TW202039062A - 高速交叉流動態膜過濾器 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種高速交叉流動態膜過濾系統，其包含一碟膜總成，該碟膜總成具有一框架及呈一正交定位關係之至少三個支撐軸，各支撐軸界定複數個軸向間隔開之膜碟繞其定位之一縱向軸線，各軸進一步耦合至該框架。一滲透物管耦合至各支撐軸且與相關聯於該支撐軸之該膜碟流體連通。一容器界定一處理腔室且經結構設計以可移除地將該碟膜總成支撐在該處理腔室內。該容器進一步包含一壁。該等滲透物管經結構設計以當該碟膜總成定位於該處理腔室內時延伸穿過該容器壁之一部分。該等滲透物管進一步經結構設計用於由一驅動系統旋轉。

Description

高速交叉流動態膜過濾器
本發明係關於液體膜過濾，且更特定言之，係關於一高速交叉流動態膜過濾器系統及子系統。
當前，高壓膜系統以一足夠高速度跨一過濾膜泵浦進料水以阻止沉澱材料在膜表面上之形成，即「堵塞」膜。在藉由泵浦維持高交叉流速度的同時達成膜過濾之益處需要大量能量。
在一個實施例中，一種高速交叉流動態膜過濾系統包含一碟膜總成，該碟膜總成具有一框架及呈一正交定位關係之至少三個支撐軸，各支撐軸界定複數個軸向間隔開之膜碟繞其定位之一縱向軸線，各軸進一步耦合至該框架。一滲透物管耦合至各支撐軸且與相關聯於該支撐軸之該膜碟流體連通。一容器界定一處理腔室且經結構設計以可移除地將該碟膜總成支撐在該處理腔室內。該容器進一步包含一壁。該等滲透物管經結構設計以當該碟膜總成定位於該處理腔室內時延伸穿過該容器壁之一部分。該等滲透物管進一步經結構設計用於由一驅動系統旋轉。
在一個實施例中，一種操作一高速交叉流動態膜過濾系統之方法包含：將一流體流進料至一壓力容器中，該容器界定含有具有第一支撐軸、第二支撐軸及第三支撐軸之至少一個碟膜總成的一處理腔室，各支撐軸界定複數個軸向間隔開之膜碟繞其定位之一縱向軸線。該方法亦包含自該容器排出該流體流之一第一部分及自該容器排出該流體流之一第二部分。該方法進一步包含在一第一方向上旋轉該至少一個碟膜總成之該第一支撐軸、該第二支撐軸及該第三支撐軸，該旋轉包含回應於該流體流之該第二部分之該流動速率來調節該第一支撐軸、該第二支撐軸或該第三支撐軸之至少一者之一旋轉速率。
在一個實施例中，一種高速交叉流動態膜過濾系統碟膜總成包含：一框架，其具有第一端部件及第二端部件以及在該第一端部件與該第二端部件之間延伸之複數個軌道。至少兩個平行支撐軸耦合至該框架，各支撐軸界定複數個軸向間隔開之膜碟繞其定位之一縱向軸線，與該至少兩個平行支撐軸之一者相關聯之該複數個膜碟散置於與該至少兩個平行支撐軸之另一者相關聯之該複數個膜碟之間。該複數個軌道之各軌道經結構設計以由一安裝軌道接納於界定一處理腔室之一容器內。該框架包含一支撐臂，該支撐臂可相對於該複數個軌道旋轉且經結構設計以將與該至少兩個平行支撐軸之一者相關聯之該複數個膜碟移至與相關聯於該至少兩個平行支撐軸之另一者之該複數個膜碟散置及自其移出。
將藉由考量以下詳細描述及附圖而明白本發明之其他特徵及態樣。
相關申請案的交叉參考 本申請案主張2018年12月14日申請之美國臨時專利申請案第62/780,097號之優先權，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
圖1係具有一高速交叉流膜子系統100之一交叉流動態膜處理系統10之一示意圖。系統10亦包含一支援系統120，該支援系統120具有一進料閥122、一進料槽124、一進料泵128、包括一腐蝕性化學品泵131A及一酸性化學品泵131B之一化學品供應系統130、一滯留物系統132及一滲透物收集系統134以包含一滲透物槽140 (其儲存滲透物用於隨後最終使用)及在一些實施例中一滲透物傳送泵(未展示)。進料槽124可包含一液位感測器150、一溫度感測器152及一pH感測器154、一混合器156及一加熱器158。其他流體傳送組件(諸如，傳送及再循環泵，連同相關聯管道、閥及計量裝置)可包含於系統10中，但無需具體描述。支援系統120可包含與膜子系統100之電氣及電子組件以及系統10之組件(參見圖1)通信之一本端控制台(未展示)或一遠端控制台。控制台容納一電氣面板且除其他外進一步包含一可程式化邏輯控制器(PLC)、馬達啟動器、變頻驅動器(VFD)及一使用者介面，諸如一觸控螢幕HMI (人機介面)及/或手動開關、旋鈕及指示燈。
參考圖2及圖3，高速交叉流膜子系統100包含由本身由輪或腳輪208支撐之一可移動支撐框架204支撐之一壓力容器200。呈一馬達220之形式之一驅動器固定地附接至支撐框架204，透過控制面板及VFD控制，且可操作地連接至一皮帶防護罩228內包含之一驅動皮帶224。在其他實施例中，可使用氣動或液壓驅動器代替一可變電驅動器。
亦參考圖4及圖5，壓力容器200提供額定用於膜子系統100在正計示壓力下之操作的一密封容納腔室、區域或容積230，且包含一端蓋240及具有繞一圓周邊緣252之複數個門托架248之一鉸接蓋或門244，該圓周邊緣252經結構設計以接合樞轉地附接至容器主體260之複數個相對樞轉螺栓256。
容器200之定向可為大致水平的、大致垂直的(相對於一地面)或呈一傾斜角度以具有可維護性及考慮到一特定安裝中之可用空間。
壓力容器200包含用於連接一入口或進料導管274之一進料埠270及用於連接一出口或濃縮物導管284之一排出埠280。埠270、280可為已知用於此等容器之任何類型，例如，呈直角或肘形凸緣連接之形式且具有或不具有額外管道以使埠連接遠離容器主體260延伸。
在一些實施例中，一單一進料埠270通向一分佈集管(未展示)，其沿內表面290之一部分在容器200內延伸且具有複數個出口。在所繪示之實施例中，代替地使用沿容器200之長度(自一第一端至一第二端，即自端蓋240至門244或反之亦然)間隔開之複數個單獨進料埠270。進料埠270各連接至一入口控制閥294，且各入口閥294使用一另外導管連接(諸如一「快速」導管連接310)與一入口歧管298及一進料管線空氣釋放閥302流體連通。所繪示之歧管298之另一側終止於一子系統入口埠314。位於容器曲率之頂點(取決於定向)之一排氣孔324包含一手動或自動閥328，其將容器200之內部與外部氣氛連通。
進料埠270之一或多者亦可用作用於一CIP連接之一就地清潔(CIP)埠。例如，先前描述之入口歧管298及入口埠270之整體可兼作一CIP連接。替代地，在無所繪示之入口歧管298之一實施例中，單獨進料埠270之一或多者可替代為一個別CIP埠(例如，居中進料埠270)，而側向進料埠270經保留用於入口進料液體。具有一進氣閥322之一壓縮空氣連接320與CIP連接一起提供，其目的將在下文詳述。
在一些實施例中，一單一排出埠280自容器200引出。在所繪示之實施例中，沿容器200之長度間隔開且由支撐框架204支撐之複數個單獨排出埠280各經由一濃縮物出口284連接至一出口控制閥330，出口控制閥330之各者與子系統100之一出口歧管334及一出口埠338流體連通。
沿容器主體260之一外表面定位有複數個監測埠，諸如觀察埠340、344。可存在額外輔助埠以包含垂直間隔開之埠以用於一視覺位準指示器或一位準傳輸器350及可選地一壓力傳輸器354。
容器200之端蓋240包含內部凸緣356 (圖5)及外部凸緣358。亦參考圖14，一驅動子總成360包括一驅動支撐軸364，其至少部分界定與凸緣356同心之容器內部內之開口368。驅動子總成360透過一驅動滑輪370與驅動皮帶224協作且進一步包含一軸承及密封件安裝件(例如，唇緣密封件) 374 (圖14)，其當組裝時穿透端蓋240。
