专利名称：分离系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种振动分离系统和可用于振动分离系统中的膜组件及其它部件。
分离装置通常被用于将一种流体中的一种或多种成分与该流体中的其它成分分离。本文中，“流体”一词包括液体、气体和液体、气体和/或固体的混合物和组合物。可以用分离装置完成多种方法，例如，这些方法包括典型过滤或颗粒过滤、微量过滤、超滤、毫微过滤、反渗透作用(超滤)、渗析、电渗析、预蒸发、水分解、筛分、亲和分离、亲和纯化、亲和吸附、层析、凝胶过滤、细菌过滤和聚结。常见的分离装置可包括死端滤器、开口滤器、交叉流滤器、动态滤器、振动分离滤器、一次性滤器、可再生滤器，包括可由洗滤器、反吹滤器和可由溶剂洗净的滤器和包括了上述装置的各种特征的混合滤器。
因此，在本文中，“分离”一词应理解为包括一切方法，包括过滤，其中，将一种流体中的一种或多种成分与该流体中的其它成分分离。“滤器”一词应被理解为包括由任何材料制成的任何介质，液体中的一种或多种成分可以从该介质中通过，以便与该流体中的其它成分分离。根据用途，用于定义进行分离的各种成分和所述方法的产物的术语可以有很大差别，例如，液体或气体过滤及所用分离系统的类型，如死端系统和开口系统；不过，为清楚起见，应采用以下术语。输入该分离系统中的流体可被称作处理流体，它被理解成包括一切进行分离的流体。通过分离系统的流体部分可以被称为渗透液，并被理解为包括滤液及其它术语。所述流体的不能通过所述分离系统的部分被称为滞留物，其包括浓缩物、血液及其它术语。
所有分离系统都存在的一个普遍问题是滤器，如可渗透膜的闭塞或堵塞。渗透液从滤器中通过，由该滤器的上游侧流至下游侧，在该滤器的上游侧留下滞留物层，该滞留物层的组成不同于处理流体。该滞留物层可包括能与滤器结合并堵塞其通孔的成分，或形成一种静止边界层，上述滞留物层或静止边界层能阻碍所述成分通过滤器到达滤器的下游侧。实际上，单位时间通过所述滤器的质量传递，即通量会被降低，而滤器的筛分能力或截留能力会受到不利影响。
众所周知，在某些过滤系统中，如果滤器和接近滤器表面的流体层相对快速运动，则滤器的堵塞可大大降低。因此，滤器寿命得以延长，渗透流速得以提高。实际上，目前被用于产生流体和滤器之间的相对运动的两类分离技术为交叉流过滤系统和动态过滤系统。
在交叉流系统中，通常有大量的流体被驱使通过由滤器表面以及还可能由过滤部的内表面形成的狭窄通道，以便形成流体通过滤器的优选运动。例如，可以是可破坏并回混边界层的高速泵送处理流体通过滤器的上表面。交叉流过滤系统的固有缺陷是，在该过滤系统的入口和出口之间存在大的压降。具体地讲，进入该滤器的处理流体要承受较大压力，以形成高流速；不过，当所述处理流体通过滤器的上游表面切向分散时，其压力急剧降低。切向通过滤器上游表面的压力降低导致跨膜压力的不均匀性，所述压力为通过滤器的、滤器上游与下游之间的压力。这种跨膜压力的不均匀性会加重滤器的堵塞。因此，滤器的寿命和效率会因为该滤器的某些部位比其它部位更快地堵塞而降低。另外，这还使得交叉流的按比例放大变得困难。一般，过滤系统是通过增加更多的过滤元件而放大的，但增加过滤元件会加大压差并引起更大的不均匀性。
另外，处理流体中的很多成分不能承受用于交叉流系统中的高流速。例如，用于很多生物流体的最大允许速度太低，以至不能进行适当回混，并由此降低或消除静止边界层。另外，与交叉流系统的过滤速度相比，其所需的高输入速度要求多次通过该系统的输入循环，这也是不理想的。
动态过滤系统克服了与交叉流过滤系统相关的问题中的很多种，这一目的是通过驱动与流体接近的一个可动结构元件，如可转动元件而实现的，而不是用大的压差迫使流体通过滤器表面。可将动态过滤系统制成各种形状。两种被普遍采用的结构为柱体装置和圆盘装置。上述两种结构的每一种又存在多种设计。
在柱体装置中，一个筒形过滤元件被放置在筒形外壳或过滤外壳的中央。将处理流体导入过滤元件与外壳之间的间隙，并使过滤元件或外壳绕一个公共轴转动。当过滤元件或外壳转动时，所述间隙中处理流体的一种或几种成分通过过滤元件并以渗透液形式回收。筒形装置的效率很高，因为相对所述间隙中的处理流体转动过滤元件或外壳可大大降低滤器元件的堵塞。不过，由于生产和操作局限，筒形装置不能做的很大，例如，由于受过滤元件直径和制约，难于加大滤器的表面积。
在圆盘装置中，将一组圆盘形过滤元件沿一个公共轴平行堆叠，并被置于过滤器外壳中。在该装置中，流体运动是通过转动滤器圆盘产生或通过转动交替插入滤器圆盘之间的一组不可渗透的圆盘产生。圆盘装置克服了交叉流装置和柱体装置的某些缺陷，但存在设计上复杂的缺陷。另外，尽管圆盘装置的滤器表面积与壳体体积之比可能优于柱体装置的，但这一比例仍然较低。
与许多常规动态过滤系统相关的共同问题是，有效过滤需要很多能量。通常，在转动装置时，所需能量很多。具体地讲，可以用大量能量来克服该系统转动部分的大的惯性矩，并维持高的转速。与动态过滤系统相关的另一个问题是跨膜压力的不均匀性。在转动系统中，某些条件会导致流体动力学，由此产生非均匀跨膜压力，该压力会导致滤器的优先堵塞。这种情况通常发生于高粘度流体的过滤和含有高浓度固体的流体的过滤。
某些常见动态过滤系统的另一缺点是，它们很难就地清洗，即很难不完全拆卸过滤系统而清洗。常见的动态系统一般具有一个多元件外壳，过滤装置和转动装置，这些装置各有许多裂缝或裂隙。另外，所述过滤装置和转动装置通常构建并安装在所述外壳里，以便在该外壳里形成一些静止部分或低流速部分。这些裂缝、裂隙、静止部分或低流速部分都会聚积并滞留杂质，通过原位清洗很难或不能除去这些杂质。另外，由O型环和类似密封装置阻止流体流动，因此是杂质的聚集部分。
其过滤片以预定频率振动的振动动态过滤系统也是公知的，例如，US4,526,688披露了一种冲击型系统，其中，膜支承结构受到周期性冲击，以便使滤饼从滤器上脱落。US4,545,969采用一种剪切片，该片平行于固定滤器振动。US3,970,564披露了一种系统，其滤器沿垂直于该滤器的方向机械振动。还可以用超声换能器，如披露于US4,253,962中的换能器来产生振动。
通常，在振动动态过滤系统中，必需协调滤器表面积和系统重量。总是希望增加过滤的表面积；不过，增加表面积一般会导致过滤系统总体重量的增加。由于诸如体积和传递能力之类的因素的限制，重量通常成为所有过滤系统的问题，但在振动过滤系统中显得尤为重要。物体的重量增加，其惯性矩也随之增加。因此，振动过滤系统的较大重量，意味着该系统的振动动力也必需较大，并需要额外的能量来克服较大的惯性矩，从而降低效率。现有的振动过滤系统未能很好地解决表面积一重量比。例如，常见的振动过滤系统包括大型的，大体积外壳，其对系统的重量至关重要。该系统的过滤表面积与外壳体积之比也较低。
本发明的振动分离系统、膜组件和其它元件克服了现有技术的局限，这一目的是通过提供一种可靠、实用、高效的系统而实现的，该系统是有可供过滤用的较大的表面积，但又不会明显增加系统的体积。该振动分离系统、膜组件及其它元件可用于多种分离目的。
一方面，本发明涉及一种用于产生加强了的过滤作用的振动分离系统。该振动分离系统包括一个膜组件、一个传动机构、一个处理流体入口、和一个渗透液出口。所述膜组件包括若干叠放的过滤元件，而每一过滤元件具有一个蚀刻的金属膜支承板和一个具有上游表面和下游表面的可渗透的膜。该可渗透膜的下游表面安装在蚀刻的金属膜支承板上的第一部分的厚度为0.002～0.040英寸。处理流体入口与各可渗透膜的上游表面相通，以便向振动分离系统提供处理流体。渗透液出口与各可渗透膜的下游表面相通。所述传动机构与膜组件连接，以便膜组件发生振动。
另一方面，本发明的振动分离系统包括一个具有若干叠放的过滤元件的膜组件，每一膜组件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜和一个膜支承板，一个连接于该膜组件的传动机构，一个与可渗透膜的上游表面相通的处理流体入口，和一个与可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口。可渗透膜的下游表面安装在膜支承板的第一部分，该部分的厚度约为0.002-0.040英寸。另外，该膜组件的过滤表面积与体积之比至少约为100ft2/ft3。传动机构使过滤元件产生振动，以防堵塞各可渗透膜的上游表面。
另一方面，本发明的振动分离系统包括一个膜组件、一个传动机构、一个处理流体入口和一个渗透液出口。所述膜组件至少包括第一和第二个膜支承板，各支承板有一个处理流体侧和一个渗透液侧，以及一个或几个通过处理流体侧与渗透液侧的孔。该膜组件还至少包括第一和第二个可渗透膜，各可渗透膜具有上游表面和下游表面，而且，其中的下游表面分别安装于第一和第二膜支承板的处理流体侧。将可渗透膜安装在所述孔上。第一和第二膜支承板的渗透液侧成对地相互连在一起，从而形成渗液室。渗透液室通过膜支承板上的孔与第一和第二可渗透膜连通。处理流体入口与各可渗透膜的上游表面相通，而渗透液出口与渗透液室相通。传动机构与膜组件连接，以使膜组件发生振动。
另一方面，本发明的振动分离系统包括一个膜组件、一个传动机构、一个处理流体入口和一个渗透液出口。所述膜组件包括第一、第二和第三叠置的膜支承板，各膜支承板具有一个处理流体侧和一个渗透液侧，以及第一、第二和第三可渗透膜，各渗透膜具有上游表面和下游表面，其中；下游表面安装在第一、第二和第三膜支承板的处理流体侧。该膜组件还包括一个处理流体室和一个渗透液室。处理流体室设在第一和第二膜支承板的处理流体侧之间，从而加强处理流体与可渗透膜之间的动态流动。渗透液室设在第二和第三膜支承板的渗透液侧之间，并包括一种用于减弱渗透液与膜支承板之间的动态流动的装置。所述处理流体入口与处理流体室相通，渗透液出口与渗透液室相通。传动机构与膜组件连接，以使其发生振动。
另一方面，本发明的振动分离系统包括一个膜组件、一个传动机构、一个处理流体入口和一个渗透液出口。所述膜组件包括若干过滤元件。各过滤元件包括一个具有一个外围部分和至少一个可渗透膜的膜支承板，所述可渗透膜具有一个上游表面和一个下游表面。可渗透膜的下游表面安装在膜支承板上。所述膜组件还包括一个与各可渗透膜的上游表面相通的处理流体室，以及一个与各渗透膜的下游表面相通的渗透液室。若干过滤元件彼此连接在一起，以使所述外围部分是层状的，并形成一个杂质壁，将处理流体和渗透液室分隔在该壁的一侧，而使周围环境位于该壁的另一侧。处理流体入口与各处理流体室相通，而渗透液出口与各渗透液室相通。该驱动机构与膜组件连接，以使其产生振动。
另一方面，本发明的振动分离系统包括一个大致为筒状的膜组件，一个传动机构，一个处理流体入口和一个渗透液出口。该大致为筒状的膜组件包括若干薄金属膜支承板和若干可渗透膜。各薄的金属膜支承板有一个处理流体侧；一个渗透液侧、一个内围部分、一个外围部分和一个中间部分。各可渗透膜包括一个上游和下游表面。各可渗透膜的下游表面安装于位于薄金属膜支承板的处理流体侧的中间部分。各可渗透膜的下游表面安装于位于薄金属膜支承板的处理流体侧的中间部分。若干薄金属膜支承板相互连接在一起，通过外围部分的重叠形成一个内壁。内壁和外壁中的一个具有与之接近的轴向延伸的导管。处理流体入口与可渗透膜的上游表面相通，而渗透液出口与可渗透膜的下游表面相通。传动机构与膜组件连接，以使其产生振动。
另一方面，本发明涉及一种膜分离装置。该膜分离装置包括一个膜组件，一个处理流体入口、一个渗透液出口和一个滞留物出口。该膜组件包括若干叠放的过滤元件。各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜和一个蚀刻金属膜支承板。可渗透膜的下游表面安装于支承板上的第一部分，其中，蚀刻金属膜支承板的厚度约为0.002-0.04英寸。处理流体入口、渗透液出口和滞留物出口与膜组件连接。处理流体入口与可渗透膜的上游表面相通。渗透液出口与可渗透膜的下游表面相通，以利于排出膜组件中的渗透液。滞留物出口与可渗透膜的上游表面相通，有利于排出膜组件上的滞留物。
另一方面，本发明的膜分离装置包括一个膜组件、一个处理流体入口、一个渗透液出口和一个滞留物出口。该膜组件包括若干叠放的过滤元件。各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜和一个膜支承板。可渗透膜的下游表面安装于膜支承板的第一部分，该部分的厚度约为0.002-0.04英寸。膜组件的过滤表面积与体积之比至少约为100ft2/ft3。处理流体入口、渗透液出口和滞留物出口与该膜组件连接。处理流体入口与可渗透膜的上游表面相通。渗透液出口与可渗透膜的下游表面相通，以利于从膜组件中排出渗透液。滞留物出口与可渗透膜的上游表面相通，以利于排出膜组件里的滞留物。
