CN101952009A - 旋转环形错流过滤器、排气器以及淤渣增稠器 - Google Patents

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Abstract

旋转环形错流过滤器剪切反向旋转的共轴离心式叶轮之间的径向向外流动的轴向进料。叶轮周边处的流的径向阻抗减缓了径向向外的流，并增加了叶轮之间的进给的滞留时间。剪切升降机从过滤器表面的边界层喷射出固体，并且所喷射的固体通过离心作用收集在叶轮周边处，在叶轮周边处，所喷射的固体增厚成淤渣并被挤压。具有小于水的比重的天然气、石油、浮动固体以及分馏物发展成径向涡流，并且由轴流泵径向向内吸到叶轮之间并从叶轮之间吸出。三路相分离在单道通过单独的简单设备中连续不断地进行，该简单的机械设备具有在处理区域中的进料的长的滞留时间。

Description

旋转环形错流过滤器、排气器以及淤渣增稠器
发明背景
本发明涉及城市和工业污水处理，涉及石油和天然气产品产生的流体废物和所产生的盐水的清理，涉及野外水净化，涉及食品和饮料加工，以及通常涉及用于三路相分离(three way phase separation)的机械装置。还涉及高剪切运动过滤器错流过滤、脱气器(degassifier)、饮料净化器以及淤渣增稠器(sludge thickener)。
三路相分离将流体混合物的进料分成三个流(stream)：气体、液体和固体。本发明在单道(one pass)通过单独的简单设备的连续过程中执行三路相分离，无增加的热或化学制品。
术语“相”通常理解为适用于物质的状态。例如，水可作为蒸汽以气态存在，作为水以液态存在，以及作为冰以固态存在。然而，本发明中，术语“相”将被更概括地限定如下：不可冷凝的气体、蒸汽以及具有比重或密度小于期望的液体滤液的液体(例如轻油，其具有小于所期望的滤液的比重)将被称为轻馏分(light fraction)。尽管可能包括某些液体，轻馏分构成一个相，总称为气体。期望的液体滤液是第二相，称为液体。当凝聚成淤渣时，悬浮的固体、胶体以及具有密度或粘度大于所期望的滤液(例如比所产生的盐水稠密的重油)的液体是第三相，即固体。
气体可包括具有小于水的比重的液体碳化氢，比如汽油和橄榄油，和来自挥发性的有机化合物(VOC)或溶剂的可冷凝的蒸汽，以及不可冷凝的气体比如氧气、硫化氢、氯气、一氧化氮、甲烷和二氧化碳。液体可包括饮用水、盐水、油、汁、啤酒、酒和生产用水。固体可包括粘土、酵母、果渣、橄榄核、种子、茎、来自烟气湿法洗涤的悬浮的固体、沉淀物、水垢(scale)、脂肪族化合物、金属微粒、藻类、泥、血液细胞和微生物。前述列表意为说明性的，并非是限制性的或详尽的。
一个需要三路相分离存在的例子是制酒业。酒需要被从气体和固体中清洁。
溶解的氧气引起氧化作用，并且溶解的二氧化碳引起碳化作用，两者都降低了酒的品质。在装瓶之前提取溶解的二氧化碳，通常做法是用桨搅拌，但是这种原始的手段缺陷是混合进了大气中的氮和氧。
为去除酒中的酵母和其他悬浮的固体，增加澄清剂比如膨润土，并且当其由于重力缓慢沉降时扫过酒。沉降之后，沉降箱的底部有一厚层酒糟(lee)。大部分酒糟是具有高的酒内容物(content)的易碎的浮冰块(delicate floe)，如果酒糟被丢弃了，浮冰块就浪费了。酒的过滤常规地是通过终端过滤器(dead end filter)来将酒糟从顶部小心地虹吸出去，其阻塞并且必须被清理或丢弃。
酒厂废弃物，比如酒糟、阻塞的过滤器以及果渣，是重要的处理问题。因为其高的液体内容物，这些废弃物不能被燃烧并且是沉重的。水果和橄榄加工业对有效的增稠设备有类似需求，以从果渣和酒糟提取液体内容物，同时增加产量并降低废弃物运输问题。
对橄榄，三路相分离涉及分离橄榄油、水以及果渣。优选地，如本发明中所公开的，粉碎水果的同时释放出油。高剪切滚磨设备对捣碎设备(mashing device)是优选的，捣碎设备可将不需要的种子味道释放到油中。
对工业废水，需要三路相分离的例子是燃煤电厂烟气中二氧化硫的湿法洗涤的流出物。还存在由于来自烟气的飞尘的湿法洗涤产生的飞尘灰渣。二氧化硫产生酸雨，且在排放方面具有严格的限制。常规地，从烟气中除去二氧化硫采用向烟气中喷射石灰石和水的混合物来完成。石灰石与二氧化硫反应溶解在水中以形成二氧化碳和石膏灰浆。反应取决于试剂的接触，且SO2浓度低(小于1％)，因此当反应继续且石膏形成和沉降时，喷射必须保持在容积池中或沉降箱中。靠重力的沉降持续时间长，需要大的轨迹，并仍然留下微细固体的大体积的浑浊层，微细固体太小而不能靠重力完全沉降。
对工业废水的另一个例子是来自机械加工的流出物。切削液、润滑油、溶剂、金属微粒、锈、灰尘以及各种污染物需要从废水中分离出来，优选地允许流出物中的水可在工厂循环。润滑油的存在使得分离任务变复杂，因为润滑油妨碍固体的沉降并填塞终端过滤器。挥发性的有机化合物比如流出物中的溶剂也需要从水中分离出来。在此情况下，三相分离将流出物分成三分支流：可回收的或可易于处理的固体、可循环的水以及油和溶剂的轻馏分流。
城市废水需要三路相分离以产生三支分流：增稠的淤渣、水以及油、肥皂水、挥发性的有机化合物和不可冷凝的气体的轻馏分流。所谓的废水中的水事实上是潜在可再生利用的资源。固相包括排泄物(fecal matter)、细菌、变形虫、灰尘、金属、焦油以及各种各样的悬浮的固体，且其既要被分离还要被增稠。轻馏分流包括汞蒸汽、蒸汽或挥发性的有机化合物(VOC)的冷凝物，挥发性的有机化合物包括氰化物、油、乳浊液(emulsion)和肥皂水。轻馏分流还包括不可冷凝的气体，包括硫化氢(H2S，通常所说的下水道气体)、来自氯化作用的溶解的残余氯气(Cl2)、甲烷(CH4)、一氧化二氮(N2O)以及来自脱氮作用的氮气(N2)。轻馏分流应被收集而不是废弃到大气中。
