TWM541890U - 從進料產生滲透物的過濾系統 - Google Patents

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Description

從進料產生滲透物的過濾系統
本創作涉及一種用於通過過濾膜分離流體混合物的裝置，過濾膜在支撐框架中被排列為膜堆疊(membrane stack)。更特別地，本創作描述了使用奈米過濾膜來清潔用過油以使其回到開始基本原料以供可能的再使用的設備及過程。本創作也具有其他領域的應用，其中濾液或滲透物將從進料中提取。舉例來說，這包括脫水含液體食品，以產生高標準的明膠濃縮物及純化物。其它應用包括在石油工業中從較重的碳水化合物分離出較輕的碳水化合物。
一種用於從廢潤滑油回收可用的基本原料的有用技術可使用奈米過濾膜。通俗地來說，基於使用開放滲透膜的方法可稱為“奈米過濾”。然而，這些膜的使用與下列方面中的“過濾”不同：液體分離基於特定溶解的化學部分的吸引及排斥而在膜表面發生；這不是傳統方式的固體粒子過濾。這反而是類似於逆滲透。
因此，雖然術語“奈米過濾”、“微過濾”、“超過濾(ultra-filtration)”、“超過濾(hyper-filtration)、“濾液”、“滲透物”、“過濾媒介”可用於本文的過程中，這些術語實際上是用來延伸至以任何類似方法將液流分為濾液及濃縮物的情況。本創作不限於使用特定類型的膜。
潤滑油由開始基本原料及複合劑(additive package)組成。潤滑油的內在價值已導致從廢潤滑油中回收基本原料的許多嘗試有不同程度的成功。一種技術是使適當地預處理的用過油通過奈米過濾膜。
嘗試使用商業上可得的膜密封系統包括美國專利3,872,015中所述的DDS(De DanskeSukkerfabrikker)板及框架設備。
Kutowy等人的先前專利，1989年3月21日的美國專利4,814,088，處理了以膜為基礎的超過濾方法，來清潔輕度廢潤滑油以及原油及其他化學物。本文採用此美國專利以及後續的Kutowy美國專利以作為參考。
Kutowy等人的其它專利，1991年3月26日的美國專利5,002,667以及1997年4月29日的美國專利5,624,555描述了使用用於膜支撐件的金屬板及框架。特別是後面的專利描述了合併兩層膜的成對膜板組件，每層膜覆蓋相應的可滲透(例如，多孔的)膜支撐板，該多孔膜支撐板位於鄰近單獨膜的滲透物或低壓側。這種成對的膜支撐板被平行裝設，將兩平行的膜暴露於以相同方向流動的進料。
膜系統中的進料通常需要一些預處理。由於物理污染及化學變化，廢潤滑油變得不適用於其目的。水及甘油以幾種形式存在於廢曲軸箱油中。在進料暴露於奈米過濾膜之前，期望這些污染物被減少到最少。
水及甘油的出現特別構成通過例如奈米過濾膜之類小孔洞膜奈米回收基本原料的問題。這是因為乳化液的形成容易黏住及阻塞膜中的孔洞。對於以奈米過濾膜為基礎的方法最有效的是，水及甘油必需幾乎完全被移除。因此奈米膜過濾器的進料應該是“可相容於膜的”，且本文中所使用的“進料”的含意也是如此。
奈米膜過濾器的使用引起許多對膜支撐結構的結構要求。
為了在將液體進料暴露於膜時提供有用的滲透物量，膜通常受到支撐，以攜帶實質的跨膜壓力，例如大約100psig。此外，在壓力下將進料流作為工作流 體通過膜表面較佳地是在受限空間中完成，例如，較佳地僅為膜、及/或膜與其支撐多孔板的厚度的中等倍數的深度。此受限空間具有將與膜表面接觸的工作流體的量最大化且維持流速的較佳深度。(除非內容另外指明，本文中使用的“流體”意指液體。)建立通過膜的正確流速幫助保持膜表面乾淨。
由於這種狹窄限制，當工作流體沿著膜的長度通過作為橫流，它將承受壓力降。對於廢潤滑油來說，通過例如2米長度的距離，壓力降可能大約10psig，取決於流動進料層的深度及黏度。
如果工作流體將被暴露於膜的延伸表面區域，例如串聯連接的通過的多個支撐膜表面，這種橫流壓力損失將會累積。沿著膜表面各處，壓力必須保持在最小壓力以上，例如100psig，以維持有效滲透性。因此，根據一種解決方式，工作流體暴露於第一層膜的進入壓力必需夠高才能適應流動工作流體的後續壓力損失，以維持以合理速率推動滲透物通過膜所需的最小壓力，例如100psig。
為了包含高壓流體，需要強壯的框架、密封板以及密封。典型地，這些是以鋼材製作。由於強度要求上升(以適應更高的壓力)，這些支撐組件的重量增加。這對於操作裝置的要求較高，而且施加增加的成本。
因此，期望提供一種用於過濾膜的支撐組件，該支撐組件具有最小化的重量及強度要求。對應地，工作流體的輸入壓力應被限制為可能實施的程度。本創作解決了這個目的。
