CN110312561A - 用于从液体和气体中分离固体颗粒的装置 - Google Patents

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Abstract

在一种用于在由合成材料制成的柔性的一次性容器中从液体和气体中分离固体颗粒的装置中，多个由扁平的细长支撑栅格(3’)构成的过滤器元件连接成过滤器组件并且由柔性的合成材料容器(2)包围，支撑栅格具有滤液排流通道(3”)和在上方覆盖的、完全封闭的过滤介质(4)。一次性过滤系统在压力容器(1)中运行并且可以在那里通过加载外部压力而以如下方式压缩，使得悬浮液的残余体积明显减少。有赖于稳定的结构类型，能够对过滤器元件进行反冲洗，这防止了固体颗粒形成密实的层进而能够提高滤液通流量。由此，这种系统有赖于完全封闭的、灭菌的过滤器元件、提高的过滤面积和由此产生的高过滤效率和残余体积减小的彻底过滤而表现为具有高通流量、降低的清洁成本和在产品变换时很短的改装时间的成本低廉的过滤装置。

Description

用于从液体和气体中分离固体颗粒的装置
技术领域
本发明涉及一种用于从液体和气体中分离固体颗粒的装置，包括具有悬挂布置的过滤器元件的压力容器和由柔性合成材料制成的一次性容器，一个或多个通过水平安装的滤液排流管连接和固定的扁平的过滤器元件处在一次性容器中，并且进入其中待过滤的介质(下文称为悬浮液)挂壁在一次性容器内。已知许多这种用于将固体颗粒从液体或气体中分离的方法。
背景技术
EP 2736619描述了一种用于通过布置在一个或多个水平悬挂套件中的扁平过滤器元件从液体中分离固体颗粒的装置，其中，在各个过滤器元件之间分别设置有间隔件。这种以及类似的装置通常由金属或不可燃材料制成，并且通常用于不锈钢压力容器中。在此，接触产品的表面在使用前必须经过复杂的清洁和消毒。
EP 0555740示出了一种过滤装置，其中压力容器设计有柔性合成材料并通过密封环固定在盖法兰上。这时，可以插入带有多个过滤器元件的过滤器组件并关闭容器。通过对过滤器组件内的特殊膨胀体进行充气，可以使残余体积最小化。由于该装置的元件仅部分地由过滤介质的柔性合成材料保护，因此过滤器的部件以高耗费才被重复使用。单个零件和材料的复杂性和大数量增加了制造成本并使装置的安装更加困难。
用于从液体中分离固体的一次性装置的另一方案在US20100264100中描述。圆形的、扁平的合成材料过滤器元件被堆叠，包裹在柔性合成材料容器中并安装在支撑容器中。紧凑的设计带来了大的过滤面积。在所有过滤器元件之间的密封件是必需的。考虑到过滤器元件的复杂设计，所谓的“升级(Scale-up)”或过滤器装置的按比例放大是昂贵的并且难以实现。对过滤器元件的反冲洗仅以适配方案实现。由于各个过滤器元件的相对大的厚度，对过滤器组件的压缩进而还有吸空残余体积仅部分地可行。
DE3807828公开了一种用于在密闭容器内过滤液体的装置，所述容器具有由热塑性材料制成的多件式的焊接在一起的盖子和其中布置有过滤器滤芯的薄膜管。盖子和滤筒通过螺纹连接。带有滤筒的薄膜管可以从容器中取出以便处理。
EP2283907A1还描述了一种用于过滤液体的装置，该装置具有稳定结构的筒形式的过滤器元件，该过滤器元件用合成材料薄膜密封包裹并在压力容器中工作。由于这种过滤器滤芯的原则上很大的型体，需要相对大的压力容器，并且相对于罐容积的可用过滤器面积非常小。这种滤筒需要大量的生产材料，另外必须在使用后进行处理。
发明内容
本发明的目的是提供一种消除上述缺点的装置，特别是一种简化的、作为一次性变型的过滤系统。这在所有那些需要高流速、最小化清洁成本和缩短产品更换时间以及最小化悬浮物残余体积的工艺中具有显着优势。示例是食品工业或生物制药工业。正是在这些行业中非常重要的是，过滤系统也可以作为无菌一次性系统提供。
