專利名稱：用于分離含有固體物質的不可混溶的液體/液體混合物的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于分離固體/液體混合物的單一相的方法，所述混合物包括第一和第二不可混溶液體，以及分散于所述至少一種液體中的固體物質。更具體地講，本發(fā)明涉及從一種連續(xù)液相中除去粒度小到0.5μm的固體以及少量不混溶的液體的方法，還涉及用于該方法的過濾/凝聚/分離系統(tǒng)。
很多工業(yè)工藝和裝置，以及家用裝置都涉及將液相同另一種相分開。在某些場合，當水相以微量存在時，可以用化學方法將水從其它成分中除去。不過，所述用于除去水分的方法要求更換和/或再生用于該方法的試劑。所采用的試劑和所產生的產物通常會造成與操作和處理相關的問題。由于上述方法存在成本高的問題，而且在某些場合還不方便，對于從其它相中除去少量液相來說，用物理方法和裝置優(yōu)于化學方法。
凝聚懸浮于另一種相中的不混溶液體的方法和通常被稱作“聚結器”的聚結裝置，可廣泛用于從諸如氣溶膠的氣相和一種液體在另一液體中形成的懸浮液中除去液體。當被除去液體的體積小于從其中除去該液體的相的體積時，上述方法特別有效。通常，用于從一種氣體中除去液體氣溶膠的裝置不如用于分離兩種液相的裝置復雜，所述液相中的第一種液相不混溶于且懸浮于第二液相中。通常的情況大致如此，因為與液體/液體懸浮液相比，空氣/液體懸浮液的重力效應更明顯，而表面能、表面張力或界面張力不太明顯。
可將聚結器用于從被稱為“連續(xù)相”或“懸浮中相”的第二液相中除去所懸浮的被稱為“不連續(xù)相”或“懸浮相”的微量第一液相的應用范圍相當寬。例如，聚結器常被應用于從石油基燃料，包括汽油、柴油和諸如煤油的航空燃料中除去或分離少量水分，從清洗液中除去水分；從冷卻劑和部件清洗劑中分離油；從天然水體中除去油性污染物；分離用于萃取工藝中的不可混溶的溶液系統(tǒng)等。
除了需要分離液相之外，很多場合還需要從不混溶的液體混合物中分離固相材料，即固體，如顆粒材料和膠體材料。一種常見的例子是用于上述石油基燃料的純化。上述燃料被儲存于室外儲罐中，該儲罐會受到腐蝕和滲漏以及定期的清洗。水會因為外部滲露和殘留的用于清洗儲罐的殘余含水液體而聚集在儲罐中。而且，輸入儲罐中的燃料本身也可能含有水分。
儲罐中水分的存在還會進一步促進腐蝕。這種腐蝕作用會導致從罐壁上釋出金屬氧化物小顆粒(主要為氧化鐵)，這些顆粒隨后懸浮在連續(xù)的燃料相和/或不連續(xù)的水相中。還可能存在其它固體，例如，漆屑或雜質顆粒，其中的一些顆粒還可能懸浮于燃料相和水相中的一種或同時懸浮于二者中。
如果所述燃料被用于諸如汽油、柴油或噴氣式發(fā)動機的內燃機中，所述固體會損壞被加工成高度耐磨的各種金屬部件。小到0.5μm的固體就能損壞引擎部件。因此，在這種場合必須有效地清除固體。
一般，本領域的常見做法是在聚結并分離不可混溶的混合物之后，經合適的過濾介質過濾除去顆粒材料。
以前用于該目的過濾介質的泡點約為60英寸水。泡點試驗是對空隙度的測定，其中，將過濾介質懸浮于液體浴(通常為變性的乙醇)中，并以增壓向過濾介質的一側施加空氣。當過濾介質的另一側出現(xiàn)第一個氣泡的壓力被稱為泡點，并以水的英寸數(shù)表示。過去，對于多種石油基燃料來說，這種過濾介質能滿足除去粒度為0.5μm或更小的顆粒材料的要求。
不過，在很多現(xiàn)有應用中，這種過濾介質不能充分除去固體。特別是，一些最近開發(fā)出的石油基燃料在有水時不能夠簡單地進行合適的過濾。用以前采用的過濾介質過濾這種燃料只能部分清除粒度低至0.5μm的顆粒。而這種介質以前能成功地從其它表面上類似的燃料中清除相同大小的顆粒。
現(xiàn)有技術中未對這種現(xiàn)象進行解釋。已知某些燃料添加劑具有表面活性或表面活性劑作用，但迄今尚未證實表面活性劑作用與極小的顆粒材料的不適當過濾作用之間的關系。例如，已知表面活性劑能降低通常存在于水相中的顆粒材料的附聚作用。
不過，這種現(xiàn)象似乎與據(jù)信不會發(fā)生明顯附圖作用的場合、甚至缺乏表面活性劑的場合無關。對于許多石油基燃料的應用來說這是事實。檢查未經過濾的燃料通常會發(fā)現(xiàn)很多小到0.5μm的不可分的顆粒，甚至在經泡點為60英寸水的介質不充分地過濾中的燃料中也能發(fā)現(xiàn)這種顆粒。在將未過濾的燃料泵入和泵出儲罐和泵入濾器時所遇到的湍流和剪切力可以部分決定破壞可能出現(xiàn)的任何附聚作用。
