[发明专利]用于切向过滤的载体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于切向过滤(filtration tangentielle)的多孔载体及其制备方法。本发明特别涉及由烧结的陶瓷材料、烧结玻璃、烧结金属或碳制成的这种多孔载体，其被一个或多个纵向平行的通道穿过，所述通道的表面被烧结的陶瓷材料或有机材料制成的一个或多个过滤层覆盖，待净化或浓缩的液体，或总的说来待处理的流体在通道内循环。多孔载体和过滤层的组件在后文中被称为隔膜。

背景技术

在这种装置中，待处理的流体通过入口室而到达载体或(大)孔隙块体的入口端，在通道中流动直至到达出口端，流向出口室；待处理的液体的一小部分或渗透物径向穿过过滤层和大孔隙载体，之后收集在渗透物侧的出口室中。

根据切向过滤的原理，待处理的液体沿着一个或多个通道而循环，且此流动在所述通道的入口和出口之间造成压力损失。此压力损失取决于一组参数，例如通道中待处理或净化的液体的速度、所述液体的粘性以及通道的液压直径。待处理的液体沿着一个或多个通道的这种压力的减少变化改变了穿过过滤层而后穿过大孔隙主体的渗透物的横向流动。

接下来是沿着一个或多个通道中的液体循环的方向的横向压力损失(跨膜压力)的减少，该压力损失是在通道的某点处的压力和渗透物室的压力之间的差异。这种减少可能通过减少例如渗透物的流量，或通过改变例如保持阈值，并且还通过建立沿着一个或多个通道的不同过滤状态而影响过滤装置的性能。

例如，在存在于4mm直径的通道的标准隔膜中，通道中的入口压力为3.8巴，通道的出口压力为2巴，而渗透物出口室中的压力是恒定的，例如1.5巴。因而，沿着隔膜的横向压力损失在2.3巴至0.5巴之间变化。

对于这种标准隔膜，与过滤元件的几何形状相关联的尺寸参数组和与待处理的液体及运行条件相关联的液压参数组不容许全面优化过滤操作，因为在隔膜的整个长度上不可能获得最佳的横向压力损失。

专利US-P-4105547描述了一种使用纵向压力损失的辅助补偿系统的切向过滤装置。所述辅助系统其特征在于，渗透物侧的载体的外表面被渗透物掠过，渗透物在与待处理的液体相同的方向上循环，从而在渗透物室中产生纵向压力损失，使得横向压力损失沿着过滤器保持大致恒定。

专利EP-A-0333753描述了这种装置的一个实施例，其可补偿这种由于液体在一个或多个通道内循环而造成的横向压力损失的变化。和上述装置中一样，所述系统其特征在于，在管状隔膜、被通道穿过的多孔载体或多孔块体的外表面上建立渗透物的循环，该多孔块体也被一个或多个通道穿透。这种过滤介质可单独或成束地组装在外壳中，其中渗透物室用诸如圆球或细粒等的填充体进行填充，该填充体造成对渗透物的纵向流动的阻力，这自然抵消了由于待处理的液体在过滤层所覆盖的一个或多个通道中的循环而造成的纵向压力损失变化。

根据现有技术的这两个系统需要产生由循环泵促动的渗透物的再循环回路，循环泵必须能够提供所需的压力损失。这种系统必须使用专用外壳或壳体，在该壳体中可在一种或多种过滤介质的外表面上沿与一个或多个通道内的待处理的液体相同的方向建立渗透物的循环。

这些现有技术的装置具有若干缺陷，例如：

-再循环回路及其控制和调节系统的额外费用；

-与此辅助回路的运行相关联的能量成本；

-与一个或多个外壳的特殊性相关联的额外费用。

文献EP-A-0870534描述了一种大孔隙载体，其具有沿待处理的流体的流动方向的渗透性梯度。这种大孔隙载体在沿待处理的流体的流动方向的带状区域上优选地具有平均孔隙率梯度，该平均孔隙率沿所述流动方向增加。

文献FR-A-2846255描述了一种用于对待处理的流体进行切向过滤的隔膜，所述隔膜包括多孔载体，该多孔载体限定了用于使待处理的流体沿给定的方向在入口和出口之间循环的至少一个循环通道，多孔载体的内表面限定了被用于待处理流体的至少一个分离层所覆盖的通道，一小部分所谓的渗透物穿过分离层和多孔载体。该载体呈现从载体的内表面延伸出来的可变局部阻塞，分离层沉积在载体的内表面上，所述阻塞沿待处理的流体的循环方向在载体区段上产生平均孔隙度，该载体区段具有给定的恒定厚度并从载体的内表面延伸，最小的平均孔隙率位于入口处，而最大的平均孔隙率位于出口处。

文献FR-A-2,797,198描述了一种用于对待处理的流体进行切向过滤的隔膜，所述隔膜包括无机的刚性多孔载体，该多孔载体限定了用于沿给定的方向循环的待处理的流体的至少一个循环通道，该通道的表面被待处理的流体的至少一个分离层所覆盖，其中一小部分所谓的渗透物穿过该层和载体。该分离层沿待处理的流体的循环方向具有减少的厚度梯度。