整体式膜过滤结构制造技术

一种用于过滤液体的整体式膜型过滤结构，其包括：由多孔无机材料形成的渗透率为K

Integral membrane filtration structure

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】整体式膜过滤结构
本专利技术涉及由无机材料制成且旨在过滤液体的过滤结构领域，特别是多孔结构，该多孔结构涂覆有膜以便从液体分离颗粒或分子，更特别地从水分离颗粒或分子，特别是从源自从页岩中提取石油和天然气的生产用水分离颗粒或分子。还发现了其在化学、制药、食品或农业食品工业中用于液体的净化和/或分离的各种工业过程中的应用。
技术介绍
采用陶瓷或非陶瓷膜来过滤各种流体、特别是受污染的水的过滤器早已为人所知。这些过滤器一般地由用多孔无机材料制成的管状支撑件制造，管状支撑件由界定平行于所述支撑件的轴线的纵向通道的壁形成。通道的内表面覆盖有分离膜。该膜包括一种通常为无机的材料，其性质和形态适于阻滞污染分子或颗粒，只要它们的尺寸大约为所述膜的孔隙的中值直径。称为前置过滤的第一种技术是已知的，其涉及使待处理流体垂直于过滤介质的表面穿过该过滤介质。前置过滤器通常包括在其前面上被阻塞的通道的一部分以及在其后面上被阻塞的通道的一部分，以便形成由过滤壁分离的入口通道和出口通道，待过滤液体必须穿过所述过滤壁。当该液体通过时，其变得跨越壁和膜而卸去其分子或颗粒，因此形成渗余物，渗余物然后积聚在入口通道中，而净化的液体经由出口通道逸出，或者甚至部分地经由过滤器的周边逸出（如果该周边不受阻碍）。这种技术受到颗粒堆积和在过滤介质的表面处形成滤饼的限制。通常，参考待过滤液体流通的方向，入口通道在过滤器的上游面（或前面）上开放以供待过滤液体通过。这些入口通道可沿液体流通的方向在所述过滤器的下游面（或相反面）上被阻塞。另一方面，出口通道或经由其去除过滤后的液体的通道可在过滤器的上游面上被阻塞且在过滤器的下游面上开放。根据本专利技术同样涉及的另一种技术，使用切向过滤，由于流体在膜的表面处的纵向流通，该切向过滤另一方面使得有可能限制颗粒的堆积。颗粒保持在流通流中，而液体可以在压力差的影响下穿过膜。此技术确保了性能以及过滤水平的稳定性。它更特别地被推荐用于过滤满载颗粒和/或分子的流体。因此，切向过滤的强项是其易实施性、由于使用了其孔隙率适于执行所述过滤的膜而导致的其可靠性、以及其连续操作。切向过滤需要很少的辅助剂或者不需要辅助剂，并且供应两种分离的流体，这两种流体都可以被有益地使用：浓缩液（也称作渗余物）和滤液（也称作渗透物）：其是尊重环境的清洁的方法。这样的过滤器的过滤原理和效率依赖于在结构内对压力差的施加，以便允许流体穿越多孔壁。然而，液体的流动阻力确实限制了所获得的滤液流量。已提出了各种几何形状，以便改善此类膜过滤器的服务性质。例如，US4069157公开了多通道结构，该多通道结构的表面积、通道密度和支撑件的孔隙率被优化以便增加流量，而同时最小化过滤器的尺寸（即，直径）。为了减小过滤器的流动阻力，已提出槽或排放通道设置有不同的几何形状（US4781831、US5855781、US6077436、EP1457243、EP1607129）。如更特别地由US2001/0020756提出的，可通过在固化之后或挤出期间在过滤器上机械加工来形成槽。特别是在大直径的切向过滤器的情况下，出现了由流体穿过多孔壁所引起的流动阻力问题，对此，穿过最中心通道的液体的过滤效率远低于穿过过滤器的最周边通道的液体的过滤效率。为了减轻该问题，专利申请WO2017/103473描述了一种结构，其中开出远至结构中心的排放槽，并且某些通道被阻塞，使得来自过滤器的中央部分的渗透物可以更容易朝向过滤器的周边被收集。与本专利技术中的不同，根据该公开案的过滤器要求一些贯通通道在其上游端和下游端两者处被阻塞，以便获得用于收集流体并经由在过滤器上侧向地开出的槽提取该流体的去除通道（见图1）。从申请WO2017/085551A1中还已知一种由若干个整体式陶瓷蜂窝状过滤元件的组件制造的过滤装置，优选地，所述过滤元件基本上平行布置，每个元件包括多个平行的管道。这样的构造使得有可能限制所使用的过滤结构的单独尺寸且因此保证每个单元内的最大过滤有效性。利用这样的构造，有可能获得大型过滤器而不借助于机械加工并最终增加去除渗透物所经由的周边表面积。然而，这样的构造带来了许多缺点：首先，该装置具有以下效果：需要的密封件的数量增加，以及发生泄漏或待过滤液体穿过渗透物的风险增加。此外，与相同尺寸（或总体积）的整体式过滤结构相比，依赖于组装多个小的单独过滤结构的这样的解决方案，由于在所述单元中的每一个之间所需的空间，产生了过滤器的总过滤体积的重大损失。另外，组装后的过滤器或多过滤元件解决方案的成本证明是明显高于整体式过滤器的成本的。申请WO2015/177476和WO2016/097661描述了管状形状的切向过滤器，其包括界定平行通道的集合的元件，所述平行通道中的至少一些覆盖有分离层。根据这些公开案中供应的数据，申请人公司已能够确定，这些公开案中所描述的元件的直径然而对于获得最终所获得的过滤器的最佳性能而言并不是最佳的，如以下示例中所报告的。因此，目前需要一种包括用于液体的切向过滤的膜的整体式过滤结构，这意思是说一种包括单个多孔支撑件（在该多孔支撑件的壁上施加有过滤膜）的过滤结构，该过滤结构具有最大的过滤有效性，也就是说对于相同的尺寸以及对于支撑件的壁和膜的相同基本特征而具有优化和最大化的滤液流量。整体式结构的意思是一种由单个多孔支撑件组成的结构，该结构允许在一个过滤器内处理全部的待过滤液体。相比之下，非整体式或多元件式过滤器可由包括多个支撑件的多个单元组成，每个支撑件因此构成了单独的过滤结构，液体的过滤部分地由这些单元中的每一个执行。申请WO2017/085551描述了这样的多元件式过滤器。特别地，申请人公司已发现，以这种方式优化滤液流量依赖于对组成整体式过滤结构的各种元件的组合调适。换句话说，已发现，需要将支撑件的物理特性和膜的物理特性彼此一起调节，以便获得最大的过滤有效性。与提出仅考虑到过滤器几何特性的各种构型的前述解决方案不同，本专利技术因此依赖于以下原理：在所述几何特性和膜的某些必要特征之间建立相关性，以便确定针对过滤结构的最佳构型。迄今，还从未描述这样的相关性。
技术实现思路
因此，专利技术人发现，对于当量尺寸，通过与多元件式结构（即，包括若干个过滤元件的结构）相比，有可能最大化整体式结构或切向过滤器单一元件的过滤后的渗透物的流量。更特别地，专利技术人发现，存在整体式过滤结构的最佳直径，该最佳直径可以通过考虑到支撑件和膜的几何和物理特性来确定，在这些特性下，整体式解决方案表现得比多元件式解决方案更好。因此，通过应用本专利技术，有可能选择一个领域，在该领域中，整体式过滤结构在流量方面将是最佳的解决方案，而同时与从组装多个元件获得的过滤器相比实施起来仍然是不太复杂和不太昂贵的。更具体地，本专利技术涉及一种用于切向地过滤液体的整体式膜型过滤结构，其包括：-由多孔无机材料形成的渗透率为Ks的支撑件，所述支撑件具有管状总体形状，该管状总体形状具有主轴线、上游基部、下游基部、界定内部分的周边壁；-形成在支撑件的内部分中、平行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于过滤液体的整体式膜型过滤结构，其包括：/n- 由多孔无机材料形成的渗透率为K

