KR20170026361A

KR20170026361A - 고체/유체 분리장치 및 방법

Info

Publication number: KR20170026361A
Application number: KR1020167035069A
Authority: KR
Inventors: 리차드 로미오 레혹스; 크리스토퍼 브루스 브랏; 데이브 솔트
Original assignee: 그린필드 스페셜티 알콜스 아이엔씨.
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2015-05-21
Publication date: 2017-03-08
Also published as: SG11201609597XA; EP3145613A4; JP2017516646A; US20150336031A1; CN106659954A; WO2015176186A1; IL249083A0; AU2015263760A1; PH12016502312A1; CA2948048A1; US20180133625A1; EP3145613A1; MX2016015368A

Abstract

50% 초과의 고체 함량을 갖는 여과물을 생성하기 위해 고체/유체 혼합물의 처리가 가능한 고체/유체 분리 모듈 및 장치. 각각의 필터 플레이트 면에 리세스된 적층 필터 플레이트와 필터 통로를 갖는 필터 유닛을 제공한다.

Description

고체/유체 분리장치 및 방법{SOLID/FLUID SEPARATION DEVICE AND METHOD}

본 개시는, 광범위하게 고체/유체 분리장치 및 상이한 종류의 고체/유체 혼합물을 분리하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 개시는 회전식 프레스, 보다 구체적으로는 매우 다양한 고체/유체 혼합물들과, 다양한 밀도, 고체 함량 및 고체와 유체 또는 액체 종류의 슬러리들의 분리에 사용될 수 있는 향상된 스크류 프레스, 장치들에 관한 것이다.

고체/유체 분리에 의해 고체/유체 혼합물을 처리하는 다양한 공정들이 알려져 있다. 이들은 일반적으로 상당한 체류 시간과 고압, 그리고 때로는 고온을 필요로 한다. 통상적인 고체/유체 분리 설비는 높은 고체/유체 분리율을 달성하고 액체 함량이 낮은 분리된 고체를 얻는데 있어서 만족스럽지 못하다.

압력 하에 액체 슬러리를 세척하고 후속 농축하는 것을 포함하는 공정은 폐색(clogging) 없이 압력 하에 작동할 수 있는 고체/액체 분리 설비를 요구한다. 예를 들어, 리그노셀룰로스 바이오매스 전처리에서 공정 효율의 중요 요소는, 가수분해된 헤미셀룰로스 당류, 독소, 억제제, 및/또는 기타 추출물을 고체 바이오매스/셀룰로스 분획으로부터 세척하여 압착하는 성능이다. 통상적인 장비로 셀룰로스 전처리에 필요한 높은 열과 압력 하에 액체로부터 고체를 효과적으로 분리하는 것은 어려운 일이다.

대부분의 바이오매스 대 에탄올 공정은 함습성 섬유 슬러리를 생성하는데, 이것에서 용해된 화합물, 가스 및 액체를 다양한 공정 단계에서 분리해야만 고형 섬유질 부분이 단리된다. 고체/유체 분리는 일반적으로 여과에 의해 수행되며 필터 프레스를 사용한 회분식 작동이나 스크류 프레스 등의 회전식 프레스에 의해 연속적으로 수행된다.

고체/유체 또는 고체/액체 분리는 또한 다른 수많은 상업적 공정, 예컨대 음식 처리(기름 추출), 습식 추출 공정에서의 폐스트림 부피 감소, 탈수 공정, 또는 부유 고형물 제거에 필요하다.

상업적으로 입수가능한 스크류 프레스는 고체/액체 슬러리로부터 수분을 제거하는데 사용할 수 있다. 통상적인 프레스로 얻을 수 있는 탈액화된(de-liquefied) 고체 케이크는 일반적으로 단지 40 내지 50%의 고체를 함유하며, 남겨진 수분은 주로 물이다. 이러한 분리 수준은 여과 단계 이후에 또 다른 희석 또는 처리 단계가 있는 경우엔 만족스러울 수 있으나, 슬러리의 최대 탈수가 필요한 경우에는 만족스럽지 못하다. 이러한 불만족스러운 낮은 고체 함량은 통상적 스크류 프레스가 취급할 수 있는 상대적으로 낮은 최대 압력 때문으로, 이것은 대개 약 100 내지 150 psig 이하의 분리 압력이다. 배수기 스크류가 결합된 상업적 모듈식 스크류 장치(Modular Screw Devices(MSD's))를 사용할 수 있으며, 이들은 최대 300 psi의 높은 압력에서 작동할 수 있다. 그러나, 이것은 고유 비용, 복잡성 및 고체 함량 50% 이하인 지속적 여과 케이크 제한성이라는 단점이 있다.

고체/유체 분리 시, 고체 분획 내에 남아 있는 액체의 양은 적용된 분리 압력의 양, 고체 케이크의 두께, 및 필터의 공극률에 의존한다. 필터의 공극률은 필터 기공의 수와 크기에 의존한다. 압력 감소, 케이크 두께의 증가, 또는 필터 공극률의 감소는 모두 액체/고체 분리도와 고체 분획의 최종 건조도를 감소시키게 된다.

특정 고체 케이크 두께와 필터 공극률에 있어서, 최대 분리는 가능한 최고 분리 압력에서 얻어진다. 또한, 특정 고체 케이크 두께와 분리 압력에 있어서, 최대 분리는 오로지 필터 기공 크기에 달려있다.

높은 분리 압력은 유감스럽게도 프레스 내에서 분리 압력을 견딜 수 있는 강력한 필터 매개물을 필요로 하여, 여과 공정의 제어를 어렵게 하고 필요한 설비를 고가로 만든다. MSD의 필터 매개물은 일반적으로 다공성(perforated) 압력 재킷 형태이다. 사용된 분리 압력이 높을수록 이러한 압력을 견디기 위해 더 강력한(더 두꺼운) 필터 매개물(압력 재킷)이 필요하다. 압력 재킷이 두꺼울수록 배수 구멍이 더 길어지고 구멍을 통과하는 흐름 저항이 높아진다. 따라서, 고압 재킷(두꺼운 재킷)으로 저압 재킷(얇은 재킷)과 동일한 필터 통과흐름(flow-through) 용량을 얻기 위해서는 구멍의 수를 늘려야만 한다. 그러나, 구멍의 수를 증가시키는 것은 압력 재킷을 약화하여 또 다시 필터 유닛의 압력 용량을 감소시킨다. 긴 구멍의 사용에 따른 더 높은 흐름저항을 극복하는 또 다른 방법은 구멍의 직경을 증가시키는 것이다. 그러나, 이 방법은 작은 고체를 보유하는 필터의 용량을 제한하거나 폐색 문제를 증가시킬 수 있다. 그러므로, 필터의 허용가능한 기공 크기는 고체 분획 내 섬유와 입자들의 크기에 의해 제한된다. 액체 분획의 투명도는 필터 매개물의 기공 크기에 의해서만 제한되며 너무 큰 기공들은 액체/고체 분리 효율을 저하하고 잠재적으로 하류 설비의 플러깅(plugging)을 유발한다.

시간 경과에 따라 필터 매개물은 쉽게 부유 고체로 폐색되어 생산율이 저하된다. 이것은 셀룰로스 전처리에 필요한 고압에서 두드러진다. 따라서, 일반적으로 역세척(backwash) 액체 유동이 임의의 막힘을 제거하고 생산율을 회복하기 위해 필요하다. 일단 필터가 폐색되면 매개물을 역세척하는 고압이 소모된다. 이는, 예를 들어 생산율을 극대화하고 셀룰로스 전처리 공정의 높은 효율을 얻기 위해 지속되어야 하는 공정으로 1000 psig 초과 압력에서 작동하는 필터 매개물을 사용하여 작업하는 경우에 특히 문제가 된다.

기존의 단일, 트윈, 또는 트리플 스크류 압출기는 바이오매스의 저에너지 전처리에 필요한 체류시간이 없으며, 또한 바이오매스 전처리를 위한 유용하고 효율적인 고체/유체 분리장치를 갖지 않는다. 미국 특허 US 3,230,865와 US 7,347,140은 다공성 케이싱(casing)을 갖는 스크류 프레스를 개시하고 있다. 이러한 스크류 프레스의 작동 압력은 다공성 케이싱의 저강도로 인하여 낮다. 미국 특허 US 5,515,776은 프레스 재킷 내에 배수 구멍을 갖는 웜(worm) 프레스를 개시하고 있으며, 이것은 배출된 액체의 흐름 방향으로 단면적이 증가한다. 미국 특허 US 7,357,074는 프레스 안에 압축된 벌크 고체로부터 물을 배출하기 위한 다수의 구멍을 갖는 원추형 탈수 하우징이 있는 스크류 프레스에 관한 것이다. 역시, 다공성 케이싱 또는 재킷이 사용된다. 쉽게 이해되겠지만, 하우징의 구멍수가 많을수록 하우징의 압력 저항은 낮아진다. 또한, 하우징 또는 프레스 재킷에 구멍을 뚫는 것은 미세한 고체의 분리를 위해 매우 작은 공극들이 필요한 경우에 심각한 장애와 연관된다.

