CN102935332A - 过滤和分离流动介质的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种装置(10)，该装置借助薄膜(13)，特别是根据超渗滤、反向渗透和毫微渗滤的方法过滤流动介质(15)，其包括：其内设置有所述薄膜(13)的壳体(12)；被引入所述装置(10)内的、需分离的流动介质(15)用的入口(14)和用于导出在装置(10)中产生的渗透物(17)的出口(16)和流出装置(10)的滞留物(19)用的出口(18)；该装置基本上由分离单位(11)构成。装置(10)此外还包括容器(20)，该容器中如此相互连接地容纳有至少两个分离单元(11)，即为了将需分离的所述流动介质(21)引入至少两个所述分离单元(11)设置有共用的入口(22)。

Description

过滤和分离流动介质的装置

技术领域

本发明涉及一种借助薄膜，特别是根据超渗滤、反向渗透和毫微渗滤的方法过滤和分离流动介质的装置，其包括：其内设置有薄膜的壳体；用于被引入该装置内的、待分离的流动介质的入口和用于导出在装置中产生的渗透物的出口和用于滞留物的出口；该装置基本上由分离单元构成。

背景技术

这种类型的装置在现有技术中以各种各样的实施方式而公知并且在工业范围内，在船舶上，在海上勘探平台上，在军舰上，在汽车制造中，在飞机制造中也在私人的范围内，被用于完成对各种不同的流体混合物的各种不同的分离任务，而前提条件是所述流体混合物应该能够被分离成它们的组成成分。例如，当为了获得诸如饮用水或者非饮用水的淡水应该进行海水淡化时，例如也将开头所述种类的装置固定在移动单元诸如，船舶和类似的上使用。这种种类的装置也被固定地使用，例如将垃圾堆放场中产生的渗透水与有害的混合物成分如此分离，使得所产生的净化水能够让人放心地被排放到自然界中。

这种装置的一个非常广泛的应用区域是气态的流体混合物的分离，其中重要的应用范围是石油化学，例如，从天然气中将按比例含在其内的惰性气体分离或从由空气和气态的碳氢化合物，如汽油和类似的物质所构成的气态的混合物中将汽油液化地分离出来，其中，这种混合物例如，存在于大型汽油库或者储油罐中的汽油液面以上，并且该装置任务是通过薄膜分离回收所述汽油成分。

为此所使用的薄膜一般来说是在专业领域中公知的聚合物薄膜，其中，对于特殊期待的分离任务可以使用各自不同的适合的薄膜，该薄膜能够满足所期待的分离任务。

开头所述种类的装置基本上与待分离的介质或者流体混合物无关地总是串联和/或并联连接，以便为各个所期望的分离任务提供足够大的薄膜面。在专业领域还经常谈及分离模块，该模块鉴于所期待的分离任务必须被连接起来。这在计划上和设计上需要大量的工作，这是因为每个装置或者每个分离模块都必须与其他的分离模块连接，而且是通过昂贵的管道设置，而且不仅仅是用于需分离的介质，也就是说流体混合物，而且还包括用于从被组合和相互连接在一起的大量的装置中排出的渗透物和同样从中被排出的滞留物。

在超渗滤中，渗透物也被称为滤液。

管道连接必须满足最高密封性要求，因为它们在所有可能的压力和温度条件下必须绝对密封，该压力和温度条件在这样的设备的应用中是可能出现或者可以预料到的，这样避免3部分，即被引入的待分离的介质和渗透物以及滞留物的混合。如果发生仅2部分的混合的话，那么该装置或者被连接起来的大量的装置便再不能使用，并且必须高费用地被拆卸、清洗、重新密封和重新装配。这需要大量的时间，而这直接反应在为此花费的费用中，还不包括这种装置布局的不能接受的不可靠性程度。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种开头所述种类的装置，使用该装置能够将多数装置如此地连接合并起来，即，可以将这些装置的连接费用降到最低和这种装置的运行可靠性相对公知的装置能够得到明显的提高，同时具有如下的目的，即，将这种装置布局的生产成本降低到最低程度和同样将目前为止为此所需的空间需要降低到最低程度，这样在运行可靠性总体提高的情况下能够显著降低制造成本和维修成本，这同样应该适用于安装费用和拆卸费用。