本創作的一般形式將首先被描述，然後其在特定實施方式方面的實現將參考附圖在以下詳細說明。這些實施方式旨在闡明本創作的原理、以及其實現的方式。之後，本創作的最廣範圍及更特定的形式將在歸納本說明書的單獨的申請專利範圍中進一步描述及定義。
根據一種變形，本創作提出一種適於通過將這種進料通過奈米過濾膜表面從廢潤滑油回收基本原料的以整體過濾組件體現的過濾系統。本創作也可用於處理其它進料。
為了從進料產生滲透物，至少兩個(即多個)膜支撐件攜帶相應的膜，每一支撐件內具有容納空間以作為用於接受滲透物的空腔、或滲透物容納空腔，滲透物是通過被施加至進料的壓力而被驅動通過膜，每一支撐件也具有滲透物容納空腔出口以排出滲透物。多個膜支撐件被裝設在具有進料入口及濃縮物出口的公共儲壓容器(此後稱為儲壓容器)。儲壓容器包含位於至少兩個鄰近膜支撐件之間的至少一壓力持續分離板，分離板在一端具有通流口，以允許流體從一個膜支撐件流向下一個膜支撐件。
分離板允許由分離板界定且包含膜支撐件的連續腔室中產生不同壓力，避免將膜支撐件暴露於可能因為進料流過系統時壓力降低而另外產生的壓力差。
膜支撐件較佳地由兩個背對背安裝的可滲透(例如，多孔)板形成，該兩個可滲透板具有位於其面向外的表面上的兩個相應的膜。在兩個可滲透板之間界定了容納空間以作為用於接受被驅動通過兩個膜的滲透物的滲透物容納空腔。總的來說，這些組件構成了膜支撐板組件、或簡稱“膜板組件”。在正常使用中，進料通過兩個膜時以相同方向流動，該兩個膜在膜板組件的相應外側上被攜帶。
可選地及較佳地，相應的可滲透板由薄的材料形成以減輕重量。已發現已被擠壓成型和已在其表面的較大部分被穿孔使其可滲透的軋鋼薄板是合適的。輕度建構的膜板組件的使用通過壓力維持分離板的結構完整性來補強。
當參考用語“板”時，這種表達意在包括任何形式的支撐，例如以類似方式執行的桁網格(braced mesh)。
較佳地，膜板組件本身被組裝成膜板組件堆疊的組，堆疊中的所有膜在由相關聯的分離板限定的腔室中經歷平行流。在離開第一膜堆疊時，進料通過分離板的一端中的開口流過第二膜堆疊。在一個較佳的設置中，通過第二堆疊的流與通過第一堆疊的流是相反方向，位於鄰近第一堆疊但通過分離板而與第一堆疊分開。
膜板組件堆疊都共用公共儲壓容器。系統可以被設置成依賴於進料通過容器內的多個膜板組件堆疊的蛇形流。作為本創作的另一特徵，安裝在分開連續或間隔堆疊的分離板的通流口中的增壓器可用來恢復進料的損失壓力和維持通過膜的滲透物的有效滲透性。
膜板組件的兩個板在它們之間界定了用於接受被外部壓力(例如，100psig)驅動通過兩個膜的滲透物的容納空間、或“滲透物容納空腔”。用作滲透物收集室的此滲透物容納空腔具有排出滲透物的出口，確保膜具有低的或有限的背壓。這種空腔可以包含作為支柱支撐的間隔件，以最小化板的偏轉。總的來說，這些部件構成了“膜板組件”。
此結構可進一步被併入以下的有用配置中。
多個膜板組件
一般來說，根據本創作從進料產生滲透物的過濾組件可包括以下特徵：
a.多個膜板組件被安裝的儲壓容器，其中膜板組件是以平行配置排列。進料針對多個膜板組件的長度在每一個膜板組件的兩側以相同方向流動。總的來說，多個膜板組件構成膜板組件的“堆疊”。
b.在儲壓容器的一個入口端，第一個堆疊容納來自安裝在儲壓容器上的入口的進料。確保相對均等分佈的儲壓容器內的通道促進在每個堆疊內的單獨的膜板組件附近的進料流分佈。這些通道可以是通過在其末端的膜板組件的密封穿透的形式。這些通道附近的密封將滲透物約束到滲透物容納空腔。在堆疊 的另一個出口端，進料通過類似的流分佈通道或開口至下一個堆疊。進料在暴露於所有堆疊中的所有膜板組件的膜之後，最終被傳遞到安裝在儲壓容器上的出口，以轉移到下一個處理階段。
每個堆疊內的膜板組件的平行排列減少了堆疊的入口與出口部位之間的淨壓力降。
穿過膜進入膜板組件堆疊內的各自的單獨滲透物容納空腔的滲透物通過滲透物容納空腔出口從每個膜板組件進入歧管而離開，該歧管連接到堆疊中的所有這種收集室。所有堆疊的歧管收集滲透物並將滲透物從過濾組件傳送到外部儲存容器。單獨的歧管可以建置在框架的組件的邊界部分，單獨的膜板組件被安裝在框架中。該歧管可以在分離板終止，它提供一個到外部環境的出口。
為了將膜板組件定位在儲壓容器內，每個膜板組件可被建構成使得它是以單獨的框架為界。然後框架被並排放置，它們各自的膜周界在其之間被箍縮(pinched)。然後框架通過外部螺栓被緊緊地夾在一起。這提供了儲壓容器的一部分外壁。這個框架的組裝將膜固定到位。這些周邊框架的厚度也決定了板間組裝間距，板間組裝間距定義了通過膜表面的進料深度。
串流
過濾組件可包含多於單一堆疊的平行膜板組件。這種堆疊可以串連排列來形成這種堆疊的槽。
