螺旋卷式膜元件及防止过滤器元件伸缩的方法技术

一种利用螺旋卷式膜过滤器用于超滤的方法，此处在过滤器元件和压力容器之间的间隙中压力高于或等于过滤器元件内部的压力。利用这些条件，由压力所产生的静止力在螺旋卷式过滤器元件中不同薄板之间提供一种高摩擦力，上述高摩擦力有效地防止过滤器元件解卷或伸缩。利用这种构造，能够用跨过过滤器元件比用别的办法高的差压进行超滤，上述更高的差压导致更高的效率和低的能耗。另外，说明了一种抗伸缩装置（ＡＴＤ）和一种螺旋卷式过滤器元件，上述抗伸缩装置（ＡＴＤ）和螺旋卷式过滤器元件特别适合于所公开的方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改进的用于超滤的方法，一种特别适合于在上述方法中用的抗伸缩装置ATD及一种特别适合于在上述方法中用的超滤器。
技术介绍
利用超滤通过使一些较小的分子通过过滤器，而同时保留较大的分子，使进料液流浓缩，在工业中是众所周知的。各种超滤器的应用在乳制品工业内和医药工业中尤其广泛。另一种众所周知的应用通称之为反渗透，此处基本上所有大于水的分子都留下而透过液是纯水。反渗透比如用于使海水脱盐，以便生产家庭用或灌溉用的淡水。 所有这些应用的基础是供预定应用具有合适渗透率性能的膜。因为产量显然与膜的表面积有关，所以理想情况是利用大面积的膜。为了避免体积庞大的工艺设备，这些膜常常安排成一种螺旋卷式构造。 典型的螺旋卷式过滤器由1-6个螺旋卷式元件组成，上述螺旋卷式元件成串联流动方式连接并放在一个圆筒形压力容器中。典型的螺旋卷式元件由1个或多个约1×1m的膜组成，卷绕到一个滚筒上，上述滚筒具有一最终直径为10-20cm和长度约为1m。在滚筒中的两个膜之间，安放一种用于传导流体的可渗透多孔介质，即浓缩液隔网，来保证浓缩液可以流过膜，以便所有浓缩液都分布在表面上，并连续地清洗聚集固体的膜。 在该领域已知在卷式过滤器元件外部给各过滤器元件装备一个硬质不渗透的外壳，以便保持使元件紧密卷绕。在这种构造中，流入和流出过滤器元件将在轴向方向上穿过两端。 在浓缩液隔网内部的流动可以是朝轴向方向或是朝非轴向方向上流动，此处非轴向方向是从外部朝卷式螺旋形元件的中心成螺旋式切向运动。在该领域内已知，某些浓缩液隔网的设计能切向螺旋式运动，而另一些设计则不能。 每个膜通常都包括一种多孔的中心传导介质，亦即透液隔网，上述中心传导介质连接到一个中心透液管上，并且在透液隔网的每个侧面上都设置一个分离膜，组件在不连接到透液管的三个边缘处比如用胶堵住，以便保证只有透过分离膜的液体可以进入透液隔网。 经常绕螺旋卷式过滤元件卷绕一种多孔可透液织物，亦即调整隔网，以便使螺旋卷式元件和压力容器之间不可避免产生的间隙减至最小。 当一圆筒形容器中存在两个或多个螺旋卷式元件时，在各过滤器元件的每一端处和在两个元件之间的空隙中，通常设置抗伸缩装置ATD，上述抗伸缩装置用作两个元件之间的隔离器，并且用来减少螺旋卷式元件通过伸缩而解卷的趋势。在该领域内已知许多不同的ATD设计。 US 4,296,951公开了一种用于过滤组件的球形互连器，所述球形互连器包括一个用弹性材料成型的球形体，上述球形体具有若干同轴孔用于放入透液管的相应末端。这些互连器在不同压力范围下都适用。 US 4,301,013公开了一种带控制式旁路密封的螺旋式膜组件，此处在过滤组件外表面和圆筒形容器内表面之间的间隙中设置一种材料，以便防止任何产物在这个间隔中聚集。 