包含一凸緣382及具有一滲透物排放閥386 (一球閥、蝶閥等)之一滲透物導管區段384的一滲透物子總成380終止於一滲透物埠388。如下文將進一步描述，滲透物子總成380在支撐軸364之端部處覆蓋一鎖定螺母390且可連接至外部凸緣358。
入口、出口或滲透物埠314、338、388之任何者可與額外壓力及/或流量傳輸器連以通用於監測及系統調整。
在容器200之內部中，可將一敞開歧管或凹槽394緊固至容器200之內壁290以均勻地分佈來自進料埠及/或CIP埠270之一或多者的進料流。明確言之，凹槽394可相鄰於整個進料埠及CIP埠270縱向延伸。替代地，凹槽394僅相鄰於進料埠及CIP埠270之一些定位。不管定位如何，凹槽394均包括弧形地或依其他方式形成之一容納容積，該容納容積沿凹槽394之長度之全部或一部分具有成形邊緣397，例如一鋸齒形。
容器主體260之內部進一步呈現複數個內部安裝導軌396，其等牢固地附接至內表面290且經定位以接納一膜匣總成400。在所繪示之實施例中，四個內部安裝導軌396大致分開90度定位且焊接或依其他方式永久固定至圓形內部290。各軌道396包括一90度彎曲且可為(例如)角鐵之一區段，其具有間隔開之支撐板398以用於焊接。在其他實施例中，一個、兩個、三個或五個或五個以上安裝導軌396可經附接且定位在內部290周圍。
開口368與內部安裝軌道396協作對準用於插入膜匣總成400，如下文進一步所描述。
參考圖6，膜匣總成400包含位於由複數個插入軌道424構成之一框架420內之複數個膜子總成或堆疊410。插入軌道424經形成用於與內部安裝軌道396位置接合。插入軌道424在相對端部框架部件430、434之間延伸，且額外支撐件440亦可為框架420提供結構穩定性。在圖15之替代實施例中，一居中板或擋板444亦在端部框架部件430、440之間延伸且至少部分延伸至膜堆疊410之間形成之空間中，如圖16中所展示。擋板444可定位於膜堆疊410之間的一或兩側處，即，兩個擋板444展示於圖16中。在又其他實施例中，一或多個擋板444替代地固定至容器主體260，且更特定言之自腔室230內之容器200之內表面290徑向向內突出，使得當擋板444定位於容器200內時，擋板444至少部分延伸至兩個膜堆疊410之間形成之空間中。在一些實施例中，前述歧管或凹槽394可安裝或依其他方式緊固至膜匣總成400，例如在總成400之頂部上。
一或多個徑向擋板446可可移除地或固定地安裝在匣總成400上方及/或下方及至匣框架420。擋板446經定位成至少部分阻擋在碟之外周邊與容器200之內表面290之間的匣總成400之頂部及/或底部處之敞開空間(下文進一步詳細描述)。擋板446可沿框架420之長度相等或不相等地間隔開。在一些實施例中，擋板446可相對於匣總成400之頂部及/或底部彼此分別軸向偏移，或偏斜至一側或另一側。在又其他實施例中，可使用一個或複數個擋板，將其等之一者或全部放置於沿框架或在容器200內之任何點處。在一些應用中，擋板446之數目及位置取決於堆疊410長度與碟500之直徑的長度與直徑比。
框架420在各端部框架部件處包含操縱手柄450及連接總成460、464。連接總成460之一第一者呈現與凸緣474同心之支撐軸承470。在框架420之另一側上之第二連接總成464包含與兩個帶帽凸緣484同心之支撐軸承480。在下文描述之所繪示之實施例中，膜匣總成400內之膜堆疊410之數目為兩個，然具有一適當結構設計之框架420之一個或三個或三個以上膜堆疊410可搭配適於接納三個或三個以上膜堆疊410之一容器200使用。
在一些實施例中，一輪匣托架(未展示)經結構設計以支撐及運輸膜匣總成400且可包含接納軌道以支撐框架420之插入軌道424之兩者或更多者，然可預期將一或多個膜總成400運輸至壓力容器200之其他方式。
各膜堆疊410包括一系列軸向間隔開之膜覆蓋碟(「膜碟」) 500，在其間具有轂510，如圖8及圖9中所展示。亦參考圖10，各碟主體514由相對滲透物載體518夾置。各滲透物載體518之相對面向外側522鄰接一過濾膜530。膜530可為反滲透(RO)、奈米過濾(NF)、超濾(UF)或微量過濾(MF)膜。
亦參考圖11，各碟主體514由一剛性、大體上無孔塑膠、陶瓷、金屬、生物基(例如，生物組織)或類似材料構成，該材料徑向延伸且終止於相對周邊唇緣544及一周邊邊緣546，其中滲透物載體518及膜530定位成使得膜530大致與周邊唇緣544之一外表面548齊平。在其他建構中，一端蓋(未展示)可緊固至碟514之周邊以形成滲透物載體518及膜514齊平地定位於其中之一凹口。在另一實施例中，可在碟514之外邊緣上方形成一端蓋以囊封膜530及載體518。在又其他實施例中，不存在一滲透物載體且碟主體514在建構上係多孔的或半多孔的且與膜530之表面直接接觸。替代地，上文碟514可由一燒結金屬、金屬板、陶瓷或可選地由一生物基材料構成。各碟包含複數個滲透物收集孔550。
參考圖10，如所提及，在各碟/膜組500之間係一轂510，其中一墊圈554將各轂510與相鄰膜530之表面分開。形成轂510及墊圈554，其中各自孔558、560經定位成容納滲透物流，如將在下文進一步描述，其中墊圈554密封孔558、560以將滲透物流包含於其中。碟514、滲透物載體518、膜530、轂510及墊圈554全部繞具有一縱向軸線572之一中心軸570同軸對準且藉此形成一碟間隔，即，一軸向中心至中心碟距離D (圖9)，其範圍可自0.125英寸或更小至2.0英寸或更大，其中一較佳間隔為0.25英寸。碟514之徑向大小可變化以最佳化一特定系統中之可用表面積，且在一些工業應用中，一碟直徑之範圍可自大致4英寸或更小至6英尺或更大。另外，對於碟514之間的一不同間隔D，可改變轂總成尺寸。進一步言之，膜堆疊410之各端部可包含具足夠比較分佈重量之一板或飛輪580。在一些應用中，除了或代替所繪示之端部位置，可將此一板580定位於膜堆疊410本身內。
碟514、轂510及墊圈554經逐層組裝至軸570上。在滲透物排出端(對應於框架420之第一連接總成460之端)處，複數個導管590，各與孔口550、558、560之一各自對準相關聯，各形成將一端轂510連接至一滲透物收集總成600之一彎曲部，該滲透物收集總成600包括階梯狀或依其他方式經結構設計用於與驅動器支撐軸364及支撐軸承470配合之一滲透物管610。在阻斷端(對應於框架420之第二連接總成464之端)處，一螺紋固定裝置620用於使用墊片554及轂510壓縮膜碟500以形成由孔550、558、560界定並與孔口550、558、560重合且具有碟間隔D之複數個縱向滲透物通道630，該等通道630在操作期間相對於容器200內容物之剩餘者將為流體密封。整個膜堆疊410藉由由螺紋固定裝置620施加之壓縮而保持。
各膜堆疊410隨後經安裝至框架420上且可旋轉地耦合至支撐軸承470。明確言之，如圖6、圖7及圖16中所展示，將膜堆疊410定位於框架420內，使得碟500重疊，從而形成一重疊區域640，其中一個膜堆疊410之碟500交替地散置於另一膜堆疊410之碟間隔D內，且反之亦然。重疊區域640之徑向距離可變化，且在一些應用中，相鄰碟之間的間隙自表面至表面大致為0.25英寸。在其他實施例中，一個膜堆疊410之碟500根本不與另一膜堆疊410之碟500重疊。接著將第二連接總成464封端。為了便於組裝，擋板444可替代地可移除地耦合至框架420，使得在將膜疊堆410安置於框架420內之後將一或兩個擋板444固定至框架420。接著可將經組裝膜匣總成400配置於一匣托架上用於運輸。
