CN1187776A - 用于分离含有固体物质的不可混溶的液体/液体混合物的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于分离固相/液相/液相混合物的净化系统,包括至少一个圆柱形过滤元件,该元件包括用于清除固体颗粒材料的过滤介质(125),该过滤介质具有至少约为200英寸水的泡点,以及至少一个与过滤介质相间设置的聚结件(120),以便将固相/液相/液相混合物的第一液体聚结成滴,所述第一液体完全或部分不混溶于所述固相/液相/液相混合物的第二连续相形成的液体,并与之形成一种不连续相。过滤元件可以可拆卸地邻近聚结元件(120)安装。一种用于将固相/液相/液相混合物分离成单一相的方法,包括让所述混合物通过至少一个过滤元件,该元件包括一种泡点至少约为200英寸水的过滤介质,以便除去固体颗粒物质;随后让所得到的液体混合物通过,该混合物里的固体颗粒物质已被除去,而且,其中的第一液体完全或部分不混溶于第二连续相形成液体,并与之形成一种不连续相,以便将所述第一液体聚结成滴。

Description

用于分离含有固体物质的不可混溶的 液体/液体混合物的方法和装置

本发明涉及一种用于分离固体/液体混合物的单一相的方法，所述混合物包括第一和第二不可混溶液体，以及分散于所述至少一种液体中的固体物质。更具体地讲，本发明涉及从一种连续液相中除去粒度小到0.5μm的固体以及少量不混溶的液体的方法，还涉及用于该方法的过滤/凝聚/分离系统。

很多工业工艺和装置，以及家用装置都涉及将液相同另一种相分开。在某些场合，当水相以微量存在时，可以用化学方法将水从其它成分中除去。不过，所述用于除去水分的方法要求更换和/或再生用于该方法的试剂。所采用的试剂和所产生的产物通常会造成与操作和处理相关的问题。由于上述方法存在成本高的问题，而且在某些场合还不方便，对于从其它相中除去少量液相来说，用物理方法和装置优于化学方法。

凝聚悬浮于另一种相中的不混溶液体的方法和通常被称作“聚结器”的聚结装置，可广泛用于从诸如气溶胶的气相和一种液体在另一液体中形成的悬浮液中除去液体。当被除去液体的体积小于从其中除去该液体的相的体积时，上述方法特别有效。通常，用于从一种气体中除去液体气溶胶的装置不如用于分离两种液相的装置复杂，所述液相中的第一种液相不混溶于且悬浮于第二液相中。通常的情况大致如此，因为与液体/液体悬浮液相比，空气/液体悬浮液的重力效应更明显，而表面能、表面张力或界面张力不太明显。

可将聚结器用于从被称为“连续相”或“悬浮中相”的第二液相中除去所悬浮的被称为“不连续相”或“悬浮相”的微量第一液相的应用范围相当宽。例如，聚结器常被应用于从石油基燃料，包括汽油、柴油和诸如煤油的航空燃料中除去或分离少量水分，从清洗液中除去水分；从冷却剂和部件清洗剂中分离油；从天然水体中除去油性污染物；分离用于萃取工艺中的不可混溶的溶液系统等。

除了需要分离液相之外，很多场合还需要从不混溶的液体混合物中分离固相材料，即固体，如颗粒材料和胶体材料。一种常见的例子是用于上述石油基燃料的纯化。上述燃料被储存于室外储罐中，该储罐会受到腐蚀和渗漏以及定期的清洗。水会因为外部渗露和残留的用于清洗储罐的残余含水液体而聚集在储罐中。而且，输入储罐中的燃料本身也可能含有水分。

储罐中水分的存在还会进一步促进腐蚀。这种腐蚀作用会导致从罐壁上释出金属氧化物小颗粒(主要为氧化铁)，这些颗粒随后悬浮在连续的燃料相和/或不连续的水相中。还可能存在其它固体，例如，漆屑或杂质颗粒，其中的一些颗粒还可能悬浮于燃料相和水相中的一种或同时悬浮于二者中。

如果所述燃料被用于诸如汽油、柴油或喷气式发动机的内燃机中，所述固体会损坏被加工成高度耐磨的各种金属部件。小到0.5μm的固体就能损坏引擎部件。因此，在这种场合必须有效地清除固体。

一般，本领域的常见做法是在聚结并分离不可混溶的混合物之后，经合适的过滤介质过滤除去颗粒材料。

以前用于该目的过滤介质的泡点约为60英寸水。泡点试验是对空隙度的测定，其中，将过滤介质悬浮于液体浴(通常为变性的乙醇)中，并以增压向过滤介质的一侧施加空气。当过滤介质的另一侧出现第一个气泡的压力被称为泡点，并以水的英寸数表示。过去，对于多种石油基燃料来说，这种过滤介质能满足除去粒度为0.5μm或更小的颗粒材料的要求。