US 4,855,058公开了一种高回收率螺旋卷式膜组件，所述膜组件包括用于为进料浓缩液混合物提供径向流动的装置，上述径向流动一定程度上足以达到30％或高于30％的转化，而同时保持紊流或间歇式层流。 US 6,224,767公开了一种流体分离元件组件，此处抗伸缩装置是可拆卸的，当膜元件到达它们有效寿命的终点并且必需用新的元件更换时，使它们可再用。 在使用时，待浓缩的流体被迫进入压力容器的入口并受挤压主要是在轴向方向上穿过过滤器元件，不过某些过滤器元件也在径向方向上提供某种流动。然而其中一部分流体将穿过过滤器元件和圆筒形容器之间的间隙通过过滤器元件，同时产生一种旁路流动。 本领域的技术人员应该理解，沿着过滤器元件的压降与在液体行进路线处所遇到的流阻有关。因此，在过滤器元件和容器之间间隙中的压力分布图将与螺旋卷式过滤器元件内部路线处的压力分布图不同，即使开始压力和最终压力相同时也是如此，亦即，在某些位置处压力相同，在某些位置处在过滤器元件和容器之间的间隙中压力较高，而在某些位置处上述间隙中的压力较低。 在过滤器元件内部压力比过滤器元件和容器之间的间隙中压力高的位置处，有一种螺旋卷式元件解卷或伸缩的趋势，其结果是在过滤器元件内部形成通道，上述通道大大降低了过滤器元件的效率。 实际上，经验是解卷或伸缩的趋势随着液体的压力梯度和流动速度变高而增加，结果是解卷或伸缩效应限制了可以加到一螺旋卷式元件上的压力梯度，并且由于压差是过滤操作中的驱动力，所以限制了上述过滤器元件的效率。 希望是能在较高的压力梯度下操作螺旋卷式过滤器元件，以便增加过滤器元件的效率。
技术实现思路
本专利技术人实现了通过用一个或多个螺旋卷式膜过滤器元件安装在一个圆筒形压力容器中进行超滤的方法，可以改善用一种螺旋卷式超滤器过滤，此处每个过滤器分段都包括一个或多个膜，每个都包括一个中心透过液隔网，所述隔网都用分开的膜覆盖在两侧上，在一个边缘处与一个透过液管连接，和在三个另外边缘处堵塞，用一个浓缩液隔网绕中心透过液管卷绕，因此各膜和浓缩液隔网交替式铺放在卷式元件上，并让流体从过滤器元件和压力容器之间的间隙朝切向成螺旋方向上进入浓缩液隔网，在沿着过滤器元件的任何位置处的横截面中，螺旋卷式膜滤器分段和圆筒形压力容器之间的间隙中压力都高于或等于两个膜之间浓缩液隔网中的压力。 在使用按照现有技术所述的螺旋卷式元件的超滤厂中，过滤器元件和压力容器之间的间隙将提供比卷式过滤器元件内部的浓缩液隔网小的流阻，其结果是流体在过滤器元件和压力容器之间的间隙中流体的线速度比卷式过滤器内部的线速度高。如Bernoulli方程所表示的流体物理定律说明，与较低速度行进的流体相比，比较高速度行进的流体将施加较小的静压力。因此，本领域的技术人员应该理解，在按照现有技术所述的这种超滤厂中，在某些位置处卷式过滤器元件内部的压力将高于卷式过滤器元件和压力容器之间间隙中的压力。 在按照本专利技术所述的方法中，压力产生一个从压力容器周边指向容器中心的力，这个力增加了滚筒中相邻薄板之间的摩擦作用，所述摩擦作用保证螺旋卷式元件保持在合适位置，而没有任何解卷或伸缩，即使当比通常高的压力加到这些过滤器元件上时也是如此。 这使过滤器元件能在比现有技术所用的压力显著要高的压力下，如在具有长度约为1m的过滤器元件入口和出口之间2巴或2巴以上的压差下工作。