甲烷近期受到废水处理厂关注，因为甲烷是强烈的温室气体，是二氧化碳强度的24倍，并且因为在发电机中收集和燃烧甲烷增加了工厂的能效。另一个从废水中提取甲烷的原因在于，甲烷结合废水中的氨形成氰化氢酸(也就是所说的氢氰酸，纳粹毒质Zyklon B)。这是商业上通常所说的BMA工艺。
氰化物是阴离子CN-。在水中，氰离子变成氢氰酸(HCN)。氢氰酸的沸点是26℃，这使其高挥发，即可靠低压使HCN变成气体而将其从水中分离出来。HCN密度为0.687g/cm3，比水密度小很多，因此HCN既可靠挥发性也可靠密度从水中分离出来。其他氰化物是：氰(NCCN)，其在水中变成氢氰酸(HCN)，且氰的沸点是-20.7℃；氯化氰(13.8℃)；以及丙酮合氰化氢(82℃)。应注意，所有这些的沸点低于水的沸点(100℃)，即这些是挥发性的有机化合物。所有的氰化物种类被认为是极为危险的材料，因此已被指定作为P级危险废弃物。废水中的氰化物的整治目标是1μg/L(十亿分之一)，这通过当前已知的处理技术，甚至是通过超过滤技术都无法实现的，超过滤技术至多能达到10μg/L，并且非常昂贵。
城市和工业废水中的其他有毒的挥发性的有机化合物(VOC)是苯、甲苯和二甲苯；总的说来，这些被称为BTX。与氰化物类似，这些比水更易挥发，具有低粘度并且具有低密度(与水的1g/cm3相比，大约是0.87g/cm3)。VOC是非常强烈的温室气体，也应被收集而不应排放到大气中。
溶解的氮气(N2)引起赤潮和下游的鱼类灭绝，以及人类的“蓝婴儿”综合症。城市废水中的氮气来自废弃物的微生物分解，并且，对废水进行脱氮以便提取氮气是处理的重要步骤。氮气在大气中是无害的，但一氧化二氮(N2O)是非常强烈的温室气体，是二氧化碳的297倍。
池中的污水沉降是缓慢的，不能去除微细的固体。对水鸟而言，污水池是大的污浊有毒的陷阱。废弃的空间和长的滞留时间是池沉降的其他缺陷。从城市废弃物沉降池释放的甲烷(来自厌氧处理)、一氧化二氮和二氧化碳(来自需氧处理)促使了全球气候变化问题。
污水沉降产生的淤渣仍然很湿。城市废水厂或其他设备中的淤渣增稠，常规地通过干燥来实现，而干燥需要来自矿物燃料的热，并造成对工厂的极大能量载荷。
剪切增稠是在流变学中当突然剪切时流体变硬的一种现象。水不会剪切增稠，而是像大多数流体一样是满足牛顿学的，即水的动力粘度与剪切速率无关。剪切增稠流体的一个例子是湿沙，湿沙可以支撑驶过其上的汽车，但是不能支撑停放在其上的汽车。粘土泥浆、飞尘灰渣和石膏泥浆也是剪切增稠流体。这些非牛顿的流体被以各种名称称呼，包括膨胀的或流凝的。如本发明所公开的，周期性脉冲中的剪切也能使淤渣脱水，这是剪切增稠的另一个机制。
错流过滤器避免了终端过滤器由于积累的固体堵塞过滤介质的主要缺陷。过滤器堵塞需要停机时间和花费以替换或清洗过滤器。具有快速运动的过滤器表面的设备称为高剪切错流过滤器，因为设备的机械驱动剪切速率(＞100,000秒-1)超过了可能使用错流的极限(～10,000秒-1)，由于驱动通过过滤器介质的进料速度的压力。高剪切错流过滤器引起平流输送悬浮的固体离开过滤器介质的剪切升力。
Brantley等人(2002)的美国专利号6,478,969公开了一种保持来自光滑膜的剪切升力和渗透阻力(由于流动通过膜)平衡以选择滤液中的粒子大小的分馏方法和系统。Schepis(2005)的美国专利号6,872,301、Ahlberg等人(1990)的美国专利号4,925,557和Ahlberg等人(1991)的美国专利号5,073,262中公开了多盘旋转微型过滤器设备。所述的高剪切错流过滤器包括含有多个中空过滤器盘的圆柱形箱，中空过滤器盘安装在旋转的中空轴上，将周边设备供给盘并将滤液流动通过盘的内部供给中空轴。动量从涡流盘的粘性扩散产生了由剪切升力净化的水的封皮(envelope)，封皮由输送压力挤压通过盘膜进入盘的内部和轴孔。盘具有小半径，因此多盘组件必须以高的角速度(＞1000rpm)旋转，以达到用于产生足够的分离剪切升力的高剪切速率。
高角速度设备比如多盘旋转错流过滤器，其中的转子和转子附着的旋转水(spinning water)的封皮由于流体流的不同是变质量的，这提出了困难的工程挑战和危险。所有离心机的问题是由于快速旋转设备中的轴向不稳定性导致的摆动。一个例子是洗衣机的自旋周期，在洗衣机里，如果衣服不是围绕旋转轴均匀分布，那么旋转导致摆动，并且机器关闭以避免损坏。在离心机半径小的地方，围绕旋转轴的精确的质量分布是重要的，以防止在高速下摆动。多盘旋转微型过滤器的另一个困难是封皮中过滤器阻塞油的离心集中。
饮用水的野外净化常规地靠添加化学药品来实现以预处理进料，之后在非常高的压力下过滤处理过的进料通过非常小的孔膜(反渗透，也称为超过滤)。化学药品是必须的，以对进料消毒并消除比如碳酸钙的生成水垢的化合物。因为以下几点，反渗透很昂贵：(1)产生高压的高能耗；(2)复杂且昂贵的预处理；以及(3)当小的孔膜由于沉淀的水垢、油和微粒而不可避免地堵塞时需要停工时间和昂贵的元件更换。尽管由于进料压力而在膜上存在某些错流，剪切速率与旋转微型过滤器相比是相对小的，因为进料速度比旋转盘的切向速度小得多。进料速度不足以将积累的固体扫离膜。
靠机械方法旋转或振动长而窄的圆柱形RO膜会稍微提高剪切速率，但可能由于剪切应力或空化损伤而撕坏易碎的膜。而且，以适度安全的角速度的小直径圆柱体的旋转能在膜处仅产生小的切向速度以及因此的小的剪切升力。
作为发展中国家对饮用水的迫切需要的解决方案，反渗透野外净化由于其高能耗和其技术的复杂性而从根本上不能令人满意。化学药品和膜的更换很昂贵，并且通过现有的分销渠道可能无法可靠地提供，尤其是在偏远地区。维修需要的技术的基础设施也无法提供。存在一个长期感知但尚未满足的对用于三路相分离的简单的机械方法的需要，以从受微生物、泥、水藻、蠕虫、蜗牛、细菌、废料、恶臭气体和油污染的进料来生产饮用水。
