CN101991981A - 回收滤饼的方法以及滤饼形成和洗涤过滤的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及回收滤饼的方法以及滤饼形成和洗涤过滤的设备。从淤浆形成滤饼的方法，该方法包括以下步骤：将淤浆加入到过滤器外壳中，其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；将淤浆压入到过滤器外壳中于过滤元件上，导致：i)滤液穿过过滤元件和从过滤器外壳的排出口离开；ii)在过滤元件上形成固体滤饼；将洗涤液加入到过滤器外壳中，同时通过打开淤浆排放阀来排出该淤浆；关闭该淤浆排放阀，然后连续地供应洗涤液穿过该滤饼并进入到过滤器外壳的过滤管中；停止洗涤液的供给；将气体引入到过滤器外壳中并通过打开底部排放阀而排出洗涤液；停止气流和打开排放口让大部分的气体放出，剩下洗涤液；打开底部滤饼排放阀；和通过气体的反向脉冲来从过滤器外壳的过滤元件上破碎和松脱该滤饼。

Description

回收滤饼的方法以及滤饼形成和洗涤过滤的设备
本发明的背景
本发明涉及从淤浆中将固相与液相分离的过滤系统。
本发明的概述
在一个实施方案中，本发明涉及从淤浆形成滤饼的方法，该方法包括以下步骤：将淤浆加入到过滤器外壳中，其中过滤器外壳包括多个垂直过滤元件；将淤浆压入到过滤器外壳中于过滤元件上，导致i)滤液穿过过滤元件和从过滤器外壳的排出口离开，ii)在过滤元件上形成固体滤饼；将洗涤液加入到过滤器外壳中，同时通过打开淤浆排放阀让淤浆排出；关闭淤浆排放阀和然后连续进给洗涤液穿过该滤饼并进入到过滤器外壳的过滤管中；停止洗涤液的进给；将气体引入到过滤器外壳中和通过打开底部排放阀排出该洗涤液；停止该气流和打开排放口以排出大部分的气体和剩下洗涤液；打开底部滤饼排放阀；和通过气体的反向脉冲从过滤器外壳的过滤元件上破碎和松脱(release)该滤饼。
在另一个实施方案中，本发明涉及具有过滤器外壳的滤饼过滤设备：其中过滤器外壳具有顶部和底部；其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；和其中该过滤器外壳的底部具有含有滤饼排放阀的法兰(flange)，该阀的内径是过滤器外壳的内径的至少70％。
在另一个实施方案中，本发明涉及滤饼过滤设备，其中滤饼排放阀具有至少一个排放口(drain port)，后者经过充分设计从而允许保留在排放阀内的液体的充分排出。
在另一个实施方案中，本发明涉及具有过滤器外壳的滤饼过滤设备：其中该过滤器外壳具有顶部和底部；其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；其中过滤器外壳的顶部具有用于洗涤液的至少一个工艺连接件以及过滤器外壳的底部具有用于淤浆排放的至少一个工艺连接件。
在另一个实施方案中，本发明涉及具有过滤器外壳的滤饼过滤设备：其中该过滤器外壳具有顶部和底部；其中该过滤外壳包括多个的垂直过滤元件；其中该过滤器外壳的底部具有用于洗涤液的至少一个工艺连接件以及过滤器外壳的顶部具有用于淤浆排放的至少一个工艺连接件。
在另一个实施方案中，本发明涉及具有过滤器外壳的滤饼过滤设备：其中过滤器外壳具有顶部和底部；其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；其中过滤器外壳的底部具有含有滤饼排放阀的法兰，该阀的内径是过滤器外壳的内径的至少70％；和其中过滤器外壳的顶部具有用于洗涤液的至少一个工艺连接件和过滤器外壳的底部具有用于淤浆排放的至少一个工艺连接件。
附图简述
本发明参考附图来更详细解释，其中在全部几个视图中相同结构由相同的数字表示。所显示的附图不一定按比例显示，其中一般反而强调举例说明本发明的原理。
