CN104812461B - 具有可调节的旁路的介质筒 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了具有可调节的旁路的介质筒以及使用介质筒的***和方法。一些方面包括可调节的旁路滤筒,其中经过处理的流和经调节的未经过处理的流在后续过滤之前进行组合,并且在安装时,能从具有已知或可预测水平的旁路的滤筒外部调节经过处理的水和未经过处理的水的百分比或比率。一种介质筒包括:与进料腔室流体连通的入口和与混合隔室流体连通的出口;包含介质的介质隔室;与所述进料腔室和所述混合隔室流体连通的旁路口。可调节这种筒以满足各式各样的最终用途的需要。
Description
技术领域
本公开涉及包含用于过滤流体的介质的滤筒,并且具体地涉及包含介质诸如离子交换树脂的滤筒和可调节的旁路。这些滤筒可用于水软化/水垢减少应用。
背景技术
水软化/水垢减少过滤器用于饭店和服务行业中的饮料制作。离子交换材料诸如弱酸阳离子(WAC)交换树脂通常用于用氢或钠交换水中的硬度矿物质(钙和镁)。这导致在水中有较低的结垢电位,并且使用这种水减少了过早形成水垢以及饮料设备(包括咖啡设备)的维护。
然而,如果WAC交换树脂去除了所有硬度矿物质,则可一定程度地使该水从咖啡豆中提取咖啡的能力受损,饮料的味道可受到不利影响。优选的是在用于制作饮料的水中残余一定硬度,并且各种饮料需要它们自身在水中的硬度规格。
需要通过使用WAC树脂和可调节的旁路的特征结构以转移一些水使其不接触树脂来降低水的结垢电位,这将允许最终用户将硬度调节至期望的规格。另外,最终抛光碳过滤器(final polishing carbon filter)需要去除任何残余的氯、全部水中的味道和气味(均通过树脂来处理并且通过旁路来转移)。需要提供单个筒,该筒在安装时能够从具有已知或可预测水平的旁路的滤筒外部来调节未经过处理的流体的量,并且在对经过处理的流体进行后续过滤之前将其重新组合。
发明内容
提供了具有可调节的旁路的介质筒和使用介质筒的***和方法。在第一方面,介质筒包括:与进料腔室流体连通的入口和与混合隔室流体连通的出口;包含介质的介质隔室;与所述进料腔室和所述混合隔室流体连通的旁路口;其中,由所述进料腔室和所述介质隔室限定第一流体路径,使得流过第一流体路径的流体接触介质,以形成进入所述混合隔室的经过处理的流体;以及,由所述进料腔室和所述旁路口限定第二流体路径,使得流过第二流体路径的流体不接触所述介质并且在进入所述混合隔室中时未经过处理。
在一个实施例中,混合隔室在其内包括***件,***件与介质隔室和旁路口流体连通,***件包括旁路调节器,所述旁路调节器能够被调节至期望的旁路流量。旁路调节器能够通过驱动器的旋转来调节。旁路调节器可包括多个孔。还可提供指示器,所述指示器传递关于所述期望的旁路流量的信息。***件在其内可包括过滤器。过滤器可以是含碳过滤块。介质可包括一种或多种离子交换树脂。在详细的实施例中,离子交换树脂包括弱酸阳离子(WAC)交换树脂。
在一个或多个实施例中,介质筒还包括管道,所述管道连接到所述混合隔室,使得经过处理的流体在进入混合隔室之前穿过管道。
在一个或多个实施例中,介质筒还包括进料分隔体(用于对进入介质隔室和旁路口的流体进行过滤)。其它实施例提供还包括介质分隔体(用于对排出介质隔室的流体进行过滤)的介质筒。