脱水核废料是一个重要的分离应用。目前本领域已知的最好方法是在化学药品预处理之后，通过烧结的不锈钢过滤器的多盘旋转微过滤。见M.Poirier，“Evaluation of Solid-Liquid Separation Technologies to Remove Sludge and Monosodium Titanate from SRS High Level Waste”(2000)，http://sti.srs.gov/fulltext/tr2O00288/tr20O0288.html。
发明概述
反旋转共轴离心叶轮在其旋转轴处进料，连续地且同时地将进料分离生三流：(1)在叶轮周边挤压出的剪切增稠淤渣中的固体，(2)离析出的气体、油和在叶轮的旋转轴处提取的其他轻馏分，以及(3)通过在至少一个叶轮中的环形高剪切径向错流过滤器压榨的液体。高体积、高浑浊的进料流可在简单机械设备中处理，无需化学预处理，也没有过滤器堵塞。高剪切升力从倚靠环形高剪切过滤器的边界层排除悬浮的固体，边界层之上的进料的径向流扫清排除的固体。
环形的高剪切错流过滤器在平面上剪切进料，该平面平行于叶轮之间的径向向外的进料流。动态地丢弃的悬浮的固体由两个叶轮离心到叶轮的周边并在高湍流中凝聚。周边处，浓缩浆在邻近分布的多皱的表面(rugose surface)之间被剪切以形成厚淤渣。液体靠由于径向涡流与周边阻抗(impedance)的涡流-壁相互作用(vortex-wall interaction)的反压而从周边排出，并最终再循环到倚靠旋转的盘过滤器的边界层。由于叶轮旋转，反压挤压边界层通过径向错流过滤器，以产生澄清并脱气的滤液。
离心叶轮之间的进料流中的径向涡流设置有通过进料的汇流导管(sink flow conduit)，用于连续提取离析出的气体，离析出的气体靠轴流泵在叶轮的旋转轴处抽真空而从叶轮之间被吸出。油、VOC蒸汽和其它轻馏分也被抽出径向向内通过径向涡流并被轴向提取，同时进料流径向向外。
音频共振空化泡(cavitation bubble)的内爆破坏微生物以及压碎水果。空化泡不是靠离析的不可冷凝的气体缓冲的，因为不可冷凝的气体是通过径向涡流轴向提取的。因此空化泡的破裂变得相当有力，通过局部产生的高压脉冲导致细胞壁破裂以及通过局部产生的紫外线脉冲导致辐射。
本发明公开的设备和方法的应用包括：
1.受硫化氢、甲烷、氯、排泄物、汽油、油、VOC、变形虫、蠕虫、泥、水藻或微生物污染的河水和池水，以在野外净化单元中产生可饮用水，野外净化单元可依靠人力或畜力运转。
2.饮料，包括酒、啤酒以及果汁，装瓶之前以去除酵母、悬浮的固体和溶解的气体。
3.肥料浆和工业废水，以浓缩脱水的淤渣并防止甲烷排放。
4.预处理之后的城市废水，以提取溶解的氯、甲烷、氮、氰化物、汞和VOC，以及将悬浮的固体浓缩成增稠淤渣。
5.压碎葡萄、橄榄和其它水果、坚果或蔬菜，以产生油、果汁和增稠的果渣的分离的流。
6.来自气体洗涤的浆，以产生脱水的厚淤渣，并通过轴向提取产物气体来加快洗涤反应。
7.海洋的可再利用废水，以在排放盐水之前分离焦油、油和液体。
8.从石油和天然气操作中产生的盐水，以分离沙子、焦油、钻探泥浆以及来自盐水的脂肪油，并在井口处从盐水中回收汽油。
9.干酪乳清。
10.造纸厂白水或其它纤维树干悬浮物(fiber stock suspension)。
11.拜耳处理法的红泥。
12.制药或其它化学加工的沉淀物。
13.溶液中的晶体。
14.来自煤矿开采的浆，以回收颗粒碳并清洁汞、芳香族的和挥发性的有机化合物的水。
15.蜂蜜，以从蜡和颗粒物质中分离蜂蜜。
16.血液，以从血浆中分离细胞。
17.脱水的核废料。
附图说明
图1显示了优选的实施方式的一部分的横截面示意图，包括反向旋转离心叶轮，其中一个叶轮包括高剪切错流过滤器。
图2显示了优选的实施方式的剩余部分的横截面示意图，示出了用于产生叶轮的反向旋转的驱动装置。
图3显示了底部叶轮和底部叶轮的环形的高剪切错流过滤器的底视图。
图4a和4b显示了当叶轮反向旋转时叶轮表面的相对的多皱部分的详细的横截面。
图5a、5b和5c解释了涡流-壁相互作用。
图6显示了可选择的实施方式的横截面示意图，包括与静态顶盖相对的单个叶轮。
图7a显示了靠近过滤器的流体流的细节。
图7b显示了靠近过滤器的流体流的更多细节，以及剪切升力。
附图标记编号
1-进料源
2-轴向进料导管
3-轴向室
4-底部叶轮
5-顶部叶轮
6-径向通路
7-径向通路的夹紧部分(pinch section)
8-径向通路的剪切增稠部分
9-叶轮的多皱部分
10-环形的高剪切错流过滤器
11-封条(seal)
12-支撑轮
13-轴向排出导管(axial exhaust conduit)
14-轴向抽吸泵
15-驱动轮
16-驱动轮轴
17-驱动轮电机
18-带
19-带绞盘
20-浆漏斗
21-油和轻组分容器
22-障板(baffle)
23-转子
24-顶盖
25-油导管
发明详述
优选的实施方式和可选择的实施方式的下列描述不是旨在限制权利要求的范围，而是仅仅示出本发明，以便被本领域的一般技术人员在将本发明应用到问题时所易于理解。对于许多不同应用而言，本发明所公开的三路相分离的许多不同实施方式是可能的。不同的实施方式所共有的内容由权利要求限定，并且由权利要求而不是实施方式来限定本发明。
图1在示意性的横截面图中显示了用于城市或工业废水同时除气、过滤和淤渣增厚的优选的实施方式。图2通过所示的虚线与图1相连接。
现在参考图1，废水(称为进料)是流体混合物，包括以下三种相：(1)轻馏分(包括溶解的不可冷凝的气体、轻油、挥发性的有机化合物，以及具有小于水的比重的液体组分)，(2)液态水，以及(3)悬浮的固体(包括重油和具有比重大于水的组分)。三路相分离将进料分成轻馏分、水和固体的单独的流。来自进料源1的进料流过轴向进料导管2进入轴向室3。轴向室是底部叶轮4和顶部叶轮5之间的在公共旋转轴a-a处的空间。