在任何場合，現(xiàn)有技術均未能對以下現(xiàn)象提供解決方案或令人滿意的解釋在所試驗的所有燃料類型具有類似的粒度的顆粒材料的條件下，為何同一過濾介質能過濾某些燃料而不能過濾另一些燃料。因此，本領域中需要一種能夠過濾小到約0.5μm的顆粒材料并從燃料組成不限的任何燃料中凝聚并分離出一種不混溶的液體的純化系統(tǒng)。
本發(fā)明所提供的用于分離固相/液相/液相混合物的諸相的凈化裝置包括至少一個圓柱狀過濾元件，該元件包括一種用于從所述固相/液相/液相混合物中除去固體材料的過濾介質，該過濾介質的泡點至少約200英寸水，還包括至少一個位于所述過濾元件下游的聚結元件，用于把所述固相/液相/液相混合物的第一液體聚結成滴，該第一液體完全成部分不混溶于所述固相/液相/液相混合物的第二連續(xù)相形成的液體，并與之形成一種不連續(xù)相。
本發(fā)明還提供了一種能夠將一種固相/液相/液相混合物分離成單一相的凈化系統(tǒng)，所述混合物含有第一液體、第二液體和分散于所述第一和第二液體中至少一者中的固體材料，所述第一液體完全或部分不混溶于所述第二連續(xù)相形成液體，并與之形成一種不連續(xù)相，該系統(tǒng)包括一個殼體，一個位于所述殼體里的液體入口，一個位于所述殼體里的第一液體出口，一個位于所述殼體里的第二液體出口，位于所述殼體里用于將所述第一液體聚結成滴的至少一個聚結元件，以及至少一個位于所述外殼中用于從所述第一和第二液體中除去固體的至少一個過濾元件，該過濾元件包括一種過濾介質，而所述過濾介質的泡點至少約為200英寸水，其中，所述過濾元件位于聚結元件流動途徑的上游。
本發(fā)明還提供了一種將固相/液相/液相混合物分離成單一相的方法，包括讓該混合物通過包括一種泡點至少約為200英寸水的過濾介質的至少一種過濾元件，以便從所述固相/液相/液相混合物中除去固體材料，然后讓所得到的液體混合物通過一個聚結元件，以便將所述第一液體聚結成滴，所得到的液體混合物中的固體材料已被除去，而且，其中一種第一液體完全或部分不混溶于一種第二連續(xù)相形成的液體，并與之形成一種不連續(xù)相。
本發(fā)明還提供了一種用于將固相/液相/液相混合物分離成單一相的方法，所述固相/液相/液相混合物包括水、石油基液體、添加劑和分散于所述水和石油基液體中的至少一種里的固體材料，所述水完全或部分不混溶于所述石油基的連續(xù)相形成的液體，并與之形成不連續(xù)相，該方法包括以下步驟讓所述混合物通過包括一種泡點至少約為200英寸水的過濾介質的過濾元件，將過濾的混合物送至一個聚結元件，以便將所述水聚結成滴，并將聚結水與石油基液體的混合物送至一個分離元件，以便把聚結水與石油基液體分離。
用于實現(xiàn)本發(fā)明上述方面的裝置、系統(tǒng)和方法能克服在某些場合下，特別是在選擇的石油基或烴基燃料方面分離固體的問題。本發(fā)明部分源于以下意外發(fā)現(xiàn)泡點極多的過濾介質，其泡點至少約為200英寸水，優(yōu)選至少約為250英寸水，更好至少為300英寸水，至少約為400英寸水最好，能夠濾除粒度小到約0.5μm，甚至更小的小固體，這種顆粒迄今為止不能用較低泡點的過濾介質濾除。這一發(fā)現(xiàn)是出人預料的，因為以前所采用的泡點較低的過濾介質，如泡點約為60英寸水的介質一般被認為具有小到足于留住粒度小到約0.5μm的顆粒材料的孔徑大小。實際上，在多數(shù)場合，60英寸水的泡點更適于截留0.5μm的顆粒。因此，在某些場合，以前所用介質的缺陷并非歸因于不合適的、小的孔徑大小。
盡管本發(fā)明并不局限于具體理論，但預計在一種包括兩種或兩種以上完全或部分不混溶相以及所分散的固體的固相/液相系統(tǒng)中，通常會有一定量的顆粒發(fā)生附聚作用。盡管這種附聚作用通常觀察不到，或是在即將過濾之前的固相/液相混合物中分析取樣時出現(xiàn)，這種現(xiàn)象被認為發(fā)生于過濾過程中。當未附聚的顆粒進入過濾介質時，它們彼此的位置越來越接近，并最終形成附聚體，與此同時，出現(xiàn)在濾器上游的液體流中的湍流和剪切力大大降低。結果是在過濾介質自身內發(fā)生附聚作用。因此，在過去，會有正常粒度小到0.5μm的顆粒的石油基燃料可以用泡點為60英寸水的過濾介質過濾，因為該介質能“濾出”較大的附聚顆粒，這些顆粒是通過直接截留而被濾除的。
據(jù)信與過濾極小的顆粒相關的另一種現(xiàn)象是慣性沖擊。當所述固相/液相混合物在單纖維周圍流動或通過過濾介質的孔流動時，一定大小或密度范圍的顆粒將會偏離彎曲的流動途徑并沖擊纖維或形成孔的內壁。沖擊顆粒通過諸如范德華力的力粘著在纖維上，同時仍受液體流的力的作用。較大的顆粒具有較大的沖擊可能性，但同時也受到較大流動動力的作用，這種力有可能超過粘著力而將顆粒從纖維和孔壁上拉下來。據(jù)信，固體還可能因為諸如渦流的邊界層效應而留在纖維里或孔壁里，由此避免顆粒被通過過濾介質的主流體沖走。
