DE69424670T2

DE69424670T2 - Dynamisches filtersystem

Info

Publication number: DE69424670T2
Application number: DE69424670T
Authority: DE
Inventors: J. Fendya; F. Hurwitz; D. Miller; M. Musto; Horst Randhahn; E. Ryan; Hartmut Vogelmann
Original assignee: Pall Corp
Current assignee: Pall Corp
Priority date: 1993-06-23
Filing date: 1994-06-23
Publication date: 2001-02-01
Anticipated expiration: 2014-06-24
Also published as: EP0705132B1; US5679249A; CA2165963A1; DE69424670D1; WO1995000231A1; AU7179394A; JPH08511984A; US6106713A; EP0705132A4; CN1128501A; EP0705132A1; DK0705132T3

Description

Technischer Bereich

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dynamische Filteranordnung und im einzelnen eine verbesserte dynamische Filteranordnung und Filtereinheit.

Hintergrund der Erfindung

Eine dynamische Filteranordnung vom Scheibentyp umfaßt typischerweise ein Gehäuse, welches eine Filtereinheit, die ein oder mehr Filterelemente umfaßt, und eine Dreheinheit, die ein oder mehr Elemente umfaßt, enthält. Die Filterelemente der Filtereinheit und die Elemente der Dreheinheit können eine jede aus einer Vielzahl von geeigneten Konfigurationen aufweisen. Sehr oft umfaßt die Filtereinheit einen Stapel flacher, scheibenförmiger Filterelemente, während die Dreheinheit einen Stapel von mit einer Welle gekoppelten flachen Drehscheiben umfaßt. Die Drehscheiben sind alternierend zwischen den Filterelementen angeordnet, wobei zwischen jedem Filterelement und jeder Drehscheibe ein Spalt beibehalten wird, und die Drehscheiben sind so angeordnet, daß sie bezüglich der Filterelemente drehen.
Während die Drehscheiben drehen, wird ein Prozeßfluid durch einen Prozeßfluideinlaß in das Gehäuse gepumpt. Das Prozeßfluid tritt dann durch die Spalte zwischen den Drehscheiben und den Filterelementen. Ein Teil des Prozeßfluids, d. h. das Permeat, tritt durch die Filterelemente und durch einen Permeatauslaß aus dem Gehäuse aus. Der verbleibende Teil des Prozeßfluids, d. h. das Retentat, tritt aus dem Gehäuse durch einen Retentatauslaß aus.
Die relative Rotation der Drehscheiben gegenüber den Filterelementen bewirkt, daß das Prozeßfluid in den Spalten zwischen den Drehscheiben und den Filterelementen die Oberfläche der Filterelemente spült. Dadurch wird verhindert, daß sich Ablagerungen auf der Oberfläche der Filterelemente ansammeln, und das Verschmutzen oder Verstopfen der Filterelemente wird minimiert. Dies verlängert die Nutzlebensdauer der Filterelemente.
Herkömmliche dynamische Filteranordnungen vom Scheibentyp haben sich zwar als sehr effektiv erwiesen, doch weisen sie nichtsdestotrotz mehrere Nachteile auf. Beispielsweise kann zwar die Nutzlebensdauer der Filterelemente in einer dynamischen Filteranordnung verlängert sein, doch werden die Filterelemente schließlich so verschmutzt oder durch Ablagerungen verstopft, daß sie entfernt werden müssen. Unglücklicherweise kann das Entfernen der Filterelemente extrem schwierig sein. Herkömmliche Filterelemente können einen Teil des Gehäuses selbst umfassen und der Zugang zu jedem Filterelement kann das vollständige Auseinanderbauen der gesamten dynamischen Filteranordnung einschließlich der Filtereinheit und der Dreheinheit erfordern. Desweiteren tragen Mechanismen zum Befestigen der Filtermedien an den Filterelementen ferner zu der Komplexität und Kompliziertheit herkömmlicher dynamischer Anordnungen bei. Aufgrund der Anzahl von Komponenten der Befestigungsmechanismen und der Zerbrechlichkeit der Filtermedien kann die Integrität dieser herkömmlichen dynamischen Filteranordnungen von Anfang an fragwürdig sein oder sich sehr schnell verschlechtern. Infolgedessen sind nicht nur die Integrität und das Testen der Integrität problematisch, sondern das Entfernen und Ersetzen der Filterelemente ist sowohl vom technischen Standpunkt aus schwierig als auch zeitraubend.
Ein anderer Nachteil herkömmlicher dynamischer Filteranordnungen besteht darin, daß sie sehr schwer in situ gereinigt werden können, z. B. durch automatisches Reinigen ohne vollständiges Auseinanderbauen der Anordnung. Eine herkömmliche dynamische Anordnung weist typischerweise ein aus mehreren Bestandteilen bestehendes Gehäuse, eine Filtereinheit und eine Dreheinheit auf, die alle voller Ritzen und Spalten sind. Ferner sind die Filtereinheit und die Rotoreinheit häufig so konstruiert und in dem Gehäuse angeordnet, daß stagnierende Bereiche oder Bereiche mit niedriger Durchflußgeschwindigkeit innerhalb des Gehäuses verursacht werden. In diesen Ritzen, Spalten, stagnierenden Bereichen und Bereichen mit niedriger Durchflußgeschwindigkeit werden Verunreinigungen angesammelt und beherbergt, welche durch in situ-Reinigen schwer oder gar nicht entfernt werden können.
Noch ein weiterer Nachteil bei herkömmlichen dynamischen Filteranordnungen besteht darin, daß sie das Prozeßfluid erwärmen. Die Drehung der Scheiben in dem Gehäuse bewirkt das Erwärmen des Prozeßfluids. Doch sind manche Prozeßfluide sehr temperaturempfindlich. Die von der Drehscheibe auf das Prozeßfluid übertragene Wärme kann wertvolle Bestandteile des Fluids schädigen.
Ferner sind zum Durchpumpen des Prozeßfluids durch die dynamische Filteranordnung bei herkömmlichen Systemen eine erste Pumpe zum Pumpen des Prozeßfluids in den Prozeßfluideinlaß und eine zweite Pumpe zum Abziehen des Retentats aus dem Retentatauslaß verwendet worden. Zwar gibt es manche Anwendungsgebiete, bei welchen die Verwendung zweier Pumpen vorteilhaft ist, doch erhöht dies nichtsdestoweniger die Kosten und die mechanische Komplexität des dynamischen Filtersystems.
In WO93/12859 (Datum der Anmeldung 22.12.92, Prioritätsdatum 24.12.91, Datum der Veröffentlichung 08.07.93) werden mehrere der zuvor genannten Probleme angesprochen.