图1举例说明了根据本发明的过滤系统的实施方案的横截面。
图2显示根据本发明的过滤系统的组件的垂直剖面图。
图3显示根据本发明的过滤系统的组件的水平截面图。
图4显示了根据本发明的过滤系统的组件的实施方案的横截面视图。
图5显示了在实施本发明过程中的过滤系统的组件的实施方案的顶视图。
图6显示了根据本发明的过滤系统的组件的实施方案的顶视图。
图7显示了根据本发明的过滤系统的实施方案的一部分的横截面视图。
图8显示了根据本发明的过滤系统的实施方案的底部的横截面视图。
图9A和9B举例说明采用根据本发明的过滤系统的方法的实施方案的流程图。
图10举例说明了根据本发明的过滤系统的实施方案的横截面视图。
本发明的详细说明
本发明的详细实施方案这里已公开；然而，需要理解的是，所公开的实施方案仅仅是以各种形式体现的本发明的示例。另外，与本发明的各种实施方案相关联给出的每一个实施例被认为是举例说明而已，但没有限制意义。此外，该图不一定按比例，一些结构特征被放大以显示具体组件的细节。另外，在附图中显示的任何测量值，技术规格等等都被认为是举例说明而已，没有限制意义。因此，在这里公开的具体结构性和功能性细节不应解释为限制性的，但仅仅是作为教导本领域中技术人员各个地使用本发明的代表性基础。
本发明涉及具有过滤器外壳的滤饼设备。在一个具体的实施方案中，过滤外壳是垂直圆形过滤器外壳。过滤器外壳的尺寸的合适例子包括，但不限于，6”，16”，24”，或26”直径。在一个实施方案中，该过滤器外壳含有至少一个过滤元件。在一个实施方案中，该过滤元件具有管形。在另一个实施方案中，该过滤器外壳可以含有多个的过滤元件例如3，7，15或19个元件，和全部系统可以含有几个过滤器外壳以实现所希望的固体速率(solid rate)。在一个实施方案中，该过滤元件是管形。在一个实施方案中，过滤元件是由多孔的不锈钢烧结金属构成的。合适的过滤元件材料包括，但是不限于，烧结金属，金属编制网，多孔陶瓷，多孔聚合物膜，或机织聚合物织物。在一个实施例中，烧结的金属膜元件具有一定的针对被过滤材料的尺寸的(sized for thematerial being filtered)孔隙度，以使固体损失减到最小化和使流过该膜的流量最大化。不同的产品可以需要不同的过滤孔隙度，这取决于粒度。在一个具体的例子中，用于过滤玉米淀粉的过滤元件的微米额定值(rating)能够在约1-5微米的范围内。合适的孔隙度尺寸包括，但不限于，0.5微米至20微米。
在另一个实施方案中，该过滤元件从顶部垂直地悬挂。在另一个实施方案中，该过滤元件从固定的顶部法兰或板上垂直悬挂，允许从过滤元件的中心流过该板并进入到滤液收集集管(filtrate collection header)中。过滤元件的例子是具有约50mm外径和1500mm长度的过滤管。合适的过滤管尺寸包括，但不限于，25-75mm外径(OD)和500-2000mm长度。
在又一个实施方案中，此滤液收集集管具有一个或多个工艺连接件，它们用于反向脉冲空气，排放物(exhaust)，和/或就地清洗(CIP)流体。
在另一个实施方案中，过滤器外壳的底部具有包含阀的法兰，该阀具有与过滤器外壳基本上相同的内径(ID)。在一个实施方案中，该阀包括装置，该装置在打开阀之前允许至少部分的液体从该壳体中排放。例如，该阀壳体(valve housing)可以含有一个或多个出口以适应受控制的排放流速。合适的阀包括，但不限于，具有冲洗/排放口的滑动闸阀(slide gate valve)和在壳体中具有排放口的高性能蝶形阀。在另一个实施方案中，壳体的底部包括用于淤浆、洗涤液和/或排放的连接件。在一个实施方案中，底部排放口汇合到集管。在一个实施方案中，底部排放集管具有淤浆排放工艺连接件和水排放工艺连接件。