另一方面，本发明的膜分离装置包括一个膜组件、一个处理流体入口、一个渗透液出口和一个滞留物出口。该膜组件包括若干过滤元件。各过滤元件包括一个薄金属膜支承板，该板具有一个外围部分，和至少一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜。可渗透膜的下游表面安装于膜支承板上。该膜组件还包括一个与各可渗透膜的上游表面相通的处理流体室，和一个与各可渗透膜的下游表面相通的渗透液室。过滤元件彼此连接，以使其外围部分重叠并形成一个杂质壁，该壁的一侧为处理流体和渗透液室，另一侧为周围环境，由该壁将二者隔离。处理流体入口、渗透液出口和滞留物出口与膜组件连接。处理流体入口与各处理流体室相通。渗透液出口与各渗透液室相通，以便于排出膜组件中的渗透液。滞留物出口与各处理流体室相通，并有利于排出膜组件里的滞留物。
另一方面，本发明的膜分离装置包括一个大致为筒状的膜组件，一个处理流体入口，一个渗透液出口和一个滞留物出口。所述大致为筒状的膜组件包括若干薄金属膜支承板和若干可渗透膜。各个薄金属膜支承板具有一个处理流体侧、一个渗透液侧、一个内围部分、一个外围部分和一个介于内围和外围部分之间的部分。各个可渗透膜包括一个上游表面和一个下游表面。可渗透膜的下游表面安装于位于各个薄金属膜支承板的处理流体侧的中间部分。通过外围部分的层叠将若干薄金属膜支承板固定在一起，以形成一个外壁，并通过其内围部分的层叠形成一个内壁。至少外层叠壁和内层叠壁中的一个具有与其接近的轴向延伸的导管。处理流体入口、渗透液出口和滞留物出口与膜组件连接。处理流体入口与可渗透膜的上游表面相通。渗透液出口与可渗透膜的下游表面相通，以利于排出膜组件里的渗透液。滞留物出口与可渗透膜的上游表面相通，以利于排出膜组件里的滞留物。至少处理流体入口，渗透液出口和滞留物出口中的一个与轴向延伸的导管相通。
另一方面，本发明的膜分离装置包括一个膜组件，一个处理流体入口，一个处理流体出口，一个渗透液出口和一个滞留物出口。该膜组件包括若干叠放的过滤元件。各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜和一个膜支承板。可渗透膜的下游表面安装于膜支承板上。处理流体入口与膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面的第一部分相通，以便将处理流体导入膜组件。处理流体出口与膜组件相连，并与位于处理流体入口和其上游表面的第一部分之间的各可渗透膜的上游表面相通。滞留物出口连接于膜组件上并与各可渗透膜的上游表面的第二部分相通。渗透液出口与膜组件连接，并与各可渗透膜的下游表面相通。
另一方面，本发明的膜分离装置包括一个膜组件，一个处理流体入口，一个滞留物出口，一个滞留物入口和一个渗透液出口。该膜组件包括若干叠放的过滤元件。各过滤元件包括一个膜支承板和一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜。可渗透膜的下游表面安装于膜支承板上。处理流体入口与膜组件连接，并与各可渗透膜上游表面的第一部分相通，以便将处理流体导入膜组件。滞留物出口与膜组件连接，并与可渗透膜的上游表面的第二部分相通。滞留物入口与膜组件连接并与位于滞留物出口与各可渗透膜的上游表面之间的各可渗透膜的上游表面相通。渗透液出口与膜组件连接，并与各可渗透膜的下游表面相通。
另一方面，本发明的膜分离装置包括一个膜组件，一个处理流体入口，一个处理流体出口，一个滞留物出口，一个滞留物入口和一个渗透液出口。该膜组件包括若干叠放的过滤元件。各过滤元件包括一个膜支承板和一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜。可渗透膜的下游表面安装在膜支承板上。处理流体入口连接于膜组件上，并与各可渗透膜的上游表面的第一部分相通，以便将处理流体导入膜组件。处理流体出口与膜组件连接，并与位于处理流体入口和所述上游表面第一部分之间的各个可渗透膜的上游表面相通。滞留物出口与膜组件连接，并与所述可渗透膜的第二部分相通。滞留物入口与膜组件连接，并与位于滞留物出口和所述上游表面的第二部分之间的各个可渗透膜的上游表面相通。渗透液出口与膜组件连接，并与各可渗透膜的下游表面相通。
另一方面，本发明的膜分离装置包括一个膜组件，一个处理流体入口，一个渗透液出口，和一个滞留物出口。该膜组件包括若干叠放的过滤元件，一个顶板组件和一个底板组件。各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，和一个膜支承板。可渗透膜的下游表面安装在膜支承板上。叠放的过滤元件安装在顶板组件与底板组件之间。过滤元件的形状大致为锥形。处理流体入口、渗透液出口和滞留物出口与膜组件连接。处理流体入口与可渗透膜的上游表面相通。渗透液出口与可渗透膜的下游表面相通，以利于排出膜组件里的渗透液。滞留物出口与可渗透膜的上游表面相通，并有利于除去膜组件里的滞留物。
另一方面，本发明的膜分离装置包括一个膜组件，一个处理流体入口，一个渗透液出口，和一个滞留物出口。该膜组件包括若干叠放的过滤元件，一个具有明显中凹的下表面的顶板组件和一个具有明显中凸的上表面的底板组件。各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，和一个膜支承板。可渗透膜的下游表面安装在膜支承板上。叠放的过滤元件安装于顶板组件与底板组件之间，以便将膜支承板构建成大致为锥形的形状。处理流体入口、渗透液出口和滞留物出口与模组件连接。处理流体入口与可渗透膜的上游表面相通。渗透液出口与可渗透膜的下游表面相通，以利于从模组件中排出渗透液。滞留物出口与可渗透膜的上游表面相通，以利于除去膜组件里的滞留物。
另一方面，本发明的膜分离装置包括一个膜组件，一个处理流体入口，一个渗透液出口，和一个滞留物出口。该膜组件包括若干叠放的过滤元件。各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，和一个具有处理流体侧和渗透液侧的膜支承板。可渗透膜的下游侧安装于膜支承板的处理流体侧的第一部分，该部分的厚度约为0.002-0.04英寸。过滤元件被成对地固定在一起，以使膜支承板的渗透液侧相互接触，并形成一个渗透液室。在可渗透膜之间形成开放的通道。这些开放通道基本上无结构。该膜组件的过滤表面积与体积之比至少约为100ft2/ft3。处理流体入口、渗透液出口和滞留物出口与膜组件连接。处理流体入口与所述开放通道相通。渗透液出口与渗透液室相通，以利于排出膜组件里的渗透液。滞留物出口与所述开放通道相通，并有利于排出膜组件里的滞留物。
另一方面，本发明涉及一种过滤元件。该过滤元件包括一个可渗透膜和一个膜支承板。可渗透膜安装在膜支承板的第一部分，该部分的厚度约为0.002～0.040英寸。
另一方面，本发明步及一种过滤元件。该过滤元件包括一个可渗透膜和一个膜支承板。该膜支承板是一种蚀刻金属膜支承板。可渗透膜安装在该膜支承板上。
另一方面，本发明涉及一种密封装置。该密封装置包括一个大致为圆形的环，其具有一个内表面和外表面，以及一个至少与所述大致为圆形的环的内表面和外表面之一连接的垫圈。
另一方面，本发明涉及一种密封装置。该密封装置包括一个大致为圆形的聚合物环，该环包括若干个孔，以及至少一个可操作地与所述大致为圆形的聚合物环连接的金属插件。
另一方面，本发明涉及一种分离方法。该分离方法包括经一个处理流体入口将处理流体注入具有若干过滤元件的膜组件。将处理流体导入各过滤元件上游表面的第一部分。然后引导来自位于处理流体入口和上游表面的第一部分之间的各过滤元件的上游表面的处理流体，并使其通过一个处理流体出口，以利于保持通过若干过滤元件的大体上稳定的压差。该分离方法还包括引导来自所述若干过滤元件的每一个的上游表面的第二部分的滞留物通过一个滞留物出口。
另一方面，本发明涉及一种分离方法。该分离方法包括经一个处理流体入口将处理流体注入具有若干过滤元件的膜组件。将处理流体引导致各过滤元件的上游表面的第一部分。引导滞留物由所述若干过滤元件的每一个的上游表面的第二部分通过一个滞留物出口。然后引导来自位于滞留物出口和所述上游表面的第二部分之间的若干过滤元件的每一个的上游表面的滞留物，并使其通过一个滞留物出口，以便维持一个通过所述若干过滤元件的大致稳定的压差。
另一方面，本发明涉及一种分离方法。该分离方法包括将处理流体经一个处理流体入口注入一个具有若干过滤元件的膜组件。将处理流体引导致所述若干过滤元件中每一个的上游表面的第一部分。然后引导来自位于处理流体入口和上游表面的第一部分之间的所述若干过滤元件中每一个的上游表面的处理流体，并使其通过一个处理流体出口，以维持通过所述若干过滤元件的大致稳定的压差。引导来自若干过滤元件中每一个的上游表面的第二部分的滞留物，使其通过一个滞留物出口。然后引导来自位于滞留物出口和其上游表面的第二部分之间的若干过滤元件的每一个的上游表面的滞留物通过一个滞留物入口，以便保持通过若干过滤元件的大致稳定的压力。
由动态流条件产生的、赋予膜组件的振动可防止诸如颗粒或胶体物质之类的流体成分沉积在可渗透膜的上游表面。因此，可显著降低可渗透膜的闭塞或堵塞，而且不妨碍渗透液的排出。
所述动态流状态是由过滤元件相对处理流体的运动而产生的。传动机构使膜组件发生振动；因此，过滤元件也以大致相同的频率振动。不过，处理流动不会以与过滤元件相同的频率发生振动。因此，处理流体与过滤元件之间存在相对运动，由此产生的动态流动条件可抑制过滤元件的堵塞。
本发明的振动分离系统通过提高渗透液流速而加强了流体的过滤作用。例如，加强的过滤作用是通过减少处理流体中所含的颗粒和/或胶体物质在过滤元件和膜介质上的沉积量而实现的。因此，可大大减少膜介质的堵塞和/或闭塞，从而提高渗透液的流速。另外，可固此延长过滤元件的使用寿命，并延长清洗和更换过滤元件的时间间隔。
本发明的振动分离系统可以高效并节能地过滤流体。能够诱导膜组件产生很大的振动力的传动机构可以是一台简单的电机装置，其工作所需的能量少于用于转动动态过滤系统的标准传动装置的。因此，以较少成本实现了较高产量。
本发明的振动分离系统是节能的。在本发明的振动分离系统中，仅有边界层里的处理流体可以运动，而不是像在常规的转动动态过滤系统中那样所有流体都在运动。因此，无论具体流体的稠度或粘度如何，该振动系统所需的能量都大致相同。因此，本发明的振动分离系统对所有流体都同样有效，并且，特别适用于使流体变稠，即，作为一种高效、节能的浓缩器。
在使用极薄的金属膜支承板时，可以实现膜组件的每一特定体积具有较高的可渗透膜表面积。该薄金属膜支承板可以将更多的过滤元件放置在受特定体积和重量制约的膜组件中。在任何振动过滤系统中，重量都可能是关键因素。减轻重量意味着需要较少的能量进行运动。因此，一种具有较大表面积和最小重量增幅的膜组件，意味着过滤系统具有较高的效率和较低的成本。尽管重量可能是一个重要因素，也要使用金属支承板，因为当膜组件产生大的振动力时需要有高强度材料。
本发明的振动分离系统可通过简单地使清洗流体，如蒸气或苛性液通过该系统的各个入口和出口进行简便有效地清洗。该示例性的振动分离系统可进行方便、有效地清洗，因为该系统没有能滞留污染物的裂缝、裂隙、静态部分及其它类似结构。例如，该振动系统包括嵌入其外围表面的垫圈，而不是O型环。还可对该振动分离系统进行方便地测试。具体地讲，可对该振动分离系统进行整体测试，例如，利用滴定还原数据或水流数据进行测试，而不损坏该系统。换句话说，消费者可以检验他或她所购买的系统的完整性，对其进行有效清洗，然后将其用于特定目的。
图1是本发明振动分离系统的框图。
图2是本发明振动分离系统的振动分离装置的顶视平面图。
图3是沿图2中剖面线3-3局部剖开的所述振动分离装置的正视图。
图4是沿图2中剖面线4-4局部剖开的所述振动分离装置的正视图。
图5是该振动分离动态过滤装置的膜组件的底板组件的底板的顶视平面图。
图6是沿图5中剖面线6-6的底板的剖视图。
图7是该底板组件的底视平面图。
图8是该底板组件的入口板的剖视图。
图9是该底板组件的入口板的顶视平面图。
图10是该底板组件中央板的剖视图。
图11该底板组件的中央板的顶视平面图。
图12是所述振动分离装置的膜组件的顶板组件的顶视平面图。
图13是该顶板组件的顶板的剖视图。
图14是该顶板组件的顶板的顶视平面图。
图15是该顶板组件的顶板盖的剖视图。
图16是该顶板组件的顶板盖的平面图。
图17是所述膜组件的过滤元件的膜支承板的处理流体侧的平面图。
图18是所述薄膜支承板的渗透液流体侧的平面图。
图19是所述膜支承板的一部分的剖视图。
图20是所述膜组件的一部分的剖视详图。
图21是图20的膜组件的一部分的剖视详图。
图22是没有过滤元件的所述振动分离装置的剖视详图。
图23a和23b是所述膜组件的内、外密封装置的顶视详图。
图23c、23d、23e和23f是所述内、外密封装置的各个部分的剖视详图。
图24是所述振动分离装置的另一种实施方案的剖视图。
如图1所示，本发明振动分离系统的一种示例性实施方案可以包括一个振动分离装置100，一个处理流体输送装置300、一个滞留物回收装置400和一个渗透液回收装置500。该振动分离装置100一般包括一个传动机构102和一个膜组件104，该膜组件具有至少一个处理流体入口106，一个滞留物出口108，一个渗透液出口110，一个处理流体出口112，一个滞留物入口113和一个渗透液出口114。该膜组件104还包括一个或几个在图1中未示出的过滤元件。
