CN1291771C - 过滤方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过滤方法，其中待过滤物质与设置于吸湿干燥器中的过滤介质的过滤表面发生接触，在该过滤介质的过滤表面上形成有滤饼，在将滤饼从过滤介质的过滤表面上去除之前，滤饼经过一次至少包括一个步骤的干燥过程。根据本发明，在滤饼干燥过程中，执行至少一个干燥步骤(12，22，32，42)和至少另一个干燥步骤(13，23，33，44)，其中，在至少一个干燥步骤(12，22，32，42)中，过滤介质的相对侧之间的压差较低，使得过滤介质的孔充满液体，从而防止气体流过该过滤介质，在至少另一个干燥步骤(13，23，33，44)中，过滤介质的相对侧之间的压差较高，使得液体从过滤介质的孔中被推出，从而允许气体流过该过滤介质。

Description

过滤方法

发明领域

本发明涉及一种过滤方法，其中，在多个过滤步骤中对环境大气与包含在待过滤材料中的液体之间的压力差进行调整。

背景技术

美国专利No.4357758具体描述了一种毛细管过滤方法(acapillary filtering method)，其中，当形成滤饼时，待过滤物质与一个含有饱和液体的多微孔过滤介质发生接触。因此，基本上过滤介质中的所有细孔均充填有液体。通过利用环境大气与包含在过滤介质中的液体之间的压力差，在沉积槽中滤饼被成形在过滤介质的表面上。当成形滤饼时，基于所述压力差将液体从滤饼中去除。当所有游离液体被从滤饼细孔中去除时，气体不会穿透过滤介质，如同在常规的真空过滤工艺中那样。其原因在于，毛细管作用力在过滤介质中占据优势。

多微孔过滤介质如同大量的形成一网络的细微毛细管那样进行工作。当压力差ΔP作用于一个半径为r的湿润亲水性细孔上时，试图迫使液体流出细孔之外的作用力的值为ΔPπr²。试图将液体保持在细孔中的作用力是一个值为2πrycosα的矢量力，其中γ是表面张力，而α是润湿角。通过使得前述力相等，可以求出压力差ΔP的值：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{2\mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}}{r}$

ΔP描述了如果必须超越在多孔材料中占据优势的毛细管作用力，必须使用的压力差。当超过该压力差时，气体将能够穿过细孔进行流过。如果细孔的尺寸比如为2微米，并且带有优质的湿润材料，那么当使用纯净水时，压力差为1.4巴。利用低于该极限压力差的压力差值，气体将无法穿过细孔进行流动。但是，如果水被弄到多孔材料的表面上，那么利用任何压力差，水均会穿过由细孔形成的毛细管进行流动。这种毛细管式过滤操作的优点在于，避免了在过滤过程中使用泵送能量，来穿过过滤介质吸入气体。因此，当与常规的真空过滤工艺相比较时，可以节省大约90％的泵送能量。但是，由于气体无法自由地穿过过滤介质进行流动，必然导致气体根本无法用于改善滤饼的成形过程。滤饼将在滤饼表面上变得过于致密，从而使得残留的水分难以被从滤饼中去除。

发明内容

本发明的目的在于消除现有技术中的某些缺陷，并且获得一种先进的过滤方法，其中，过滤过程中的多个步骤部分地应用了毛细管过滤，部分地应用了常规的真空过滤。

在根据本发明的过滤方法中，为了形成滤饼，待过滤物质与过滤介质发生接触，并且通过应用毛细管过滤和真空过滤来完成过滤操作，从而需要在各个过滤步骤之间从毛细管过滤操作转换至真空过滤操作，或者恰好相反。在毛细管过滤操作步骤中，环境大气与包含在过滤介质中的液体之间的压力差ΔP保持小于由过滤介质表面张力γ、润湿角α以及过滤介质细孔半径r限定的值，该值是：

$\left(1\right)---\mathrm{\ΔP}=\frac{2\mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}}{r}$

从而防止了气体穿过过滤介质进行流动。另一方面，在真空过滤操作中，压力P保持大于由公式(1)定义的压力差值ΔP，从而使得气体可以穿过过滤介质进行流动。借助于气体流动，存在于滤饼中的颗粒和细孔被以机械方式重新排布，从而使得更多的液体被从滤饼中去除。

