CN1239442A - 具有逆流清洗功能的过滤器 - Google Patents
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Abstract
一种过滤系统(10)，包括一个用来从生产流体中过滤杂质的过滤媒体(11)，具有一个收集杂质的过滤侧和一个滤液流出的滤液侧；一个位于该滤液侧的逆流发生器(20)，它使一个集中逆流流束(23)从滤液侧指向过滤侧，从而从过滤媒体(11)的过滤侧松开杂质，其中，集中流束(23)往复扫过过滤媒体(11)的相当大的一部分。该过滤系统(10)还可包括一个位于过滤媒体(11)的过滤侧的、从过滤媒体(11)上清除杂质的清洗流发生器(30)或类似装置。
Description
本发明涉及一种过滤器的改进形式，尤其涉及一种过滤器，带有从过滤器的进液侧或过滤侧清除杂质而提高过滤效率的新型装置。
本发明会有很多不同的、各式各样的应用场合。本发明的范围包括：从液体中过滤固体，从空气中过滤所携带的固体，从生产液体中过滤非混溶液体。
从流体中过滤杂质存在于很多应用场合，包括：工业、农业、制药、食品、纺织、污水处理、副产品的回收以及液体的循环利用。例如在冲洗或清洁过程中，固体存在于用过的液体中，如果这些固体可以被清除，液体可以在此过程中重复使用，直至需要最终排放为止。
有很多众所周知的传统过滤技术，其中很多被称为“终结”过滤。在这些传统的“终结”过滤(dead-end filtration)中，随着流体流经过滤媒体，比过滤媒体的孔隙或孔径尺寸大的悬浮杂质随着生产流体流经过滤媒体，被收集在过滤媒体的进液侧。随着过滤媒体进液侧杂质量的积累，过滤器的流通阻力增大，流经过滤媒体的流体流量减少，并且过滤媒体两侧的压差增大。这一过程持续发生，直至达到过滤媒体进液侧积累的杂质必须被清除才能使过滤过程继续进行的状态。传统过滤系统中的“终结”点正是需要某种清洗结构的原因所在。典型的清洗过程包括：逆流回洗，此时流体流经过滤媒体的方向是反向的；以及机械刮除，此处用刮板在过滤媒体表面来回移动除去杂质，由此使过滤媒体遭到破坏。这些清洁过程中断了过滤过程，因此造成更一进步的效率低下。此外，在某些应用场合中，利用上述的清洗过程，难以做到经常性地清洗过滤媒体而使之足以避免在过滤媒体表面积聚杂质，并且由此导致过滤效率低。
同时也存在多种自清洗型过滤器，它们的局限包括：要过滤的流体类型，它们的使用年限，可达到的流速，以及到必需的停机维修时过滤过程的运行时间。
本发明的目的是克服上述的问题，并且制造一种过滤系统，其可以在过滤过程中更稳定、更持久地从过滤媒体上清除积聚的杂质。
取其最广泛的形式，本发明做为一种过滤系统，包括：
一个过滤媒体，用以从生产流体中过滤杂质，带有一个收集所述杂质的过滤侧和一个滤液流出的滤液侧；
一个逆流发生器，位于所述的滤液侧，使集中逆流流束从所述过滤媒体的所述滤液侧指向流到所述过滤侧，由此从所述过滤媒体的所述过滤侧清除杂质，其中所述的集中流束在所述过滤媒体的相当大部分上来回移动。
清除聚集在过滤侧的杂质有很多优点。可以打碎任何发生在过滤侧的结块，并且杂质散开到生产流体中，由此当流体再次流过滤媒体时，可以大大地降低在过滤媒体附近的杂质集中程度。这可以起到保持过滤媒体两侧的压差最小的作用。过滤媒体的不间断维护的构造带的优点包括：消除对过滤媒体的机械损伤、降低对过滤面积的要求、限制通过过滤媒体的积累压力、以及，很重要地，降低过滤媒体自身的阻力。降低过滤媒体上的阻力使得在过滤媒体的选择上有更多的灵活性，并且减少了对过滤媒体的结构支承的需要。一整块过滤媒体可能仅需支承其边缘，其中过滤器是一整块的，在某种意义上是指它的孔隙度是一致的并且是均匀的。