為組裝一完整高速交叉流膜子系統100，首先必須將一膜匣總成400插入至容器200中。為將一膜匣總成400插入至容器中，操作員將匣總成400運輸至容器200且將框架420之插入軌道424 (在當前描述之實施例中為四個)與安裝軌道396沿容器主體260之內表面290對準。操作員接著將匣總成400沿安裝導軌396之長度推入至容器200中，其將使滲透物管610與開口368自動對準。滲透物管610將穿過容器200之端蓋240，包含各自驅動器支撐軸364、相關聯軸承及密封件374及驅動滑輪370。接著擰緊各滲透物管610之鎖定螺母390，其將滲透物管緊固至驅動支撐軸364。凸緣382 (其包含導管區段384及閥386)緊固至各自外部凸緣358。用於驅動子總成360之密封及鎖定組件(諸如驅動軸承及一非驅動軸承唇緣密封件或其他軸密封件)之其他結構設計可可操作地定位於滲透物管610與端蓋240之間或可選地結構設計有滲透物子總成380。在所有實施例中，膜子總成400自容器200之外部緊固於容器200內。
當插入時，內部軌道396支撐膜匣總成400。在一些實施例中，前述擋板446替代地包括可在插入匣總成400之後定位於容器200內之擋板插入件。在又其他實施例中，一或多個擋板可在插入匣總成400之前可移除地或固定地緊固至內表面290。
此後，操作員關閉鉸鏈門244以產生一防水外殼。在膜匣總成400處於適當位置中且滲透物管610與滲透物子總成380連通之情況下，可操作膜系統100。
在操作中，首先建立進料槽124之位準及透過液位感測器150監測進料槽124之位準。參考圖1及圖17，若尚未感測到一液位感測器「低」條件(步驟1010)，則打開進料閥122(步驟1018)以容許一進料流入至槽124中。若至少感測到「低」條件，則起動槽124內之混合器156(步驟1014)。一旦混合器154經啟動，若判定一液位感測器「高」條件(步驟1030)，則關閉進料閥122 (步驟1034)，否則進料閥122保持打開(步驟1038)。同時，溫度感測器152監測槽124中之內容物之溫度(步驟1050)且打開(步驟1054)或關閉(步驟1058)加熱器158以相對於一溫度設定點調整進料溫度。
亦在槽124內調整進料pH。在混合器156打開之情況下，pH感測器154判定相對於一pH設定點之進料之pH (步驟1060)。若經感測之pH小於pH設定點但不大於pH設定點減去一偏移因數或值(步驟1064)，則啟動苛性化學泵131A (步驟1068)。若經感測之pH大於pH設定點減去一偏移因數，則撤銷啟動苛性泵131A (步驟1072)。同樣，若經感測之pH大於pH設定點但不小於pH設定點加上偏移因數(步驟1080)，則啟動酸性化學泵131B (步驟1084)。若其小於pH設定點加上偏移因數，則撤銷啟動酸泵131B (步驟1088)。
參考圖18，一旦建立前述進料參數且滿足液位感測器「高」條件(步驟1110)且液位感測器「低」條件可操作或為真(步驟1114)，則啟動進料泵128 (若液位感測器「低」條件為假，則撤銷啟動進料泵128 (步驟1118))。
根據PLC之程式，待處理之液體進料通過入口埠314，通過歧管298及打開的入口控制閥294，且經由一或多個進料埠270進料至壓力容器200中以將液體分佈於壓力容器200內經安裝之膜堆疊410之長度之一些或全部上方。在存在一凹槽394之情況下，進料將溢出密封體積且分散於邊緣397上方。在此液體流入期間，通過通氣孔324吹掃容器200內之空氣。
某些進料埠270及排氣埠280之使用可取決於應用。在一些應用中，例如，靠近端蓋240及鉸接門244之一者的一進料埠270可打開用於進料流入(其中其他進料埠270關閉)，而一軸向(即，縱向於容器200或法向於容器直徑)相對排出埠280打開用於濃縮物排出(其中其他排出埠280關閉)以促進容器200內待處理介質之一軸向流動程度。此一結構設計可最大化跨膜堆疊410之所有膜530之集合體中的平均通量率。在其他應用中，(三個)中央進料埠270打開用於進料流動，而所有三個排出埠280打開。取決於待處理之介質、所使用之膜530、碟500之期望旋轉速度、期望滲透通量或流動速率或鑑於其他因數，可打開或關閉進料埠270及排出埠280之任何組合。
監測容器200內之壓力且若其等於一預定設定點壓力(步驟1130)且大於一最小設定點壓力(步驟1134)，則設定一系統「接通」狀態(步驟1140)。控制系統以維持設定點壓力：若容器200內之壓力小於設定點壓力(步驟1144)，則經由一VFD增加(步驟1148)泵128速度；若大於設定點壓力，則通過VFD降低(步驟1152)泵128速度。若容器壓力下降至最小設定點壓力以下，則系統不再處於「接通」狀態中(步驟1160)。
在系統狀態(步驟1170)為「接通」之情況下，驅動器220同時起始且膜堆疊410透過皮帶驅動器224以一期望旋轉速率旋轉。堆疊410及皮帶224經結構設計使得皮帶224使各堆疊410在容器200內在相同方向上旋轉。板580為旋轉膜堆疊410提供一壓載或「飛輪」效應。亦參考圖19，除非系統狀態為「接通」，否則濃縮物排出最初由歧管334下游之閥330及/或一閥700 (參見圖1)關閉(步驟1172)。調整來自容器之濃縮物之流量以維持一預定VCF (體積濃縮因數)。明確言之，在步驟1174處，基於進入容器200及VCF之經量測之流動速率來計算一期望濃縮物流動速率。若經量測之濃縮物流量等於期望流動速率(步驟1178)，則維持來自容器200之濃縮物流動速率。若不相等(步驟1182)且經量測之濃縮物流動速率小於期望流動速率，則可致動與PLC連通之閥700以增加濃縮物流量(步驟1190)。若經量測之濃縮物流動速率大於期望流動速率，則可致動閥700以減小濃縮物流量(步驟1194)。閥700亦可用於調節此流量之體積濃度因數。在一些應用中，除閥700外或代替閥700，閥330可控制或調節來自容器200之濃縮物流量。
一旦容器200填充有液體且加壓至一合適操作壓力，則透過控制濃縮物排放閥330及/或閥700 (如先前所描述)及/或透過進料泵128之VFD來控制自動維持容器壓力。
在膜堆疊410之旋轉之後，圍繞容器200之內表面290產生所含有之液體之一旋轉或旋動流，其可趨向於使流體之至少一部分分層。此分層阻礙相鄰碟500之間的空間中之流體之全混合。(若干)擋板444中斷旋動流且將更多流體轉移或重新引導至重疊碟空間D中以增強混合。擋板446用於在操作期間最小化容器200內之流體之軸向混合或循環。
隨著壓力容器200中之壓力增加，跨膜530之跨膜壓力(在膜530之暴露側上之液體與膜530之滲透物載體側之間)通過各碟500之膜530建立並驅動液體。取決於膜530之特定性質，膜自穿過膜530之液體分離無機及有機之顆粒及溶解物質。經過濾之液體以滲透物之形式進入滲透物載體518，且徑向流向該液體在其處收集之由孔550、558、560形成之滲透物通道630之一者。滲透物處於足以容許其沿中心軸570之長度軸向地運輸至滲透物子總成380之一壓力下。在具有一多孔碟514之彼等實施例中，滲透物徑向流動通過多孔碟至碟中之一敞開孔中，且通過通道630之一者。