不过，在很多现有应用中，这种过滤介质不能充分除去固体。特别是，一些最近开发出的石油基燃料在有水时不能够简单地进行合适的过滤。用以前采用的过滤介质过滤这种燃料只能部分清除粒度低至0.5μm的颗粒。而这种介质以前能成功地从其它表面上类似的燃料中清除相同大小的颗粒。

现有技术中未对这种现象进行解释。已知某些燃料添加剂具有表面活性或表面活性剂作用，但迄今尚未证实表面活性剂作用与极小的颗粒材料的不适当过滤作用之间的关系。例如，已知表面活性剂能降低通常存在于水相中的颗粒材料的附聚作用。

不过，这种现象似乎与据信不会发生明显附图作用的场合、甚至缺乏表面活性剂的场合无关。对于许多石油基燃料的应用来说这是事实。检查未经过滤的燃料通常会发现很多小到0.5μm的不可分的颗粒，甚至在经泡点为60英寸水的介质不充分地过滤中的燃料中也能发现这种颗粒。在将未过滤的燃料泵入和泵出储罐和泵入滤器时所遇到的湍流和剪切力可以部分决定破坏可能出现的任何附聚作用。

在任何场合，现有技术均未能对以下现象提供解决方案或令人满意的解释：在所试验的所有燃料类型具有类似的粒度的颗粒材料的条件下，为何同一过滤介质能过滤某些燃料而不能过滤另一些燃料。因此，本领域中需要一种能够过滤小到约0.5μm的颗粒材料并从燃料组成不限的任何燃料中凝聚并分离出一种不混溶的液体的纯化系统。

本发明所提供的用于分离固相/液相/液相混合物的诸相的净化装置包括至少一个圆柱状过滤元件，该元件包括一种用于从所述固相/液相/液相混合物中除去固体材料的过滤介质，该过滤介质的泡点至少约200英寸水，还包括至少一个位于所述过滤元件下游的聚结元件，用于把所述固相/液相/液相混合物的第一液体聚结成滴，该第一液体完全成部分不混溶于所述固相/液相/液相混合物的第二连续相形成的液体，并与之形成一种不连续相。

本发明还提供了一种能够将一种固相/液相/液相混合物分离成单一相的净化系统，所述混合物含有第一液体、第二液体和分散于所述第一和第二液体中至少一者中的固体材料，所述第一液体完全或部分不混溶于所述第二连续相形成液体，并与之形成一种不连续相，该系统包括一个壳体，一个位于所述壳体里的液体入口，一个位于所述壳体里的第一液体出口，一个位于所述壳体里的第二液体出口，位于所述壳体里用于将所述第一液体聚结成滴的至少一个聚结元件，以及至少一个位于所述外壳中用于从所述第一和第二液体中除去固体的至少一个过滤元件，该过滤元件包括一种过滤介质，而所述过滤介质的泡点至少约为200英寸水，其中，所述过滤元件位于聚结元件流动途径的上游。

本发明还提供了一种将固相/液相/液相混合物分离成单一相的方法，包括让该混合物通过包括一种泡点至少约为200英寸水的过滤介质的至少一种过滤元件，以便从所述固相/液相/液相混合物中除去固体材料，然后让所得到的液体混合物通过一个聚结元件，以便将所述第一液体聚结成滴，所得到的液体混合物中的固体材料已被除去，而且，其中一种第一液体完全或部分不混溶于一种第二连续相形成的液体，并与之形成一种不连续相。

本发明还提供了一种用于将固相/液相/液相混合物分离成单一相的方法，所述固相/液相/液相混合物包括水、石油基液体、添加剂和分散于所述水和石油基液体中的至少一种里的固体材料，所述水完全或部分不混溶于所述石油基的连续相形成的液体，并与之形成不连续相，该方法包括以下步骤：让所述混合物通过包括一种泡点至少约为200英寸水的过滤介质的过滤元件，将过滤的混合物送至一个聚结元件，以便将所述水聚结成滴，并将聚结水与石油基液体的混合物送至一个分离元件，以便把聚结水与石油基液体分离。

用于实现本发明上述方面的装置、系统和方法能克服在某些场合下，特别是在选择的石油基或烃基燃料方面分离固体的问题。本发明部分源于以下意外发现：泡点极多的过滤介质，其泡点至少约为200英寸水，优选至少约为250英寸水，更好至少为300英寸水，至少约为400英寸水最好，能够滤除粒度小到约0.5μm，甚至更小的小固体，这种颗粒迄今为止不能用较低泡点的过滤介质滤除。这一发现是出人预料的，因为以前所采用的泡点较低的过滤介质，如泡点约为60英寸水的介质一般被认为具有小到足于留住粒度小到约0.5μm的颗粒材料的孔径大小。实际上，在多数场合，60英寸水的泡点更适于截留0.5μm的颗粒。因此，在某些场合，以前所用介质的缺陷并非归因于不合适的、小的孔径大小。