当在过滤过程中如此应用毛细管过滤操作时，下述步骤可以具有特色：滤饼的成形操作，滤饼的干燥处理，可能存在的滤饼的清洗处理，滤饼的去除操作，以及过滤介质的再清洗处理。根据本发明，在毛细管过滤操作中的多个步骤中，比如滤饼的干燥处理，最好可以通过应用真空过滤操作来完成。在这种情况下，根据本发明的过滤方法包括至少一个应用了毛细管过滤操作的步骤，在该步骤中防止气体穿过过滤介质进行流动，和至少一个应用了真空过滤操作的步骤，在该步骤中气体可以穿过过滤介质进行流动。

气体穿过滤饼和过滤介质进行流动最好借助于过滤器分配元件即阀来产生，其中，气体穿过滤饼和过滤介质进行流动是根据本发明的过滤方法中真空过滤操作步骤所必需的。分配元件被分成若干个区域，并且各个区域上的压力借助于控制元件来加以控制。也可以通过在一个或者若干个区域中进行压力收缩(pressure constriction)来实现压力控制。

在根据本发明的过滤方法中，根据公式(1)，气体穿过湿润过滤介质的渗透性也可以通过调整过滤介质的表面张力γ来进行控制。如果气体的渗透性是容许的，那么这一点可以通过将始沸点压力定义为低于纯净液体由此降低过滤介质的表面张力γ来实现。最好，比如可以使得表面张力发生变化，以便通过将表面活性化学制品添加到滤饼的清洗水中对滤饼进行清洗处理。

如果必须利用预定的压力差完成过滤操作，那么最好通过选取具有不同润湿角α的过滤介质来对气体的流动加以控制。例如，当使用铝基材料时，润湿角α为10度，并且cosα相应地为0.985。如果所采用的过滤介质为聚酰胺，那么润湿角α为60度，并且cosα相应地为0.500，在这种情况下，根据本发明中公式(1)得到的压力差ΔP下降至铝基材料的值的一半。

根据本发明的过滤方法可以在一个至少部分封闭的空间内完成，在该空间内，当必要时，比如借助于氮气或者氩气形成一种惰性气氛。在在基本上封闭的空间内，当必要时，还可以形成还原或者氧化环境。通过合适地关注工艺操作条件，当必须在滤饼与环境气体之间的封闭空间中实现一种特定的化学反应时，也可以使用所述至少局部封闭的空间，其中，所述环境气体在所述封闭空间内环绕在滤饼的周围。

附图说明

参照附图，下面将更为详细地对根据本发明的过滤方法的使用进行描述，其中：

附图1以一个局部侧视横剖面示出了本发明的一个优选实施例，

附图2以一个局部侧视横剖面示出了本发明的另一个优选实施例，

附图3以一个局部侧视横剖面示出了本发明的第三优选实施例，

附图4以一个局部侧视横剖面示出了本发明的又一个优选实施例。

具体实施方式

在附图1中，根据本发明的过滤方法应用在一个吸湿干燥器上，其中，在环绕轴线1进行旋转的壳体2内，沿径向安装有一个过滤表面，该过滤表面由过滤介质的一个或者几个过滤元件3组成。吸湿干燥器的壳体2被设置成当环绕其轴线1旋转该壳体2时吸湿干燥器中的过滤表面与沉积槽4中的浆料5发生接触，其中，浆料5将通过过滤而得以干燥。在这种情况下，尽管环绕轴线1进行旋转，但是过滤表面仍然在某些时候位于浆料表面5之下。

在附图1中，为了图解说明多个过滤步骤，吸湿干燥器中的过滤表面被分成多个区域，其中，所述过滤表面由过滤介质上的过滤元件2形成。这些区域用于示意性地图示出在一个旋转循环中相对于浆料5环绕过滤表面轴线1形成的多个位置，并且这些区域在不同的过滤步骤之间不会形成确切的界限。