在此程序期間，歸因於各膜堆疊410之各碟500之旋轉方向，在重疊碟空間D內，一個碟500之表面「接近」另一膜堆疊410之另一緊鄰碟500之表面。未通過膜530之膜530之表面處的液體含有經保留之固體，該等固體藉由由此相對碟旋轉引起之高速度而維持懸浮。未通過膜530且含有此等固體之液體繼續通過容器200至濃縮物排出埠280，且作為濃縮物穿過容器200且至出口埠338，其中其可經再循環用於額外穿過容器200 (通過與進料水連通之一額外導管)或依其他方式排出，例如以排干或排出至滯留物系統132。先前已描述濃縮物流量之一般調整。自容器200連續收集濃縮物，且在一些實施例中，穿過一額外背壓-流動速率控制閥以維持壓力容器200內部之壓力及/或維持一預定固體濃度。
一旦處於期望操作壓力下，系統100即可連續操作，受到滲透物流量、容器壓力、碟旋轉速度、旋轉方向、濃縮物排出速率及進料供給速率之自動控制。作為一實例，可將碟旋轉速度設定為達成一期望每分鐘旋轉數(rpm)以結合一足夠滲透物流動速率來達成必要交叉流速度。通過膜530之通量率亦可藉由一透射滲透物流動速率或藉由通過入口埠314之流動速率與離開出口埠338之流動速率之間的一差即時識別。驅動rpm可接著根據需要經調整以獲得一期望滲透物流動速率。參考圖20，在合適壓力下(否則驅動器220使膜堆疊410停止旋轉，步驟1198)，基於進料流與濃縮物流之間的差來計算一滲透通量率(步驟1200)。若通量率對應於一預定通量設定點(步驟1204)，則系統繼續其當前操作。
調節碟500之旋轉速度以維持一滲透通量率。明確言之，若在步驟1210處通量率大於設定點，則經VFD操作驅動器220減小(步驟1214)，降低膜堆疊410之旋轉速度。若在步驟1210處通量率小於設定點，則將驅動器220之旋轉速率與一最大旋轉速率進行比較(步驟1220)；若不超過此最大值，則增加驅動器220之旋轉速率(步驟1224)。
若超過最大旋轉速度，則起始一馬達控制序列。使用此控制序列，增大一計數器(步驟1230)及將一「斜升」計數與一斜升最大值進行比較(步驟1234)。若不大於斜升最大值，則起始一斜升清潔循環(步驟1240)，其中碟500之旋轉速度顯著增加以增加跨膜表面之速度。因此，若滲透通量率隨時間下降，則可暫時提高驅動器220 rpm以增加兩個膜表面之間的相對速度，因此產生一增強「自清潔」效應。隨後隨著滲透通量率之增加，驅動器220 rpm可根據需要調低。若斜升計數大於最大值，則啟動一警報(步驟1244)，增大一反向計數器(步驟1248)，且將反向計數器與一反向最大值進行比較(步驟1254)。若反向計數器值不大於反向最大值，則在一斜升清潔循環之前(在相反方向上)將驅動器220之方向反向一預定時間(步驟1260)。若其大於反向最大值，則操作停止且關閉系統(步驟1264)用於清潔。
一般而言，碟旋轉可為間歇性的或週期性地循環以減少操作期間之能量消耗，但仍維持足夠膜交叉流。在一些實施例中，如所描述，碟堆疊410可在旋轉方向上週期性地反轉。如先前所描述，通過濃縮物控制閥330或閥700之濃縮物流動速率之控制與滲透通量率計算同時發生以容許系統100將濃縮物中之固體濃縮至一期望位準。
因此，與跨膜表面以高速泵送一液體相反，膜過濾器可用於藉由旋轉該液體內之一膜表面而以減少的能量達成自液體分離固體。較高交叉流速度導致通過膜530之較高操作通量及減少的膜堵塞。旋轉碟500在平行軸570上之散置導致均勻流動速度及在膜表面上方之分佈。
週期性地，及/或回應於在一給定壓力下在操作期間之一降低滲透流動速率，系統100在一短週期內停止運行以用於膜530之化學清潔(CIP或就地清潔)。此可藉由將處於一較佳溫度之一低pH (酸性)及/或高pH (苛性)化學及/或去污劑溶液通過化學系統120進料至容器200及通過進料/再循環槽124再循環一預定週期來達成。此後，清除系統100之化學溶液且在充分清潔後重新投入運行，如由在給定壓力下恢復之通量判定。替代地，通過指定CIP進料連接將一定量之化學溶液引入至容器200。CIP溶液經由凹槽394分佈於膜530之表面上方。重要的是，在CIP程序期間容器未經填充。而是，較少數量之CIP溶液經分佈。接著旋轉碟500以將CIP溶液進一步分佈於膜表面積上方。壓縮空氣通過壓縮空氣注入埠320注入至容器200中以提供壓力且進一步迫使CIP溶液通過膜。
參考圖21，繪示一特定苛性CIP程序。自槽124中之液位感測器150開始(步驟1310)，在一液位感測器「高」條件下，進料閥122關閉(步驟1318)且混合器156啟動(步驟1324)。若不滿足液位感測器「高」條件，則打開進料閥122以填充槽124 (步驟1326)。溫度感測器152監測槽124之內容物(步驟1330)且打開(步驟1334)或關閉(步驟1338)加熱器158以相對於一CIP溫度設定點(例如，大致120華氏度)調整進料溫度。
將槽內容物之pH與一CIP苛性設定點(例如，大致12之pH)進行比較(步驟1342)，且若不大於該設定點，則啟動苛性化學泵131A (1346)；若大於設定點，則撤銷啟動苛性泵131A (步驟1350)。
自位準傳輸器350確認容器200中之液體位準。若均未觸發「高」位準(步驟1360)及「低」位準(步驟1364)，則啟動進料泵128 (步驟1368)。隨著容器200中溶液位準升高，進料泵128繼續自槽124提供CIP溶液，直至達到「高」位準，此時撤銷啟動進料泵128(步驟1374)。相對於容器內部定位「高」及「低」位準，使得「高」位準可遠低於容器200之總容量之一半、四分之一或更小。在此特定應用中，CIP程序使用一最少溶液量，例如，僅使用50至100加侖CIP溶液之此一程序可清潔一10,000加侖容量容器。
同時，透過使用壓縮空氣來維持容器200內部之壓力。明確言之，監測容器200內之壓力(步驟1380)，且若小於一CIP設定點壓力(步驟1384)，則進氣閥322經啟動或打開以允許壓縮空氣在容器200內部流動(步驟1390)。若容器壓力大於CIP設定點壓力，則關閉進氣閥322 (步驟1394)。一旦壓力大於CIP設定點(步驟1400)，則啟動驅動器220以使碟500旋轉一預定時間(步驟1410)，此後完成CIP序列(步驟1420)。一旦完成(步驟1430)，則關閉進氣閥322 (步驟1440)且撤銷啟動進料泵128(步驟1450)。
參考圖22，繪示一特定酸CIP程序，其中相同步驟與圖21中所繪示之前述苛性CIP程序共用相同元件符號。在槽124、液位感測器150及溫度感測器152如先前所描述而操作的情況下，將槽內容物之pH與一CIP酸設定點(例如，大致2之pH)進行比較(步驟1542)且若不大於設定點，則啟動酸化學泵131B (1546)；若大於設定點，則撤銷啟動酸泵131B (步驟1550)。酸CIP程序之剩餘者如先前針對苛性CIP程序所描述。
可將已過其使用壽命之一膜匣400自容器200移除並用另一個替換。明確言之，自一容器200移除之一膜匣400可經運送、運輸或依其他方式發送至一本端或遠端設施及清洗，或替代地膜530、滲透物載體518或碟514之一些或全部經更換、重新包裝且運送回至相同系統或另一位置中之另一系統。
為自容器200移除膜匣總成400，操作者基本上反轉先前所描述之操作。鬆開凸緣382 (具有導管區段384及閥386)且自外部凸緣358移除凸緣382，藉此暴露鎖定螺母390。藉由鬆開鎖定螺母390，各總成400之滲透物管610不再與驅動支撐軸364接合。操作員沿安裝導軌396將匣總成400自容器200拉出。接著，可如先前所描述插入一新的或清潔匣總成400。