尽管本发明并不局限于具体理论，但预计在一种包括两种或两种以上完全或部分不混溶相以及所分散的固体的固相/液相系统中，通常会有一定量的颗粒发生附聚作用。尽管这种附聚作用通常观察不到，或是在即将过滤之前的固相/液相混合物中分析取样时出现，这种现象被认为发生于过滤过程中。当未附聚的颗粒进入过滤介质时，它们彼此的位置越来越接近，并最终形成附聚体，与此同时，出现在滤器上游的液体流中的湍流和剪切力大大降低。结果是在过滤介质自身内发生附聚作用。因此，在过去，会有正常粒度小到0.5μm的颗粒的石油基燃料可以用泡点为60英寸水的过滤介质过滤，因为该介质能“滤出”较大的附聚颗粒，这些颗粒是通过直接截留而被滤除的。

据信与过滤极小的颗粒相关的另一种现象是惯性冲击。当所述固相/液相混合物在单纤维周围流动或通过过滤介质的孔流动时，一定大小或密度范围的颗粒将会偏离弯曲的流动途径并冲击纤维或形成孔的内壁。冲击颗粒通过诸如范德华力的力粘着在纤维上，同时仍受液体流的力的作用。较大的颗粒具有较大的冲击可能性，但同时也受到较大流动动力的作用，这种力有可能超过粘着力而将颗粒从纤维和孔壁上拉下来。据信，固体还可能因为诸如涡流的边界层效应而留在纤维里或孔壁里，由此避免颗粒被通过过滤介质的主流体冲走。

在所述的固相/液相系统中，正常情况下约0.5～2μm的固体能由惯性冲击除去。因为这种现象并不象直接截留直接依赖于用于颗粒截留的孔径的大小，过滤介质的实际孔径可以大于被清除颗粒的尺寸。

附聚作用和惯性冲击作用这两种机理一起被认为决定了具有较大孔径的过滤介质，如泡点为60英寸水的介质能过滤小到约0.5μm粒度的颗粒的能力，例如至少在很多固相/液相系统中是这样。

不过，当以上机制中的一种或两种均不起作用时，能防止极小的颗粒过滤。据信这种现象出现在具有某些添加剂的石油基燃料中，不过，出于不同目的，其可以对颗粒物质具有表面活性剂效应，特别是当燃料中有水时。可用多种方法由添加剂来提高燃料的性能。在一种具体实例中，当燃料被用于由发动机排气进行预热和/或用于冷却燃烧室时，热稳定性添加剂能够减少碳的聚积。

添加剂的表面活性剂作用能够通过在颗粒进入过滤介质时干扰颗粒的附聚能力而抑制颗粒物质的附聚作用。而且，据信所述表面活性剂作用能通过降低作用于颗粒上的范德华力和/或通过降低纤维或膜壁周围的流体流的边界层效应而影响惯性冲击。因此，颗粒不会如上文所述般地留在纤维或孔壁上。

本发明的很多实施方案提供了解决这一问题的方案：将过滤介质的孔径降至能通过直接截留明显滤除粒度约为0.5μm或更小的非附聚颗粒的程度。因此，本发明的上述实施方案包括一个带有一种过滤介质的过滤元件，该过滤介质的泡点至少约为200英寸水，优选至少约为250英寸水，在某些场合(如当通过滤器的压力突变时)泡点至少约为300英寸水更好，当泡点至少约为400英寸水时还要好。这一泡点明显高于迄今为止用于从上述类型的不混溶的混合物中分离颗粒材料的泡点。上述实施方案在采用高泡点介质方面所取得的成功是出人意料的，因为如上文所述，现有技术中并不将低孔隙度视为现有过滤介质失败的一个因素。

本发明还提供了一种用于分离固相/液相/液相混合物的相的净化装置，该混合物包括固体和第一和第二液体，其中，第一液体完全或部分不混溶于第二连续相形成的液体，并与之形成一种不连续相，该净化装置包括一个圆柱形过滤元件，该元件包括一种用于从所述固相/液相/液相混合物中除去固体的过滤介质，该装置还包括一个用于将所述第一液体聚结成滴的圆柱状聚结元件，其中，所述圆柱状过滤元件可折开地与圆柱状聚结器同轴安装，以便于过滤元件的更换。

本发明还提供了一种用于净化含有固体、第一和第二液体的固相/液相/液相混合物，第一液体完全或部分不混溶于第二连续相形成的液体，并与之形成一种不连续相，该方法包括引导所述混合物流通过一个第一过滤元件以便将固体从混合物中滤除，然后通过一个第一聚结元件以便将第一液体聚结成滴，中断流经第一过滤元件和第一聚结元件的流体，从邻近第一聚结元件的位置除去第一过滤元件，可拆除地邻近第一聚结元件安装一个第二过滤元件，并引导混合物流通过第二过滤元件然后通过第一聚结元件。

