CN1662294A - 用于横流过滤的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于横流过滤的装置，该装置具有许多平行布置的过滤模件(1)，该过滤模件从一个分配器(20)分支出来。按照本发明该分配器(20)的设置应保证在所有过滤模件(1)的端侧面上产生横向于过滤模件(1)端面的流动。有利的是，设有用于调整横向于过滤模件(1)端面的流动速度的机构(26)。特别有利的是，该横向于过滤模件(1)端面的流动在所有的过滤模件(1)上是相同的。这有利地如下来达到：分配器(20)的净横截面在流动方向上减小，其中该减小可以是连续的或阶梯状的。由于避免了形成纤维捆束7，因而一种按照本发明设计的过滤设备的无故障运行时间相对于先前已知的背景技术来说明显加长了。这就改善了生产率。

Description

用于横流过滤的装置
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的用于横流过滤的装置。
若要对具有固体物或悬浮物成分的、分子分散的或胶体分散的混合物进行过滤的话，那就可以最好应用这样的设备。这种混合物的例子就象在生产果汁和水果汁时首先产生的那种混合物。这种混合物然后通过过滤一方面分离成清澈的果汁或水果汁，另一方面是基本上保留下来的浆液。
由WO-A1-01/51186已知有一种用于横流过滤的设备。这里指出了一种解决办法，过滤模件的堵塞如何能够通过固体滞留成分来去除。在这种设备中就存在以下问题：过滤元件可能堵塞，从而使生产不得不中断，以便首先去除此堵塞。但是生产的中断是不希望的。
由WO-A1-00/03794已知一种在权利要求1的前序部分中所列种类的、用于横流过滤的设备，其中在过滤元件之前接入一个用于混合流体的装置。因此解决了在对过滤元件冲洗时造成过滤元件的各个平行的薄膜管的闭塞。在一些实施例中在过滤元件之前接入一个输入回路，从该回路分支出各个薄膜管。
在WO-A1-94/29007中建议了一种用于清洗过滤模件的方法，以便解决以下问题：当所要过滤的混合物具有高的纤维成分时，就使所要过滤的混合物的纤维状组成成分沉积在各个平行的薄膜管的端侧面上。通过使过滤模件里的流动方向的反向，又解决了纤维的这种沉淀。流动方向的反向意味着一种不希望的作用于连续的生产过程并降低了过滤设备的能力。
由US-B1-6,221,249和US-B1-3,387,270已知一种过滤设备，其中所要过滤的介质在一个薄膜上的切向速度在其长度上保持恒定。这如下来达到：用于通过所要过滤的介质的横截面从薄膜模件的入口至其出口连续地减小。
本发明的任务是提出一种用于横流过滤的装置，它适合于加工具有高纤维成份的混合物，而且其中薄膜管由纤维堵塞的风险明显减小，从而提高了生产能力。
所述的任务按照本发明通过权利要求1的特征来解决。有利的改进方案见从属权利要求。
以下根据附图对本发明的实例进行详细说明。附图示出：
图1  用于表示所生产的问题的简图；
图2  一种按照本发明的过滤设备的第一略图；
图3  一个分配器的一种有利的设计方案；
图4  一种按本发明的过滤设备的第二略图；
图5  一个分配器的第二种实施例；
图6  一个第三实施例；
图7和8  一种特殊的设计方案的纵向和横向剖视图。
图1表示了通过一束薄膜管的纵向剖视图。其中1表示了用于横流过滤的装置的一个过滤模件，其中把多个薄膜管2组合成一个束，它们一起就形成了过滤模件1。这种过滤模件1已知称为线性模件。在端侧面借助于一个隔离物3使薄膜管2固定在一个模件外壳4里。所要过滤的混合物通过一个连接管5输送给过滤模件1。用箭头表示了所要过滤的混合物的流动方向。若所要过滤的混合物含有大量纤维6，那么可能在薄膜管2的环状端侧面上和隔离物3的围绕该薄膜管的部分上形成由许多纤维6组成的纤维捆束7。这会强制地发生，因为在隔离物3之前在相邻的薄膜管2之间有一些在其中实际上没有什么流动的区位。过滤模件1的端侧面就象一个孔筛那样起作用。从过滤过程开始起就由纤维6形成了这种纤维捆束7，该纤维捆束在过滤过程中变得越来越大，也越来越致密。
因为各个薄膜管2的自由入口横截面这样强迫地减小了，因此如果一个输送所要过滤的混合物的泵以恒定功率工作的话，那么在减小的入口横截面处流动速度则升高。若纤维捆束7达到了某个尺寸大小和密实度的话，那么迫使各个纤维捆束7拖入到薄膜管2的内部中。因此通过纤维捆束7就能够使各个薄膜管2堵塞。因而必然使过滤能力下降，继续运行的话就可能造成或多或少所有薄膜管2的堵塞。