进料的平流输送是由来自叶轮4、5的动量转移导致的，并且可通过适当的方法(未示出)引起的进料泵压力协助。叶轮4、5之间的径向通道6为从轴向室3和从公共的叶轮旋转轴a-a径向向外的进料限定了流路径。每个叶轮充当离心叶轮。所述的径向向外的流路径包括倚靠每个叶轮的边界层和边界层之间的剪切层，其中流体流从轴a-a径向向外，在剪切层处，流体流是扰动的，但是有轻馏分的纯向内的径向平流输送以及悬浮的固体的纯向外的径向平流输送。见图5a。
构成所连接的低的压力梯度的网络的径向涡树(vortex tree)的阵列，延伸通过反向旋转叶轮4、5之间的剪切层。许多尺度的涡流，包括周边处的精细尺度的涡流(fine scale eddy vortices)和更靠近轴a-a的大尺度类主流径向涡流(large scale trunk-like radial vortices)，由于叶轮反向旋转和轴向抽吸的加压机制(forcing regime)而被连接到树中。
本发明公开了一种开放式系统，具有连续的质量流通过轴向进料导管2进入，并同时通过下列离开：(1)轴向排出导管13，(2)环形的高剪切错流过滤器10，以及(3)剪切增稠部分8。作为开放式系统，与封闭式系统是不同的，封闭式系统比如形成封闭的圆柱体的端盖的精确反向旋转盘之间的冯卡门旋涡流(von Karman swirling)，封闭的圆柱体不具有用在磁流体动力学的调查中的用于连续进料的装置。
所述的径向涡流为轻馏分的所述径向向内的汇流设置有附着的导管。当气体流径向向内时，进料围绕涡流中心径向向外漩涡。气体和油以及其他轻馏分通过径向涡流中心并远离环形的高剪切错流过滤器10的径向向内的平流输送由轴流泵14辅助，当叶轮4、5反向旋转时轴流泵14运转。
通过适当的装置，叶轮对于公共旋转轴a-a是反向可旋转的。用于反向旋转的装置可以是不同的，包括驱动每个叶轮的独立的电机、关闭公共电机的带驱动或一个或多个驱动轮15，如图2和图3中所示出的。当底部叶轮旋转时，支撑轮组件12承受底部叶轮的重量。支撑轮组件可被设置有电机，并能设置用于驱动底部叶轮4的装置。优选地，叶轮4、5以近似相等的角速度在相反的方向旋转。图6显示了可选择的实施方式，该实施方式中，只有底部叶轮4旋转。
每个叶轮包括过滤器10上游的多皱部分9和在剪切增稠部分8处的过滤器下游的多皱部分9。底部叶轮的详情见图3。每个叶轮的多皱部分相对，如在图4a和4b的讨论中特别描述的。相对的叶轮多皱部分的反向旋转导致进料中的音频剪切脉冲，从而导致气体被离析，并且空化发生在接近微生物的共振脱气气泡中。所述的剪切脉冲还从剪切增稠部分8中的淤渣抽取(mile)液体。
离析的不可冷凝的气体通过径向涡流树的低的压力梯度被连续提取，如先前所描述的，因此空化泡在水蒸气中越来越多。空化泡中的不可冷凝的气体处于压缩中吸收能量，并且当不可冷凝的气体缓冲消失时，空化泡的内爆变得突然且非常有力，产生非常大的压力甚至紫外线。由于来自反向旋转的多皱部分的音频压力脉冲，共振在空化泡中积累能量，以使得每个内爆逐渐变得更有力，并且每个随后的爆炸产生倚靠悬浮的固体比如微生物的更强的压力脉冲。这类似于靠近易碎的细胞壁的速射深水炸弹(rapid fire depth charge)。
尽管离心叶轮4、5径向向外平流输送流体，由于夹紧部分7和剪切增稠部分8的周边阻抗，纯的径向向外的流速度尤其是在剪切层中的纯的径向向外的流速度是小的。因此微生物在多皱部分9之间的灭活的滞留时间长。共振时间长，以在靠近微生物的空化泡中积累能量。根据何种微生物需要被灭活，共振时间是简单可调节的。
底部叶轮4包括环形的高剪切错流过滤器10，该过滤器位于底部叶轮的多皱部分9的下游。也见图3。环形的高剪切错流过滤器10在两个方面中是错流的：(1)在过滤器之上，由于离心叶轮4、5的平流输送，进料从轴a-a轴向向外流动，同时(2)环形的过滤器旋转在近似平行于进料的平面中剪切横过所述的径向流的进料。在此实施方式中，在一个叶轮中示出了一个连续的环形的过滤器。每个叶轮可具有一个或多个环形的过滤器，或在一个或两个叶轮中可以有多个过滤器。
过滤器布置为平行于所述的径向向外进料流，并剪切倚靠底部叶轮的径向向外流动的边界层。过滤器的旋转导致邻近过滤器表面的流体与过滤器一起以相同速度旋转(无滑移状态)。剪切升力(见图7a和7b)平流输送边界层之外的悬浮的固体离开过滤器，对小微粒增加了分离效率，并防止了过滤器孔的阻塞。
所述的正交流产生了倚靠过滤器10的边界层中的涡流。密度小于进料中悬浮的固体的密度的液体在涡流中心处浓缩，并且由于固体较高的密度，固体从涡流中心被离心分离到涡流周边。因此固体通过在邻近的涡流周边处的碰撞而被离心地分离凝聚，在邻近的涡流周边处，固体浓度高且涡流在相反的方向旋转。凝聚的固体结块通过由于切向和径向剪切的剪切升力而从边界层排出。螺线涡流中的微粒的离心作用，连同剪切升力，平流输送微粒远离过滤器，留下水的净化的边界层，水通过过滤器渗出并通过适当的方法收集。浓缩浆剩余在叶轮之间，以在叶轮周边的下游被剪切增稠。
大量非弹性固体碰撞引起固体迁移远离倚靠旋转过滤器10的边界层，并在叶轮之间的剪切层变得混乱(tumbled)，在那儿，湍流通过多次碰撞将固体凝聚成大的结块。随着结块在周围被反弹，结块在剪切层中越滚越大。
径向通道6包括在叶轮4、5周边处的夹紧部分7和剪切增稠部分8。从湍流的剪切层排出并由来自底部叶轮的剪切升力丢弃的结块，迁移到倚靠顶部叶轮5的边界层，在边界层，结块接收推动结块径向向外到剪切增稠部分8的动量增强，在剪切增稠部分8处，结块被脱水，并剪切增稠成厚淤渣，厚淤渣从叶轮的周边被挤压出并通过适当的方法(未示出)收集。适当的方法例如刮，对本领域的一般技术人员应该是明显的。
对从属于本发明的应用，本领域的一般技术人员将能调整过滤器旋转速度、过滤器与进料的摩擦、孔大小、压力以及其他因素以获得用于在所述应用中有效分离的足够的剪切升力。