涉及本发明以上方面的装置和方法十分有效且经济。过滤元件，特别是其泡点大于200英寸水的过滤元件通常比聚结元件的变脏更快一些。通过提供一种可以取出并用一个新的或干净的过滤元件更换的过滤元件，可以高水平维持所述净化装置的效率和效果，并减少浪费。

为了更全面地理解本发明，应结合附图阅读以下详细说明，其中：

图1是一种过滤/聚结装置的剖开的、部分分解的透视图，其中一个过滤元件同轴安装在一个聚结元件中；

图2是图1的过滤元件的一部分的横剖视图；

图3是图2所示褶之一的放大的剖视图；

图4a表示城聚结元件中并叠置于分离元件上的多个过滤元件；和

图4b是图4a所示实施方案的沿线IV-IV的截面图。

如上所述，本发明的实施方案涉及过滤、聚结和分离固相/液相混合物，该混合物包括第一液体、第二液体和分散于至少一种液体中的固体颗粒材料，其中，第一液体完全或部分不混溶于第二连续相形成的液体，并与之形成一种不连续相(或者称为“固相/液相/液相混合物”)。

在叙述本发明时，诸如“聚结器”、“聚结元件”、“聚结装置”之类的术语的单数和复数形式，被用于表示用来将不混溶的液体的混合物的不连续相或多分相聚结成滴的装置或用品。无论采用什么样的术语，采用这种装置的聚结步骤(均以相同方式进行。尽管通常“聚结器”一词本身表示这种装置，而术语“聚结元件”表一个系统的一个元件单元或支架，该系统可包括多个聚结和分离装置，本发明可被设计成在一个聚结分离系统中仅含一个聚结装置或有多个此类装置。另外，这种聚结装置可以是固定的，不能被除去的(对该系统无明显损伤)，或优选具有易除去的、可更换的元件。类似地，诸如“分离器”、“分离元件”、“分离装置”之类的术语也都各自具有相似的含义，与上述聚结器相似。

术语“过滤器”、“过滤元件”和“过滤装置”被用于表示用来从液体中过滤颗粒材料的装置或用品或其元件。

参见附图，尤其是图1，该图所示实施方案采用了一种具有叠放的褶子的过滤元件，该元件的优点披露于国际公开号WO94/11092中，该文献的全文被收作本文的参考。

如图1所示，过滤/聚结装置的一种实施方案总体上用编号1表示。装置1的形状大致为圆柱状，它包括聚结元件5和褶状过滤元件10，过滤元件具有被制成多个纵向褶的过滤介质。在某些场合过滤介质的泡点优选至少约为200英寸水，如当通过过滤器的压力突变时至少约为400英寸水。该过滤介质的清除参数至多约为0.8μm，至多约为0.68μm较好，至多约为0.45μm更好，当通过过滤介质的压力明显变化，如突变或脉动时，至多约为0.2μm还要好。另外，与用于本发明实施方案的其它材料一样，过滤介质不应当与被过滤的任何材料发生化学或物理反应(例如，溶解或明显膨胀)。

过滤介质可以根据待过滤的液体和所需的过滤特征进行选择。过滤介质可以包括一种多孔膜，如膈膜，或纤维片或团，如纺织和无纺板，其中的纤维是粘合的或非粘合的；它可以具有均匀的或阶梯式孔结构；它可以用任何合适材料，如天然或合成聚合物制成。例如，该过滤介质可以是芳族聚酰胺、直链聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜、聚酯，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚对苯二甲酸丁酯(PBT)或聚四氟乙烯(PTFE)。特别推荐披露于英国公开说明书NO.2288825(公开日：1995年11月1日)中的芳族聚酰胺纤维，该文献的全文被收作本文参考。

一个圆柱形芯20可以沿过滤元件10的内壁同轴安装，而一个筒状罩或外壳30沿过滤元件10的外壁安装。如图1所示，理想的是，由过滤元件10的罩30形成聚结器5的芯。筒形罩30外面是由多孔罩34支承着的聚结器填料32。填料32可由很多已知材料中的任一种制成。优选的填料材料为聚酯，如聚对苯二甲酸丁酯或聚对苯二甲酸乙二醇脂。其它材料包括披露于US5,443,724中的材料，该文献的全文被收作本文参考。端盖36有一个配合装置1的一端的入口38。在与入口38相反的一端，由过滤元件10和泵结元件5共用一个封闭端盖(未示出)或各元件拥有独立的封闭端盖。

如图2和3中的优选实施方案所示，过滤元件10的每一个褶11有两个支柱11a，其在过滤元件10的外壁的顶部11b处相互接合在一起，而其在过滤元件10的内壁的根部11c与相邻褶11的支柱11a接合。各支柱11a有一个与同一褶11上的另一支柱11a的内表面11d相对的内表面11d，和一个与相邻褶11的支柱11a的外表面11e相对的外表面11e。