在所述的固相/液相系統(tǒng)中，正常情況下約0.5～2μm的固體能由慣性沖擊除去。因為這種現(xiàn)象并不象直接截留直接依賴于用于顆粒截留的孔徑的大小，過濾介質的實際孔徑可以大于被清除顆粒的尺寸。
附聚作用和慣性沖擊作用這兩種機理一起被認為決定了具有較大孔徑的過濾介質，如泡點為60英寸水的介質能過濾小到約0.5μm粒度的顆粒的能力，例如至少在很多固相/液相系統(tǒng)中是這樣。
不過，當以上機制中的一種或兩種均不起作用時，能防止極小的顆粒過濾。據(jù)信這種現(xiàn)象出現(xiàn)在具有某些添加劑的石油基燃料中，不過，出于不同目的，其可以對顆粒物質具有表面活性劑效應，特別是當燃料中有水時?？捎枚喾N方法由添加劑來提高燃料的性能。在一種具體實例中，當燃料被用于由發(fā)動機排氣進行預熱和/或用于冷卻燃燒室時，熱穩(wěn)定性添加劑能夠減少碳的聚積。
添加劑的表面活性劑作用能夠通過在顆粒進入過濾介質時干擾顆粒的附聚能力而抑制顆粒物質的附聚作用。而且，據(jù)信所述表面活性劑作用能通過降低作用于顆粒上的范德華力和/或通過降低纖維或膜壁周圍的流體流的邊界層效應而影響慣性沖擊。因此，顆粒不會如上文所述般地留在纖維或孔壁上。
本發(fā)明的很多實施方案提供了解決這一問題的方案將過濾介質的孔徑降至能通過直接截留明顯濾除粒度約為0.5μm或更小的非附聚顆粒的程度。因此，本發(fā)明的上述實施方案包括一個帶有一種過濾介質的過濾元件，該過濾介質的泡點至少約為200英寸水，優(yōu)選至少約為250英寸水，在某些場合(如當通過濾器的壓力突變時)泡點至少約為300英寸水更好，當泡點至少約為400英寸水時還要好。這一泡點明顯高于迄今為止用于從上述類型的不混溶的混合物中分離顆粒材料的泡點。上述實施方案在采用高泡點介質方面所取得的成功是出人意料的，因為如上文所述，現(xiàn)有技術中并不將低孔隙度視為現(xiàn)有過濾介質失敗的一個因素。
本發(fā)明還提供了一種用于分離固相/液相/液相混合物的相的凈化裝置，該混合物包括固體和第一和第二液體，其中，第一液體完全或部分不混溶于第二連續(xù)相形成的液體，并與之形成一種不連續(xù)相，該凈化裝置包括一個圓柱形過濾元件，該元件包括一種用于從所述固相/液相/液相混合物中除去固體的過濾介質，該裝置還包括一個用于將所述第一液體聚結成滴的圓柱狀聚結元件，其中，所述圓柱狀過濾元件可折開地與圓柱狀聚結器同軸安裝，以便于過濾元件的更換。
本發(fā)明還提供了一種用于凈化含有固體、第一和第二液體的固相/液相/液相混合物，第一液體完全或部分不混溶于第二連續(xù)相形成的液體，并與之形成一種不連續(xù)相，該方法包括引導所述混合物流通過一個第一過濾元件以便將固體從混合物中濾除，然后通過一個第一聚結元件以便將第一液體聚結成滴，中斷流經第一過濾元件和第一聚結元件的流體，從鄰近第一聚結元件的位置除去第一過濾元件，可拆除地鄰近第一聚結元件安裝一個第二過濾元件，并引導混合物流通過第二過濾元件然后通過第一聚結元件。
涉及本發(fā)明以上方面的裝置和方法十分有效且經濟。過濾元件，特別是其泡點大于200英寸水的過濾元件通常比聚結元件的變臟更快一些。通過提供一種可以取出并用一個新的或干凈的過濾元件更換的過濾元件，可以高水平維持所述凈化裝置的效率和效果，并減少浪費。
為了更全面地理解本發(fā)明，應結合附圖閱讀以下詳細說明，其中

圖1是一種過濾/聚結裝置的剖開的、部分分解的透視圖，其中一個過濾元件同軸安裝在一個聚結元件中；圖2是圖1的過濾元件的一部分的橫剖視圖；圖3是圖2所示褶之一的放大的剖視圖；圖4a表示城聚結元件中并疊置于分離元件上的多個過濾元件；和圖4b是圖4a所示實施方案的沿線IV-IV的截面圖。
如上所述，本發(fā)明的實施方案涉及過濾、聚結和分離固相/液相混合物，該混合物包括第一液體、第二液體和分散于至少一種液體中的固體顆粒材料，其中，第一液體完全或部分不混溶于第二連續(xù)相形成的液體，并與之形成一種不連續(xù)相(或者稱為“固相/液相/液相混合物”)。