另一个方面提供了一种离子交换树脂筒,所述离子交换树脂筒包括:与进料腔室流体连通的入口和与混合隔室流体连通的出口,混合隔室任选地包含过滤器;包含一种或多种离子交换树脂的介质隔室;与进料腔室和混合隔室流体连通的旁路口;其中,由进料腔室和介质隔室限定第一流体路径,使得流过第一流体路径的流体接触一种或多种离子交换树脂,以形成进入混合隔室的经过处理的流体;以及,由进料腔室和旁路口限定第二流体路径,使得流过第二流体路径的流体不接触介质并且在进入混合隔室中时未经过处理。混合隔室在其内还可包括***件,所述***件与介质隔室和旁路口流体连通,***件包括旁路调节器,所述旁路调节器能够被调节至期望的旁路流量。
另一个方面是一种饮料制备***,所述饮料制备***包括:本文公开的离子交换筒,其中离子交换树脂包括弱酸阳离子(WAC)交换树脂;并且其中期望的旁路流量能够有效地提供具有期望硬度的水。
其它方面包括流体处理的方法,所述方法包括:使流体穿过介质筒的入口并进入进料腔室中;使流体的第一部分从进料腔室流过包含介质的介质隔室以形成经过处理的流体,并且使所述经过处理的流体流入混合隔室中;使流体的第二部分流过旁路口并进入所述混合隔室中,所述流体的第二部分不接触介质并且是未经过处理的流体;将经过处理的流体和未经过处理的流体在混合隔室中进行组合;并且使混合腔室的内容物流过出口。所述方法还可包括通过使用旁路调节器来调节穿过所述旁路口的流量,所述旁路调节器能够被调节至期望的旁路流量。在一个或多个实施例中,所述方法还包括通过位于混合腔室中的过滤器来过滤混合腔室的内容物。在详细的实施例中,介质包括一种或多种离子交换树脂。过滤器可以是含碳块。
在以下“具体实施方式”中将描述本发明的这些方面和其他方面。在任何情况下都不应将以上发明内容理解为是对受权利要求书保护的主题的限制。
附图说明
结合附图,参考以下对本发明的多个实施例的详细说明,可更全面地理解本发明,其中:
图1是具有可调节的旁路的介质筒的剖视示意图;
图2A和图2B提供了根据实施例的介质筒的***件的示意图;
图3是介质筒的实施例的顶视图;以及
图4示出流入和流出混合隔室的流量。
具体实施方式
在描述本发明的若干示例性实施例之前,应当理解,本发明并不限于以下描述中所提及的构造或工艺步骤的细节。本发明允许有其他的实施例,且能够以各种方式实施或执行。
提供了具有可调节的旁路的介质筒和使用它们的***和方法。一些方面包括可调节的旁路滤筒,其中经过处理的流和经调节的未经过处理的流在后续过滤之前进行组合,在安装时能从具有已知或可预测水平的旁路的滤筒的外部来调节经过处理的水和未经过处理的水的百分比或比率。具体地,这种筒允许用户调节总流体的一部分,具体地,调节接触期望的处理介质(诸如,弱酸阳离子交换树脂)的水,同时还允许流体总量接触抛光过滤器,诸如基于碳的过滤器。通过使用单个筒中的可调节的旁路,同时还提供用于进行抛光的隔室,允许以有效方式提供介质筒。也就是说,可调节一个筒以满足各式各样的最终用途。本文所公开的筒允许最终用户将硬度调节至期望的规格,同时还去除水中所有的任何残余氯、味道和气味。
出于本专利申请的目的,下列术语应当具有下文所示的各种含义。
“流体路径”是指穿过筒的流体的基本上连续的途径。
“经过处理的流体”是指已接触介质以实现期望处理的流体。例如,经弱酸阳离子(WAC)交换树脂处理的流体实现了硬度的降低。
“未经过处理的流体”是绕过介质处理的流体。经过处理的流体和未经过处理的流体均可根据需要被过滤器诸如基于碳的过滤器净化。
术语“介质”和“吸附性介质”包括具有通过不同的吸附机制来吸附粒子的能力的材料(称为吸附剂)。这些介质可以为例如流体动力学直径介于约0.01到10mm之间的球粒、棒、纤维、模制粒子或整块的形式。如果该介质为多孔的,则这一属性会导致较高的暴露表面积和较高的吸附能力。吸附剂可具有微孔和大孔结构的组合,使得能够快速地传送粒子并具有低流动阻力。
“离子交换树脂”指不溶解的基质(或支撑结构),通常具有由有机聚合物基底加工成的小珠形式。该材料在其表面上具有孔结构,所述表面在化学活化时可包括俘获和释放离子的交换基。