可以使用合适的过滤媒体。过滤媒体可以是坚硬的或是柔软的，并且可以由一些纺织或非纺织的多孔材料制成，例如纤维织物或纤维板，钢制或聚合的疏松网式材料。也可以使用孔径相对较大的过滤媒体，例如滤网或格筛。
最好，除集中逆流流束的通过区域之外，整个过滤媒体可用来过滤杂质。这带来了较高的效率以及更紧凑的过滤系统。
优选过滤系统还包括一个位于过滤侧的清洗流发生器，它以一速度分量为集中清洗流束变向，使其方向扫过过滤媒体的区域与集中逆流流束流经过滤媒体的区域相邻。其中，优选集中清洗流束与集中逆流流束保持同步。
逆流发生器(带或不带清洗流发生器)的运行可以是间歇性的，也可以是持续性的。
在第一优选方案中，过滤系统有一过滤媒体，大致为平板状并且相对于水平面是倾斜的。在这一方案中，生产流体流到倾斜的过滤媒体上表面顶端，并且逆流发生器包括至少一个流体出口，其位向设置成使逆流流体横贯过滤媒体的宽度流向过滤媒体，并且可在与过滤媒体的滤液侧基本平行的方向上移动，从而持续地扫过过滤媒体相当大的区域。在过滤媒体的下面可以装一个滤液收集盘。优选配备上面已描述过的清洗流发生器。
第一优选方案尤其适用于有很高杂量含量的生产液体的初级持续过滤。
在第二优选方案中，过滤媒体在形状上大致为圆筒形，并且逆流发生器还包括一个带有多个流体出口的歧管，该歧管绕一个在大致为圆筒形的过滤媒体内的轴旋转，由此来提供一种横向扫过过滤媒体的装置。优选配备上面已描述过的清洗流发生器。
在本发明可应用于第二优选方案的另一方面，过滤媒体被分为单元网格，当过滤媒体两侧具有足够的压差时，其中心弯向滤液的流动方向，当遇到集中逆流流束时，转换为逆流流体的方向，由此促使了杂质从过滤媒体上的清除。
上面描述的第二优选方案，当过滤系统被置于用于二次过滤的沉淀罐中时，工作的尤其出色。
在第三优选方案中，根据第二优选方案的过滤系统被封装在一个大致为圆筒形的容器内，其带有的一个流体入口的方位设置成使生产流体的速度具有一个与大致圆筒形容器相切的分量。
优选生产流体入口布置在密封圆筒形容器的上端，并且优选在密封圆筒形容器的下端带有杂质排放口。在这一方案中，杂质受到离心力作用，促进了杂质平稳地从过滤媒体上移开。
如前面所描述的三个优选方案中的任一个，逆流发生器优选包括一个或一系列使高速逆流流束指向过滤媒体的集束喷口。
根据本发明的过滤系统，无论其是否带有过程控制系统，都可以运行。
术语杂质的使用贯穿于本说明书和权利要求书来表示需要从生产流体中过滤出来的生产流体的组分。在一些应用中，杂质可能是在过滤后可使用的有价值副产品。
为了全面地理解本发明，下面将描述其优选实施例，但是应该认识到本发明并不局限于这些实施例的确切特征。
在附图中，实施例将利用图表进行说明。
图1是根据本发明的过滤系统的第一实施例的透视图，其中过滤媒体为平板状；
图2是图1中过滤系统的剖面图；
图3a是图1中过滤系统的第一部分的放大剖面图；
图3b是图1中过滤系统的第二部分的放大剖面图；
图4是根据本发明第二实施例的过滤系统的透视图，其中过滤媒体为圆柱状；
图5是图4中过滤系统的剖面图；
图6a，b和c示出本发明第二实施例的变形，其中过滤媒体分为单元网格，其中心弯向滤液流动的方向；以及
图7是根据本发明第三实施例的过滤系统的透视图。