在敘述本發(fā)明時，諸如“聚結器”、“聚結元件”、“聚結裝置”之類的術語的單數(shù)和復數(shù)形式，被用于表示用來將不混溶的液體的混合物的不連續(xù)相或多分相聚結成滴的裝置或用品。無論采用什么樣的術語，采用這種裝置的聚結步驟(均以相同方式進行。盡管通?！熬劢Y器”一詞本身表示這種裝置，而術語“聚結元件”表一個系統(tǒng)的一個元件單元或支架，該系統(tǒng)可包括多個聚結和分離裝置，本發(fā)明可被設計成在一個聚結分離系統(tǒng)中僅含一個聚結裝置或有多個此類裝置。另外，這種聚結裝置可以是固定的，不能被除去的(對該系統(tǒng)無明顯損傷)，或優(yōu)選具有易除去的、可更換的元件。類似地，諸如“分離器”、“分離元件”、“分離裝置”之類的術語也都各自具有相似的含義，與上述聚結器相似。
術語“過濾器”、“過濾元件”和“過濾裝置”被用于表示用來從液體中過濾顆粒材料的裝置或用品或其元件。
參見附圖，尤其是圖1，該圖所示實施方案采用了一種具有疊放的褶子的過濾元件，該元件的優(yōu)點披露于國際公開號WO94/11092中，該文獻的全文被收作本文的參考。
如圖1所示，過濾/聚結裝置的一種實施方案總體上用編號1表示。裝置1的形狀大致為圓柱狀，它包括聚結元件5和褶狀過濾元件10，過濾元件具有被制成多個縱向褶的過濾介質。在某些場合過濾介質的泡點優(yōu)選至少約為200英寸水，如當通過過濾器的壓力突變時至少約為400英寸水。該過濾介質的清除參數(shù)至多約為0.8μm，至多約為0.68μm較好，至多約為0.45μm更好，當通過過濾介質的壓力明顯變化，如突變或脈動時，至多約為0.2μm還要好。另外，與用于本發(fā)明實施方案的其它材料一樣，過濾介質不應當與被過濾的任何材料發(fā)生化學或物理反應(例如，溶解或明顯膨脹)。
過濾介質可以根據(jù)待過濾的液體和所需的過濾特征進行選擇。過濾介質可以包括一種多孔膜，如膈膜，或纖維片或團，如紡織和無紡板，其中的纖維是粘合的或非粘合的；它可以具有均勻的或階梯式孔結構；它可以用任何合適材料，如天然或合成聚合物制成。例如，該過濾介質可以是芳族聚酰胺、直鏈聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜、聚酯，如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚對苯二甲酸丁酯(PBT)或聚四氟乙烯(PTFE)。特別推薦披露于英國公開說明書NO.2288825(
公開日1995年11月1日)中的芳族聚酰胺纖維，該文獻的全文被收作本文參考。
一個圓柱形芯20可以沿過濾元件10的內壁同軸安裝，而一個筒狀罩或外殼30沿過濾元件10的外壁安裝。如圖1所示，理想的是，由過濾元件10的罩30形成聚結器5的芯。筒形罩30外面是由多孔罩34支承著的聚結器填料32。填料32可由很多已知材料中的任一種制成。優(yōu)選的填料材料為聚酯，如聚對苯二甲酸丁酯或聚對苯二甲酸乙二醇脂。其它材料包括披露于US5,443,724中的材料，該文獻的全文被收作本文參考。端蓋36有一個配合裝置1的一端的入口38。在與入口38相反的一端，由過濾元件10和泵結元件5共用一個封閉端蓋(未示出)或各元件擁有獨立的封閉端蓋。
如圖2和3中的優(yōu)選實施方案所示，過濾元件10的每一個褶11有兩個支柱11a，其在過濾元件10的外壁的頂部11b處相互接合在一起，而其在過濾元件10的內壁的根部11c與相鄰褶11的支柱11a接合。各支柱11a有一個與同一褶11上的另一支柱11a的內表面11d相對的內表面11d，和一個與相鄰褶11的支柱11a的外表面11e相對的外表面11e。
液體由筒形芯20徑向向外流動，流經褶11并進入聚結器5。然后，該液體經多孔罩34流出，如有必要，流至分離裝置(未示出)。還可以(但不夠理想)使流體徑向向內流動，由過濾器形成該裝置的外壁，而聚結器被裝在過濾器芯里。在這種場合，流體經聚結器芯流出。
當采用過濾元件10，以便流體徑向向內流經該元件然后進入聚結器時，支柱11a的內表面11d形成過濾元件10的下游表面，而其外表面11e形成過濾元件10的上游表面。或者，如圖1所示，當過濾元件10被用于使流體徑向向外流經該元件時，由其內表面11d和外表面11e分別構成過濾元件10的上游和下游表面。
各褶11的支柱11a的相對的內表面11d在支柱11a和褶11的大體上整個高度h上，并在過濾元件10的軸向長度的連續(xù)部位的延伸部分上密切接觸。另外，相鄰褶11的支柱11a的相對外表面11e在相鄰褶11和支柱11a的整個高度h上，并在過濾元件的軸向長度的連續(xù)部位的延伸部分上密切接觸。這里褶11和支柱11a的高度h(如圖2所示)是沿支柱11a的表面、沿從過濾元件10的內壁至外壁方向測得的。圖2和3所示狀態(tài)被稱為疊放狀態(tài)，此時褶11的支柱11a的表面密切接觸，而各褶11的高度h大于過濾器10的內、外壁之間的間距(即圖2中的[D-d]/2)。在疊放狀態(tài)下，褶可以諸如弧形或傾斜或垂直方式沿非徑向方向延伸，在相鄰的褶之間可能基本上沒有真空區(qū)，而且，實際上過濾元件10的內、外壁之間的所有空間可能被過濾元件10占據(jù)，并能被有效地用于過濾。