本文所用的“微网状物”用于描述离子交换树脂,是指不具有永久性孔结构的离子交换树脂。例如,微网状物可包括具有聚合物链的交联聚合物凝胶,其中通过改变聚合物链之间的距离限定孔结构。其孔结构基于多种因素经受变化的所述凝胶通常被称为凝胶型树脂。
本文所用的“大网状物”用于描述离子交换树脂,是指包括一种或多种微网状物的凝聚物的离子交换树脂。在凝聚物之间限定的开口或小孔可为大网状物提供超过它们的构成微网状物的额外孔隙度。
介质筒可包括一种或多种类型的介质,包括但不限于离子交换树脂、活性炭、硅藻土等。至于离子交换树脂,本文的实施例不限于使用任何特定的离子交换树脂或树脂的任何特定组合。可至少部分地基于所需过滤应用的要求来选择包括在本发明的实施例中的合适介质。适于在本发明的多个实施例中添加的离子交换树脂包括阳离子树脂、阴离子树脂、阳离子树脂和阴离子树脂的混合物、螯合剂或生物相关的离子交换树脂。离子交换树脂可为例如微网状物或大网状物。在一些实施例中,微网状物类型是优选的。
可在本发明的实施例中包括的离子交换树脂包括但不限于由交联的聚乙烯吡喀烷酮和聚苯乙烯制成的那些,以及具有离子交换官能团的那些,例如但不限于卤素离子、磺酸、羧酸、亚氨基二乙酸以及叔胺和季胺。
合适的阳离子交换树脂可包括磺化苯酚甲醛冷凝物、磺化酚-苯甲醛冷凝物、磺化苯乙烯-二乙烯基苯共聚物、磺化甲基丙烯酸-二乙烯基苯共聚物和其它类型的含有磺酸或羧酸基团的聚合物。应该指出的是,阳离子交换树脂通常具有H+反离子、NH4+反离子或例如K+和Na+反离子的碱性金属。本文所用的阳离子交换树脂可具有氢反离子。示例性微粒阳离子交换树脂是可得自美国宾夕法尼亚州巴拉辛维德(Bala Cynwyd,Pa.)的漂莱特公司(PUROLITE)的MICROLITE PrCH,它是具有H+反离子的磺化苯乙烯二乙烯基苯共聚物。
阳离子离子交换树脂的其它具体实例包括但不限于可以以下商品名获得的那些:AMBERJETTM I200(H);IR-I20(plus)、钠型IR-I20(plus)、IRC-50、IRC-50S、IRC-76、IRC-、IRN-77和IR-7I8;15(湿)、15(干)、36(湿);和 50WX2-200、50WX2-400、50WX4-50、50WX4-100、50WX4-200、50WX4-200R、50WX4-400、HCR-W2、50WX8-100、50WX8200、50WX8-400、650C、DR-2030、HCR-S、MSC-1、88、CCR-3、MR3、MR-3C和PUROFINEPFC100H、PUROLITE NRW100、NRW1000、NRW1100、C100、C145和MICROLITE PrCH。
合适的阴离子交换树脂可包括具有氢氧根反离子的那些树脂,从而在交换过程中引入氢氧根离子。在一些实施例中,阴离子交换树脂包括与其化学结合的季铵碱交换基团,例如,被四甲基氢氧化铵取代的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物。在一个实施例中,阴离子交换树脂包括被季铵碱取代的交联的聚苯乙烯,诸如以商品名由罗门哈斯公司(ROHM AND HAAS Company)和DOW G51-0H由陶氏化学公司(DOWCHEMICAL COMPANY)售卖的离子交换树脂。