公开了一种用于从液体和气体中分离固体颗粒的装置，该装置具有压力容器和悬挂布置在其上的多个过滤器元件，所述过滤器元件设置在柔性的合成材料构成的容器中，所述柔性的合成材料构成的容器设置在压力容器的内部并相对于压力容器密封地封闭。柔性容器也可从压力容器中移除。
根据本发明，多个过滤器元件均设计成扁平的并且彼此并排悬挂地布置，使得每单位体积可获得大的总过滤面积，这有利于装置的通流和过滤效率。另外，平行布置的过滤器元件可以彼此压缩在一起。为此目的，可以将过滤器元件彼此连接成包括多个过滤器元件的过滤器组件，其中，在各个过滤器元件之间、在其竖直的纵向伸展的较大部分之间分别存在预定的空隙。
实际的过滤容器由柔性的合成材料构成的容器组成，其中布置有多个过滤器元件。过滤过程完全发生在柔性内部容器的受限密封空间中，待处理的液体和气体仅分别与内部的柔性容器的合成材料接触。这在处理侵蚀性介质和工艺无菌方面具有显着优势。具有过滤器元件的内部柔性容器可以作为整体从压力容器中移除，而气体或液体不与压力容器接触，从而该装置提供一次性系统。这消除了对装置进行耗时的清洁和消毒的需要。具有过滤器元件的柔性内部容器、实际的过滤容器(完全由合成材料制成)作为这种坚韧的弹性材料，可紧凑地折叠和存放，并且可以在使用后再循环或完全通过焚烧处理。外部压力容器用于向一次性系统提供稳定性并为预容积过滤、主容积过滤和残余体积过滤提供必要的压力降。
由多个平行布置的扁平过滤器元件组成的过滤器组件可以基于过滤器元件之间的空隙以及用于内部容器的合成材料的粘弹性而被压缩。由此产生的过滤器组件的灵活性在排空过滤罐方面具有优势，因为它可以更大程度地压实。与本发明相关的扁平过滤器元件的灵活性和紧凑性也改善了残余体积余量并降低了粗料含量。
过滤器元件过滤器组件中的布置实现了容器内每单位体积的过滤面积的高比率。这实现了在小容器体积下的高流速，因此在低投资成本下具有高过滤效率。此外，过滤器组件的长处在于简单的模块化生产，因为过滤器元件可以单独预制成所需的长度，并且特定应用可以连接在过滤器组件中。
在本发明的一实施方案中，过滤器元件固定在水平延伸的横向连接件上，从而连接在一起形成过滤器组件。横向连接件仅在过滤器元件的竖直的纵向伸展的一小部分上延伸，使得在过滤器元件之间、在其纵向伸展的大部分上可存在空隙。
在一个替代实施方案中，过滤器元件在其竖直的纵向伸展的一小部分上固定在由可铸型的合成材料或粘合剂制成的头部元件中，其中，在其纵向伸展的主要部分上也存在空隙。
在本发明的一实施方案中，过滤器元件包括相应的栅格状支撑元件，下文称为支撑栅格，其被弯曲包套的、完全封闭的过滤介质覆盖，例如织物、膜或毡。此外，过滤器元件具有用于将通过过滤介质过滤的悬浮液(也称为滤液)排出的通道。
在一实施方案中，支撑栅格由柔性的坚韧合成材料制成，例如聚乙烯或柔性多孔材料，例如发泡的环氧树脂或聚氨酯树脂。这种类型的支撑栅格增加了各个过滤器元件本身的可压缩性，从而不仅可以通过减小各个过滤器元件之间的空间来压缩作为组件的过滤器元件而且还可以压缩各个过滤器元件本身。这进一步减少了残余体积余量。
沿水平通过过滤器元件引入的、穿孔或开槽的滤液排流管在过滤器组件的稳定性方面提供了显着的优点，并且还可以改善滤液的排出。
过滤器元件的设计使得过滤器组件的按比例放大或者说升级，由于采用模块化设计，因此非常容易实现。还可以在同一内部柔性容器内彼此相邻或相邻地布置多个过滤器组件。
根据本发明的装置能够以各种变型实施，这些变型首先在连接部的结构方面不同。根据应用的不同，有利的是，外压力容器的入口和出口以及滤液出口可以布置在压力容器的上部、侧部或下部区域(图中未示出)中。过滤容器的制造方式使其可以非常方便地安装在压力容器中并在使用后拆卸。压力容器上压缩空气供应的连接部可任选地在上部、侧面或底部至少限定在一个位置上，这提供了工艺灵活性和容器的过滤和排空效率的优点。