处理流体输送装置300与振动分离装置100的处理流体入口106连接，而且还可以包括一个处理流体的箱、槽储池或其它容器302，该容器通过输送管304与处理流体入口106连接。处理流体输送装置300还可以包括一个泵组件306，其包括一个位于输送管304中的正位移泵，用于将容器302里的处理流体输送到振动分离组件100。处理流体输送装置300还可以包括一个与输送管304连接的压力。传感器308和一个温度传感器310。或者，由任何合适的加压源提供处理流体，而处理流体输送装置300可以包括一个或几个除泵组件306以外的或代替该组件的控制阀和/或流量计，以控制处理流体流经输送管304流至振动分离装置100的处理流体入口106。
另一方面，本发明的流体输送装置300可以包括一个处理流体回路。例如，流处理流体回路可包括一个连接处理流体出口112和处理流体容器302的回流管312。该回路还可以包括一个阀装置314和/或一个泵组件(未示出)。该处理流体回路可通过导管和泵组件(未示出)更直接地连接处理流体出口112与处理流体入口106，而不是让处理流体在振动分离装置100和容器302之间循环。下面将对该处理流体的回路加以详细说明。
滞留物回收装置400与所述振动分离装置10的滞留物出口108连接。其中，该振动分离系统是一个被设计成使处理流体反复通过膜组件104的过滤元件的循环系统，滞留物回收装置400可以包括一个滞留物回流管402，该管布置在滞留物出口108与处理流体容器302之间。其中，将该振动分离系统设计成仅让处理流体通过膜组件104的过滤元件一次，可将振动分离组件100、一个或几个阀404与滞留物回流管402连接，以便将滞留物引导至分离滞留物容器或储池414，或离开该振动分离系统。滞留物回收装置400还可以包括一个泵组件406，该组件可以包括一个正位移泵，用于将滞留物由振动分离装置100输送至处理流体容器302。另外，该滞留物回收装置400可以包括一个或几个除泵组件406之外的或代替该泵组件的控制阀和流量计，这些装置与滞留物回流管402连接，用于将滞留物流体从振动分离装置100输送至处理流体容器302。滞留物回收装置400还可以包括与滞留物回流管402连接的压力传感器408和温度传感器410。滞留物回收装置400还可以包括与滞留物回流管402连接的阀412，以控制流出膜组件104的滞留物的流速。
根据本发明的一个方面，滞留物回收装置400还可以包括一个滞留物回路。例如，该滞留物回路还可以包括一个连接滞留物入口113和泵组件400下游的滞留物回留管402的滞留物循回管416。滞留物回路还可以包括一个阀装置418，用于控制滞留物循回管416与滞留物回留管402之间的流动。滞留物回路可以经导管和泵组件(未示出)将滞留物出口108不那么直接地通过滞留物储池414或处理流体容器302与滞留物入口113连接。随后将对滞留物回路的功能进行详细说明。
渗透液回收装置500与振动分离装置100的渗透液出口110连接，并且可以包括一个渗透液回收管502，该管由渗透液出口110延伸至渗透液容器504。可将一个或几个阀506与渗透液回收管502连接，以便将渗透液引出振动分离系统。另外，渗透液回收装置500还可以包括与渗透液回收管连接的压力传感器508、510和一个温度传感器512。另外，渗透液回收装置500可以包括一个与渗透液回收管502连接的泵组件，用于排出振动分离装置100里的渗透液。
所述振动分离系统可以包括各种其它子系统，如消毒和/或清洗装置600、热交换装置700和一个输送装置(未示出)。消毒和/或清洗装置600可以包括一个与入口604连接的导管602，用于将诸如蒸汽的清洗流体经阀606导入振动分离装置100。可引导蒸汽经蒸汽管602进入振动分离装置100并通过处理流体入口106和出口112、滞留物出口108和入口113和/或渗透液出口110流出，以便对振动分离装置100进行清洗和消毒。另一种方案或补充方案是，可以通过诸如清洗入口604或处理流体入口106的装置将诸如苛性溶液的独立的清洗溶液导入振动分离装置100，并通过滞留物出口1 08和渗透液出口110排出。
热交换装置700可以与膜组件104、处理流体输送管304、滞留物回流管402和渗透液回收管502中的任一个或每一个连接，以保持处理流体、滞留物或渗透液的温度在预定范围内。例如，热交换装置700可以包括一个安装在滞留物回收管402上的热交换器702，并通过冷却剂管704提供冷却剂，以保持滞留物的温度处于预定范围内。
未示出的输送装置可以包括一个滑车或拖车，所述振动分离系统的某些或所有元件都安装在其上，以便于该系统的输送。
如上所述，振动分离装置100大体上优选包括两部分、膜组件104和驱动机构102。膜组件104可以与传动机构102的扭力弹簧116或任何适于传递振动力的其它装置连接。
膜组件104可以包括各种几何形状，例如，平行的管状结构，但优选用如图2-4所示的大致为筒状的结构构成。膜组件104包括一个底板组件118、一个顶板组件120、和若干位于底板组件118和顶板组件120之间并连接于二者的过滤元件122。可将处理流体入口106、滞留物入口113(如图24所示)和渗透液出口114安装在底板组件118上。可将滞留物出口108、渗透液出口110和处理流体出口112安装在顶板组件120上。构成膜组件104的过滤元件数根据振动分离装置100的具体用途而变化。在示例性实施方案中，使用了大约100个过滤元件122。
可将底板组件118构成一个单一的一体化结构，或者由图3-11所示的单个元件构成。构成所述实施方案的底板装置118的三个部分有底板124、入口板126和中央板128。
如图5-7所示，底板124可以是一个具有一个下表面和一个上表面的大致为圆形的板其下表面基本上是平的。其上表面也可以是平的，但至少在中间部分是倾斜的。例如，其上表面的外围和内围可以大致是平的，而位于外围和内围之间的部分优选为一个斜面，该斜面由一个与处理流体入口106连接的部分向上到达一个与滞留物出口108连接的部分。在所示实施方案中，所述斜面由所述外围向上延伸至底板124的中部。该斜面的角度范围大约为0-15度，而且，该斜面优选为大约1～8度，大约2-5度更好。在优选实施方案中，该斜面大约为3度。在图22中更容易观察底板124的倾斜部分，该图是设有过滤元件122的振动分离装置100的剖面详图。底板124上表面上的倾斜能以相当于底板124的倾角张紧并固定过滤元件122，这样一来可产生几个重要作用，如在下文中将要进行详细说明的。
底板124可以包括一个上处理流体通道130和一个下处理流体通道132。在示例性实施方案中，上处理流体通道130和下处理流体通道132为环形槽，其具有大致为矩形的截面，分别位于底板124的上表面和下表面。上处理流体通道130和下处理流体通道132优选被设置成在二者之间有一个重叠，并通过若干底板处理流体导管134连接在一起。过滤元件122上的处理流体导管200与上处理流体通道130相通，而处理流体入口106与下处理流体通道132相通，如图3和4所示。
底板124还可以包括一个中央孔136和一个中央凹部138。在示例性实施方案中，中央凹部138形成一个圆形几何形状。中央板128可以安装在中央凹部138里，以确保中央板128与底板124的非滑动连接。中央孔136位于中央凹部138中。中央孔136大体上为一个圆形孔。渗透液排放管208延伸至底板124中央。渗透液排放管208可以是一个通过管接头210连接过滤元件122上的渗透液导管202与中央孔136的细管。渗透液排放管114伸入中央孔136并与渗透液排放管208连接。
底板124包括若干个孔140，这些孔可以是螺纹孔，呈环状分布在该板外围。这些孔140被用于固定螺栓或其它固定装置，这些装置被用于将过滤元件122定位并固定在顶板组件120和底板组件118之间。在一种优选实施方案中，所述孔是有螺纹的。底板124还包括若干孔142，这些孔可以是有螺纹的，呈环状分布在该板的内部。图3和4中示出了两个孔142。孔142也被用于定位螺栓或其它可用来将过滤元件122固定在顶板组件120和底板组件118之间的过滤元件122。在一种优选实施方案中，孔140是无螺纹的。底板124还包括三组螺纹144、146和148，它们以不同的半径呈环状分布在其下表面。最里面的一组螺纹孔144(图3和4示出了其中的2个)被用于将中央板128安装在底板124上，而其余两组螺纹孔146和148(图3和4中示出了每一组中的两个)被用于定位螺栓或其它固定装置，以便将入口板126安装在底板124上。
如图8和9所示，入口板126可以包括一个圆板，其外径可以大体上等于底板124的外径，上、下表面可以大体上为平的，一个中央孔150的直径大于底板124的中央凹部138。入口板126还包括三组孔152、154和156，呈环状分布在它上面。孔152、154和156可以是有螺纹的。将其中的两组孔152和154分别与底板124上的两组螺纹孔146和148对齐。图3和4中示出了各组孔146和148中的两个。使第三组孔156与底板124上的孔140对齐。入口板126还可以包括位于其上表面上的两组环形槽158和160。可将诸如垫圈的密封件162和164放置在槽158和160中，以确保入口板126与底板124之间的流体密封。处理流体入口106与入口板126上的孔166和168相通。可以用任何适当方法将处理流体入口106安装在入口板126上，所述方法包括焊接、铜焊、压力配合或螺纹连接。
如图10和11所示，中央板128可以包括一个大致为圆形的板，其直径大体上等于底板124上的中央凹部的直径，其上、下表面可以大体上是平的。中央板128紧密插入中央凹部138，以防止其运动。中央板128包括若干孔170(图3和4中示出了其中的2个)，这些孔呈环状分布在其外围。使孔170与底板124最里面的一组螺纹孔144对齐。在示例性实施方案中，中央板为一个实心圆板。径向槽212由中央板128的中央延伸至其外缘。渗透液出口114可位于槽212中，并可以通过焊接或其它合适方式固定在槽212中。
底板124、入口板126和中央板128可以包括金属材料、聚合材料或任何具有足够刚性的其它材料，以承受由传动机构102所产生的有关振动力。除了足够的刚性外，所使用的材料最好不会与被过滤的特定处理流体反应。在最佳实施方案中，底板124、入口板126和中央板128均包括不锈钢。
可以用若干螺栓172、工作螺纹或其它固定装置将扭力弹簧116连接在底板组件118上，通过扭力弹簧116上部上的孔进行定位。若干螺栓172(图3和4中示出了其中的2个)可以穿过扭力弹簧116并通过中央板128上的若干孔170，并可拧入底板124上的螺纹孔144中。因此，可用一个步骤将扭力弹簧116和中央板128安装在底板124上。中央板128在中央凹部138上的定位提供一种可靠的非滑动连接。滑动可导致对振动分离装置100的损坏。可以用螺栓174、工作螺纹或其它固定装置将入口板126安装在底板124上。通过入口板126上的两组孔152和154固定螺栓174(图3和4中示出了其中的4个)，并将其拧入底板124上的两组螺纹孔146和148中。
可将顶板组件制成单一的整体结构，或优选由图3，4和12-16所示的单一元件制成。在所示实施方案中，构成顶板组件120的两个元件为顶板176和顶板盖178。
如图12-14所示，顶板176可以大致为圆板，其外径大体上等于底板124的外径，具有一个大体上平的上表面。其下表面也可以大体上是平的，但最好至少在其中部是倾斜的。具体地讲，其下表面的外围和内围可以大体上是平的，而外围和内围之间的部分优选为一个斜面，该斜面由与流体入口106相通的部分向与滞留物出口108相通的部分向上倾斜。在所示实施方案中，所述斜面由外围向上延伸至顶板176的中央。该斜面的倾斜范围为大约0-15度，优选为大约1-8度，大约为2-5度更好。在优选实施方案中，该斜面大约为3度。顶板176上的倾斜部分在图22中看的更加清楚，如上所述，该图是没有过滤元件122的振动分离组件100的剖视详图。顶板176下表面上的斜面倾角相当于，例如等于底板124上的斜面倾角，底板124是中凸的，而顶板176是中凹的。顶板176的下表面上的斜面还能以一个相当于顶板176的角度张紧并固定过滤元件122，该顶板起着几个重要作用，如下面将要加以详细说明的。
顶板176优选包括一个中央孔180，渗透液出口110与其相通，在其下表面有一个滞留物出口通道182，在其下表面有一个处理流体出口通道184，连接处理流体出口通道184与处理流体出口112的处理流体出口管186，和连接滞留物出口通道和滞留物出口108的滞留物出口管188。处理流体出口112与顶板176的处理流体出口管186相通，而滞留物出口108与顶板176上的滞留物出口管188相通。可以用诸如焊接、铜焊、压力配合或螺纹连接的任何合适方式将处理流体出口112、滞留物出口108和渗透液出口110安装在顶板176上。可以用处理流体出口112排出多余的处理流体，或者将处理流体送回至处理流体入口106，以便为所有的过滤元件122提供统一的流体流动参数。下面将对该方法做全面说明。顶板176还包括若干呈环状分布在其外围的孔190。使所述190(图3和4中示出了其中的2个)与底板124上的孔140对齐。