在图1、2、3a和3b中所示的本发明的第一实施例中，过滤系统10包括：平板状过滤媒体11，布置在溢流堰13的下面，生产流体从生产流体储罐12中漫过溢流堰13流；滤液收集盘14；逆流发生器20；以及杂质收集盘15。生产流体通过生产流体入口16流入生产流体储罐12。
逆流发生器20包括：呈管状的导管22，它有许多流体出口21，使逆流流体的持续流束沿过滤媒体宽度定向指向流质11的滤液侧。滤液通过滤液流体出口17流出过滤系统。
尽管可使用各种各样的流体出口21，包括不同设计形式的喷嘴，可以发现聚束喷射尤其有效。图1、2、3a及3b示出，呈聚束喷射状的流体出口21并排布置成，使得合成逆流流束23重叠成线性延伸而横跨过滤媒体11的宽度的逆流流束。
逆流发生器20根据生产流体的流量和需要过滤的流体杂质含量以一定的线速度在过滤媒体11的长度方向扫过。在这种情况下，选取从过滤媒体上清除杂质的最佳状态来确保固体不会在过滤媒体11上形成聚集。优选逆流发生器20向上的线速度不同于其向下的线速度，并且向下的线速度设定为使固体能最大限度地翻过滤媒体11而流入杂质收集盘15。
导管22与泵相连(未示出)，泵为逆流流体出口21提供足够的压力和流体流量，以产生充足的逆流流束，以便能够从过滤媒体11上有效地清除杂质。逆流流体出口21位置和方向布置为提供持续的局部流体流束，使流束沿过滤媒体11的宽度，并沿通过过滤媒体的滤液流动相反的方向(逆流)垂直于过滤媒体11的表面穿透过滤媒体11。集中逆流流束23从过滤媒体11的过滤侧持续清除杂质。逆流流体可以形成液体或滤液，但是在任一种情况下，优选与总的滤液流速相比具有较低的流量。被逆流流束23清除出来的杂质通过重力和流体流动的综合作用从过滤媒体11上清除掉。
如图2和3所示可以配备喷射挡板24(为了清晰，图1忽略未画)，逆流流束23和被折射回过滤媒体11的流束共同参加杂质18的清洗。
优选的清洗流发生器20位于过滤媒体11的过滤侧，并且使持续的集中清洗流流束33在过滤媒体11表面的一定区域内横跨滤媒体11的宽度，该区域与逆流流束23穿透的区域相邻(如图3所示的区域34)。这个操作协助从过滤媒体11的表面清洗杂质18。清洗流发生器30包括多个安装在清洗流导管32上的清洗流流体出口31。清洗流发生器30优选布置为，至少在逆流流束的往复运动中的一部分内与逆流发生器同步移动。
在运行中，逆流发生器优选其穿越过滤媒体的上下冲程都持续运行，而清洗流发生器30优选为仅在向下的冲程中运行，以协助从过滤媒体11的表面清洗杂质使之流入杂质收集盘15内。在工业如食品加工业中，杂质可以由收集盘15或产生附加价值的装置来回收。
图3a示出图1中过滤系统的第一部分，其中逆流流束进入到生产流体流动中。图3b是进一步沿过滤媒体11向下斜移后的相似视图，其中逆流流束在生产干流之外。
过滤媒体11的倾斜角度为优化运行是可以变化的。通常小斜坡被认为适用于微小的杂质，而较陡的斜坡被认为更适用于大杂质。最佳的倾斜角度依据于：生产流体的流量和流体参数；以及杂质的尺寸和密度。由于可以达到杂质的迅速分离，本发明的第一实施例被认为尤其适用于含有大量杂质浓度的生产流体的初级过滤，这是因为可立即分离杂质，在某些应用场合可以避免使用沉淀槽。
图1、2或3所示的过滤媒体11是不锈钢编丝网；然而也可以使用任何其他适用的过滤媒体，包括纺织或无纺的多孔型材料，例如纤维织物或纤维板，也可使用聚合材料。