在又一个实施方案中，该壳体包括用于淤浆，空气，洗涤液，排放物(drain)，和/或CIP(就地清洗)流体的一个或多个工艺连接件。壳体的顶部可包括用于干燥空气过程，洗涤液，和/或淤浆进料(slurry feed)的连接件。在另一个实施方案中，该工艺连接件可具有在壳体的外部的一个或多个普通歧管。在一个实施方案中，随着时间的推移该金属膜会结垢，因此在一个实施方案中，提供清洗系统来再生该膜。对于玉米淀粉过滤，一个实施方案包括使用热的、稀的苛性碱溶液来除去该膜结垢。
本发明的滤饼过滤设备专用于淤浆。对于本发明的目的，淤浆是含有悬浮固体物的液体。合适淤浆的例子包括，但不限于，在水中的淀粉。在一个实施方案中，该淤浆浓度是约5％-约40％固体，更具体地说，约10％-约30％。本发明的方法得到厚度在约1/8”至2”(from about 1/8”to over 2″)的“滤饼”。滤饼的厚度能够根据各种变量来变化，例如被过滤的产物，在淤浆进料中使用的压力，和在淤浆进料阶段中的时间。最大滤饼厚度是由在过滤元件之间的距离，在过滤管之间的距离，和/或在过滤元件和壳体壁之间的距离所决定的。
下面是操作该滤饼形成用过滤设备的方法的一个实施方案的示例性例子。首先，淤浆经由淤浆工艺连接件被输入到过滤器外壳中。基于泵送能力(pumping capacity)，在过滤器外壳内的压力会提高和因此引起液体被挤压穿过过滤元件例如过滤管，进入该过滤器(filtrate)壳体中和从排放口排出。合适的压力包括，但不限于30-150psi。当液体被推压穿过该过滤器时，固体物留下而在过滤管周围形成“滤饼”。
一旦过滤被认为已完成和因此淤浆流被停止，空气可以经由空气工艺连接件被引入到过滤器外壳中，以经由该淤浆工艺连接件或通过排放口将淤浆从过滤器外壳中排出。在一个实施方案中，至少一个排放口位于过滤器外壳的底部。
洗涤液(例如水，丙酮，乙醇)然后经由洗涤液工艺连接件被加入到过滤器外壳中。在一个实施方案中，该洗涤水入口位于过滤器外壳的顶部。该洗涤液被推压穿过已积聚在过滤管上的滤饼，将仍然保留在滤饼周围的液体置换转移到滤液收集集管中。该洗涤液从排放口放出。
一旦洗涤已完成，进行空气干燥。空气可以经由空气工艺连接件再次被引入壳体中，以将洗涤液推压穿过该滤饼和/或经由排放口将洗涤液推压出壳体。空气经由该空气工艺连接件继续输入到过滤器外壳中。该空气置换在滤饼周围和内部的一些液体，减少该滤饼的水分。空气和液体被推压穿过该过滤管，进入该滤液收集集管，和从排放口中排出。打开该排放阀部分的时间，以便从壳体中除去全部的液体。
当空气干燥认为已完成(例如，已经达到所希望的滤饼水分时)，该空气阀和排放口被关闭。一旦壳体压力已经降低至稍微高于环境压力(例如低于5psi)，底部滤饼排放阀被打开(例如具有与过滤器外壳基本上相同ID的阀；请参考图1作考虑，其中该排放阀看起来比壳体更大)和空气从反向脉冲空气连接件被引入该滤液集管中。因此，该滤饼从过滤管中移去，通过底部阀降落，然后回收滤饼。
图1举例说明根据本发明的过滤系统的实施方案的横截面视图。具体地说，图1显示了具有壳体100的实施方案，该壳体容纳一个或多个过滤元件101。在一个实施方案中，该过滤元件101从集管板(headerplate)103上垂直悬挂。在一个实施方案中，该过滤元件101是由多孔的烧结金属材料制成的。在一个实施方案中，该集管板103允许从过滤元件101的中心流动至滤液收集集管104中。在一个实施方案中，该滤液收集集管104具有用于反向脉冲空气、就地清洗流体和/或滤液排出的至少一个工艺连接件109。这些口可以是单独的或外部歧管的一部分。在一个实施方案中，顶部法兰102密封该滤液收集管(filtrate collection)并允许到达该过滤元件。