Zusammenfassung der Erfindung

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen einer dynamischen Filteranordnung, bei welcher die Filterelemente schnell und leicht entfernt und ausgetauscht werden können und bei welcher die Filterelemente so getragen sind, daß der auf das Fluid in dem Gehäuse wirkende Widerstand verringert wird. Weitere Aufgaben sind (1) das Bereitstellen einer Filtereinheit, die bequem und zuverlässig getestet werden kann; (2) das Bereitstellen einer dynamischen Filteranordnung, welche eine breite Vielfalt von Materialien verwendet, um die Anforderungen des Filtrationsprozesses zu erfüllen, und welche die unterschiedlichen Materialien aufnimmt, ohne die Funktion der dynamischen Filteranordnung zu beeinträchtigen; (3) das Bereitstellen einer formbeständigen Filtereinheit; (4) das Bereitstellen einer einfachen Tragestruktur zum Tragen der Filterelemente; welche gleichzeitig als Leitungssystem für das Zuführen und/oder Rückgewinnen von Prozeßfluid als Permeat dient; (5) das Bereitstellen einer dynamischen Filteranordnung, die effektiv in situ gereinigt werden kann; und (6) das Bereitstellen einer dynamischen Filteranordnung, welche das Prozeßfluid und/ oder das Permeat vor übermäßigen Temperaturerhöhungen schützt.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Pumpwirkung zusätzlich zu einer externen Pumpe oder sogar als Ersatz für diese, um das Prozeßfluid durch die dynamische Filteranordnung zu pumpen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer verbesserten Turbulenz und Schergeschwindigkeit in den Spalten der dynamischen Filteranordnung. Auf der Grundlage eines bestimmten Merkmals dieser Erfindung ist es möglich, eine Pumpwirkung zu bewirken; während gleichzeitig die zuvor erwähnte Turbulenz erzeugt wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht eines nicht der vorliegenden Erfindung entsprechenden dynamischen Filtersystems;
Fig. 2 ist ein teilweise als Schnitt gezeigter Aufriß einer Ausführungsform der dynamischen Filteranordnung von Fig. 1;
Fig. 2A ist ein teilweise als Schnitt gezeigter Aufriß einer anderen Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen Filtereinheit;
Fig. 3 ist eine Draufsicht des in Fig. 2 gezeigten Filtermoduls;
Fig. 4 ist ein Aufriß des Filtermoduls von Fig. 3;
Fig. 4A ist ein teilweise als Schnitt gezeigter Aufriß einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen dynamischen Filteranordnung;
Fig. 4B1-4 ist eine teilweise als Schnitt gezeigte Draufsicht einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen dynamischen Filteranordnung, wobei das Filter von einer der D- förmigen steifen Platten entfernt worden ist;
Fig. 4C ist ein teilweise als Schnitt gezeigter Aufriß eines Zapfens der dynamischen Filteranordnung von Fig. 4B;
Fig. 4D ist ein teilweise als Schnitt gezeigter Aufriß eines anderen Zapfens der dynamischen Filteranordnung von Fig. 4B;
Fig. 4E ist eine Draufsicht einer Dichtung der dynamischen Filteranordnung von Fig. 4B;
Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des nicht erfindungsgemäßen Filtermoduls;
Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines nicht erfindungsgemäßen Filtermoduls;
Fig. 6A ist ein als Schnitt gezeigter Aufriß eines gegen das Verschmutzen der Filterelemente beständigen Rotors;
Fig. 6B ist ein Graph, bei dem der Durchfluß gegen die Zeit aufgetragen ist;
Fig. 7 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer dynamischen Filtereinheit;
Fig. 8 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Dreheinheit;
Fig. 9 ist eine als Schnitt gezeigte Ansicht einer anderen Ausführungsform einer nicht erfindungsgemäßen dynamischen Filteranordnung;
Fig. 10 ist ein Schnitt einer anderen Ausführungsform der Dreheinheit;
Fig. 11 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Prozeßfluidzuführkanäle zeigt;
die Fig. 12A - 12C sind eine Vorderansicht, eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht eines Filtersektors von Fig. 11;
Fig. 13 zeigt eine andere Anordnung der Zuführkanäle und der Permeatkanäle;
die Fig. 14A - 14C sind eine Vorderansicht, eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht eines Filtersektors von Fig. 13,
Fig. 15 ist eine Draufsicht der Ausführungsform von Fig. 13, bei welcher die Filtersektoren nicht an ihrem Platz sind; und
Fig. 16 ist eine Draufsicht auf die Ausführungsform von Fig. 13, wobei die Filtersektoren an ihrem Platz sind.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt ein nicht erfindungsgemäßes dynamisches Filtersystem eine dynamische Filteranordnung 101, eine Prozeßfluidzuführanordnung 102, eine Retentatrückgewinnungsanordnung 103 und eine Permeatrückgewinnungsanordnung 104. Die dynamische Filteranordnung 101 umfaßt im allgemeinen ein Gehäuse 105 mit einem Einlaß 106 für Prozeßfluid, einem Retentatauslaß 107 und einem Permeatauslaß 108. Die dynamische Filteranordnung 101 umfaßt ein oder mehr Filterelemente und ein oder mehr Elemente, welche in dem Gehäuse alternierend miteinander geschichtet und so angeordnet sind, daß sie relativ zueinander drehen.
Die Prozeßfluidzuführanordnung 102 ist mit dem Prozeßfluideinlaß 106 der dynamischen Filteranordnung 101 verbunden und kann einen Tank, eine Wanne oder einen anderen Behälter 111 für das Prozeßfluid umfassen, welcher mit dem Prozeßfluideinlaß 106 über eine Zuführleitung 112 verbunden ist. Die Prozeßfluidzuführanordnung 102 kann auch eine Pumpenanordnung 113 einschließen, welche eine Verdrängervakuumpumpe in der Zuführleitung 112 zum Fördern des Prozeßfluids von dem Behälter 111 zu der dynamischen Filteranordnung 101 umfassen kann. Ein Druckfühler 114 und ein Temperatursensor 115, welche mit der Zuführleitung 112 verbunden sind, können ebenfalls in der Prozeßfluidzuführanordnung 102 enthalten sein. Alternativ kann das Prozeßfluid von jeder geeigneten, unter Druck stehenden Quelle zugeführt werden und die Prozeßfluidzuführanordnung kann zusätzlich zu der Pumpenanordnung oder als Ersatz hierfür ein oder mehr Steuerungsventile und/oder Durchflußmesser zum Steuern des Flusses von Prozeßfluid durch die Zuführleitung zu dem Prozeßfluideinlaß der dynamischen Filteranordnung umfassen.
Die Retentatrückgewinnungsanordnung 103 ist mit dem Retentatauslaß 107 der dynamischen Filteranordnung 101 verbunden. Wenn das dynamische Filtersystem ein System mit Umlauf und so gestaltet ist, daß das Prozeßfluid wiederholt durch die dynamische Filteranordnung 101 geleitet wird, kann die Retentatrückgewinnungsanordnung 103 eine Retentatrücklaufleitung 116 umfassen, welche sich von dem Retentatauslaß 107 zu dem Prozeßfluidbehälter 111 erstreckt. Wenn das dynamische Filtersystem so gestaltet ist, daß das Prozeßfluid nur einmal durch die dynamische Filteranordnung geleitet wird, können Ventile 119 mit der Retentatrücklaufleitung 116 verbunden sein, um das Retentat zu einem separaten Retentatbehälter oder von dem dynamischen Filtersystem fort zu leiten. Die Retentatrückgewinnungsanordnung 103 kann auch eine Pumpenanordnung 117 umfassen, welche eine Verdrängervakuumpumpe zum Fördern des Retentats von der dynamischen Filteranordnung 101 zu dem Prozeßfluidbehälter 111 umfassen kann. Alternativ kann die Retentatrückgewinnungsanordnung zusätzlich zu der Pumpenanordnung oder an ihrer Stelle ein oder mehr Steuerungsventile und Durchflußmesser, welche mit der Retentatrücklaufleitung verbunden sind, zum Fördern des Retentatfluids von der dynamischen Filteranordnung zu dem Prozeßfluidbehälter umfassen. Ein Druckfühler 118 und ein Temperatursensor, welche mit der Retentatrücklaufleitung verbunden sind, können ebenfalls in der Retentatrückgewinnungsanordnung 103 eingeschlossen sein.
Die Permeatrückgewinnungsanordnung 104 ist mit dem Permeatauslaß 108 der dynamischen Filteranordnung 101 verbunden und kann eine Permeatrückgewinnungsleitung 122 umfassen, welche sich von dem Permeatauslaß 108 zu einem Permeatbehälter 123 erstreckt. Ein oder mehr Ventile 124 können mit der Permeatrückgewinnungsleitung 122 verbunden sein, um das Permeat von dem dynamischen Filtersystem fort zu leiten. Ferner können auch Druckfühler 125, 127 und ein Temperatursensor 126, welche mit der Permeatrückgewinnungsleitung 122 verbunden sind, in der Permeatrückgewinnungsanordnung 104 enthalten sein. Alternativ kann die Per meatrückgewinnungsanordnung eine mit der Permeatrückgewinnungsleitung verbundene Pumpenanordnung für das Abziehen von Permeat aus der dynamischen Filteranordnung umfassen. Beispielsweise kann eine konstant arbeitende Verdrängerpumpe oder eine andere Anordnung verwendet werden, um einen im wesentlichen gleichbleibenden Fluß über die Filterelemente der dynamischen Filteranordnung 101 herzustellen, was beim Dauerbetrieb oder beim Betrieb über längere Zeit nützlich sein kann. Der auf die Membran wirkende Druck über den Filterelementen kann anfänglich minimiert und im Lauf der Zeit, wenn die Filterelemente allmählich verschmutzen, ansteigen gelassen werden.
Das dynamische Filtersystem kann verschiedene andere Teilsysteme wie eine Dichtungsanordnung 128 mit Fluidbarrieren, eine Anordnung 131 für die Sterilisation und/oder Reinigung, eine Wärmeaustauschanordnung und eine Transportvorrichtung umfassen. Beispielweise kann, wenn die relative Rotation der Filterelemente gegenüber den Scheibenelementen durch eine Dreheinheit 132 erzeugt wird; welche eine mit einer Welle 134 verbundene Motoranordnung 133 umfaßt, die Dichtungsanordnung 128 mit Fluidbarrieren mit der Welle 134 verbunden sein, um ein unter Druck stehendes Fluid an den an der Welle 134 montierten Radialdichtungen 135 zu erzeugen. Das unter Druck stehende Fluid gewährleistet eine korrekte Schmierung der Dichtungen 135 und verhindert das Aussickern des Prozeßfluids entlang der Welle 134. Die Dichtungsanordnung 128 mit Fluidbarrieren kann ein Ventil 136, einen Temperatursensor 137 und einen Druckfühler 138, welche stromaufwärts von den Radialdichtungen 135 angeordnet sind, sowie ein Ventil 141, einen Temperatursensor 142 und einen Durchflußsensor 143, welche stromabwärts von den Radialdichtungen 135 angeordnet sind, umfassen, um sicherzustellen, daß das Barrierefluid bei der korrekten Temperatur und korrektem Druck fließt.
Die Anordnung 131 für die Sterilisation und/oder Reinigung kann eine Dampfleitung 144 umfassen, welche mit einem Dampfeinlaß 145 der dynamischen Filteranordnung 101 durch ein Ventil 146 verbunden ist. Dampf kann durch die Dampfleitung 144 in die dynamische Filteranordnung 101 hineingeleitet und durch den Prozeßfluideinlaß 106, den Retentatauslaß 107 und den Permeatauslaß 108 hinausgeleitet werden, um die dynamische Filteranordnung 101 zu reinigen und zu sterilisieren. Alternativ oder zusätzlich kann eine separate Reinigungslösung wie etwa eine Ätzlösung in die dynamische Filteranordnung 101 durch den Prozeßfluideinlaß 106 eingeführt werden, welche sowohl durch den Retentatauslaß 107 als auch den Permeatauslaß 108 austritt.
Die Wärmeaustauschanordnung kann mit einer oder allen folgenden Komponenten, nämlich der dynamischen Filteranordnung 101, der Prozeßfluidzuführleitung 112, der Retentatrücklaufleitung 116 und der Permeatrückgewinnungsleitung 122, verbunden sein, um die Temperatur des Prozeßfluids, des Retentats oder des Permeats in einem vorbestimmten Wertebereich beizubehalten. Beispielsweise kann das Prozeßfluid in dem Gehäuse 105 durch die relative Rotation der Filterelemente und der zwischen den Filterelementen alternierend angeordneten Elementen erwärmt werden. Daher kann die Wärmeaustauschanordnung einen Wärmetauscher 149 umfassen, welcher an der Retentatrückgewinnungsleitung 116 montiert ist und dem durch eine Kühlmittelleitung 150 ein Kühlmittel zum Aufrechterhalten der Temperatur des Retentats innerhalb des vorbestimmten Wertebereichs zugeführt wird. Alternativ kann eine Ummantelung (nicht gezeigt) an dem Gehäuse 105 der dynamischen Filteranordnung 101 befestigt werden, vorzugsweise um die Außenseite des Gehäuses 105 herum, und kann als Wärmetauscher dienen. Der Ummantelung kann ein Kühlmittel von einer Kühlmittelleitung (nicht gezeigt) zugeführt werden, um die Temperatur des Prozeßfluids in dem Gehäuse in einem vorbestimmten Wertebereich beizubehalten, indem Wärme von oder zu dem Prozeßfluid durch die Wände des Gehäuses 105 übertragen wird. Bei noch einer anderen alternativen Ausführungsform kann das Gehäuse 105 selbst Kühlmitteldurchlässe enthalten und als Wärmetauscher dienen.
Die Transportvorrichtung kann einen Schlitten oder Karren umfassen, auf welchem einige oder alle Komponenten des dynamischen Filtersystems angeordnet sind, um den Transport des Systems zu erleichtern.
Wie in näheren Einzelheiten in Fig. 2 gezeigt, umfaßt eine alternative Ausführungsform der nicht erfindungsgemäßen dynamischen Filteranordnung 101 vorzugsweise ein Gehäuse 105, eine stationäre Filtereinheit 147 mit einem oder mehr Filterelementen 148, und eine Dreheinheit 132 mit einem oder mehreren Elementen 151, welche an einer mittigen Welle 134 befestigt und alternierend mit den Filterelementen 148 angeordnet sind. Alternativ kann die dynamische Filteranordnung Filterelemente, welche an einem rotierenden Gehäuse befestigt sind, und Elemente, welche an einer drehenden Welle befestigt sind, oder Filterelemente, welche an einer stationären oder einer drehenden Welle befestigt sind, und Elemente, welche an einem stationären oder rotierenden Gehäuse befestigt sind, umfassen. Jedoch wird die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform bevorzugt, da das Drehen der Filterelemente unerwünschte Zentrifugalkräfte in dem Permeat und Gegendruck auf den Filterelementen erzeugen kann. Ferner wird durch das Befestigen der Elemente 151 an einer mittigen drehenden Welle 134 die Konstruktion der Dreheinheit 132 und ihrer Grenzfläche mit dem Gehäuse 105 vereinfacht.
Die dynamische Filteranordnung wird vorzugsweise so gestaltet, daß sie für Prozeßfluide bei Betriebsdrücken von bis zu 689,5 kPa (100 psi) oder mehr geeignet ist. Wie in den Fig. 2 bis 4 gezeigt, erlaubt die dynamische Filteranordnung 101 das Fließen des Prozeßfluids in dem Gehäuse 105 von dem Prozeßfluideinlaß parallel an jedem der Filterelemente 148 vorbei zu dem Retentatauslaß. Für eine Parallelströmung können Dichtungen in der Filtereinheit oder zwischen der Filtereinheit und dem Gehäuse angeordnet sein, um das Prozeßfluid diametral über die Filterelemente oder radial über die Filterelemente von dem Randbereich zu der Mitte oder von der Mitte zum Randbereich der Filtereinheit zu leiten. Alternativ kann die dynamische Filter anordnung das Fließen des Prozeßfluids in dem Gehäuse von dem Prozeßfluideinlaß seriell an jedem der Filterelemente vorbei zu dem Retentatauslaß 107 erlauben. Für ein serielles Durchströmen können Dichtungen in der Filtereinheit oder zwischen der Filtereinheit und dem Gehäuse angeordnet sein, um das Prozeßfluid seriell an jedem Filterelement vorbei zu leiten. Sowohl die Ausführung für die parallele Durchströmung als auch die Ausführung für die serielle Durchströmung werden gleichermaßen bevorzugt, und für eine bestimmte Anwendung kann eine Ausführung als vorteilhafter als die andere Ausführung sein. Beispielsweise kann eine serielle Durchströmung besonders für das Konzentrieren von Prozeßfluid, wobei die Temperatur des Fluids zwischen dem Prozeßfluideinlaß und dem Retentatauslaß nicht wesentlich ansteigt, oder wobei der Temperaturanstieg kein Problem darstellt, geeignet sein. Eine Parallelströmung kann ein Druckgefälle in axialer Richtung entlang dem Filterelementstapel eliminieren und fast dasselbe Druckprofil entlang jedem einzelnen Filterelement bewirken.