在本发明的变型中，容器入口可以在容器内部设置有由柔性的合成材料制成的软管。这优化了容器的填充过程。作为一个示例，容器可以利用在上部安装的输入接管从下方通过软管被填充悬浮液。这具有额外的优点，即减少了固体层结构被现有的悬浮液流所扰动。
有利的是，在本发明的另一变型中，在压力容器的侧法兰中插入压力管，该压力管另外用作滤液排出部。如果过滤器元件与密封介质密封地连接，则对过滤器元件的侧压改善了过滤器组件的稳定性并密封了过滤器元件的连接。
在过滤过程中，特别是在稠化过程中，通常需要对过滤器元件进行反冲洗，以便可以冲洗掉在过滤器元件上积聚的固体颗粒层。根据本发明的多个扁平过滤器元件的结构能够改善反冲洗和固体颗粒从过滤器元件上的分离。
过滤过程中的一个已知的问题是处理过滤系统中的残余体积。根据本发明的装置可以通过将系统用压力容器中来减少残余体积，其中，柔性过滤容器被外部压力压缩并因此部分地直至完全排空。特别是对于非常昂贵的介质，这可以防止显着的额外成本。为了进一步改善排空，过滤罐也可以用气体(例如无菌空气)彻底冲洗。
基于完全封闭的无菌过滤器元件、增加的过滤器表面和由此产生的高过滤效率以及完全过滤和减少的残余体积分数，根据本发明的过滤装置使得在具有高流量、最少的清洁成本和产品变换时短暂的改装时间来实现成本低廉的过滤装置。
可以考虑和请求保护两个或更多个上述实施例和变型的组合。
附图说明
下面借助于实施例参照附图详细阐述本发明。其中，
图1以过滤运行期间的纵剖图示出根据本发明的装置，其具有压力容器和柔性的、内部过滤容器，
图2以过滤容器排空期间的纵剖图示出根据本发明的装置，其具有压力容器和柔性的、内部过滤容器，
图3以纵剖图示出单个的根据本发明的过滤器元件，
图4以侧面部分剖面图示出单个的根据本发明的过滤器元件，
图5以纵剖图带有相应的悬浮液和滤液流动方向地示出单个的根据本发明的过滤器元件和过滤器组件的多个过滤器元件，
图6示出根据本发明的装置的变型，带有过滤器组件在内部的柔性容器内的侧面固定件，
图7示出根据本发明的装置的变型，带有过滤器元件在内部的柔性容器内的过滤器组件头部中的头侧固定件，
图8示出所述装置的变型，带有过滤器组件在内部的柔性容器内的中心固定件。
具体实施方式
在图1中，附图标记1表示压力容器，压力容器的容器壁在上部和侧部配备有至少一个入口、排气口和排出接管1’、1”、1”’，并且优选地在上部能够利用盖子敞开。(未示出压力容器的下部区域中的可能的接管。)柔性的合成材料制成的容器2包括平行布置的一个或多个扁平过滤器元件并且以如下方式安装在压力容器1内部，使得容器2的连接部(入口2’、排气出口2”，用于滤液排出的压力管8)适配地而且密封地通过连接件1’、1”、1”’密封并固定。扁平的过滤器元件通常各自包括具有滤液排出通道3”的扁平细长支撑栅格3’，在其上张开的、围绕其完全闭合的过滤介质4和多个横向连接件5，所述横向连接件5通过密封焊接、粘合或夹紧方式与支撑栅格3’和过滤介质4连接，多个过滤器元件通过横向连接件5的密封焊接、粘合或夹紧方式连接成过滤器组件。这种具有多个过滤器元件的组件可以另外通过水平引入的由合成材料制成的穿孔的滤液排流管6而稳定化。容器2包裹过滤器组件并且在相应的外横向连接件5’，5“的两侧密封地焊接、粘合或夹紧。这样产生的封闭的过滤器组件通过按压横向连接件5卡入压力容器壁7的卡入部中来定位和固定。这通过插入压力管8来完成，压力管8通过压力容器1的滤液排流接管1”’密封地插入，在内部通过与外部横向连接件5’的压力连接得到密封并将过滤器组件以如下方式压入压力容器1的卡入部7中，使过滤器组件稳定。如果在横向连接件5之间以及外部横向连接件5’与插入的压力管8之间选择压紧的夹紧连接，则可以额外插入由合成材料或弹性体制成的环形密封件，以便更好地密封。压力管8设有滤液排流接管1”’，并且可以借助螺纹或螺钉引入容器2中，加以压紧和固定。在安装之后，柔性的一次性过滤器介绍如下：过滤容器2通过接管2’填充悬浮液9，而过滤容器2通过接管2”和压力容器1排气。在由压力差引起的后续过滤中，排气口1”关闭，悬浮液9通过过滤器元件过滤。滤液通过滤液排流接管1”’在压力管8中排出。可选地，还可以通过逆反压力降来反冲洗过滤器元件。这在如下方面有用的，因为固体颗粒构成的层再次解体，以提高过滤产率。