将错流过滤器10连接到底部叶轮4的封条11防止未过滤进料的泄露，并允许过滤器的快速更换。对期望对滤液充气的城市废水，滤液能简单地落到箱中。在其他的应用中，例如酿酒业，可提供适当的用于收集滤液而不允许接触大气的装置，比如布置在过滤器下方并可滑动地啮合底部叶轮的环形室。
环形的高剪切错流过滤器10丢弃的固体如前所述从过滤器10径向向外流动进入径向通路6的夹紧部分7。在夹紧部分7处，在叶轮之间的剪切层中形成的径向涡流受壁的摩擦发生压缩，并且由于涡流-壁作用，轴向射流朝着轴a-a径向向内发射通过径向涡流中心，如图5a、5b和5c所示。轴向喷射抽吸淤渣外的液体，并将液体朝着过滤器再循环，留下叶轮之间被剪切的较厚的淤渣。离心力由于来自叶轮的动量转移而迫使浆进入剪切增稠部分8。优选的剪切增稠部分8的多皱表面横截面在图4a和4b中示出。
轻馏分流过轴向排出导管13，由轴向抽吸泵14抽吸。轴向抽吸泵14可以是蒸汽喷射器、正位移泵或各种包括电机装置(未示出)的本领域已知的泵。轴向抽吸泵引起低压汇集(low pressure sink)，并且朝着轴a-a的流将被称为汇流。相反方向的从轴a-a径向向外的流将被称为源流。叶轮之间的同时的源-汇流将被称为径向逆流。
经过从轴向进料导管2进入轴向室3的进料开放进入在叶轮轴a-a处具有自己的轴的旋风器。在旋风器轴处，不可冷凝的气体和VOC蒸汽在低压中离析并进入轴向排出导管13。当进料在反向旋转的叶轮之间径向向外流动时，叶轮4、5之间的高剪切形成类似轮辐的径向涡流指向叶轮的旋转轴，且径向涡流是低的压力梯度。不可冷凝的气体和VOC蒸汽在径向涡流中离析，并借此由轴流泵14的操作被抽吸到轴a-a。油和低密度液体是其他的轻馏分，其径向向内流动到轴a-a，并且可通过轴流泵从轴向室被抽吸出来或仅仅允许向上流动到轴向排出导管13，并通过轴向排出导管中的孔径(未示出)。轻馏分的离心提取留下脱气的油和挥发性的游离液体(volatile free liquid)经过径向向外到底部叶轮4中的错流过滤器10。
当源流中进料径向向外流动时，气体和其他轻组分比如油，在汇流中径向向内流动通过径向通路6中的进料，径向通路6朝着叶轮轴a-a。所述的同时的源-汇流将被称为径向逆流。因为在径向通路6中存在相关的涡流，径向逆流是可能的。相关的径向涡流树由径向向内的涡流轴延伸(vortex axis stretching)以及同时的径向向外的涡流轴延伸来支持，径向向内的涡流轴延伸是由于轴流泵14的操作，径向向外的涡流轴延伸是由于反向旋转的离心叶轮4、5的操作。径向逆流防止过滤器10受到油和气体，并且也提取不可冷凝的气体，以在靠近微生物的共振泡中产生有力的空化内爆。
适当的方法防止进料流进入轴向抽吸泵14内。所述的方法应对本领域的技术人员是明显的。例如，轴向排出导管内的轴环阻止液体沿着内部爬升，或将轴向排出导管13延长超过进料能被无蒸发的抽吸提升的长度。由于顶部叶轮旋转的足够的离心力和与进料的摩擦迫使进料从轴向室3径向向外进入源流，尽管某些进料某段时期可能部分地侵入轴向排出导管。优选地，顶部叶轮5和轴向排出导管13连接在一起并作为单元旋转。
环形的高剪切错流过滤器10可以是本领域已知的多种材料，包括膜、烧结金属、陶瓷、束筒(bundled tubes)以及多孔板。由于剪切升力和边界层中的漩涡清洗，孔的大小可以大于被丢弃的微粒，如前所述。迫使滤液通过过滤器的压力由给与进料的离心力产生，由于径向通路6的夹紧部分7和剪切增稠部分8，离心力由顶部叶轮和底部叶轮连同径向向外的流的收缩给与进料。因此产生的反压依靠过滤器挤压液体，并且挤压的液体是纯净的边界层。
径向涡流和多皱的叶轮之间的周边夹紧的涡流-壁相互作用(见图5a、5b和5c)引起液体到喷射器的径向向内通过径向涡流中心的音频轴向喷射，使在剪切增稠部分8中被增稠的淤渣脱水。
增稠的固体被从叶轮周边排出，并由适当的装置收集(未示出)，该适当的装置对本领域的技术人员应该是明显的，比如刮刀和漏斗。淤渣漏斗如图2中所示。淤渣在周边处的积累阻塞了进料的径向向外的流，并因此增加了处理叶轮之间的进料的滞留时间，包括脱气、在多皱部分9处空化的微生物灭活，以及悬浮的固体在环形的高剪切错流过滤器10处的剪切提升。
进料在叶轮之间的湍流的处理区域中的滞留时间可以与有效的三路相分离所必须的一样长。通过调节叶轮角速度和直径、轴流泵流、叶轮分隔、过滤器孔大小、过滤器面积等调节滞留时间，应对本领域的技术人员是明显的，并通过试验易于可发现的，以获得所期望的生产流量和纯度。
如图1所示的设备的应用的另一个例子是处理来自燃煤电厂烟气中的二氧化硫的湿法洗涤的流出物。流出物的湍流的激发增加了二氧化硫与石灰石接触的可能性，并且产生的气体的轴向提取以及通过过滤器的水的提取有利于向前反应形成石膏。代替了在大的有毒废物的塘中的慢的反应过程，加速的石膏形成和增稠处理迅速回收了有价值的材料和循环水。同样，来自飞尘和悬浮微粒的湿法洗涤的浆可被迅速脱水并增稠，以产生适于压力成型的所谓“砖坯”的厚糊。
可被剪切增稠的另一浆是煤水或煤焦油。另一例子是泥水，比如粘土浆。另一个是来自油气井的盐水，以将盐水和轻的碳化氢从钻井泥浆、沙子、、焦油、脂肪族的油以及其他粘性的或粒状物质中分离开。
如图1中所示的设备的应用的另一个例子是油提取。橄榄油加工可发生在剪切轧碎机中，同时伴随水去除。将需要无额外的热和高压力的种子轧碎(seed crushing)。叶轮之间的剪切研磨彼此倚靠的橄榄并当表皮和核在高湍流中跌落时排放油。水通过过滤器，干的果渣从叶轮周边排出，并且油流过轴向排出导管。
另一个油提取应用的例子是从油气井中产生的盐水的水源处理。油和轻馏分被轴向提取并被从现场传输，盐水通过过滤器并能被排出，以及沙子、焦油、泥和其他重馏分被剪切增稠成脱水的淤渣。
图1中示出的设备可被用于发展中国家中饮用水的野外净化，由汽车轮胎或人力自行车的电力供能。有毒气体被轴向提取，微生物通过空化被灭活并通过动态过滤被排除，以及悬浮的固体包括泥、水藻、变形虫等被浓缩成厚的淤渣，淤渣在农业中使用是容易可运输的。流过过滤器的是饮用水，甚至是来自高度浑浊度的源。没有必须的化学处理。