Das Gehäuse 105 kann auf vielfältige Weise konfiguriert sein. Beispielsweise weist es vorzugsweise eine im allgemeinen zylindrische Konfiguration auf; welche der Kontur der Filtereinheit 147 angepaßt sein kann, um das Restvolumen zu minimieren, oder welche nicht der Kontur der Filtereinheit 147 angepaßt ist, um verschiedene Dichtungsanordnungen zu ermöglichen. Ferner umfaßt das Gehäuse 105 vorzugsweise eine aus mehreren Teilen bestehende Einheit, welche bequem auseinandergebaut und wieder zusammengebaut werden kann. Beispielsweise umfaßt das in Fig. 2 gezeigte Gehäuse 105 eine Basis 152 und einen abnehmbaren Kopf 153, welcher an der Basis 152 mittels einer Klemme, mittels Bolzen oder mittels einer anderen geeigneten Vorrichtung befestigt ist. Die Basis 152 und der Kopf 153 sind dichtend aneinander befestigt, vorzugsweise mittels eines O-Rings oder einer anderen Dichtung 154, welcher/welche zwischen der Basis 152 und dem Kopf 153 angeordnet ist. Die Dichtung 154 kann zwischen der Basis 152 und dem Kopf 153 so ausgebildet und/oder angeordnet sein, daß beim Befestigen des Kopfs 153 an der Basis 152 die zusammengedrückte Dichtung 154 aus der Fuge zwischen der Basis 152 und dem Kopf 153 hervorsteht und geringfügig in den von dem Gehäuse 105 definierten Innenraum hineinragt. Die Kugellager und die mechanischen Dichtungen (nicht in Fig. 2 gezeigt) zum Befestigen der Dreheinheit an dem Gehäuse können in der Basis angeordnet sein.
Der Prozeßfluideinlaß, der Retentatauslaß und der Permeatauslaß können sich an jeder geeigneten Stelle in dem Gehäuse 105 befinden. Beispielsweise kann der Prozeßfluideinlaß eine Reihe von Anschlüssen auf einer Seite des zylindrischen Bereichs 155 des Kopfs 153 umfassen, während der Retentatauslaß eine Reihe von Anschlüssen auf der gegenüberliegenden Seite des zylindrischen Bereichs 155 des Kopfs 153 umfaßt. Alternativ kann der Prozeßfluideinlaß in dem oberen Bereich 156 des Kopfs 153 angeordnet sein, während der Retentatauslaß in der Basis 152 angeordnet ist, oder umgekehrt. Ferner können sich sowohl der Prozeßfluideinlaß als auch der Retentatauslaß in dem oberen Bereich 156 oder der Basis 152 des Gehäuses 105 befinden. Wenn ein Fluidfluß entlang der oder durch die Welle 134 geleitet wird, können der Prozeßfluideinlaß oder der Retentatauslaß die Öffnung in der Basis 52, welche die Welle 134 aufnimmt, umfassen. Der Permeatauslaß 108 ist vorzugsweise an einer passenden Verbindungsstelle zwischen dem Gehäuse 105 und der Filtereinheit 147 angeordnet.
Ein Beispiel einer dynamischen Filteranordnung 101 mit einem Prozeßfluideinlaß 106 und einem Retentatauslaß 107 oben auf dem Kopf 153 ist in Fig. 4A gezeigt. Die Dreheinheit 132 umfaßt eine Hohlwelle 134 mit Öffnungen zwischen jedem Drehelement 151 und einer Öffnung am oberen Ende der Welle 134, welche mit dem Retentatauslaß 107 verbunden ist. Eine Labyrinthdichtung 300 ist zwischen dem Kopf 153 und der Dreheinheit 132 angeordnet. Die Labyrinthdichtung 300 kann zwar auf verschiedene Weisen konfiguriert sein, doch in der erläuterten Ausführungsform umfaßt sie eine zylindrische Schaufel 301, welche sich von dem obersten Drehelement 151 der Dreheinheit 132 nach oben er streckt. Die Schaufel 301 dreht in einem zylindrischen Kanal 302, welcher in dem Kopf 153 ausgebildet ist, wodurch eine berührungslose Dichtung mit geringem Bypass zwischen dem Prozeßfluideinlaß 106 und dem Retentatauslaß 107 in dem obersten Bereich des Kopfs 153 bewirkt wird. Das Prozeßfluid wird daher von dem Einlaß 106 in dem Kopf 153 nach außen und unten, entlang jedem Filterelement 148 radial nach innen und dann entlang der Hohlwelle 134 nach oben zu dem Auslaß 107 geleitet.
Zwar können der Prozeßfluideinlaß und der Retentatauslaß umgekehrt sein, doch sind sie in der in Fig. 4A gezeigten Ausführungsform vorzugsweise so konfiguriert, daß Prozeßfluid durch die dynamische Filteranordnung 101 radial nach innen entlang den Filterelementen 148 geleitet wird. Infolgedessen gelangt das Prozeßfluid zuerst mit den Drehelementen 151 an deren äußerem Randbereich in Kontakt. Das Fluid kann somit eine größere Chance haben, durch die höhere Außendurchmesser-Schergeschwindigkeit am äußeren Randbereich der Drehelemente 151 voll beschleunigt zu werden, wodurch eine Rotationsströmung erzielt wird. Außerdem wird zur Erhaltung des Drehmoments die Drehgeschwindigkeit erhöht, wenn sich das Prozeßfluid durch den Spalt zwischen dem Drehelement 151 und dem stationären Filterelement 148 zu der Welle 134 hin, wodurch die Schergeschwindigkeit noch mehr erhöht wird.
Die Filtereinheit 147 umfaßt vorzugsweise ein oder mehr gestapelte Filterelemente 148, welche von einem Halter 157 getragen werden. Die Filterelemente können auf vielfältige Weise konstruiert sein. Beispielsweise können die Filterelemente flach sein oder eine im wesentlichen konische Gestalt aufweisen. Ferner umfaßt das Filterelement ein poröses Filter, bei welchem die Größe und Verteilung der Poren des Filters im Einklang mit den Anforderungen einer jeweiligen Anwendung ausgewählt werden können. Beispielsweise kann das Filterelement ein steifes poröses Material wie etwa ein poröses Metallelement oder ein poröses Keramikelement umfassen. Bei einer Ausführungsform kann das Metallelement obere und untere Filterschichten aus porösem Me tall und eine innere Struktur, die ein Drahtgeflecht umfaßt, oder einen offenen Hohlraum, der mit dem Permeatauslaß in Verbindung steht, umfassen. Ein Vorteil einer Ausführungsform, die ein steifes poröses Material aufweist, besteht darin, daß die steifen porösen Filterschichten nur entlang der Kante des Elements und an den inneren und äußeren Durchmessern befestigt werden können.
Bei der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Anordnung umfaßt jedes Filterelement 148 eine flache steife Platte 161 und wenigstens ein, aber vorzugsweise zwei, Filter 162, welche jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der flachen Platte 161 angeordnet sind. Die flache Platte 161 kann jedes geeignete steife Material umfassen, welches eine ausreichende Strukturintegrität bietet und welches mit dem Prozeßfluid kompatibel ist. Beispielsweise umfaßt die Platte 161 vorzugsweise ein steifes Polymermaterial wie etwa Nylon. Außerdem kann die flache Platte 161 eine Verstärkung wie etwa in dem Polymermaterial verteilte, gleichgerichtete Glasfasern oder einen einstückigen Metallträger umfassen. Diese Verstärkung bietet zusätzliche Strukturintegrität. Sie bietet auch Formbeständigkeit durch die Widerstandsfähigkeit gegen Ausdehnung der Platte 161 aufgrund von Temperatur oder Feuchtigkeitsaufnahme. Durchlässe 163, einschließlich durchgehenden Löchern und Kanälen wie etwa V-förmige, auf dem Umfang verlaufende und radiale Nuten, welche in der Oberfläche der Platte ausgebildet sind, erlauben das Ablaufen des Permeats von dem Filter 162. Die Durchlässe in der Filterplatte können so konturiert sein, daß der Gegendruck auf den Filtern minimiert wird und der über die Membran wirkende Druck ausgeglichen wird. Die Platte 161 kann ferner auf ihren Oberflächen und Kanten Flachbereiche aufweisen, um das Befestigen des Filters 162 zu erleichtern.
Die Filter der Filtereinheit umfassen jedes eine Aufstromseite, welche mit dem Prozeßfluid in Verbindung steht, und eine Abstromseite, welche mit dem Permeat in Verbindung steht, und teilen daher das Gehäuse in zwei Kammern, wobei eine Kammer das Prozeßfluid enthält und die andere Kammer das Permeat enthält. Jedes Filter 162 kann jede geeigneten porösen Filtermedien einschließlich eines porösen Metallmediums oder eines porösen Fasermediums umfassen, welche an wenigstens einer Oberfläche der Platte 161 befestigt sind, und die Größe und Verteilung der Poren der Filtermedien können so ausgewählt sein, um die Anforderungen der jeweiligen Anwendung zu erfüllen. Beider in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt jedes Filter 162 eine poröse Polymermembran, welche auf jede geeignete Weise einschließlich Heißsiegeln, Schweißen, oder durch ein Lösemittel oder ein Klebemittel an der Oberfläche der Platte 161 befestigt ist.
Die Membran wird auf der Oberfläche des Elements und mit dieser verbunden ausgebildet, wie. in der U. S. -Anmeldung mit der Anmeldungsnummer 07/700,268 und der U. S. -Anmeldung mit der Anmeldungsnummer 08/038,257, die gemeinsam übertragen wurden, gelehrt wird. Gemäß der U. S. -Anmeldung mit der Anmeldungsnummer 07/700,268 kann ein Harz in einem Lösemittel gelöst werden, um eine Gießlösung zu bilden, welche zum Imprägnieren eines Substrats verwendet wird. Das Substrat kann ein makroporöses Material umfassen, typischerweise eine aus Gewebe oder Faservlies bestehende Lage, welche nach dem Imprägnieren oder Sättigen mit der Gießlösung als Träger für die Gießlösung dient. Das Substrat ist vorzugsweise aus einem Material zusammengesetzt, welches gegen Angriff oder Auflösung durch das Lösemittel beständig ist. Das gesättigte Substrat wird mit der Oberfläche einer Trägerstruktur wie etwa einer Filterplatte 161, auf welcher die Membran ausgebildet werden soll, in Kontakt stehend angeordnet. Die Oberfläche des Trägers, auf welchem das gesättigte Substrat angeordnet ist, kann wenigstens geringfügig durch das zum Auflösen des Harzes verwendete Lösemittel aufgelöst oder erweicht werden.
Sobald das gesättigte Substrat mit der Oberfläche des Trägers in Kontakt kommt, beginnt das Lösemittel in der Lösung die Oberfläche des Trägers aufzulösen oder zu erweichen. Da das Substrat gänzlich und gleichmäßig gesättigt ist, wird der ge samte Bereich der Oberfläche, auf welcher die Membran ausgebildet werden soll, durch das Lösemittel im wesentlichen gleichmäßig aufgelöst oder erweicht. Die Membran wird dann auf der Oberfläche des Trägers und mit dieser verbunden ausgebildet, indem das Harz in dem Substrat auf die Oberfläche des Trägers ausgefällt wird. Beispielsweise kann das Harz aus der Gießlösung ausgefällt werden, indem die Konzentration des Lösemittels in der Gießlösung verringert wird. Alternativ kann eine Fällungslösung auf die den Träger und das gesättigte Substrat umfassende Anordnung angewendet werden. Da das Harz in der sich neu bildenden Oberfläche des Trägers ausgefällt wird, wird die Membran dicht auf dem Träger und mit diesem verbunden ausgebildet. Das U. S.-Patent Nr. 4,340,480 offenbart verschiedene Gießlösungen, Substrate und Ausfällungsverfahren.
Die poröse Polymermembran kann jedes Polymermaterial umfassen, welches mit dem Prozeßfluid kompatibel ist. Beispielsweise kann die Membran ein Nylon, Polyvinylidendifluorid, Polyethersulfon oder PTFE umfassen. Ferner kann die Membran eine einzige Lage oder mehrere Lagen umfassen und kann einen Träger aus einem Gewebe oder einem Faservlies wie etwa einem Polypropylen-Faservlies umfassen. Die Größe der Poren in der porösen Polymermembran kann so ausgewählt werden, um die Anforderungen einer bestimmten Anwendung zu erfüllen.
Der Halter kann viele Funktionen erfüllen. Beispielsweise kann er dazu dienen, die Filterelemente in einer gestapelten Anordnung zu tragen, die Filtereinheit an dem Gehäuse zu verankern, die Filterelemente in korrektem Abstand voneinander beabstandet zu halten und/oder das Abfließen des Permeats aus den Filterelementen zu dem Permeatauslaß zu bewirken. Alternativ können diese Funktionen auch von separaten Strukturen erfüllt werden.
Der Halter kann auf vielfältige Weise konfiguriert sein. Zum Beispiel umfaßt der Halter 157 bei der in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsform mehrere Zapfen 164, welche am Randbereich der Filterelemente 148 angeordnet sind. Jeder Zapfen 164 umfaßt mehrere zylindrische Abschnitte 165, wobei jeder zylindrische Abschnitt 165 zwischen Randbereichen der Platten 161 der angrenzenden Filterelemente 148 stapelweise angeordnet ist. Die Filterplatten 161 und die zylindrischen Abschnitte 165 sind in Fig. 2 zwar als separate Komponenten gezeigt, doch könnte jede Filterplatte 161 und der benachbarte zylindrische Abschnitt 165 als ein einziges einstückiges Teil ausgebildet sein. Die Filterelemente 148 und jeder Zapfen 164 können auf jede geeignete Weise befestigt sein. Beispielsweise, wie in Fig. 2 gezeigt, weist jeder Zapfen eine mittige Bohrung 166 auf, durch welche sich eine Verbindungsstange 167 erstreckt. Während der Herstellung kann die Verbindungsstange 167 an dem oberen Filterelement 148 und dem unteren zylindrischen Abschnitt 165 befestigt sein, nachdem der Stapel aus Filterelementen 148 und zylindrischen Abschnitten 165 durch eine vorher bestimmte Last auf eine geeignete Höhe zusammengedrückt worden ist. Die Verbindungsstange 167 kann dauerhaft befestigt sein, z. B. durch Schweißen, wie in Fig. 2 gezeigt, oder sie kann entfernbar befestigt sein, z. B. durch einen Stift, wie in Fig. 2A gezeigt.
Wenn die Filterplatten aus einem Polymermaterial gebildet sind, kann es besonders vorteilhaft sein, den Halter aus einem hochfesten Material, das einen wesentlich niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten aufweist als die Polymerfilterplatte, zu bilden. Geeignete hochfeste Materialien mit geringer Ausdehnung können ein Metall wie etwa Edelstahloder ein Polymermaterial wie etwa ein von Phillips Petroleum unter der Handelsbezeichnung Ryton erhältliches Polyphenylensulfid umfassen. Der Halter dient dann als Abstandhalter. Beispielsweise, wenn die in Fig. 2 gezeigten zylindrischen Abschnitte 165 aus einem Material wie etwa Edelstahl gebildet sind, wird sich die Position jedes Filterelements 148 in dem Stapel von Filterelementen relativ zu den benachbarten Elementen 151 der Dreheinheit 132 ungeachtet der Ausdehnung der Polymerfilterplatten 161 aufgrund von beispielsweise Temperatur und Feuchtigkeitsaufnahme nur sehr wenig verändern. Alternativ kann eine von dem Halter separate Abstandhalterklammer aus einem Material gebildet werden, welches einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten als die Polymerfilterplatte aufweist, und kann separat an den Filterelementen befestigt werden, damit diese ihre Position beibehalten.
