度的部分，i大于10，每个di从与所述入口通道的内部体积接触的膜的部分的内表面的中心点，直到最靠近膜的所述部分的出口通道的内壁点进行测量。


2.根据权利要求1所述的过滤结构，其中，比率Ks×tm/Km在0.0005至5之间，优选在0.001至1之间。


3.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中，支撑件的水力直径在50至300毫米之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：P勒普莱，A樊尚，
申请(专利权)人：欧洲技术研究圣戈班中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR