CN105531017B - 利用压力交换器和供给泵的转速调节的膜片分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于预处理液体的方法。供给流（1）借助于膜片装置（2）被分成渗透流（4）和渗余流（5）。所述渗余流（5）的至少一部分通过挤出装置（8）作为限定的挤出体积从所述膜片装置（2）中被引导出。所述供给流（1）被分割成通过挤出装置（7）作为限定的挤出体积供应给膜片装置（2）的部分（6）以及借助于输送单元（10）供应给膜片装置（2）的部分（9）。通过改变所述输送单元（10）的转速与所述挤出装置（7）的转速的比例改变生产率。

Description

利用压力交换器和供给泵的转速调节的膜片分离方法

技术领域

本发明涉及一种用于预处理液体的方法，其中，供给流借助于膜片装置被分成渗透流以及渗余流并且所述渗余流的至少一部分通过挤出装置作为限定的挤出体积从所述膜片装置中被引导出。

背景技术

液体例如可以涉及溶液，在该溶液中溶解或者说精细地分布有物质、例如盐。为了制造大量产品，液体的预处理是必要的。膜片分离方法尤其是有利的，因为其能够不用加热并且大多在能量方面比热的分离方法更有利。为此，供给流供应给膜片模块，所述供给流被分割成渗余流和渗透流。所述渗余流在分离过程中被膜片阻挡。渗透流移动通过膜片。

借助于膜片方法进行的分开主要已经建立在食品技术、生物技术以及药物学中。根据所使用的膜片的类型能够选择性地分离各种物质或者特定的混合物。

人们根据分离基于的推动的力来区别膜片分离方法。本发明涉及压力推动的过程。装置将供给流引导至膜片模块。在此，该装置在半渗透性的膜片之前建立了压力。通过选择膜片能够调节被阻挡的物质的尺寸。根据被阻挡的分子的大小，人们在微滤、超滤、纳米滤以及反渗透之间进行区别。

按本发明的方法以及按本发明的设备在执行反渗透时、尤其在海水淡化时证实是特别有利的。如果用高于渗透压力的压力加载液体，那么水分子扩散通过膜片，而被溶解的盐被阻挡。由此在所述一个侧面上盐溶液被浓缩，其称作渗余物，而在另一侧面上获得了无盐的饮用水，这称作渗透物。

本发明涉及一种用于预处理液体的设备，其中使用挤出装置用于回收能量。在这种挤出***中通过自身封闭的体积输送液体。在此，压力从渗余流传递到供给流上。这种挤出装置用在小型到中型的海水淡化设备中，因为其即使在较小的体积流的情况下也确保了较高的压力。

在这种挤出***中，获得的渗透流取决于转速以及每转的挤出体积。在这种***中仅仅通过高压部件中的旁通阀或者排出阀实现生产率的调节。这种调节导致单位的能量消耗的增加。

DE 10 2011 005 964 A1描述了一种用于预处理液体的方法，其中泵将供给流引导至膜片单元。在膜片单元中，所述供给流分成渗透流和渗余流。分析单元从过程数据中计算出最佳的生产率，其中能够以最小单位的能量需求运行所述设备。

在EP 1 986 766 B1中描述了一种反渗透设备。挤出泵将所述供给流输送至膜片单元。在膜片单元之后，渗余物流动通过压力-回收单元。该压力-回收单元与马达连接，该马达又与挤出泵处于连接之中。供给流进入到膜片单元中之前的压力以及渗余流出来之后的压力通过传感器被测量。与挤出泵以及压力-回收单元处于连接之中的马达的转速依赖于所述压力的差被调节。生产率的变化仅仅通过旁通阀或者排出阀实现。这导致了能量损耗。

发明内容

本发明的任务是说明一种用于预处理液体的方法，其在使用挤出***时确保了灵活并且能量有效的运行。在此，应该能够以尽可能小的能量以及体积方面的损耗来调节最佳的运行点。按本发明的方法应该实现不同的运转模式，例如成本有效的、节省能量的或者保护膜片的运行。这包括有效地使用膜片、能量以及例如通过化学药剂进行的水前处理。

该任务按本发明通过以下方法得到解决，即供给流被分割成通过挤出装置作为限定的挤出体积供应给膜片装置的部分以及通过输送单元供应给膜片装置的部分，其中，通过改变所述输送单元的转速与所述挤出装置的转速的比例改变生产率。轴的转速能够相互独立地改变。

在按本发明的设备中，不仅挤出泵而且输送单元都分别具有自己的用于驱动的轴。由此，在按本发明的设备中相互并联地使用两个旋转机器用于供应所述供给流。所述输送单元优选涉及高压泵，优选离心泵。所述挤出装置涉及挤出泵，优选轴向活塞泵。

设备的不同的运转模式也实现了被预处理的液体的不同的产率（Produktionsraten）。在膜片面保持相同时能够通过以下方法提高渗透流，即提高所述设备中的压力。为此，作为输送单元例如使用转速可变化的挤出泵或离心泵，其在设备中的压力升高时能够提供升高的体积流。类似地能够降低所述渗透流，方法是减少所述输送单元的转速。

设备的能量有效的运转模式能够考虑以下情况，例如能够利用来自太阳能量或者风能量中的电流（Strom），当其存在时。

所述输送单元与所述挤出泵并联地布置，从而能够将所述供给流分割成流动通过所述挤出泵的部分以及流动通过所述输送单元的部分。

至少一个轴与用于改变转速的机构处于连接之中。该机构优选涉及电马达，其具有变频器。所述设备具有被设立用于改变转速的单元。在此可以涉及分析-和/或控制-和/或调节单元。

通过具有能够调节的转速的输送单元与挤出泵的并联的布置，能够有针对性地分开两个部分流的关系。借助于由传感器检测的过程数据，设备的实际状态能够被求得并且借助于所述单元能够被调节到最佳的运行点上。

由此能够以较小的能量和体积方面的损耗调节最佳的运行点。按本发明的用于运行液体预处理设备的方法实现了不同的运转模式，例如节省能量的运行或保护膜片的运行。

在本发明的有利的实施方式中，通过改变所述挤出泵的转速与与之并联的输送单元的转速的比例来改变液体预处理设备的生产率。通过所述输送单元的转速与与之并联的挤出装置的转速的比例能够不用更大的能量损耗地调节最佳的生产率。

如果实现了最佳的生产率，那么能够调节所希望的产出量（Ausbringmenge）。在此，所述挤出装置和并联的输送单元之间的转速的比例保持恒定并且所述转速整体要么增加要么降低。

在本发明的特别有利的实施方式中，以相同的转速运行用于供应所述供给流的挤出装置以及用于从所述渗余流中回收能量的挤出装置。优选由共同的轴装置驱动两个挤出装置。所述轴装置与电马达处于连接之中，其转速能够改变。

在本发明的有利的变型方案中，至少一个挤出装置具有带有缸的滚筒，其中布置了活塞。在此可以涉及轴向活塞泵和/或轴向活塞马达。在该实施方式中，所述挤出装置包括斜盘。所述活塞与滑块连接并且具有指向斜盘的面。所述斜盘是固定的并且负责使活塞在所述滚筒的转动运动中占据不同的位置。在本发明的特别有利的实施方式中，供应给所述膜片装置的挤出体积相同地相应于从所述膜片装置中引导出的挤出体积。

证实有利的是，两个挤出装置布置在一个结构单元中。优选在所述挤出装置之间定位有分配器块。在此，所述分配器块形成了中央的构件，其分配液体流。为此，所述分配器块优选具有供给流入口和出口以及渗余流入口和出口。驱动所述挤出装置的电马达在该结构的情况下布置在所述结构单元外部，所述结构单元由两个挤出装置以及在中间定位在其之间的分配器块构成。

附图说明

本发明的另外的特征以及优点从根据附图对实施例进行的描述中以及附图本身中得到。在此示出：

图1是用于海水淡化的设备的流程图，

图2是挤出装置的单元的轴向剖面。

具体实施方式

图1示出了用于海水淡化的设备的流程图。海水作为供给流1供应给膜片装置2。所述膜片装置2具有半渗透性的膜片3，其将所述供给流1分成渗透流4以及渗余流5。在实施例中，所述渗透流4涉及饮用水并且所述渗余流5涉及浓缩的海水。

在所述膜片装置2中进行反渗透（RO-Reverse Osmosis）。在所述膜片装置中在半渗透性的膜片3之前的压力高于渗透的压力。

所述供给流1的一部分6经由挤出装置7作为限定的挤出体积供应给所述膜片装置2。所述渗余流5通过挤出装置8作为限定的挤出体积从所述膜片装置2中被引导出。

按本发明，所述供给流1被分割，其中，所述供给流1的一部分9通过输送单元10供应给所述膜片装置2并且一部分6流动通过所述挤出装置7。所述输送单元10在实施例中涉及高压泵，其借助于马达12通过轴装置11进行驱动。所述马达12与变频器13处于连接之中。所述挤出装置7在实施例中涉及轴向活塞泵。

所述供给流1首先流动通过前置泵14并且随后分成部分流6和部分流9。所述前置泵14通过马达15进行驱动。

在实施例中，所述挤出装置7和所述挤出装置8经由轴装置16进行连接。电马达17连接在所述轴装置16的端部处，所述电马达与变频器18处于连接之中。为了调节不同的运行状态，按本发明，所述输送单元10的转速和/或所述挤出装置7、8的转速被改变。

通过改变所述输送单元10的转速与所述挤出装置7的转速的比例来改变生产率。所述生产率是渗透流4与供给流1的比例。

在实施例中，所述挤出装置7、8通过共同的轴装置16以相同的转速运行并且通过所述部分流6供应的挤出体积与通过所述渗余流5引导出的挤出体积是相同的。因此，所述渗透流4相同地相应于通过所述输送单元10供应的部分流9。通过改变所述输送单元10的转速，由此能够有针对性地改变所述渗透流4并且由此改变所述生产率。如果所述转速被提高，那么所述渗透流4提高并且所述生产率升高。如果所述输送单元10的转速被降低，那么所述渗透流4降低并且所述生产率降低。

按本发明，所述设备具有被设立用于改变转速的单元19。所述单元19涉及控制-/调节-/分析单元，其检测信号并且发出信号。所述单元19与所述变频器13以及所述变频器18处于连接之中。在所述设备的作为被填满的圆示出的部位处布置了传感器。过程数据通过所述传感器被检测并且被传输到所述单元19处。所述过程数据涉及所述设备的不同的部位处的温度和/或盐度和/或压力和/或体积流。由此，例如所述供给流1在分割成两个部分流9、6之前的温度、盐度、压力和/或体积流被检测。此外，所述供给流1在所述部分流9、6重新聚集之后、在进入到所述膜片装置2中之前的压力和温度被检测。所述渗透流4的体积流也被测量。此外，所述渗余流5在进入到所述挤出装置8中之前以及在从所述挤出装置8出去之后的压力和温度被检测。所有的过程数据被作为电信号传递到所述单元19处。

所述单元19从所述过程数据中计算出当前的生产率以及最佳的生产率。此外，所述单元19借助于算法求得最佳的生产率作为额定值，其中所述设备能够用最小的能量需求运行。实际值与额定值的偏差得出了调节偏差。依赖于所述调节偏差，所述单元19改变所述输送单元10的转速和/或所述挤出装置7、8的转速。由此，所述生产率能够有针对性地被改变并且与其最佳的运行点匹配。在按本发明的***中，这在很大程度上没有能量损耗地发生，因为相比于常规的挤出方法，不使用旁通阀或者排放阀用来调节所述生产率。

所述两个挤出装置7、8被集成到一个结构单元中。其在图2中作为轴向剖视图示出。所述结构单元的中央的构件是分配器块25，所述分配器块被定位在所述两个挤出装置7、8之间。由所述两个挤出装置7、8和所述分配器块25构成的紧凑的结构单元借助于棒状的元件被保持在一起。在实施例中，所述棒状的元件被实施为具有圆形横截面的杆。所述棒状的元件在至少一个端部处具有固定机构。在实施例中，所述固定机构被实施为具有内螺纹的螺母，其被拧到所述棒状的元件的外螺纹上并且由此将所述挤出装置7、8和所述分配器块25夹紧成一个单元。