在一个实施方案中，壳体100连接到底部法兰107。在一个实施方案中，底部法兰107包括滤饼排放阀106。在一个实施方案中，壳体100是圆形壳体，并且通向壳体100内部的该滤饼排放阀106的一部分具有与壳体100的内径相同或基本上相同的内径。在一个实施方案中，通向壳体100内部的该滤饼排放阀106的一部分具有相当于壳体100的内径的至少70％的直径。在一个实施方案中，该滤饼排放阀106具有一个或多个排放口108，该排放口钻进到阀壳体的侧面(side)以便在阀106打开之前从壳体100中排出基本上全部的液体。在一个实施方案中，该阀106是具有冲洗/排放口的滑动闸阀。在一个实施方案中，该阀106是具有增加的排放口的高性能蝶形阀。
在一个实施方案中，壳体100进一步具有至少一个或多个工艺连接件105以输出原料，例如淤浆、空气、洗涤流体和就地清洗流体，和/或用于排放出壳体100。在一个实施方案中，壳体100进一步具有至少一个或多个工艺连接件110以输送原料，例如淤浆、洗涤流体和就地清洗流体，和/或用于排放出壳体100。在一个实施方案中，工艺连接件105，108，110连接到外部歧管。在一个实施方案中，外壳100具有附加的壁穿孔111，例如压力计、液面检测器(level detector)和/或视镜。
图2显示了用于本发明中的过滤元件200的垂直截面视图。在一个实施方案中，套圈(ferrule)201是过滤元件的顶部的一部分。图3显示了分开壳体和滤液收集集管的顶板303的一个实施方案的横截面视图。顶板303包括复数个孔(holes)，这些孔穿过该过滤元件的悬挂在壳体中的部分(portions)。在一个实施方案中，该过滤元件的高于顶板的那些部分基本上被设计成让过滤元件从壳体内的顶板上悬挂。在一个实施方案中，套圈312附加于(attach)顶板上并夹紧到过滤元件的顶部。在一实施方案中，套圈312焊接于在该顶板上的相应孔。
图4显示了图2和图3如何结合的展开图。该过滤元件401被插入贯穿顶板403和套圈412。夹板(clamp)406和垫片405用于密封过滤元件401和套圈412。
图5显示在本发明的实施中外壳500的一个实施方案的水平截面视图。图5显示了被过滤残渣(filtrand)502包围的过滤元件501，该过滤残渣是在本发明的滤液排出之后保留在壳体500中的残留物。例如，在一个实施方案中该过滤残渣502是当根据本发明从淤浆中除去淤浆的液体部分-滤液-时所形成的滤饼。
图6显示了根据本发明的过滤系统的顶板603的实施方案的顶视图。在一个实施方案中，顶板603含有孔614，这些孔被设计来让过滤元件的部分穿过顶板603。在一个实施方案中，套圈612附加于顶板603并夹紧过滤元件的顶部。
图7显示了根据本发明的过滤系统的实施方案的一部分的横截面视图。在一个实施方案中，底部滤饼排放阀702是高性能蝶形阀。在一个实施方案中，排放阀702是用法兰和螺栓固定到壳体的底部。在一个实施方案中，蝶形阀片(valve wafer)700提供开口，用于从本发明的壳体中排放滤饼。在一个实施方案中，有4个排放口钻进到滤饼排放阀702的壳体中。在一个实施方案中，该4个排放口连通到集管715。
图8显示了根据本发明的过滤系统的实施方案的底部的横截面视图。在一个实施方案中，过滤系统的底部包括连接到壳体的底部上的高性能蝶形阀806。在一个实施方案中，该高性能蝶形阀806具有至少一个或多个排放口819以便用于过滤系统排放。在一个实施方案中，该排放口819聚集到通常的歧管，排放集管820。