代替槽中具有自己的儲壓容器的每個堆疊，它們可以全部分享一個公共的儲壓容器，儲壓容器內的每個連續堆疊通過壓力支撐分離板與相鄰堆疊的膜板組件分開。每個分離板在一端具有通流口，以允許流體從膜板組件的一個堆疊流向下一個。這個開口將鄰近於第一堆疊的出口端且位在下一個堆疊的入口端旁邊。在這種配置中，進料流的方向在連續的堆疊中被反轉。
通過這樣的方式組裝至少兩個堆疊的膜板組件的槽，可以達到在每個堆疊中通過膜表面的連續進料流。如此連接的膜板組件的堆疊數量可以隨著其它分離板的內含物而增加，只要跨膜壓降足以支持合適的過濾。方便的是，進料可以以蛇形方式流過如此配置的槽中的三個或更多個堆疊。
升壓
在所述的配置中，將有工作流體的累積壓力損失，因為它在槽內沿著連續堆疊的膜的長度通過。這通常需要在往過濾器的槽的入口處維持較高的壓力。在升高壓力下的操作容器具有不方便解決的強度要求和密封問題。
有利的是，為了解決這個問題，分離板的(多個)通流口可被提供具有堆疊間增壓機制或“增壓器”來恢復損失的壓力。此增壓器可以是葉輪或渦輪狀葉片的形式，或者被安裝在一個或多個分離板中的(多個)通流口中的其他形式的增壓器。這種開口的尺寸可以是緊貼於葉輪的外圍的(即圓形的)，以支撐所形成的壓力差。增壓器可通過單獨的電動機來致動，或者它們可以被安裝在由儲壓容器外部驅動的一個或多個旋轉軸上。
在堆疊槽包含三個或更多堆疊且連續堆疊是由兩個或更多個分離板分開的情況下，多個增壓器可被安裝在相應分離板的每一分離板中的通流口中。然而，連續分離板不一定非要如此配備。可選地，可以僅在每兩個分離板的一端提供增壓器。這個設置有助於在單一共用旋轉軸上安裝連續增壓器。
為了安裝單獨的增壓器在公共旋轉軸上，在這樣的分離板中的相應通流口應對齊。軸貫穿通過儲壓容器的壁，且其中板被貫穿的那些連續中間分離板都應該包含密封件，密封件將限制壓力洩漏。
以這種方式，不定組數的膜板組件堆疊組可被連續地設置，而不須要提高入口壓力至令人為難的程度。
滲透背壓控制
當在一個公共壓力密閉容器內全都連續地連接的相應腔室中組裝多個膜板組件堆疊時，一個重要的考慮是控制通過膜的壓力差。通常膜具有較佳範圍的跨膜壓力，例如約100psi。
若為了調節當進料通過連續地連接的多個膜板組件堆疊時漸增的壓力損失，可選擇以適度升高的壓力(例如130PSI)提供進料到儲壓容器入口，那麼以逐個堆疊連續下降的進料壓力讓進料流經幾個(例如，2或3個)堆疊可能是可行的。在初始堆疊中的膜將暴露於升高的跨膜壓力，但是跨膜壓力可能是在可容忍的水平。然而，當在連續設置中採用大量的堆疊，較佳的是維持跨膜壓力在其較佳運行水平。在入口進料壓力特別升高的情況下，可能須要保護膜以避免暴露於過度升高的進料壓力下。
具有此目標的設置是用以控制至少一些膜板組件堆疊的滲透物容納空腔中的背壓。
在所提出的配置中，堆疊中的每個膜板組件的滲透物出口將滲透物傳遞至疊歧管，疊歧管收集來自相應膜板組件的滲透物排放。此收集系統可方便地遞送滲透物至在堆疊末端的分離板。此分離板接著提供用於讓滲透物離開儲壓容器的通道。從該分離板的出口可設置有背壓控制閥，背壓控制閥具有相關聯的壓力感測器和閥控制系統。此閥可以調整相關聯的堆疊內的滲透物容納空腔中的背壓，將堆疊內的所有膜板組件的跨膜壓力配置於期望的範圍內。
前述概括了本創作的主要特徵和一些其可選方面。本創作可以通過以下較佳實施方式的描述結合附圖而進一步理解。
本說明書無論什麼情況下引用數值範圍，除非另外說明或與其他變體不能相容，否則其子範圍旨在被包括在本創作的範圍內。其中，特徵歸因於本創作的一個或另一變體，除非另外說明，這些特徵都意欲於適用本創作的所有其它變體，其中這樣的特徵是適合或與此類其它變體相容的。
10‧‧‧儲壓容器
11‧‧‧進料
11A‧‧‧循環進料
12‧‧‧壓力
13‧‧‧入口
14、27‧‧‧出口
15‧‧‧濃縮物
20‧‧‧膜
22‧‧‧支撐件
23‧‧‧外皮
24‧‧‧海綿子層
25‧‧‧滲透物
26‧‧‧滲透物容納空腔
27A‧‧‧滲透物歧管
29‧‧‧加熱器
30‧‧‧儲料槽
32‧‧‧加壓泵
33‧‧‧迴路
34‧‧‧循環泵
35‧‧‧儲壓容器
37‧‧‧蛇形流路徑
38‧‧‧端板
41‧‧‧膜板組件
42‧‧‧入口擴散器
42A‧‧‧出口收集器
43‧‧‧背壓控制閥
44‧‧‧濃縮物儲料槽
45‧‧‧堆疊
46、46A‧‧‧分離板
47‧‧‧多孔板
48‧‧‧穿孔
50‧‧‧通道
50A‧‧‧孔
52‧‧‧硬化框架
52A‧‧‧成形部分
53‧‧‧頂部空間
54‧‧‧圓形密封環
54A‧‧‧修飾密封環
56‧‧‧外部螺栓
57‧‧‧調整片
58‧‧‧滲透物導管
61‧‧‧空腔支柱結構
64‧‧‧旋轉軸
65‧‧‧增壓器
66‧‧‧外部電動機
67‧‧‧傳輸器
68‧‧‧通流口
69‧‧‧壓力密封件
71‧‧‧背壓控制閥