如图15和16所示，顶板盖178可以大体上为一个具有大体上平的上、下表面的圆板。顶板盖178的直径优选大于顶板176的中央孔180，但明显小于顶板136的直径。顶板盖178包括若干呈环状绕其中央部分分布的孔192。使孔192(图3和4中示出了其中的2个)与底板124上的若干孔142对齐。顶板盖178还包括一个中央孔214，渗透液出口110以图3和4所示方式通过该孔安装。顶板盖178还包括一个U型槽216，滞留物出口108放在该槽中。
顶板176和顶板盖178可以包括一种金属材料、聚合材料、或任何具有足于承受由传动机构102产生的有关振动力的刚性其它材料。除了足够的刚性以外，所用材料最好不会与具体处理流体发生反应。在优选实施方案中，顶板176和顶板盖178包括不锈钢。
将若干过滤元件122放置并固定在底板组件118与顶板组件120之间。尽管可将过滤元件122设计成多种形式，但各过滤元件122优选包括一个膜支承板218和一个可渗透膜262，如图17-21所示。膜支承板218可包括一个大体上为圆形的板，其具有一个中央孔220和三组呈环状排列的孔230、234和236。各过滤元件的中央孔220和过滤元件122的最外面的一组环状排列的孔234形成供螺栓或其它固定装置用的导槽194和196，当过滤元件122被放置在顶板组件120与底板组件118之间时，所述固定装置被用于固定组件120和组件118。中央导槽194是一个所有螺栓都放在其中的单一孔。外导槽196(图3和4中示出了其中的2个)中各有一个螺栓。
过滤元件122固定在位于底板组件118与顶板组件120之间的位置，其余两组呈环状排列的孔230和236对齐，以形成通路。最里面的一组呈环状排列的孔230形成若干滞留物导管198(图4中示出了其中之一)，该导管通过顶板176下表面上的滞留物出口通道182与滞留物出口通道182相通。中间一组呈环状排列的孔236形成若干处理流体导管200，该导管的第一端通过底板124上成对的处理流体通道130和132与处理流体入口106相通，而其第二端通过顶板176下表面上的处理流体出口通道184与处理流体出口112相通。另外，各过滤元件122上的中央孔220还形成一个导管，具体地讲，形成一个渗透液管202。渗透液管202的第一端顶过顶板176上的中央孔180与渗透液出口110相通，其第二端与渗透液出口114相通。由于中央孔220较大以容纳螺栓或其它固定装置，并形成渗透液管202，可以用一个塞或任何其它合适装置来减少渗透液阻塞，显著降低由中央孔220形成的体积。
可以用两组螺栓204和206或其它固定装置，如工作螺纹或系杆将顶板组件120与底板组件118连接。第一组螺栓(图3和4中示出了其中的两个)，通过过滤元件122上的导槽196伸入顶板176上的孔190中，并伸入底板124上的孔140中。第二组螺栓206(其中的两个示于图3和4中)通过顶板176上的中央孔180，通过过滤元件122上的中央孔194伸入顶板盖178上的孔192中，并伸入底板124上的孔142中。
传动机构102将诸如轨道、振动、扭转或线性振动形式的振动力传递给膜组件104，以引起处理流体与各可渗透膜262表面之间的振动。理想的是，振动方向是在一个垂直于膜组件104的轴线的平面上。在一个示例性实施方案中，驱动机构102可以是一个偏心传动机构，其包括一个马达，一个输出轴、一个偏心配重、一个基础配重、一个扭力元件和一个支承结构。实施方案中所示的传动机构102披露于被授予Culkin的美国专利US5,114,564中，该专利被收为本文参考文献。用任何合适的方式将输出轴连接于所述马达上。可以用一台交流电机转动输出轴，因为交流电机可更容易、更精确地加以控制。可以用一个电机操纵装置改变转速，从而改变振动力的频率。具有预定质量的偏心配重连接于输出轴的与该轴连接电机的一端相反一端附近。具有预定质量的基础配重连接于输出轴上偏心配重下面的位置，换句话说，它离电机更远一些。由于偏心配重是通过输出轴的转动而振动的，它能引起一种摆动，该摆动被传至基础配重，基础配重再以与所引起摆动大致相同的频率振动。因此，所述基础配重成为一种具有某种振动的震动质量(Seismicmass)。
所述基础配重可以由支承结构通过一个诸如由弹性或挠性材料制成的可变形垫层的隔离装置支承着。该隔离装置还可以包括能够吸收或减弱可能会传至支承结构的弹簧，从而防止该支承结构的运动。另外，该弹簧可以聚集振动质量。该分离装置使基础配重以震动质量方式运动，同时使支承结构的运动减至最小。
所述扭力元件可以是一个如图3和4所示的扭力弹簧116，它连接在所述基础配重上。扭力弹簧116可以包括一个较均匀的杆，其在接近扭力弹簧116与基础配重连接的部位具有一个扩张部分。扭力弹簧116可以具有自然频率，并能够以与由基础配重所产生的力大体相同的频率共振。因此，与扭力弹簧116固定连接的膜组件104也可以与扭力弹簧116大致相同的频率振动。可以用一个夹具辅助支承扭力弹簧116。例如，该夹具可以连接在支承结构与部分扭力弹簧116之间，以防止由扭力弹簧116引起的摆动。该夹具可以包括一个具有若个压在扭力弹簧116上的可转动橡胶衬套的钢框。该夹具允许扭力弹簧116扭转振动，但阻止扭力弹簧116发生摆动。
在上述偏心传动机构中，偏心配重被置于基础配重之上，某些不希望的负载作用可能通过基础质量传给扭力弹簧。因此，在另一种实施方案中，优选将偏心配重置于基础配重上的一个孔中，以使偏心配重和基础配重处在同一个平面上。因此，在基础配重上基本之上不会产生力，力是通过该基础配重产生的。在一种更优选的实施方案中，可以采用两个偏心配重，它们以180°的相差相对转动，以便有效消除任何不希望的负载作用。两个偏心配重可以由两台电机单独驱动，或由一台电机驱动并用一个齿轮或传动装置确保其转动有180°的相差。
另外，在这种偏心传动机构的另一种实施方案中，基础配重可以包括一个大致为圆形的结构，环绕基础配重的内围对称分布的若干孔，以及安装在该基础配重外围的半环形平衡配重。该实施例可用于通过重新分配相对其外围的重心实现基础配重上更均匀的负载分布。
在另一种实施方案中，传动机构102可以包括一个直接传动装置。例如，膜组件104可以通过一个传动轴或联动杆或传动带或链连接或接合于一个直接传动电机。在该实施方案中，膜组件104可以由电机直接振动。
可以用一个控制系统，优选为自动控制系统控制传动机构102的工作，例如，保持振动参数在预定范围内。一般，控制系统以开环系统或闭环系统，即反馈系统为特征。对控制系统的每一种类型的基本设计的制约因素之一是稳定性，例如，快速反应和合理的阻尼。尽管开环系统一般能产生较快的反应，但闭环系统能提供更稳定的控制。因此，在控制振动分离装置方面，开环控制系统不如闭环控制系统理想。一种示例性反馈型控制器披露于待批的临时专利申请60/015,931中，该申请被转让给本申请的同一受让人，并被收为本文的参考资料。
如上所述，过滤元件122可各自包括一个膜支承板218和一个可渗透膜262。如图17-19所示，膜支承板218优选包括一个渗透液侧和一个处理流体侧，可渗透膜262安装在它上面。膜支承板可以由任何具有足够的结构完整性的材料制成，如合适的聚合材料，但最好是由诸如不锈钢的金属材料制成。可以采用的其它金属有铝、黄铜、紫铜、钛和青铜。所采用的优选材料优选为强度足于承受由传动机构102产生的振动力而且适合被过滤的特定处理流体的传动机构102。
膜支承板218的直径可以因其具体的应用目的而变化。例如，其直径可以在大约2-50英寸的范围内，优选在大约10-30英寸范围内，在大约20-25英寸范围内更好。在该示例性实施方案中，膜支承板218的直径大约为24英寸。在所示实施方案中，膜支承板218上形成过滤元件122的渗透液管202和中央导槽194的中央孔220的直径大约为0.5～10英寸，约为1～5英寸更好。在该示例性实施方案中，该中央孔的直径约为4英寸。
按照本发明的一个方面，膜支承板218可以极薄。如下文将要详述的，膜支承板218的厚度可以因膜支承板218的不同部分而变化。膜支承板218最里面的部分的厚度约为0.002-0.040英寸，优选为0.003～0.008英寸。在膜支承板218的最厚的部分，其厚度为0.004-0.100英寸，优选约为0.005-0.020英寸，约为0.010-0.015英寸更好。膜支承板218越薄，在特定空间内可以使用的过滤元件122越多，因此，每一特定体积和重量具有更多的过滤表面积。提高过滤表面积与体积之比可以增强其流量和效率，而降低特定过滤表面积的重量会使必需要由传动机构102来克服的惯性矩较低，因此，可以采用较小、较廉价的传动机构102。由薄金属制成的膜支承板特别理想，因为尽管它薄，但它极为牢固并具有尺寸稳定性。
可将过滤元件122放置在底板组件118与顶板组件120之间，以形成膜组件104，并且优选成对地放置。具体地讲，可以使每一对过滤元件122放置成使膜支承板218的渗透液侧彼此相对。相邻的过滤元件122对的膜支承板218的处理流体侧彼此相对。通过下面给出的对膜组件104和振动分离装置100的详细说明，可以理解这种特殊设计的原因。在另一种实施方案中，可将成对的过滤元件122制成包括(举例)10个过滤元件(5对)的小组件。这种小组件可以过滤元件122彼此之间的热塑性密封而制成。因此，随后可将小组件放置在底板组件118和顶板组件120之间，以形成膜组件104。因此，膜组件104可以包括任何数目的小组件，通过叠放小组件，将密封装置每一对相邻的小组件之间可迅速组装成膜组件104。
如图17所示，可将膜支承板218的处理流体侧分成3个环形部分内部222、中部224和外部226。在其内部222是上述呈环状排列的最里面的一组孔230，由其形成如图3和4所示的过滤元件122上的滞留物管198。在所示的该最里面一组环状排列的孔230的实施方案包括4个孔，不过，可以采用更多或更少的孔，例如8个孔。当过滤元件122放置并固定于顶板组件120和底板组件118之间时，以上4个孔形成滞留物管198。在该示例性实施方案中，膜支承板218的内部220不能使流体流通过，除了4个滞留物孔230之外。
在其外部226，有上述呈环状排列的第二和第三组孔234和236。在所示实施方案中，最外面的一组234包括24个孔；不过，也可以采用更多或更少的孔。这24个孔234形成图3和4的导槽196，用于连接顶板组件120和底板组件118的螺栓从该孔中通过。在图17所示实施方案中，所示内密封装置240和外密封装置242被安装在膜支承板218的处理流体侧；因此，示出了外密封装置上的其它孔244。下面将对内密封装置240和外密封装置进行详细说明。其余的或中间一组呈环状排列的孔236也可包括24个孔；不过，与前面一样，也可以采用更多或更少的孔。当过滤元件122被置于顶板组件120与底板组件118之间时，这24个孔236形成处理流体管200。在该示例性实施方案中，膜支承板218的外部226不能通过流体流，形成处理流体管200的孔236除外。
中间部分224分布在内部222和外部226之间，而可渗透膜262与其中间部分连接。因此，该中间部分包括一个用于从可渗透膜中排出渗透液的机构，例如，全程或部分通过膜支承板218的凹部或通道。在该示例性实施方案中，膜支承板218的中间部分224能通过流体流。例如，该中间部分224可包括多个通孔238，这些孔可以是任何合适的大小和形状。在该示例性实施方案中，孔238极小，例如，直径约为0.015英寸，且为圆形形状。因此，这些小孔238允许位于可渗透膜262小游侧的渗透液从可渗透膜202中排出，使渗透液从膜支承板218的处理流体一侧流向渗透液一侧。小孔238的主要作用是使渗透液可以流过膜支承板218。尽管孔238优选为极小，但有足够的孔238确保不能在过滤元件122的两侧形成太大的压力。多个孔238可以任何合适的间距彼此间隔开，并以任何合适形式排列，例如，沿径向直线排列。在示例性实施方案中，孔238相距约0.035英寸，为测得的孔238中心的间距，并3个一组地排列成三角形。
如上所述，可将内密封装置240和外密封装置242安装在膜支承板218的处理流体侧。密封装置240和242可以包括任何合适材料，如金属材料、聚合材料或弹性材料。在一种实施方案中，密封装置可以包括环状金属环，并可对其进行涂层以形成流体密封，如下文将要讨论的。密封装置240和242的厚度优选大于可渗透膜262的厚度262，以便在膜组件104中的相邻的成对的过滤元件122的处理流体侧之间形成间隙268。该间隙268(在图20和21中看的最清楚)沿相邻可渗透膜262的上游侧形成处理流体通道或腔。或者，膜支承板处理流体侧的内围和外围可以突起，以便起到与密封装置240和242类似的作用。