图9A和9B举例说明采用根据本发明的过滤系统的方法的实施方案的流程图。在一个实施方案中，淤浆-含有悬浮固体物的液体-经由淤浆工艺连接件902加入到过滤系统的壳体900中。在一个实施方案中，在壳体900内的压力引起淤浆的液体部分被挤压穿过过滤元件901而进入到滤液集管904中和从排放口909中排出。在一个实施方案中，随着液体部分被挤压穿过过滤系统，过滤残渣例如固体物则留下，在过滤元件901周围形成滤饼。在一个实施方案中，一旦过滤被认为已完成，空气经由空气工艺连接件922被引入到壳体900中，以经由淤浆排放连接件903将淤浆从壳体900中反向推压出来(push the slurry out of thehousing 900 back through the slurry drain connection 903)。图9A和9B举例说明了两个实施方案。图9A是淤浆/水从顶部输入并且全部从底部排出。图9B是淤浆/水从底部输入，淤浆从顶部排放，和水从底部排出。
在一个实施方案中，洗涤液(典型地水)经由洗涤液工艺连接件908被加入到壳体900中。在一个实施方案中，该洗涤液被推压穿过已积聚在过滤元件901上的滤饼，从而将仍然在滤饼周围的液体部分置换迁移到滤液收集集管904中和进入该排放口909。在一个实施方案中，一旦洗涤完成，空气经由空气工艺连接件922被引入到壳体900中，从而推压洗涤液穿过滤饼或经由洗涤液排放连接件905将洗涤液推压出壳体900。
在一个实施方案中，空气经由空气工艺连接件922连续输入到壳体900中。在一个实施方案中，该空气置换在滤饼周围和/或之内的部分液体，减少滤饼的水分。在一个实施方案中，空气和液体被推压穿过过滤元件901，进入到滤液集管904中和从排放口909排出。在一个实施方案中，打开洗涤液排放阀905部分的时间以便从壳体900中排出全部的液体。
在一个实施方案中，当空气干燥完成时，空气阀922被关闭。在一个实施方案中，一旦在壳体900中的压力降低至低于5psig时，该排放口909关闭和滤饼排放阀923打开。在一个实施方案中，空气从反向脉冲空气连接件906被引入该滤液集管904中。在一个实施方案中，滤饼从过滤元件901上移去，通过滑动闸923掉落，然后离开该过滤系统。
图10举例说明了根据本发明的改进的高性能蝶形阀的横截面。在一个实施方案中，该阀体1000与作为阀的最低部分的主盘(main disc)1001一起定位。在典型的高性能球阀中，座圈(seat ring)1002放进壳体1000中并通过座护圈(seat retainer)1003固定就位。在一个实施方案中，一个或多个孔1004在主盘1001的水平高度或稍微低于该水平高度处被钻进壳体中。在一个实施方案中，连接管(connection piping)1005被焊接在阀壳体1000上。
在实施方案中，过滤系统的外壳是从管材至常规制造的材料之间的大范围材料组装而成的。在实施方案中，连接至外壳的全部工艺连接件都具有阀。在实施方案中，空气的反向脉冲的使用允许重力排放。
本发明能够用于各种应用中，其中固体物需要与淤浆的液体部分分离而形成滤饼。例如，在一个实施方案中，过滤系统用来将玉米淀粉淤浆脱水和洗涤过滤，以生产淀粉滤饼。例如，玉米淀粉淤浆具有8-10微米的标称粒度。在具有这一粒度的固体物的玉米淀粉所涉及的一个实施方案中，具有5微米的孔隙度的过滤元件允许低于100ppm起始固体物进入该滤液中。
下列实施方案用于进一步举例说明和解释本发明并且无论如何都不应该认为有限制意义。
1.从淤浆形成滤饼的方法，该方法包括以下步骤：
将淤浆加入到过滤器外壳中，其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；
将淤浆压入到过滤器外壳中于过滤元件上，导致：
i)滤液穿过过滤元件并从过滤器外壳的排出口离开；
ii)在过滤元件上形成固体滤饼；
将洗涤液加入到过滤器外壳中，同时通过打开淤浆排放阀来排出该淤浆；
关闭该淤浆排放阀，然后连续地供应洗涤液穿过该滤饼并进入到过滤器外壳的过滤管中；
停止洗涤液的供给；
将气体引入到过滤器外壳中并通过打开底部排出阀而排出洗涤液；
停止气流和打开排放口让大部分的气体放出，剩下洗涤液；
打开底部滤饼排放阀；和