72‧‧‧周邊
73‧‧‧表面
82‧‧‧手動閥
84‧‧‧壓力感測器
90、91‧‧‧滲透物容納調整片
92‧‧‧盲凹槽
93‧‧‧洩流調整片
第1圖是進料在其上橫流的奈米膜的示意橫截面圖，奈米膜提供通過膜的滲透。此圖僅作為概念性的介紹並被標記為“現有技術”。
第2圖是儲壓容器和外部支持部件的佈置的示意性橫截面圖，在用過油回收運作的上下文中指出由分離板分開通過多個腔室的進料流。為了清楚描繪，第2圖中的膜板組件被示意性地描繪為線。
第3圖為具有其單獨框架組件的基本的膜板組件的前視圖。
第3A圖是第3圖的橫截面側視圖。
第4圖為如第3圖中的類型的膜板組件堆疊的橫截面展開示意圖，該堆疊是處於壓縮以形成儲壓容器前的展開狀態。
第5圖示出第3圖至第4圖中膜板組件堆疊的另一示意展開橫截面圖，其示出滲透物和進料流。在此圖中，進料在被再循環之前，沿著兩個膜板組件的膜表面的平行路徑前進。滲透物歧管和出口通道的細節示於第8圖中。
第6圖是四個堆疊的如第3圖至第5圖的膜板組件的示意展開橫截面圖，在其頂部和底部具有滲透物歧管通道。
第7圖是第6圖的另一視圖，其具有額外呈現的增壓器，該增加器具有安裝在公共軸的多個渦輪機葉片的形式，該公共軸在分離板的其中兩個的相應通流口中。
第8圖是分離板的前視圖，其示出滲透物收集結構。
第8A圖是第8圖的橫截面側視圖。
第8B圖是第8圖的另一橫截面圖，其示出第8圖的滲透物收集結構的鏡像設置。
第9圖是在其一側具有多孔膜支撐板的修飾分離板的前視圖。
第9A圖是第8圖的橫截面側視圖。
在第1圖中，示意的儲壓容器10含有在壓力12下從入口13流至出口14的進料11，在出口處進料作為缺乏滲透物25的濃縮物15而離開。在示意的儲壓容器10內，膜20由可滲透的(例如，多孔的)支撐件22攜帶，其示意性地顯示為絲網，但在較佳的變形是多孔板47。膜20具有外皮23和海綿子層24。已經通過膜20進入滲透物容納空腔26的滲透物25通過滲透物出口27離開。膜20可以澆鑄到支撐稀鬆布或載體片(未顯示)以給它改善的尺寸穩定性。
滲透物容納空腔26可以包含可滲透空腔支柱結構61(在第5圖中顯示)，以最小化可滲透的支撐件22的偏轉。這可選地是佔據滲透物容納空腔26並支撐該多孔板47的另一個絲網的形式。
適合與本創作使用在廢潤滑油應用中的膜被認為可得自：Koch膜系統公司，美國麻薩諸塞州01887-3388威明頓主街850號
EMD Millipore公司，美國麻薩諸塞州01821比勒利卡康科德路290號
美國專利4,818,088也描述了用於與脂族烴液體使用的奈米膜是適於在這樣的應用中併入本文描述的創作。
系統佈置
在第2圖中，儲料槽30包含適當預處理的進料11的供給。在潤滑油應用中，加熱器29調整儲料槽30中進料11的溫度至較佳90℃左右，例如80℃-110℃。然後進料11通過進料輸送和加壓泵32傳遞到迴路33，迴路33延伸通過以端板38為界的多個膜儲壓容器(此後稱為儲壓容器)35。迴路33內的循環進料11A通過循環泵34被循環並保持加壓，直到已經提取需要的滲透物量。
進料11在入口13進入以端板38為界的儲壓容器35。此入口13裝配有入口擴散器42來分發儲壓容器35內的膜支撐板組件(此後稱為膜板組件)41之間的流動。最初，熱的進料11以低速被循環時加熱該裝置。然後可增加迴路33內的循環速率和壓力以更迅速地處理進料11。
儲壓容器35包括一系列的單獨的膜板組件41(示意性地描繪為第2圖中的線41)在單獨的膜板組件41周圍，循環進料11A以蛇形流路徑37通過。在這個示意圖中，膜板組件41的四個堆疊45被描繪為暴露於液體流。每個堆疊45通過壓力支撐分離板46與相鄰堆疊45分開。與膜板組件41中的通道50(在第3圖中)對齊的是分離板46中的通流口68(在第6A圖中)，使進料11從堆疊45通過到堆疊45。
在儲壓容器35的出口處，在濃縮的循環進料11A從儲壓容器35離開時，出口收集器42A引導濃縮的循環進料11A，以在迴路33周圍流動。來自迴路33的完全耗乏的濃縮物15通過背壓控制閥43離開，用於輸送到經處理濃縮物儲料槽44。
如第3圖所示，膜板組件41在其外側表面上具有用於支撐相應的膜20(於第3A圖中示出)的兩個多孔板47。穿孔48可選地在到達膜板組件41的末端前終止。通道50，示例性顯示為兩端各有三個，在其相應的末端附近穿過兩個多孔板47，多孔板47被優先擠壓為彼此接觸。夾緊圓形密封環54通道50，確保兩個多孔板47之間的滲透物容納空腔26(第3A圖)的完整性。滲透物導管58在折疊末端沿著板的周長，允許滲透物25從滲透物容納空腔26沿著(第3A圖中的)多孔板47對的周邊流動而通過多孔板47的一個或多個末端處的滲透物出口27離開並進入滲透物歧管27A(第3A圖及第5圖)。