根据本发明，该目的通过设置一个容器得以实现，该容器中容纳有至少两个如此互相连接的分离单元，即，为了将待分离的流动介质引入两个分离单元中，设置有一个共用的入口。

本发明的解决方法的优点在于，至少两个分离单元能够在不发生管道安装费用的情况下相互耦合或者相互连接，而不需要用于引入待分离的介质的(也就是流体，在专业领域也被称为“进料”)，单独的管道连接。这两个分离单元仅仅被插入该容器并且与事先设置在该容器中的连接工具耦合。这种设置保障了在用于待分离的介质的流入口与从那里到两个分离单元的流入口之间能够是一个持续的密封连接。至少对于两个分离单元来说除此之外不再需要安装费用，其结果是，明显地降低了出现泄漏的可能性并且与公知的装置相比还明显地减少了总体装置的重量。本发明的解决方法使设备的使用成为可能，而该使用到目前为止由于被大幅度缩小的外部尺寸和重量曾经是不可能的，例如在移动的单元上，也在海上平台上，那里对任何一点附加的重量都是很苛刻的，这同样适用于对于装置来说必要的空间容积。根据所期待的薄膜总面积，本发明的装置本身另一方面能够根据积木式原理的种类在安装费用不高的情况下与多数本发明的装置相互连接形成大的所期待的分离单元。

如前对其所阐述的那样，本发明的解决方法满足了该目的的所有要点。

如开头所提及的那样，为了流动介质或者流体的这种分离和过滤任务，使用为特殊分离任务而制造的薄膜或者薄膜元件。不仅在所使用的薄膜材料方面注重薄膜的构成，一般由碳氢化合物基的聚合物构成，而且在其机械构造方面还注重薄膜的种类。因此将薄膜构造为中空纤维膜和/或毛细管膜有益于本发明的装置，尽管原则上也可以使用平面薄膜例如，薄膜板状或螺旋状缠绕的缠绕薄膜。

有益的是，容器具有如下的构造，即分离单元基本上相继布置在容器轴线上。因此实现了待分离的介质到两个分离单元的导入只需要最小的导引连接，该导引连接用于将待分离的介质或者流体导入分离单元。

特别有益的是，用于待分离的流动介质的入口被如此地设置在容器上，即，流动介质由该入口能够同时既被引入到一个分离单元中也被引入到另一个分离单元中，也就是通过分离单元中的宛如T形构造的连接引入待分离的介质。

能够基本上呈管状地构造容器本身，尽管原则上也可以具有其他的形状，例如，两个分离单元实际上毗邻地设置。所述容器的基本上管状的构造本身能够实现分离单元在容器内的快速而安全的安装，其中所述分离单元在所述容器中自动固定，这样在容器的内部不需要固定和校准分离单元的昂贵的工具，因此能够再次降低制造成本和维修成本以及保养成本。

在该装置的一个更有益的实施方式中，容器具有基本上呈圆形的横截面，就是说该容器具有优点地具有基本上呈直管状的构造，使得插入该容器内的分离单元事实上被串联地布置并自动固定和校准。串联并不意味着分离单元在分离功能上是或者必须总是串联，而仅仅是在机械方面它们被如此相互串联连接地设置。

在该装置的另一个有益的实施方式中，在容器的基本上对置的位置各设置有一个用于待分离的流动介质的入口，就是说如果所述容器的构造例如为管状的话，基于该容器的纵向伸展，优选入口的位置基本上被设置在中间，从而通过该双倍的入口以简单的方法扩大流入容器的用于待分离的介质的总流入截面，以便能够通过简单的方法增加通过容器的流动介质的流量，并且能够通过简单的方法使该流量适应各自期望的更高的分离能力。

用于渗透物的出口优选地构造在容器的基本上对置的端部上，这样能够将排出渗透物的必要的设备控制到很少并且总体上根据由多个容器构成的电池组的类型将容器置入相应构造的大的分离单元中。设置有相应的密封件的出口自身被插入同样能够具有密封件的容纳件中，不再需要附加的设备。

用于滞留物的出口优选地被构造在基本上对置的端部范围内并且基本上垂直于容器壳体，该出口利用设置有密封件的容纳件能够沿基本上垂直于容器壳体的方向插入容纳，由此不需要用于收集由容器所排出的滞留物的其他安装设备。该容纳件同样能够具有密封件并且同样被设置在大的分离单元中。

鉴于现有技术中公知的装置的缺点以及其相当大的重量，本发明所追求的是，通过本发明总体地减小重量，优选通过由塑料构成该容器来实现该目标，其中特别优选的是，为了进一步减少为此所需塑料的重量使用碳纤维或者使用玻璃纤维强化该塑料。此外对于容器的构造来说，塑料的有利之处在于，该塑料基本上对液态的或者气态的、待分离的介质或者流体混合物具有广泛的耐腐性和在重量轻的情况下在预想到的温度范围内也能够保持足够的形状稳定。