这种高压差为过滤元件提供了较高的效率，上述较高的压差还保证用这种方法可以达到每单位分离膜面积更高的浓缩，另外与按照现有技术所述的方法相比，可以达到一较低的能耗。 这种有利的压力可以通过这样设计过滤器形成，即将螺旋卷式元件和压力容器之间的通道在过滤器元件的入口处对进料流体打开，而在过滤器元件出口处堵塞或限制。照这样将按照本专利技术所述的方法形成压力。 按照本专利技术所述的有利压力条件可以通过使用抗伸缩装置ATD形成，上述ATD包括一个元件，所述元件当放在圆筒形压力容器中时，保证从前面过滤器元件或入口中出来的浓缩液在离中心透过液管的距离大于d处可以不通过ATD或者只以有限的程度通过ATD，此处d小于螺旋卷式膜滤器分段的直径，并且此处流出前面过滤器元件的浓缩液能自由地流入后面过滤器元件和压力容器之间的间隙。 在一个优选实施例中，这种ADT装备了一个限流器，所述限流器保证后面过滤器元件中的进料流体是在比上述流体遇到上述过滤器元件周边低的压力下遇到过滤本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于超滤的过滤器组件，在一压力容器中包括一个或多个过滤器元件，上述过滤器元件用抗伸缩装置（ＡＴＤ）分开，其中各过滤器元件都包括一个或多个膜，每个膜都包括一个中心透过液隔网，上述透过液隔网在两侧面上被分开的膜覆盖，并在一个边缘处与一透液管连接和在三个其它边缘处堵塞，用一浓缩液隔网围绕中心透液管卷绕，上述浓缩液隔网能让流体从卷式过滤器元件和压力容器之间的间隙朝切向成螺旋的方向上流入卷式过滤器元件，以便各膜和浓缩液隔网交替式铺放在卷式元件中；及其中通向卷式过滤器元件和压力容器之间间隙的入口是自由的，而上述间隙的出口如此受限制，以便没有液流或仅有有限的液流能从上述间隙流到相应卷式过滤器元件之后的间隙中，其特征在于：各卷式过滤器元件都设置用于保证在过滤器元件入口处的压力等于或低于在同一纵向位置处过滤器元件和压力容器之间的间隙中压力的装置。

【技术特征摘要】
DK 2002-1-4 PA2002000081.一种用于超滤的过滤器组件，在一压力容器中包括一个或多个过滤器元件，上述过滤器元件具有抗伸缩装置，所述抗伸缩装置位于每个过滤器元件的上游和下游，其中各过滤器元件都包括一个或多个膜，每个膜都包括一个中心透过液隔网，上述透过液隔网在两侧面上被分开的膜覆盖，并在一个边缘处与一透液管连接和在三个其它边缘处堵塞，用一浓缩液隔网围绕中心透液管卷绕，上述浓缩液隔网能让流体从在卷式过滤器元件和压力容器之间的间隙沿着与过滤器元件的横截面相切的方向上流入卷式过滤器元件，以便各膜和浓缩液隔网交替式铺放在卷式元件中；及其中通向卷式过滤器元件和压力容器之间间隙的入口是自由的，而上述间隙的出口如此受限制，以便没有液流或仅有有限的液流能从上述间隙流到相应卷式过滤器元件之后的间隙中，其特征在于各卷式过滤器元件都设置用于保证在过滤器元件限流通道内部的压力等于或低于在元件整个长度范围内同一纵向位置处过滤器元件和压力容器之间的间隙中压力的装置。2.按照权利要求1所述的过滤器组件，其中，所述抗伸缩装置形成具有一个对接卷式过滤器元件出口侧的密封圈，所述密封圈防止流体在离中心透液管的...

【专利技术属性】
技术研发人员：延斯K默勒，
申请(专利权)人：恩维罗控股公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]