图2显示了图1中示出的优选的实施方式的连续，用于引起叶轮4、5的反向旋转的优选的装置的细节。驱动轮15啮合顶部叶轮和底部叶轮。驱动轮是优选的合成橡胶，比如载货汽车轮胎或自行车轮胎。驱动电机17转动连接到驱动轮15的驱动轴16。与驱动轮15接触的叶轮4、5以大约相同的角速度在相反方向旋转。驱动电机17可以是各种设备，例如，电动机、内燃机或靠人操作的脚踏动力设备。浆从叶轮之间排出，滴入浆漏斗20。
图3显示了底部叶轮4的底视图。环形的高剪切错流过滤器10位于轴向进料导管2以及多皱部分9的径向远端(radially dista)。过滤器10在箭头示出的方向与底部叶轮4一起旋转。示出了两个驱动电机17，以及它们关联的隐线示出的驱动轮15，因为底部叶轮挡住驱动轮无法看到。可使用三个或更多的驱动电机和驱动轮。或者一个驱动电机和驱动轮，其他轮不由电机驱动而是保持盘分离。对本领域的技术人员，其他驱动装置的改变是明显的。另一个多皱部分9位于剪切增稠部分8处，增稠部分8位于夹紧部分7的远端。
图4a和图4b显示了优选的实施方式的叶轮的多皱部分的细节。视图源自叶轮旋转轴a-a，且叶轮以示出了波纹结构的横截面显示。在剪切增稠部分8处，在过滤器10下游以及过滤器上游，底部叶轮4的多皱部分与顶部叶轮5的多皱部分相对。叶轮旋转的方向由箭头指示。
多皱部分在每个叶轮上的波纹限定了峰和谷。峰是靠近相对的叶轮的表面的部分，谷是远离相对的表面的部分。当峰与峰相对时，谷与谷相对，如图4a所示。叶轮连续反向旋转，峰与谷相对，如图4b所示。在叶轮反向旋转期间，叶轮之间的横截面表面区域保持相同，但图4b的等距离间隔变成图4a中的变间隔。谷之间形成涡流，且随着图4a的位置变成图4b的位置，由于涡流-壁相互作用，当水和气在峰之间被挤压时，涡流中心在轴向射流中喷射水和气。轴向射流将在高频泵运转中的淤渣增稠部分8中的淤渣脱水，并且峰之间的高剪切导致悬浮的固体比如飞尘、沙子、石膏、碳酸钙和膨润土凝聚成厚的淤渣。淤渣的脱水、正碰撞和流中微粒的附着导致剪切增稠。
此外，峰之间的高剪切应力导致进料中的空化。空化优选地发生在水中结构薄弱的地方，且这些薄弱存在的地方具有微生物和其相关联的不可冷凝的气体的气泡。这些不可冷凝的气体被空化抽吸走，使微生物丧失了需要的气体。然后不可冷凝的气体加入汇流并被从多皱部分9轴向提取。从微生物周围的水离析的不可冷凝的气体也被轴向提取。空化泡在谷之间的空间延展，直到连续的旋转引起图4b的位置，此处，空化泡被挤压和坍塌，然后爆炸地延展。叶轮上的大量波纹和高旋转速度导致音频高-低压力循环和共振空化。
叶轮的多皱部分9之间的音频空化循环以及所述的连续脱气，导致微生物表面处或微生物表面附近的共振空化泡，微生物表面已经失去了其不可冷凝的气体的缓冲。没有处于受压缩的不可冷凝的气体吸收能量，空化泡的内爆变得突然并且高有力，导致附近微生物膜的破裂以及甚至局部产生的紫外线辐射(声致发光)。空化破坏了变形虫、细菌、病毒、蠕虫、蜗牛和流过剪切增稠部分8的其他淤渣中的病原体，以及通过径向通路6朝着过滤器10流动的病原体。
缓和起伏的表面之间的高频高剪切循环还有助于酿酒业的水果压碎、橄榄油提取、果汁制造和其他应用。
图5a、5b和5c图解了涡流-壁相互作用。也见V Shtern等人的“Collapse，Symmetry Breaking，and Hysteresis in Swirling Flows”，Ann.Rev.Fluid Mech.1999，31：537-66，特别是第540页上的图1。当涡流末端遭遇对其旋转的阻抗时，例如触动降落的龙卷风，结果是在远离阻抗的方向上的沿着涡流中心的强的轴向射流。涡流处的拖拉减缓旋转，导致径向向内的挤压。此现象的另一个例子是Ranque-Hilsch涡流管。本发明中，当径向涡流在叶轮之间的剪切层中遭遇径向通路的夹紧部分7时，发生涡流-壁相互作用，还在当来自过滤器的漩涡涡流遭遇图6中的顶盖时发生涡流-壁相互作用。
图5a中示出了离心力。当涡流尖端遭遇阻抗时，摩擦与流体的切向速度相对，并因此促成离心力，并驱动流体轴向射流在涡流中心之上，如图5b所示。如果替换壁，涡流遭遇夹紧，如图5c所示，也发生轴向射流。遭遇阻抗的涡流回弹的射流产生了来自叶轮周边的反压，这辅助了汇流，并平流输送水回到过滤器10的附近。
图6显示了具有单独的叶轮4的可选择的实施方式，包括图3中所示的环形的高剪切错流过滤器10。用于叶轮4旋转的多种装置是本领域已知的。叶轮围绕轴a-a旋转。示出的驱动装置是带绞盘19和带18，带18由适当的装置连接到电机(未示出)。如图1中示出的支撑轮优选地在叶轮旋转时支撑叶轮。支撑轮也可以是驱动轮。
由螺旋转子23连接到底部叶轮4的障板22，与底部叶轮一起旋转。障板22防止进料流直接进入轴向排出导管13。障板、底部叶轮和转子构成了离心泵，并且离心泵的运转驱动进料径向向外远离轴a-a，并通过由底部叶轮和静态顶盖24限定的径向通路6。优选地，底部叶轮的表面和障板22末端与过滤器10的开端之间的顶盖是多皱的，如图4中所示。
在顶盖中心处和障板22之上是轴向排出导管13，轴向排出导管的开支是油导管25。离析的不可冷凝的气体、挥发性的蒸汽、油和其他低密度流体在汇流中径向向内，并在轴向排出导管13中积累。如图1中所示的轴流泵14可帮助汇流。油流过油导管25并在容器21中被收集。水流过过滤器10。进料中的高密度组分，比如种子、表皮、泥、微生物或其他悬浮的颗粒，径向向外流动进入径向通路6的剪切增稠部分8。在剪切增稠部分8处，底部叶轮4的表面和顶盖24优选地如图4中所示是多皱的。