阴离子离子交换树脂的其它具体实例包括但不限于:AMBERJETTM4200(CI);IRA-400、IRA-400(CI)、IRA-410、IRA-900、IRN-78、IRN-748、IRP-64、IRP-69、XAD-4、XAD-7和XAD-16;AMBERLYST A-21和A-26OH;563、572和575;lX2-200、lX2-400、lX4-50、lX4-100、lX4-200、lX4-400、lX8-50、lX8-l00、lX8-200、lX8-400、2lK CI、2X8-l00、2X8-200、2X8-400、22CI、 MSA-l、MSA-2、550A、和以及Merrifield肽树脂;PUROLITE A200、A500、A845、NRW400、NRW4000、NRW6000和MICROLITE PrAOH。混合的阳离子和阴离子树脂的具体实例是PUROFINE PFA600、PUROLITEMB400、MB600、NRW37、NRW3240、NRW3260和NRW3460。
用于去除重金属离子的合适的螯合剂交换树脂可包括聚苯乙烯、聚丙烯酸和聚乙烯亚胺主链上的聚胺、聚苯乙烯主链上的硫脲、聚苯乙烯主链上的胍、聚乙烯亚胺主链上的二硫代氨基甲酸酯、聚丙烯酸酯主链上的异羟肟酸、聚苯乙烯主链上的巯基以及加聚和缩聚树脂上的环状聚胺。
螯合剂离子交换树脂的其它具体实例包括但不限于:PUROLITESl08、S9l0、S930Plus和S950;AMBERLITE IRA-743和IRC-748。
本发明的工艺和产品中可用的生物相关树脂的具体实例包括但不限于CM C-50、DEAE A-25、DEAEA-50、QAEA-25、QAEA-50、SP C-25和SP C-50。
上述阳离子、阴离子、混合的阳离子和阴离子以及生物相关的离子交换树脂可商购自例如美国威斯康辛州密尔沃基的西格玛奥德里奇化学公司(SIGMA-ALDRICH CHEMICAL CO.),或者商购自美国新泽西州里弗锡德的罗门哈斯公司,或者商购自美国宾夕法尼亚州巴拉辛维德的漂莱特公司。
离子交换树脂的其它例子包括但不限于AG50W-X12、和它们均具有商品名BIORAD(美国加利福尼亚州赫尔克里士)。
转到附图,图1是具有可调节的旁路的介质筒的剖视示意图,其中诸如水的流体穿过入口102进入筒100并且到达进料腔室106中。进料随后穿过进料分隔体108(任选的),其有助于阻止介质逸出介质筒。流体从进料分隔体108沿着箭头所示的路径流入介质隔室114中,或穿过旁路口120进入混合隔室116中。进入混合隔室116中的流体的量与旁路口120的尺寸相关。介质隔室114包含用于处理流体的期望介质(未示出)。第一流体路径是其中流体接触介质隔室中的介质以形成经过处理的流体并且该流体随后进入混合隔室116的路径。第二流体路径是其中流体不接触介质从而使该流体未经过处理并且该流体从进料腔室直接流入混合隔室中的路径。经过处理的流体流过介质分隔体112(任选的),介质分隔体有助于阻止介质逸出筒并进入处理腔室110中。经过处理的流体随后流过管道118并进入混合隔室116中。在一些实施例中,经过处理的流体可从介质隔室114流入混合隔室116中,而不需要介质分隔体112、处理腔室110或管道118。如图4中所示,经过处理的流体和未经过处理的流体在混合隔室116中混合,以形成流过出口104并且通向使用点或服务点的出口流体。
筒的主体通常包括顶盖和贮槽。对于一些产品而言,这些部件可在制造期间一体地形成或者永久性地密封在一起,以形成密封的筒/主体。然而,根据需要,这些部件能够分离甚至重复使用。