Die Filtereinheit ist vorzugsweise an dem Gehäuse auf jede geeignete Weise, die das schnelle und leichte Entfernen und Einbauen der Filtereinheit in dem Gehäuse erlaubt, befestigt. Beispielsweise kann sie mittels Bolzen mit dem Gehäuse verbunden sein, oder der Kopf kann einen Vorsprung aufweisen, welcher gegen die Filtereinheit drückt und diese sicher auf der Basis festhält. Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung weist einer der Zapfen 164 einen Fuß 168 auf, welcher zwischen die Basis 152 und den Kopf 153 des Gehäuses 105 geklemmt ist. Die übrigen Zapfen können frei an der Basis 152 des Gehäuses 101 entlanggleiten. Die Befestigung des Halters 157 an dem Gehäuse 105 an nur einem Punkt erlaubt der Filtereinheit das Ausdehnen und Kontrahieren in dem Gehäuse, ohne daß die Filtereinheit übermäßigen Spannungen ausgesetzt ist. Der Permeatauslaß 108 befindet sich vorzugsweise in der Basis 152 an der Bohrung 166 in dem Zapfen 164, welcher den Fuß 168 aufweist, und die Bohrung 166 dient als ein Durchlaß oder Kanal für das Ablaufen des Permeats von den Filterelementen 148. Der Permeatdurchlaß in dem Zapfen kann so konturiert sein, daß Gegendruck auf die Filter der Filterelemente minimiert wird. Eine in der Bohrung 166 am unteren Ende des Zapfens 164 angeordnete Spinne 171 erlaubt dem Permeat, durch die Durchlässe 163 in den Filterelementen 148 und durch den Durchlaß 166 in dem Zapfen 164 an der Spinne 171 vorbei zu dem Permeatauslaß 108 zu fließen. Wie in Fig. 2 gezeigt, isolieren flache Dichtungen 170 zwischen den Filterplatten 161 und den zylindrischen Abschnitten 165 der Zapfen 164 und eine Dichtung 154 zwischen dem Zapfen 164 und der Basis 152 des Gehäuses 105 das Permeat von dem Prozeßfluid. Wie in Fig. 2A gezeigt, können O-Ringe zwischen den Filterplatten 161 und den zylindrischen Abschnitten 165 der Zapfen 164 angeordnet sein, um das Permeat von dem Prozeßfluid zu isolieren. Bei den Zapfen 164, welche nicht an dem Gehäuse 105 befestigt sind, erstrecken sich die Durchlässe 163 in den Filterelementen 148 nicht durch den Randbereich der Filterplatte zu der Bohrung dieser Zapfen.
Bei einer in den Fig. 4B bis 4E gezeigten erfindungsgemäßen Ausführungsform umfaßt der Halter 157 wieder mehrere Zapfen 164', 164", welche am Randbereich der Filterelemente 148 angeordnet sind. Die Zapfen 164', 164" und die Filterelemente 148 sind von dem Kopf 153 des Gehäuses 105 in einem Abstand beabstandet, welcher das in situ-Reinigen zwischen ihnen erlaubt. Ferner weist jeder Zapfen 164', 164" vorzugsweise eine Querschnittsgestalt ähnlich derjenigen eines Tragflügels auf und sie sind so ausgerichtet, daß der auf das innerhalb des Gehäuses 105 wirbelnd fließende Prozeßfluid wirkende Widerstand verringert wird. Das Minimieren des Widerstands verringert den Energieverbrauch der dynamischen Filteranordnung 101, verbessert die Filtrationsleistung durch verringertes Unterbrechen des Flusses zwischen den Filterelementen 148 und den Drehelementen 151, und verringert die Ablagerung von Verunreinigungen in dem Gehäuse 105 durch das Minimieren des Auftretens von Wirbeln in dem Prozeßfluidfluß.
Zwei der Zapfen 164' können als ein einzelnes einstückiges Teil ausgebildet sein. Diese Zapfen 164' können mit den Filterelementen 148 auf jede geeignete Weise verbunden werden, wodurch die Filterelemente in axialer Richtung festgehalten werden, welche aber erlaubt, daß sich die Filterelemente 148 wenigstens in geringfügigem Ausmaß in einer radialen Ebene bewegen können, wodurch Ausdehnung und Kontraktion der Filterelemente 148 berücksichtigt werden.
Jeder der anderen Zapfen 164' umfaßt mehrere Abschnitte 165. Jeder Abschnitt 165 ist zwischen den Randbereichen der Platten 161 von benachbarten Filterelementen 148 stapelartig angeordnet und die Platten 161 trennen nachfolgende Abschnitte 165 des Zapfens 164". Zwischen jedem Abschnitt 165 und dem Randbereich der Platte 161 befindet sich eine Dichtung 169, welche auf einem etwas erhöhten, auf der Platte 161 ausgebildeten Flachbe reich angeordnet ist. Die Dichtung 169, welche eine Tragflügelgestalt ähnlich derjenigen jedes Abschnitts 165 aufweist, umfaßt eine Versteifung 320 mit einer verdickten Kante 321. Löcher in der Versteifung 320 jeder Dichtung 169 werden mit entsprechenden Löchern in den Randbereichen der Platten 161 und der Abschnitte 165 ausgerichtet. Bolzen können in diese Löcher eingesteckt und dazu verwendet werden, die Anordnung von Platten 161, Abschnitten 165 und Dichtungen 169 bis zu einem geeigneten Grad der Kompression enger anzuziehen. Vorzugsweise werden die Dichtungen ausgebildet und ausreichend komprimiert, damit die verdickte Kante 321 jeder Dichtung geringfügig aus ichrer Position zwischen dem Abschnitt 165 und der Platte 161 in die Prozeß-Kammer in dem Gehäuse 105 vorstehen kann. Wenigstens eine Gruppe aufeinander ausgerichteter Löcher in den Platten 161, den Abschnitten 165 und den Dichtungen 169 bildet eine axiale Bohrung 166. Die axiale Bohrung 166 verbindet die Permeatdurchlässe in den Filterelementen 148 und den Permeatauslaß 108 in dem Gehäuse 105 und dient daher als ein Durchlaß oder Kanal für das Leiten des Permeats von den Filterelementen 148 zu der Außenseite des Gehäuses 105. Jede Dichtung 169 weist auch eine verdickte Kante 322 um die axiale Bohrung 166 herum auf. Infolgedessen, wenn die Anordnung von Platten 161, Abschnitten 165 und Dichtungen 169 komprimiert wird, stehen die verdickten Bereiche der Dichtungen 169 um die axiale Bohrung 166 herum aus ihrer Position zwischen dem Abschnitt 165 und der Platte 161 in die axiale Bohrung 166 vor.
Zusätzliche Bolzen erstrecken sich durch die Basis 152 des Gehäuses 105 in jeden der Zapfen 164', 164", wobei sie die Zapfen 164', 164" sicher an ihrem Platz in dem Gehäuse 105 und mit dem Permeatauslaß 108 ausgerichtet halten. Wieder sind Dichtungen 169' ähnlich wie die zuvor beschriebenen Dichtungen 169 zwischen den Zapfen 164', 164" und der Basis 152 des Gehäuses 105 angeordnet und ausreichend komprimiert, um geringfügig aus der Verbindung zwischen dem Zapfen 164', 164" und der Basis 152 in die Prozeß-Kammer in dem Gehäuse 152 hinein vorzustehen. Was die Zapfen 164" mit der axialen Bohrung 166 betrifft, so können die Zwischenräume zwischen den verdickten Kanten 321, 322 der Dichtungen 169, 169' über die Bolzenlöcher in die Atmosghäre entlüftet werden, wodurch ferner eine Kommunikation zwischen dem Prozeßfluid in der Prozeß-Kammer in dem Gehäuse 105 und dem Permeat in der axialen Bohrung 166 verhindert wird.
Die Filtereinheit weist vorzugsweise eine modulare Konstruktion auf, was das Zusammenbauen und Einbauen sowie das Auseinanderbauen und Entfernen der Filtereinheit aus der dynamischen Filteranordnung erleichtert. Eine modulare Konstruktion erleichtert auch die Konstruktion von Filtereinheiten mit jeder gewünschten, vorher bestimmten Anzahl von Filterelementen, z. B. 1 bis 30 oder mehr.
Gemäß einer Ausführungsform der modularen Konstruktion kann die Filtereinheit ein, doch mehr bevorzugt zwei oder mehr Filtermodule umfassen. Wenn die Filtereinheit ein einziges Filtermodul umfaßt, ist jedes der Filterelemente 148 vorzugsweise kreisförmig und kann sich durch einen Winkel von annähernd 360º erstrecken. Beispielsweise kann jedes Filterelement ein einziges kreisförmiges Element mit einer Schlüssellochöffnung umfassen, was das Montieren der Filtereinheit um die Welle der Dreheinheit herum erleichtern würde. Wenn jedoch die Filtereinheit zwei oder mehr Module umfaßt, kann jedes 360º-Filterelement zwei oder mehr Filterabschnitte, beispielsweise zwei oder mehr Filtersektoren 172 mit einer Spannweite von ungefähr 15º oder weniger bis ungefähr 180º oder mehr umfassen. Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform weist jeder Filtersektor 172 eine Spannweite von ungefähr 180º auf und die Filtereinheit 147 umfaßt zwei separate Filtermodule 173, wobei jedes Modul 173 einen Stapel von 180º-Filtersektoren, die an ihrem jeweiligen Halter 157 befestigt sind, umfaßt. Alternativ kann die Filtereinheit drei, vier oder mehr Filtermodule, jeweils mit einem Halter und einem Stapel Filtersektoren mit einer jeweiligen Spannweite von 120º, 90º oder weniger, umfassen: Die Filtereinheit kann auch zwei oder mehr Filtermodule mit verschiedenen Spannweiten umfassen. Beispielsweise kann die Filtereinheit drei Filtermodule mit einer Spannweite von 90º, 90º bzw. 180º umfassen. Die Kanten der koplanaren Filtersektoren eines jeden der benachbarten Module können aneinander gegenüberliegen, an einander anliegen oder miteinander zusammenpassen, um das kreisförmige Filterelement zu bilden.
Gemäß einem anderen Aspekt der modularen Konstruktion kann die Filtereinheit Filterelemente oder -abschnitte umfassen, welche einzeln an einem Halter befestigbar sind. Beispielsweise, wie in Fig. 2A gezeigt, können ein Filtersektor 172 und ein benachbarter zylindrischer Abschnitt 165 von dem Halter 157 entfernt oder diesem hinzugefügt werden, indem einfach die Verbindungsstange 167 entfernt und wieder eingesetzt wird. Jeder Typ eines Filterabschnitts, z. B. ein Filterabschnitt, der ein poröses Metallmedium, ein poröses Keramikmedium, ein Fasermedium oder eine poröse Membran umfaßt, kann entfernbar an dem Halter befestigt sein.
Wie in Fig. 5 gezeigt, umfaßt eine zweite Ausführungsform der nicht erfindungsgemäßen Filtereinheit einen Halter 157 und einen Filterabschnitt 172 gleich denen, die in den Fig. 2 bis 4 gezeigt sind. Jedoch umfaßt der Filterabschnitt 172 ein Paar einander gegenüberliegende Nasen 174. Wenigstens eine der Nasen 174 umfaßt einen Nippel 175, welcher von der Nase 174 nach außen absteht. Die Permeatdurchlässe in dem Filtersektor 172 erstrecken sich durch die Nase 174 und den Nippel 175 zu einer Öffnung an dem Ende des Nippels 175. Der Halter 157 umfaßt wenigstens zwei Zapfen 176. Jeder Zapfen 176 kann als ein einstückiges-Teil gebildet und aus einem Material mit einem wesentlich geringeren Ausdehnungskoeffizienten als beispielsweise ein aus Polymermaterial gebildeter Filtersektor 172 hergestellt sein. Jeder Zapfen 176 weist mehrere Befestigungsarme 177 auf, und die entsprechenden Arme 177 an den beiden Zapfen 176 nehmen die Nasen 174 des Filtersektors 172 auf, wodurch der Filtersektor 172 sicher an seinem Platz gehalten wird. Wenigstens einer der Zapfen 176 weist einen mittigen Durchlaß oder Kanal auf, welcher mit jedem Arm 177 über ein Anschlußstück 178 in Verbin dung steht. Wenn die den Nippel 175 aufweisende Nase 174 in einen Arm 177 eingefügt wird, gelangt der Nippel 175 mit dem Anschlußstück 178 in Eingriff. Ein um den Nippel 175 herum passend aufgesteckter O-Ring 181 wird in dem Anschlußstück 178 zusammengedrückt und verhindert das Austreten des Prozeßfluids in die Permeatdurchlässe des Filtersektors 172 und des Zapfens 176. Der Zapfen 176 mit dem mittigen Durchlaß, welcher mit den Permeatdurchlässen in dem Filtersektor in Verbindung steht, kann an dem Permeatauslaß an dem Gehäuse verankert sein, was das Fließen des Permeats von dem Filtersektor durch den Zapfen zu dem Permeatauslaß erlaubt.
Wie in Fig. 6 gezeigt, umfaßt eine dritte Ausführungsform der nicht erfindungsgemäßen Filtereinheit ebenfalls einen Halter 157 und einen oder mehr Filtersektoren 172. Jeder Filtersektor 172 ist ähnlich wie der in den Fig. 2 bis 4 gezeigte Filtersektor. Jedoch weist der in Fig. 6 gezeigte Filtersektor 172 eine Spannweite von ungefähr 90º und einen äußeren Randbereich auf, welcher so ausgebildet ist, daß er mit dem Halter 157 sicher in Eingriff stehen kann. Die gegeneinander anliegenden Kanten von koplanaren Filtersektoren 172 können so ausgebildet sein, daß sie zueinander passen und sicher miteinander in Eingriff stehen können. Außerdem erstreckt sich wenigstens ein Nippel 184 mit einem diesen umgebenden O-Ring 185 von dem Randbereich des Filtersektors 172 nach außen ab. Der Halter 157 umfaßt einen Viertelabschnitt einer zylindrischen Wand und weist Nuten 186 auf, welche mit dem geformten äußeren Randbereich der Filtersektoren 172 zusammenpassen, um die Filtersektoren 172 sicher an ihrem Platz anzuordnen. Jede Nut weist wenigstens ein- Anschlußstück 187 auf, welches mit dem Nippel 184 und dem O-Ring 185 auf gleiche Weise wie bezüglich Fig. 5 erörtert zusammenpaßt. Jedes Anschlußstück 187 kann mit einem Durchlaß oder Kanal in dem Halter 157 verbunden sein, welcher seinerseits mit dem Permeatauslaß in Verbindung steht, was das Fliessen des Permeats von dem Filtersektor 172 durch den Halter 157 zu dem Permeatauslaß erlaubt. Der Halter 157 kann ferner eine oder mehr Öffnungen 188 zwischen benachbarten Filtersektoren 172 umfassen. Die Öffnungen 188 können mit dem Prozeßfluideinlaß verbunden sein, um Prozeßfluid zwischen jeden der benachbarten Filtersektoren 172 einzuspeisen, oder sie können mit dem Retentatauslaß verbunden sein, um Retentat aus den Zwischenräumen zwischen den Filtersektoren 172 zu entfernen.
Bei jeder der Fig. 2 bis 6 ist der Stapel aus Filterelementen und Filterabschnitten vertikal ausgerichtet. Alternativ kann der Stapel horizontal oder in jedem zwischen der Horizontalen und der Vertikalen liegenden Winkel ausgerichtet sein.
Die modulare Konstruktion der Filtereinheit bietet viele Vorteile gegenüber herkömmlichen dynamischen Filteranordnungen. Beispielsweise kann das Einbauen sowie das Entfernen und Austauschen der Filtermodule rasch und leicht unter Verwendung von üblicherweise erhältlichen Werkzeugen bewerkstelligt werden. Wenn der Kopf von der Basis abgenommen worden ist, können die Filtermodule leicht von den Elementen der Dreheinheit auseinandergenommen werden, indem einfach das Filtermodul in Radialrichtung von der Dreheinheit fort herausgezogen wird. Ein neues Filtermodul kann ebensoleicht durch Hineinschieben in Radialrichtung an seinen Platz zwischen den Elementen der Dreheinheit gebracht werden. Diese bequeme Handhabung ist besonders bei großen Stapeln wichtig. Ferner erfordert weder das Entfernen noch das Ersetzen das Auseinanderbauen der Dreheinheit.
Nicht nur kann ein gesamtes Filtermodul ersetzt werden, sondern es kann auch ein einzelner Filterabschnitt in dem Filtermodul kann auch ersetzt werden. Wenn die Filterabschnitte, beispielsweise die Filtersektoren, entfernbar an dem Halter befestigt sind, können nach dem Entfernen des Filtermoduls aus dem Gehäuse alle defekten Filtersektoren von dem Halter entfernt und durch neue Filtersektoren ersetzt werden. Dies verringert die Instandhaltungskosten in signifikantem Maß, da es das Ersetzen nur derjeniger Filtersektoren, die defekt sind, ermöglicht und die Nutzlebensdauer der Vorrichtung als ein System mit durch Wartung aufrechterhaltbarer hoher Integrität verlängert.
Durch eine modulare Konstruktion wird auch eine weit zuverlässigere Filtereinheit erhalten, da sie bezüglich ihrer Integrität viel umfassender getestet werden kann, sowohl während der Herstellung als auch im Einsatz. Während der Herstellung kann jede Komponente der Filtereinheit, z. B. jeder Filtersektor, jeder Halter, jedes Filtermodul, bezüglich ihrer Integrität vor dem endgültigen Zusammenbauen und Testen geprüft werden. Im Einsatz ermöglicht die modulare. Konstruktion das leichte Erkennen einer einzelnen defekten Komponente der Filtereinheit. Jedes Filtermodul kann einzeln bezüglich seiner Integrität getestet werden, um ein defektes Filtermodul zu finden, und dann können jeder Halter und Filtersektor in dem defekten Filtermodul bezüglich ihrer Integrität getestet werden.