由于過濾元件10是由具有有限厚度t的材料制成，過濾元件10在褶11的徑向內、外端自身回折以形成褶11，在某種程序上褶11是圓形的。結果，在褶11的徑向內端，在相鄰支柱11a的相對內表面11d之間形成小三角形間隙11f；而在褶11的徑向外端，在相鄰支柱11a的相反的外表面11e之間形成小三角形間隙11g。不過，間隙11f和11g的高度最好是沿褶的高度測量的，最好極小。鄰接過濾元件10的內徑的間隙11f的高度不超過大約t，最好不超過大約1/2t，如圖3所示，這里的t是形成過濾元件10的材料的厚度。鄰接過濾元件10的外徑的間隙11g的高度最好不超過約4t，不超過約2t更好。褶11越尖，即其徑向內、外端越不圓，間隙11f和11g的高度越小，過濾元件10的內、外壁之間用于過濾的體積的百分比越大。
褶的鄰接支柱11a的相對表面不必在過濾元件10的整個軸向長度上密切接觸，但是，沿軸向方向密切接觸的部分的長度越大，在過濾元件10的內、外壁之間的空間利用的就越充分。因此，鄰接的支柱11a密切接觸的連續(xù)部分的長度優(yōu)選至少約為過濾元件10軸向長度的50％，至少約為75％更好，至少約為95～100％最好。
過濾元件10包括過濾介質和位于過濾介質的至少一側的排水裝置，優(yōu)選位于其上游側，同時位于其上游和下游兩側更好。該排水裝置能防止過濾介質的相對的表面相互接觸，并能在褶處于疊放裝態(tài)時使流體均勻流至或流出過濾介質表面的基本上所有部分。因此，基本上是過濾介質的整個表面均可用于過濾。
在圖1所示實施方案中，過濾元件10包括一種三層復合結構一層過濾介質12，位于過濾介質12的上游表面的上游排水層14形式的上游排水裝置，和位于過濾介質12下游表面的下游排水層13形式的下游排水裝置。這里，當過濾器面對徑向向內的液體流時，上游和下游表面是指其外表面和內表面，而當過濾器面對徑向向外的液體流時，是指內表面和外表面。如上所述，在本發(fā)明的一種實施方案中優(yōu)選采用后一種結構，它與一個過濾元件和一個聚結元件構成一個整體。
過濾介質12可以包括一個單層，或由多層相同的介質被疊放至所需的厚度。另外，過濾介質還可以包括兩層或更多具有不同過濾特性的層，例如，由一層作為另一層的預過濾器。
過濾介質的上游和/或下游排水層可以是具有小孔中央部分的單一的、一體多孔片的部分，由其作為過濾介質，而由大孔隙的上游和/或下游部分作為排水層。不過，排水層優(yōu)選為獨立于過濾介質的不同層。
上游排水層14和下游排水層13可由具有適當?shù)难剡吜鲃犹匦?即合適的抗流體沿平行于其表面的方向流經所述層的能力)的任何材料制成。排水層的沿邊流阻最好足夠低，以便排水層里的壓力降小于通過過濾介質的壓力降，從而形成流體沿過濾介質表面的均勻分布。排水層可以是網狀或篩狀或多孔紡織或無紡片材形式。
網和篩(也被稱為結網)可以為各種形式。對于高溫用途來說，可以采用金屬網或篩，而對于低溫應用來說，聚合物網特別適用。聚合物網為紡織網和擠壓網。任一種類型均可采用，但通常優(yōu)選擠壓網，因為其較為光滑并因此與過濾復合層的鄰接層產生較小的摩擦。擠壓網可以有第一組平行的線位于第一平面上，并有第二組平行的線位于第二平面上，第二組線以0～90°的傾角與第一組線相交。擠壓網可以分為對稱型或不對稱型。對于對稱網來說，第一組或第二組線均不沿所謂網的“機器方向”分布，該方向是網從網的生產機器中出來的方向。對于非對稱網來說，兩組線中的一組平行于機器方向。在本發(fā)明中，可以采用對稱型或非對稱型網。每一厚度的非對稱型網的沿邊流阻略小于對稱網的，所以，對于一定的沿邊流阻，非對稱網可薄于對稱網，因此，采用非對稱網的過濾元件10里的褶數(shù)可大于采用對稱網的同樣大小的過濾元件的褶數(shù)。另一方面，對稱網的優(yōu)點是，當生產折疊的過濾元件10時其便于工作。
網也可以其厚度和每英寸的線數(shù)為特征。這些尺寸并不限于任何具體值，并可以根據(jù)所需的網的沿邊流動特性和所需的強度進行選擇。通常，所述網的目數(shù)至少為每英寸10股。