參考圖23A至圖23G，在另一實施例中，一高速交叉流膜子系統2100包含由一支撐框架2204支撐之一壓力容器2200，該支撐框架2204可由輪或腳輪或驅動滾輪支撐。呈一馬達2220之形式之一驅動器固定地附接至支撐框架2204，透過一控制面板及VFD控制，且可操作地連接至包含於一皮帶防護罩2228內之一驅動皮帶2224，以及其他相關聯滑輪及其他驅動組件。在其他實施例中，可使用氣動、磁力或液壓驅動器代替一可變電驅動器。在又其他實施例中，驅動器或馬達之數目可與容器經設計用於其之膜堆疊之數目(例如，四個，如本文中進一步所描述)匹配且可處於一密閉耦合或直接驅動配置中而不使用一皮帶，使得各驅動器獨立操作一單一膜堆疊。
壓力容器2200提供額定用於膜子系統2100在正計示壓力下之操作的一密封容納腔室、區域或容積2230且包含一端蓋2240及具有繞一圓周邊緣2252之複數個門托架2248之一鉸鏈蓋或門2244，該圓周邊緣2252經結構設計以接合樞轉地附接至容器主體2260之複數個相對樞轉螺栓2256。
容器2200之定向可為大致水平的、大致垂直的(相對於一地面)或呈一斜升角度以具有可維護性及考慮到一特定安裝中可用之空間。
壓力容器2200包含用於連接一入口或進料導管2274之一進料埠2270及用於連接一出口或濃縮物導管2284之一排出埠2280。埠2270、2280可為已知搭配此等容器使用之任何類型，例如，呈直角或肘形凸緣連接之形式且具或不具額外管道以使埠連接遠離容器主體2260延伸。
在一些實施例中，一單一進料埠2270通向一分佈集管(未展示)，其沿內表面2290之一部分在容器2200內延伸且具有複數個出口。在所繪示之實施例中，代替地利用沿容器2200之長度(自一第一端至一第二端，即自端蓋2240至門2244或反之亦然)間隔開之複數個單獨進料埠2270 (例如，兩個、三個、四個或四個以上)。進料埠2270各連接至一入口控制閥2294，且各進料閥2294與一入口歧管2298流體連通且在一些實施例中一進料管線空氣釋放閥與一額外導管連接(諸如一「快速」導管連接)流體連通。所繪示之歧管2298之一側終止於一子系統入口埠2314。亦提供與歧管2298連通之一排放口2316及一排放泵連接2318。在容器曲率之頂點處之一排氣孔2324 (取決於定向)包含一手動或自動閥2328，其將容器2200之內部與外部大氣連通。
在一些實施例中，一單一排出埠2280自容器2200引出。在所繪示之實施例中，沿容器2200之長度間隔開之複數個單獨排出埠2280 (例如，兩個、三個、四個或四個以上)各經由一濃縮物出口2284連接至一出口控制閥2330，複數個單獨排出埠2280之各者與子系統2100之一出口歧管2334及一出口埠2338流體連通。
在其他建構中，進料埠、閥及歧管可定位於容器2200之頂部處，其中排出埠、閥及歧管定位於容器2200之底部處。
一或多個就地清潔(CIP)或沖洗埠2340繞容器2200之周邊定位用於CIP或沖洗水連接。在其中連接至各埠2340的係一噴頭2341，然若合適，可使用其他形式之流體分配器。與各埠2340流體連通之一歧管2342通向一CIP/沖洗入口2344。在一些建構中，進料歧管2298代替地用作CIP入口子系統，其中連接2318可用作一CIP入口。可連同CIP連接一起提供與一進氣閥之一壓縮空氣連接，其目的已先前在本文中所描述。
複數個監測埠(諸如觀察埠)可沿容器主體2260之一外表面定位。可存在額外輔助埠以包含垂直間隔開之埠用於一視覺位準指示器或一位準傳輸器及可選地一壓力傳輸器之使用。
容器2200之端蓋2240包含內部凸緣及外部凸緣。一驅動子總成與驅動皮帶2224協作且包含可撓性耦合器2378 (例如，Dodge®耦合器)及相關聯可撓性軸承及密封件(例如，雙唇密封件)，其等在組裝時穿透端蓋2240。
包含包括具有相關聯配件及閥之管道片段的一滲透物導管區段2384之一滲透物子總成2380終止於一(若干)滲透物埠2388。滲透物子總成2380可連接至外部凸緣2390。
入口、出口或滲透埠2314、2338、2388之任何者可與額外壓力及/或流量傳輸器連通用於監測及系統調整。
容器主體2260之內部進一步呈現固定地附接至內表面2290且定位成接納一膜匣總成2400之複數個內部安裝導軌組2396。在一個實施例中，兩個內部導軌組2396大致分開180度定位且焊接或依其他方式永久固定至圓形內部2290。在一種建構中，各軌道組2396包括一或多個軌道或軌道部件且經結構設計以支撐一輪或滾輪用於使其平移運動。容器2200中之開口與內部安裝導軌2396協作地對準用於插入膜匣總成2400。
參考圖24A至圖24F，膜匣總成2400包含位於一匣或框架2420內之複數個膜子總成或堆疊2410，該匣或框架由在相對端部框架部件2430、2434之間延伸之複數個側向插入軌道2424構成。插入軌道2424經形成用於與內部安裝導軌組2396之位置接合，且特定言之，在所繪示之實施例中，各插入導軌2424支撐複數個輪或滾輪2426，其中滾輪2426經配置用於與內部安裝導軌組2396直接接合。包含互連基底部件2428之額外支撐部件為框架2420提供結構穩定性。框架2420進一步包括複數個可旋轉門或臂2438，各門或臂2438之一第一側2440經由一支架2441耦合至一插入軌道2424且可繞一軸線2445樞轉。各臂2438經結構設計以托舉或支撐一膜堆疊2410。臂2438在相對於第一側2440之一第二側2442處可移除地附接至基底部件2428。平行於第二側2442延伸之一支撐軌道2443為定位於相關聯臂2438內之一堆疊2410提供保護且亦可呈現適於在一延伸或打開位置(即，未耦合至一基底部件2428且自其旋轉)中支撐臂2438之一表面。如所繪示，框架2420包含兩個臂2438，但在一些實施例中，框架2420之所有四個「象限」或「扇區」可包括一可旋轉臂2438。在其他實施例中，一或多個臂2438可依相反方式及在相反方向上旋轉，即大體上可繞基底部件2428旋轉(即大體上可繞第二側2442而非第一側2440樞轉)。
在一些實施例中，一居中板或擋板亦在端部框架部件2430、2434之間延伸且至少部分延伸至在膜堆疊2410之間形成之空間中。擋板可定位於膜堆疊2410之間的一側、兩側或四側處。在又其他實施例中，一或多個擋板代替地固定至容器主體2260，且更特定地在腔室2230內自容器2200之內表面2290徑向向內突出，使得擋板當經定位於容器2200內時至少部分延伸至兩個膜堆疊2410之間形成之空間中。
一或多個徑向擋板可可移除地或固定地安裝在匣總成2400之上方及/或下方及至匣框架2420。擋板經定位以至少部分阻塞碟之外周邊與容器2200之內表面2290之間的匣總成2400之頂部及/或底部處的敞開空間。擋板可沿框架2420之長度相等或不相等地間隔開。在一些實施例中，擋板可彼此軸向偏移，或分別相對於匣總成2400之頂部及/或底部偏斜至一側或另一側。在又其他實施例中，可使用一或複數個擋板，將其等之任一者或全部放置於沿框架或在容器2200內之任何點處。在一些應用中，擋板之數目及位置取決於堆疊2410之長度與直徑比或碟2500之長度與直徑比。
