专利名称：改进型微孔薄膜过滤组合件的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用微孔薄膜的那类过滤过程和装置，其中包含污染物质的进料在压力下施加至薄膜的进料接收表面以便由此通过，而滤出液则从薄膜的透过侧取走。
更具体地说，本发明涉及这样的系统，它所采用的微孔过滤器包括细长的微孔聚合纤维束，其中欲过滤的进料加入至纤维束的外侧，而透过物则从纤维内隙的端部抽走。系统最好还包括反冲设施，以便定期清洗纤维的进料表面。
在现有技术中，前述类型的典型过滤器系统通常包含管状存储器，在其中封装着微孔中空纤维束。总管或集流管装置通常在一端或两端用于与存储器连接，这些总管的作用是将受污染的进料和透过物的相应流动隔开，并转向通过系统。在这一方面，交叉流动系统通常具有两个进料总管(进口和再循环出口)和一个或两个透过物总管。在现有技术的交叉流动系统中，欲过滤的流束沿薄膜表面的切向或横越薄膜表面而流动。这对薄膜表面产生一个清除作用，使薄膜保持较为清洁。相反，结构为堵死端运行的系统只有一个进料进口总管和一个透过物出口总管。此外，在现有技术中，这些总管或集流管装置的结构常设计成能有利于由两维或三维的存储器阵列的模块构成。
应指出的是，这些系统是在相当大的内部压力下工作的。因此，存储器壳体和集流总管结构都必须由高强度的材料制成，诸如不锈钢和为承受这样的压力而专门设计的较高级塑料材料，从而成本也相应增高。
截至目前为止，现有技术中的绝大多数结构已证实对小型或中等规模的应用是令人满意的。但是，随着目前对较大规模的系统有日益增加的需求，由于，例如要求有附加连接管道，以与每一单独存储器相关联的部件的成本，因此现有结构变得成本过高。
对较大系统的设计不是一件将所有单个部件简单放大的事。这部分是由于，为组装和维护时便于人工操作，希望系统的个别部件尺寸仍不变。其次，随着结构本身及相关流动线路的变大，通过系统的压降问题也变得更为严峻了。
本发明的目的就是提出一种前述过滤组合件的改进系统，它能克服或至少基本改善现有技术中的某些缺点，或至少提供一种有用的替代方案。
根据本发明的第一个方面，提出了一种过滤器组合件，该过滤器组合件包括细长的壳体，在其中放置着若干呈头尾相连、串联状态的分立的过滤器束段，每一过滤器束包括大量微孔聚合中空纤维，其中，欲过滤的进料被加至纤维束的外侧，而透过物则从纤维内隙的排出端的一端或两端抽走；一条或多条沿所述壳体纵向伸展的进料通道，用以将进料引向所述过滤器束段；一条或多条基本平行所述过滤器束段而纵向伸展的透过物回转通道，所述透过物回转通道与所述进料隔绝接触，而用于与所述过滤器束段中的所述纤维内隙的每一所述透过物排出端进行流体流动联通；以及一个或多个总管装置，每一总管装置具有与所述一条或多条纵向伸展的进料通道相连接的进料入口孔和与所述一条或多条透过物回转通道相连接的、独立的透过物出口孔。
在一个较佳的结构中，总管装置安置在所述壳体的纵向端部的一端或两端，并设计成将若干过滤器组合件连接成管束。
壳体能包含两个、三个或四个头尾相连、串联形状的过滤器束段是有好处的。更受推崇的是，壳体的每一纵向段还在其中具有两个或多个平行伸展的过滤器束段，每一束段相同地与相邻过滤器束段进行串联连接。这样，大型系统就可采用尺寸可由人工容易处理的过滤器束段或子模块进行建造。
在一个结构中，平行伸展的过滤器束段可作为多个过滤器束段的子组合件加以相互连接。每一束段最好以下述详细描述的通常方法分别加以罐装。
在另一结构中，发明提出的细长壳体在任何一点都包含四束平行伸展的过滤器束，每个过滤器束具有三或四个串联连接的这样的过滤器束段。在一个较佳形式中设置了一条周边进料通道，它一般平行壳体的外壁，且任何点上的径向深度最好不大于约15mm；连同一条通过四条平行伸展的过滤器束段的中心的中心进料通道。在一个形式中周边进料通道和/或中心进料通道可设计成，例如通过采用组装材料以帮助将进料引向围绕和进入过滤器束而流动。
在又一较好的形式中，设置了四条分隔的透过物回转管，它们等距分隔地设置在壳体内的中心和周边进料通道之间。
形为集流管的总管装置最好设置在壳体纵向端部的两端以加速交叉流动过滤，其中部分进料可从另一端排出以进行再循环。在反冲过程期间，进料出口孔也可用作冲洗流体入口孔以进行运转，其中流体在压力下通过滤出物或透过物出口孔施加至纤维内隙的内表面，而反冲流体基本施加至纤维的外表面以冲走任何已从纤维上除下的积聚的污物。