組成過濾元件10的過濾復合體除了過濾介質12和排水層13和14之外還可以包括其它層。例如，為了防止當安裝過濾器的流體系統(tǒng)的壓力發(fā)生波動時褶子膨脹和收縮時因為與排水層的摩擦接觸而摩擦過濾介質，可以在過濾介質與一個或兩個排水層之間放置緩沖層。該緩沖層優(yōu)選由比排水層光滑的材料制成，而且具有大于過濾介質12的抗摩擦性。例如，當排水層是由擠壓的尼龍網制成時，合適的緩沖層的一個例子是一種聚酯無紡織物，如由Reemay公司以Reemay 2250為商品名出售的制品。
構成過濾元件10的層可以在軋制波紋之前或同時通過常規(guī)的濾器生產技術制成復合體。
盡管以上說明涉及過濾裝置的一種特別優(yōu)選的實施方案，但應當理解，其它過濾器設計也同樣適用。例如，盡管不太理想，過濾介質不必是疊放結構。而且，可將其設計成更常見的扇形或徑向結構，其中，褶由芯徑向向外延伸。在本發(fā)明的另一種實施方案中，可將過濾元件安裝在位于聚結元件上游的一個獨立外殼中。所采用的過濾介質優(yōu)選具有至少約為200英寸水的泡點，泡點至少約為250英寸水更好，至少約為300英寸水最好，而且，在很多場合，特別是當通過過濾介質的壓力不均勻，如當發(fā)生壓力脈動或突變時，至少約為400英寸水。還可以理解，在具體應用中，只要通過過濾介質的流速和壓力降可以接受，泡點也可以高于400英寸水。
在本發(fā)明的另一實施方案中，可將過濾器制成一個元件、裝置或支架，可將其相對于聚結元件、裝置或支架獨立地除去和更換。過濾裝置，特別是泡點大于200，300或400英寸水的過濾裝置，比聚結器堵塞的更快，因此需要更經常地更換。因此，過濾/聚結裝置的過濾器最好是相對于聚結器可拆卸地安裝。例如，可對圖1所示的過濾/聚結裝置進行改進，以便分別為聚結元件5和過濾元件10提供獨立的端蓋，從而使得過濾元件10可相對聚結元件5軸向運動。然后可將堵塞的過濾元件從接近聚結元件5的內部(或外部)的位置軸向取出，并將一個新的或清潔的過濾元件軸向放入聚結元件5的內部(或外部)。隨之而來的是，裝有過濾和聚結元件的外殼上可以設有用于除去和更換過濾元件10的裝置，如一個可除去的端蓋或其部分。因此，可以用匹配的螺紋、長口配合或壓配合以及適當?shù)腛型環(huán)或其它密封使所述端蓋與外殼的外筒形壁或罩連接。
圖4a表示多個過濾/聚結/分離裝置。不過，應當理解，可以采用單一的這種裝置，而且還可以采用無整體分離元件的過濾器和聚結器。另外，在某些場合，特別是當待分離液體的比重差異足夠大時，根本不需要分離器。
在圖4a所示實施方案中，過濾/聚結/分離裝置110包括一個外殼142。若干過濾/聚結裝置117被分別放置在若干分離元件130上面。在各過濾/聚結裝置117的每一聚結元件120中裝有一個過濾元件125，該元件最好是可除去地接近聚結元件120的內部安裝。各過濾元件125可以有圖1所示的疊放的褶結構。另外，也可以采用其它設計。過濾元件125、聚結元件120、和分離元件130位于外殼112里。在該實施方案中，在外殼壁上過濾元件的上方設置一個液體入口，用于導入液體。在各筒形過濾元件125的上端設置液體入口118，用于將污染的液體導入其中。各聚結元件有一個填料，由其構成聚結元件的筒形壁122。
在操作中，將包括連續(xù)和不連續(xù)相的固體和不混溶液體的混合物由不混溶的液體入口114導入外殼112中。例如，該混合物可以包括一種石油基液體，如噴氣式發(fā)動機燃料作為連續(xù)相；水作為不連續(xù)相；諸如氧化鐵的固體；和可以作為表面活性劑的添加劑。在進入外殼后，該混合物沿圖4a中箭頭所示方向流動。即，液體經端蓋119之一上的入口部分118進入各過濾元件125，由于另一端蓋能完全密封該裝置，液體流經過濾介質，在這里固體被除去，并進入形成各聚結元件的壁122的多孔填料，在這里不連續(xù)相形成滴。在一種特別優(yōu)選的實施方案中，填料中含有這樣一種材料，其臨界濕表面能界于形成連續(xù)相和不連續(xù)相的表面張力之間。
各過濾/聚結元件被保持在相對于另一過濾/聚結元件和/或相對于外殼壁的并列的固定位置上。這可以通過特殊的定位和/或固定裝置(未示出)或者至少部分是通過采用位于元件之間的液體阻擋件138a或位于元件和內壁之間的液體阻擋件138b來實現(xiàn)。這些阻擋件可以制成分立部分或制成一個單一裝置。這些液體阻擋件主要起著液體密封件的作用并確保液體在重力作用下流入外殼，或額外的壓力僅能首先進入各過濾元件的入口部分118而流至外殼的底部，然后通過其壁并進入聚結元件130，最終通過聚結元件壁。