如第3A圖中最佳示出的，在兩個多孔板47之間沿著它們的外圍被夾住的是硬化框架52，較佳的是焊接鋼管和矩形橫截面。這個框架52使多孔板47變 硬。框架52還充當多孔板47之間的間隔，並提供儲壓容器35的外壁的一部分。當一切都組裝好的時候，每個多孔板47的外邊界上的膜20的外邊緣(第3圖中未示出，但第3A圖中顯示為一條線)在外部螺栓56的壓縮力下也在多孔板47及框架52之間被夾住。這種(第4圖中的)螺栓56在儲壓容器35附近的端板38之間延伸。
在第3A圖中，膜20在通道50附近由密封環54夾住。滲透物容納空腔26容納來自進料11的滲透物25。這個夾持密封可以使用墊圈(未示出)來增強，這不僅將內部滲透物容納空腔26與進料流11隔離，也將有助於在密封環54下在適當位置夾住膜20。
滲透物導管58可以相鄰於框架52的內部運行，將滲透物25攜帶到膜板組件41的末端。
在第4圖中，兩個單獨的膜板組件41的單一堆疊45位於由螺栓56維持在一起的端板38對的密封內。合併來說，這些端板38和膜板組件41的周邊界定了儲壓容器35。
單獨的膜板組件41具有通道50，也顯示於第3圖的平面圖中，以允許將被分佈在膜板組件41之間的空間或空隙53中的進料11的平行流。這些空隙53為進料11在膜20上提供一個“頂部空間”。為方便起見，在第4圖至第7圖中，這些通道50被示出為在膜板組件41中對準的開口以適應下面進一步描述的特徵。
由空隙53提供的頂部空間的高度對系統的運行有重要的作用。當此頂部空間53變窄，沿著膜20的給定長度的壓力降就會增加。如果使用較高的進料壓力，對於給定的空隙高度53，進料11流動速率將更高。此流動速率將幫助膜20的表面“擦洗”掉未通過的進料物質，降低膜堵塞。同時，這樣的超壓能影響 膜表面上的“濃度極化”。這具有使流過膜的流體的邊界層增厚的結果，這將減少滲透物流。為此原因，不應該允許過度的跨膜壓力。
第5圖示出進料11的流動路徑、以及一對膜板組件41之間和周圍的滲透物25。如第5圖中所示，滲透物容納空腔26包含可滲透空腔支撐結構61，以最小化多孔板47的偏轉。
在第5圖中，滲透物25被示出為流動通過滲透物出口27，滲透物出口27穿過單獨的膜板組件41的上端處的框架52。如第8圖所示，滲透物25通過調整片57聚集進入管的歧管27A，以便最終進一步處理。從膜板組件41的每個堆疊45離開的滲透物25最終通過背壓控制閥71，背壓控制閥71被調整以維持膜板組件41的相關聯堆疊45中跨過膜20的壓力降。
蛇形流
在第6圖中，多組膜板組件41或者膜板組件41“堆疊”45被組裝以允許進料11的逆向流動通過連續堆疊45。在第4圖至第6圖中，示出了儲壓容器35的端板38，但是為描繪方便，膜板組件41被示出為在螺栓56施加壓縮力之前被分離。在實際使用中，螺栓56以膜板組件41的邊界為規格的框架52拴緊，以允許螺栓56將膜板組件末端拉在一起。這個動作也將膜20固定在一對相關聯的膜板組件41的適當位置，在板之間提供建立板間空隙和頂部空間53的空間時，將這些組件夾在一起。
在第6圖中，分離板46出現在膜板組件41的連續堆疊45之間。如第8圖中所示，分離板46的周邊72的形狀和尺寸類似於膜板組件41的形狀和尺寸，以確保儲壓容器35的完整性。在此周邊72內，分離板46的表面73、以及端板38可以向內略微偏移，以提供相鄰膜板組件41上的膜20的頂部空間53。
升壓
在第7圖中，分離板46中的通流口68被通過其中的旋轉軸64穿過。在每第二個分離板46中的通流口68中這樣的軸64上安裝的是流體葉輪形式的增壓器65。在軸64刺穿中間分離板46A處的壓力密封件69應為耐壓的。
軸64由外部電動機66通過傳輸器67旋轉。因此，當進料11在堆疊槽中從堆疊45到堆疊45通過時，其壓力被升高，補償因在膜20的表面上的橫流中流動而引起的壓力損失。電動機66可以是可變速電動機以控制升壓的量。雖然公共軸64顯示為作動增壓器65，每個增壓器65可以有自己獨立的電動電動機。
如在一些圖中目前對於單獨的膜板組件41和分離板46的描述，參考開口，(以(第4圖中的)通道50或(第7圖中的)通流口68的形式)，分別在鄰近其末端形成在膜板組件41和分離板46中。事實上，多個這樣的通道50及通流口68可以並排出現來支撐通過這些通道50及通流口68的高流速。這樣的開口單獨地或共同地有資格作為通道50或通流口68。在多個通流口68的情況下，多個增壓器65應該佔據通流口68以保持升壓。
在第7圖中，多個增壓器65被定位在第一和第三分離板46的底部，且在延伸的變形中，在所有奇數分離板46的底部。第二分離板46A和所有偶數分離板46分別被軸64的耐壓軸承穿過、或者在多個通道50及通流口68的情況下被多個軸64的耐壓軸承穿過以提供壓力密封件69。