过滤器10的旋转导致剪切提升，从而丢弃微粒，否则微粒可能积累并堵塞过滤器。净化的且脱气的边界层与过滤器10一起旋转，并且来自径向向外流阻抗的反压导致边界层流过过滤器。由于边界层的正交径向向外流和边界层的旋转流，在过滤器表面产生漩涡涡流。反压朝着过滤器推动液体通过漩涡涡流中心，且漩涡涡流中心是离心净化的固体。此外，当漩涡涡流碰撞顶盖时，涡流-壁相互作用驱动射流朝着过滤器返回通过涡流中心。固体在高漩涡涡流中回弹涡流-壁相互作用的涡流的离心作用，防止了固体加入到轴向射流中。固体漩涡远离过滤器，并在夹紧部分7中积累。在夹紧部分中和在剪切增稠部分8中的漩涡夹紧导致反压驱动水从夹紧部分返回过滤器。液相在倚靠过滤器的边界层中积累，同时固体通过在湍流中碰撞凝聚，并在剪切增稠部分中以高剪切被增稠，直到固体滴落到淤渣漏斗20中。
例如，燃煤烟气的二氧化硫和飞尘处理产生的洗涤浆可以以高体积被动态脱水，并增稠成有价值的石膏或飞尘灰渣，消除了占据靠近发电厂的宝贵空间的沉降池或箱的必要性。
应指出，处理流体混合物的滞留时间可通过调节在剪切增稠部分处的分离、叶轮旋转速度、叶轮直径、过滤器孔大小和通过轴向排出导管的流来简单地达到与高效的固体-液体-气体分离所必须的那样高。
图7a和图7b解释了剪切升力，剪切升力平流输送悬浮的固体远离旋转的表面和离心过滤器。边界层与过滤器一起旋转。线性流体速度分布图在左侧示出，表明叶轮表面处的流体速度大于边界层的边缘处的流体速度。这是一个简化，因为在紧贴边界层之上存在湍急的剪切层，并且还存在由于叶轮旁边的边界层的离心作用的正交流。然而，要理解在邻近运动的过滤器的边界层中的微粒上的剪切升力的基本原理，不必要考虑这些复杂，因此该理想化的速度分布图将被用于说明目的。过滤器的运动方向由箭头示出。
在图7b中，悬浮在边界层中的微粒由于剪切升力而被丢弃到湍急的剪切层内。剪切升力的方向远离过滤器。邻近过滤器的流体根据左侧示出的速度分布图以不同的速度运动。更靠近过滤器的层中的流体质量相等，但速度更高，因此更靠近的层具有更高的动量。
考虑穿过与边界层一起漂移的微粒的速度分布图，分布图的底部层比顶部层给予了微粒更多动量，因为全部底部层与从过滤器转移的动量一起推动微粒。微粒的动量将因此获得作为剪切升力的向上的分量。结果是，微粒远离高动量层迁移，进入在边界层的周边的更稳定的流，在那儿，叶轮动量通过水的粘度扩散，并且流体层的动量小。因此，微粒进入剪切层，在剪切层中，微粒以高湍流径向向外流动，与其他微粒碰撞和凝聚以形成淤渣。在本发明公开的环形的高剪切错流过滤器10之上，流体的高滞留时间允许剪切升力具有运行时间以产生倚靠过滤器的净化的边界层。边界层被连续地抽取通过过滤器并由进料流更新。
本发明的叶轮的旋转惯性很高，因为与多盘旋转微型过滤器的小半径相比，叶轮半径高。在本发明的叶轮的宽表面上关联的流体层比多盘旋转微型过滤器上的流体层要大得多。因此本发明的旋转过滤器中具有高轴向稳定性，这是超过多盘错流过滤器的重要优点。即使中等的旋转速度，环形过滤器表面处的切向速度可以与多盘表面处的切向速度同样高，或环形过滤器表面处的切向速度可以高于多盘表面处的切向速度。因此剪切提升较高。
更多讨论
径向阻抗减缓了离心流，并在叶轮之间的处理区域中提供长的滞留时间。更近的叶轮分离的变窄是径向阻抗的一个形式，因为径向阻抗产生了阻力。这在图1中示出。变窄还导致由于涡流-壁相互作用的反压，如在图5a-c的讨论中所解释的。径向阻抗的另一个形式是静态盖(static casing)的覆盖壁(shrouding wall)，如图6中所示。覆盖壁是在周边处穿过径向通路的物理障碍。长的滞留时间的优点是剪切举升、空化净化、气体离析，并且三路相分离处理具有足够的时间生效。尽管离心叶轮强有力地径向向外平流输送流体通过径向通路，径向阻抗的密封保持径向向外流速是低的，以使得进料在叶轮之间逗留。
径向阻抗还因为涡流-壁相互作用导致径向向内的力，如图5a-c的讨论中所解释的。此反压驱动轻馏分比如油通过径向涡流中心回到叶轮的旋转轴。
图1中示出的轴向抽吸泵14还辅助轻馏分的汇流并通过扩展涡流轴维持径向涡流的相干性(coherence)。在图6中，可使用轴向抽吸泵，或在期望简化的应用中比如野外水净化，止回阀可被用来取代轴向抽吸泵。该情况下，反压将驱动将通过轴向排出导管13或止回阀排出的不可冷凝的气体通过涡流中心。
多皱部分9可以是多种不同的形状。图4a-b中所示出的是反向旋转起皱的叶轮表面。静态盖的相对的起皱的表面和旋转叶轮是另外的可能性，如图6中所示。另外的形状可以是螺旋叶片。另外可能是泵。另外可能是华夫网格印痕(waffle grid indentation)。多皱部分用来径向向外平流输送进料并用于剪切进料，以离析气体并导致用于微生物灭活或压碎应用的循环空化。
环形的高剪切错流过滤器10足够远离旋转轴，中等的叶轮角速度可产生高的切向过滤器速度，用于倚靠在边界层中的微粒的强的剪切升力。当存在所述的过滤器角速度时，对于具有大直径的叶轮4，将具有高的轴向稳定性和低的摆动。这是超过多盘轴错流过滤器的优点。另一个优点是油、气体和可能堵塞过滤器的轻馏分通过三路相分离法在油、气体和轻馏分中的大多数能到达过滤器之前被去除。由于油的粘度大于水，任何到达过滤器的油通过剪切升力被从过滤器表面排斥(repel)。高粘度组分以及悬浮的固体不能遵守高粘度组分周围的流的速度分布，并迁移远离邻近过滤器的流体的高动量层。
图1中示出的是在一个连续环中的环形的高剪切错流过滤器10，但术语“环形的高剪切错流过滤器”还可以解释为表示用于容易替换和维护的在一个环形带和多个环形带中的多个离散过滤器。过滤器10可以是在顶部叶轮中或在底部叶轮中，或在顶部叶轮和底部叶轮中。在图6中示出的可选择的实施方式中，过滤器可以是在叶轮4中和/或在盖中，但在叶轮中为更好的剪切升力优选运动的过滤器。当然，在图6中，叶轮可以颠倒的布置在盖24之上而不是如示出的在盖24之下。图6中示出的布置的优点在于，离析的气体和油可借由它们的浮力远离过滤器而不是进入过滤器。