在沿從內至外的方向通過聚結元件120的壁之后，連續(xù)相液體沿從外至內的方向經壁部分132流入各分離元件130。由于構成分離元件外壁的復合材料或在其上有涂層，只有連續(xù)相能進入分離元件，而留下由聚結元件所形成的許多不連續(xù)相的液滴落入位于分離元件和之下的隔板或底部136。該液體隨后經不連續(xù)相出口或排水口134流出外殼。連續(xù)相液體流出各分離元件，經出口128進入出口腔126，從這里經連續(xù)相出口124流出外殼。
一旦過濾元件125被堵塞，流經外殼112的混合物流會被中斷，而且外殼112的蓋可被除去。然后可以用新的或清潔的過濾元件125更換堵塞的過濾元件125。例如，各個堵塞的過濾元件125可從相應聚結元件120的內部軸向取出。另外，過濾元件125也可因其它原因而被更換。例如，可以用具有較大(或較小)泡點，如泡點約為300或400英寸水或更高的過濾介質的過濾元件更換具有泡點約為200英寸的過濾介質的過濾元件125。在任何情況下，在所有舊的過濾元件125被更換以后，可將蓋子固定在原位，并重建通過外殼112的混合物流，由這里將混合物導引至過濾元件125、聚結元件120和分離元件130。
各分離元件130包括一個多孔壁132，該壁是由排斥(或不能由其潤濕)不連續(xù)相液體的材料制成或具有該材料的表面涂層，還可將該材料稱作“不連續(xù)相阻擋層”。這種材料不應當與有在于不混溶液體混合物中的任何液體或其它物質反應。當被用作分離器壁上的涂層時，該材料應當基本上保持不動。通常，對該材料的臨界潤濕表面能進行選擇，以便構成連續(xù)相的液體能通過形成分離元件壁的材料的小孔，而且如圖4a所示，當分離器為筒形元件時，允許該液體進入分離器，但排斥或阻止形成不連續(xù)相的液體進入。例如，在水是不連續(xù)相的系統(tǒng)中，選擇其臨界表面能或CWST低于水的表面張力的材料作為分離器壁或涂在該壁上。為了用于構成不連續(xù)相的具有類似表面張力的水或液體的場合，用作用于構成或涂敷分離元件壁的不連續(xù)相阻擋材料的優(yōu)選材料包括硅氧烷，如由硅氧烷處理過的紙，其中，特別優(yōu)選碳氟化合物或全氟化碳或全氟樹脂。用作分離器的填料或涂層的優(yōu)選材料的例子包括聚四氟乙烯(PTFE)或其他多氟化聚合物，如氟化乙丙(FEP)樹脂。
一種優(yōu)選實施方案包括上述材料之一在不銹鋼網或折疊紙疊圈上的涂層。其它合適材料包括披露于Miller等的美國專利(US4,759,782)中的材料，該專利被特別收作參考。一般，對官能相或不連續(xù)相阻擋材料部分一也是分離器的連續(xù)相液體通過部分進行選擇，使其孔明顯小于起初構成不連續(xù)相的液體的液滴。通常，選擇分離器壁的官能部分的孔徑約為5-140μ，優(yōu)選約為40～100μ。特別地，當不連續(xù)相為水時，孔徑最好約為80μ。
適于作為分離元件的官能相或不連續(xù)相阻擋材料部分的其它介質為在Hurley等的美國專利(US4,716,074)中披露的那類多孔的纖維狀碳氟化合物結構，該專利被特別收作本文的參考。這種材料是具有良好結構完整性的多孔的纖維狀結構，包括碳氟聚合物纖維和碳氟粘合劑。這種介質盡管適于作為本發(fā)明分離器的阻擋介質，但以前主要是被用作過濾件的支承和排水層。
所述介質盡管在組成和制備方面與Hurley等披露的結構具有某些相似性，但作為本發(fā)明分離器阻擋介質的介質最好是壓延的多孔、纖維狀碳氟化合物結構，包括碳氟粘合劑，特別是FEP粘合劑中的PTFE纖維。所采用的纖維是直徑可達70μm的漂白并水洗過的PTFE纖維，其直徑優(yōu)選為約54～70μm。最好采用其公稱直徑約為65μm的PTFE纖維。該材料被制成薄板重量約為15～35g/ft2，優(yōu)選約為15～25g/ft2。最好是薄板重量約為21.5g/ft2的介質。
圖4a和4b表示本發(fā)明的一種實施方案，其具有疊置于一組7個液體分離器上的一組7個過濾/聚結裝置。不過，盡管這是本發(fā)明的最佳實施方案和設計，但本發(fā)明并不局限于此，其它實施方案和變化也是可行的。例如，本發(fā)明的裝置可以水平、垂直或以兩者之間的任意角度放置。另外，過濾、聚結和分離元件的具體數(shù)目和安裝取決于待分離的具體混合物。圖4a所示的設計最合理，并優(yōu)選用于不混溶的液體，其中的不連續(xù)相的密度大于連續(xù)相的，例如，由水懸浮于石油基燃料中組成的混合物。在這種場合，密度越大的不連續(xù)相在通過聚結元件120后越傾向于沿分離元件130的方向運動。
如上所述，本發(fā)明的過濾/聚結元件特別適用于過濾和分離石油基燃料。一種極特殊的用途是用于過濾含有各種添加劑的變性能噴氣式發(fā)動機燃料。由于本發(fā)明的裝置能成功地過濾小到0.5μm的顆粒材料，可將其用于按照API 1581第2組B類第3系列過濾噴氣式發(fā)動機燃料。該試驗包括過濾加入噴氣式發(fā)動機燃料流中的紅色氧化鐵，然后再注入水。