미국 특허출원 공개 US 2012/0118517은 고압에서의 고체/유체 분리용 내부 고압 프레스 장치에서 사용하기 위한 다공성 고체/유체 분리 모듈을 기술하였다. 이 필터 모듈은 각각 배출 시스템을 생성하는 한 쌍의 플레이트로 제조된 필터 팩을 포함한다. 절삭 슬롯을 갖는 필터 플레이트는 제거될 액체를 위한 유동 채널을 생성하고 받침(backer) 플레이트는 유동 채널 내의 액체를 위한 배출 통로를 생성한다. 또한, 받침 플레이트는 압착하는 동안 프레스에서 고체의 내부 압력을 수용하는 구조적 지지를 제공한다. 필터의 기공 크기는 필터 플레이트의 두께 및/또는 필터 플레이트 슬롯의 개구폭으로 조절된다. 그러나, 재료 강도와 제조 공정은 실제적 한계를 기공 크기 스펙트럼의 하한으로 설정한다. 기공 크기를 최소화하기 위해서는 필터 플레이트 두께와 배출 슬롯 폭 모두를 최소화하여야 한다. 하지만, 필터 플레이트를 통과하는 슬롯을 절단하는데 사용된 방법과 받침 플레이트의 두께에 대한 실제적 한계는 유동 채널로 인해 기공 크기 스펙트럼의 하한을 지나치게 제한한다. 필터 플레이트가 얇을수록 설치나 사용 중 필터 플레이트의 변형 기회가 더 많아진다. 또한, 2개의 상이한 플레이트를 사용하는 것은 제조 및 조립 비용을 증가시키며 조립 오류의 위험을 증가시킨다. 끝으로, 필터 팩의 구조적 완전성, 특히 압력 저항을 위해 필터 팩에 받침 플레이트를 포함시킬 필요성은 받침 플레이트가 필터 공극률에 기여하지 않기 때문에 필터 팩의 단위 길이 당 얻을 수 있는 필터 공극률 또는 최대 오픈 면적을 상당히 제한한다. 이는 이러한 종류의 필터 유닛의 처리용량을 심각하게 제한한다. 따라서, 향상된 고체/유체 분리장치가 필요하다.

본 발명의 목적은 이전의 고체/액체 분리장치 및 방법들의 적어도 하나의 단점을 제거하거나 완화하는 데에 있다.

고체/유체 분리를 향상하기 위해서, 본 발명은 유체를 고체/유체 혼합물에서 분리하기 위한 고체/유체 분리 모듈을 제공한다. 바람직하게, 모듈은 100 psig 초과, 바람직하게 300 psig 초과의 압력에서 덩어리를 압축하는데 사용된 스크류 프레스에서 사용하기 위한 것이다.

고체/유체 분리의 최대 효율을 얻기 위해서는 필터 공극률을 최대화하면서필터 기공 크기를 최소화하고 높은 분리 압력에서 작동하는 것이 바람직하다. 기공 크기를 최소화하는 것은 고체 필터 재킷에 원통형 통로를 절삭하거나 필터 플레이트를 통과하는 필터 슬롯을 잘라야 하기 때문에 기존 스크류 프레스에서는 문제가 된다. 이에 본 발명자들은 이러한 문제들을 본 발명의 분리 모듈로 해결하였다. 분리 모듈은 필터 유닛을 포함하며, 여기에서 압력 재킷은 압력 재킷을 달성하기 위해 축방향으로 적층 및 압축된 복수의 얇은 필터 플레이트 또는 높은 작동 압력에 필요한 구조적 완전성을 갖는 배럴(barrel)로 구성된다. 필터 기공은 필터 통로를 필터 플레이트 표면에 간단하게 리세싱(recessing)하여 형성된다. 필터 통로는 중심 개구부(core opening)의 필터 플레이트 내부 끝으로부터 수집 챔버의 필터 플레이트 외부 끝까지 이어져서 중심 개구부에서 직접 수집 챔버까지 연결하는 유체 통로를 제공한다. 이것은 압력 재킷에 구멍을 뚫거나 필터 플레이트를 통과하여 필터 슬롯을 절삭하는 것보다 훨씬 더 용이하게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 필터 통로는 이 통로를 필터 플레이트 표면에 에칭하여 만들 수 있다. 단지 필터 통로를 필터 플레이트 표면에 리세싱함으로써 필터 플레이트의 전체적 완전성은 절삭(cut-through) 필터 슬롯을 갖는 필터 플레이트에서보다 훨씬 덜 영향을 받는다. 이러한 증가된 완전성은 필터 블록에 조립하거나 사용하는 동안 필터 플레이트의 뒤틀림(warping) 또는 버클링(buckling)의 발생을 상당히 감소한다. 또한, 필터 통로가 필터 플레이트의 내부 끝에서 외부 끝까지 연장되지만 필터 통로가 필터 플레이트 표면에서만 형성됨으로써 구조적 지지를 제공하는 받침 플레이트가 거의 필요하지 않다. 리세스된 통로를 사용하면 또한 훨씬 더 작은 필터 기공의 생성이 단지 매우 좁고 얕은 통로를 절단하는 것에 의해 가능하다. 예를 들어, 0.01 인치 폭과 0.001 인치 깊이의 필터 통로를 필터 플레이트에 절삭하는 것으로 단 0.00001 제곱인치의 기공 크기를 얻을 수 있다(통로의 가장 작은 깊이 X 통로의 가장 작은 폭으로 계산).

가압된 고체/유체 혼합물을 분리하기 위한 본 발명의 고체/유체 분리 모듈은 가압 가능한 유체 수집 챔버를 한정하는 하우징과 압력 하에서 가압된 덩어리를 수용하는 축방향 중심 개구부를 한정하는 배럴 섹션을 포함한다. 배럴 섹션은 하우징 내에 장착되며, 적어도 배럴의 축방향 부분을 형성하는 필터 블록을 포함한다. 필터 블록은 복수의 적층된 배럴 플레이트를 포함하며, 각각은 편평 전면, 편평 배면, 중심 개구부를 한정하고 전면에서 배면까지 이어지는 내부 끝(inner edge) 및 수집 챔버와 접촉하고 전면에서 배면까지 이어지는 외부 끝을 갖는다. 배럴 플레이트는 인접한 배럴 플레이트의 전면과 배면의 결합을 밀봉하는 필터 유닛 내에 적층되어 필터 블록을 형성하고 유체 수집 챔버로부터 중심 개구부를 밀봉한다. 적어도 하나의 배럴 플레이트는 전면에 리세스된 필터 통로를 갖는 필터 플레이트로서 구성되고, 필터 통로는 가압된 고체/유체 혼합물 중의 유체를 중심 개구부에서 수집 챔버로 배출하기 위해 내부 끝에서 외부 끝까지 이어진다.

바람직한 일 구현예에서, 적어도 2개의 인접 배럴 플레이트는 각각 필터 플레이트로서 구성된다. 바람직하게, 필터 블록이 전체 배럴 섹션을 형성한다. 다른 바람직한 구현예에서, 복수의 배럴 플레이트는 필터 플레이트로서 구성된다. 가장 바람직하게, 각각의 배럴 플레이트는 필터 플레이트로서 구성된다. 또한, 각각의 필터 플레이트는 바람직하게 다수(multiple), 가장 바람직하게 복수의 필터 통로를 포함한다.

각각의 필터 통로는 필터 플레이트의 전면과 배면 중 하나에서 리세스로서 형성된다. 필터 통로는 필터 플레이트의 각 면에 제공될 수 있지만, 제조와 조립의 용이성을 위해 필터 플레이트의 한쪽 면에만 필터 통로를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 필터 블록의 최대 공극률은 필터 통로의 수를 증가시키는 것뿐만 아니라 필터 플레이트 두께를 최소화하여서도 얻어지기 때문에 필터 플레이트의 양면에 필터 통로를 제공하는 것은 필터 플레이트의 구조적 완전성을 허용할 수 없을 정도로 약화할 수 있다. 또한, 양면에 필터 통로를 갖는 필터 플레이트는 마주하여 위치한 필터 통로 간의 횡류를 방지하기 위해 편평한 받침 플레이트로 분리하는 것이 필요할 수 있다. 이것이 분리 모듈의 단위 길이 당 최대 필터 플레이트 수를 감소시키고 조립을 더 어렵게 만든다.

필터 통로 리세스는, 예를 들어 전면의 에칭 또는 레이저 컷팅으로 제조할 수 있다. 필터 통로를 만드는 한 가지 방법은 공지된 포토리소그래피 방법을 사용하는 전면 산 에칭이다. 산 에칭으로 만들어진 필터 통로의 표면 거칠기(roughness)는 전해연마 또는 마찰방지 코팅을 적용함으로써 감소될 수 있다. 필터 통로는 중심 개구부에 대해 실질적으로 방사방향으로 내부 끝에서 외부 끝까지 직선으로 이어지는 홈 또는 리세스 형태일 수 있다. 필터 통로는 내부 끝에서 외부 끝으로 넓어질 수 있다.

섬유질 고체를 포함하는 덩어리에서 액체를 분리하는 것은 필터 구조에서 특별한 어려움을 야기하는데, 왜냐하면 섬유는 필터 통로에 유입되어 평행 배열하여 통로에서 단단한 폐색을 유발하여 액체의 통과를 감소하거나 방해할 뿐만 아니라 불가능한 것은 아니더라도 역세척으로 제거하는 것이 매우 곤란할 수 있기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 필터 통로는 또한 통로를 통과하는 임의의 직선 경로를 차단하기 위해 그 길이를 따라 임의의 지점에서 충분한 방향성 편향을 포함할 수 있다. 이것은, 예를 들어 통로의 길이방향 범위에서 S자형, 또는 Z자형 곡선으로 또는, 통로에서 포크나 스플리트, 예를 들어 T자형, I자형, Y자형 또는 U자형 스플리트를 포함하여 얻어질 수 있다. 이 방향 편향의 목적은 선형 섬유의 통과를 저지하는 것이다. 단섬유, 즉 필터 통로의 폭보다 더 짧은 길이를 갖는 것들은 편향을 통과하는 것이 가능할 수 있으나, 축적되어 통로를 차단하기는 매우 어렵다. 반면에, 장섬유, 즉 통로의 폭보다 더 큰 길이를 갖는 것들은 편향에서 거의 걸리게 될 것이다. 장섬유의 전체 길이에 따라, 이들은 편향에서 다른 깊이와 각도로 걸리게 된다. 이는 강의 급선회 시의 랜덤 로그 잼과 마찬가지로 엉겨진 섬유의 비평행, 일반적으로 랜덤 배향을 야기한다. 이러한 비평행 배향은 편향에서 통로의 완전한 폐색을 방지한다. 동시에 섬유 엉김(jam)은 추가적인 필터층을 생성하여 일반적으로 필터 통로를 통과하는 초미세 고체의 보유를 지원한다.