在一个实施例中,在混合隔室116中没有提供任何类型的净化。在其它实施例中,混合隔室116包含过滤器或用于净化流体的其它装置或介质。图2A和图2B提供了***件的示意图,***件可固定过滤器或者其它净化装置并且可对旁路口120提供调节。过滤器可以是活性炭和诸如超高分子量聚乙烯等粘结剂的复合块。***件200包含旁路调节器204,其可包含具有变化尺寸和构造的一个或多个开口或结构,以用已知或可预测方式改变穿过旁路口120的流量。例如,流体的任何百分比(例如,1体积%、2.5体积%、5体积%、10体积%、20体积%、30体积%、40体积%或甚至50体积%或更多)可绕过介质的处理。使用驱动器202将旁路调节器204移动到期望位置以实现期望的流量,所述驱动器在筒的外部提供调节。驱动器可以是任何期望的形状或构造。例如,可使用具有定向取向的六角驱动器或其它独特形状的驱动器。旁路调节器204整合或附连到驱动单元。在一个实施例中,提供一系列孔,这些孔的尺寸被设定成绕过期望的百分比。例如,可以存在对应于百分比(10体积%或20体积%等)的一系列考虑周到的孔,或者可以存在会返回连续的类似百分比(诸如,10%、11%、12%等)的扇形或楔形。通过***驱动柄部并且将上端盖206相对于堵盖(block cover)212转动,能够从筒外部调节旁路百分比。通过在塑料中模塑标记或者通过施用标签使筒的外部上具有标记,从而如咖啡机制造商依据进入的水的质量所推荐的那样,驱动柄部随后可对齐期望旁路。
诸如含碳块208的净化装置可被包含在堵盖212和上端盖206内。***件200与管道118流体连通。隔离物210对于根据需要对含碳块进行取向而言是可选的。
在图3中,示出具有指示器214的具体实施例,指示器可被提供以有助于利用驱动器202来调节至旁路调节器204的位置,从而实现穿过旁路口120的期望流量。
除非另外指明,否则说明书和权利要求书中使用的所有表示成分、特性(如分子量)、反应条件等的数量的数字,都应理解为在所有情况下都被术语“约”修饰。因此,除非有相反的指示,否则以下说明书和所附权利要求书中给出的数字参数是近似值,可根据本发明所追求获得的期望特性而变。在最低程度上,每一个数值参数并不旨在限制等同原则在权利要求书保护范围上的应用,至少应该根据所记录的数值的有效数位和通过惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。
虽然,阐述本发明广义范围的数值范围和参数是近似值,但是在具体实施例中所列出的数值则是尽可能精确地报告的。然而,任何数值都固有地含有某些由其各自的测试测量中所存在的标准偏差而必然导致的误差。
实例
实例1
将弱酸阳离子交换树脂放入到介质筒中。将碳块/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合物放入到***件中,随后将***件定位在介质筒的混合隔室中。基于进入的水的质量和最终用户对硬度的需要,将旁路调节器设置成绕过期望百分比。将介质筒安装到饮料***中。
贯穿本说明书,提及“一个实施例”、“某些实施例”、“一个或多个实施例”或“实施例”是指结合实施例描述的具体的特征、结构、材料或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此,在本说明书通篇中多处出现的诸如“在一个或多个实施例中”、“在某些实施例中”、“在一个实施例中”或者“在实施例中”的词语,未必指本发明的同一实施例。另外,具体的特征、结构、材料或特性可以以任何适合的方式结合到一个或多个实施例中。
虽然本文已参照具体的实施例描述了本发明,但应理解到,这些实施例仅仅是举例说明本发明的原理和应用。本领域技术人员会明白,可不背离本发明的精神和范围,对本发明的方法和设备作各种修改和变型。因此意图是,本发明包括落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改形式和变型形式。
Claims (20)
1.一种介质筒,包括:
与进料腔室流体连通的入口和与混合隔室流体连通的出口;
包含介质的介质隔室;
与所述进料腔室和所述混合隔室流体连通的旁路口;
其中,由所述进料腔室和所述介质隔室限定第一流体路径,使得流过所述第一流体路径的流体接触所述介质,以形成进入所述混合隔室的经过处理的流体;以及,由所述进料腔室和所述旁路口限定第二流体路径,使得流过所述第二流体路径的流体不接触所述介质并且在进入所述混合隔室中时未经过处理。
2.根据权利要求1所述的介质筒,其中所述混合隔室在其内包括***件,所述***件与所述介质隔室和所述旁路口流体连通,所述***件包括旁路调节器,所述旁路调节器能够被调节至期望的旁路流量。
3.根据权利要求2所述的介质筒,其中所述旁路调节器能够通过驱动器的旋转来调节。
4.根据权利要求2所述的介质筒,其中所述旁路调节器包括多个孔。
5.根据权利要求2所述的介质筒,还包括指示器,所述指示器传递关于所述期望的旁路流量的信息。
6.根据权利要求2所述的介质筒,其中所述***件在其内包含过滤器。
7.根据权利要求6所述的介质筒,其中所述过滤器是含碳过滤块。
8.根据权利要求1所述的介质筒,其中所述介质包括一种或多种离子交换树脂。
9.根据权利要求8所述的介质筒,其中所述离子交换树脂包括弱酸阳离子(WAC)交换树脂。
10.根据权利要求1所述的介质筒,还包括管道,所述管道连接到所述混合隔室,使得经过处理的流体在进入所述混合隔室之前穿过所述管道。
11.根据权利要求1所述的介质筒,还包括进料分隔体。
12.根据权利要求1所述的介质筒,还包括介质分隔体。
13.一种离子交换树脂筒,所述离子交换树脂筒包括:
与进料腔室流体连通的入口和与混合隔室流体连通的出口,所述混合隔室任选地包含过滤器;
包含一种或多种离子交换树脂的介质隔室;
与所述进料腔室和所述混合隔室流体连通的旁路口;
其中,由所述进料腔室和所述介质隔室限定第一流体路径,使得流过所述第一流体路径的流体接触所述一种或多种离子交换树脂,以形成进入所述混合隔室的经过处理的流体;以及,由所述进料腔室和所述旁路口限定第二流体路径,使得流过所述第二流体路径的流体不接触所述介质并且在进入所述混合隔室中时未经过处理。
14.根据权利要求13所述的离子交换树脂筒,其中所述混合隔室在其内包括***件,所述***件与所述介质隔室和所述旁路口流体连通,所述***件包括旁路调节器,所述旁路调节器能够被调节至期望的旁路流量。
15.一种饮料制备***,包括:
根据权利要求14所述的离子交换树脂筒,其中所述离子交换树脂包括弱酸阳离子(WAC)交换树脂;以及
其中所述期望的旁路流量能够有效地提供具有期望硬度的水。
16.一种流体处理的方法,包括:
使流体穿过介质筒的入口并进入进料腔室中;
使所述流体的第一部分从所述进料腔室流过包含介质的介质隔室以形成经过处理的流体,并且使所述经过处理的流体流入混合隔室中;
使所述流体的第二部分流过旁路口并进入所述混合隔室中,所述流体的第二部分不接触所述介质并且为未经过处理的流体;
将所述经过处理的流体和所述未经过处理的流体在所述混合隔室中组合;以及
使所述混合腔室的内容物流过出口。
17.根据权利要求16所述的方法,还包括通过使用旁路调节器来调节穿过所述旁路口的流量,所述旁路调节器能够被调节至期望的旁路流量。
18.根据权利要求16所述的方法,还包括通过位于所述混合腔室中的过滤器来过滤所述混合腔室的内容物。
19.根据权利要求16所述的方法,其中所述介质包括一种或多种离子交换树脂。
20.根据权利要求18所述的方法,其中所述过滤器是含碳块。
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