在附图1中，在根据本发明的方法中的步骤11中，通过应用毛细管过滤操作在吸湿干燥器过滤表面上形成一个滤饼。对滤饼的干燥处理12也由毛细管过滤操作开始(P＜ΔP)，以便在该干燥步骤中，大部分游离的毛细管液体被从滤饼中去除。此后，作为真空过滤步骤13继续对滤饼进行干燥处理，此时，根据公式(1)得到的压力差ΔP占据优势(P＞ΔP)，并且允许气流穿过滤饼以及过滤介质的过滤表面。气体的流动会以机械方式重新排布滤饼中的颗粒和细孔，从而使得更多的液体被从滤饼中去除。此外，气体的流动也会携带走一部分即将从滤饼中去除的液体。所述干燥步骤13将持续至去除步骤14，在这里，借助于刮板以机械方式将滤饼从过滤表面上去除。在附图1中，还标示出了再清洗步骤15。

在附图2中，使用了一个与附图1中类似的吸湿干燥器，由此，对于吸湿干燥器来说，在附图2中使用的附图标记与附图1中相同。在附图2中，为了更好地图解说明各个过滤步骤，以与附图1中类似的方式将由过滤介质上的过滤元件3形成的过滤表面分成多个区域。这些区域用于示意性地图示出在一个旋转过程中当所述表面环绕轴线1进行旋转时过滤表面相对于待干燥的浆料5的位置，并且这些区域在不同的处理步骤之间不会形成确切的界限。

根据附图2，滤饼在步骤21中形成，并且在滤饼形成操作之后，是一个被看作毛细管过滤操作的干燥步骤22(P＜ΔP)和一个被看作真空过滤操作的干燥步骤23(P＞ΔP)。同样，干燥步骤22和23均对应于根据附图1的干燥步骤12和13。但是，应用了真空过滤操作的干燥步骤23在滤饼的去除步骤25开始之前已经结束，从而使得在去除步骤25之前的干燥步骤24被看作毛细管过滤操作，其中，所述去除步骤25借助于气流冲击来完成。为了借助于气流冲击执行去除步骤25，需要在滤饼与过滤介质之间基本上均匀并且受控地形成一个液膜，只有在去除步骤25之前的干燥步骤24被看作毛细管过滤操作时这才是可能实现的。其原因在于，如果在前一干燥步骤24中允许气体进入过滤介质，那么液体将没有足够的时间来在过滤介质表面上形成基本上均匀的分布。在这种情况下，滤饼会粘附在那些液体没有时间产生影响的部位处，而在其它部分则由于过度的液体流动而使得滤饼发生溶解。

在根据附图3的实施例中，也使用了一个根据附图1的吸湿干燥器，区别之处主要在于，对于位于沉积槽4上方的整个部分来说，吸湿干燥器被一个防护外壳6覆盖起来，在该防护外壳6的内部，比如借助于氮气或者氩气形成一种非氧化气氛。以与附图1和2中相同的方式，为了示意性地图解说明过滤工艺中的各个步骤，由过滤介质的过滤元件3组成的过滤表面被分成多个区域。

在根据附图3的实施例中，待过滤物质是一种必须首先被部分氧化的有机物质，以便在将滤饼从吸湿干燥器中去除之前，增加与空气或者富氧大气的接触。这种待过滤的有机物质首先在步骤31中被制成一个滤饼，此后是如同毛细管过滤操作那样的干燥步骤32。所形成的滤饼并非必须经历一种氧化气氛，因此在干燥步骤32中，滤饼被从浆料5运送至在防护外壳6内部形成的惰性氮气氛中。在干燥步骤32之后是一个干燥步骤33，在防护外壳6内进行真空过滤操作，从而使得惰性氮气可以自由地穿过滤饼进行流动，并且由此替代先前包含在其中的氧气。在应用了真空过滤操作的干燥步骤33之后，滤饼在去除步骤34中被以机械方式去除。