분리 모듈은 바람직하게 공극률을 갖는 필터 유닛을 포함하며, 이것은 5% 내지 20%의 전체 필터 표면(필터 유닛 내의 모든 배럴 플레이트의 내부 끝에 의해 한정된 면적)에 대한 전체 기공 면적(필터 플레이트에서 모든 기공 면적의 합)의 비율을 의미한다. 바람직하게, 모듈은 5 내지 20%, 더욱 바람직하게 11 내지 20%의 필터 공극률로 300 psig 내지 10,000 psig의 작동 압력을 견딘다. 각각의 필터 플레이트는 바람직하게 0.0005 내지 0.00001 제곱인치의 기공 크기를 갖는 복수의 필터 통로를 포함한다.

예시적인 일 구현예에서, 필터 유닛은 미세 고체 분리를 위한 0.00001 제곱인치의 기공 크기, 5.7%의 공극률 및 2,500 psig의 압력 저항을 갖는 통로가 있는 필터 플레이트를 포함한다. 다른 구현예에서, 필터 유닛은 0.0005 제곱인치의 기공크기와 20%의 공극률 및 5,000 psig의 압력 저항을 갖는 기공을 포함한다. 예시적인 추가 구현예에서, 필터 유닛은 0.00005 제곱인치의 기공크기와 11.4%의 공극률을 갖는 기공을 포함한다. 예시적인 또 다른 구현예에서, 필터 유닛은 0.00001 제곱인치의 기공크기와 20%의 공극률을 갖는 기공을 포함한다.

기공 크기는 필터 통로의 폭, 필터 통로의 깊이, 또는 둘 다를 변화시켜서 조절할 수 있다. 최대 필터 플레이트 완전성을 유지하기 위해서, 필터 통로의 깊이는 바람직하게, 특히 초박 필터 플레이트를 위해 가능한 작게 선택하고, 기공 크기는 바람직하게 필터 통로 폭을 변화시켜서 조절한다. 필터 통로의 폭은 0.1 인치에서 0.01 인치까지 변화시킬 수 있고, 필터 통로의 깊이는 0.001 인치에서 0.005 인치까지 변화시킬 수 있다. 필터 플레이트의 필터 통로는 모두 동일한 기공 크기를 갖거나, 예를 들어 각 필터 통로의 중심 개구부 말단(내부 말단)에서 작동하는 동안 예상되는 압력에 따라 상이한 기공 크기를 가질 수 있다.

일 구현예에서, 분리 모듈은 스크류 압출기 프레스의 배럴에 장착가능하여 결합되고, 필터 블록의 중심 개구부는 프레스의 압출기 스크류 부분을 적합하게 수납하도록 크기 조절된다. 압출기 스크류는 바람직하게 압착된 고체/유체 혼합물을 배럴 플레이트의 내부 끝으로 형성된 필터 표면으로부터 연속적으로 스크랩하면서 동시에 상당한 분리 압력을 혼합물에서 생성하는 필터 블록 중심 개구부에 대한 허용 공차(close tolerance)를 갖는다. 적은 양의 섬유가 필터 표면에 체류(trapped)되는 경우, 허용 공차는 체류된 섬유가 압출기 요소에 의해 더 작은 조각으로 전단되어 결국 필터를 통과하여 초미세 입자로서 액체 스트림과 배출되는 기회를 개선할 것이다. 이것이 높은 압력과 온도 환경에서 고체/유체 혼합물의 고체/유체 부분으로부터 고체를 분리할 수 있는 고체/유체 분리장치를 제공한다.

다른 구현예에서, 분리 모듈은 트윈 스크류 압출기 프레스의 배럴에 장착가능하고, 중심 개구부는 맞물림식(intermeshing) 압출기 스크류의 일부를 적합하게 수납하도록 크기 조절된다. 트윈 스크류 압출기의 배럴에서 사용하기 위한 필터 블록 베리언트(variant)에서 필터 블록 내 플레이트의 기공 크기는 바람직하게 배럴 내 및/또는 트윈 스크류에 대한 압력 변동에 따라 달라진다. 트윈 스크류 압출기를 작동하는 동안 배럴 압력은 배럴 단면적에 따라 다르다. 압력은 맞물림 영역 부근에서 가장 높다. 따라서, 트윈 스크류 압출기에서 사용하는 필터 플레이트는 맞물림 영역 부근에서 감소된 기공 크기의 필터 통로를 가질 수 있다. 분리 모듈은 일정하거나 체감(tapering)하는 단면적의 트윈 스크류와 사용될 수 있다.

다른 양태에서, 수집 챔버는 수집 챔버로부터 액체와 가스를 따로 배출하기 위한 액체 출구와 가스 출구를 갖는다.

일 구현예에서, 각각의 배럴 플레이트는 적층 구조에서 플레이트의 정렬 및 상호연결을 위한 한 쌍의 대향 장착 탭(tab)을 갖는다. 장착 탭 각각은 배럴 플레이트의 적층을 배럴의 필터 블록 부분에 정렬 및 함께 클램핑하기 위해 고정 볼트를 수용하는 슬롯 또는 구멍의 형태로 개구부를 가질 수 있다. 대안적으로, 고정 볼트의 개구부는 생략되며 하우징은 탭을 정렬하고 중심 개구부에 대해 배럴 플레이트의 회전을 방지하는 내측으로 돌출한 리지(ridge)를 포함하여, 배럴 플레이트 적층의 동시 클램핑이 그 구현예에서 필터 플레이트 외부 볼트 또는 하우징에 의해 함께 클램프된 한 쌍의 말단 플레이트에 의해 달성된다.

본 개시의 다른 양태와 특징은 당업자들에게 첨부한 도면과 함께 이하의 특정한 예시적 구현예의 설명에 따라 분명하게 될 것이다.

본원에 기술된 예시적 구현예에 대한 보다 나은 이해를 위해, 또한 구현예들이 효과적으로 수행되는 방법을 더 명확하게 보여주기 위해 예시적 구현예를 나타내는 첨부된 도면을, 예시적인 목적으로만 참조한다:
도 1은 본 발명에 따른 분리 모듈을 포함하는 예시적인 고체/유체 분리장치의 부분 개략 측면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 예시적인 장치의 수직 단면도이나, 간결함을 위해 개략적으로 예시된 하나의 고체/액체 분리 모듈만을 포함한다.
도 3은 고체/유체 분리 모듈의 구현예를 분해조립도로 개략적으로 도시한다.
도 4a는 분리 모듈의 배럴 플레이트와 우향(right handed) 필터 플레이트의 개략도를 도시하며, 필터 플레이트는 다수의 반경 방향으로 연장하는 필터 통로를 갖는다.
도 4b는 분리 모듈의 배럴 플레이트와 좌향 필터 플레이트의 개략도를 도시하며, 필터 플레이트는 다수의 반경 방향으로 연장하는 필터 통로를 갖는다.
도 5는 앞뒤로 적층된, 도 4a에 따른 한 쌍의 필터 플레이트의 등각도이다.
도 6은 라인 6-6에 따라 취해진, 도 5의 적층된 필터 플레이트 쌍의 단면도이다.
도 7은 도 4a의 필터 플레이트와 유사한 필터 플레이트의 개략도이나, 비교적 더 작은 기공 크기의 필터 통로의 수가 더 많다.
도 8은 도 7의 필터 플레이트의 확대된 상세도이다.
도 9는 도 4a의 필터 플레이트와 유사한 필터 플레이트의 개략도이나, 기공 크기가 다른 필터 통로를 갖는다.
도 10은 각 필터 통로에서 방향 편향을 포함하는 변형 필터 플레이트의 개략도를 도시한 것이고, 여기서 편향은 필터 플레이트의 내부 끝에 인접한 필터 통로 내의 U자형 스플리트 형태이다.
도 11은 도 10의 필터 플레이트에서 도 11로 표지된 부분의 확대도이다.
도 12는 도 11의 편향에서 섬유의 랜덤 로그 잼 타입 배열을 개략적으로 도시한다.
도 13a 내지 13e는 상이한 예시적인 방향 편향 형태를 개략적으로 도시한다.

간결하고 명료한 도시를 위해, 적절하다면 상응하거나 유사한 요소 또는 단계를 나타내기 위해 도면 중에서 참조번호가 반복될 수 있는 것을 이해할 것이다. 또한, 본원에 기술된 예시적 구현예들의 완전한 이해를 제공하기 위해 다양하고 특정한 상세가 언급된다. 그러나, 당업자라면 본원에 기술된 구현예들이 이러한 특정 상세 없이도 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 경우로, 공지된 방법, 과정 및 구성요소들은 본원에 기술된 구현예들을 모호하게 하지 않도록 상세하게 기술하지 않았다. 또한, 이러한 기술은 본원에 기술된 구현예들의 범위를 어떠한 방식으로든 제한하는 것으로서 간주되지 않으며, 오히려 본원에 기술된 다양한 예시적 구현예들의 실행을 단지 설명하는 것이다.

본 발명의 도시된 압출기 유닛의 예는 적어도 압출기 배럴 길이의 일부를 따라 개재되거나 맞물려진 스크류들의 플라이팅(flighting)을 갖는 평행 또는 비평행 스크류들을 가진 트윈 스크류 어셈블리를 포함하여, 스크류들 사이와 스크류들과 배럴 사이에 허용 공차를 한정한다. 또한, 두 개를 초과하는 압출기 스크류를 갖는 스크류 압출기들이 사용될 수 있다. 원통형 또는 체감되는(원추형) 스크류들이 사용될 수 있다. 허용 공차는 전단이 증가된 영역을 생성한다. 이 영역은 배럴 내에서 고압 영역을 생성하며 고체/유체 혼합물을 혼련 및 전단하면서 혼합물을 전방으로 추진한다. 또한, 유체들이 압출된 혼합물에서 효율적으로 추출되도록 하는 특정화된 유체 분리 유닛이 제공된다.

