[发明专利]整体式膜过滤结构

说明书

一种用于过滤液体的整体式膜型过滤结构，其包括：由多孔无机材料形成的渗透率为K_s的支撑件，所述支撑件具有管状总体形状，该管状总体形状具有主轴线、上游基部、下游基部、界定内部分的周边壁；以及形成在支撑件的内部分中、平行于支撑件的主轴线的多个通道；渗透率为K_m且平均厚度为t_m的膜，其覆盖通道的内表面；所述结构的外部水力直径满足关系式（1）：，其中α是被包括在0.85和1.15之间的系数，并且公式（A）；，其中：D_h是通道的平均水力直径，e_int是通道之间的内壁的最小厚度，e_ext是过滤器的周边壁的最小厚度，t_m、Ø_f、e_int、e_ext和D_h是以米为单位表达的，并且K_s和K_m是以m²为单位表达的。

技术领域

本发明涉及由无机材料制成且旨在过滤液体的过滤结构领域，特别是多孔结构，该多孔结构涂覆有膜以便从液体分离颗粒或分子，更特别地从水分离颗粒或分子，特别是从源自从页岩中提取石油和天然气的生产用水分离颗粒或分子。还发现了其在化学、制药、食品或农业食品工业中用于液体的净化和/或分离的各种工业过程中的应用。

背景技术

采用陶瓷或非陶瓷膜来过滤各种流体、特别是受污染的水的过滤器早已为人所知。

这些过滤器一般地由用多孔无机材料制成的管状支撑件制造，管状支撑件由界定平行于所述支撑件的轴线的纵向通道的壁形成。通道的内表面覆盖有分离膜。该膜包括一种通常为无机的材料，其性质和形态适于阻滞污染分子或颗粒，只要它们的尺寸大约为所述膜的孔隙的中值直径。

称为前置过滤的第一种技术是已知的，其涉及使待处理流体垂直于过滤介质的表面穿过该过滤介质。前置过滤器通常包括在其前面上被阻塞的通道的一部分以及在其后面上被阻塞的通道的一部分，以便形成由过滤壁分离的入口通道和出口通道，待过滤液体必须穿过所述过滤壁。当该液体通过时，其变得跨越壁和膜而卸去其分子或颗粒，因此形成渗余物，渗余物然后积聚在入口通道中，而净化的液体经由出口通道逸出，或者甚至部分地经由过滤器的周边逸出（如果该周边不受阻碍）。这种技术受到颗粒堆积和在过滤介质的表面处形成滤饼的限制。通常，参考待过滤液体流通的方向，入口通道在过滤器的上游面（或前面）上开放以供待过滤液体通过。这些入口通道可沿液体流通的方向在所述过滤器的下游面（或相反面）上被阻塞。另一方面，出口通道或经由其去除过滤后的液体的通道可在过滤器的上游面上被阻塞且在过滤器的下游面上开放。

根据本发明同样涉及的另一种技术，使用切向过滤，由于流体在膜的表面处的纵向流通，该切向过滤另一方面使得有可能限制颗粒的堆积。颗粒保持在流通流中，而液体可以在压力差的影响下穿过膜。此技术确保了性能以及过滤水平的稳定性。它更特别地被推荐用于过滤满载颗粒和/或分子的流体。

因此，切向过滤的强项是其易实施性、由于使用了其孔隙率适于执行所述过滤的膜而导致的其可靠性、以及其连续操作。

切向过滤需要很少的辅助剂或者不需要辅助剂，并且供应两种分离的流体，这两种流体都可以被有益地使用：浓缩液（也称作渗余物）和滤液（也称作渗透物）：其是尊重环境的清洁的方法。

这样的过滤器的过滤原理和效率依赖于在结构内对压力差的施加，以便允许流体穿越多孔壁。然而，液体的流动阻力确实限制了所获得的滤液流量。

已提出了各种几何形状，以便改善此类膜过滤器的服务性质。例如，US 4069157公开了多通道结构，该多通道结构的表面积、通道密度和支撑件的孔隙率被优化以便增加流量，而同时最小化过滤器的尺寸（即，直径）。为了减小过滤器的流动阻力，已提出槽或排放通道设置有不同的几何形状（US 4781831、US 5855781、US 6077436、EP 1457243、EP1607129）。如更特别地由US 2001/0020756提出的，可通过在固化之后或挤出期间在过滤器上机械加工来形成槽。