[发明专利]具有用于待处理的流体介质的三维循环基体的分离器元件

说明书

本发明涉及分离器元件，其包括刚性多孔单件式支撑构件(2)，其首先在其外周处，在多孔支撑构件的一侧的用于待处理的流体介质的入口(4)与多孔支撑构件的另一侧的用于滞留物的出口(5)间具有连续周壁(2i)，而在内部具有由至少一个分离器层(6)覆盖并限定由用于循环待处理的流体介质的空的空间(3)形成的开放结构的至少一个表面。根据本发明，用作待处理的流体介质的通路的空的空间(3)由分隔层(6)覆盖的支撑构件的表面限定，该空的空间被布置在多孔支撑构件中，由此在所述构件内形成用于待处理的流体介质(RI)的包括至少两个互连回路(R1i、R12)的第一循环基体，以在多孔支撑构件的入口(4)与入口(5)间使流体介质循环。

技术领域

本发明涉及用于将处理用流体介质分离成滤液和滞留物(retentate，渗余物)的分离器元件的技术领域，该元件通常被称为滤膜。

更确切地说，本发明涉及使得分离器元件的过滤表面的面积能够增加的新的多孔基材形状。

背景技术

使用膜的分离方法用于多种行业，特别是用于生产饮用水和处理工业污水的情况，以及用于化学、石油化学、制药、农产品工业以及生物科技领域。

膜构成选择性屏障，且在传送力的作用下，使得处理用介质的特定成分能够通过或被阻止。成分通过或被阻止是它们的尺寸与膜中孔的尺寸相比的结果，所以膜起到过滤器的作用。这些技术根据孔的尺寸而被称为微滤、超滤或纳滤。

存在各种结构和质地的膜。通常，膜由多孔基材构成，该多孔基材使膜具有机械强度并使膜具有一定形状，从而确定膜的过滤表面。用于执行分离的具有几微米厚度的一个或多个层沉积在基材上，上述层可以被称为分离器层、过滤层、分隔层或活性层。在分离过程中，过滤后的流体通过分离器层转移，然后流体在基材的多孔质地中扩散，以便朝向多孔基材的外表面流动。已经穿过分离器层和多孔基材的这部分处理用流体被称为渗透物或滤液，其被围绕该膜的收集室回收。另一部分被称为滞留物，其通常经由再循环回路从膜上游被重新注入处理用液体中。

按照常规方式，基材首先通过挤压被制成所需形状，随后以足以获得所需强度的温度和时间长度进行烧结，而在所得的陶瓷中保持所需的开放和互连质地的孔。按照该方法，有必要获得一个或多个直线通道，分离器层被顺序地沉积和烧结在直线通道中。基材通常为管状，并具有与基材的中心轴线平行地布置的一个或多个直线通道。在专利EP0778073中，通道的内表面是光滑的，且它们不呈现任何不规则性，而在专利GB2223690中，通道呈现星形轮廓。在专利申请WO96/28241中，通道呈现螺旋形状。

由于基材的内部体积由其外部尺寸限定和限制，且由于过滤表面的面积与通道的数量成比例，已经发现使用具有这种形状的基材制造的滤膜的过滤表面的区域碰到天花板，并因此呈现流量受限的性能。

使用过滤元件的所有切向分离的原理在于选择性转移，其有效性取决于膜(活性层)的选择性和作为整体(基材加上活性层)所讨论的过滤元件的渗透率(通量)。

除了选择性转移的上述有效性之外，过滤元件的性能与所涉及的过滤表面的面积成正比。

S/V(其中，S是膜的交换表面的面积，V是分离器元件的体积)的如下比值S可以用于表示膜的紧密度：

在历史上，按照时间顺序，单通道圆柱形管状分离器元件是首先出现在市场上的，接着是多通道管状分离器元件。

除了过滤表面的总面积增加之外，多通道分离器元件的优点之一在于获得小液力直径的通道，从而使分离器元件没有任何易碎的风险，然而，最初的多通道分离器元件仅具有正圆形截面的通道。

为了更好地占据管的内部体积，增加紧密度，并增加湍流的可能性，下一代分离器元件放弃了圆形通道。