본 발명자들은 스크류 프레스 컨베이어, 예컨대 트윈 스크류 압출기와 사용하기 위한 고체/유체 분리장치를 개발하였고, 이 장치는 고압(최대 20,000 psig)을 취급할 수 있으며, 놀랍게도 트윈 스크류 압출기 프레스와 결합하여 상업적으로 입수가능하거나 실험실 장치 보다 50 내지 90% 초과의 고체를 생성할 수 있었다. 또한, 본 발명의 분리장치로 추출된 액체 부분은 장치의 상대적으로 매우 작은 크기의 기공 때문에 부유 고체를 거의 함유하지 않아서 추가적인 이익을 제공한다. 고압 고체/유체 분리 유닛과 트윈 스크류 압출기 프레스의 결합으로 실질적 건조 케이크를 배출할 수 있는 고체/유체 분리장치가 얻어졌고, 이것은 이전에 건조 단계 없이는 전혀 이루어질 수 없었다. 트윈 스크류 압출기는 300 psi를 훨씬 넘는 압력에서 박층의 혼합물을 처리하는데 사용할 수 있는 동시에, 체류 및 결합된 액체와 물이 본 개시의 신규한 고체/유체 분리장치를 통해 고체와 장치 외부로 이동하는 경로를 허용한다.

본 발명에 따른 분리모듈을 결합하는 트윈 스크류 압출기를 포함하는 본 발명의 장치를 사용하여, 액체를 포함하는 유체, 및 섬유질 고체를 포함하는 고체를 함유하는 혼합물에 상당한 전단력/응력을 적용할 수 있고, 이 힘들은 매우 미세한 필터링 필터 유닛을 갖는 구조적으로 매우 강한 고체/유체 분리 모듈 내에서 얇은 케이크에 적용된다(최대 20,000 psi의 필터링 유닛 강도, 최대 500℃의 온도에서 25 마이크론 이하의 기공 크기). 이것은 동시에 미세한 필터링 필터 유닛을 통해 액체가 자유롭게 이동하는 것을 허용한다. 따라서, 이러한 필터 유닛이 트윈 스크류 압출기 프레스 내에서 사용되어 50% 초과의 고체 함량으로 고체/유체 분리를 요구하는 임의의 공정에 이익을 제공할 것으로 기대된다.

다시 도면으로 돌아와서, 도 1은 본 발명에 따른 예시적인 고체/유체 분리장치(200)를 개략적으로 도시한다. 장치는 배럴 모듈(232, 234, 236) 및 분리 모듈(214)을 갖는 트윈 스크류 압출기(210)를 포함하고, 압출기(210)는 중간 기어 박스 드라이브(224)를 통해 모터(226)에 의해 구동되며, 모터와 기어 박스는 통상적인 부품이다.

도 1에 나타낸 장치의 간단한 예시적인 구현예의 수직 단면은 단일 분리 모듈(214)만을 포함하며 도 2에 나타내었다. 예시적인 장치(200)는 광범위하게 입구(218)와 출구(219219)를 제공하는 섹션화된 배럴(216)을 포함하며, 배럴(216) 내에 통상적인 트윈 스크류 어셈블리(222)를 갖는다. 어셈블리(222)는 기어 박스 드라이브(224)에 의해 모터(226)에 결합된다. 배럴(216)은, 여기에 도시한 간편화된 예시적 구현예에서, 2개의 말단간 상호연결된 튜브형 배럴 모듈(228, 230)과 분리 모듈(214)로 구성된다. 각각의 배럴 모듈에는 외부 재킷(234, 236)이 제공된다. 분리 모듈(214)은 외부 하우징(238)을 포함한다. 제1 모듈(228)은 입구(229)를 포함하며 분리 모듈(214)은 다이(240)에 부착되는 것을 관찰할 수 있다. 다이는 중심 개구부를 포함하며, 그 폭은 배럴(216)과 분리 모듈(214)에서 목적하는 역압을 생성하도록 선택된다. 배럴(216)과 분리 모듈(214)의 압력은 또한 스크류(250, 252)와 배럴(216) 간의 피팅과 모터(226)(도 1 참조)의 회전속도, 따라서 스크류(250, 252)로 제어할 수 있다. 각각의 배럴 유닛은 또한 내부 슬리브(242, 244)를 포함하며, 슬리브들은 배럴 내에서 체감된 연속 스크류 어셈블리를 수납하는 중심 개구부(128)를 공동 한정한다. 중심 개구부(128)는 스크류 어셈블리(222)를 수용하기 위해 일반적으로 "숫자 8"형태를 갖는다. 도시된 바와 같이, 중심 개구부(128)는 모듈(228)의 후단부에서 가장 넓고 배럴(216)의 출구(219)에서 장치의 말단까지 점진적으로 균일하게 줄어든다.

도시된 스크류 어셈블리(222)는 병렬 관계에 있고 각각 연신된(elongated) 중앙 샤프트(254, 256)와 외부로 이어진 나선 플라이팅(258, 260)을 포함하는 제1 및 제2 연신 스크류(250, 252)를 포함한다. 도시된 스크류에서, 샤프트(254, 256)는 각각 입구(229)에서 출구(219) 근위까지 제1 테이퍼(taper) 각에 의해 점진적이고 균일하게 체감된 외부 표면을 갖는다. 플라이팅(258, 260)은 본질적으로 샤프트(252, 254)의 전체 길이를 연장하고 연속적인 방식으로 입구(229)에 인접한 후단으로부터 출구(219) 전방 지점까지 진행한다. 각 스크류(250, 252)의 플라이팅(258, 260)은 개재되거나 맞물려서 스크류(250, 252) 사이에서 복수의 허용 공차 혼련 영역(278)을 만든다. 스크류 주위 전체에서 연속 혼련하고 압출된 혼합물의 역류에 제한된 통과경로(280)만을 생성하기 위해서 스크류 수납 개구부(248)의 벽에서 플라이팅(258, 260)의 공간은 혼련 영역 내 스크류(250, 252)의 각 영역과 유사하도록 선택할 수 있다.

작동하는 동안 압출가능한 분리될 고체/유체 혼합물은 압출기 배럴(216) 내로 통과한다. 스크류 어셈블리(222)는 스크류(250, 252)가 (통상 동일 방향으로)동시 회전하도록, 일반적으로 약 20-1,200 rpm의 속도로 회전한다. 압출기 내의 압력은 일반적으로 출구(220) 바로 인접하여 최대이고, 약 100-20,000 psig, 또는 300-10,000 psig의 범위일 수 있다. 일반적으로 스크류(250, 252)의 회전속도가 높을수록 압출기 내에서 생성된 압력이 높아진다. 압출기 내 온도는 약 40-500℃의 범위일 수 있다. 압출기 배럴로부터 배출되는 생성물이 일반적으로 압출기로 공급된 압출가능한 혼합물보다 더 높은 고체 함량을 갖도록 압출 조건을 장치(200) 내에서 형성한다. 압출가능한 혼합물이 배럴(216)을 통과하는 동안 스크류 어셈블리(222)는 혼합물에 작용하여 맨끝 다이(240)(또는 다른 역압 생성 구조)와 함께 분리를 위한 필요 압력을 생성한다. 위에 기술한 스크류(250, 252)의 특정한 구조는 기존의 스크류 프레스에서 지금까지 발견되지 않은 분리 조건을 생성한다. 즉, 압출가능한 혼합물이 동시회전 스크류(250, 252)의 길이를 따라 진행하면 재료를 전방으로 밀거나 "펌핑"하는 상대적으로 높은 국부 압력을 생성하는 혼련 영역(278)을 연속적으로 마주한다. 동시에, 압출가능한 혼합물은 스크류가 회전할 때 혼련 영역(278) 내에서 반죽된다. 재료의 역류는 통과통로(280)를 통해 허용될 수 있거나 통과통로(280)의 크기가 하나 이상의 혼련 영역을 또한 생성하도록 조절될 수 있다. 그 결과는 배럴(216) 내에서의 강한 혼합/전단과 잠재적 쿠킹작용이다. 또한, 다양한 압출가능한 고체/유체 혼합물이 본 발명의 장치를 사용하여, 간단하게 스크류 어셈블리(222)의 회전 속도와, 필요에 따라 배럴 내 온도 조건을 변경함으로써, 즉 단지 장치의 작동 특성을 변경함으로써 분리될 수 있는 것을 발견하였다. 이러한 유연성과 다기능성의 정도는 여과 기술 분야에서 흔하지 않은 일이다.

본 발명에 따른 분리 모듈(214)의 기본 구조를 도 3에 도시하였다. 도 2의 장치에서 분리 모듈(214)은 수집 챔버(200)를 한정하는 하우징 또는 압력 재킷(220), 축방향 중심 개구부(128)을 한정하고 다수의 적층 배럴 플레이트(120)로 만들어진 필터 유닛(100)을 포함하는 배럴(248)을 포함한다. 적어도 하나의 배럴 플레이트는 필터 플레이트(160, 180)로 구성된다. 수집 챔버(200)는 압력 재킷 또는 하우징(220) 및 흡입 및 출력 말단 플레이트(230, 240)에 의해 한정되고 임의의 구성요소의 최고 압력을 견딜 수 있으며, 여과된 유체를 가스 및 액체로 분리하는데 사용된다. 액체는, 바람직하게 압력 재킷(220)의 가장 낮은 지점에 위치한 액체 배출구(221)를 통해 수집 챔버(200)에서 배출될 수 있다. 압력 재킷(220)은 또한 이하에서 더욱 상세히 언급되는 바와 같이, 수집 챔버(200) 내에서 배럴 및/또는 필터 플레이트의 정렬을 위해 재킷 안쪽에서 재킷의 횡축에 평행하여 이어지는 복수의 정렬 리지(223)를 포함한다. 수집 챔버(200)에 축적된 가스는, 바람직하게 압력 재킷(220) 상의 가장 높은 지점에 위치한 가스 배기구(222)를 통해 수집 챔버로부터 배출될 수 있다. 고압 수집 챔버(200)는 압력 재킷(220)의 축방향 말단(220a, 220b)과 말단 플레이트(230, 240) 사이에 위치한 원형 씰(seal)(250)에 의해 밀봉된다. 이러한 높은 압력과 고온 성능이 압출가능한 혼합물, 예를 들어 바이오매스, 예컨대 리그노셀룰로스 바이오매스의 세척을 가능하게 한다. 압출가능한 혼합물은 보통 50 내지 250℃의 공정 작업온도에서 기체 상태로 있는 유체, 예컨대 암모니아, CO2 및 물로 세척할 수 있다. 분리 모듈(214)은 말단 플레이트(230, 240)를 함께 당기고 이들 사이에서 압력 재킷(220) 및 원형 씰(250)을 클램핑하기 위해 압력 재킷(220) 외부에 위치한 어셈블리 볼트(225)에 의해 함께 유지된다. 추가 필터 유닛 클램핑 볼트(미도시)는 또한 하우징(220)에 수용된 배럴 플레이트(120)와 필터 플레이트(160, 180)를 함께 클램핑하는데 사용될 수 있으며, 클램핑 볼트는 말단 플레이트(230, 240) 각각에서 보어(bore)(231,241)를 통해 연장되어 분리 모듈(200)의 추가 클램핑을 제공한다. 수집 챔버(200) 내에서 압력을 유지하기 위해 확실하게 밀봉되어야 하는, 분리 모듈(200)의 관통점의 수를 최소화하기 위해, 필터 유닛 고정 볼트는 생략될 수 있고, 분리 모듈(200) 조각들의 모든 클램핑은 압력 재킷(220) 외부에 위치된 어셈블리 볼트(225)와 같은 외부 고정 구조에 의해 달성된다. 사용된 압력에 따라 일부 가스는 수집 챔버(200)에서 바로 분리될 수 있거나, 개별 플래쉬 용기를 사용하여 공정의 전체 효율을 최적화할 수 있다.