液体由筒形芯20径向向外流动，流经褶11并进入聚结器5。然后，该液体经多孔罩34流出，如有必要，流至分离装置(未示出)。还可以(但不够理想)使流体径向向内流动，由过滤器形成该装置的外壁，而聚结器被装在过滤器芯里。在这种场合，流体经聚结器芯流出。

当采用过滤元件10，以便流体径向向内流经该元件然后进入聚结器时，支柱11a的内表面11d形成过滤元件10的下游表面，而其外表面11e形成过滤元件10的上游表面。或者，如图1所示，当过滤元件10被用于使流体径向向外流经该元件时，由其内表面11d和外表面11e分别构成过滤元件10的上游和下游表面。

各褶11的支柱11a的相对的内表面11d在支柱11a和褶11的大体上整个高度h上，并在过滤元件10的轴向长度的连续部位的延伸部分上密切接触。另外，相邻褶11的支柱11a的相对外表面11e在相邻褶11和支柱11a的整个高度h上，并在过滤元件的轴向长度的连续部位的延伸部分上密切接触。这里褶11和支柱11a的高度h(如图2所示)是沿支柱11a的表面、沿从过滤元件10的内壁至外壁方向测得的。图2和3所示状态被称为叠放状态，此时褶11的支柱11a的表面密切接触，而各褶11的高度h大于过滤器10的内、外壁之间的间距(即图2中的[D-d]/2)。在叠放状态下，褶可以诸如弧形或倾斜或垂直方式沿非径向方向延伸，在相邻的褶之间可能基本上没有真空区，而且，实际上过滤元件10的内、外壁之间的所有空间可能被过滤元件10占据，并能被有效地用于过滤。

由于过滤元件10是由具有有限厚度t的材料制成，过滤元件10在褶11的径向内、外端自身回折以形成褶11，在某种程序上褶11是圆形的。结果，在褶11的径向内端，在相邻支柱11a的相对内表面11d之间形成小三角形间隙11f；而在褶11的径向外端，在相邻支柱11a的相反的外表面11e之间形成小三角形间隙11g。不过，间隙11f和11g的高度最好是沿褶的高度测量的，最好极小。邻接过滤元件10的内径的间隙11f的高度不超过大约t，最好不超过大约1/2t，如图3所示，这里的t是形成过滤元件10的材料的厚度。邻接过滤元件10的外径的间隙11g的高度最好不超过约4t，不超过约2t更好。褶11越尖，即其径向内、外端越不圆，间隙11f和11g的高度越小，过滤元件10的内、外壁之间用于过滤的体积的百分比越大。

褶的邻接支柱11a的相对表面不必在过滤元件10的整个轴向长度上密切接触，但是，沿轴向方向密切接触的部分的长度越大，在过滤元件10的内、外壁之间的空间利用的就越充分。因此，邻接的支柱11a密切接触的连续部分的长度优选至少约为过滤元件10轴向长度的50％，至少约为75％更好，至少约为95～100％最好。

过滤元件10包括过滤介质和位于过滤介质的至少一侧的排水装置，优选位于其上游侧，同时位于其上游和下游两侧更好。该排水装置能防止过滤介质的相对的表面相互接触，并能在褶处于叠放装态时使流体均匀流至或流出过滤介质表面的基本上所有部分。因此，基本上是过滤介质的整个表面均可用于过滤。

在图1所示实施方案中，过滤元件10包括一种三层复合结构：一层过滤介质12，位于过滤介质12的上游表面的上游排水层14形式的上游排水装置，和位于过滤介质12下游表面的下游排水层13形式的下游排水装置。这里，当过滤器面对径向向内的液体流时，上游和下游表面是指其外表面和内表面，而当过滤器面对径向向外的液体流时，是指内表面和外表面。如上所述，在本发明的一种实施方案中优选采用后一种结构，它与一个过滤元件和一个聚结元件构成一个整体。

过滤介质12可以包括一个单层，或由多层相同的介质被叠放至所需的厚度。另外，过滤介质还可以包括两层或更多具有不同过滤特性的层，例如，由一层作为另一层的预过滤器。

过滤介质的上游和/或下游排水层可以是具有小孔中央部分的单一的、一体多孔片的部分，由其作为过滤介质，而由大孔隙的上游和/或下游部分作为排水层。不过，排水层优选为独立于过滤介质的不同层。

上游排水层14和下游排水层13可由具有适当的沿边流动特性(即合适的抗流体沿平行于其表面的方向流经所述层的能力)的任何材料制成。排水层的沿边流阻最好足够低，以便排水层里的压力降小于通过过滤介质的压力降，从而形成流体沿过滤介质表面的均匀分布。排水层可以是网状或筛状或多孔纺织或无纺片材形式。