Außerdem ist die modular konstruierte Filtereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung robust genug, um über viele Zyklen in situ gereinigt zu werden, und kann dennoch aus Materialien mit leichtem Gewicht wie etwa Kunststoffen zusammengesetzt sein. Die modularen Filtereinheiten erleichtern auch die Entsorgung. Die aus Kunststoff hergestellten Komponenten der Filtereinheit können leicht auseinandergebaut werden, wodurch ein Abfallprodukt mit geringem Volumen und leichter Verbrennbarkeit erhalten wird.
Die Reinigung in situ wird durch die zuvor unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschriebenen Anordnungen beträchtlich erleichtert. Diese Anordnungen umfassen strukturelle Merkmale, welche keine Verunreinungen beherbergen und/oder welche beim automatischen Reinigen in situ Verunreinigungen leicht freigeben. Beispielsweise können Oberflächenausführungen insbesondere der metallischen Komponenten wie etwa die Basis, der Kopf, die Zapfen, die Drehelemente und die Welle, auf mechanische Weise hergestellt und poliert, sogar elektrolytisch poliert, werden, wodurch die Oberflächenrauheit auf Mikrometer- und Submikron niveau verringert wird, um Verunreinigungen einen schwächeren Halt zu bieten. Strukturen wie der Kopf 153 des Gehäuses 105 und die Filterelemente 148 oder die Zapfen 164 können voneinander beabstandet sein und die Anzahl der Fugen wie etwa die Fuge zwischen der Basis 152 und dem Kopf 153 können minimiert werden, wodurch die Anzahl von Ritzen, Rissen und Spalten, welche Verunreinigungen beherbergen können, begrenzt wird. Diese Ritzen, Risse und Spalten können durch Stopfbuchsen und Dichtungen wie etwa die Dichtungen zwischen den Filterelementen 148 und den Abschnitten 165 der Zapfen 164" und die Dichtung zwischen der Basis 152 und dem Kopf 153, welche dazu vorgesehen sind, in zusammengedrticktem Zustand die Öffnung der Fuge auszufüllen, sich in den Prozeßfluidstrom oder die Kammer vorzuwölben und die Öffnung der Fuge zu verschließen, weiter minimiert werden. Beispielsweise ist jedes im wesentlichen D-förmige Filtermodul 173, in Fig. 4B gezeigt, frei von Spalten, welche Verunreinigungen beherbergen können, weil die Dichtungen 169 aus jeder Fuge zwischen den Filterplatten 161 und den Zapfenabschnitten 165 vorstehen. Ferner minimiert das Minimieren der Fugen auch die Anzahl der Dichtungen und dadurch entfällt die Notwendigkeit; die Dichtungen häufig zu ersetzen, was bewanderte Techniker erfordert, um eine dynamische Integrität sicherzustellen.
Außerdem können Merkmale, welche den Fluidfluß in der Prozeß- Kammer betreffen, so gestaltet werden, daß die Bildung von Wirbeln und die Ablagerung von Verunreinigungen verhindert wird. Beispielsweise werden Strukturen wie die tragflügelartigen Zapfen 164', 164" mit stromlinienförmigen Gestalten mit geringem Strömungswiderstand gebildet werden. Ferner können die Fließwege in der Prozeß-Kammer so vorgesehen sein, daß ein Hochgeschwindigkeitsfluß alle Oberflächen erreicht, um Verunreinigungen von den Oberflächen fort zu transportieren. Bereiche, in welchen niedrige Geschwindigkeiten herrschen, wie diejenigen, welche innerhalb eines Wirbels auftreten, unterstützen das Ablagern von Verunreinigungen, können aber durch die Bildung von Hohlkehlen und das Abrunden von Kanten und Ecken, beispielsweise des Innenraums des Gehäuses 105 und der Filterelemente 148, minimiert werden. Außerdem können flache Oberflächen für das Abfließen geneigt sein, wo immer es möglich ist, um das Ablaufen zu fördern und das Bilden von Totzonen zu minimieren, und große Reinigungsöffnungen können vorgesehen sein, um adäquate Austrittsgeschwindigkeiten zu ermöglichen, wodurch der Abtransport von Verunreinigungen aufrechterhalten wird.
Die Dreheinheit, welche die Elemente 151 und die Drehwelle 134 umfaßt, kann ebenfalls auf vielfältige Weise konfiguriert sein. Beispielsweise können die Elemente 151 und die Welle 134 als ein einstückiger Rotor ausgebildet sein. Eine einstückige Konstruktion des Rotors ergibt einen ausgewuchteten Präzisionsrotor, welcher für den stabilen Betrieb weit über das Maß von mehrteiligen Anordnungen hinaus geeignet ist. Ferner kann ein einstückiger Rotor ohne Spalten und Verbindungsstellen und mit Abrundungen, wie in Fig. 6A gezeigt, ausgebildet sein, was das Reinigen in situ noch weiter erleichtert.
Wie in Fig. 1 gezeigt, kann der Rotor auch abnehmbar mit der Motoranordnung 133 der Dreheinheit 132 verbunden sein, vorzugsweise außerhalb der Radialdichtringe 135. Rotoren verschiedener Höhe können dann vorgesehen sein, welche Filtermodulen verschiedener Höhe entsprechen, wobei jeder Rotor die geeignete Anzahl Drehelemente 151 für die Anzahl Filterabschnitte in dem entsprechenden Filtermodul aufweist. Köpfe verschiedener Höhe, welche den jeweiligen Höhen der Rotoren und Filtermodule entspricht, können ebenfalls vorgesehen sein. Dieses Design erlaubt Modularität für die Herstellung von Maschinen verschiedener Höhe und/oder Kapazität durch das Austauschen von Filtermodulen, Rotoren und Köpfen.
Die Dreheinheit kann auch auf andere Weise konfiguriert sein. Beispielsweise können die Elemente 151 flach oder konisch sein. Wie in Fig. 2 gezeigt, können die Elemente 151 massive Scheiben umfassen, welche passend auf die Welle 134 aufgesteckt und mit den stationären Filterelementen 148 alternierend geschichtet sind. Jede Scheibe 151 kann eine Größe, eine Gestalt und eine Oberflächenkontur aufweisen, welche die Fähigkeit des Fluids in dem Spalt zwischen jeder Scheibe 151 und jeder Filterplatte 148, Ablagerungen von der Oberfläche des Filters 162 zu spülen und das Verschmutzen des Filters 162 zu verhindern, maximiert. Beispielsweise, wie in Fig. 2 gezeigt, kann jede Scheibe sich verjüngend ausgebildet sein und mit zunehmendem Radius dünner werden. Dies bewirkt einen sich verjüngenden Spalt 191, was dazu beitragen kann, das Filter 162 frei von angesammelten Ablagerungen zu halten. Die Größe und Gestalt des Spalts, die Konfiguration der Drehscheiben und die Drehgeschwindigkeit der Scheiben können so gestaltet sein, daß eine vorher bestimmte Schergeschwindigkeit entlang dem Radius der Filterelemente erhalten wird, welche das Ansammeln von Ablagerungen auf der Oberfläche der Filter verhindert.
Eine dynamische Filteranordnung kann Scherkräfte erzeugen, indem ein Fluid durch die Wirkung eines Drehelements an einem Filterelement vorbei bewegt wird. Die durch die relative Rotation des Filterelements gegenüber dem Drehelement erzeugte Schergeschwindigkeit beträgt typischerweise ungefähr 10&sup5; sec&supmin;¹. Es wurde entdeckt, daß eine überraschenderweise unerwartete Verbesserung der Fließrate durch das Filterelement erzielt werden kann, indem eine Nettoradialströmung durch den Spalt zwischen dem Filterelement und dem Drehelement zusätzlich zu der Zirkulationsströmung, welche durch die relative Rotation des Filterelements gegenüber dem Drehelement bewirkt wird, erzeugt wird.
Man könnte erwarten, daß die Schergeschwindigkeit einer Nettoradialströmung durch den typischerweise großen Spalt einer dynamischen Filteranordnung in der Abwesenheit einer relativen Rotation verhältnismäßig unbedeutend ist. Daher würde erwartet, daß die Fließrate durch das Filterelement größtenteils unabhängig von einer Nettoradialströmung ist, wenn das Filterelement und das Drehelement relativ zueinander drehen. Jedoch ist gefunden worden, daß eine Nettoradialströmung eine signifikante Auswirkung auf die Fließrate hat.
Bei einem Verfahren wurde ein proteinhaltiges, auf Wasserbasierendes Fluid mit einem Proteingehalt von ungefähr 3 Gew.-% bei einer Geschwindigkeit von 300 ml/min in eine dynamische Filteranordnung mit einem einzigen Filterelement mit einer Größe von 15,2 cm (6 Inch), welches mit einer Membran aus Nylon 66 mit einer Porengröße von 0,45 Mikrometer, beispielsweise der von Pall Corporation unter der Handelsbezeichnung Ultipor N66 erhältlichen Membran, ausgestattet war, eingeleitet. Das Drehelement der dynamischen Filteranordnung wurde bei 2200 U/min betrieben und das Fluid wurde von dem Außendurchmesser zu der Mitte des Filterelements hin und von dort zu dem Retentatauslaß geleitet. Der Druck auf der Aufstromseite wurde konstant gehalten und der Permeatfluß wurde über einen Zeitraum überwacht. Nach ein paar Minuten wurde ein stetiger Fluß von ungefähr 1000 l/m²/h/bar erhalten, wie in Fig. 6B gezeigt.
Das anfängliche Verfahren wurde mit der Ausnahme, daß ein Liter des proteinhaltigen, auf Wasser basierenden Fluids pro Minute in die dynamische Filteranordnung eingeführt wurde, wiederholt. Nach ein paar Minuten wurde eine stetige Fließrate von ungefähr 3000 l/m²/h/bar erhalten, wie in Fig. 6B gezeigt.
Es ist klar, daß durch das Erhöhen der Rate des Einspeisens in die dynamische Filteranordnung und hierdurch bewirkte Erhöhung der Nettoradialströmung entlang der Membran eine höhere Fließrate erzielt wurde. Dies ist überraschend, da die Schergeschwindigkeit aufgrund der Nettoradialströmung in Abwesenheit einer relativen Rotation der Membran gegenüber der Drehscheibe in der Größenordnung von 10² sec&supmin;¹ liegen würde, was sehr gering ist im Vergleich zu der Schergeschwindigkeit, die durch die relative Rotation der Membran gegenüber der Drehscheibe erzeugt wird.
Es wurde gefunden, daß die positive Auswirkung einer erhöhten Nettoradialströmung auch einen konstanten Permeatbetrieb betrifft. Das anfängliche Verfahren wurde nochmals wiederholt, außer daß die Permeatrate bei einer Geschwindigkeit von 550 ml/min konstant gehalten wurde, die Zuführgeschwindigkeit des proteinhaltigen, auf Wasser basierenden Fluids 1,5 l/min betrug und der über die Membran wirkende Druck ansteigen gelassen wurde. Der über die Membran wirkende Druck erhöhte sich auf den festgelegten Wert in annähernd 40 Minuten.
Dieses konstante Permeatverfahren wurde in identischer Weise wiederholt, außer daß die Einspeiserate bei 4,0 l/min aufrechterhalten wurde. Der über die Membran wirkende Druck erhöhte sich auf denselben festgelegten Wert in annähernd 145 Minuten.
Wiederum resultierte das Erhöhen der Rate des Einspeisens durch die dynamische Filteranordnung und die dadurch bewirkte Erhöhung der Nettoradialströmung über der Membran in einer längeren Betriebsdauer, bevor der festgelegte Wert für den über die Membran wirkenden Druck erreicht wurde, und hatte daher einen größeren Durchsatz zur Folge.
Demgemäß wird eine Prozeßfluid-Einspeiserate im Bereich von ungefähr 1 bis ungefähr dem Hundertfachen der Permeatfließrate bevorzugt. Eine Prozeßfluid-Einspeiserate von ungefähr dem Zweifachen bis ungefähr dem Dreißigfachen der Permeatfließrate wird noch mehr bevorzugt. Eine Prozeßfluid-Einspeiserate von ungefähr dem Zweifachen bis ungefähr dem Zehnfachen der Permeatfließrate wird am meisten bevorzugt.
Eine Theorie, welche die überraschend unerwarteten Ergebnisse, welche der Nettoradialströmung zuzuschreiben sind, erklären kann, besagt, daß der für die dynamische Filteranordnung bevorzugte Betriebsbereich der Bereich ist, in welchem eine Kärmänsche Rotationsströmung erzeugt wird, wie in Boundary Layer Theory von Dr. Hermann Schlichting, McGraw-Hill, 1979, erörtert. Diese Rotationsströmung wird durch eine Flüssigkeitsmenge gekennzeichnet, welche bei der im allgemeinen halben Winkelgeschwindigkeit des Drehelements dreht, wobei sie zu dem Drehelement und dem stationären Filterelement benachbarte Grenzschich ten aufweist. Diese Kärmänsche Rotationsströmung mag für die sehr hohen Schergeschwindigkeiten verantwortlich sein, die in den engen Grenzschichten auftreten; und das Phänomen selbst wird durch die Gesamtbreite des Spalts nicht in signifikantem Maß beeinflußt. Jegliche Nettoradialströmung durch den Spalt in Anwesenheit der Kàrmànschen Rotationsströmung kann gezwungen werden, vollständig in den von der Rotationsströmung erzeugten Grenzschichten zu liegen. Da die Nettoradialströmung in den extrem engen Grenzschichten konzentriert ist, erzeugt sie eine unerwartet hohe Schergeschwindigkeit, welche überraschend vorteilhafte Auswirkungen bewirkt. Die Nettoradiahströmung ist vorzugsweise auf einen Wert beschränkt, bei welchem die Kärmänsche Rotationsströmung nicht in signifikantem Maß gestört wird. Beispielsweise kann die Kärmänsche Rotationsströmung aufrechterhalten werden, wenn die mittlere Geschwindigkeit der Nettoradialströmung so groß wie oder kleiner als die örtliche Oberflächengeschwindigkeit des Drehelements ist.
Bei einer zweiten Ausführungsform der Dreheinheit können die Scheiben eine mikroskopisch geringe Oberflächenrauheit sowie große Oberflächenstrukturen wie etwa Vorsprünge, Aussparungen oder eine Kombination der beiden aufweisen. Beispielsweise, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt; können die Drehscheiben 151 Rippen 192 oder Nuten 193 aufweisen, welche sich über eine oder beide Oberflächen der Scheibe 151 von der Mitte bis zum Randbereich erstrecken. Die Rippen 192 oder die Nuten 193 können sich in einer geraden Radialrichtung, wie in Fig. 7 gezeigt, oder in einer Spiralrichtung; wie in Fig. 8 gezeigt, erstrecken: Ferner können die Vorsprünge und Aussparungen vereinzelte Hökker oder Vertiefungen, die über die Oberfläche der Drehscheibe verteilt sind, umfassen.
Die Oberflächenstruktur der Scheiben kann mehrere Auswirkungen erzeugen. Beispielsweise kann sie die Bildung von turbulenter Strömung in dem Spalt zwischen den Scheiben und den Filterelementen erleichtern und/oder optimieren. Da die Vorsprünge und Aussparungen "Minihindernisse" darstellen, können kleine Wir belströmungen an der Grenze zu dem Fluid gebildet werden. Dies kann eine turbulente Strömung hervorrufen, welche ihrerseits die Ansammlung von Ablagerungen auf der Oberfläche der Filter hemmen kann. Zusätzlich zu den in den Fig. 7 und 8 gezeigten Anordnungen können die Elemente der Dreheinheit jede geeignete Konfiguration für das Erzeugen von Turbulenz in dem Spalt zwischen den Drehelementen und den Filterelementen aufweisen. Beispielsweise können die Drehelemente mit Schlitzen versehen sein oder einzelne Flügel, die von der Welle abstehen, umfassen.
Die Drehscheiben bewirken auch eine Pumpwirkung aufgrund der Zentrifugalkräfte, welche durch die Drehscheiben erzeugt werden. Die natürliche Oberflächenrauheit der Scheiben zieht Fluid mit sich, welches sich in der Umgebung der Oberflächen der Drehscheiben befindet, und treibt das Fluid in einem spiralartigen Strömungsmuster durch die Spalte. Alle großen, in der Oberfläche der Drehscheiben angeordneten Vorsprünge und/oder Aussparungen, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, können die Pumpwirkung noch verstärken. Beispielsweise können die Spiralen der Rippen 192 und/oder der Nuten 193 zusätzliche Pumpwirkung bewirken und zwar durch Annähern der Bahn, auf welcher sich ein Fluidanteil bewegen würde, wenn er durch den Spalt 35 von der Mitte zu dem Randbereich tritt, unter der kombinierten Wirkung von Zentrifugalkraft und Reibungskraft aufgrund der Oberfläche der Drehscheibe.