도시된 예시적인 구현예에서 필터 유닛(100)은 배럴 플레이트(120)와 필터 플레이트(160,180)로부터 조립된 여러 개의 플레이트 적층을 포함하며, 이는 이하에서 보다 상세히 논의될 것이다. 필터 유닛은 편평한 전면과 배면을 갖는 교대 배럴 플레이트(120)와 전면에 필터링 통로(도 4~13)를 갖는 필터 플레이트(160,180)를 포함할 수 있다. 필터 유닛은 또한 하나가 다른 것 뒤에 직접 적층된 필터 플레이트(160,180) 한 쌍 이상을 포함할 수 있다. 바람직한 일 구현예에서, 필터 유닛 내의 모든 배럴 플레이트는 필터 플레이트(160,180)로서 구성되어 적층된 필터 플레이트(160,180)가 말단 플레이트(230, 240) 사이의 공간을 완전히 채워서 필터 유닛의 공극률과 필터링 성능을 최대화한다. 말단 플레이트(230, 240)뿐만 아니라 필터 및 배럴 플레이트(160, 180 및 120)는 모두 배럴(248)을 한정하고 가압된 압출가능한 혼합물(미도시)을 수납하는 관통 중심 개구부(128)를 갖는다. 중심 개구부(128)는 클램프된 플레이트(120,160,180)에 의해 수집 챔버(200)로부터 밀봉된다. 중심 개구부(128)는 도 2에 도시된 스크류 어셈블리 수납 배럴(248)과 크기 및 형태가 동일하다. 분리 모듈(214)은 배럴(216)의 섹션을 대체하고 적층된 배럴 플레이트(120) 및/또는 필터 플레이트(160,180)는 말단 플레이트(230, 240) 사이에서 클램프될 때 고체 필터 블록을 형성하며, 필터 블록은 배럴 일부를 형성한다. 최대 공극률을 위해 필터 유닛은 바람직하게 필터 플레이트(160,180)로 구성된 배럴 플레이트만을 포함하고, 필터 플레이트는 필터 플레이트 적층에서 커버 플레이트(230) 뒤에 배열되어, 필터 플레이트(160,180) 각각의 배면(163)이 개별적으로 뒤에 적층된 필터 플레이트(160,180)의 전면(161)에 대한 커버로서 작용한다. 편평한 중간 배럴 플레이트(120) 없이 필터 플레이트(160,180)만을 사용하여 필터 유닛(100)의 필터 성능을 최대화할 수 있다.

연속 시험에서, 1인치 듀얼 스크류 압출기와 1인치 길이의 3개의 플레이트 적층을 포함하는 분리 모듈을 사용하여(여기에서 각각은 0.005 인치 두께와 0.864 제곱인치의 총 오픈 면적의 200개의 적층된 필터 플레이트(160,180)를 포함함), 72%의 건조물질 함량을 약 600 psig의 배럴 압력에서 얻었다. 연속적으로, 40 g의 고체와 60 g의 물을 함유하는 100 g의 바이오매스(옥수수 속대, 포플러 나무)를 분리 모듈(100)에서 600 psig 내압을 사용하여 100℃의 온도에서 압착하여 39g의 부유 고체와 15g의 물을 함유하는 건조 바이오매스 배출물(액체/고체 바이오매스의 고체 부분)을 얻었다. 얻어진 여액은 약 95 g의 물을 함유하였다. 여액은 비교적 깨끗하고 필터 통로의 기공 크기와 동일한 평균 입자 크기를 갖는 소량(약 1 g)의 부유 고체만을 함유하였다.

도 4는 제1 지지탭(support tab)(124)과 제2 지지탭(126)에 부착된 원형 중간 섹션(122)을 갖는 배럴 플레이트(120)를 개략적으로 도시한 것이다. 원형 중간 섹션(122)은 트윈 스크류 압출기 프레스의 프레스 스크류를 적절하게 수납하는 8자형 중심 개구부(128)를 갖는다. 배럴 플레이트(120)는 전면(121)과 배면(123), 전면과 배면(121, 123) 사이를 연장하고 중심 개구부(128)을 한정하는 내부 끝(125) 및 수집 챔버(200)와 접촉하는 외부 끝(127)을 갖는다. 다수의 배럴 플레이트(120)가 적층되어 인접 플레이트(120)의 전면과 배면(121, 123)의 결합을 밀봉하기 위해 클램프되면 원형 중간 섹션(122)이 배럴 섹션을 형성한다.

하나 이상의 배럴 플레이트(120)는 도 4a에 도시된 우향 필터 플레이트(160) 또는 도 4b에 도시된 좌향 필터 플레이트(180)를 형성하기 위해 변형될 수 있다. 필터 플레이트(160,180)의 기본 구성은 배럴 플레이트와 같고, 배럴 플레이트(120)와 필터 플레이트(160, 180)는 제1 지지탭(164)과 제2 지지탭(166)에 부착된 원형 중간 섹션(162)을 갖는다. 원형 중간 섹션(162)은 트윈 스크류 프레스의 프레스 스크류를 적절하게 수납하는 8자형 중심 개구부(128)를 갖는다. 배럴 플레이트(120)와 필터 플레이트(160,180)는 전면(161)과 배면(163), 전면과 배면(161, 163) 사이를 연장하고 중심 개구부(128)를 한정하는 내부 끝(165) 및 수집 챔버(200)와 접촉하는 외부 끝(167)을 갖는다. 그러나, 필터 플레이트(160,180)에서 전면(161)은 적어도 하나의 필터 통로(130)를 포함한다. 도 4a와 4b에 도시된 구현예에서, 중심 개구부(128)는 전면(161)에서 복수의 필터 통로(130)로 둘러싸여 있다. 필터 플레이트(160)가 우향 배향으로 사용될 수 있고 필터 플레이트(180)가 좌향 배향으로 사용될 수 있는 구조 특징은 장착탭(164, 166)의 배향이다. 전면(161)에서 볼 때, 장착탭(164, 166)은 중심 개구부(128)의 횡축에 대해 45도 각도로 연장된다. 그러므로, 우향 필터 플레이트(160)에서 장착탭(164, 166)의 배향은 좌향 필터 플레이트(180) 내 장착탭(164,166) 중 하나로부터 90도 이동된다. 물론, 배럴 플레이트(120)는 필터 플레이트(160,180)와 동일한 주배향 특징을 포함하여, 배럴 플레이트(120)의 장착탭(124, 126)은 중심 개구부(128)의 횡축에 대해 45도 각도로 연장된다. 그러나, 배럴 플레이트(120)의 전배면(161, 163)은 동일하기 때문에 배럴 플레이트(120)를 뒤집어서 우향 또는 좌향 배향으로 사용할 수 있다.

필터 플레이트(160,180)의 상세한 구조는 도 4a에 도시한 우향 필터 플레이트(160)와 관련하여 논의할 것이며, 도 4b의 좌향 필터 플레이트(180)의 구조적 특징은 장착탭(164, 166)의 배향을 제외하고 동일하다. 도 4a의 필터 플레이트(160)는 설명의 용이성을 위해 다수의 거친 필터 통로(130)를 포함한다. 훨씬 더 많은 수의 보다 미세한 필터 경로(130)를 갖는 바람직한 필터 플레이트(160)를 도 7과 8을 참조하여 이하에서 논의할 것이다. 최대 고체/유체 분리 효율을 얻기 위해서는 필터 공극률을 최대화하는 한편, 필터 기공 크기를 최소화하는 것이 바람직하다. 기공 크기를 최소화하는 것은 필터 재킷 내에 원통형 통로를 절삭해야 하기 때문에 기존 스크류 프레스의 과제이다. 이 문제는 본 발명에 따른 필터 유닛으로 해결하였으며, 여기서 필터 기공은 필터 통로(130)를 형성하기 위해 얇은 필터 플레이트(160)의 전면(161)에 간단하게 리세스(132)를 절삭하여 형성된다. 리세스(132)는 필터 플레이트 두께의 단지 일부인 깊이로 절삭하여 플레이트의 구조적 완전성을 보존하고 설치 또는 작동 시 플레이트의 뒤틀림 또는 버클링을 방지한다. 바람직하게, 리세스(132)는 플레이트 두께의 최대 1/3, 더욱 바람직하게 플레이트 두께의 1/5, 가장 바람직하게 플레이트 두께의 최대 1/10인 깊이를 갖는다. 매우 작은 필터 기공은 본 발명에 따른 필터 플레이트(160)로 도 4와 5에 도시한 바와 같이 초박 필터 플레이트와 매우 얕은 리세스(132)를 사용하여 얻을 수 있다. 예를 들어, 필터 플레이트에 폭 0.05인치 및 깊이 0.001인치의 필터 리세스 또는 홈을 절삭하여 단지 0.00005 제곱인치의 기공크기를 만들 수 있다. 더 미세한 필터링을 위해 0.01 인치 폭의 필터 리세스를 사용할 수 있다. 예시적인 필터 플레이트 두께/리세스 깊이/리세스 폭의 조합을 표 1에 기재하였다.