由于被容纳在容器中的分离单元各自被容纳在一个必须充分耐压的壳体内，该壳体和/或所述分离单元两侧的封堵元件由金属构成，由此该分离单元的形状稳定性本身也得到充分保障，以持续地保障被容纳在分离单元的壳体内的薄膜元件的变形，至少经常也被称为压力管的壳体也能够由塑料或者玻璃纤维强化塑料构成。也被称为端面板的两侧的封堵元件通常由铝材构成。虽然由于钢材众所周知地具有很好的强度特性，到目前为止不但分离单元的壳体而且一般情况下被设置在那里的两侧的封堵元件都是由钢构成，但是由于钢材具有相当大的单位重量和在一定的情况下原则上与开头所提出的提供一种其重量轻于公知装置的装置的目标相违背，根据本发明至少两侧的封堵元件优选地由钛构成。

为了能够在容器壳体内为了装配和拆卸的目的快速和基本上不用工具地插入分离单元或为了修理和维修的目的拆除该分离单元，容器壳体优选地可以分为至少两个容器壳体元件，这两个容器壳体元件通过连接件能够重新相互连接，其中连接件本身可以是任意合适的类型，例如配合连接或者插塞连接，非常有利的是，在容器壳体元件上借助那里需构成的螺纹区域和/或插接式连接构造连接件。螺纹连接为自动对中心式和自动止动式的，这同样适用于插接式连接，这样不再需要用于固定这两个壳体元件的辅助工具，由此能够按照任务要求节省重量并且能够将装配操作和拆卸操作减至最少。

附图说明

参照下面的实施例的和改进的实施例的示意图更加详细地阐述本发明。其中：

图1是本发明的装置的透视图，包括由两个容器壳体元件构成的、用于容纳两个分离单元的容器；

图2是省略细节的分离单元的侧视图及其部分剖面图，该分离单元配置有中空纤维膜和/或毛细管膜形式的薄膜；

图3是图1中所示的、用于容纳两个分离单元的容器的部分剖面图及其部分断面图；

图4是图3中所示的容器的端面的前视图；

图5a和图5b是根据图3所示各旋转90°的侧视图；

图5c是图5a和图5b所示的端面的前视图；

图6a至图6c是与图5a至图5c相似的附图，不过具有两个用于待分离的流动介质的入口。

具体实施方式

为了说明装置10的基本构造，首先参考图1和图2。

图1图示出装置10的容器20的透视图，其中，容器壳体31被分为两个容器壳体元件310，311。在容器壳体元件310，311中各容纳有分离单元11，110，其中该分离单元11，110通常具有相同的构造，但是如下的装置10的解决方案也是可能的，即，分离单元11，110具有不同的构造并且针对被共同引入两个分离单元11，110的入口22的、常被称为流体或“进料”的流动介质21，该分离单元各自具有不同的分离技术条件。

如在图2中举例阐述的那样，分离单元11，110的基本构造是公知的，其中图2中阐述的分离单元11，110配置有中空纤维膜和/或毛细管膜形式的薄膜13。原则上，应该被容纳在容器20内的分离单元11，110也可以使用垫式薄膜形式的或者螺旋状缠绕的缠绕薄膜形式的薄膜。分离单元11，110基本上具有一个壳体12，该壳体能够承受该壳体内部的流动介质15的压力，并且通常由塑料或者纤维强化塑料构成，但也可以由钢管形的钢材构成。参照图2，通过公知的方式在壳体的两端部设置有封堵元件120，121，在该封堵元件之间夹紧有中空纤维膜或者毛细管膜13。以适当的距离间隔开的封堵元件120，121与壳体12共同构成密封空间，待分离的流体介质15在该空间内流动。通常在这种分离单元11，110中，中心管122穿过壳体12，该中心管的周面上分布有孔123，该孔穿透管122的壁。渗透物17聚集到这个中心管122内并被排出。

如果薄膜13被构造为中空纤维膜的话，流动介质15流过中空纤维，其中，渗透物17由空腔从里向外穿过中空纤维膜的壁。

通过被设置在封堵元件120外部且与管122相连接的入口14，待分离的流动介质15被引入管122并通过孔123渗入壳体12的内腔中，该内腔内设置有薄膜13。通过公知的方式，流动介质15穿过针对该流动介质15内的混合物成分的薄膜壁，针对该混合物成分来挑选薄膜13。在薄膜13内，就是说依据此处阐述的例子在空腔薄膜或者毛细管膜的空腔内，聚集在内的渗透物17汇集到壳体12的一个端部上，在可能的情况下也汇集到两端部上(此处未详细示出)，并且作为渗透物17通过出口16被向外排出。