网和筛(也被称为结网)可以为各种形式。对于高温用途来说，可以采用金属网或筛，而对于低温应用来说，聚合物网特别适用。聚合物网为纺织网和挤压网。任一种类型均可采用，但通常优选挤压网，因为其较为光滑并因此与过滤复合层的邻接层产生较小的摩擦。挤压网可以有第一组平行的线位于第一平面上，并有第二组平行的线位于第二平面上，第二组线以0～90°的倾角与第一组线相交。挤压网可以分为对称型或不对称型。对于对称网来说，第一组或第二组线均不沿所谓网的“机器方向”分布，该方向是网从网的生产机器中出来的方向。对于非对称网来说，两组线中的一组平行于机器方向。在本发明中，可以采用对称型或非对称型网。每一厚度的非对称型网的沿边流阻略小于对称网的，所以，对于一定的沿边流阻，非对称网可薄于对称网，因此，采用非对称网的过滤元件10里的褶数可大于采用对称网的同样大小的过滤元件的褶数。另一方面，对称网的优点是，当生产折叠的过滤元件10时其便于工作。

网也可以其厚度和每英寸的线数为特征。这些尺寸并不限于任何具体值，并可以根据所需的网的沿边流动特性和所需的强度进行选择。通常，所述网的目数至少为每英寸10股。

组成过滤元件10的过滤复合体除了过滤介质12和排水层13和14之外还可以包括其它层。例如，为了防止当安装过滤器的流体系统的压力发生波动时褶子膨胀和收缩时因为与排水层的摩擦接触而摩擦过滤介质，可以在过滤介质与一个或两个排水层之间放置缓冲层。该缓冲层优选由比排水层光滑的材料制成，而且具有大于过滤介质12的抗摩擦性。例如，当排水层是由挤压的尼龙网制成时，合适的缓冲层的一个例子是一种聚酯无纺织物，如由Reemay公司以Reemay 2250为商品名出售的制品。

构成过滤元件10的层可以在轧制波纹之前或同时通过常规的滤器生产技术制成复合体。

尽管以上说明涉及过滤装置的一种特别优选的实施方案，但应当理解，其它过滤器设计也同样适用。例如，尽管不太理想，过滤介质不必是叠放结构。而且，可将其设计成更常见的扇形或径向结构，其中，褶由芯径向向外延伸。在本发明的另一种实施方案中，可将过滤元件安装在位于聚结元件上游的一个独立外壳中。所采用的过滤介质优选具有至少约为200英寸水的泡点，泡点至少约为250英寸水更好，至少约为300英寸水最好，而且，在很多场合，特别是当通过过滤介质的压力不均匀，如当发生压力脉动或突变时，至少约为400英寸水。还可以理解，在具体应用中，只要通过过滤介质的流速和压力降可以接受，泡点也可以高于400英寸水。

在本发明的另一实施方案中，可将过滤器制成一个元件、装置或支架，可将其相对于聚结元件、装置或支架独立地除去和更换。过滤装置，特别是泡点大于200，300或400英寸水的过滤装置，比聚结器堵塞的更快，因此需要更经常地更换。因此，过滤/聚结装置的过滤器最好是相对于聚结器可拆卸地安装。例如，可对图1所示的过滤/聚结装置进行改进，以便分别为聚结元件5和过滤元件10提供独立的端盖，从而使得过滤元件10可相对聚结元件5轴向运动。然后可将堵塞的过滤元件从接近聚结元件5的内部(或外部)的位置轴向取出，并将一个新的或清洁的过滤元件轴向放入聚结元件5的内部(或外部)。随之而来的是，装有过滤和聚结元件的外壳上可以设有用于除去和更换过滤元件10的装置，如一个可除去的端盖或其部分。因此，可以用匹配的螺纹、长口配合或压配合以及适当的O型环或其它密封使所述端盖与外壳的外筒形壁或罩连接。

图4a表示多个过滤/聚结/分离装置。不过，应当理解，可以采用单一的这种装置，而且还可以采用无整体分离元件的过滤器和聚结器。另外，在某些场合，特别是当待分离液体的比重差异足够大时，根本不需要分离器。

在图4a所示实施方案中，过滤/聚结/分离装置110包括一个外壳142。若干过滤/聚结装置117被分别放置在若干分离元件130上面。在各过滤/聚结装置117的每一聚结元件120中装有一个过滤元件125，该元件最好是可除去地接近聚结元件120的内部安装。各过滤元件125可以有图1所示的叠放的褶结构。另外，也可以采用其它设计。过滤元件125、聚结元件120、和分离元件130位于外壳112里。在该实施方案中，在外壳壁上过滤元件的上方设置一个液体入口，用于导入液体。在各筒形过滤元件125的上端设置液体入口118，用于将污染的液体导入其中。各聚结元件有一个填料，由其构成聚结元件的筒形壁122。