실시예	플레이트 두께 (인치)	리세스 깊이 (인치)	리세스 폭 (인치)
1	0.005	0.001	0.010
2	0.020	0.001	0.040
3	0.020	0.005	0.040

리세스(132)는 필터 플레이트(160) 전면(161)에 임의의 통상적인 방법, 예컨대 절삭 또는 에칭, 예를 들어 레이저 절삭 또는 산 에칭에 의해 절삭될 수 있다. 일 구현예에서, 필터 플레이트(160)는 316 스테인레스 스틸이며 리세스(132)는 산 에칭으로 절삭되었다. 통상적인 포토리소그래피 방법을 사용하여 전면(161)에 절삭될 리세스 패턴을 나타낼 수 있다. 각각의 필터 플레이트(160)는 하나 이상의 필터 통로(130)를 포함하며, 이것은 필터 유닛(100) 내에서 필터 플레이트(160)가 배럴 플레이트(120) 또는 다른 필터 플레이트(160, 180)와 필터 블록내에 클램프될 때 중심 개구부(128)에서 수집 챔버(200)까지의 유체 배출 통로를 제공하기 위해 내부 끝(165)에서 외부 끝(167)까지 연장된다. 도면에 도시한 바와 같이, 각각의 필터 플레이트(160)는 바람직하게 복수의 필터 통로(130), 바람직하게 전면(161)에 포토 에칭 방법으로 부적당한 공차(tolerance) 없이 하나의 리세스에서 다른 것으로, 특히 내부 끝(165)에서 광 락커 하에 산 언더커팅으로 발생한 기공크기로 배열될 수 있는 최대수의 필터 통로(130)를 포함한다.

레이저 커팅 또는 산 에칭 방법을 사용하여 제조된 표면은 일반적으로 고르지 않다. 이것은 상당한 표면 거칠기의 베이스를 갖는 필터 통로를 야기하여 통로를 통과하는 유체 흐름을 방해할 수 있고 여액 내 부유 입자 또는 섬유가 통로 내에 잔류하게 되는 경향을 증가시켜서 심한 폐색을 유발할 수 있다. 이러한 효과에 대응하기 위해, 마찰방지 코팅을 필터 통로에 적용할 수 있으며, 이것은 여액 내 입자의 통로에 침강하는 가능성을 감소시키게 된다. 마찰방지 코팅은 잉크젯 프린팅 방법을 사용하여 통로에 스프레이하거나, 필터 플레이트의 완전한 표면을 코팅제로 오버스프레이하고, 이후 연마하여 필터 통로 외부 코팅을 제거할 수 있다. 사용된 코팅 종류에 따라 연마 단계는 생략할 수 있다. 필터 통로는 또한, 마찰방지 코팅의 적용 대신 또는 그에 더하여 전해연마될 수 있다. 전해연마와 마찰방지 코팅을 조합하여 사용하는 경우에는 코팅 적용 전에 필터 통로를 연마한다. 필터 통로(130)를 형성하는 리세스(132)의 절삭에 적용가능한 포토리소그래피와 전해연마 방법은 공지되어 있어서 본원에서 상세하게 기술할 필요는 없다.

도 3에 도시한 바와 같이, 각각의 우향 필터 플레이트(160)는 배럴 플레이트(120), 유사한 필터 플레이트(160)의 배면(163), 또는 좌향 필터 플레이트(180)의 배면(163)에 대해 전면(161)으로 적층된다. 도 3으로부터 필터 플레이트가 필터 유닛(100)에서 우향 플레이트(160) 또는 좌향 플레이트(180)로서 설치되는 것이 분명하다. 따라서, 필터 플레이트의 좌향 및 우향 필터 플레이트로서의 배향을 사용하여 플레이트의 유지 패턴에서 90도 이동을 형성하고, 필터 유닛(100)에 의해 여과된 특정 덩어리가 액체/기체 분리를 필요로 하는 경우에 액체가 수집 챔버(200)의 바닥으로 배출되는 수단 및 가스가 수집 챔버의 상부로 유동하는 수단을 제공한다. 중간 배럴 플레이트(120) 존재와 상관없이 연속되는 우향 플레이트(160)(또는 반대로 좌향 플레이트(180))의 수는 유리하게 적어도 0.25″ 두께와 같지만 모듈에서 플레이트의 전체 수에 따라 1″두께일 수 있다.

도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 배럴 플레이트 장착탭(124, 126) 및 필터 플레이트 장착탭(164, 166)은 모두 압력 재킷(220)의 내벽에 장착된 정렬 리지(223)의 쌍들 사이에 적절하게 수납되도록 성형된다.

도 6과 7은 필터 플레이트(160) 만으로 만들어진 본 발명에 따른 가장 기본적인 필터 팩을 도시한 것이다. 한 쌍의 필터 플레이트(160)는 하나를 다른 것 뒤에 적층하여 하나의 필터 플레이트(160)의 전면(161)이 다른 필터 플레이트의 배면(163)과 결합한다. 중심 개구부(128)를 통해 공급된 압출된 고체/유체 혼합물(미도시)에 동반된 유체(액체 및/또는 가스)는 전면(161)에서 리세스(132)에 의해 형성된 필터 통로(130) 내로 내부 끝(165)에서 유동하여 발생하는 분리 압력이 가해진다(화살표 참조). 외부 끝(167)에서, 유체는 필터 통로(130)를 통해 수집 챔버로 배출된다(도 3 참조). 이처럼 필터 플레이트(160)는 8자형 중심 개구부(128)를 통해 압출된 혼합물 흐름에 대해 횡방향으로 필터 통로(132)를 통과하여 움직이는 매우 작은 입자들과 액체를 여과할 수 있다. 장착탭(164, 166) 중 하나에서 종료되는 필터 통로(130)의 외부 말단으로부터 배출을 허용하기 위해 아치형 리세스(134)를 장착탭의 베이스(base)를 가로질러 전면(161) 내에 절삭하고, 리세스(134)를 동일한 방식으로, 또한 필터 통로(130)와 같은 깊이로 자를 수 있으나 상당히 넓은 폭을 가질 수 있다.

종합적으로, 높은 압력 성능을 사용하여, 더 많은 액체를 압출가능한 혼합물로부터 압착할 수 있거나, 동일한 물질 건조도에 있어서 단위 여과 면적 당 더 높은 생산률을 얻을 수 있다. 여과 품질(고체 포집)은 플레이트 구성과 두께에 따라 제어할 수 있다. 여과/압력 등급/자본비는 특정한 바이오매스의 여과 요건에 따라 최적화할 수 있다. 플레이트 구성은 고압, 높은 처리량, 연속적인 분리를 위해 압출기(싱글, 트윈, 또는 트리플 스크류) 내에 장치할 수 있다. 고체/유체 분리 모듈은 스크류들의 닦아내기(wiping) 성질과 교차 축방향 유동 패턴으로 인해 어느 정도 자가 세정된다(트윈 및 트리플 스크류의 경우). 플레이트 팩의 길이는 특정한 요건에 대해 용이하게 개별적으로 맞출 수 있기 때문에 여과 면적은 공정 요건에 따라 유동적이다. 모듈은 하나의 기계에서 단일 또는 다중 단계로 동류(co-current) 또는 역류 구성으로 고체를 세척하는데 사용되어 자본비와 에너지 요구사항을 줄일 수 있다. 필요하다면, 액체 여액의 압력은 진공 조건 내지 필터 블록 내부 압력(2,000 내지 3,000 psig)보다 훨씬 더 높게 조절할 수 있다. 이것은 액체 스트림에서의 추가 분리를 위한 우수한 공정 유연성을 제공한다(예를 들어, 고압 하의 초임계 CO₂, 고압 하의 세척에 사용된 액체 암모니아, 또는 진공을 사용하는 수집 챔버에서 휘발성 유기 화합물과 암모니아 기체의 방출). (내부 필터 블록 압력보다 높은) 높은 역압 성능을 사용하여 필터의 폐색 또는 스케일링 경우에 작동하는 동안 필터를 역세정하여 정지시간을 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 분리 모듈의 높은 공극률과 압력 저항성으로 인해 건조 부분 배출물 중 건조물질 함량이 90%까지 가능하고, 동시에 작은 기공 크기 때문에 부유 고체가 1% 정도로 낮은 상대적으로 깨끗한 액체 부분이 얻어진다. 본 발명에 따른 고체/유체 분리 모듈이 물질의 고체/유체 부분을 분리하기 위한 다양한 제품에서 사용될 수 있는 것을 쉽게 이해할 수 있다.

예시적인 일 구현예에서, 필터 유닛(100)은 미세한 고체의 분리를 위해 0.00005 제곱인치의 기공 크기, 5.7%의 공극률 및 2,500 psig의 압력 저항을 갖는 필터 기공을 포함한다. 예시적인 다른 구현예에서, 필터 유닛(100)은 0.005 제곱인치의 기공 크기, 20%의 공극률 및 5,000 psig의 압력 저항을 갖는 필터 기공을 포함한다. 예시적인 추가 구현예에서, 필터 유닛(100)은 0.00005 제곱인치의 기공 크기와 11.4%의 공극률을 갖는 필터 기공을 포함한다. 예시적인 또다른 구현예에서, 필터 유닛(100)은 0.005 제곱인치의 기공 크기와 20%의 공극률을 갖는 필터 기공을 포함한다.

필터 공극률

필터 기공의 크기는 필터 리세스의 깊이 x 개구부의 슬롯 폭이다. 도 4의 필터 플레이트에서, 기공 크기는 0.001″ (리세스의 깊이) x 0.010″ (개구부의 슬롯 폭) = 기공 당 0.00001 제곱인치이다. 플레이트 당 0.00144 제곱인치 오픈 면적의 전체 기공 면적에 대해 플레이트 당 144개의 기공이 있다.