内密封装置240和外密封装置242的厚度可以为0.005～0.500英寸，优选约为0.020-0.200英寸，约为0.040-0.100英寸更好，例如，约为0.060英寸。内密封装置的内径大体上等于中央孔220的直径，而外密封装置242的外径大体上等于膜支承板218的外径。另外，外密封装置242包括若干孔244，这些孔相当于图18所示膜支承板218最外面的一组孔234。外密封装置242和内密封装置240可以包括比膜支承板218更多的孔。这些多余的孔被用于通过减轻密封装置自身的重量而降低该系统的总重量。密封装置240和242的用途以及过滤元件122在膜组件104中的叠放将结合图20和21进行详述。
在一种优选实施方案中，内密封装置240和外密封装置242包括大体上为圆形的聚合材料环，其具有与上述圆形金属环相同的尺寸。图23a和23b对塑料内密封装置240和外密封装置的一种示例性实施方案进行了详细说明。塑料环轻于金属环，从而减轻了振动分离系统的总重量，而且其造价一般也较低，即对材料的浪费较少。在一种示例性实施方案中，内密封装置240和外密封装置242上的某些或所有孔中都包括金属插件，以免损坏外密封装置。其厚度与塑料环的厚度相当的金属插件可以承受压缩力，并能比塑料更好地传递剪切力。实际上，该金属插件可承受当将过滤元件122固定在底板组件118和顶板组件120之间的螺栓被拧紧时所产生的压力，并传递在工作期间由该系统中的振动所产生的剪切力。另外，该金属插件可防止对密封装置242的擦伤，这种擦伤也可能因振动而引起。金属插件可以是一个圆形件300，其直径略大于孔244的直径，或包括一个菱形件302。菱形能提供比圆形更多的表面积，因此，能更好地消散所施加的力。
在一种优选实施方案中，金属插件包括实心金属插件，如实心金属板304，它可以位于内密封装置240或外密封装置242上，例如，在某些孔中，而不是如上所述般地环绕某些孔的边缘。因此，金属板304可能不用于孔244中，这些孔被用作螺栓孔234。金属板304可以用于每一个非螺栓孔244或每隔一个用于非螺栓孔244中。理想的是，当膜组件104被组装时，金属插件被轴向对齐。
塑料内密封装置240和242可以包括任何合适的刚性聚合材料，并可以优选包括一种以NYLON66为商标出售的聚合材料，为了加强其结构，加入了玻璃纤维。该金属插件可以包括任何金属材料，如不锈钢。在该优选实施方案中，所述金属插件可包括不锈钢。内密封装置240和外密封装置242还包括在图23c-23f中详细说明的垫圈306。图23c是沿图23a中剖面线c-c的内密封装置240的剖视图，图23d是沿剖面线d-d的外密封装置242的剖视图，并示出了图形金属插件，图23c是沿剖面线c-c的外密封装置242的剖视图，并示出了菱形金属插件，图23f是沿剖面线f-f的外密封装置的剖视图，并示出了圆板插件304。垫圈306可以安装于内、外密封装置的一面或两面，例如，安装于外密封装置242的内表面和内密封装置240的外表面，以确保流体密封。垫圈306可以是环绕内密封装置240和外密封装置242的内/外表面的边缘和侧面成形的注塑成型的弹性垫圈306，以使垫圈306的截面大致为圆形。垫圈306的厚度优选大于内密封装置240和外密封装置242的厚度。
如图18所示，膜支承板218的渗透液侧也可以分成3个环形部分；即内部246、中部248和外部250。246、248和250三部分的尺寸大体上分别与处理流体侧的三个部分222、224和226的尺寸相当。渗透液侧的外部250可以包括螺栓孔234、处理流体孔236和窄的环形槽252，其半径距离相当于外部250的内表面。槽252可被用于容纳过量的粘合剂，它可以用作过滤元件122之间的密封剂，这些元件成对设置，并位于相邻的过滤元件对122之间。
在所示实施方案中，模支承板218的渗透液侧的中部248优选包括一个盆形结构，即其中部248比外部250薄。渗透液侧的中部248包括多个突起254，其大体上垂直于在膜支承板218的渗透液侧形成的盆形表面。突起254可以为任何形状或大小，包括圆形、三角形、十字形或方形。在该示例性实施方案中，突起254的形状大致为圆柱形，从所述盆形体的表面测得其高度约为0.003-0.460英寸，其直径约为0.030英寸。可将突起254排成任何合适的规则或不规则的形式，在该示例性实施方案中，优选为均匀地彼此分离，例如间隔0.3英寸。处理流体侧中部224的多个孔238通过膜支承板218延伸至渗透液侧。突起254优选位于中部224、248上的多个孔238的间隙里，以免对流过膜支承板218的流体的任何干扰。或者，除突起之外，还可采用径向或呈环状分布的突起。另外，除了盆形结构上的突起结构外，该盆形体也可以是平的，并可将一层聚合物或金属网垫片放在该部分。如上所述，将单个过滤元件122成对地安装在膜组件104中，使膜支承板218的渗透液侧彼此相对；因此，每对过滤元件的每一个过滤元件122的多个凸起254最好相互对齐并形成接触，以便在突起254之间的部分形成一个渗透液流动部分。
在该示例性实施方案中，内部246包括4个凸台256，其单独环绕内部246上的4个滞留物孔230。因此，如果采用更多的滞留物孔，如8个孔，则要有更多的凸台来环绕这些孔。尽管凸台256可以具有任何合适的形状，如圆形，但凸台256优选为U型，并由4个孔230延伸至中央孔220。从盆形体表面测得的4个凸台部分的高度优选与突起254的高度相同。这些凸台256可阻止渗透液流入由位于内部222、246的4个滞流物孔230在过滤元件122上形成的滞留物管198，并阻止滞留物进入过滤元件122上由中央孔220形成的渗透液管202。类似地，相对盆形体中部248突起的外部250包括一个环绕处理流体孔236，将渗透液与处理液体隔开的环形台。
图19是膜支承板218的剖视图。由该图中可以看出，以盆形体表面测得的突起254的高度等于外部250的高度。由膜支承板218的渗透液侧测得，在突起254之间形成的凹槽约为0.003-0.460英寸。膜支承板218的处理流体侧优选为光滑的，尽管渗透液流体侧有多个突起254并相应于凹槽。下面将对这种独特设计的优点进行详细说明。
模支承板218可以由一个厚度均匀的不锈钢板制成。优选不锈钢，因为其高强度和尺寸稳定性，即使其厚度薄至约0.002英寸也是如此。多个孔238、盆形体、和中部224、248的突起254，以及内部246上4个U形台256之间的通道258可以任何适当方式成形，包括机械冲压、光化学蚀刻、放电加工(EDM)、或电子束或激光蚀刻，在最佳实施方案中，可以通过光化学蚀刻成形，由于其能在蚀刻表面上形成比EDM更小的外形。
另外，膜支承板218可以由具有足于承受振动力的高强度的热塑性材料制成。如图17所示，形成螺栓或其它固定装置的孔234可以包括金属插件，以免因振动而产生的磨损。包括一种热塑材料的膜支承板218易于制造，且造价较低。如果生产膜支承板的成本足够低的话，可将诸如包括10个过滤元件的上述小组件制成一次性使用的膜组件。
可渗透膜262可以包括任何合适的过滤介质，如多孔的或半透性的聚合物膜或聚合或非聚合仟维或长丝的织造或无纺片材。另外，膜262可以包括一种多孔金属介质，如由Pall公司以PMM和PMF为商标出售的介质、玻璃纤维介质、或多孔的陶瓷介质。对于该示例性实施方案来说，所述可渗透的多孔膜可以包括微孔膜。该膜可以由任何合适材料制成，而且通常是由诸如聚酰胺、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚乙烯和聚丙烯之类的材料制成。更优选的膜是聚酰胺，例如，尼龙和聚四氟乙烯膜，最佳的膜是聚四氟乙烯膜。例如，这种类型膜的制备披露于US4,340,479中。另外，可渗透膜262可以一层或几层。例如，可渗透膜262可包括一个微孔膜和纤维层。该纤维层可置于接近微孔膜处，以便于支承和/或排泄。
可渗透膜262可以任何适当方式连接在膜支承板218的中部，例如，连接方式取决于膜支承板218和可渗透膜262的组成。可以多种方式将可渗透膜262焊接在膜支承板218上，或者用一种粘合剂或溶剂粘合在膜支承板上。理想的是，膜支承板218的表面是粗糙的，例如，在将渗透膜262连接于膜支承板上之前通过氧化变糙。变糙的表面通常有利于粘合过程。
理想的是，通过热塑性多组分纤维的无纺织物将诸如聚四氟乙烯的聚合微孔膜粘接在诸如不锈钢的金属膜支承板上。所述多组分纤维可以包括至少一种第一聚合物和一种第二聚合物，以使第二聚合物位于多组分纤维的至少一部分表面上，而且其熔解温度低于第一聚合物的熔解温度。例如，该多组分纤维可以包括重量百分比至少约60％的第一种聚合物和重量百分比不超过约40％的第二种聚合。
所述无纺织物的多组分纤维可以由任何合适的聚合物制备而成。理想的是，该无纺织物的多组分纤维是由合适的聚烯烃制成。合适的聚烯烃包括聚乙烯、聚丙烯和聚亚甲基戊烯。第一种聚合物优选为聚丙烯，第二种聚合物优选为聚乙烯。所述无纺织物的纤维可以由任何合适方法制成，并用任何合适方法制成无纺织物，如常规的Fourdrinier造纸工艺。尽管所述多组分纤维优选为双组分纤维，即仅由两种聚合物制成的纤维，该多组分纤维可以由两种以上的聚合物制成，即本文所披露的第一和/或第二聚合物可以被视为聚合物混合物。
可以对多组分纤维的聚合物的具体组合进行选择，使第一和第二聚合物的熔解温度的差异足够大，以便在熔化第二种聚合物时不会对第一种聚合物造成不利影响。因此，第一种聚合物的熔解温度优选至少比第二种聚合物的熔解温度高大约20℃，至少高大约50℃更好。第二种聚合物的熔解温度通常至少约为110-200℃，更常见的约为110-150℃。
可渗透膜262、无纺织物和膜支承板218的粘合是通过将该无纺织物的温度升高到高于第二种聚合物的熔解温度但低于第一聚合物、可渗透膜262和膜支承板218的温度而实现的。换句话说，将无纺织物的温度升至至少足于部分熔解第二种聚合物但不会明显熔解该纤维的其它成分的温度。该方法披露于转让给本发明的同一受让人的美国专利流水号08/388,310中，该专利被收作本文的参考资料。
上文所披露的用于粘接可渗透膜262与膜支承板218的粘合技术使得膜组件104被用于高剪切环境中，不存在可渗透膜262与膜支承板218分离的大的危险。采用这种性质的粘合，使得处理条件，即流速和压力有一定的灵活性。例如，在振动被赋予膜组件104之前，不必对该系统充分加压。另外，由于牢固的结合，不必在高压下泵送处理流体，以便将可渗透膜262保持在膜支承板218上。处理流体可以较低压力通过膜组件，以延长可渗透膜262的使用寿命，如下文将要详加说明的。
在一种实施方案中，为了进一步将可渗透膜262固定在膜支承板218上，可渗透膜262可径向向外延伸，并径向向内通过中部224，以便由内密封装置240和外密封装置242固定在膜支承板218上。理想的是，可渗透膜262应当足够大，以便可由内密封装置240和外密封装置242的前缘固定，而不会堵塞螺栓孔234。当密封装置240、242和膜支承板218被螺栓压紧以形成膜组件104时，密封装置240、242将各可渗透膜262的外围和内围压在膜支承板218上，从而固定可渗透膜262的边缘。
在伸开可渗透膜262使其通过中间部分224并位于密封装置240、242之下时，形成滞留物管198的孔230和形成处理流体管200的孔236会被可渗透膜262盖住，此时可渗透膜262被放置在膜支承板218上。因此，在另一个生产步骤中，要在该膜上切孔。例如，当制成一对过滤元件122时，过滤元件122彼此对齐，并在孔230、234处在成对的膜262上切孔。可将金属插件插入孔230、236中的每一个中，并顺利跨过成对膜的两侧。
如图20所示，膜组件104可包括以成对形式与内密封装置240和外密封装置242叠置的过滤元件122，优选为各相邻的成对过滤元件122之间仅有一个密封装置。可将一种薄膜或粘合剂，如热塑性粘合剂/密封剂用于将外部250和凸台256粘接在每对过滤元件122的渗透液侧，并将内密封装置240和外密封装置242的表面粘合在相邻的过滤元件对的处理流体侧，以形成流体密封。如果采用塑料内密封装置240和外密封装置242，就无需粘合剂。
每一对过滤元件122的膜支承板218的渗透液侧彼此相对，以使多个突起254优选能彼此对齐并接触，形成一个与渗透液管202相通的渗透液室264。不过，各渗透液室264是通过环绕处理流体孔236和滞留物孔230的正面密封台而与处理流体管200和滞留物管198隔离开的。