本发明的应用领域包括游泳池过滤器。油和漂浮的固体比如毛发被径向提取通过轴向排出导管13，同时水通过环形的高剪切错流过滤器10，并且重的固体通过周边。通过在多皱部分处的空化的微生物灭活可消除对氯气的需要。由于油和固体的粘度大于水，油和固体通过剪切升力以及它们的浮力被从过滤器排斥。
来自油井产生的盐水是高体积流，应该在井口被分离出来，以减少运输成本以及与沉降池或箱相关联的成本。对离岸操作中，这种需要尤其尖锐。汽油可从盐水中提馏并作为产品被轴向提取，水通过过滤器10并作为无害废弃物被排放或脱盐，以及重油、沙子、焦油、钻探泥浆等凝聚成用于运输的紧密的脱水淤渣。
来自造纸厂的白水包含了细微的纤维素的悬浮物，悬浮物可通过本发明去除。血细胞可从血浆中分离出来而无破碎离心力。具有表皮味道的果汁可被提取且无种子的味道，并且动态过滤果汁以去除甚至细微的颗粒。
牛奶可以动态地使之均匀并通过多皱部分9消毒。可在高体积连续加工中处理其他食品以灭活微生物而不添加化学药品。
用于剪切增稠的装置是在相对运动中的靠近分隔的表面，比如反向旋转盘，在反向旋转盘的周边部分处的分离逐渐减小以变得不断靠近多皱表面，在此，靠近的分离(close separation)是周期性的，如图4下方所解释的。来自多皱峰的周期的相对的乳浊效应提取液体并因此增稠淤渣。连续的固体的径向反向流径向离开径向阻抗以及液体径向进入径向阻抗导致剪切增稠。还具有流体混合物自身的特性，比如被剪切增稠的飞尘灰渣，甚至不需要用于水提取的设备。
对本领域的技术人员而言，在给出了实施方式的描述的情况下，此处提出的新见解的特定应用应该是明显的。因此，本发明的范围不旨在被限制到所描述的具体实施方式，而这些所描述的具体实施方式仅是说明性的，并且不具有限制权利要求的范围的效果。

Claims (20)

1.一种用于流体混合物的连续的三路相分离的仪器，包括：
可反向旋转的近似盘状的平行的离心叶轮，所述叶轮在其中心处具有公共旋转轴，并在其间限定径向通路，所述径向通路具有径向阻抗，用于增加流体在所述径向通路内的滞留时间；
所述叶轮中的至少一个叶轮包括至少一个环形的高剪切错流过滤器，所述至少一个环形的高剪切错流过滤器布置成近似平行于所述径向通路并位于所述叶轮的旋转轴的远端；
连接到所述叶轮的装置，用于引起以近似相等但相对的角速度围绕所述旋转轴反向旋转；
轴向抽吸泵；
轴向排出导管，其与所述轴向抽吸泵连通，并在所述叶轮的旋转轴处与所述径向通路连通；
进料导管，其与流体混合物进料源连通，并在所述旋转轴处与所述径向通路连通。
2.如权利要求1所述的仪器，包括与所述轴向排出导管连通的轴向抽吸泵。
3.如权利要求2所述的仪器，其中，所述轴向抽吸泵是蒸汽喷射器。
4.如权利要求1所述的仪器，包括剪切增稠部分，所述剪切增稠部分在所述叶轮的周边处，且关于所述旋转轴位于所述过滤器的远端。
5.如权利要求4所述的仪器，其中，所述剪切增稠部分包括多皱的叶轮部分。
6.如权利要求1所述的仪器，其中，用于产生反向旋转的所述装置包括驱动轮和连接到所述驱动轮的电机，所述驱动轮在叶轮的周边处同时啮合所述叶轮。
7.如权利要求1所述的仪器，其中，所述叶轮包括在所述过滤器和所述旋转轴之间的相对的多皱部分。
8.通过空化对微生物灭活的仪器，包括：
至少一个可旋转的离心叶轮，所述叶轮在叶轮的中心处具有旋转轴，并包括多皱部分和环形的高剪切错流过滤器，所述过滤器布置成关于所述旋转轴位于所述多皱部分的远端；
连接到所述叶轮的装置，用于引起所述叶轮围绕所述旋转轴的旋转，并因此引起流体的流动，所述流体的流动径向向外远离所述旋转轴并越过所述多皱部分而到达所述过滤器；
布置成近似平行于所述叶轮的表面，所述表面包括与所述叶轮的所述多皱部分的至少一部分相对的多皱部分，并且所述表面和所述叶轮在所述表面和所述叶轮之间限定径向通路，所述径向通路具有径向阻抗；
轴向排出导管，其在所述旋转轴处与所述径向通路连通；
轴向进料导管，其在所述旋转轴处与所述径向通路连通。
9.如权利要求8所述的仪器，包括与所述轴向排出导管连通的轴向抽吸泵。
10.如权利要求1所述的仪器，包括在所述径向通路的周边处的剪切增稠部分。
11.如权利要求10所述的仪器，其中，所述剪切增稠部分包括所述表面和离心叶轮的相对的多皱部分。
12.如权利要求8所述的仪器，其中，所述表面是可旋转的多皱的离心叶轮，所述可旋转的多皱的离心叶轮连接到用于引起其以与所述叶轮相反的方向旋转的装置。
13.一种用于流体混合物的连续的三路相分离的仪器，包括：
离心叶轮，所述叶轮在其中心处具有旋转轴，并且所述叶轮包括位于所述旋转轴的远端的环形的高剪切错流过滤器；
静态盖，所述静态盖布置成相对于所述叶轮和其过滤器，以使得所述叶轮和所述盖限定在所述叶轮和所述盖之间的径向通路，所述径向通路具有径向阻抗，用于增加流体在所述径向通路内和在环形的过滤器之上的滞留时间；
连接到所述叶轮的装置，用于引起所述叶轮和其环形的过滤器围绕所述旋转轴旋转，并因此引起流体的流动，所述流体的流动径向向外远离所述旋转轴并越过所述环形的过滤器而到达所述径向阻抗；
轴向排出导管，其在所述旋转轴处与所述径向通路连通；
轴向进料导管，其在所述旋转轴处与所述径向通路连通。
14.如权利要求13所述的仪器，包括与所述轴向排出导管连通的轴向抽吸泵。
15.如权利要求14所述的仪器，其中，所述轴向抽吸泵是蒸汽喷射器。
16.如权利要求13所述的仪器，包括在所述轴向排出导管上的止回阀。
17.如权利要求16所述的仪器，包括在所述止回阀之前与所述轴向排出导管连通的油导管。
18.如权利要求13所述的仪器，包括所述叶轮上和所述盖上的相对的多皱部分，所述叶轮上的所述多皱部分位于所述过滤器和所述旋转轴之间。
19.如权利要求13所述的仪器，包括关于所述旋转轴位于所述过滤器的远端的用于剪切增稠的装置。
20.如权利要求19所述的仪器，其中，所述剪切增稠的装置包括在所述叶轮和所述盖上的相对的多皱部分。
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