在WO-A1-94/29007中曾建议：通过流动方向的周期性反向使已形成的纤维捆束7再次冲洗掉。但是这种措施的有效性受到限制，因为即使在反向流动时在薄膜管2的端侧面上也存在有不流动区，因而冲洗掉所生成的纤维捆束7就不能肯定能成功。纤维捆束7也可能压实得使它们虽然被冲洗掉，但作为纤维捆束7仍连在一起，也就是说不能再分开成单个的纤维6了。因此通过流动反向的冲洗掉并不总是可以利用的，因为它们即使在流动反向时也可能使薄膜管2堵塞。
此外对于过滤设备的或多或少无故障的运行来说也需要操纵人员的丰富经验。因为所要过滤的混合物根据输出产品而具有很不同的纤维成分，因此几乎不能预见到，何时真正需要使流动方向，因为纤维捆束7的越来越多的形成从外面是不能看到的。也已经表明，将过滤模件1上的压力损失看作纤维捆束7越来越多的形成的确定因素是并不实际的。
本发明的真正目的也就是很大程度上或者尽可能完全地阻止这种纤维束7在过滤模件1的端侧面上形成。按照本发明的总体发明构思，所提出的任务的解决办法在于：在过滤模件的端侧面上产生一个横向于过滤模件1的端侧面的流动。通过这种横向于过滤模件1的端面的流动就可以实现在这些端面上不存在实际上没有流动的部位。业已表明，因此就可以按明显很简单的方式阻止形成纤维捆束7。
图2表示了按照本发明的解决办法的第一个简图。示出一个过滤单元10，它由并联的过滤模件1组成。每个这样的过滤模件1可以是一个单个的薄膜管2(图1)或者是由多个平行的薄膜管2组成的管束，如图1所示那样。进口侧在过滤单元10上连接了一个分配器20，从该分配器20有一个至每个过滤模件1的连接。该实施例的分配器20是一个已知的闭合回路，所要过滤的混合物就通过一个输入管22输送给该回路。
为保持完整，在图2中也表示出了排出管23，在这里聚集了离开过滤模件1的滞留物并且例如返回至一个未表示出的配料箱，如已知的那样。
在输入管路22里按已知的方式布置了一个输送泵24，它输送所要过滤的混合物并产生过滤所必要的压力。
在分配器20里具有一些机构，用这些机构迫使所要过滤的混合物在分配器20里产生循环旋转。这些机构例如可以是一种喷射器25或者是一种循环泵26，这也象已知的那样。
按照本发明分配器20的设计应保证在各个过滤模件1的端侧面上产生横向于过滤模件1端面的流动。这借助于喷射器25或者循环泵26来达到。由于这两个元件可以二者取其一，因此在图2中它们用虚线表示，通过横向于过滤模件1端面的流动可靠地阻止了在各个过滤模件1的入口处形成纤维捆束7(图1)。
有利的是，横向于过滤模件1的端面的流动在所有过滤模件1上近似恒定。这可以如下来达到：分配器20的横截面Q从至第一个过滤模件1.1的分支一直到至最后的过滤模件1.n的分支是减小的，如图3所示。在至第一个过滤模件1.1的分支处横截面Q为Q1，在至第二个过滤模件1.2的分支处其值为Q2，在至最后一个过滤模件1.n的分支处其值为Qn。
最好这样来规定分配器20的横截面Q的减小，从而在分配器20的整个长度上从至第一个过滤模件1.1的分支直到至最后一个过滤模模件1.n的分支使得在分配器20里的流动速度V保持恒定。因此在分配器20的长度上从至第一个过滤模件1.1的分支直到至最后一个过滤模件1.n的分支产生了一种近似恒定的、横向于过滤模件1端面的流动。按此方式就更加可靠地阻止了在各个过滤模件1的入口处形成纤维捆束7(图1)。
恒定的流动速度如下来达到：在每个分支处横截面Q都减小。如果在至第一个过滤模件1.1的分支之前的横截面Q的值为Q0，那么在至第一个过滤模件1.1的分支之后该横截面Q就减小一个值Qm，也就是说例如减小1cm2。相应地在每个分支之后横截面都减小值Qm。这确保了从第一个分支至最后一个分支横向于过滤模件1的端面的流动速度近似不变。值Qm的大小不单单由各个过滤模件1的横截面来确定，而且也取决于横向于过滤模件1的流动速度与穿过过滤模件1的流动速度的比值。
泵26是一种用于调整横向于过滤模件1端面的流动速度的机构。若其转速提高了，那么该泵使流动速度提高，若转速降低，流动速度就降低，泵26是一种比喷射器25更有利的机构。
图4表示了一种分配器20’，它并未形成具有一个泵21的闭式回路，而是一个线性分配器。因此该分配器具有一个死端E，在死端处没有横向于最后分支的流动。为了阻止在最后的过滤模件1.n上沉积成纤维捆束7(图1)，通过一个附加的、例如返回至未示出的配料箱的排出管路30就确保了：即使在至最后一个过滤模件1.n的分支处也有横向于最后分支的流动。端部E那就不再是死端了。
有利的是在该排出管路30里设有一个节流阀31，通过该阀可以调整，使横向于最后分支的流动速度有多大。如果这个节流阀31是可以调整的，那么可以有利地改变在分配器20’端部E处的流动速度VE的大小。也就是说该速度可以根据所要过滤的混合物的纤维成分来加大或者变小。因此这里的节流阀31就是用来调整横向于过滤模件1端面的流动速度的机构。