在图2中示出随后的残余体积过滤。为了减少悬浮液9’的残余体积，关闭入口连接部2’并增加压力容器1中的压力，这导致柔性容器2的压缩和部分或完全的排空。通过将坚韧的弹性合成材料用于扁平的支撑栅格3’，过滤器组件可在残余体积过滤期间被压缩和压扁以便于排空。为了进一步辅助排空，容器可以通过容器入口2’以空气或其他气体通流，容器2中和滤液排流通道3”中悬浮液和滤液的最后的液体部分可以通过滤液排流管6冲洗。在用一次性装置进行残余体积过滤的另一变型中，残余体积9’在完成过滤之后沿反方向通过容器入口2’或排气出口2”导出。同样在该变型中，柔性容器2通过在压力容器1中施加压力来压缩并压扁。
图3和4示出了过滤器元件的正面和横向的纵剖面。这包括由坚韧的弹性合成材料制成的支撑栅格3’，其由完全闭合的过滤介质4覆盖。支撑栅格3’可以由柔性合成材料或多孔材料构成并且在内部示出滤液排流通道。还可见的是由密封环焊接、粘合或压制和借助密封圈密封的(例如，通过螺纹挤压的、具有扁平密封件的压紧面)由合成材料制成的横向连接件5。
在图5中沿纵剖面可见的是由多个过滤器元件组成的过滤器组件。过滤器元件在横向连接件5之间通过密封焊接、粘合或夹紧来连接，其中，在夹紧的方案中，还需要插入环形密封件以进行额外的密封。从图5还获知悬浮液9和滤液的预期的流动方向，这些流动方向在过滤(左)和反冲洗(右)期间出现。另外的横向引入的、穿孔的或开槽的滤液排流管可以提高过滤器元件在过滤器组件中的稳定性。在另一变型中，还可以使用横向连接件5，所述横向连接件5被起支撑作用地引导穿过过滤器元件。在横向连接件5的焊接、粘合或夹紧之后，横向连接件形成过滤排流管并因此使过滤器组件稳定而无需添加单独的过滤排流管。
图6、7和8示出可用作一次性容器过滤容器2的另外的变型，其中没有插入的压力管8。为了便于将容器2安装在压力容器1中，用于悬浮液、过程气体2、2”和滤液2”’的入口和出口设置在盖子的一侧(示出的是带有上方连接部的变型)。这些入口和出口的位置可以在容器2的上部、侧面或下部实现。入口接管和出口接管1’、1”、1”’也相应地在压力容器1上实施。此外，可行的是(未示出)：为容器入口2’在容器2的内部设有一个或多个软管，其优选地将供给的悬浮液9在容器2中进行分配。例如，容器入口2’可以设有软管，该软管将悬浮液9从下方向容器2引入，即便是容器入口2’位于其他的位置(在这里：上方)也可以。该变体的优点在于，使形成的滤饼不会被引入的悬浮液9再次冲走，这改善了某些应用中的过滤。
在图6中示出了过滤容器2，其中，过滤器组件在侧部与由合成材料制成的结实的过滤器组件头10连接。连接可以通过密封焊接、粘合或夹紧来实现。过滤器组件头10已经包含所有对于过滤所需的入口和出口(容器入口2’、排气出口2”、滤液排流部2”’)并且与容器2的柔性容器壁密封地通过焊接、粘合或夹紧连接并包围整个过滤器组件。有利的是，在该变型中，不需要插入的压力管8，因此容器2及其滤液排流部2”’的所有入口和出口可以定位在一侧。这简化了容器2在压力容器1中的安装并且提高了过滤器组件的稳定性。
图7示出了图1中所示的过滤容器2的在图6中所示的变型，其中各个过滤器元件没有通过横向连接件5连接成过滤器组件，而是通过铸造材料11，例如热熔粘合剂、液体粘合剂系统或加热的液体合成材料在用于过滤器组件的头部元件10中连接。这种结构又形成过滤器组件，其在过滤器元件之间具有预定的间隙，这允许在残余体积过滤期间，压缩和压扁过滤器组件。