通过管122的延长部中的出口18离开分离设备11的浓缩的流动介质15，也就是说残留下来的流动介质15，被作为滞留物19在管122的延长部中从壳体12排出，该残留下来的流动介质15减少了渗透穿过薄膜13的部分。

需要指出的是，这种形式或者类似形式的这种分离单元11的上述示意性构造为专业界普遍公知，因此在此对该分离单元11的构造没有必要再赘述。但是需要一提的是，根据在此阐述的装置10，例如，一方面出于减轻重量的原因以及出于针对流动介质15的机械稳定性和化学稳定性的原因，两端部的封堵元件120，121和/或壳体12可以代替钢而由铝或者钛构成，这些材料比高合金的钢具有更高的强度而重量要轻得多。

所述分离单元11能够采用不同类型的薄膜(中空纤维膜、毛细管膜、缠绕薄膜、膜垫)通过本身相同的方法工作。依据所采用的薄膜类型不同，待分离的流动介质15的引入以及渗透物17的排出以及滞留物19的排出的方法有稍微的变化，而所描述的待分离的流动介质15的分离原理丝毫不变。

图3图示出容纳两个分离单元11，110的容器20。容器20基本上由具有基本上圆形的内横截面的管状体构成，因为分离单元11，110的横截面基本上与容器20的内横截面相同，这样分离单元11，110能够被引导容纳在其内。对于已在图1的描述中对其真正的容器壳体31进行过阐述的容器的纵向伸展25而言，容器20包括两个基本上大小相同的容器壳体元件310，311，其中，基本上在两个所述容器壳体元件310，311的正中间设置有至少一个用于流动介质21的入口22，其中，根据上面对分离单元11的阐述，流动介质21与流动介质15相同。

当两个分离单元11被定位在容器20内时，流动介质21通过入口22流入各个分离单元11，110的入口14。这一点在图3中通过入口22两侧的箭头15，21示意性地图示出。容器20的入口22与各个分离单元11，110之间的连接不但通过分离单元11，110的入口14的相应的设计结构而且还通过所述容器20内的入口22的相应的设计结构得以保障，这样保障了入口22与入口14之间的机械安全连接和压力密封连接。

在容器20的两端部28，280处，特别参见图5a至图6c，设置有用于从装置10或容器20中排出的滞留物27的各个出口26，260，该滞留物别有用途，在可能的情况下被再次分离或者被排出和收集起来。一般情况下，出口26，260与横穿容器20的假设的容器轴线23同心地设置。

同样在容器20或容器壳体31的端部28，280的范围内各设置有用于从装置10排出的滞留物30的出口29，290，该出口基本上从容器壳体中径向地伸出，其中，滞留物30或被重新导向分离循环或者被另外收集起来和别有用途。

如前所述，图5a至图5c图示的装置10在容器20的其两端部上各包括用于滞留物30的出口29，290，这同样适用于图6a至图6c图示的装置。出口29或者290在装置10的其他的运行方式中也可以作为分离单元11或分离单元11，110和/或容器20或容器壳体的排气口使用。

在装置10的被称为“终止-运行”的运行方式中，出口29，290被关闭。在另一个所谓的“横向流动-运行”的运行方式中，出口29，290为了排出滞留物30而被打开。

与图5a至图5c图示的装置10的结构相比，在图6a至图6c图示的装置10的结构中，在位置24，240处各设置有用于流动介质21的入口22，220，并且沿径向方向相对于容器轴线23完全相反地对置。在图3和图4中也图示出了装置10的这种结构。因此与只有一个用于流动介质21的入口22的装置10的实施方式相比，能够实现单位时间内流动介质21通过装置10的更高的渗透率和改善被引入的需分离的流动介质21到两个或者数个分离单元11，110上的平行分配。

如已经述及的那样，所述容器20包括至少两个容器壳体元件310，311，该两个容器壳体元件能够在容器壳体31的中间部段内各通过螺纹连接和/或插接式连接相互连接(未图示)。这种可拆卸的或者可分开的连接使得容器壳体31的拆装简单易行，从而能够例如，快速地接近被容纳在其中的分离单元11，110，就是说为了修理目的和保养目的，也为了基本的初次装配。所述容器壳体21基本上由塑料，更确切地说由碳纤维强化塑料或者玻璃纤维强化塑料构成，其中前一种具有强度高重量轻的优点。