由内密封装置240和外密封装置242在相邻的过滤元件122对的处理流体侧之间形成间隙，形成与处理流体管200和滞留物管198相通的处理流体室260。相邻的过滤元件122对的处理流体侧之间的间隙也可以由其它结构形成，例如，由膜支承板218上的突起部分，而不是由内密封装置240和外密封装置242形成。该间隙可以是等厚度的或是可变厚度的。例如，相邻的下过滤元件122对的处理流体侧之间的间隙可小于上过滤元件的。因此，接近处理流体入口106的间隙小，接近处理流体出口112的间隙宽。可变厚度的间隙可被用于规范流体压差。在一种示例性实施方案中，可以用各种厚度的内密封装置240和外密封装置242决定间隙。不过，各处理流体室260是由环绕中央孔200的内密封装置240与渗透液管202隔开的。要渗透膜262被安装在位于内密封装置240与外密封装置242之间的膜支承板218的处理流体侧的中部224上，其厚度可忽略不计，例如，大致低于内密封装置244和外密封装置242的厚度的一半。因此，各处理流体室260的间隙宽度可以为0.005-0.500英寸，优选为约0.020-0.200英寸，约为0.040-0.100英寸更好，例如，约为0.060英寸。
理想的是，各处理流体室260无任何会抑制流体运动的结构。例如，各处理流体室260是沿膜支承板218的整个中部径向开放的，并环绕膜支承板218呈360°。或者，各处理流体室基本上无结构，即如果有的话也是很少的结构，以便对处理流体室里的流动的抑制很小。因此，在处理流体室260中，处理流体可相邻过滤元件122对的可渗透膜自由流动。
膜组件104可以只有一个夹在顶板组件120和底板组件118之间的过滤元件122，但优选包括若干过滤元件122。例如，可以把1、2、5、10、25、50、75、100或更多对过滤元件122固定在顶板组件120和底板组件118之间。
膜组件104的层状结构(它是由任何所需数目的过滤元件122和内密封装置240及外密封装置242简单叠置并相互密封而成)使其生产工艺具有一定灵活性，即可以采用多种生产条件。该层结构还简化了膜组件的结构。该膜组件的层状外围优选形成一个外容器壁，由该壁里侧的处理流体、渗透液或二者与外侧的周围环境隔离开。另外，该层叠结构形成一个内层叠壁。在该示例性实施方案中，外部层状容器壁包括一叠过滤元件122和外密封装置242，但在另一种实施方案中，其结构可以不同，例如，形成一叠无任何密封装置的过滤元件。层状容器壁能将处理流体和渗透液与周围环境隔离开，因此，省去了一个外部膜组件壳。它不仅能简化结构，而且还能减轻重量，并因此降低惯性矩。
还可用其它方法和材料将外部250和凸台256粘接在每一对过滤元件122的渗透液侧，并将内密封装置240和外密封装置242的表面粘接在相邻的过滤元件122对的处理流体侧的内部222和外部226。例如，该表面可以焊接、铜焊、环氧交接，或在其中间放置垫圈。另外，可以采用一种注射模制的垫圈，其中，该垫圈是被直接注射模制在特定表面上。可以用任何合适的材料，如硅氧烷制成垫圈。优选将乙烯丙烯二烯单体(EPDM)用于制作垫圈。注射模制的垫圈具有作为非结合密封剂的优点，即一旦除去螺栓或其它固定装置后便可马上将各个组件轻易分离。在一种优选实施方案中，使用一种热塑性粘合剂/密封剂。该热塑性粘合剂/密封剂可包括丙烯和乙烯乙酸乙烯酯的任何合适的共聚物，如由Oliver Products公司(Grand Rapids，Michigan)以10SE为商标出售的产品，该产品由Gilderslecve等披露于1995年6月13日申请的美国专利申请号为08/489,802的题为“Filtration Device”的美国专利申请中，该专利转让给了本发明的同一受让人，它被收为本文的参考资料。
另外，注射模制的垫圈可以与热塑性粘合剂/密封剂组合使用。例如，如上所述，膜组件104可以包括若干小组件，并可以用热塑性粘合剂/密封剂对这些小组件进行组装，即永久性结合，还可以用注射模制的垫圈将小组件组装成膜组件，即放置在相邻小组件之间的非粘接密封件。
与实施本发明的膜组件相关的另一个重要优点是过滤表面积与体积之比很高。例如，在该示例性实施方案中，用于过滤的总可渗透膜表面积与由叠放的过滤元件122所占据的总体积相当。在该示例性实施方案中，可以有100个圆形过滤元件122对，各自的外径大约为24英寸。各个过滤元件122包括一个单一的可渗透膜262，其内径为80英寸，外径为20.0英寸。因此，各可渗透膜262的总表面积可能大约为264英寸2，而200个过滤元件122的总过滤表面积大约为52,800英寸2或367英尺3。由100对过滤元件122所占据的总体积可以作为直立圆柱的体积来计算，因为过滤元件122具有大致为圆形的结构。在一种实施方案中，每一个膜支承板218的厚度为0.012英寸，由密封装置240、242形成的间隙为0.060英寸，除顶板组件120和底板组件118之外的膜组件104的总高度的计算方法为100对支承板218的总厚度(0.012×2×100＝2.4英寸)加99个间隙的总厚度(0.060×99＝5.94英寸)。因此，总高度为8.34英寸。因此，在该示例性实施方案中，由100对过滤元件122所占据的总体积为2,202英寸3或大约1.3英尺3。因此，过滤表面积与体积之比大约为282ft2/ft3。根据本发明的一个方面，由于各膜支承板218的厚度是如此之小，以致可将极大的过滤表面积包装在一个很小的体积里。因此，该示例性实施方案的过滤表面积与体积之比可大于100ft2/ft3或大于150ft2/ft3或大于200ft2/ft3或大于250ft2/ft3，并可高于1,100ft2/ft3或更高。对于实施本发明的振动分离装置来说，以上比例约为3～1100ft2/ft3，优选为约100～1100ft2/ft3，约150～600ft2/ft3更好，约150～400ft2/ft3还要好，最好大约250ft2/ft3。该振动分离装置的高的过滤表面积与体积之比不仅提高了通过量，而且还降低了重量，并因此降低了惯性矩。
在一种优选操作方案中，通过图3和4所示的处理流体入口106在加压条件下将处理流体导入膜组件104。可以用图1所示的泵将处理流体导入振动分离装置100，或者用适合加压输送处理流体的任何其它装置。尽管处理流体入口106被置于底板组件118中，但只要不影响振动分离过滤装置100的工作还可将其置于顶板组件120中或位于顶板组件118与底板组件120之间的位置。处理流体流经处理流体入口106并流入底板124的下处理流体通道132。该处理流体由输入处理流体的压力均匀分配通过下处理流体通道132。并经底板处理流体管134导入底板124的上处理流体通道130。同样由输入处理流体的压力均匀分配处理流体通过上处理流体通道130，并导入由过滤元件122形成的与上处理流体通道130相通的处理流体管200。如图21所示，通过叠放的过滤元件122的整个高度延伸的处理流体管200可使处理流体通过流入处理流体室260，在相邻的过滤元件对之间具有间隙。
在一种优选的操作方案中，可避免处理流体室260中不均匀的流动参数，例如，来自处理流体管200经处理流体室260、通过过滤元件122到达滞留物导管198的可变流体流速和/或可变流体压差。在一个对于各过滤元件来说，处理流体流动参数明显不均匀的系统中，会出现堵塞过滤元件的倾向，从而使过滤系统的效率降低，寿命缩短。过滤元件的优先堵塞可能因为通过过滤元件的压差的不均匀分布而发生。比第二过滤元件承受更大压差的第一过滤元件会被更快地堵塞，因为高压差会迫使更多的处理流体通过过滤元件。这一原则也适于流体流速，即，承受高流体流速的过滤元件会被更快地堵塞。优先堵塞会因为叶栅效应而降低过滤效率。一旦第一过滤元件被完全堵塞，该优先堵塞会转移到下一个过滤元件，而且这一过程会因为流动参数的增加变化而加快。
对于许多应用途径而言，可通过封闭处理流体出口112和滞留物入口113而在处理流体室中取得并维持大致均匀的流动参数。处理流体随后流出处理流体管200，经处理流体室260穿过或切过各过滤元件122的可渗透膜262，各自承受大体上与滞留物管198相同的流动参数。
对于其它应用目的来说，可通过开启处理流体出口112和滞留物入口113中的任一个或二者而在处理流体室中取得并维持大致均匀的流动参数。例如，可以封闭滞留物入口113，开启处理流体出口112并通过诸如图1中所示的回流管312和阀314与处理流体入口106连接，以使该处理流体以特定流速循环。可将上述第二种装置说成一个处理流体回路。随着处理流体112的开启，处理流体由处理流体管200流至处理流体出口112，以便循环至处理流体入口106，并由处理流体管200、经处理流体室260、通过或切过各过滤元件122的可渗透膜262，各自承受大体上与滞留物管198相同的流动参数。处理流体入口106和处理流体出口112均与各可渗透膜262的上游表面的第一部分相通。滞留物出口108与各可渗透膜262上游表面的第二部分相通，而且处理流体流速大大不同于滞留物流速。
与上述处理流体回路不同或除此之外，所述振动分离系统可以包括上面扼要说明过的一个滞留物回路。另外，在许多场合，滞留物入口113可以像处理流体出口112那样关闭，而处理流体沿处理流体室流动，各自具有大致相同的流动参数。该滞留物回路可以包括一个连接在如图1和24中所示的滞留物出口108与滞留物入口113之间的阀装置或泵装置406。滞留物入口113可以通过滞留物入口通道115和底板组件118上的滞留物入口管117与滞留物管198连接。理想的是，滞留物入口管117尽可能地直，即没有弯折或弯曲，以保证滞留物在其中自由通过。一般，滞留物是一切分离系统中最粘的流体；因此，优选最大可能的通道，而且滞留物流速大大不同于处理流体流速。
最好对处理流体出口的流速和滞留物出口的流速加以选择，以使通过各过滤元件122从处理流体管200至滞留物管198的压差大致相同，例如，可以维持通过处理流体回路和滞留物回路的流速，以使压力梯度能形成通过各处理流体室260的大致相同的过膜压力。通过维持大致相同的过膜压差，可以明显降低或防止过滤元件122的优先堵塞。另外，可以更加容易地放大该振动分离系统，即增加更多的过滤元件122，因为增加更多的过滤元件122不会明显影响过膜压差。因此，通过3个处理流体室260(6个过滤元件122)形成的流体流可轻易增至10个处理流体室260(20个过滤元件122)，因为过膜压差不会明显改变。
处理流体出口流速和滞留物流速根据具体用途随处理流体和条件变化而改变。例如，处理流体出口流速可大于、等于或小于滞留物流速。这些流速的操作具有额外的灵活性，因为构成膜组件104的过滤元件122的数目可以变化，即增加或减少，而不会降低其性能。
当处理流体由处理流体管流至滞留物管、经过可渗透膜262时，传动机构102以预定频率和振幅振动膜组件104，以便在可渗透膜262向着处理流体的表面，即上游表面形成一个剪切流动边界层。尽管可渗透膜262可能不光滑，但它可通过可渗透膜262的处理流体侧形成一个较均匀的表面。换句话说，没有会抑制通过该表面的流体流的明显突起。因此，当膜组件104被传动机构102振动时，位于相邻过滤元件122对的可渗透膜262之间的处理流体不会以与可渗透膜262相同或相近的频率和/或振幅运动。因此，处理流体与可渗透膜之间存在相对运动，而且，正是这种相对运动形成了可阻止可渗透膜262附近的诸如颗粒物或胶体物的流体成分沉积在可渗透膜262上的动态流动条件。因此，大大降低了可渗透膜262的堵塞和闭塞。使颗粒状物质离开可渗透膜262所需的振动参数取决于多种因素，包括流体粘度、流体密度、流速和颗粒和/或胶态物质的大小和特征。传动机构可以大约5～500Hz的频率振动膜组件104，频率范围优先为约10-120Hz，约20-80Hz更好，约30-70Hz还要好。对于任何尺寸的膜支承板来说，其振幅优先低于大约90°，低于大约75°更好。例如，在一种采用直径为24.0英寸的膜支承板218的系统中，在其外围测得的振幅范围约为0.250英寸(大约1.2°)～12英寸(大约57.3°)或更高，优选在其外围测得的振幅约为1.500英寸(大约7.2°)-3.0英寸(大约14.3°)，约为2.0英寸(大约9.5°)更好。
随着膜组件振动，部分处理流体，即渗透液流经可渗透膜262、膜支承板218上的孔238，并进入在过滤元件122的渗透液侧之间形成的渗透液室264。然后引导渗透液通过滞留物凸台256之间的若干突起234间的渗透液室264，并进入渗透液管202。与处理流体不同，最好由过滤元件122的渗透液侧的凸起254迫使渗透液室264里的渗透液以与膜组件104相同或相近的频率和振幅振动。这些固定在膜支承板218上并随膜组件104振动的突起254可促使渗透液以与膜组件相同或相近的振动频率和幅度运动。另外，由突起254提供对成对的膜支承板218的结构支承。另外，渗透液室264可以是类似处理流体室260的开放室。一旦渗透液进入渗透液管202，它就被导引至顶板组件120的渗透液出口110，在此，通过图1所示的渗透液回收装置500出于各种目的而加以回收。如上文针对处理流体入口106所述的，渗透液出口110并不局限于定位于顶板组件120。
处理流体部分不会通过可渗透膜262，即流经处理流体室260的滞留物进入滞留物管198，流经滞留物管198的滞留物进入顶板196上的滞留物出口通道182，并经顶板组件120上的滞留物出口108流出，由此流入滞留物回收装置400。与渗透液出口110和处理流体入口100一样，滞留物出口108并不局限于膜组件104上的特定位置。