通过气体的反向脉冲来从过滤器外壳的过滤元件上破碎和松脱该滤饼。
2.具有过滤器外壳的滤饼过滤设备：
其中该过滤器外壳具有顶部和底部；
其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；和
其中过滤器外壳的底部具有带有滤饼排放阀的法兰，该阀的内径是过滤器外壳的内径的至少70％。
3.实施方案2的滤饼过滤设备，其中滤饼排放阀具有至少一个排放口，该排放口经过足够地设计以允许在排放阀内保留的液体的充分去除。
4.具有过滤器外壳的滤饼过滤设备：
其中该过滤器外壳具有顶部和底部；
其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；
其中过滤器外壳的顶部具有供洗涤液用的至少一个工艺连接件和过滤器外壳的底部具有供淤浆排放用的至少一个工艺连接件。
5.具有过滤器外壳的滤饼过滤设备：
其中该过滤器外壳具有顶部和底部；
其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；
其中过滤器外壳的底部具有供洗涤液用的至少一个工艺连接件和过滤器外壳的顶部具有供淤浆排放用的至少一个工艺连接件。
6.具有过滤器外壳的滤饼过滤设备：
其中该过滤器外壳具有顶部和底部；
其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；
其中过滤器外壳的底部具有包含滤饼排放阀的法兰，该阀的内径是过滤器外壳的内径的至少70％；和
其中过滤器外壳的顶部具有供洗涤液用的至少一个工艺连接件和过滤器外壳的底部具有供淤浆排放用的至少一个工艺连接件。

Claims (5)

1.具有过滤器外壳的滤饼过滤设备：
其中该过滤器外壳具有顶部和底部；
其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；和
其中过滤器外壳的底部具有包含滤饼排放阀的法兰，该阀的内径是过滤器外壳的内径的至少70％。
2.权利要求1的滤饼过滤设备，其中滤饼排放阀具有至少一个排放口，该排放口经过足够地设计以允许在排放阀内保留的液体的充分去除。
3.权利要求1或2的过滤设备，其中过滤器外壳的顶部具有供洗涤液用的至少一个工艺连接件和过滤器外壳的底部具有供淤浆排放用的至少一个工艺连接件。
4.根据权利要求1-3中任何一项的过滤设备，其中过滤器外壳的底部具有供洗涤液用的至少一个工艺连接件和过滤器外壳的顶部具有供淤浆排放用的至少一个工艺连接件。
5.使用权利要求1-4中任何一项的设备从淤浆形成滤饼的方法，该方法包括以下步骤：
将淤浆加入到过滤器外壳中，其中该过滤器外壳包括多个的垂直过滤元件；
将淤浆压入到过滤器外壳中于过滤元件上，导致：
i)滤液穿过过滤元件并从过滤器外壳的排出口离开；
ii)在过滤元件上形成固体滤饼；
将洗涤液加入到过滤器外壳中，同时通过打开淤浆排放阀来排出该淤浆；
关闭该淤浆排放阀，然后连续地供应洗涤液穿过该滤饼并进入到过滤器外壳的过滤管中；
停止洗涤液的供给；
将气体引入到过滤器外壳中并通过打开底部排出阀而排出洗涤液；
停止气流和打开排放口让大部分的气体放出，剩下洗涤液；
打开底部滤饼排放阀；和
通过气体的反向脉冲来从过滤器外壳的过滤元件上破碎和松脱该滤饼。
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Denomination of invention: Method for recovering filter cake and device for cake forming and washing filtration

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