在图1中所示的电马达17按本发明在所述紧凑的结构单元外部通过轴端部进行连接。所述电马达17与变频器13处于连接之中。

所述分配器块25优选构造成一件式的。所述分配器块25具有用于所述供给流1的部分6的进入开口以及用于所述渗余流的进入开口。所述分配器块25实施成直六面体的。用于所述供给流1的部分6的在附图中没有示出的出去开口位于用于所述供给流的进入开口的对置的侧面上。所述出去开口位于用于所述渗余流5的进入开口的对置的侧面上。

图2示出，用于从所述渗余流5中回收能量的挤出装置8具有带有缸21的滚筒20，其沿着圆形的周面进行布置。在所述缸21中布置了活塞22。每个活塞22与滑块23连接。每个滑块23具有指向斜盘24的面。所述面由聚醚醚酮（PEEK）制成。该材料实现了通过在所述斜盘24和所述滑块23之间的一部分渗余流5的介质润滑。

所述斜盘24固定地布置在限制的构件处。所述限制的构件具有直六面体的轮廓并且在其中心中具有让柱形的构件接合到其中的孔。所述限制的构件具有让所述棒状的元件伸出通过的孔。所述渗余流5通过所述进入开口流入到所述滚筒20的缸21中。由此所述活塞22被轴向地移动。这使得所述滚筒20进行转动运动。所述滚筒20抗扭转地与轴装置16连接。在实施例中，所述轴装置16由多个元件构成。

在所述分配器块25和所述滚筒20之间布置了控制盘26。所述控制盘26具有拱形的开口。所述滚筒20连同所述缸21转动。与所述控制盘26的拱形的开口处于连接中的缸21用渗余流5进行填充，所述渗余流通过开口流入。

所述渗余流5从与所述控制盘26的拱形的出去开口处于连接中的缸21中流出。所述渗余流5驱动所述滚筒20。

所述滚筒20的转动运动通过所述轴装置16直接地传递到滚筒27上，而其之间没有连接另外的构件、例如电马达。

所述滚筒27抗扭转地与所述轴装置16连接。所述滚筒27具有缸28，其沿着圆形的周面进行布置。在所述缸28中可轴向移动地支承有活塞29。

两个滚筒20、27的缸21、28的开口指向所述分配器块25。

优选所述分配器块25具有四个相互空间上分开的腔室。一个腔室用于所述渗余流5的流入、一个腔室用于所述渗余流5的流出、一个腔室用于所述供给流1的部分6的流入以及一个腔室用于所述供给流1的部分6的流出。

所述腔室在空间上相互分开，从而在所述流之间不发生混合。在此证实有利的是，每个腔室具有用于相应的流的入口开口和出口开口，其中，所述腔室的两个分别具有指向所述一个滚筒20的缸21的开口并且两个腔室分别具有指向所述另一滚筒27的缸28的开口。

在本发明的优选的实施方式中，所述分配器块25具有布置在中间的开口，所述轴装置16通过所述开口延伸。所述分配器块25的空间上封闭的腔室围绕该中间的开口进行布置。

每个活塞29与滑块30连接。所述滑块30具有指向斜盘31的面。所述面由聚醚醚酮（PEEK）制成。该材料实现了通过在静止的部分和运动的部分之间的供给流的介质润滑。

所述斜盘31是固定的并且与限制的构件进行连接。所述限制的构件具有盘状的轮廓并且在其中心具有开口，柱形的构件通过所述开口接合。所述轴装置16在所述柱形的构件内部延伸。所述轴装置16的端部具有用于电马达17的接口。

所述滚筒20由所述渗余流5置于运动之中。通过所述轴装置16所述转动运动被传递到所述滚筒27上。通过所述滚筒27的转动运动，所述活塞29在所述滚筒27的缸28中运动并且输送所述供给流1的部分6。所述供给流1的部分6通过开口进入到所述分配器块25中。在所述分配器块25和所述滚筒27之间布置了控制盘32。所述控制盘32具有拱形的进入开口和拱形的出去开口。所述控制盘32的进入开口和出去开口相对于所述控制盘26的进入开口和出去开口以90°错开。所述供给流1的部分6通过所述控制盘32的进入开口流动到所述滚筒27的缸28中。在此，通过所述活塞29的打开运动所述供给流2的部分6被吸入。所述滚筒27随着所述缸28继续转动。通过与所述控制盘32的出去开口处于连接中的缸28，所述供给流1的部分6借助于所述活塞29从所述缸28中被挤出。