在進料11流中的壓力降明顯處的配置中，例如沿著一個或多個堆疊45中的膜20的橫流長度大大延長、或進料11如在重油的情況般黏稠，可以在分離板46的另一端安裝第二組增壓器(未顯示)。因此，另外的增壓器65組可以被定位在第二、第四和所有偶數分離板46的頂部。在此種增壓器65分開設置中，所有奇數分離板46將有適當對準的耐壓軸承以提供壓力密封件69。此第二軸、或者軸組將有其自己的驅動機構66、67和速度控制。對於這樣的長板，該單元可有利地被定位在它的一邊。
跨膜壓力控制
為了處理滲透物25，每個堆疊45被提供有(第5圖中的)第一滲透物出口歧管27A，該第一滲透物出口歧管27A將滲透物25傳遞到鄰近分離板46。如在第8圖中所示，分離板具有與第3圖和第5圖中的調整片57對應的對準的滲透物容納調整片90、91，以及(第8A圖和第8B圖中的)盲凹槽92，盲凹槽92容納滲透物歧管27A且通過滲透物壓力控制閥71將滲透物25轉向到儲壓容器35外。然後，滲透物25在接近大氣壓力下流動，以累積在儲壓容器35外部。分離板46只需要一個滲透物容納調整片90，但通過提供鏡面設置的兩個這樣的調整片90、91，分離板46可以更通用，避免在組件上需要有“左”和“右”分離板46。每個分離板46從而可以容納來自兩側或任一側的堆疊45的滲透物25。
通過為(第8圖、第8A圖和第8B圖中的)每個背壓閥71提供壓力感測器84和單獨的閥控制器(未顯示)，控制器可以從感測器84接收信號、並傳遞信號以控制閥71。這允許為不同堆疊45建立不同的背壓，如果沒有堆疊間增壓器，通過堆疊45時進料11正以逐漸減小的進料壓力12通過。為了設定背壓閥71，可通過了解入口13和出口14壓力依序內插每個堆疊45附近的進料11壓力，以創建較佳的跨膜壓力差。
當拆卸中滲透物25將從膜板組件41排出時，在(第8圖、第8A圖和第8B圖中的)分離板46另一端的洩流調整片93可配備手動閥82使用。
當進料11以顯著升高入口壓力水平12被輸送到儲壓容器入口13，如所述，滲透物背壓控制系統適於提供較佳跨膜壓力。作為本創作的一部分，先前所述的用於單獨連續堆疊45的連續升壓規定可排除在升高的入口壓力12下遞送進料11至儲壓容器入口13的需要。儘管如此，為了在任何這種情況下將跨膜壓力維持在合理值，該滲透物背壓控制系統可被用來通過調整相關滲透物容納空腔26的壓力來設置或微調單獨堆疊45的跨膜壓力。
混合分離板
分離板46不必是獨立的組件。第9圖、第9A圖顯示了混合的分離板46A和單一的多孔板47。多孔板47被安裝在修飾的分離板46A上。通過修飾的分離板46A中的滲透物導管通道58，滲透物25直接流至盲凹槽92。在多孔板47中的孔50A被與修飾的分離板46A中的通流口68接合的修飾密封環54A包圍。此修飾環54A和修飾的分離板46A的成形部分52A被配置為將膜20定位在適當位置的框架。如前所述，修飾的分離板46A在一側具有周邊、軸穿件61和壓力密封件69。
在這個變形中，輕度建置的多孔板47被壓力維持的修飾分離板46A支撐並強化，有效的提供了其中鑲嵌分離板46的強化膜板組件41。如果需要，修飾的分離板46A也可以是多孔的，儘管這可能對於加厚板來說證明是昂貴的。
每一堆疊的膜板組件數量
當進料11通過一系列堆疊45時，其壓力將逐漸減小。同時，其體積的一部分將在通過膜20的滲透物25中被帶走。在已經通過多個堆疊45之後，這個損失的體積將降低進料11流過膜20表面的速率。
為了將橫流流體速度維持在期望的程度，可減少在系列中的後面堆疊45中膜板組件41的數量。因此，例如，在初始堆疊計數包括20個膜板處，在此之後，比方說，在系列中的10個堆疊，第21個堆疊可以具有減少到19的板計數。如果系列中的堆疊數被實質擴展，可重複此過程。在給定示例中的值將會隨著進料11的黏度、膜板組件41的長度、系統中的堆疊數和其他參數而變化。
膜板組件的裝設
當最終被組裝時，提供儲壓容器35的一部分邊界的膜板組件41和分離板46被端板38的壓縮力嚴格地固定在適當位置上，端板38通過栓緊螺栓56的周邊設置而被拉向彼此。這種壓縮力是高的而且一旦組裝保證了設置的完整性。
在最初組裝期間，可在兩個端板38之間設置臨時軌道來對齊相對於它們的垂直位置被定位在其間的單獨的板。位於沿著側面螺栓56的間隔件可以確保在水平方向上正確對準。
在需要用於生產新鮮潤滑油的純基本原料的大多數應用中，滲透物25可通過將其通過依賴於活性黏土的市售拋光單元接受最終處理。它不表示來自過濾系統的輸出是絕對準備用作製備潤滑油的基本原料。
儘管上面的描述集中在用於從廢潤滑油回收基本潤滑油原料的裝置，本創作和下文要求保護的裝置同樣適用於依賴於膜作為過濾媒介的任何合適的液體過濾過程。