通过每一单独过滤器束的中心设置进料通道也是较受推崇的，特别在采用大直径过滤器束时更是如此。
最后，发明的另一较佳形式还包括在过滤器束故障事件时用于切断单个过滤器组合件或组合件管束的装置。这在一个实施例中是按要求借助与每一过滤器束段、过滤器组合件壳件或总管装置相关联的单独阀而达到的。
现在将参考附图，仅借助实例对发明的最佳实施例加以说明，其中
图1是本发明提出的过滤系统第一实施例的部分纵向截面图，该系统具有四个平行伸展的过滤器束及滤出物回转通道；图2是沿图1中2-2线截取的横截面图；图3是与图1所示系统十分相似系统的更为详尽的部分纵向截面图；图4是图3所示系统的放大细致的横截面图；图5是过滤模块第二实施例的部分剖面透视图，该模块具有三个过滤器束和三条滤出物回转通道；图6是应用前图所示模块建造的三维陈列的示意侧视图；图7是图6所示过滤器组合件的端视图8为图表1，它表示本发明相对申请人标准M10C过滤系统的横越薄膜压降的第一次性能比较试验结果；而图9为图表2，它表明本发明相对申请人标准M10C过滤系统的横越薄膜压降的第二次性能比较试验结果。
请参考附图，过滤器组合件1包括一个细长的壳体2，在其中放置着若干呈头尾相连、串联形状的过滤器束3。在图1和2所示的实施例中，有四组平行伸展的过滤器束，每束串联地与相邻四组的过滤器束连接。图5展示了一个相似的结构，它只采用了三组平行伸展的过滤器束。在此场合，或采用两个或采用四个平行伸展的过滤器束段是较好的。
每一过滤器束包括大量此类微孔聚合中空纤维，其中欲过滤的进料被加至纤维束的外侧，而透过物则从纤维内隙的透过物排出端的一端或两端4抽走。这些束通常在排出端加以“罐装”，以方便地促进透过物与进料分离，同时将纤维夹持在组装的束中。
较好的罐装材料是尿烷，这是一种热定型聚合物。先设置具有要求的最终周边形状的浅预罐装托盘，它具有若干分隔开的长销钉。将纤维放置在托盘中，浇铸树酯，在端部堵塞纤维内隙。然后移去预罐装托盘，将束放入具有第二罐装模具的离心机，再通过由销钉形成的预罐装模压物中的孔加入附加的尿烷。一旦第二个罐固化，削去预罐装端部分以及第二个罐的一部分，从而清晰地暴露纤维内隙的端部。
在壳体内还设置了一条或多条纵向伸展的进料通道。在图1和2所示的实施例中，进料通道包括大致为环形的外进料通道6(最好不大于约15mm)，它围绕过滤器束3的组合的周边而伸展；和中心进料通道7，它通过壳体的中心而伸展。在图3至5所示的实施例中，束具有外壳体，其中安装着一直延伸至外壳体周边的组装装置，该壳体还包含引导进料在围绕过滤器束和进入过滤器束两个方向上流动的装置。中心进料通道可如图3所示地包含与隔板等形状相仿的结构，以便使进料转向进入和围绕过滤器束。
还设置了一条或多条纵向伸展的透过物回转通道8，它们大致平行过滤器束而伸展，每条透过物回转通道通过连接通道9(见图1)与纤维内隙的每一透过物排放端4进行流体流动的联通。还设置了形状为阀等的装置(未表示)以便在故障情况有选择地切断一束单独的过滤器束、过滤器组合件壳体，或切断总管装置。
在每一壳体2的纵向端部的一端或两端安置着总管或集流管装置，其总体以10表示。每一集流管包括与纵向伸展的进料通道6和7具有流体流动联通的进料入口孔11和与透过物回转通道8具有密封和分隔联通的透过物出口孔12。
请特别注意图6和7，由图可见，前述图中的装置是如何以模块结构通过适当连接集流管由大量两维管束建成庞大的但高度紧凑的三维阵列的。
在使用中，系统的运行方式与现有技术中的过滤过程基本相同。在设置有反冲设施的部位，系统出口关闭，在压力下向透过物排出出口施加流体，从而使其通过薄膜以去除积聚在外进料表面上的污垢。然后，通常将一种一般是进料的冲洗流体施加至交叉流动进料出口孔以便通过系统，从而冲去任何已除下的污染物品。
可看到，本发明提出的系统提供了一种显著增加过滤器纤维束的组装密度，同时减少系统整体成本的方法，其手段是将昂贵的集流管装置及连接管道配件的数量降至最低。例如，申请人的实践指出本发明的系统能比应用申请人现有M10C技术的工厂节省40％，缩小60％。
此外，试验表明，对运行效率没有什么或没有损害，因为通过设置进料通道及透过物连接通道9，使透过物得以在过滤器束的每一排出端部排向透过物回转通道，从而减少了潜在的压降问题。例如由图8和9可见，在相同的通量(即单位面积的流量)下，本发明系统的横越薄膜的压降(TMP)可与申请人昂贵得多的现有M10C技术的TMP相比较。中间透过物连接通道的设置也有助于克服通常在反冲周期期间遇到的压降问题。