膜堆疊2410在各端處包含連接總成2460、2464。連接總成2460之一第一者呈現與由一軸承外殼2476支撐之凸緣2474同心之支撐軸承2470。堆疊2410之另一側上之第二連接總成2464包含與由一軸承外殼2486支撐之凸緣2484同心之支撐軸承2480。在下文所描述之所繪示之實施例中，膜匣總成2400內之膜堆疊2410之數目為四個(然兩個、三個或四個堆疊2410係可選的)，且兩個或三個或三個以上匣總成2400可搭配適於接納多個匣總成2400之一容器1200使用。
在一些實施例中，一輪匣托架(未展示)經結構設計以支撐及運輸膜匣總成2400且可包含接納軌道以支撐框架2420之插入軌道2424之兩者或更多者，然可預期將一或多個膜總成2400運輸至壓力容器2200之其他方式。另外，一托架2490可提供用於建構及維護總成2400之一支撐表面以包含一個別膜堆疊2410之組裝。托架2490可包含(例如)當一臂2438處於一打開或延伸位置中時支撐軌道2443可放置於其上之成形架狀突出物2492。
亦參考圖25A至圖25B，各膜堆疊2410包括一系列軸向間隔開之膜覆蓋碟(「膜碟」) 2500，其間具有轂2510。各碟主體2514在各側上由一對滲透物載體2518夾置。各對之兩個滲透物載體2518彼此成90度定向(即，垂直安裝)。雙堆疊之最外部滲透物載體2518之相對向外面向側2522鄰接一過濾膜2530。膜2530可為反滲透(RO)、奈米過濾(NF)、超濾(UF)或微量過濾(MF)膜。
各碟主體2514由一剛性、大體上無孔塑膠、陶瓷、金屬、基於生物(例如，生物組織)或類似材料構成，該材料徑向延伸至一第一步階2544及一第二步階2546，其中滲透物載體2518及膜2530經定位使得膜2530與周邊第二步階2546之一外表面2548大致齊平。在其他建構中，可將一端蓋(未展示)緊固至碟2514之周邊以形成其中滲透物載體2518及膜2530齊平定位之一凹口。在另一實施例中，可在碟2514之外邊緣上方形成一端蓋以囊封膜2530及載體2518。在又其他實施例中，不存在一滲透物載體且碟主體2514在建構上係多孔的或半多孔的且與膜2530之表面直接接觸。替代地，上文碟2514可由一燒結金屬、金屬板、陶瓷或可選地一生物基材料構成。各碟2514包含複數個滲透物收集孔2550。
如所提及，在各碟/膜組2500之間係具有一墊圈組2554之一轂2510，該墊圈組2554可呈一O形環組之形式，其將各轂2510與相鄰膜2530之表面分開。轂2510形成有經定位以容納滲透物流之各自孔2558，如將在下文進一步描述(滲透物載體2518包含中央開口，其輪廓2560經配置以容納滲透物流，且膜包含對應孔2562)。轂2510亦各包含一外部引導環2564，其在輪廓上呈現一引導形狀，即U形、V形等。當繞具有一縱向軸線2572之一中心軸2570組裝時，碟2514、滲透物載體2518、膜2530、轂2510及墊圈組2554全部同軸對準，且藉此形成一碟間隔，即一軸向中心至中心碟距離D (圖25C)，其範圍可自0.125英寸或更小至2.0英寸或更大，一較佳間隔為0.25英寸。碟2514之徑向大小可變化以最佳化一特定系統中之可用表面積，且在一些產業應用中，一碟直徑之範圍可自大致4英寸或更小至6英尺或更大。另外，對於碟2514之間的一不同間隔D，可改變轂總成尺寸。進一步言之，膜堆疊2410之各端可包含具有足夠比較分佈重量之一板或飛輪。在一些應用中，除了或代替所繪示之端位置，此一板可定位於膜堆疊2410本身內。
碟2514、轂2510及墊圈2554逐層組裝至軸2570上。繫桿2600用於使用墊圈2554及轂2510 (參見孔或狹槽部分2610、2612、2614)壓縮膜碟2500以形成由孔2550、2558、2562界定並與其重合且具有碟間隔D之複數個縱向滲透物通道，其在操作期間相對於容器2200內容物之剩餘者流體密封。整個膜堆疊2410由繫桿2600施加之壓縮力保持。
各膜堆疊2410隨後經由臂2438安裝至框架2420上或直接安裝至框架2420上。明確言之，膜堆疊2410定位於框架2420內，且臂2438旋轉至一閉合位置中，使得碟2500重疊，從而形成一重疊區域(圖25C)，其中一個膜堆疊2410之碟2500在兩個其他膜堆疊2410之碟間隔D內(以在三個相關聯堆疊2400當中存在之一正交或90度關係，如所繪示，使得形成一「L」形，其中膜堆疊在頂點處僅與其他兩個膜堆疊散置)交替地散置，且反之亦然。各轂2510之引導件2564用於依上文所提及之正交關係旋轉地引導各自另外兩個膜堆疊2410之另外兩個碟2500。重疊區域之徑向距離可變化，且在某些應用中，相鄰碟之間的間隙自表面至表面大致為0.25英寸。在其他實施例中，一個膜堆疊2410之碟2500與另一膜堆疊2410之碟2500根本不重疊。在又其他實施例中，組裝在框架2420內之各膜堆疊2410與每隔一個膜堆疊2410在某種程度上形成一散置重疊區域(例如，四個膜堆疊2410可全部重疊)。接著將連接總成2460封端或使其保持未封端用於與另一膜堆疊2410之一連接總成2464配合(例如，使用一伸縮連接)。接著可將組裝之膜匣總成2400配置於一匣托架上用於運輸。
為了組裝一完整高速交叉流膜子系統2100，首先必須將一膜匣總成2400插入至容器2200中。為將一膜匣總成2400插入容器中，操作員將匣總成2400運輸至容器2200且將框架2420之插入軌道2424 (在當前所描述之實施例中為兩個相對軌道)與安裝軌道組2396沿容器主體2260之內表面2290對準。接著，操作員將匣總成2400沿安裝軌道2396之長度經由滾輪2426推入至容器2200中，其將使軸2570 (作為滲透物管)與容器2200中之開口自動對準。一連接部件2640可接納軸2570用於與滲透物子總成2380及與驅動組件操作連通。進一步密封、鎖定及驅動連接可如本文先前所描述或依另一方式進行。膜子總成2400自容器2200之外部緊固於容器2200內。在其中連接總成2460保持未封端之實施例中，一第二膜匣總成2400插入至容器中用於總成2460、2464之互連。容器2200可依此一方式容納一個、兩個、三個或三個以上對準之膜匣總成2400。
當插入時，內部導軌組2396支撐膜匣總成2400。其後，操作員關閉鉸鏈門2244以產生一防水外殼。在(若干)膜匣總成2400就位且與滲透物子總成2380連通之情況下，可操作膜系統2100。
交叉流膜處理系統之許多結構及操作特徵跨圖2至圖16之實施例及圖23至圖25之實施例係共同的。無論是否在此明確描述或繪示，來自一個實施例之特徵均不排除可應用於另一實施例之特徵，且所有系統及操作序列可適用於各實施例。進一步言之，在具有與各滲透軸相關聯之一驅動器或馬達之一實施例中，各個別膜堆疊在操作期間之旋轉可相對於任何其他膜堆疊在旋轉速度及/或方向上有所不同。
在某些實施例中，系統10可用於水處理、廢水處理、海水處理、垃圾滲濾液、壓裂水、甜味劑之澄清、產品回收、化學及溶劑澄清、觸媒回收、油/水分離、果汁、葡萄酒及啤酒澄清、一後續程序之預過濾及其類似者。
儘管以上描述本發明之實例實施例，但此等描述不應以一限制性意義來理解。實情係，在不脫離本發明之範疇的情況下，可進行若干變型及修改。