權利要求
1.一種用于分離固相/液相/液相混合物的相的凈化裝置，包括至少一個筒形過濾元件，它包括一種用于除去所述固相/液相/液相混合物中的固體材料的過濾介質，該過濾介質的泡點至少約為200英寸水；和至少一個位于所述過濾元件下游的聚結元件，用于將固相/液相/液相混合物的第一液相聚結成液滴，該第一液體完全或部分不混溶于所述固相/液相/液相混合物的第二連續(xù)相形成的液體，并與之形成一種不連續(xù)相。
2.一種用于將固相/液相/液相混合物分離成單一相的方法，包括讓所述混合物通過包括一種泡點至少約為200英寸水的過濾介質的至少一個過濾元件，以便從該固相/液相/液相混合物中除去固體材料，隨后讓所得到的液體混合物通過聚結元件，該混合物中的固體材料已被除去，而且，其中的第一液體完全或部分不混溶于第二連續(xù)相形成的液體，并與之形成一種不連續(xù)相，以便將第一液體聚結成滴。
3.一種用于將固相/液相/液相混合物分離成單一相的方法，所述固相/液相/液相混合物包括水、石油基液體、添加劑和分散于水和石油基液體二者的至少一種中的固體材料，所述水完全或部分不混溶于所述石油基的連續(xù)相形成的液體，并與之形成一種不連續(xù)相，該方法包括以下步驟(a)讓該混合物通過包括一種泡點至少約為200英寸水的過濾介質的過濾元件；(b)將過濾的混合物送至聚結元件，以便將所述水聚結成滴；和(c)將由聚結的水和石油基液體組成的混合物送至分離元件，以便從石油基液體中分離出聚結水。
4.一種能將固相/液相/液相混合物分離成單一相的凈化系統(tǒng)，所述混合物包括第一液體、第二液體和分散于第一、第二液體的至少一者中的固體材料，所述第一液體完全或部分不混溶于第二連續(xù)相形成的液體，并與之形成一種不連續(xù)相，該系統(tǒng)包括(a)一個外殼；(b)位于所述外殼上的一個液體入口；(c)位于所述外殼上的第一液體出口；(d)位于所述外殼上的第二液體出口；(e)位于所述外殼上的至少一個聚結元件，用于將第一液體聚結成滴；和(f)位于所述外殼上的至少一個過濾元件，用于從所述第一和第二液體中除去固體，該過濾元件包括一種過濾介質，該過濾介質的泡點至少約為200英寸水，其中，該過濾元件位于聚結元件的流路上游。
5.一種用于分離固相/液相/液相混合物的相的凈化裝置，該混合物包括固體和第一和第二液體，其中第一液體完全或部分不混溶于第二連續(xù)相形成的液體，并與之形成一種不連續(xù)相，該凈化裝置包括一個筒形過濾元件，該元件包括用于從所述固相/液相/液相混合物中除去固體的過濾介質，以及用于將所述第一液體聚結成滴的筒形聚結元件，其中，所述筒形過濾元件可拆卸地同軸安裝在筒形聚結器上，以便于過濾元件的更換。
6.一種用于凈化固相/液相/液相混合物的方法，該混合物包含固體和第一和第二液體，第一液體完全或部分不混溶于第二連續(xù)相形成的液體，形成一種不連續(xù)相，該方法包括引導混合物流通過第一過濾元件，以便除去混合物里的固體，然后通過第一聚結元件，以便把第一液體聚結成滴；中斷流經第一過濾元件和第一聚結元件的液流；將第一過濾元件從接近第一聚結元件的位置除去；將第二過濾元件可拆卸地接近第一聚結元件安裝；和引導所述混合物流通過第二過濾元件，然后通過第一聚結元件。
全文摘要
一種用于分離固相/液相/液相混合物的凈化系統(tǒng),包括至少一個圓柱形過濾元件,該元件包括用于清除固體顆粒材料的過濾介質(125),該過濾介質具有至少約為200英寸水的泡點,以及至少一個與過濾介質相間設置的聚結件(120),以便將固相/液相/液相混合物的第一液體聚結成滴,所述第一液體完全或部分不混溶于所述固相/液相/液相混合物的第二連續(xù)相形成的液體,并與之形成一種不連續(xù)相。過濾元件可以可拆卸地鄰近聚結元件(120)安裝。一種用于將固相/液相/液相混合物分離成單一相的方法,包括讓所述混合物通過至少一個過濾元件,該元件包括一種泡點至少約為200英寸水的過濾介質,以便除去固體顆粒物質;隨后讓所得到的液體混合物通過,該混合物里的固體顆粒物質已被除去,而且,其中的第一液體完全或部分不混溶于第二連續(xù)相形成液體,并與之形成一種不連續(xù)相,以便將所述第一液體聚結成滴。
文檔編號B01D17/04GK1187776SQ96194759
公開日1998年7月15日 申請日期1996年1月31日 優(yōu)先權日1996年1月31日
發(fā)明者K·M·威廉森, S·A·懷內, 小R·C·斯托耶爾 申請人:帕爾公司