작은, 1인치 직경의 트윈 스크류 압출기를 사용하는 실험 구성에서, 600개의 필터 플레이트(160, 180)를 서로에 대해 독립적으로 적층하였다. 각 플레이트의 두께는 0.0050″으로, 총 오픈 면적 0.864 제곱인치의 필터를 얻었다. 이 공극률에서, 실험 플레이트의 적층은 2,500 psig의 분리 압력을 견딜 수 있었다. 플레이트(160)의 1″두께 팩은 200개의 필터 플레이트를 포함하였고, 각각의 오픈 면적은 0.00144 제곱인치로, 팩에 대해 총 0.288 제곱 인치의 오픈 면적을 얻었다. 이것은 1/4″초과 직경의 파이프와 같으며, 모두 실험 구성에 사용된 작은 1″직경 압출기 내에서 단지 1인치의 압출기 길이의 거리 내에서 얻을 수 있다. 200개의 우향 필터 플레이트(160)와 좌향 필터 플레이트(180)의 교대 적층을 사용하였다.

공극률은 필터 플레이트의 두께, 또는 배럴 플레이트가 사용된다면 배럴 플레이트의 두께를 감소하여 증가시킬 수 있다. 플레이트 두께를 50%까지 감소시키는 것은 필터 유닛의 공극률을 배가하게 된다. 그러나, 필터 유닛의 강도는 플레이트 두께를 감소할 때마다 감소하게 된다. 이것은 플레이트의 원형 중간 섹션의 전체 직경을 증가시켜서 액체 유동 경로를 약간 더 길게 만들지만 오픈 면적을 동일하게 유지함으로써 대응할 수 있다.

도 7은 도 4와 유사하지만 훨씬 더 많은 수의 작은 기공 크기 필터 통로를 갖는 필터 플레이트(160)를 개략적으로 도시한 것이다. 도 8의 상세 확대도에서 알 수 있는 바와 같이, 필터 통로(130)는 내부 끝(165)에서 외부 끝(167)으로 폭이 약간 증가한다. 도 7과 8은 필터 플레이트의 한 구현예를 도시한 것으로, 여기서 필터 리세스는 전체적으로 0.001 인치의 깊이와, 내부 끝(165)에서 0.01 인치 및 외부 끝(167)에서 0.02 인치의 폭을 갖는다. 필터 통로(130)의 총 수는 이 예시적인 플레이트에서 144개이다.

도 9에 도시한 변형 필터 플레이트에서 압출기 스크류의 개재 또는 맞물림 영역에 인접한 필터 통로는 이 영역에서 기대되는 높은 배럴 압력에 따라 더욱 조밀하게 배열되며 더 작은 기공 크기를 갖는다.

필터 모듈의 제조에서 필터 플레이트(160, 180)의 사용은 저가의 제조방법을 필터 플레이트 제조에 사용할 수 있기 때문에 낮은 단가의 필터 제조가 가능하다. 필터 플레이트(160, 180) 내의 필터 리세스(132)는 레이저 커팅 또는 에칭될 수 있다. 필터 유닛의 제조에 사용된 재료의 종류는 상이한 공정 조건에 적용할 수 있다. 예를 들어, 낮은 pH/부식성 제품에서 티타늄, 고니켈 및 몰리브덴 합금 같은 재료를 사용할 수 있다.

각각의 필터 통로(130)는 필터 플레이트(160, 180)의 전면과 배면(161, 163) 중 하나에서 리세스(132)로서 형성된다. 필터 통로(130)는 필터 플레이트(160)의 각 면에 제공될 수 있지만, 제조와 조립의 용이성을 위해 필터 플레이트의 한쪽 면에만 필터 통로(130)를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 필터 블록의 최대 공극률은 필터 통로(130)의 수를 증가시키는 것뿐만 아니라 필터 플레이트 두께를 최소화하여서도 얻어지기 때문에 필터 플레이트(160, 180)의 양면(161, 163)에 필터 통로(130)를 제공하는 것은 필터 플레이트의 구조적 완전성을 허용할 수 없을 정도로 약화할 수 있다. 또한, 양면에 필터 통로를 갖는 필터 플레이트(160, 180)(미도시)는 마주하여 위치한 임의의 필터 통로(130) 간의 횡류를 방지하기 위해 받침 플레이트로 작용하는 편평한 배럴 플레이트(120)로 분리하는 것이 필요하게 된다. 이것이 분리 모듈(214)의 단위 길이 당 필터 플레이트(160, 180)의 최대수를 감소시키고 조립을 더 어렵게 만든다. 서로 마주하는 양면 필터 플레이트의 필터 통로 간 횡류는 또한 필터 통로(130)가 필터 플레이트의 각 면에서 대칭 패턴으로 배열될 경우 회피될 수 있어서, 한 쌍의 서로 마주하는 필터 플레이트들 중 하나에서 각 필터 통로(130)가 정렬하여 서로 마주하는 필터 플레이트 쌍의 다른 것에서 하나의 필터 통로(130)와 완전히 겹쳐진다. 이러한 대칭 패턴은, 예를 들어 도 10에 도시한 바와 같이 중심 개구부의 대칭 수직면(129)의 각 측면에 거울상 배열로 필터 통로(130)를 위치시켜서 얻어진다. 삽입된 편평한 배럴 플레이트(120)(도 10에 도시되지 않음)의 필요가 이 설계로 제거되고 조립이 용이해지지만, 이 설계의 단점은 서로 마주하는 필터 플레이트의 결과적 필터 통로가 두 배의 기공 크기를 가져서 입도 측면에서 분리 모듈의 보유 성능을 저하한다는 것이다. 따라서, 기공 크기가 유지되어야 한다면, 그럼에도 불구하고 편평한 배럴 플레이트가 삽입되어야 한다.

필터 통로(130)를 형성하는 필터 리세스(132)는, 예를 들어 전면(161)의 레이저 컷팅 또는 산 에칭으로 제조할 수 있다. 필터 통로를 만드는 한가지 방법은 공지된 포토리소그래피 방법을 사용하는 전면(161)에 대한 산 에칭이다. 산 에칭으로 만들어진 필터 통로의 표면 거칠기(roughness)는 공지된 전해연마 방법 또는 마찰방지 코팅의 적용으로 감소될 수 있다. 필터 통로(130)는 중심 개구부(128)에 대해 실질적으로 방사방향으로 내부 끝(165)에서 외부 끝(167)까지 직선으로 이어지는 리세스 또는 홈(132)의 형태일 수 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 필터 통로(130)는 내부 끝(165)에서 외부 끝(167)으로 넓어질 수 있다.

섬유질 고체를 포함하는 압출가능한 혼합물에서 액체를 분리하는 것은 필터 구조에서 특별한 어려움을 야기한다. 섬유는 필터 통로(130)에 유입되어 평행 배열하여 통로에서 폐색을 유발하여 유체의 통과를 감소하거나 방해할 뿐만 아니라 불가능한 것은 아니더라도 역세척으로 제거하는 것이 매우 곤란할 수 있다. 이러한 문제는 도 10 내지 13에 도시된 본 발명에 따른 필터 플레이트(160, 180)의 변형 구현예의 기초를 형성한다. 이 문제를 해결하기 위해, 필터 통로(130)는 통로를 통과하는 직선 경로를 차단하기 위해 그 길이를 따라 임의의 지점에서 도 10 내지 13에 도시된 방향성 편향(300)을 포함할 수 있다. 이것은 통로의 길이방향 범위에서 S자형, 또는 Z자형 곡선을 제공하거나, 통로에서 포크나 스플리트, 예를 들어 T자형, V자형, Y자형 또는 U자형 스플리트를 포함하여 얻어질 수 있다. U자형 스플리트 형태의 예시적 편향을 도 10 내지 도 12에 도시하였다. 방향성 편향(300)의 목적은 필터 통로(130)를 통과하는 직선 통로 또는 선형 섬유의 직선 통로를 저지하는 것이다. 따라서, 필터 통로(130)의 직선 통과를 차단하는데 충분한 필터 통로(130)의 임의의 방향성 편향(300)은 편향의 형태, 또는 필터 통로(130)의 길이방향 범위를 따르는 편향의 위치와 상관 없이 사용될 수 있다. 도 10 내지 12에 도시된 구현예에서, 편향(300)은 유리하게 내부 끝(165)에서 통로(130)의 말단에 위치한다. 도 10 내지 12에 도시된 U자형 편향(300)에 있어서, 필터 통로(130)는 필터 플레이트(160)의 전면(161)에 에칭된, 폭 A의 리세스(132)를 포함한다. U자형 스플리트는 반경 0.001 인치(1 마이크론)의 도시된 구현예에서 리세스의 폭과 동일한 반경에서 반대 방향으로 리세스(132)를 구부려서 한 쌍의 대향하는 분지(branch)(320)에 리세스(132)를 분지시켜서 생성한다. 분지(320)는 이후 동일 반경에서 리세스의 원래 방향으로 다시 구부려서 U자형 스플리트를 만든다. 내부 끝(165)과 분지(320) 사이에 위치한 전면(161) 부분은 범퍼(310)를 형성하여 필터 통로(130)를 통과하는 직선 통로를 차단한다.

도 12에 도시된 바와 같이, 단섬유(350), 즉 필터 통로(130)의 폭보다 더 짧은 길이를 갖는 것들은 편향(300)을 통과하는 것이 가능할 수 있으나, 축적되어 통로(130)를 차단하기는 쉽지 않은데, 왜냐하면 단섬유들이 통로에서 엉길 정도로 길지 않기 때문이다. 반면, 장섬유(360), 즉 통로(130)의 폭보다 더 큰 길이를 갖는 것들은 편향(300)에서 거의 걸리게 될 것이다. 편향(300)에서 걸리는 장섬유(360)는 장섬유(360)의 전체 길이에 따라 편향(300)에서 다른 깊이와 각도로 걸리게 된다. 이는 강의 급선회 시의 랜덤 로그 잼과 마찬가지로 엉겨진 섬유(360)의 비평행, 일반적 랜덤 배향을 야기한다. 엉겨진 섬유(360)의 이러한 일반적 비평행 배향은 편향에서 필터 통로(130)의 완전한 폐색을 방지한다. 동시에 섬유 엉김은 추가적인 필터층을 생성하여, 일반적으로 필터 통로(130)를 통과할 수 있는 초미세 고체의 보유를 지원한다.