Das Spiralmuster der Rippen 192 und/oder der Nuten 193 zeigt verschiedene Größenordnungen der Pumpwirkung in Abhängigkeit von der Drehrichtung. Üblicherweise sind die Pumpwirkung und die Turbulenz zwei wechselseitig gegeneinander wirkende Effekte. Angesichts dieser Tatsache eignet sich die in Fig. 8 gezeigte Ausführungsform für wenigstens zwei Betriebsarten. Bei der ersten Betriebsart wird die Scheibe in der Richtung gedreht, in welcher die Pumpwirkung der vorherrschende Effekt ist, während die Erzeugung von Turbulenz weniger betont ist. Bei der zweiten Betriebsart wird die Scheibe in der entgegengesetzten Richtung gedreht, wodurch die Erzeugung von Turbulenz betont und die Pumpwirkung weniger vorherrschend gemacht wird. Daher bietet die Ausführungsform von Fig. 8 Flexibilität bei der Betreibung der dynamischen Filteranordnung. Insbesondere kann ein unterschiedliches Pumpwirkungsverhalten und Turbulenzverhalten ohne Verändern der Drehgeschwindigkeit der Drehscheiben erzielt werden. Diese erhöhte Flexibilität des Betriebs wird durch eine Verringerung der Symmetrie der Oberflächenstruktur der Drehscheibe erzielt, wenn man von der Ausführungsform von Fig. 7 zu der Ausführungsform von Fig. 8 übergeht.
Die Welle 134 kann vielfältige Konfigurationen aufweisen. Beispielsweise, wie in Fig. 9 gezeigt, umfaßt die dynamische Filteranordnung 101 eine Welle 134 mit mehreren sich axial erstreckenden Zinken 194, an welchen die Drehscheiben befestigt sind.
Der Prozeßfluideinlaß 106 ist mit der Welle 134 am unteren Ende der Zinken 194 und oberhalb einer mechanischen Radialdichtung 135 verbunden. Das Prozeßfluid strömt axial entlang der Zinken 194 parallel entlang jedem Filterelement 148 der Filtereinheit 147 und durch den Retentatauslaß 107 hinaus.
Die Welle 134 kann auch massiv oder hohl sein. Wenn die Welle massiv ist, kann die Drehscheibe 151 Öffnungen nahe der Welle aufweisen, was dem Prozeßfluid erlauben würde, axial entlang der Welle zu fließen, und eine parallele Strömung des Prozeßfluids zwischen der Mitte und dem Randbereich der Filtereinheit bewirken würde. Wenn die Welle hohl ist, kann ein Durchlaß axial von dem Boden hinauf oder von dem oberen Ende durch die Welle hinab verlaufen und mit dem Inneren des Gehäuses durch Öffnungen in der Welle zwischen benachbarten Drehscheiben kommunizieren. Der Durchlaß in der Welle kann entweder mit dem Prozeßfluideinlaß oder dem Retentatauslaß verbunden sein, um eine parallele Strömung des Prozeßfluids zwischen der Mitte und dem Randbereich der Filtereinheit zu bewirken.
Wie in Fig. 10 gezeigt, kann eine hohle Welle mit Drehscheiben 151 versehen sein, welche einstückig an der Welle 134 montiert sind. Jede dieser Drehscheiben 151 ist zwischen zwei benachbarten Filtersektoren 172 angeordnet, wodurch enge Spalte 191 gebildet werden. Ein Schneckenförderer 195, dessen Achse mit der Längsachse der Hohlwelle 134 konzentrisch ist, kann in der Hohlwelle 134 integriert angeordnet sein. Infolgedessen wird, wenn die Welle 134 dreht, durch den Schneckenförderer 195 in der Hohlwelle 134 eine Pumpwirkung bewirkt. Beispielsweise kann Prozeßfluid entlang der Hohlwelle 134 gepumpt und durch Öffnungen 196 in der Wandung der Hohlwelle 134 in die Mehrzahl enger Spalte 191 verteilt werden. Der integrierte Schneckenförderer 195 von Fig. 10 weist vorzugsweise eine abnehmende Ganghöhe in der Richtung der Fluideinspeisung entlang der Hohlwelle 134 auf, um ein gleichmäßiges Fließmuster über jedem der engen Spalte 191 zu erzielen. Das Verändern der vorher ausgewählten Ganghöhe entlang der Drehachse erlaubt eine entsprechende, vorher ausgewählte Anpassung der Druck/Strömungsverteilung entlang der Hohlwelle 134 und ihrer Einspeiseöffnungen 196.
Die in Fig. 10 gezeigte Hohlwelle bewirkt auf synergistische Weise eine Pumpwirkung durch Drehen sowohl des Schneckenförderers 195 und der Drehscheiben 151. Je nach den spezifischen Anforderungen kann der Schneckenförderer integriert in der Hohlwelle angeordnet sein, wobei seine Drehung mit der Rotation der Drehscheiben 151 gekoppelt ist, oder der Schneckenförderer kann unabhängig von der Hohlwelle und ihrer Drehscheiben 151 drehen. Ferner kann es vorteilhaft sein, den Schneckenförderer sogar in einer zu der Drehung der Hohlwelle entgegengesetzten Richtung drehen zu lassen.
Fig. 11 zeigt eine Welle 134, welche nicht hohl sein muß und drehbar in der Basis 152 befestigt ist. Mehrere Drehscheiben 151 (von welchen nur eine in der Figur gezeigt ist), sind einstückig an der Welle 134 befestigt. Bei dieser Ausführungsform ist jedes Filterelement 148 aus vier Filtersektoren 172 zusammengesetzt, jeder mit einer Spannweite von ungefähr 90º. Pro zeßfluidzuführmittel sind als separate Zuführleitungen 198, die in der Basis 152 befestigt sind, vorgesehen. Gleichermaßen sind Permeatausleitungsmittel als separate Permeatleitungen 201, die in der Basis 152 befestigt sind, vorgesehen. Bei der Ausführungsform von Fig. 11 umfaßt jeder Filtersektor 172 einen integrierten Prozeßfluidzuführkanal 202 und einen integrierten Permeatkanal 203. Prozeßfluid tritt in die dynamische Filteranordnung durch den Prozeßfluideinlaß ein und strömt durch die Prozeßfluidzuführleitungen 198 weiter, wo es in die integrierten Prozeßfluidzuführkanäle 202 jedes Filtersektors 172 verzweigt. Das Prozeßfluid bewegt sich radial nach innen durch die integrierten Prozeßfluidzuführkanäle 202 und wird in die. Spalte 191 zwischen benachbarten Filterelementen 148 und Drehscheiben 151 ausgestoßen. Das Prozeßfluid fließt dann radial nach außen in den Spalten 191 und wird in Permeat und Retentat aufgetrennt, wenn es über das Filter jedes Filtersektors 172 strömt. Permeat in jedem Filtersektor 172 wird durch den integrierten Permeatkanal 203 abgezogen und durch die Permeatfluidleitungen 201 zu dem Permeatauslaß geleitet. Das Retentat strömt in dem Gehäuse zu dem Retentatauslaß.
Ein Vorteil dieser Anordnung ist die Tatsache, daß, selbst wenn das Prozeßfluid von dem Randbereich zu der Mitte hin zugeführt wird, es keiner Zentrifugalkraft ausgesetzt ist, welche der Pumpwirkung der Dreheinheit entgegenwirkt. Ferner wird keine Hohlwelle mit Öffnungen benötigt. Ein zweiter Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, daß die Prozeßfluidzuführleitungen und -kanäle 198, 202 und die Permeatleitungen und -kanäle 201, 203 als eine Tragestruktur für die Filtersektoren 172 dienen. Somit haben die Leitungen und Kanäle eine Doppelfunktion. Die Filtersektoren 172 einschließlich der Filter, die integrierten Prozeßfluidzuführkanäle 202 und die integrierten Permeatkanäle 203 können vorzugsweise auf dem Tragegerüst, welcher durch die Prozeßfluidzuführleitungen 198 und die Permeatleitungen 202 gebildet wird, austauschbar befestigt sein. Jeder Filtersektor 172 mit seinen entsprechenden integrierten Kanälen 202, 203 bildet eine unabhängig arbeitende Einheit der Filter vorrichtung in Zusammenwirkung mit jeder benachbarten Drehscheibe 151. Daher ist keine Art von Dichtungen zwischen benachbarten Filtersektoren 172 erforderlich, wodurch der Austausch von Filtersektoren 172 erleichtert wird. Das heißt, es ist keine Radialdichtung zwischen benachbarten Filtersektoren erforderlich. Der einzige Typ von Dichtung, der erwünscht ist, ist eine kleine Dichtung 204 an der Verbindungsstelle zwischen jedem integrierten Prozeßfluidzuführkanal 202 und der entsprechenden Prozeßfluidzuführleitung 198. Analog hierzu ist eine ähnliche Dichtung 204 zwischen dem integrierten Permeatkanal 203 und der entsprechenden Permeatleitung 201 erforderlich.
Fig. 12A zeigt eine Vorderansicht, Fig. 12B zeigt eine Draufsicht, bei welcher Teile des Filters 161 entfernt sind, um das Innere sichtbar zu machen, und Fig. 12C zeigt eine perspektivische Ansicht eines typischen Filtersektors für die Ausführungsform von Fig. 11, wobei die innere Struktur sichtbar gemacht ist. Der Filtersektor 172 dieser Ausführungsform ist kastenförmig mit einem integrierten Permeatkanal 203 zum Sammeln von Permeat aus dem Inneren des Kastens und Leiten des Permeats zu der Permeatleitung 201. Der zweite integrierte Kanal ist ein integrierter Prozeßfluidzuführkanal 202. Öffnungen 205 sind entlang der Länge des integrierten Permeatkanals 203 in dem Filtersektor 172 ausgebildet. Dieser Filtersektor mit einem integrierten Permeatkanal 203 und einem integrierten Prozeßfluidzuführkanal 202 ist an dem Leitungsgerüst der Ausführungsform von Fig. 11 befestigt, wobei die Öffnungen am Ende des Prozeßfluidzuführkanals 202 und des Permeatkanals 203 mit der Prozeßfluidzuführleitung 198 und der Permeatleitung 201 in Verbindung stehen. In diesem Fall sind zwei Dichtungen 204 an den beiden zuvor erwähnten Verbindungsstellen vorgesehen. Permeat fließt sodann aus dem Inneren des Filtersektors 172 durch die Öffnungen 205 in den integrierten Permeatkanal 203 und den integrierten Permeatkanal 203 und die Permeatleitung 201 entlang zu dem Permeatauslaß.
Fig. 13 zeigt eine Welle 134, welche drehbar in der Basis 152 befestigt ist. Die Drehwelle 134 umfaßt eine Mehrzahl von Drehscheiben 151, welche einstückig an der Welle 134 befestigt sind. Prozeßfluidzuführmittel und Permeatausleitungsmittel sind als ein separates Gerüst aus Leitungen 198, 201, welche in der Basis 151 montiert sind, vorgesehen. In der Anordnung von Fig. 13 umfaßt jeder Filtersektor 172 einen integrierten Permeatkanal, doch die sich radial erstreckenden Prozeßfluidzuführkanäle 202 sind separat von und benachbart zu jedem Filtersektor 172 angeordnet. Jeder dieser Filtersektoren 172 mit seinen beiden Filtern 162 bildet einen geschlossenen Kasten mit nur einer Öffnung 206, welche von dessen Innenseite in die Permeatausleitungsleitungen 201 führt. An der Verbindungsstelle zwischen einem Filtersektor 172 und den Permeatausleitungsleitungsmitteln 201 ist eine Dichtung 204 vorgesehen, Jeder Filtersektor 172 ist von einem Paar separater Prozeßfluidzuführkanälen 202 gehalten. Zusätzlich ist eine Abstützung an der Verbindungsstelle zwischen dem Filtersektor 172 und der Permeatleitung 201 vorgesehen.
Bei dieser bestimmten Anordnung von Fig. 13 tritt Prozeßfluid durch die Basis 152 ein und strömt durch die Prozeßfluidzuführleitungen 198 weiter, wo es in die separaten Prozeßfluidzuführkanäle 202, welche nun eine Doppelfunktion erfüllen, verzweigt. Erstens bieten sie eine Abstützung für jeden Filtersektor 172. Zweitens erlauben sie das Fließen von Prozeßfluid in einer radial nach innen verlaufenden Richtung innerhalb eines nichtdrehenden Bereichs der dynamischen Filteranordnung. Auf diese Weise muß Prozeßfluid nicht gegen eine Zentrifugalkraft gepumpt werden. An dem in der Mitte gelegenen Ende jeder separaten Prozeßfluidzuführleitung 198 dreht das einströmende Prozeßfluid um und tritt in die Spalte 191 zwischen den Drehscheiben 151 und den Filterelementen 148 ein, welchletztere jeweils aus mindestens zwei Filtersektoren 172 zusammengesetzt sind. Das Prozeßfluid wird dann durch die Drehscheiben 151 in eine radial nach außen verlaufende Richtung getrieben. Somit wird eine Pumpwirkung erzeugt, durch welche Prozeßfluid durch Prozeßfluidzuführ leitungen und -kanäle 198, 202 gesaugt wird. Wenn das Prozeßfluid an den Filtern 162 der Filterelemente 148 vorbeiströmt, wird es kontinuierlich in Permeat, welches in die Filterelemente 148 eintritt, und Retentat, welches in den Spalten 191 verbleibt, aufgetrennt. Das Permeat bewegt sich dann durch die Filtersektoren 172 und die Permeatausleitungsmittel (Leitungen 201) zu dem Permeatauslaß, während das Retentat durch den Spalt 191 zu dem Randbereich des Gehäuses und von dort zu dem Retentatauslaß fließt.
Ein Vorteil dieser Anordnung ist ihre strukturelle Stabilität der Filtersektoren 172 und somit der Filterelemente 148. Außerdem können die Filtersektoren 172 auf modulare Weise leicht montiert und ersetzt werden. Die einzige erforderliche Dichtung ist eine Dichtung 204 an der Verbindungsstelle zwischen jedem Filtersektor 172 und den Permeatleitungen 201. Wieder wird kein Radialdichtring benötigt, was das Austauschen von Filtersektoren 172 erleichtert. Die Anordnung von Fig. 13 kann auch mit mehr als einer Permeatleitung für jeden Filtersektor 172 versehen sein. Ferner kann die Winkelausdehnung jedes Filtersektors 172 in beträchtlichem Maß variiert werden. Um die Austauschbarkeit von Filtersektoren 172 einfach zu halten, kann ein Filtersektor vorzugsweise eine Spannweite bis zu 180º aufweisen, wobei zwei Filtersektoren 172 benötigt werden, um ein Filterelement 148 zu bilden.
Fig. 14A zeigt eine Vorderansicht, Fig. 14B zeigt eine Draufsicht und Fig. 14C zeigt eine perspektivische Ansicht eines typischen Filtersektors für die Anordnung von Fig. 13. Dies ist ein Kasten mit wenigstens einem integrierten Permeatkanal zum Sammeln von Permeat in dem Kasten und Leiten des Permeats zu der Permeatleitung 201. Die vertikalen radialen Kanten des Filtersektors 172 können mit Kerben oder Nuten, welche Nuten oder Kerben auf der Außenseite der separaten Prozeßfluidzuführkanäle 202 entsprechen, versehen sein. So kann jeder Filtersektor 172 paßgenau angeordnet und an einem Tragegerüst montiert sein, welches die Prozeßfluidzuführleitungen und -kanäle 198, 202 und die Permeatleitungen 201 umfaßt.
Fig. 15 ist eine Draufsicht eines Teils der Anordnung von Fig. 13. Die vertikalen Permeatleitungen 201 und Prozeßfluidzuführleitungen 198 sind als Querschnitt gezeigt. Die sich radial erstreckenden, separaten Prozeßfluidzuführkanäle 202 sind mit jeder Prozeßfluidzuführleitung 198 verbunden. Ein Filtersektor ist nicht gezeigt.
Fig. 16 zeigt denselben Teilbereich derselben Anordnung wie Fig. 15. Nun ist ein Filtersektor 172 gezeigt. Das Fließmuster ist durch Pfeile und kleine Kreise dargestellt. Ein Kreis mit einem Punkt bedeutet ein Aufwärtsfließen und ein Kreis mit einem Kreuz bedeutet ein Abwärtsfließen. Es ist ersichtlich, daß sich Prozeßfluid in einer Aufwärtsrichtung durch die Prozeßfluidzuführleitungen 198 bewegt, um dann in die sich radial erstreckenden, separaten Prozeßfluidzuführkanäle 202 abzuzweigen. Von diesen separaten Prozeßfluidkanälen 202 tritt Prozeßfluid in den Spalt 191 zwischen Filterelementen 148 und den Drehscheiben 151 ein. Permeatfluß in jedem Filtersektor 172 wird durch unterbrochene Pfeile in der Richtung von der Mitte zu dem Randbereich des Filtersektors hin dargestellt, wo es durch den integrierten Permeatkanal 203 und zu den Permeatleitungen 201 fließt.
Die Erfindung ist zwar in manchen Einzelheiten zur Erläuterung beschrieben worden, doch eignet sich die Erfindung für verschiedene Modifikationen und alternative Formen und ist nicht auf die dargelegten Ausführungsformen beschränkt. Diese spezifischen Ausführungsformen sollen die Erfindung nicht einschränken:

Claims

1. Dynamische Filteranordnung, umfassend:

ein Gehäuse (105);

einen Einlaß (106) für Prozeßfluid, welcher so angeordnet ist, daß er Prozeßfluid in das Gehäuse (105) leitet;

einen Permeatauslaß (108), welcher so angeordnet ist, daß er Permeat aus dem Gehäuse (105) herausleitet;

eine stationäre Filtereinheit (147), welche innerhalb des Gehäuses (105) angeordnet ist und welche eine Mehrzahl an gestapelten Filterelementen (148), wobei jedes Filterelement (148) einen äußeren Umfangsbereich und ein Filter (162) umfaßt; welches eine Aufstromseite, die mit dem Prozeßfluideinlaß (106) in Verbindung steht, und eine Abstromseite aufweist, welche mit dem Permeatlauslaß (108) in Verbindung steht, und einen Halter (157) umfaßt, der mit dem äußeren Umfangsbereich eines jeden Filterelements (148) gekoppelt ist, wobei der Halter (157) eine Form und eine Orientierung innerhalb des Gehäuses (105) aufweist, um den auf das sich in dem Gehäuse (105) bewegende Fluid wirkenden Widerstand zu vermindern; und

eine Dreheinheit (132); welche eine Mehrzahl an Elementen (151) einschließt, welche innerhalb des Gehäuses (105) an geordnet sind und welche alternierend mit den Filterelementen (148) geschichtet sind, wobei jedes Element (151) einem Filter (162) gegenüberliegt, wobei die Elemente (151) so angeordnet sind, daß sie gegenüber den Filterelementen (148) drehbar sind, um einem Verschmutzen der Filter (162) entgegenzuwirken.