如上所述，滞留物和渗透液可用于多种目的。渗透液或滞留物或二者可能均为过滤工艺的重要产品。因此，渗透液和滞留物回收装置400和500的设计可以变化。
如上所述，底板124上表面上的斜面和顶板176下表面上的斜面能张紧并固定过滤元件122，使其略微相对由底板124形成的水平面倾斜，即为锥形。具体地讲，将各过滤元件122的金属膜支承板218压制成这种锥形形状，并以这种状态固定在倾斜的底板组件118与倾斜的顶板组件120之间。在另一种实施方案中，可通过在相邻的过滤元件122对之间、在其内围部分增加更多的密封装置或垫圈而使其成为锥形。例如，可将一个或几个内密封装置240(示于图17中)安装在膜支承板218的处理流体侧。或者，使膜支承板218成为锥形。或者，膜支承板218和顶板176、以及底板124可以是平的。
在迫使并保持膜支承板218为锥形形状时，可获得3个重要结果。首先，膜支承板218的锥形形状有利于排出滞留在相邻可渗透膜262对之间的，即处理流体室260中的气体。处理流体室中的截留气体会降低系统的性能。从本质上讲，通过拥有锥形形状，来自处理流体管的处理流体优选在位于或接近各室的最低点处进入处理流体室，而处理流体室260里的气体在处理流体充满该室260之前逸出。因此，当处理流体向上朝着该系统的内部运行至滞留物管198时，由处理流体迫使气体流出该系统。类似地，渗透液首先充满渗透液室的下部，而该渗透液室中的气体在渗透液之前逸出。这一点对于诸如聚四氟乙烯介质的疏水性介质来说尤为有利，否则当膜组件104充满处理流体时，该介质具有滞留气体的倾向。其次，膜支承板218的锥形形状有利于处理流体流入并通过处理流体室260。其实质是，其斜面有利于处理液体在处理流体室260中的均匀的流动分布。处理流体从室260的下部到上部均匀地充满该室260。第三，膜支承板218的锥形形状加大了膜组件104的结构完整性。具体地讲，迫使并保持膜支承板218以锥形形状张紧膜支承板218，从而提高其刚性并防止其下垂。所增加的刚性有利于保持处理流体室260中的均匀间隙，即一个开放通道。通常，在具有大过滤表面积的系统中，过滤元件之间的开放通道不被采用，因为要保持该通道的间隙宽度需要更多的重量，例如，通过重的支承板、垫板或排泄网而实现。不过，在本发明中，处理流体室260的间隙宽度是通过使用金属膜支承板218而保持的，通过成形或迫使其成为锥形形状可使其更加坚固。
一般，具有大的过滤表面积与体积之比的常规膜组件可以不包括一种开放通道设计，即处理流体室基本上无阻碍。这样做的原因是，需要更大的支承板。这种支承板之间要有更多的支承结构来维持过滤元件之间的相等间隙。因此，上述已有装置不能实现在具有大的过滤表面积与体积比的膜滤器中的开放通道设计的优点。具体地讲，在过滤含有颗粒物质的流体方面，开放通道设计特别有效，因为这种流体不能很好地沿边流过多孔支承介质。
实现本发明的振动分离系统的结构和操作可以进行多种变化。例如，在上述操作中，处理流体沿平行方向流过膜组件的各过滤元件。不过，该膜组件可被设计成其它形式，以取得不同结果，例如，顺序流过过滤元件。在这种类型装置的一种实施方案中，将膜支承板制成使一个膜过滤元件在其外部有流体孔，但在其内部无流体孔，而叠放的另一个过滤元件在其内部有一个流体孔，但在其外部无流体孔。然后处理流体流由其外部上的孔依次推进，沿处理流体室径向向内至其内部上的孔，由这些内部孔进入叠放的下一个处理流体室，然后由其内部上的孔径向向外沿处理流体室流至其外部的孔。
一般，用于不同的用途的振动分离系统可以有不同结构。在另一种实施方案中，渗透液管202成为滞留物管，而滞留物管198成为渗透液管。该实施方案可能特别有利于高粘度流体。如上所述，滞留物一般为高粘度流体；因此，引导滞留物通过一个单一的、大直径的、位于中央的导管而不是小直径的多个导管可使滞留物导管中的轴向压差降低。这种压差的降低可能又会促进流体由处理流体管、经处理流体通道向滞留物管的流动。渗透液通常不太粘，而且总是不如滞留物粘，可轻易通过多个渗透液管排出。另外，还可采用上述处理流体回路和/或滞留物回路。
在另一种实施方案中，可将滞留物管的数目由4个增至8个或更多，以降低滞留物管中的压差。另外，滞留物管还可延伸通过顶板并与顶板盖上的滞留物出口通道相通，而不是使滞留物管与顶板上的滞留物出口通道相通。然后可将两个滞留物出口设置在顶板盖的上部，而这些滞留物出口通过顶板盖上的孔与顶板盖下表面上的滞留物管通道相通。这种装置可为滞留物提供较大的表面积，以使滞留物中的压降减至最小。
在另一种实施方案中，该振动分离系统包括几组渗透液室，各组包括一个或几个渗透液室。一个独立的渗透液管可与每一组渗透液室相通，并可与其它的组分离。采用这种设计，可以用一个组由一种处理流体对各种膜进行测定。例如，可以如下方式构建具有至少一对过滤元件的三个组。第一组包括具有PTFE膜的过滤元件，第二组包括具有PES膜的过滤元件，而第三具有尼龙膜。一个独立的渗透液管与各组相通。可以从每一组取样测定渗透液的质量，以确定哪一种膜的效果最好。另外，各渗透液室可被定位，一个独立的渗透液管与各小室相通。
在又一种实施方案中，该振动分离系统可以包括一个膜组件，其包括一个中央底板组件，一个下顶板组件，和一个上顶板组件。处理流体可由中央底板组件输送至位于该中央底板组件两侧或之上和之下的过滤元件对。该实施方案可能还特别有利于极稠、极粘的处理流体和/或滞留物。关键是该装置可形成较短的滞留物管，而且由于滞留物是该系统中最粘的滞留物，通过该较短滞留物管的滞留物压差也较低。
在滞留物极粘的场合，可加宽相邻过滤元件122对之间的间隙，以使滞留物可从其中通过。在该实施方案中，由于各膜支承板218的厚度是如此之小，以致过滤表面积与体积之比可以仍然较高。例如，如上文中所计算出的，200个过滤元件的总过滤表面积约为52,800英寸2或367英尺2。如果各膜支承板218的厚度为0.012英寸，由密封装置240、242所形成的间隙为0.5英寸，不包括顶板组件120和底板组件118在内的膜组件104的总高度的计算方法为100对支承板218的总厚度(0.012×2×100＝2.4英寸)加99个间隙的总厚度(0.5×99＝49.5英寸)。因此，其总高度为51.9英寸。因此，在该实施方案中由100对过滤元件122所占据的总体积为13701.6英寸3或7.9英尺3。这样，过滤表面积与体积之比大约为46.5ft2/ft3。
所述膜组件可以包括多种不同实施方案。例如，可将成叠的过滤元件安装在一个外壳中，并将滞留物管、渗透液管和处理流体管设置在过滤元件的外部。例如，该膜支承板可以没有中央孔，但膜支承板的渗透液侧可以有径向向外取向的槽。然后渗透液可流向过滤元件外围到达外部渗透液管。通过除去过滤元件内部的导管，可以取消诸如垫圈、密封装置和凸台之类的隔离装置。另外，可以采用类似于但偏离处理流体管和滞留物管的单个轴向导管，而不是在各膜支承板218上的单一中央孔形成渗透液导管。
就膜组件而言，其过滤元件可包括任何数目的其它方案。例如，膜支承板的中部可以是不可渗透的，但可以有设在该支承板一侧或两侧的槽或其它通道。可如上文所述般地将可渗透膜安装在膜支承板的一侧或两侧；不过，渗透液可通过这些槽而不是该板上的孔排出。
本发明的振动分离系统包括一种膜结构。膜结构可提供一种更加可靠的分离系统，因为可在生产期间和在现场进行更深入的完整性测试。在生产期间，可以在最终的组装和测试前对该分离系统的每个元件，例如，每个过滤元件、每个底板组件、每个顶板组件进行测试。在现场，膜结构能够轻易检查出该分离系统中的单个有缺陷的元件。可以分别测试每一个膜组件，以查出有缺陷的膜组件，然后再对膜组件的每一个元件进行测试。
另外，本发明的由膜构成的分离系统应当足够粗糙，以便可在通过多次使用后在原位进行清洁，并可由诸如塑料的轻质材料组成。原位清洁大大有利于本发明的多种实施方案。这些实施方案包括不会滞留杂质和/或在原位进行自动清洗期间可自由除去杂质的结构特征。例如，可以进行表面精加工，特别是对诸如底板组件和顶板组件的金属元件进行机加工或抛光，甚至是电抛光，以便将表面粗糙度降至微米和亚微米级，以便对杂质的结合更弱。另外，采用突出周围表面和平接点的垫圈可消除会聚积杂质的间隙。
尽管已以据信是最可行的和优选的实施方案形式对本发明进行了图示和说明，但对特定方法和设计的修改对本领域技术人员来说是显而易见的，并可在不脱离本发明的构思和范围的前提下加以利用。本发明并不局限于所披露并图示的特定结构，应当理解为与之相关的一切改进均落入所附权利要求的范围内。
权利要求
1.一种振动分离系统，包括(a)一个膜组件，其包括若干叠放的过滤元件，各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜和一个蚀刻金属膜支承板，可渗透膜的下游表面安装在蚀刻金属膜支承板的第一部分，其中，蚀刻金属支承板在所述第一部分的厚度约为0.002-0.040英寸；(b)一个与所述膜组件连接的传动机构，用于使过滤元件发生振动，从而防止堵塞所述可渗透膜的上游表面；(c)一个与各可渗透膜的上游表面相通的处理流体入口；和(d)一个与各可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口。
2.一种振动分离系统，包括；(a)一个膜组件，其包括若干叠放的过滤元件，其中，各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜和一个膜支承板，该可渗透膜的下游表面安装在膜支承板第一部分，其中，膜支在板在设第一部分的厚度范围约为0.002-0.040英寸，而且，其中该膜组件的过滤表面积与体积之比至少约为100ft2/ft3；(b)一个与所述膜组件连接的传动机构，用于使过滤元件发生振动，从而防止阻塞各可渗透膜的上游表面；(c)一个与所述可渗透膜的上游表面相通的处理流体入口；和(d)一个与所述各可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口。
3.如权利要求2的振动分离系统，其特征在于所述蚀刻金属膜支承板的第一部分具有通孔，以使通过可渗透膜的渗透液能通过该蚀刻金属膜支承板。
4.一种振动分离系统，包括(a)一个膜组件，其至少包括第一和第二膜支承板，第一和第二膜支承板中的每一个包括一个处理流体侧，一个渗透液侧，以及一个或几个介于处理流体侧与渗透液侧之间的孔，并至少包括第一和第二可渗透膜，各自具有上游表面和下游表面，其中，其下游表面分别安装在所述第一和第二膜支承板的处理流体侧，覆盖所述孔，其中，第一和第二膜支承板成对地彼此固定在一起，并在二者之间形成一个渗透液室，该渗透液室通过第一和第二膜支承板上的孔与第一和第二可渗透膜相通；(b)一个与所述膜组件连接的传动机构，用于使该膜组件发生振动，从而防止堵塞各可渗渗膜的上游表面；(c)一个与所述可渗透膜的上游表面相通的处理流体入口；和(d)一个与所述渗透液相通的渗透液出口。
5.如权利要求4的振动分离系统，其特征在于所述第一和第二膜支承板对的厚度小于0.03英寸左右。
6.一种振动分离系统，包括(a)一个膜组件，其包括第一、第二和第三叠放的膜支承板，第一、第二和第三膜支承板中的每一个具有一个处理流体侧和一个渗透液侧，将各自具有上游表面和下游表面的第一、第二和第三可渗透膜分别安装在第一、第二和第三膜支承板的处理流体侧，在第一和第二膜支承板的处理流体侧之间形成处理流体室，该处理流体室基本上无结构，因此可加强处理流体与可渗透膜之间的动态流动，并有一个渗透液室位于第二和第三膜支承板的渗透液侧之间；(b)一个与所述膜组件连接的传动机构，用于使该膜组件发生振动，从而防止堵塞各可渗透膜的上游表面；(c)一个与处理流体室相通的处理流体入口；和(d)一个与渗透液室相通的渗透液出口。
7.一个振动分离系统，包括(a)一个膜组件，其包括若干过滤元件，各过滤元件包括一个具有一个外围部分的膜支承板和至少一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，其下游表面安装在膜支承板上，该膜组件还包括一个与各个可渗透膜的上游表面相通的处理流体室和与各可渗透膜的下游表面相通的渗透液室，将所述过滤元件彼此固定在一起，使其外围部分层叠并形成一个封闭壁，该壁将其一侧的处理流体和渗透液室与其另一侧的周围环境隔离开；(b)一个与所述膜组件连接的传动机构，用于使该膜组件发生振动，从而防止堵塞各可渗透膜的上游表面；(c)一个与各处理室相通的处理流体入口；和(d)一个与各渗透液室相通的渗透液出口。
8.一种振动分离系统，包括(a)一个大致为筒状的膜组件，包括若干薄金属膜支承板，其中，各薄金属膜支承板具有一个处理流体侧、一个渗透液侧、一个内围部分、一个外围部分和一个介于所述内围和外围部分之间的部分，还包括若干可渗透膜，其中，各可渗透膜包括一个上游表面和一个下游表面，其下游被安装在薄金属膜支承板处理流体侧的中部，所述若干薄金属膜支承板彼此固定在一起，使其外围部分层叠，以形成一个外壁，并使其内围部分层叠，以形成一个内壁，至少所述外层叠壁和内层叠壁之一具有与之接近的轴向分布的导管；(b)一个与所述膜组件连接的传动机构，用于使该膜组件发生振动，从而防止堵塞各可渗透膜的上游表面；(c)一个与所述可渗透膜的上游表面相通的处理流体入口；和(d)一个与可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口。