結論
前文已構成示出本創作如何可以應用並投入使用的具體實施例的描述。這些實施例僅是示例性的。本創作的最廣泛、以及更具體的方面，將在現在下面的申請專利範圍中進一步描述和定義。
這些申請專利範圍和本文中所使用的文字，將以在已描述的本創作的變體來理解。它們不被限制為這樣的變體，而是被理解為涵蓋隱含在本創作及本文所提供的揭露內容的本創作的全部範圍。
11‧‧‧進料
11A‧‧‧循環進料
13‧‧‧入口
15‧‧‧濃縮物
29‧‧‧加熱器
30‧‧‧儲料槽
32‧‧‧加壓泵
33‧‧‧迴路
34‧‧‧循環泵
35‧‧‧儲壓容器
37‧‧‧蛇形流路徑
38‧‧‧端板
41‧‧‧膜板組件
42‧‧‧入口擴散器
42A‧‧‧出口收集器
43‧‧‧背壓控制閥
44‧‧‧濃縮物儲料槽
45‧‧‧堆疊
46‧‧‧分離板

Claims (20)

  1. 一種從一液體進料產生一滲透物的過濾系統，包括：組裝在堆疊中的多個可滲透膜板組件，每一個可滲透膜板組件攜帶各自的可滲透過濾膜，每一個可滲透膜板組件內具有一容納空間以作為用於接受該滲透物的一滲透物容納空腔、以及用於排出該滲透物的一滲透物容納空腔出口，該滲透物是藉由被施加至該液體進料的一壓力而被驅動通過該可滲透過濾膜，其中a)該多個可滲透膜板組件被裝設在一公共儲壓容器，該公共儲壓容器具有多個壁、用於該滲透物與一濃縮物的一進料入口以及進料出口，以及b)該公共儲壓容器包含位於至少兩個另外的鄰近膜板組件堆疊之間的至少一壓力持續分離板，該至少一壓力持續分離板僅在一端具有一通流口，以允許一液體從一個膜板組件堆疊流向下一個膜板組件堆疊，以及其中該至少一壓力持續分離板：i)位於該至少兩個另外的鄰近膜板組件堆疊之間，其外圍作為該公共儲壓容器的該多個壁的一部分，ii)提供一分離滲透物入口，該分離滲透物入口經由一歧管而與該至少兩個另外的鄰近膜板組件堆疊中的至少其中之一的該滲透物容納空腔連接，以從其接收該滲透物，以及iii)包括沿該至少一壓力持續分離板的一周邊而設置的一通道以通過一分離滲透物出口將該滲透物向該公共儲壓容器外輸送。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的過濾系統，包括每個可滲透膜板組件裝設在其內的一相應的框架，當該多個可滲透膜板組件被組合以形成堆疊時，每一個該框架具有外周邊作為該公共儲壓容器的該多個壁的一部分，其中該至少兩個另外的鄰近膜板組件堆疊的該至少其中之一的該框架包括一調整片，該調整片提供該歧管遞送該滲透物至該分離滲透物入口。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的過濾系統，其中該分離滲透物出口被連接以將該滲透物遞送至具有一相關聯的壓力感測器及閥控制系統的一背壓控制閥，以用於建立該滲透物容納空腔內的該壓力。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的過濾系統，其中：c)該可滲透膜板組件包括背對背裝設的兩個可滲透板，該兩個可滲透板具有位於其外表面上的兩個各自的膜；以及d)該兩個可滲透板在該兩個可滲透板之間界定了在其內的該滲透物容納空腔，以作為用於接受藉由被施加至該液體進料的該壓力而被驅動通過該兩個可滲透膜的該滲透物的該空腔，從而構成該“可滲透膜板組件”；以及其中，在分離板之間，多個可滲透膜板組件組以一平行配置被設置，使得該液體進料在該組內的該可滲透膜板組件的兩側將以相同方向流動，一組中的該可滲透膜板組件共同地構成被該分離板分開的一可滲透膜板組件“堆疊”。
  5. 一種從一液體進料產生一滲透物的過濾系統，包括：組裝在堆疊中的多個可滲透膜板組件，每一個可滲透膜板組件攜帶各自的可滲透過濾膜，每一個可滲透膜板組件內具有一滲透物容納空腔以作為用於接受該滲透物的一空腔、以及用於排出該滲透物的一滲透物容納空腔出口，該滲透物是藉由被施加至該液體進料的一壓力而被驅動通過該可滲透過濾膜，其中a)該多個可滲透膜板組件的堆疊被裝設在一公共儲壓容器，該公共儲壓容器具有多個壁、用於該滲透物與一濃縮物的一進料入口以及進料出口，以及b)該公共儲壓容器包含位於至少兩個另外的鄰近膜板組件堆疊之間的至少一壓力持續分離板，該至少一壓力持續分離板僅在一端具有一通流口，以允許一液體從一個可滲透膜板組件堆疊流向下一個可滲透膜板組件堆疊，以及 其中該多個可滲透膜板組件的該滲透物容納空腔出口被連接以將該滲透物遞送至具有一相關聯的壓力感測器及閥控制系統的一背壓控制閥，以用於建立該滲透物容納空腔內的該壓力。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的過濾系統，其中：c)該可滲透膜板組件包括背對背裝設的兩個可滲透板，該兩個可滲透板具有位於其外表面上的兩個各自的膜；以及d)該兩個可滲透板在該兩個可滲透板之間界定了在其內的一容納空間，以作為用於接受藉由被施加至該液體進料的壓力而被驅動通過該兩個可滲透膜的該滲透物的該滲透物容納空腔，從而構成該“可滲透膜板組件”；以及其中，在該至少一壓力持續分離板之間，多個可滲透膜板組件組以一平行配置被設置，使得該液體進料在該組內的該可滲透膜板組件的兩側將以相同方向流動，一組中的該可滲透膜板組件共同地構成被該至少一壓力持續分離板分開的該多個可滲透膜板組件的“堆疊”。