도 13a 내지 13e는 필터 통로(130) 내의 다른 종류의 편향, 예컨대 Y자형, V자형, T자형, S자형, 및 Z자형 편향을 개략적으로 도시한 것이다. 도 1~9의 예시적 구현예와 마찬가지로, 도 10~13e의 예시적 구현예에서 필터링 통로(130)는 외부 끝(167)을 향하여, 예를 들어 편향(300)에서 외부 끝(167)으로 넓어질 수 있다.

본 발명자들은 고체/유체 분리장치를 개발하였으며, 이것은 고압에서 압출가능한 혼합물 중의 고체 및 유체 부분을 분리한다. 고체/유체 분리장치는 물질의 고체/유체 부분을 분리하는 다양한 제품들에서 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 고체/유체 분리장치는 기존의 여과장치보다 훨씬 더 작은 기공 크기를 가질 수 있으므로 막힘에 덜 민감할 것으로 기대되며, 그에 따라 기존 장치에서 주기적으로 요구되는 역세척을 포함하는 유지보수의 필요성이 감소한다. 따라서, 본 개시의 고체/유체 분리장치는 정지시간이 거의 없고 유지보수가 적은 방법에서 사용되어 기존 여과장치와 비교하여 생산능력을 증가하고 비용을 줄일 수 있다.

기술된 고체/유체 분리장치에서 물질을 내부적으로 분리장치에서 이송하는 스크류 요소는 필터 블록의 내면에 매우 긴밀한 공차를 가지며 필터 표면에서 물질을 연속적으로 긁어낼 수 있다. 소량의 섬유가 필터 표면에 체류되는 경우에, 이들은 압출기 요소에 의해 더 작은 조각으로 전단되고 결국 필터를 통과하여 액체 스트림과 함께 배출될 것이다.

필터 플레이트의 총 수는 압출가능한 혼합물에 따라 달라질 수 있고 전체 필터 면적을 조절한다. 동일한 고체/유체 분리 조건에 있어서, 더 작은 기공에 더 많은 플레이트/더 큰 표면적이 필요하다. 기공 크기는 유체/액체 부분으로 통과하는 고체의 양을 조절한다. 압출가능한 혼합물 각각은 목적하는 최대 고체 수집량(액체 여액 중 부유 고체의 양)을 얻기 위해 임의의 기공 크기에 대한 요구를 가질 수 있다.

본 개시에서 특정한 구현예들을 기술하고 도시하였으나 기술한 시스템, 장치, 및 방법이 이러한 구체적 구현예들에 제한되지 않는다는 것 또한 이해하여야 한다. 오히려, 본원에서 기술 및 도시된 특징들과 특정한 구현예들의 기능적이거나 기계적인 균등물인 모든 구현예들이 포함되는 것으로 이해된다.

다양한 특징들이 하나 또는 또다른 구현예들과 관련하여 기술되었으나, 다양한 특징들과 구현예들은 본원에서 기술되고 도시된 다른 특징들 및 구현예들과 조합되거나 함께 사용될 수 있는 것으로 이해될 것이다.

Claims

가압 가능한 유체 수집 챔버를 한정하는 하우징; 및
압력 하에서 고체/유체 혼합물을 수용하는 축방향 중심 개구부(core opening)를 한정하는 배럴을 포함하되(여기서 상기 배럴은 필터 블록을 포함함),
상기 필터 블록은 적어도 상기 배럴의 축방향 부분을 형성하고 복수의 적층된 배럴 플레이트로 이루어지고,
각각의 배럴 플레이트는 편평 전면, 편평 배면, 상기 중심 개구부를 한정하고 전면에서 배면까지 이어지는 내부 끝(inner edge) 및 상기 수집 챔버와 접촉하고 전면에서 배면까지 이어지는 외부 끝을 갖고, 상기 배럴 플레이트가 인접한 필터 유닛 플레이트의 전면과 배면의 결합을 밀봉하는 상기 필터 유닛 내에 조밀하게 적층되어 상기 유체 수집 챔버로부터 상기 중심 개구부를 밀봉하며,
적어도 하나의 배럴 플레이트가 전면에 리세스된 필터 통로를 갖는 필터 플레이트로서 구성되고, 상기 필터 통로는 가압된 고체/유체 혼합물 중의 유체를 상기 중심 개구부에서 상기 수집 챔버로 배출하기 위해 상기 내부 끝에서 상기 외부 끝까지 이어지는, 가압된 고체/유체 혼합물 분리용 고체/유체 분리 모듈.
제1항에 있어서, 적어도 2개의 인접한 배럴 플레이트가 각각 필터 플레이트로서 구성되는 분리 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 필터 블록이 상기 배럴의 전체 축방향 부분을 형성하는 분리 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 배럴 플레이트가 필터 플레이트로서 구성되는 분리 모듈.
제3항 또는 제4항에 있어서, 각각의 필터 플레이트가 복수의 필터 통로를 포함하는 분리 모듈.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 플레이트가 미리 선택된 기공 크기를 갖고, 상기 필터 통로는 상기 내부 끝에 미리 선택된 기공 크기에 상응하는 개구 영역을 갖는 분리 모듈.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 블록이 미리 선택된 필터 기공 크기와 미리 선택된 공극률을 가지되, 각각의 필터 통로는 상기 내부 끝에 미리 선택된 기공 크기에 상응하는 개구 영역을 갖고 각각의 필터 플레이트는 상기 중심 개구부의 전체 표면, 미리 선택된 기공 크기 및 필터 통로의 수로부터 계산된 플레이트 공극률을 갖고, 상기 필터 블록은 적어도 미리 선택된 공극률/플레이트 공극률과 동일한 다수의 필터 플레이트를 포함하는 분리 모듈.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 통로가 상기 내부 끝으로부터 멀어지는 방향으로 넓어지는 분리 모듈.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수집 챔버가 상기 필터 유닛을 수용하는 압력 재킷을 가지되, 상기 압력 재킷은 입력 말단에서 입력 말단 플레이트에 의해 그리고 출구 말단에서 출구 말단 플레이트에 의해 밀봉가능하게 폐쇄되고, 상기 필터 블록은 입력 및 출력 말단 플레이트 사이에 삽입되는 분리 모듈.
제9항에 있어서, 상기 압력 재킷이 액체 및 가스를 위한 분리 배출구를 포함하는 분리 모듈.
제6항에 있어서, 상기 필터 블록이 하나 뒤에 다른 하나가 적층되고 상기 입력 및 출력 말단 플레이트 사이에 삽입된 복수의 필터 플레이트로 이루어지는 분리 모듈.
압출 배럴, 압출기 블록 및 압출기 배럴 내에 적절하게 수납된 회전가능한 압출기 스크류를 갖는 스크류 압출기와 함께 사용하기 위해 구성되고,
압출기 배럴에 대해 입력 말단에 그리고 압출기 블록에 대해 출구 말단에 연결가능한 가압할 수 있는 유체 수집 챔버를 한정하는 하우징; 및 압력 하에 가압된 고체/유체 혼합물을 수용하는 축방향 중심 개구부를 한정하며 상기 압출기 배럴에 연결가능한 배럴(여기서 상기 배럴은 상기 하우징 내에 장착되고 필터 블록을 포함함)을 포함하는 가압 가능한 고체/유체 혼합물 분리용 고체/유체 분리 모듈로서,
상기 필터 블록은 적어도 상기 배럴의 축방향 부분을 형성하고 복수의 적층된 배럴 플레이트로 이루어지고,
각각의 배럴 플레이트는 편평 전면, 편평 배면, 상기 중심 개구부를 한정하고 전면에서 배면까지 이어지는 내부 끝 및 상기 수집 챔버와 접촉하고 전면에서 배면까지 이어지는 외부 끝을 갖고, 상기 배럴 플레이트가 인접한 필터 유닛 플레이트의 전면과 배면의 결합을 밀봉하는 상기 필터 유닛 내에 조밀하게 적층되어 유체 수집 챔버로부터 중심 개구부를 밀봉하며,
적어도 하나의 배럴 플레이트가 전면에 리세스된 필터 통로를 갖는 필터 플레이트로서 구성되고, 필터 통로는 가압된 고체/유체 혼합물 중의 유체를 상기 중심 개구부에서 상기 수집 챔버로 배출하기 위해 상기 내부 끝에서 상기 외부 끝까지 이어지는, 고체/유체 분리 모듈.
제12항에 있어서, 상기 입구 플레이트, 출구 플레이트 및 필터 플레이트가 상기 수집 챔버로부터 밀봉된 중심 개구부를 한정하고, 상기 압출 배럴과의 연통에서, 상기 필터 플레이트가 상기 중심 개구부와 연통하고 중심 개구부로부터 떨어져서 연장되는 적어도 하나의 필터 통로를 갖고 상기 분리 챔버는 상기 필터 팩에 의해 분리된 액체를 배출하는 배출 출구를 갖는 분리 모듈.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 플레이트가 0.00003 제곱인치 내지 0.005 제곱인치의 기공 크기를 갖는 복수의 필터 통로를 포함하는 분리 모듈.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 블록이 전체 필터 표면에 대해 전체 기공 면적으로 측정된 5% 내지 40%의 공극률을 갖는 분리 모듈.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 필터 블록이 100 psig 내지 5000 psig의 압력에서 작동하도록 구성되는 분리 모듈.
제16항에 있어서, 상기 필터 블록이 2500 psig 내지 3000 psig의 압력에서 작동하도록 구성되는 분리 모듈.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 통로가 상기 필터 통로를 통과하는 직선 경로를 차단하는 방향 편향(directional deflection)을 포함하는 분리 모듈.
제18항에 있어서, 상기 필터 통로가 상기 중심 개구부에 내부 말단 및 상기 수집 챔버에 외부 말단을 갖고, 상기 편향이 상기 내부 말단, 상기 외부 말단, 또는 그 사이 임의의 지점에 위치하는 분리 모듈.
제19항에 있어서, 상기 편향이 S자형 곡선, Z자형 곡선, 또는 T자형, I자형, Y자형 또는 U자형 스플리트 형태의 필터 통로 내 스플리트 또는 포크 형태인 분리 모듈.
제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 필터 통로가 상기 내부 끝으로부터 멀어지는 방향으로 넓어지는 분리 모듈.