还可看到，与申请人的M10C技术相比，本发明还能大大降低反冲体积，特别在清扫阶段的反冲体积，因为从理论上讲，至少冲掉已除下污物所需的清扫流体体积对四个串联束和对只有一个束是相同的。还表明本发明的系统在给定的实际尺寸下，能比大部分现有技术的相关系统具有潜在的、更高的流量。
上文已结合具体实例对发明进行了说明，但本领域的一般技术人员还将理解到，本发明可以许多其它方式加以实施。
权利要求
1．一种过滤器组合件，该过滤器组合件包括细长的壳体，在其中放置着若干呈头尾相连、串联状态的过滤器束，每一过滤器束包括大量微孔聚合中空纤维，其中，欲过滤的进料被加至纤维束的外侧，而透过物则从纤维内隙的透过物排出端的一端或两端抽走；一条或多条沿所述壳体纵向伸展的进料通道，用以将进料引向所述过滤器束段；一条或多条基本平行于所述过滤器束段而纵向伸展的透过物回转通道，所述透过物回转通道与所述进料隔绝布置，而用于与所述过滤器束段中的所述纤维内隙的每一所述透过物排出端进行流体流动联通；以及一个或多个总管装置，每一总管装置具有与所述一条或多条纵向伸展的进料通道相连接的进料入口孔和与所述一条或多条透过物回转通道相连接的、独立的透过物出口孔。
2．根据权利要求1的过滤器组合件，其特征在于，所述总管装置安置在所述壳体的纵向端部的一端或两端，被用于将若干过滤器组合件连接成管束。
3．根据权利要求1或2的过滤器组合件，其特征在于，所述壳体包含二至四个头尾相连串联形状的过滤器束段。
4．根据权利要求1至3中任一权利要求的过滤器组合件，其特征在于，所述壳体的每一纵向段在其中具有两个或多个平行伸展的过滤器束段，每一束段相同地与相邻过滤器束段进行串联连接。
5．根据权利要求4的过滤器组合件，其特征在于，所述壳体的每一纵向段包含三或四个串联连接的过滤器束段，系统至少包含一条位于壳体中、一般与其外壁平行的、通常为周边形的进料通道和一条通过三或四个平行伸展的过滤器束的中心的中心进料通道。
6．根据权利要求5的过滤器组合件，其特征在于，所述壳体包括三或四条分隔的透过物回转管，这些管等间隔分布在所述壳体内，并位于所述中心和周边进料通道之间。
7．根据前述任一权利要求的过滤器组合件，其特征在于，所述总管装置具有集流管的形状，它们位于所述壳体的两个纵向端上，从而加速交叉流动过滤，其中一部分进料从远距进料入口的端部排出以进行再循环。
8．根据权利要求1-7中任一权利要求的过滤器组合件，其特征在于，所述进料出口孔在反冲过程运转期间被用作冲洗流体入口孔，其中流体在压力下通过透过物出口孔施加至纤维内隙的内表面，而反冲流体则通过冲洗流体入口孔基本施加于纤维的外表面以冲走任何已从纤维上除下的积聚的污物。
9．根据任一前述权利要求的过滤器组合件，其特征在于，该过滤器组合件应用大直径的过滤器束，其特征在于，系统包括通过每一过滤器束段中心的附加进料通道。
10．根据任一前述权利要求的过滤器组合件，其特征在于，该过滤器组合件包括在过滤器束段故障时用于切断单个过滤器束或过滤器束的管束的装置。
11．根据权利要求10的过滤器组合件，其特征在于，所述切断装置包括与每一过滤器束，或过滤器组合件壳体，或过滤器组合件总管装置相关联的单独阀。
12．根据任一前述权利要求的过滤器组合件，其特征在于，在过滤器束和壳体之间设置有某种组装结构，而壳体的结构则设计成能有助于引导进料围绕和进入过滤器束流动。
13．根据任一前述权利要求的过滤器组合件，其特征在于，该过滤器组合件包括设置在过滤器束的每一排放端的、横向伸展的透过物连接通道，用以将透过物从纤维内隙引向透过物回转通道。
全文摘要
一种过滤器组合件(1),该过滤器组合件(1)包括细长的壳体(2),在其中放置着若干分隔的、呈头尾相连、串联状态的过滤器束段(3)。每一过滤器束段(3)包括大量微孔聚合中空纤维,其特征在于,欲过滤的进料被加至纤维束的外侧,而透过物则从纤维内隙的透过物排出端(4)的一端或两端抽走。系统还包括一条或多条纵向伸展的进料通道(6和7)以及一条或多条纵向伸展的透过物回转通道,每一透过物回转通道最好通过连接通道(9)与纤维内隙的每一透过物排出端(4)进行流体流动联通。
文档编号B01D63/04GK1233973SQ97199110
公开日1999年11月3日 申请日期1997年12月9日 优先权日1996年12月10日
发明者布鲁斯·乔治·比尔托夫特 申请人:Usf过滤分离集团公司