10:交叉流動態膜處理系統 100:高速交叉流膜子系統 120:支援系統 122:進料閥 124:進料槽 128:進料泵 130:化學品供應系統 131A:腐蝕性化學品泵 131B:酸性化學品泵 132:滯留物系統 134:滲透物收集系統 140:滲透物槽 150:液位感測器 152:溫度感測器 154:pH感測器 156:混合器 158:加熱器 200:壓力容器 204:可移動支撐框架 208:輪或腳輪 220:馬達 224:驅動皮帶 228:皮帶防護罩 230:密封容納腔室、區域或容積 240:端蓋 244:鉸接蓋或門 248:門托架 252:圓周邊緣 256:樞轉螺栓 260:容器主體 270:埠 274:入口或進料導管 280:埠 284:出口或濃縮物導管 290:內表面 294:入口控制閥 298:入口歧管 302:進料管線空氣釋放閥 310:「快速」導管連接 314:子系統入口埠 320:壓縮空氣連接 322:進氣閥 324:排氣孔 328:手動或自動閥 330:出口控制閥 334:出口歧管 338:出口埠 340:觀察埠 344:出口歧管/觀察埠 350:視覺位準指示器或位準傳輸器 354:壓力傳輸器 356:內部凸緣 358:外部凸緣 360:驅動子總成 364:驅動支撐軸 368:開口 370:驅動滑輪 374:軸承及密封件安裝件 380:滲透物子總成 382:凸緣 384:滲透物導管區段 386:滲透物排放閥 388:滲透物埠 390:鎖定螺母 394:敞開歧管或凹槽 396:內部安裝導軌 398:支撐板 400:膜匣總成 410:膜子總成或堆疊 420:框架 424:插入軌道 430:端部框架部件 434:端部框架部件 440:端部框架部件 444:擋板 446:徑向擋板 450:操縱手柄 460:連接總成 464:第二連接總成 470:支撐軸承 474:凸緣 480:支撐軸承 484:帶帽凸緣 500:膜覆蓋碟 510:轂 514:碟主體 518:滲透物載體 522:向外面向側 530:過濾膜 544:周邊唇緣 546:周邊邊緣 548:外表面 550:滲透物收集孔 554:墊片 558:孔口 560:孔口 570:中心軸 572:縱向軸線 580:板或飛輪 590:導管 600:滲透物收集總成 610:滲透物管 620:螺紋固定裝置 630:縱向滲透物通道 640:重疊區域 700:閥 1010:步驟 1014:步驟 1018:步驟 1030:步驟 1034:步驟 1038:步驟 1050:步驟 1054:步驟 1058:步驟 1060:步驟 1064:步驟 1068:步驟 1072:步驟 1080:步驟 1084:步驟 1088:步驟 1110:步驟 1114:步驟 1118:步驟 1130:步驟 1134:步驟 1140:步驟 1144:步驟 1148:步驟 1152:步驟 1160:步驟 1170:步驟 1172:步驟 1174:步驟 1178:步驟 1182:步驟 1190:步驟 1194:步驟 1198:步驟 1200:步驟 1204:步驟 1210:步驟 1214:步驟 1220:步驟 1224:步驟 1230:步驟 1234:步驟 1240:步驟 1244:步驟 1248:步驟 1254:步驟 1260:步驟 1264:步驟 1310:步驟 1318:步驟 1324:步驟 1326:步驟 1330:步驟 1334:步驟 1338:步驟 1342:步驟 1346:步驟 1350:步驟 1360:步驟 1364:步驟 1368:步驟 1374:步驟 1380:步驟 1384:步驟 1390:步驟 1394:步驟 1400:步驟 1410:步驟 1420:步驟 1430:步驟 1440:步驟 1450:步驟 1542:步驟 1546:步驟 1550:步驟 2100:高速交叉流膜子系統 2200:壓力容器 2204:支撐框架 2220:馬達 2224:驅動皮帶 2228:皮帶防護罩 2230:密封容納腔室、區域或容積 2240:端蓋 2244:鉸鏈蓋或門 2248:門托架 2252:圓周邊緣 2256:相對樞轉螺栓 2260:容器主體 2270:進料埠 2274:入口或進料導管 2280:排出埠 2284:出口或濃縮物導管 2290:內表面 2294:入口控制閥 2298:入口歧管 2314:子系統入口埠 2316:排放口 2318:排放泵連接 2324:排氣孔 2328:手動或自動閥 2330:出口控制閥 2334:出口歧管 2338:出口埠 2340:就地清潔(CIP)或沖洗埠 2341:噴頭 2342:歧管 2344:CIP/沖洗入口 2378:可撓性耦合器 2380:滲透物子總成 2384:滲透物導管區段 2388:滲透物埠 2390:外部凸緣 2396:軌道組 2400:膜匣總成 2410:膜子總成或堆疊 2420:框架 2424:插入導軌 2426:輪或滾輪 2428:基底部件 2430:端部框架部件 2434:端部框架部件 2438:門或臂 2440:第一側 2441:支架 2442:第二側 2443:支撐軌道 2445:軸線 2460:連接總成 2464:連接總成 2470:支撐軸承 2474:凸緣 2476:軸承外殼 2480:支撐軸承 2484:凸緣 2486:軸承外殼 2490:托架 2492:成形架狀突出物 2500:膜覆蓋碟 2510:轂 2514:碟主體 2518:滲透物載體 2522:向外面向側 2530:過濾膜 2544:第一步階 2546:第二步階 2548:外表面 2550:滲透物收集孔 2554:墊圈組 2558:孔 2560:輪廓 2562:孔 2570:中心軸 2572:縱向軸線 2600:繫桿 2610:孔或狹槽部分 2612:孔或狹槽部分 2614:孔或狹槽部分 2640:連接部件
圖1係一交叉流膜處理系統之一示意圖。
圖2係圖1之處理系統之一交叉流膜子系統的一透視圖。
圖3係圖2之交叉流膜子系統之另一透視圖。
圖4係交叉流膜子系統之一容器之一透視圖。
圖5係圖4之容器之另一透視圖。
圖6係一膜匣子總成之一透視圖。
圖7係圖6之膜匣總成之另一透視圖。
圖8係圖6之膜匣子總成之一膜堆疊之一透視圖。
圖9係圖8之膜堆疊之一側視透視圖。
圖10係圖8之膜堆疊之一部分之一分解圖。
圖11係圖8之膜堆疊之一部分之一詳細視圖，其繪示碟、滲透物載體及膜之配置。
圖12係圖8之膜堆疊之一部分之一部分剖視圖。
圖13係一交叉流膜子系統之一透視圖，其中一膜匣總成插入於容器內。
圖14係沿圖3之線14-14取得之一橫截面圖。
圖15係另一膜匣總成之一透視圖。
圖16係沿圖15之線16-16取得之一橫截面圖。
圖17係圖1之處理系統之一操作進料槽序列之一示意圖。
圖18係圖1之處理系統之一操作加壓序列之一示意圖。
圖19係圖1之處理系統之一操作流動調整序列之一示意圖。
圖20係圖1之處理系統之一操作驅動序列之一示意圖。
圖21係圖1之處理系統之一操作苛性CIP序列之一示意圖。
圖22係圖1之處理系統之一操作酸CIP序列之一示意圖。
圖23A係可在圖1之處理系統內操作之一交叉流膜子系統之另一實施例的一側視圖。
圖23B係圖23A之交叉流膜子系統之一透視圖。
圖23C係圖23A之交叉流膜子系統及一匣總成之一俯視圖。
圖23D係圖23A之交叉流膜子系統之一部分及多個匣總成之一部分分解透視圖。
圖23E係圖23A之交叉流膜子系統之另一部分之一部分分解透視圖。
圖23F係沿圖23A之線23F-23F取得之交叉流膜子系統之一端視橫截面內部視圖。
圖23G係沿圖23C之線23G-23G取得之交叉流膜子系統之一縱向橫截面內部視圖。
圖24A係用於搭配圖23A之交叉流膜子系統使用之一匣總成及膜堆疊之一實施例的一透視圖。
圖24B係處於一打開或負載組態中之圖24A之匣總成的一透視圖。
圖24C係圖24A之匣總成之部分之一分解圖。
圖24D係具有一支架之處於一打開或負載組態中之圖24A之匣總成的一端視圖。
圖24E係圖24A之匣總成之一俯視圖。