  7. 一種從一液體進料產生一滲透物的過濾系統，包括：多個可滲透過濾膜支撐板，其中：a)該可滲透過濾膜支撐板包括背對背裝設的兩個可滲透板，該兩個可滲透板具有位於其外表面上的兩個各自的過濾膜；b)該兩個可滲透板在該兩個可滲透板之間界定了在其內的一容納空間，以作為用於接受藉由被施加至該液體進料的一壓力而被驅動通過該兩個可滲透膜的該滲透物的一滲透物容納空腔，以及c)每個滲透物容納空腔被提供有用於排出該滲透物的一滲透物容納空腔出口，從而構成“多個可滲透膜板組件”，該多個可滲透膜板組件被組合為至少兩可滲透膜板組件堆疊，其中： d)該至少兩可滲透膜板組件堆疊被裝設在一公共儲壓容器，該公共儲壓容器具有多個壁、用於該滲透物與一濃縮物的一進料入口以及進料出口，e)該公共儲壓容器包含位於至少兩個另外的鄰近可滲透膜板組件堆疊之間的至少一壓力持續分離板，該至少一壓力持續分離板僅在一端具有一通流口，以允許一液體從一個可滲透膜板組件堆疊流向下一個可滲透膜板組件堆疊，以及f)一增壓器被裝設在該至少一壓力持續分離板的該通流口中，以恢復連續的可滲透膜板組件堆疊之間損失的壓力。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的過濾系統，其中該公共儲壓容器包括至少三個壓力持續分離板，以及增壓器被分別裝設在每隔一壓力持續分離板的該通流口中。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的過濾系統，包括分別裝設在每個壓力持續分離板中的該通流口中的一增壓器。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的過濾系統，其中該增壓器是由一電動機致動。
  11. 如申請專利範圍第8項所述的過濾系統，其中該增壓器是由一相應的電動機致動。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的過濾系統，其中該增壓器是由一相應的電動機致動。
  13. 如申請專利範圍第7項所述的過濾系統，其中該增壓器是由從該公共儲壓容器外部驅動的一旋轉軸致動。
  14. 如申請專利範圍第8項所述的過濾系統，其中該增壓器是由從該公共儲壓容器外部驅動的一公共旋轉軸致動。
  15. 如申請專利範圍第9項所述的過濾系統，其中該增壓器是由從該公共儲壓容器外部驅動的一公共旋轉軸致動。
  16. 如申請專利範圍第14項所述的過濾系統，其中該公共旋轉軸通過一壓力密封件而穿過每隔一中間的分離板。
  17. 如申請專利範圍第7項所述的過濾系統，包括每個可滲透膜板組件裝設在其內的一相應框架，當該可滲透膜板組件被組合以形成堆疊時，該框架的外周作為該公共儲壓容器的該多個壁的一部分，其中該框架包括多個調整片，該多個調整片被組裝以提供一歧管，該歧管與每個可滲透膜板組件的該滲透物容納空腔的該滲透物出口相連接，用於從每一堆疊收集該滲透物以遞送至一外部儲存容器。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的過濾系統，其中散置在該可滲透膜板組件堆疊之間的該至少一壓力持續分離板分別被提供與該相應的堆疊的該歧管連接的一導管，以容納並傳遞該滲透物到該公共儲壓容器外。
  19. 如申請專利範圍第7項所述的過濾系統，其中在一堆疊中的每個可滲透膜板組件的該滲透物容納空腔出口被連接至一堆疊歧管，該堆疊歧管被連接以遞送該滲透物至具有一相關聯的壓力感測器及閥控制系統的一背壓控制閥，以用於建立該滲透物容納空腔內的該壓力。
  20. 如申請專利範圍第7項所述的過濾系統，其中一堆疊中的每個可滲透膜板組件的該滲透物容納空腔出口被連接至一堆疊歧管，該堆疊歧管通過沿著在該堆疊的末端處的該至少一壓力持續分離板的一周邊設置的一通道而連接，以遞送該滲透物至具有一相關聯的壓力感測器及閥控制系統的一背壓控制閥，以用於建立該滲透物容納空腔內的該壓力。
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