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171130 FR 17614321.一种用于过滤液体的整体式膜型过滤结构，其包括：
-由多孔无机材料形成的渗透率为Ks的支撑件，所述支撑件具有管状总体形状，所述管状总体形状具有主轴线、上游基部、下游基部、界定内部分的周边壁；
-形成在所述支撑件的所述内部分中、平行于所述支撑件的所述主轴线的多个通道，所述通道通过由所述多孔无机材料形成的内壁彼此分离；
-所有所述通道沿所述液体流通的方向在其上游端或下游端处开放，
-过滤后的液体经由所述周边壁去除，
-渗透率为Km且平均厚度为tm的膜，其覆盖所述通道的所述内表面；
其特征在于，其外部水力直径Øf满足关系式（1）：



其中α是被包括在0.85和1.15之间的系数，并且



其中：
Dh是所述通道的平均水力直径，
eint是所述通道之间的所述内壁的最小厚度，
eext是所述过滤器的所述周边壁的最小厚度，
tm、Øf、eint、eext和Dh是以米为单位表达的，并且Ks和Km是以m²为单位表达的。


2.根据权利要求1所述的过滤结构，其中，比率Ks×tm/Km被包括在0.01m和10m之间。


3.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中所述支撑件的所述外部水力直径Øf被包括在30和100mm之间，优选地大于50mm且小于80mm。


4.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中所述通道的所述平均水力直径Dh被包括在0.5和7mm之间，优选地被包括在1和5mm之间，且更优选地被包括在1.5和3.5mm之间。


5.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其中，所述支撑件的所述内壁的所述最小厚度eint被包括在0.3mm和3mm之间，优选地被包括在0.7mm和2mm之间。


6.根据前述权利要求中任一项所述的过滤结构，其特征在于，所述支撑件具有正方形、六边形或圆形基部，优选地具有圆形基部。


7.根据前述权利要求中任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：S平森，P勒普莱，M默勒，R诺伊费尔特，M法贝尔，
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