柔软的过滤媒体与高速逆流流束23相结合的应用，被认为是提供了一个良好的杂质清洗作用，这是由于过滤媒体的局部区域被集中逆流束23向外顶起。
图4和5示出本发明的第二实施例，其中过滤媒体11为圆筒形。在这一实施例中，为了简化说明如图4所示，逆流流体出口21安装在逆流导管22上，并且绕一个轴布置成可旋转，该轴与过滤媒体11的轴大致同轴。电机25使逆流导管22在所述的过滤媒体11内旋转，产生逆流束23持续地扫过过滤媒体11，由此从过滤媒体11的过滤侧连续不断地清除杂质。滤液通过滤液流体出口17从圆筒形过滤媒体11内排走。导管22与泵(未画出)相连，由泵向流体出口21提供足够的压力来形成逆流束，使之足以有效地从过滤媒体11上清除杂质。在此状况下，杂质无法显著地积聚在过滤媒体11上。第二实施例的过滤系统优选安装在盛有生产流体的罐12中。清洗流发生器也可以使用。
图6a，b&c示出本发明的第二实施例的变形，其中过滤媒体被分为单元网格，由压条26固定。各个过滤媒体单元的中心随着杂质的积聚会弯向滤液的流动方向。当聚集的杂质在过滤媒体两侧形成足够的压差时，逆流发生器的流体出口21转回并扫过过滤媒体的过滤侧，集中逆流流束导致过滤媒体的曲线(或弯曲)方向逆向，由此协助了从过滤媒体11上清除杂质。
本发明的第二实施例最好用于在沉淀罐中进行二次过滤，其杂质的浓度相对低。
图7示出本发明的第三实施例，其中图4或5的过滤系统置于圆筒形容器40内，该容器带有生产流体入口13，滤液出口17和定期排出杂质的杂质出口41。过滤媒体11和圆筒形容器40的纵轴基本上是直立的，以便在重力的作用下最大限度的沉淀杂质。生产流体入口13的方位取向为，使生产流体以切线方向流入圆柱体40并且环绕过滤媒体11呈环形流动。由于旋转流体产生的离心作用，可以分离出进入系统的比悬浮生产流体密度大的颗粒或液滴。以此形式，较重的液滴或颗粒将被径向地向外排出。这起到减轻杂质附着到过滤媒体11上的作用，并且由此可以排除对独立的清洗流发生器的需要求。在应用独立的清洗液发生器(图7中未示出)的场合中，即使生产流体有相当高的杂质负荷，在切向进液引起的前面提到的绕过滤媒体11的环流和清洗流发生器的共同作用下，形成一高效装置来避免杂质大量的积聚。
如上所述，本发明的多个过滤系统可以串联使用，以便从生产流体中有选择地分离不同的杂质。
在某些应用场合中，采用多个逆流发生器是最适宜的。同样，在某些应用场合中，采用多个清洗流发生器是最适宜的。
为了促进更好地理解本发明，已经根据优选实施例描述了本发明，可以认识到在不脱离本发明原理的情况下可以做不同的变形。因此，本发明可以被理解为包括所有的其范围之内的变形。
Claims (24)
1.一种过滤系统，包括：
一个用来从生产流体中过滤杂质的过滤媒体，具有一个收集杂质的过滤侧和一个滤液流出的滤液侧；
一个位于该滤液侧的逆流发生器，它使一个集中逆流流束从滤液侧指向过滤侧，从而从过滤媒体的过滤侧松开杂质，其中，集中流束往复扫过过滤媒体的相当大的一部分。
2.根据权利要求1的过滤系统，其中，除所述集中逆流流束穿过的区域之外，整个过滤媒体连续用于过滤杂质。
3.根据权利要求1或2的过滤系统，其中，所述逆流流体是所述滤液的一部分。
4.根据前述任一权利要求的过滤系统，还包括一个位于所述过滤侧的清洗流发生器，它把一个集中清洗流束导引成具有一个平行于所述过滤媒体的速度分量，并使其指向所述逆流流束穿过所述过滤媒体的区域附近，所述集中清洗流束与所述集中逆流流束同步移动。
5.根据权利要求4的过滤系统，其中，所述清洗流是生产流体的一部分。