图5表示了分配器20，20’，其中分配器20，20’的净截面在流动方向上连续减小。在图5中表示了分配器20，20’的另一个可选用的实施例，其中分配器20，20’的净截面呈阶梯状减小。
有利的是，所述通过节流阀31或泵26的转速而可以调整的、通过分配器20，20’的流动速度明显大于通过各个过滤模件1的速度。大于3∶1的速度比例已经证实是特别有效的。
即使是线性分配器20’也可以通过设计使其横截面不变，如在图2中的分配器20中所表示的那样。但必须要确保：在分配器20’端部E处的流动速度VE一直还如此大，以致于可以阻止形成纤维捆束7(图1)。
图7和8表示了用于连接已在图1中所示种类的过滤模件1的一个实施例，其中每个过滤模件1都包括有一束平行布置的薄膜管2。图6则表示了经过分配器20，20’的一个纵向剖面，而图7则表示了一个横截面。图7中用M表示了分配器20，20’的中心纵轴线。
这种实施例的特征在于：过滤模件1的端侧面大致布置在分配器20，20’的横截面中间。在分配器20，20’的中间设有一个带孔的隔板40，它与过滤模件1的端面齐平。各个过滤模件1用凸缘固定在分配器20，20’上，该凸缘只是示意表示出。
在分配器20，20’里通过隔板40形成两个分开的流动路线。过滤模件1伸入到上方的流动路线里，这就使自由流动横截面通过各个过滤模件1减小了。因而在这个部位里有一种强烈干扰的流动，这导致了涡流。下方的流动路线具有一个不受干扰的半圆形横截面，因此此处形成一种不受干扰的线性流动。
与之相关的是：由于稳定性和成本的原因，有利的是使分配器20，20’由一个管子构成，也就是说具有一种圆形的横截面。如果将过滤模件1插入该分配器20，20’里，使其端面位于一条以虚线示出的线L上，那么其缺点可能在于：在伸入分配器20，20’自由横截面里的端侧面的部位处会造成前面所述的涡流。
在一种矩形横截面的分配器20，20’中这就不必要了，但分配器20，20’的壁厚必须要较大，以便使其足够稳定。
在各种不同的变型和设计方案中所描述的发明业已证实为特别有效的是，在过滤模件1的端侧面上阻止形成纤维捆束7(图1)。若所要过滤的混合物含有梗茎、果心、纤维壁、壳皮和叶子那样的有机纤维的话，如在生产果汁、水果汁、根汁等等时发生的那样，那么本发明就可以特别有效地应用。本发明同样可以良好地应用于过滤含有废水、泥浆、生物质和类似的纤维材料的产品。
由于避免了形成纤维捆束7，因此相对于原先已知的背景技术来说一种按照本发明设计的过滤设备的无故障运行时间就可以明显地延长，这就改善了生产率。
但是重要的也在于：通过纤维捆束7造成的薄膜管2的堵塞可能导致了不再可能使这样堵塞的薄膜管2再从所述阻隔而开通。那么这些薄膜管2就没用了并必须替换。因此如果薄膜管2被纤维捆束7堵塞的话，会产生较大的经济损失。通过本发明也就避免了这样一种经济损失。

Claims (10)

1.用于横流过滤的装置，该装置由许多平行布置的、从一个分配器(20，20’)分支出来的过滤模件(1)组成，其特征在于，分配器(20；20’)应保证在所有过滤模件(1)的端面上产生横向于过滤模件(1)端面的流动。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述横向于过滤模件(1)端面的流动在所有的过滤模件(1)处是近似恒定的。
3.按权利要求2所述的装置，其特征在于，所述分配器(20)的净截面在流动方向上减小。
4.按权利要求3所述的装置，其特征在于，所述截面的减小是连续的。
5.按权利要求3所述的装置，其特征在于，所述截面的减小是阶梯状的。
6.按权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，存在用于可以调整横向于过滤模件(1)端面的流动速度的机构(26，31)。
7.按权利要求6所述的装置，其特征在于，所述分配器(20)是一个封闭的回路，在该回路里设有一个泵(26)作为用来调整横向于过滤模件(1)端面的流动速度的机构。
8.按权利要求6所述的装置，其特征在于，所述分配器(20)是一个线性分配器(20’)，在其死端(E)上连接一个排出管路(30)，在该管路中设有一个节流阀(31)作为用于调整横向于过滤模件(1)端面的流动速度的机构。
9.按权利要求1至8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述分配器(20，20’)的横截面是圆的。
10.按权利要求9所述的装置，其特征在于，过滤模件(1)的端面大致布置在分配器(20，20’)的自由横截面的中心，而且与过滤模件(1)的端面对齐地设有一个隔板(40)。
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