2. Dynamische Filteranordnung, umfassend:

ein Gehäuse (105);

eine stationäre Filtereinheit (147), welche innerhalb des Gehäuses (105) angeordnet ist und welche mindestens erste und zweite Filtermodule beinhaltet, worin jedes Filtermodul einen Halter (157) umfaßt sowie eine Mehrzahl an gestapelten Filterabschnitten (172) einschließt, welche von dem Halter (157) getragen sind, wobei jeder Filterabschnitt (172) einen äußeren Umfangsteil und ein Filter (162) mit einer Aufstromseite umfaßt, welche mit dem Prozeßfluideinlaß (106) in Verbindung steht, und einer Abstromseite, welche mit dem Permeatauslaß (108) in Verbindung steht, und wobei der Halter (157) mit dem äußeren Umfangsbereich gekoppelt ist und eine Form und eine Orientierung innerhalb des Gehäuses (105) besitzt, um den auf das sich in dem Gehäuse (105) bewegende Fluid wirkenden Widerstand zu vermindern, und worin die Mehrzahl von gestapelten Filterabschnitten (172) des ersten Moduls jeweils coplanar zu der Mehrzahl an gestapelten Filterbereichen (172) des zweiten Filtermoduls angeordnet sind; und

eine Dreheinheit (132), welche eine Mehrzahl an Elementen (151) umfaßt, welche innerhalb des Gehäuses (105) angeordnet sind und alternierend mit den Filterabschnitten (172) geschichtet sind, wobei jedes Element (151) einem Filter (162) gegenüberliegt, wobei die Elemente (151) so angeordnet sind, daß sie gegenüber den Filterbereichen (172) drehbar sind, um dem Verschmutzen der Filter (162) entgegenzuwirken.

3. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Halter (157) eine Mehrzahl an gestapelten Trageabschnitten (165) umfaßt, welche innerhalb des Gehäuses (105) angeordnet sind und welche jeweils zwischen der Mehrzahl an gestapelten Filterelementen (148) oder Filterabschnitten (172) angeordnet sind.

4. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 3, worin jeder aus der Mehrzahl an Trageabschnitten (165) ein benachbartes Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) an einem inneren Umfangsbereich des Filterelements (147) oder Filterabschnitts (172) trägt.

5. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 3 oder 4, wobei jeder Trageabschnitt (165) eine Gestalt und eine Orientierung innerhalb des Gehäuses (105) aufweist, um den auf das in dem Gehäuse (105) sich bewegende Fluid wirkenden Widerstand zu vermindern.

6. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 5, worin die Gestalt eine tragflügelartige Konfiguration umfaßt.

7. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, worin das Gehäuse (105) eine Basis (152) umfaßt und worin der Permeatauslaß (108) in der Basis (152) angeordnet ist, worin der Halter (157) an der Basis (152) befestigt ist, wobei der Halter (157) einen Permeatkanal (166) aufweist, welcher mit dem Permeatauslaß (108) dichtend verbunden ist, und worin der Permeatkanal (166) sich durch die Mehrzahl an gestapelten Trageabschnitten (165) und Filterelementen (148) oder Filterabschnitten (172) erstreckt und dabei eine Fluidverbindung zwischen den Abstromseiten der Filter (162) und dem Permeatauslaß (108) herstellt.

8. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, worin die Filtereinheit (147) ferner einen Verbinder umfaßt, welcher sich durch die Mehrzahl an gestapelten Trägerabschnitten (165) und Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) erstreckt, um die Trageabschnitte (165) und Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) zu sichern.

9. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, welche ferner ein Dichtungselement (169) umfaßt, welches so angeordnet ist, daß es zusammen einen Trageabschnitt (165) und ein benachbartes Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) abdichtet.

10. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 9, worin das Dichtungselement (169) eine Gestalt aufweist, welche eine tragflügelartige Konfiguration umfaßt.

11. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, worin jedes Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) eine Trägerplatte (161) umfaßt, welche eine erste Seite und einen Permeatdurchlaß (163) aufweist, wobei das Filter (162) auf der ersten Seite der Trägerplatte (161) befestigt ist, wobei die Trägerplatte (161) mit einem Trageabschnitt (165) gekoppelt ist, und worin die Abstromseite des Filters (162) eine Fluidverbindung mit dem Permeatdurchtritt (163) aufweist.

12. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, worin die Mehrzahl an Trageabschnitten (165) einen er sten Zapfen (164") umfassen und worin der Halter (157) eine Mehrzahl an Zapfen (164', 164") aufweist, welche den ersten Zapfen (164") einschließt, und welche benachbart zum Umfang der gestapelten Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) angeordnet sind.

13. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 12, worin die Mehrzahl an Zapfen (164', 164") gegenüberliegend angeordnete zweite und dritte Zapfen (164') umfassen, welche mit den Filterelementen (148) oder Filterabschnitten (172) gekoppelt sind.

14. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 13, worin die zweiten und dritten Zapfen (164') mit den Filterelementen (148) oder Filterabschnitten (172) gekoppelt sind, um die Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) axial zu fassen und eine Expansion und Kontraktion der Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) in einer radialen Ebene zu erlauben.

15. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 13 oder 14, worin jeder Zapfen (164', 164") eine Gestalt und eine Anordnung innerhalb des Gehäuses (105) aufweist, um den auf das Fluid, welches sich in dem Gehäuse (105) bewegt, wirkenden Widerstand zu vermindern.

16. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 15, worin die Gestalt eine tragflügelartige Konfiguration umfaßt.

17. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, worin jedes Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) einen im wesentlichen D-förmigen Filtersektor (172) umfaßt, wobei gegenüberliegende Randbereiche eines jeden Filtersektors (172) jeweils mit den gegenüberliegend angeordneten zweiten und dritten Zapfen (164') gekoppelt sind.

18. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, worin der Halter (157) ferner eine Mehrzahl an Tragelementen (202) umfaßt, welche an den Zapfen befestigt sind, wobei jedes Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) einen sich radial erstreckenden Teil aufweist und jedes Tragelement (202) sich von einem Zapfen radial entlang des sich radial erstreckenden Teils des Filterelements (148) oder Filterabschnitts (172) erstreckt und angeordnet ist; um das Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) zu tragen.

19. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Halter (152) Zapfen (164', 164") umfaßt, die so angeordnet sind, daß jedes der gestapelten Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) im Randbereich des Filterelements (148) oder Filterabschnitts (172) getragen sind.

20. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 19, worin das Gehäuse (105) eine Basis (152) umfaßt und der Permeatauslaß (108) in der Basis (152) angeordnet ist, worin der Halter (157) an der Basis (152) befestigt ist, wobei der Halter (157) einen Permeatkanal (166) umfaßt, der mit dem Permeatauslaß (108) dicht verbunden ist, worin sich der Permeatkanal (166) durch einen Zapfen (164") und die Mehrzahl an gestapelten Filterelementen (148) oder Filterabschnitten (172) erstreckt und worin jedes Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) eine Tragplatte (161) umfaßt, welche eine erste und eine zweite Seite aufweist, wobei das Filter (162) auf der ersten oder der zweiten Seite der Tragplatte (161) befestigt ist und wobei sich ein durchgehendes Loch durch die Tragplatte (161) von der ersten Seite zu der zweiten Seite erstreckt, wobei jedes durchgehende Loch einen Abschnitt des Permeatkanals (166) umfaßt.

21. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 19 oder 20, worin der Zapfen (164") einen ersten Zapfen (164") umfaßt und worin der Halter (157) eine Mehrzahl an Zapfen (164', 164") umfaßt, einschließlich des ersten Zapfens (164"), welche an einem Umfangsbereich der gestapelten Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) angeordnet sind.

22. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 21, worin die Mehrzahl an Zapfen (164', 164") gegenüberliegend angeordnete zweite und dritte Zapfen (164') umfaßt, wobei jeder der gegenüberliegend angeordneten zweiten und dritten Zapfen (164') mit den Filterelementen (148) oder Filterabschnitten (172) gekoppelt ist.

23. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 22, worin die zweiten und dritten Zapfen (164'), welche mit den Filterelementen (148) oder den Filterabschnitten (172) gekoppelt sind, um die Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) axial zu fassen und eine Expansion oder Kontraktion der Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) in einer radialen Ebene zu erlauben.

24. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 22 oder 23, worin jedes Filterelement (148) oder jeder Filterabschnitt (172) einen im wesentlichen D-förmigen Filtersektor (172) umfaßt, wobei gegenüberliegende Bereiche am Umfang von jedem Filtersektor (172) jeweils mit den gegenüberliegend angeordneten zweiten und dritten Zapfen (164') gekoppelt sind.

25. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, worin der Halter (157) ferner eine Mehrzahl von Tragelementen (202), die an den Zapfen befestigt sind, umfaßt, wobei jedes Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) einen sich radial erstreckenden Teil aufweist und wobei jedes Tragelement (202) sich von einem Zapfen radial entlang des sich radial erstreckenden Teils des Filterelements (148) oder Filterabschnitts (172) erstreckt und so angeordnet ist, daß es das Filterelement (148) oder den Filterabschnitt (172) trägt.

26. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, worin der zweite und dritte Zapfen (164') mit dem Gehäuse (105) verbunden ist.

27. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, worin der Halter eine Mehrzahl an Zapfen (164') umfaßt, welche benachbart zum Umfang der gestapelten Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) angeordnet sind, wobei die Mehrzahl an Zapfen (164') erste und zweite gegenüberliegend angeordnete Zapfen (164 T) umfaßt, welche mit der Mehrzahl an gestapelten Filterelementen (148) oder Filterabschitten (172) gekoppelt sind.

28. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 27, worin die ersten und zweiten Zapfen (164) so angeordnet sind, daß sie in Axialrichtung die Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) fassen und eine Expansion und Kontraktion der Filterelemente (148) oder Filterabschnitte (172) in einer radialen Ebene erlauben.

29. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 27 oder 28, worin das Gehäuse (105) eine Basis (152) umfaßt und die ersten und zweiten Zapfen (164') mit der Basis (152) verbunden sind.

30. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, worin jedes Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) einen im wesentlichen D-förmigen Filtersektor (172) umfaßt, wobei gegenüberliegende Randbereiche eines jeden Filtersektors (172) jeweils mit den ersten und zweiten Zapfen (T64) gekoppelt sind.

31. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, worin der Halter (157) ferner eine Mehrzahl an Tragelementen (202) umfaßt, welche an den ersten und zweiten Zapfen befestigt sind, wobei jedes Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) einen sich radial erstreckenden Teil aufweist und wobei jedes Tragelement (202) sich von einem Zapfen radial entlang des sich radial erstreckenden Bereichs des Filterelements (148) oder Filterabschnitts (172) erstreckt und so angeordnet ist, daß das Filterelement (148) oder Filterabschnitt (172) getragen wird.

32. Dynamische Filteranordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 31, worin die ersten und zweiten Zapfen (164') jeweils eine Gestalt und Orientierung innerhalb des Gehäuses (105) aufweisen, derart, daß der Widerstand, der auf das sich in dem Gehäuse bewegende Fluid wirkt, vermindert ist.

33. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 32, worin die Gestalt eine tragflügelartige Konfiguration umfaßt.

34. Dynamische Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin das Gehäuse (105) eine Basis (152) umfaßt, worin die Dreheinheit (132) eine drehbare Welle (134) umfaßt, welche sich vertikal von der Basis (152) in das Gehäuse (105) erstreckt, und worin die Elemente (148) Scheiben umfassen und wobei diese Scheiben an der Welle (134) gehalten sind und einen Spalt (191) zwischen jeder Scheibe und jedem benachbarten Filter (162) definieren, wobei Prozeßfluid in das Gehäuse (105) durch den Prozeßfluideinlaß (106) eingeführt wird und in die Spalte (191) zwischen den Filtern (162) und den rotierenden Scheiben fließt, und wobei Permeat durch die Filter (162) hindurchtritt und aus dem Gehäuse (105) durch einen Permeatauslaß (108) austritt.

35. Dynamische Filteranordnung nach Anspruch 34, worin das Gehäuse (105) einen Kopf (153) umfaßt, welcher einen Bereich umfaßt, der die Filtereinheit (147) umrundet und worin der Kopf von der damit dichtend verbundenen Basis (153) entfernbar ist, wodurch der Kopf (153) von der Basis (152) entfernt werden kann, wobei die Filtereinheit (147) oder Filtermodul aus dem Gehäuse (105) entfernbar und parallel zur Basis (105) bewegbar ist.

36. Dynamische Filteranordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, welche ferner einen Retentatauslaß (107) umfaßt, welcher so angeordnet ist, daß er Retentat aus dem Gehäse (105) herausleitet.