9.一种膜分离装置，包括(a)一个膜组件，其包括若干叠放的过滤元件，各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜和一个蚀刻金属膜支承板，可渗透膜的下游表面安装于蚀刻金属膜支承板的第一部分，其中，所述蚀刻金属膜支承板的第一部分的厚度约为0.002-0.040英寸；(b)一个与所述膜组件连接并与可渗透膜的上游表面相通的处理流体入口，该处理流体入口将处理流体导入所述膜组件；(c)一个与所述膜组件连接并与可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口，该渗透液出口有利于排出膜组件中的渗透液；和(d)一个与所述膜组件连接并与可渗透膜的上游表面相通的滞留物出口，该滞留物出口有利于排出膜组件中的滞留物。
10.一种膜分离装置，包括(a)一个膜组件，其包括若干叠放的过滤元件，其中，各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，和一下膜支承板，可渗透膜的下游表面安装于膜支承板的第一部分，其中，膜支承板的第一部分的厚度约为0.002-0.040英寸，而且，其中所述膜组件的过滤表面积与体积之比至少约为100ft2/ft3；(b)一个与所述膜组件连接并与可渗透膜的上游表面相通的处理流体入口，该处理流体入口将处理流体导入膜组件；(c)一个与所述膜组件连接并与可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口，该渗透液出口有利于排出膜组件中的渗透液；和(d)一个与所述膜组件连接并与可渗透膜的上游表面相通的滞留物出口，该滞留物出口有利于排出膜组件中的渗留物。
11.如权利要求10的膜分离装置，其特征在于所述过滤元件成对地相互固定在一起，以便在相邻过滤元件对之间形成大体上无结构的开放通道。
12.一种膜分离装置，包括(a)一个膜组件，其包括若干过滤元件，各过滤元件包括一个具有一个外围部分的薄金属支承板和至少一个安装在膜支承板上的可渗透膜，该膜组件还包括一个与各可渗透膜相通的处理流体室和一个与各可渗透膜的下游侧相通的渗透液室，将过滤元件相互固定在一起，使其外围部分层叠并形成一个封闭壁，将处理流体和渗透液分隔在该壁的一侧，而将周围环境分隔在其另一侧；(b)一个与所述膜组件连接并与各处理流体室相通的处理流体入口，该处理流体入口将处理流体导入膜组件；(c)一个与所述膜组件连接并与渗透液室相通的渗透液出口，该渗透液出口有利于排出膜组件中的渗透液；和(d)一个与所述过膜组件连接并与各处理流体室相通的滞留物出口，该滞留物出口有利于排出膜组件中的滞留物。
13.一种膜分离装置，包括(a)一个大致为筒状的膜组件，其包括若干薄金属膜支承板，其中，各薄金属膜支承板具有一个处理流体侧、一个渗透液侧、一个内围部分、一个外围部分、一个介于内围和外围部分之间的部分，和若干可渗透膜，其中，各可渗透膜包括一个上游表面和一个下游表面，其下游表面安装在各薄金属膜支承板的处理流体侧的中部，固定所述若干薄金属膜支承板，使其外围部分层叠，以形成一个外壁，并使其内围部分层叠，以形成一个内壁，至少所述外层叠壁与内层叠壁之一具有轴向分布的导管；(b)一个与所述膜组件连接并与可渗透膜的上游表面相通的处理流体入口，该处理流体入口将处理流体导入膜组件；(c)一个与所述膜组件连接并与可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口，该渗透液出口有利于排出膜组件中的渗透液；和(d)一个与所述膜组件连接并与可渗透膜的上游表面相通的滞留物出口，该滞留物出口有利于排出膜组件中的滞留物，而且，其中至少处理流体入口、渗透液出口和滞留物出口之一与轴向分布的导管相通。
14.一种膜分离装置，包括(a)一个膜组件，其包括若干叠放的过滤元件，其中，各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，和一个膜支承板，可渗透膜的下游表面安装在膜支承板上；(b)一个与膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面的第一部分相通的处理流体入口，用于将处理流体导入膜组件；(c)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面相通的处理流体出口，该出口位于处理流体入口与所述上游表面的第一部分之间；(d)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面的第二部分相通的滞留物出口；和(e)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口。
15.一种膜分离装置，包括(a)一个膜组件，其包括若干叠放的过滤元件，其中各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，和一个膜支承板，可渗透膜的下游表面安装在膜支承板上；(b)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面的第一部分相通的处理流体入口，用于将处理流体导入膜组件；(c)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面的第二部分相通的滞留物出口；(d)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面相通的滞留物入口，该出口位于所述滞留物出口与所述上游表面的第二部分之间；和(e)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口。
16.一种膜分离装置，包括(a)一个膜组件，其包括若干叠放的过滤元件，其中，各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，和一个膜支承板，可渗透膜的下游表面安装在膜支承板上；(b)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面的第一部分相通的处理流体入口，用于将处理流处导入膜组件；(c)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面相通的处理流体出口，该出口位于所述处理流体入口与所述上表面的第一部分之间；(d)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面的第二部分相通的滞留物出口；(e)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面相通的滞留物入口，该入口位于所述滞留物出口与所述上游表面的第二部分之间；和(f)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口。
17.一种膜分离装置，包括(a)一个膜组件，其包括若干叠放的过滤元件，其中，各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，和一个膜支承板，可渗透膜的下游表面安装在膜支承板上，一个顶板组件和一个底板组件，所述若干叠放的过滤元件安装在顶板组件与底板组件之间，其中，各个叠放的过滤元件具有大致为锥形的形状；(b)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面相通的处理流体入口；(c)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口；和(d)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面相通的滞留物出口。
18.一种膜分离装置，包括(a)一个膜组件，其包括若干叠放的过滤元件，其中，各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，和一个膜支承板，可渗透膜的下游表面安装在膜支承板上，一个具有明显中凹的下表面的顶板组件，和一个具有明显中凸的上表面的底板组件，所述若干叠放的过滤元件安装在顶板组件与底板组件之间，以使膜支承板形成大致为锥形的形状；(b)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面相通的处理流体入口；(c)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的下游表面相通的渗透液出口；和(d)一个与所述膜组件连接并与各可渗透膜的上游表面相通的滞留物出口。
19.一种膜分离装置，包括(a)一个膜组件，其包括若干叠放的过滤元件，其中，各过滤元件包括一个具有上游表面和下游表面的可渗透膜，和一个具有处理流体侧和渗透液侧的膜支承板，可渗透膜的下游表面安装在膜支承板的处理流体侧的第一部分，该部分的厚度大约为0.002-0.040英寸，而且，其中该膜组件的过滤表面积与体积之比至少约为100ft2/ft3，过滤元件成对地相互固定在一起，以使膜支承板的渗透液侧相互接触，以便在可渗透膜之间形成渗透液室和开放通道，该开放通道基本上无结构；(b)一个与所述膜组件连接并与所述开放通道相通的处理流体入口，该处理流体入口将处理流体导入膜组件内；(c)一个与所述膜组件连接并与渗透液室相通的渗透液出口，该渗透液出口有利于排出膜组件里的渗透液；和(d)一个与膜组件连接并与所述开放通道相通的滞留物出口，以利于排出膜组件中的滞留物。
20.一种过滤元件，包括(a)一个可渗透膜；和(b)一个膜支承板，所述可渗透膜安装在该膜支承板的第一部分，其中，该膜支承板的厚度约为0.002-0.040英寸。
21.一种过滤元件，包括(a)一个可渗透膜；和(b)一个蚀刻金属膜支承板，所述可渗透膜安装在该蚀刻金属膜支承板上。
22.一个密封装置，包括一个大体上为圆形的环，其具有一个内围和一个外围；和一个垫圈，安装在所述大体上为圆形的环的内围和外围的至少一种之上。
23.一种密封装置，包括(a)一个大体上为圆形的聚合物环，其具有多个孔；和至少一个可操作地与所述大体上为圆形的环相连的金属插件。
24.一种分离方法，包括(a)通过一个处理流体入口将处理流体注入具有若干过滤元件的膜组件；(b)将所述处理流体导入所述若干过滤元件的每一个的上游表面的第一部分；(c)将处理流体由所述若干过滤元件中每一个的上游表面引导致处理流体入口和所述上游表面的第一部分之间，并通过一个处理流体出口，以便保持通过所述若干过滤元件具有大致稳定的压差；和(d)引导来自所述若干过滤元件的每一个的上游表面的第二部分的滞留物通过滞留物出口。
25.一种分离方法，包括(a)通过一个处理流体入口将处理流体注入一个具有若干过滤元件的膜组件；(b)将处理流体引导至所述多个过滤元件中每一个的上游表面的第一部分；(c)引导来自所述若干过滤元件中每一个的上游表面的第二部分的滞留物通过一个滞留物出口；和(d)引导来自所述若干过滤元件的每一个的上游表面的滞留物至所述滞留物出口与所述上游表面的第二部分之间，并通过一个滞留物入口，以利于保持通过所述若干过滤元件有一个大致稳定的压差。
26.一种分离方法，包括(a)通过一个处理流体入口将处理流体注入一个具有若干过滤元件的膜组件；(b)将处理流体引导致所述若干过滤元件中每一个的上游表面的第一部分；(c)引导来自所述若干过滤元件中每一个的上游表面的处理流体至所述处理流体入口与所述上游表面的第一部分之间，并通过一个处理流体出口，以利于保持通过所述若干过滤元件有一个大致稳定的压差；(d)引导来自所述若干过滤元件的每一个的上游表面的第二部分的滞留物通过一个滞留物出口；和(e)引导所述来自所述若干过滤元件的每一个的上游表面的滞留物至所述滞留物出口与所述上游表面的第二部分之间，并通过一个滞留物入口，以利于保持通过所述若干过滤元件有一个大致稳定的压差。
全文摘要
一种振动分离系统,具有一个传动机构,该机构使膜组件产生振动,以加强过滤作用。所述膜组件包括一个或几个彼此连接在一起的过滤元件,各过滤元件有一个渗透性膜。赋予膜组件的振动可在该渗透膜上产生一个动态流动边界层。该流体剪切边界层又产生浮力,从而防止所述膜被堵塞。
文档编号B01D63/16GK1193289SQ96196390
公开日1998年9月16日 申请日期1996年6月28日 优先权日1995年6月30日
发明者L·里奥斯, T·阿勒克斯, T·C·瑟尔, M·R·吉尔德斯勒维 申请人:帕尔公司