圖24F係無膜堆疊之處於一打開或負載組態中之一匣總成的一透視圖。
圖25A係一膜堆疊之一部分分解圖。
圖25B係一膜堆疊之一部分之一分解圖。
圖25C係兩個膜堆疊之交叉點之一部分側視圖。
在詳細解釋本發明之任何實施例之前，應瞭解，本發明在其應用方面並不限於下列描述中闡述或下列圖式中圖解說明之組件之構造與配置之細節。本發明能夠支持其他實施例且能夠依各種方式實踐或實行。再者，應瞭解，本文中所使用之措詞及術語係出於描述之目的且不應視為限制性。
2100:高速交叉流膜子系統
2204:支撐框架
2220:馬達
2224:驅動皮帶
2270:進料埠
2274:入口或進料導管
2280:排出埠
2284:出口或濃縮物導管
2298:入口歧管
2316:排放口
2318:排放泵連接
2324:排氣孔
2328:手動或自動閥
2334:出口歧管
2378:可撓性耦合器

Claims (19)

  1. 一種高速交叉流動態膜過濾系統，其包括： 一碟膜總成，其包含 一框架， 呈一正交定位關係之至少三個支撐軸，各支撐軸界定複數個軸向間隔開之膜碟繞其定位之一縱向軸線，各軸進一步耦合至該框架，及 一滲透物管，其耦合至各支撐軸且與相關聯於該支撐軸之該膜碟流體連通； 一容器，其界定一處理腔室且經結構設計以可移除地將該碟膜總成支撐在該處理腔室內，該容器進一步包含一壁；及 一驅動系統， 其中該等滲透物管經結構設計以當該碟膜總成定位於該處理腔室內時延伸穿過該容器壁之一部分，該等滲透物管進一步經結構設計用於由該驅動系統旋轉。
  2. 如請求項1之系統，其中該至少三個支撐軸包括一第一支撐軸、一第二支撐軸及一第三支撐軸，且其中與該第一支撐軸相關聯之複數個膜碟散置於與該第二支撐軸相關聯之複數個膜碟之間，且與該第二支撐軸相關聯之該複數個膜碟散置於與該第三支撐軸相關聯之複數個膜碟之間。
  3. 如請求項2之系統，其中與該第一支撐軸相關聯之該複數個膜碟不散置於與該第三支撐軸相關聯之該複數個膜碟之間。
  4. 如請求項2之系統，其中該框架包含一擋板，該擋板至少部分定位於與該第一支撐軸相關聯之該複數個膜碟與相關聯於該第二支撐軸之該複數個膜碟之間。
  5. 如請求項1之系統，其中該框架包含第一端部件及第二端部件，且其中複數個軌道在該第一端部件與該第二端部件之間延伸，該複數個軌道大體上平行於該等滲透物管定向，且其中該容器進一步包含：固定至該容器內部之複數個安裝導軌，各安裝導軌經結構設計以各接納該框架之一導軌。
  6. 如請求項1之系統，其中該容器包含複數個入口埠及複數個出口埠，且其中該系統經組態以選擇性地容許透過與該複數個出口埠之各可行組或子組組合之該複數個入口埠之各可行組或子組至該容器之接達。
  7. 一種操作一高速交叉流動態膜過濾系統之方法，該方法包括： 將一流體流進料至一壓力容器中，該容器界定含有具有第一支撐軸、第二支撐軸及第三支撐軸之至少一個碟膜總成的一處理腔室，各支撐軸界定複數個軸向間隔開之膜碟繞其定位之一縱向軸線； 自該容器排出該流體流之一第一部分； 自該容器排出該流體流之一第二部分；及 在一第一方向上旋轉該至少一個碟膜總成之該第一支撐軸、該第二支撐軸及該第三支撐軸，該旋轉包含回應於該流體流之該第二部分之該流動速率來調節該第一支撐軸、該第二支撐軸或該第三支撐軸之至少一者之一旋轉速率。
  8. 如請求項7之方法，其中該容器包含沿該長度間隔開之複數個排出埠，且其中自該容器排出該流體流之該第一部分包含透過該複數個排出埠之一或多個排出埠之任何組合來排出該第一部分。
  9. 如請求項7之方法，其中將一流體流進料至含有具有第一支撐軸、第二支撐軸及第三支撐軸之至少一個碟膜總成的一壓力容器中，各支撐軸界定複數個軸向間隔開之膜碟繞其定位之一縱向軸線，包含將一流體流進料至含有兩個碟膜總成之一壓力容器中，各碟膜總成具有第一支撐軸、第二支撐軸及第三支撐軸，各支撐軸界定複數個軸向間隔開之膜碟繞其定位之一縱向軸線，且其中各第一支撐軸係同軸的，各第二支撐軸係同軸的，且各第三支撐軸係同軸的。
  10. 如請求項7之方法，其進一步包含在一第一方向上旋轉該至少一個碟膜總成之該第一支撐軸及該第二支撐軸的同時在與該第一方向相反之一第二方向上旋轉該至少一個碟膜總成之該第三支撐軸。
  11. 如請求項7之方法，其中回應於該流體流之該第二部分之該流動速率來調節一旋轉速率包含回應於該第二部分之該流動速率小於一預定設定點而增大該旋轉速率。
  12. 如請求項7之方法，其中該至少一個碟膜總成包含一框架，該框架具有第一端部件及第二端部件以及在該第一端部件與該第二端部件之間延伸之複數個軌道，該複數個軌道大體上平行於該第一支撐軸、該第二支撐軸及該第三支撐軸，且其中該容器進一步包含固定至一容器內部之複數個安裝導軌，各安裝導軌經結構設計以接納該框架之一導軌，該方法進一步包括： 停止該分佈步驟、該排出步驟及該旋轉步驟； 將該至少一個碟膜總成滑出該處理腔室，該滑動包含沿該複數個安裝導軌之一相關聯安裝導軌平移該複數個導軌之各導軌； 將另一碟膜總成滑入至該處理腔室中，該另一碟膜總成具有一框架，該框架具有第一端部件及第二端部件以及在該第一端部件與該第二端部件之間延伸之複數個軌道；及 恢復該分佈步驟、該排出步驟及該旋轉步驟。
  13. 如請求項7之方法，其中將該流體流分佈於該碟膜總成之至少一部分上方包含分佈包括程序廢水之一流體流。
  14. 一種高速交叉流動態膜過濾系統碟膜總成，其包括： 一框架，其包含第一端部件及第二端部件以及在該第一端部件與該第二端部件之間延伸之複數個軌道；及 耦合至該框架之至少兩個平行支撐軸，各支撐軸界定複數個軸向間隔開之膜碟繞其定位之一縱向軸線，與該至少兩個平行支撐軸之一者相關聯之該複數個膜碟散置於與該至少兩個平行支撐軸之另一者相關聯之該複數個膜碟之間，其中該複數個軌道之各軌道經結構設計以由一安裝軌道接納於界定一處理腔室之一容器內， 其中該框架包含一支撐臂，該支撐臂可相對於該複數個軌道旋轉且經結構設計以將與該至少兩個平行支撐軸之一者相關聯之該複數個膜碟移至與相關聯於該至少兩個平行支撐軸之另一者之該複數個膜碟散置及自其移出。
  15. 如請求項14之碟膜總成，其進一步包含：一滲透物管，其耦合至各支撐軸且與相關聯於該支撐軸之該膜碟流體連通，各滲透物管經結構設計用於順時針及逆時針旋轉。
  16. 如請求項14之碟膜總成，其中該複數個軌道之各軌道大體上平行於該至少兩個平行支撐軸定向。
  17. 如請求項14之碟膜總成，其中該至少兩個平行支撐軸係一第一支撐軸、一第二支撐軸及一第三支撐軸，且其中與該第一支撐軸相關聯之複數個膜碟散置於與該第二支撐軸相關聯之複數個膜碟之間，且與該第二支撐軸相關聯之該複數個膜碟散置於與該第三支撐軸相關聯之複數個膜碟之間，且進一步其中該支撐臂經結構設計以將與該等第一支撐軸相關聯之該複數個膜碟移至與相關聯於該第二支撐軸之該複數個膜碟散置及自其移出。
  18. 如請求項14之碟膜總成，其中各膜碟包含 一碟體，其呈現一第一表面及一相對第二表面，及 一第一滲透物載體，其與該第一表面直接接觸，及一第二滲透物載體，其與該第一滲透物載體直接接觸且定向成與其成90度，及一第一過濾膜，其與該第二滲透物載體直接接觸。
  19. 如請求項18之碟膜總成，其中該碟體進一步包含相鄰一外邊緣之一周邊唇，且其中該第一滲透物載體、第二滲透物載體及該第一過濾部件經定位成使得該第一過濾部件與該周邊唇之一外表面大致齊平。
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