在根据附图4的实施例中，也使用了一个根据附图1或2的吸湿干燥器。另外在该附图4中，为了示意性地图解说明过滤工艺中的各个步骤，由过滤介质上的过滤元件3形成的过滤表面也被分成多个区域。根据附图4，当过滤表面基本上完全位于浆料表面5之下时，在步骤41中利用待过滤物质形成滤饼。在滤饼的成形步骤41之后，通过应用毛细管过滤操作进行滤饼干燥步骤42。干燥步骤42之后是滤饼清洗步骤43，此时，在压力小于公式(1)中的压力差的同时，穿过滤饼导入清洗液体，因此位于毛细管范围之内(P＜ΔP)。在清洗步骤43之后，通过应用真空过滤操作完成干燥步骤44，以便使得压力增大至根据公式(1)得到的压力差之上。最后，利用机械刮板45将滤饼从过滤表面上去除，并且在再清洗步骤46中通过将清洗液体穿过过滤介质输送至过滤表面上来对过滤表面进行清洁。在再清洗步骤46之后，开始一个新的滤饼形成步骤41。

Claims (9)

1.一种过滤方法，其中，待过滤物质与设置于吸湿干燥器中的过滤介质的过滤表面发生接触，在该过滤介质的过滤表面上形成有滤饼，在将该滤饼从所述过滤介质的过滤表面上去除之前，其经过一次具有至少一个处理步骤的干燥过程，其特征在于：在所述滤饼的干燥过程中，执行至少一个干燥步骤(12，22，32，42)和至少另一个干燥步骤(13，23，33，44)，其中，在至少一个干燥步骤(12，22，32，42)中，过滤介质的相对侧之间的压差低于值ΔP，使得过滤介质的孔充满液体，从而防止气体流过该过滤介质，在至少另一个干燥步骤(13，23，33，44)中，过滤介质的相对侧之间的压差高于值ΔP，使得液体从过滤介质的孔中被推出，从而允许气体流过该过滤介质，其中， $\mathrm{\ΔP}=\frac{2\mathrm{\γ}\cos \mathrm{\α}}{r},$ γ为过滤介质表面张力，α为润湿角，r为过滤介质细孔半径。

2.根据权利要求1所述的过滤方法，其特征在于：在多个过滤步骤中对环境大气与包含在待过滤物质中的液体之间的压力差进行调整。

3.根据权利要求1或2所述的过滤方法，其特征在于：对滤饼进行干燥处理以利用干燥步骤(12，22，32，42)开始，在该干燥步骤(12，22，32，42)中，过滤介质的相对侧之间的压差低于所述值ΔP，使得过滤介质的孔充满液体，从而防止气体流过该过滤介质。

4.根据权利要求1或2所述的过滤方法，其特征在于：在两个干燥步骤(12，22，32，42)之间执行所述滤饼的另一个干燥步骤(13，23，33，44)，其中，在所述两个干燥步骤(12，22，32，42)过程中，过滤介质的相对侧之间的压差低于所述值ΔP，使得过滤介质的孔充满液体，从而防止气体流过该过滤介质，在所述滤饼的另一个干燥步骤(13，23，33，43)中，过滤介质的相对侧之间的压差高于所述值ΔP，使得液体从过滤介质的孔中被推出，从而允许气体流过该过滤介质。

5.根据权利要求1或2所述的过滤方法，其特征在于：在滤饼干燥步骤(12，22，32，42)和滤饼的另一个干燥步骤(13，23，33，44)之间，执行滤饼清洗步骤(43)，其中，在所述滤饼干燥步骤(12，22，32，42)中，过滤介质的相对侧之间的压差低于所述值ΔP，使得过滤介质的孔充满液体，从而防止气体流过该过滤介质，在所述滤饼的另一个干燥步骤(13，23，33，44)中，过滤介质的相对侧之间的压差高于所述值ΔP，使得液体从过滤介质的孔中被推出，从而允许气体流过该过滤介质。

6.根据权利要求中1或2所述的过滤方法，其特征在于：所述滤饼干燥步骤(12，22，32，42)和另一个干燥步骤(13，23，33，44)在封闭的环境(6)中完成。

7.根据权利要求6所述的过滤方法，其特征在于：所述滤饼干燥步骤(12，22，32，42)和另一个干燥步骤(13，23，33，44)在惰性气氛中完成。

8.根据权利要求6所述的过滤方法，其特征在于：所述滤饼干燥步骤(12，22，32，42)和另一个干燥步骤(13，23，33，44)在还原气氛中完成。

9.根据权利要求6所述的过滤方法，其特征在于：所述滤饼干燥步骤(12，22，32，42)和另一个干燥步骤(13，23，33，44)在氧化气氛中完成。

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