[其他]超滤装置

说明书

本发明所属技艺领域，有关将液体加压，通过半渗透膜，分离成为若干部分，即所谓的超滤法，具体是有关执行这种任务所用的装置。

超滤法是将液体加压，通过半渗透膜，分离成若干部分的方法的一般称谓。通过适当选择滤膜材料，便可能根据分子量分离液体，取得纯度极高的过滤物。这类方法在许多工业领域中应用广泛，例如用于干酪制造，将奶液分离成乳清及初步奶酪制品，又如用于将发酵培养基浓缩为抗生素。

识别本发明在技艺领域中的地位，有两个将点很重要。第一，在领域中将过滤方法分为微过滤，超过滤和反渗透。这些方法之间的区别，主要根据使用的滤膜的孔眼尺寸和装置的工作压力。微过滤用相对大孔眼（0.02-2.0微米）和低压力（30-150磅/英寸²）工作。反渗透的工作孔眼尺寸在5-15埃范围，到分子和离子尺寸范围（分子量在150以下），压力在200-1000磅/英寸²。超滤法在两种方法的数据之间工作，分子量的极限在200至350，000之间，滤孔直径在约10至1000埃之间。虽然本发明理想实施方案主要侧重于超滤法，但同样也适合于微滤法，在反渗透设备中也适用。

其次，超滤技术领域包括若干将液体分离为若干部分的装置。首先应理解到超滤的运转方式和“过滤”法不相似，在“过滤”法中，液体从横放在流路中的过滤器中通过，过滤器将无用的固体阻拦，目的是取得澄清的液体输出。而超滤法是将液体放在半渗透膜的条件下，将基本液体分离为两个部分;一部分液体（称为过滤物）从膜中通过，另一部分留在基本液流内，称为滤余物。因此，超滤系统是将基本液在过滤装置上越过，而不从过滤装置中通过。并且，取决于具体应用，将其一部分或另一部分可作为过程的有用产品。例如，在干酪制造中，有用产品为滤余物（初步奶酪液），而在果汁制造中，成品是过滤物，即澄清果汁。

在技艺领域中曾有许多超滤方法提出。本发明主要涉及的是，属于“板框式”超滤类的方法，在这方法中，有一组板支持半渗透膜，将基本液在膜上流过而过滤。在其他的方法中有螺旋卷式装置，膜将一根多孔收集管包围，基本液沿管的纵向通过。膜也可以是管形，基本液在管内通过，过滤物从管壁通过，用膜的外壳收集。否则也可用中空纤维膜，在管形壳中有一束中空纤维膜。基本液从纤维芯中通过，过滤物从围绕纤维的通道中收集。这些方法的缺点，在和本发明比较时，凡熟悉本技艺领域者可以清楚看出。

板框法之是否理想，当然取决于是否能给基本液提供大过滤面积，使用滤膜支持件，将滤膜材料放在板的两侧，板叠放成垛在本领域中已属已知。这种叠垛一般设有基本液的输入通道和输出通道，设置在叠垛的相对两侧，使液体可以流到一块板的一侧，再到相邻板的膜之间，使基本液在加压下紧触滤膜表面，进行超滤。由于在系统中通过一次一般不足将需要的成分完全提尽，一般将滤余物通过超滤装置再循环若干次。此外，在已知的方法中有将叠垛分成若干组合件的，各组合件有输入通道及输出通道，从而液体在组合件的全部支持件的滤膜上，平行流过，从一个组合件的输出通道，流到下一组合件的输入通道。

目前已有的设备显示了许多问题。对超滤设备的评价，以两个标准作基础-浓缩比-反映基本液加工所能达到的最大浓缩度（定义为基本液的初始体积和加工后体积的比例），和流率-定义为单位时间中过滤物从给定滤膜面积中通过的量，一般用GFD表示，即每平方英尺在每日中通过的过滤物加仑数。这两参数决定在某一应用中使用的超滤装置的规格。

先有技术领域中提出的典型装置是一种椭球体，如颁发麦德森（Madsen）的美国专利第3，872，015号所揭示。如所揭示，该装置和上述的相似，每一板形件有椭球体形状。每一板还有两个开口，在长轴的两端附近形成，因此，当用定位螺栓从对正的孔中穿过，形成一个叠垛，进口通道和出口通道便也形成。板表面上有一条弧形槽，从一个开口伸到另一开口。这些槽一般可说成是形成了一组同心椭圆，周缘逐个减小。有阻挡件放在有周期性间隔的元件一个开口中，把叠垛分成组合件，如上文所讨论。

基本液从组合件的进口通道中通过，流入相邻膜之间的间隙中。基本液的流体压力，把两个膜向相应的板表面压迫，从而液体在相当于表面槽的槽道中流动。假如全部槽道起点的液压都相同，外槽道的流程则比内槽道的流程大很多，从流体动力学的基本原理，可令人相到内槽道中的流速，比外槽道的流速大很多。这种想法在运转中得到证实。滤余物的粘滞性增高时，外槽道中的流速减低，最后减低为零，槽道便堵塞。相对短的内槽道实际上使流线谱“短路”，通过这系统的再循环次数增加后，基本液的浓度增高，“短路”便持续。