[发明专利]用于分离具有高的壁剪切应力的液体介质的元件

说明书

本发明的主题涉及一种分离元件，包括：‑无机的一件式刚性多孔支撑件(2)，在一侧上具有第一外平面(3)，并且在相对侧上具有第二外平面(4)；‑至少两个用于液体介质的循环管道(6)，形成在所述多孔支撑件中，以便各自具有矩形横截面；‑至少一个用于分配在一系列循环管道中的液体介质的内部连接系统(10)，和至少一个用于收集滞流物的内部连接系统(12)，所述滞流物来自一系列循环管道，所述用于分配的内部连接系统(10)、所述循环管道(6)和所述用于收集的内部连接系统(12)设有置至少一个分离层，所述至少一个分离层连续地沉积在所述多孔支撑件的入口(11)与出口(13)之间；‑以及，用于已经通过所述一个或多个分离层的渗透物的收集系统(7)。

技术领域

本发明涉及用于通过切向流将待处理液体介质分离成滤液或渗透物和滞流物的元件的技术领域，通常称为过滤膜。

更具体地说，本发明涉及这些分离元件的新的几何形状，其允许增加滤液的流动和/或减少实现这些分离元件的设施的能量消耗。

背景技术

使用膜的分离方法用于许多行业，特别是在生产饮用水和处理工业废水的环境中，在化学、石油化学、制药、食品工业以及生物技术领域。

膜构成选择性屏障，其在传送力的作用下允许待处理的流体介质的某些成分通过或使其停止。成分的通过或停止是由于它们的尺寸相对于膜的孔的尺寸，因此膜的作用类似于过滤器。取决于孔的尺寸，这些技术被称为微滤、超滤或纳滤。

存在具有不同的结构和质地(texture)的膜。一般而言，膜被构建在多孔支撑件上，该支撑件为膜提供机械强度，并且限定了用于待处理液体介质的循环管道的数量和形态，从而确定了膜的总过滤表面。实际上，正是在这些循环管道的内壁上，被称为分离层(separating layer)、过滤层、离层(separation layer)、活性层或表层(skin)的层确保了上述分离。在分离期间，过滤的液体介质的传送通过分离层进行，随后该液体在支撑件的多孔质地中扩散以朝向多孔支撑件的外周表面移动。待处理液体的已经通过离层和多孔支撑件的这部分称为渗透物或滤液，并通过收集系统回收。另一部分被称为滞流物，并且由于循环回路，其最常被再次注入到膜上游的待处理液体中。

与滤液通过离层的传送相反的主要现象是由浓度极化、沉积或孔的堵塞引起的堵塞的出现。不管用于执行过滤操作的过滤层的性质如何，也不管待处理液体介质的性质如何，从过滤操作开始总是出现渗透流量的下降，这是所述的离层堵塞的结果，并且有时可能是极度强烈和快速的。

当待处理液体介质中存在的大分子在膜/溶液界面处浓缩时，浓度极化现象在过滤操作期间运行，在该界面处它们施加与分离力相反的渗透反压或根据菲克定律(Fick'slaw)反向扩散到待处理液体介质的中心。浓度极化的现象是由于溶剂的渗透而在膜附近保留的化合物的累积而产生的。

当膜的表面上的颗粒浓度增加直到足以引起出现凝胶或粘性沉积形式的凝聚相时，还会出现除了隔膜(diaphragm)的流体阻力之外的流体阻力。当尺寸小于或等于孔的尺寸的颗粒侵入时，发生孔堵塞，这导致过滤表面的减小。

堵塞、其可逆性或其不可逆性是取决于过滤元件的复杂现象，特别是取决于分离层、取决于待处理液体并取决于操作参数。

堵塞是过滤的经济吸引力的主要障碍，这是由于当设计过滤设施的尺寸时，它一方面导致增加安装的表面积以满足待处理体积的要求，另一方面它需要实施特定的技术手段来事后补救堵塞，例如使用洗涤剂的清洁循环或周期性的再过滤。

为了消除、限制或延迟所述材料的积聚，在现有技术中已经广泛研究和描述了待处理流体的连续流动速度对过滤层表面切向的积极效果。

因此，实际上，目前对液体的切向过滤的关注在于，在作用于过滤层的堵塞的幅度和动力学的速度和压力条件下，循环管道内部的待处理液体介质(滞流物)的持续且受控的循环，滞流物的运动速度生成减慢堵塞的壁剪切应力τ_p，因此过滤层及其支撑件的孔隙中的(渗透物的)滤液的流速增加。