所述渗余流5以高的压力进入到所述结构单元中并且以较低的压力离开所述结构单元。所述供给流1的部分6以低的压力进入到所述结构单元中并且以较高的压力离开所述结构单元。在所述结构单元中，压力从渗余流5传递到供给流1的部分6上。

所述电马达17通过所述轴装置16供应能量，所述能量基于所述膜片装置2中的压力损耗而流失。

所述机构具有通道，部分地也是孔形式的通道，渗余流5的一部分或者供给流1的一部分通过其被引导至固定的和运动的构件之间的缝隙，例如在固定的斜盘24、31与滑块23、30的面之间的缝隙。

Claims (10)

1.用于预处理液体的方法，其中，供给流（1）借助于膜片装置（2）被分成渗透流（4）和渗余流（5）并且所述渗余流（5）的至少一部分通过第一挤出装置（8）作为限定的挤出体积从所述膜片装置（2）中引导出，其中，所述供给流（1）被分割成通过第二挤出装置（7）作为限定的挤出体积被供应给所述膜片装置（2）的部分（6）以及借助于输送单元（10）被供应给所述膜片装置（2）的部分（9），其中，通过改变所述输送单元（10）的转速与所述第二挤出装置（7）的转速的比例来改变生产率，

其特征在于，

在所述输送单元（10）和所述第二挤出装置（7）彼此的转速的比例恒定时，通过提高和/或降低所述输送单元（10）和所述第二挤出装置（7）的转速来改变产出量，其中，确定所述膜片装置（2）的参数，确定所述供给流（1）的参数，并且规定用于预处理液体的设备的运转模式，其中，所述设备根据当前的能量提供运行，其中，通过所希望的渗透流规定绝对的转速，其中，所述膜片装置（2）的参数是透过性、有效的表面以及消耗阶段，并且所述供给流的参数是盐度、温度和压力。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，用相同的转速运行所述挤出装置（7、8）。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，被供应的挤出体积与被引导出的挤出体积相同。

4.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，单元（19）从过程数据中计算出最佳的生产率作为额定值，求得实际值与所述额定值的偏差并且依赖于所述偏差改变所述输送单元（10）的转速和/或挤出装置（7、8）的转速。

5.用于预处理液体的设备，包括用于将供给流（1）拆分成渗透流（4）和渗余流（5）的膜片装置（2）、用于供应所述供给流（1）的部分（6）的第二挤出装置（7）、用于从所述渗余流（5）中回收能量的第一挤出装置（8），其特征在于，所述第二挤出装置（7）具有至少一个用于驱动的第一轴装置（16）并且输送单元（10）与所述第二挤出装置（7）并联地布置，其中，所述输送单元（10）拥有用于确定转速的机构，所述用于确定转速的机构具有用于驱动的第二轴装置（11），其中，至少一个轴装置（11、16）与用于改变转速的机构（12、13、17、18）处于连接之中并且所述设备具有被设立用于改变转速的单元（19），其中，确定所述膜片装置（2）的参数，确定所述供给流（1）的参数，并且规定设备的运转模式，其中，所述设备根据当前的能量提供运行，其中，通过所希望的渗透流规定绝对的转速，其中，所述膜片装置（2）的参数是透过性、有效的表面以及消耗阶段，并且所述供给流的参数是盐度、温度和压力。

6.按权利要求5所述的设备，其特征在于，所述设备具有用于检测过程数据的传感器，其中，所述传感器与所述单元（19）处于连接之中。

7.按权利要求5或6所述的设备，其特征在于，至少一个挤出装置（7、8）具有带有缸（21、28）的滚筒（20、27），在所述缸中布置有活塞（22、29）。

8.按权利要求7所述的设备，其特征在于，至少一个挤出装置（7、8）具有斜盘（24、31）并且所述活塞（22、29）与滑块（23、30）连接，所述滑块具有指向斜盘（24、31）的面。

9.按权利要求7所述的设备，其特征在于，在所述挤出装置（7、8）之间布置有分配器块（25），所述挤出装置（7、8）通过所述分配器块连接成一个结构单元。

10.按权利要求9所述的设备，其特征在于，马达布置在所述结构单元外部。