在图8中可以看到本发明的进一步改进方案。滤液排流部2”’由滤液排流管实现，滤液排流位于过滤器组件的中心位置，并用此密封件密封地焊接、粘合或夹紧。滤液排放管2”’在容器2的一侧(优选上部或下部)密封地连接到容器壁上，并且通过相应定位的滤液排流接管1”在压力容器1上引导。过滤器组件与中心的滤液排流管2”’连接并由其承载。柔性的容器壁包围整个过滤器组件并且可以另外固定在侧向外部的横向连接件5’上。为了额外的稳定性，也可以在这里将开槽或穿孔的滤液排放管6引导穿过过滤器元件。也可以在压力容器壁7中设置未示出的卡入部，外部横向连接件5’可以支撑和/或夹紧在该压力容器壁7上。

Claims (12)

1.一种用于从液体和气体中分离固体颗粒的装置，所述装置由压力容器(1)构成，所述压力容器具有多个悬挂布置的过滤器元件，其中，过滤器元件布置在柔性的、由合成材料构成的容器(2)中，所述柔性的、由合成材料构成的容器布置在压力容器(1)中并且相对于压力容器密封地封闭，并且柔性的容器(2)能够从压力容器(1)中取出，其特征在于，过滤器元件分别扁平地构造并且彼此平行地并排布置，相互连接形成过滤器组件，其中，在各个过滤器元件之间、在其竖直的纵向伸展的大部分上存在空隙并且过滤器元件能够彼此相对压缩。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，过滤器元件固定在沿水平延伸的横向连接件(5)上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，一个或多个过滤器元件借助能够铸型的合成材料或粘合剂固定在头部元件(10)中。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，过滤器元件分别具有扁平的支撑栅格(3’)和套到支撑栅格(3’)上的并且完全封闭的过滤介质(4)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其特征在于，过滤器元件具有用于将通过过滤材料(4)过滤的悬浮液(9)排出的通道(3”’)。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，支撑栅格(3’)由柔性的合成材料或多孔的柔性材料制造。
7.根据权利要求1-2和4-6中任一项所述的装置，其特征在于，过滤器元件在过滤器组件中额外地通过水平的、打孔或开槽的滤液排流管(6)加以稳定和固定。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其特征在于，在容器(2)的内部布置有一行或多行过滤器组件。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的装置，其特征在于，柔性的容器(2)的接管(2’、2”、2”’)在柔性的容器(2)的上部区域中布置或者在侧部或在下部布置在柔性的容器(2)上。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，接管(2’、2”、2”’)在柔性的容器(2)的内部设有软管。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的装置，其特征在于，在压力容器(1)上在侧法兰(1”’)中布置有压力管(8)。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的装置，其特征在于，内部的柔性的容器(2)能够借助外部压力压缩。
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