6.根据权利要求1、2或3的过滤系统，其中：
所述过滤媒体基本上是平的，并与水平面倾斜；
所述生产流体从所述过滤媒体的顶侧上端流向其下端；
所述逆流发生器包括至少一个流体出口，其位向设置成使逆流流体指向所述过滤媒体，且基本上平行于所述过滤媒体的所述滤液侧移动，从而连续扫过所述过滤媒体的相当大的一部分，及
在所述过滤媒体下面设有一个滤液收集盘。
7.根据权利要求6的过滤系统，其中，所述逆流发生器产生一个横跨所述倾斜过滤媒体并上下扫过该倾斜过滤媒体的长条状逆流流束。
8.根据权利要求6或7的过滤示流，其中，包括一个位于所述过滤侧的清洗流发生器，它把一个集中清洗流束导引成具有一个平行于所述过滤媒体的速度分量，并使其指向所述逆流流束穿过所述过滤媒体的区域附近。
9.根据权利要求8的过滤系统，其中，在向下横向扫过所述倾斜过滤媒体的过程中，所述集中清洗流流束与所述集中逆流流束同步移动。
10.根据权利要求6、7、8或9的过滤系统，其中，所述生产流体流过一个设置在所述倾斜过滤媒体顶侧上端的溢流堰，从而使生产流体均匀流到所述过滤媒体上。
11.根据权利要求1、2或3的过滤系统，其中，所述过滤媒体基本上呈圆筒状，并且所述逆流发生器包括至少一个扫过所述过滤媒体表面的流体出口。
12.根据权利要求11的过滤系统，其中，所述逆流发生器还包括一个具有多个流体出口的歧管，所述歧管可绕一个位于所述大致筒状过滤媒体中的轴旋转而扫过所述的过滤媒体。
13.根据权利要求11或12的过滤系统，其中所述过滤媒体被分成单元网格，当所述过滤媒体两侧有足够的压差时，其中心弯向所述滤液的流动方向，当遇到所述集中逆流时，转换为弯向所述逆流流体的方向，由此促使从所述过滤媒体上清除所述杂质。
14.根据权利要求11、12或13的过滤系统，还包括一个位于所述过滤侧的清洗流发生器，它把一个集中清洗流束导引成具有一个平行于所述过滤媒体的速度分量，并使其指向所述逆流流束穿过所述过滤媒体的区域附近，所述集中清洗流束与所述集中逆流流束同步移动。
15.根据权利要求14的过滤系统，其中，所述清洗流沿切向指向所述过滤媒体。
16.根据权利要求11、12、13、14或15的过滤系统，其中，所述大致筒状过滤媒体位于一个沉淀罐内，且其纵轴基本上是直立的。
17.根据权利要求11、12或13的过滤系统，进一步包括一个封闭着所述过滤媒体并与其同轴的筒状容器，所述容器具有一个生产流体入口，后者的位向设置成使流入生产流体的速度具有一个与所述过滤媒体相切的分量。
18.根据权利要求16的过滤系统，还包括一个位于所述过滤侧的清洗流发生器，它把一个集中清洗流束导引成具有一个平行于所述过滤媒体的速度分量，并使其指向所述逆流流束穿过所述过滤媒体的区域附近，所述集中清洗流束与所述集中逆流流束同步移动。
19.根据权利要求17或18的过滤系统，其中所述过滤媒体的纵轴大致是直立的，并且所述入口位于所述封闭圆筒形容器的上端，且还包括一个位于所述封闭的圆筒形容器下端的杂质排放口。
20.根据权利要求19的过滤系统，其中所述封闭圆筒形容器的所述下端是一个锥台部分，适于积聚所述过滤媒体并且由此排放出去。
21.一种根据附图1-3所示及所述的过滤系统。
22.一种根据附图4-5所示及所述的过滤系统。
23.一种根据附图4-6所示及所述的过滤系统。
24.一种根据附图7所示及所述的过滤系统。
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