在操作中，将包括连续和不连续相的固体和不混溶液体的混合物由不混溶的液体入口114导入外壳112中。例如，该混合物可以包括一种石油基液体，如喷气式发动机燃料作为连续相；水作为不连续相；诸如氧化铁的固体；和可以作为表面活性剂的添加剂。在进入外壳后，该混合物沿图4a中箭头所示方向流动。即，液体经端盖119之一上的入口部分118进入各过滤元件125，由于另一端盖能完全密封该装置，液体流经过滤介质，在这里固体被除去，并进入形成各聚结元件的壁122的多孔填料，在这里不连续相形成滴。在一种特别优选的实施方案中，填料中含有这样一种材料，其临界湿表面能界于形成连续相和不连续相的表面张力之间。

各过滤/聚结元件被保持在相对于另一过滤/聚结元件和/或相对于外壳壁的并列的固定位置上。这可以通过特殊的定位和/或固定装置(未示出)或者至少部分是通过采用位于元件之间的液体阻挡件138a或位于元件和内壁之间的液体阻挡件138b来实现。这些阻挡件可以制成分立部分或制成一个单一装置。这些液体阻挡件主要起着液体密封件的作用并确保液体在重力作用下流入外壳，或额外的压力仅能首先进入各过滤元件的入口部分118而流至外壳的底部，然后通过其壁并进入聚结元件130，最终通过聚结元件壁。

在沿从内至外的方向通过聚结元件120的壁之后，连续相液体沿从外至内的方向经壁部分132流入各分离元件130。由于构成分离元件外壁的复合材料或在其上有涂层，只有连续相能进入分离元件，而留下由聚结元件所形成的许多不连续相的液滴落入位于分离元件和之下的隔板或底部136。该液体随后经不连续相出口或排水口134流出外壳。连续相液体流出各分离元件，经出口128进入出口腔126，从这里经连续相出口124流出外壳。

一旦过滤元件125被堵塞，流经外壳112的混合物流会被中断，而且外壳112的盖可被除去。然后可以用新的或清洁的过滤元件125更换堵塞的过滤元件125。例如，各个堵塞的过滤元件125可从相应聚结元件120的内部轴向取出。另外，过滤元件125也可因其它原因而被更换。例如，可以用具有较大(或较小)泡点，如泡点约为300或400英寸水或更高的过滤介质的过滤元件更换具有泡点约为200英寸的过滤介质的过滤元件125。在任何情况下，在所有旧的过滤元件125被更换以后，可将盖子固定在原位，并重建通过外壳112的混合物流，由这里将混合物导引至过滤元件125、聚结元件120和分离元件130。

各分离元件130包括一个多孔壁132，该壁是由排斥(或不能由其润湿)不连续相液体的材料制成或具有该材料的表面涂层，还可将该材料称作“不连续相阻挡层”。这种材料不应当与有在于不混溶液体混合物中的任何液体或其它物质反应。当被用作分离器壁上的涂层时，该材料应当基本上保持不动。通常，对该材料的临界润湿表面能进行选择，以便构成连续相的液体能通过形成分离元件壁的材料的小孔，而且如图4a所示，当分离器为筒形元件时，允许该液体进入分离器，但排斥或阻止形成不连续相的液体进入。例如，在水是不连续相的系统中，选择其临界表面能或CWST低于水的表面张力的材料作为分离器壁或涂在该壁上。为了用于构成不连续相的具有类似表面张力的水或液体的场合，用作用于构成或涂敷分离元件壁的不连续相阻挡材料的优选材料包括硅氧烷，如由硅氧烷处理过的纸，其中，特别优选碳氟化合物或全氟化碳或全氟树脂。用作分离器的填料或涂层的优选材料的例子包括聚四氟乙烯(PTFE)或其他多氟化聚合物，如氟化乙丙(FEP)树脂。

一种优选实施方案包括上述材料之一在不锈钢网或折叠纸叠圈上的涂层。其它合适材料包括披露于Miller等的美国专利(US4,759,782)中的材料，该专利被特别收作参考。一般，对官能相或不连续相阻挡材料部分一也是分离器的连续相液体通过部分进行选择，使其孔明显小于起初构成不连续相的液体的液滴。通常，选择分离器壁的官能部分的孔径约为5-140μ，优选约为40～100μ。特别地，当不连续相为水时，孔径最好约为80μ。

适于作为分离元件的官能相或不连续相阻挡材料部分的其它介质为在Hurley等的美国专利(US4,716,074)中披露的那类多孔的纤维状碳氟化合物结构，该专利被特别收作本文的参考。这种材料是具有良好结构完整性的多孔的纤维状结构，包括碳氟聚合物纤维和碳氟粘合剂。这种介质尽管适于作为本发明分离器的阻挡介质，但以前主要是被用作过滤件的支承和排水层。

所述介质尽管在组成和制备方面与Hurley等披露的结构具有某些相似性，但作为本发明分离器阻挡介质的介质最好是压延的多孔、纤维状碳氟化合物结构，包括碳氟粘合剂，特别是FEP粘合剂中的PTFE纤维。所采用的纤维是直径可达70μm的漂白并水洗过的PTFE纤维，其直径优选为约54～70μm。最好采用其公称直径约为65μm的PTFE纤维。该材料被制成薄板重量约为15～35g/ft²，优选约为15～25g/ft²。最好是薄板重量约为21.5g/ft²的介质。