所有用于渗透物27的出口26，260和所有用于滞留物30的出口29，290如同用于待分离的流动介质21的入口22，220一样具有如下的构造，即，当例如需要多个装置在一个此处未阐述的分离单元中或分离电池中或并联或串联或既有部分并联也有部分串联地连接时，它们能够与其他的装置20迅速气密地连接。

附图标记列表

10装置

11分离单元

110分离单元

12壳体

120封堵元件

121封堵元件

122管

13薄膜

14入口/流动介质(壳体)

15流动介质(壳体)

16出口/渗透物(壳体)

17渗透物(壳体)

18出口/滞留物(壳体)

19滞留物(壳体)

20容器

21流动介质(容器)

22入口/流动介质(容器)

220入口/流动介质(容器)

23容器轴线

24位置

240位置

25纵向伸展(容器)

26出口/渗透物(容器)

260出口/渗透物(容器)

27渗透物(容器)

28端部(容器)

280端部(容器)

29出口/滞留物(容器)

290出口/滞留物(容器)

30滞留物(容器)

31容器壳体

310容器壳体元件

311容器壳体元件

Claims (20)

1.一种装置(10)，借助薄膜(13)，特别是根据超渗滤、反向渗透和毫微渗滤的方法过滤和分离流动介质(15)，其包括：其内设置有所述薄膜(13)的壳体(12)；被引入所述装置(10)内的、待分离的所述流动介质(15)用的入口(14)和用于导出在所述装置(10)中产生的所述渗透物(17)的出口(16)和所述滞留物(19)用的出口(18)；所述装置基本上由分离单位(11)构成，其特征在于：设置有容器(20)，所述容器中如此相互连接地容纳有至少两个分离单元(11)，即为了将待分离的流动介质(21)引入至少两个所述分离单元(11)设置有共用的入口(22)。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述薄膜(13)为中空纤维膜和/或毛细管膜。

3.根据权利要求1或2之任意一项或两项所述的装置，其特征在于：所述容器(20)具有如此的构造，即分离单元(11)基本上在容器轴线(23)上被相继设置。

4.根据权利要求1至3中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：用于需分离的流动介质(21)的入口(22)被如此设置在容器(20)上，即所述流动介质(21)由该入口同时既能被引入所述其一的分离单元(11)也能被引入所述另外的分离单元(110)。

5.根据权利要求1至4中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：所述容器(20)具有基本上呈圆管状的构造。

6.根据权利要求1至5中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：所述容器(20)具有基本上圆形的横截面。

7.根据权利要求1至6中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：所述容器(20)被构造为基本上直的管。

8.根据权利要求1至7中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：在所述容器(20)的基本上对置的位置(24，240)处各串接有用于待分离的流动介质(21)的入口(22，220)。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：基于所述容器(20)的所述纵向伸展(25)，所述入口(22，220)的所述位置(24，240)基本上被设置在中间。

10.根据权利要求1至9中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：用于所述渗透物(27)的所述出口(26，260)被设置在所述容器(20)的基本上对置的端部(28，280)。

11.根据权利要求1至10中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：用于所述滞留物(30)的所述出口(29，290)被基本上垂直于所述容器壳体(31)地设置在基本上对置的端部(28，280)的区域内。

12.根据权利要求1至11中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：所述容器(20)由塑料构成。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：所述塑料为碳纤维强化塑料和/或玻璃纤维强化塑料。

14.根据权利要求1至13中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：所述分离单元(11)的壳体(12)和/或两端的封堵元件(120，121)由金属构成。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：至少所述两端的封堵元件(120，121)由钛构成。

16.根据权利要求1至15中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：所述容器壳体(31)可以被分为至少两个容器壳体元件(310，311)，所述容器壳体元件通过连接件相互连接。

17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于：所述连接件为在所述容器壳体元件(310，311)上构成的螺纹区域或插接式连接。

18.根据权利要求1至17中任意一项或数项所述的装置，其特征在于：所述流动介质(21)用的所述入口(22，220)和/或所述渗透物(27)用的所述出口(26，260)和/或所述滞留物(30)用的所述出口(29，290)由金属构成。

19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：所述金属为钢。

20.根据权利要求18所述的装置，其特征在于：所述金属为钛。

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