图4a和4b表示本发明的一种实施方案，其具有叠置于一组7个液体分离器上的一组7个过滤/聚结装置。不过，尽管这是本发明的最佳实施方案和设计，但本发明并不局限于此，其它实施方案和变化也是可行的。例如，本发明的装置可以水平、垂直或以两者之间的任意角度放置。另外，过滤、聚结和分离元件的具体数目和安装取决于待分离的具体混合物。图4a所示的设计最合理，并优选用于不混溶的液体，其中的不连续相的密度大于连续相的，例如，由水悬浮于石油基燃料中组成的混合物。在这种场合，密度越大的不连续相在通过聚结元件120后越倾向于沿分离元件130的方向运动。

如上所述，本发明的过滤/聚结元件特别适用于过滤和分离石油基燃料。一种极特殊的用途是用于过滤含有各种添加剂的变性能喷气式发动机燃料。由于本发明的装置能成功地过滤小到0.5μm的颗粒材料，可将其用于按照API 1581第2组B类第3系列过滤喷气式发动机燃料。该试验包括过滤加入喷气式发动机燃料流中的红色氧化铁，然后再注入水。

Claims (6)

1.一种用于分离固相/液相/液相混合物的相的净化装置，包括：

至少一个筒形过滤元件，它包括一种用于除去所述固相/液相/液相混合物中的固体材料的过滤介质，该过滤介质的泡点至少约为200英寸水；和

至少一个位于所述过滤元件下游的聚结元件，用于将固相/液相/液相混合物的第一液相聚结成液滴，该第一液体完全或部分不混溶于所述固相/液相/液相混合物的第二连续相形成的液体，并与之形成一种不连续相。

2.一种用于将固相/液相/液相混合物分离成单一相的方法，包括让所述混合物通过包括一种泡点至少约为200英寸水的过滤介质的至少一个过滤元件，以便从该固相/液相/液相混合物中除去固体材料，随后让所得到的液体混合物通过聚结元件，该混合物中的固体材料已被除去，而且，其中的第一液体完全或部分不混溶于第二连续相形成的液体，并与之形成一种不连续相，以便将第一液体聚结成滴。

3.一种用于将固相/液相/液相混合物分离成单一相的方法，所述固相/液相/液相混合物包括水、石油基液体、添加剂和分散于水和石油基液体二者的至少一种中的固体材料，所述水完全或部分不混溶于所述石油基的连续相形成的液体，并与之形成一种不连续相，该方法包括以下步骤：

(a)让该混合物通过包括一种泡点至少约为200英寸水的过滤介质的过滤元件；

(b)将过滤的混合物送至聚结元件，以便将所述水聚结成滴；和

(c)将由聚结的水和石油基液体组成的混合物送至分离元件，以便从石油基液体中分离出聚结水。

4.一种能将固相/液相/液相混合物分离成单一相的净化系统，所述混合物包括第一液体、第二液体和分散于第一、第二液体的至少一者中的固体材料，所述第一液体完全或部分不混溶于第二连续相形成的液体，并与之形成一种不连续相，该系统包括：

(a)一个外壳；

(b)位于所述外壳上的一个液体入口；

(c)位于所述外壳上的第一液体出口；

(d)位于所述外壳上的第二液体出口；

(e)位于所述外壳上的至少一个聚结元件，用于将第一液体聚结成滴；和

(f)位于所述外壳上的至少一个过滤元件，用于从所述第一和第二液体中除去固体，该过滤元件包括一种过滤介质，该过滤介质的泡点至少约为200英寸水，其中，该过滤元件位于聚结元件的流路上游。

5.一种用于分离固相/液相/液相混合物的相的净化装置，该混合物包括固体和第一和第二液体，其中第一液体完全或部分不混溶于第二连续相形成的液体，并与之形成一种不连续相，该净化装置包括一个筒形过滤元件，该元件包括用于从所述固相/液相/液相混合物中除去固体的过滤介质，以及用于将所述第一液体聚结成滴的筒形聚结元件，其中，所述筒形过滤元件可拆卸地同轴安装在筒形聚结器上，以便于过滤元件的更换。

6.一种用于净化固相/液相/液相混合物的方法，该混合物包含固体和第一和第二液体，第一液体完全或部分不混溶于第二连续相形成的液体，形成一种不连续相，该方法包括：

引导混合物流通过第一过滤元件，以便除去混合物里的固体，然后通过第一聚结元件，以便把第一液体聚结成滴；

中断流经第一过滤元件和第一聚结元件的液流；

将第一过滤元件从接近第一聚结元件的位置除去；

将第二过滤元件可拆卸地接近第一聚结元件安装；和

引导所述混合物流通过第二过滤元件，然后通过第一聚结元件。

Images