FI106298B - Separationsförfarande och -anordning - Google Patents

Description

S EPARATI ON S FÖRFARAND E OCH -ANORDNING 106298 Föreliggande uppfinning avser en pä korsflödes- ▼ membranfiltrering baserad metod och anordning för separation av avskiljbara beständsdelar frän ett vätskeformigt medium.

5 I ett korsflödesfilter leds en vätska tili en kammare innehällande minst ett dynamiskt membran. Den inmatade vätskan delas upp i ett permeatflöde, som genomtränger det dynamiska membranet, och i ett rejektflöde som strömmar längs filtret utan att tränga igenom detsamma.

10 Korsflödesfiltreringsapparater är beskrivna i patentlitteraturen bl.a. i de svenska utläggningsskrifterna SE 451429, 457607, 459475, 463241 och 465040. Förfaranden baserade pä användning av dylika apparater används med framgäng för separering av fasta beständsdelar frän 15 vätskefas och för separering av vätska frän vätska, t.ex för avskiljning av oija frän vatten.

I figur 1 visas ett snitt av en separationsanordning av den typ som beskrivs i SE 451429. Anordningen bestär av en kammare 10 i vilken anordnats med centrumhäl 12 försedda 20 plattor 11. Pä plattorna är ett dynamiskt filtermembran 13 infästat. Genom plattornas centrumhäl löper en rotoraxel 14 försedd med rotorvingar 15. Vätskan som skall behandlas leds in i rotorkammaren genom kanalen 16, varvid en del (permeatet) passerar genom filtret och uppsamlas via 25 kanaler 17 i plattan för att slutligen ledas bort genom ett permeatutlopp. Den del av vätskeströmmen (rejektet) som ej ; : tränger genom filtret avleds genom kanalen 18. Med hjälp av rotorvingarna 15 skjuvas vätskan över filterytan 13 med eventuellt därpä applicerat poröst skikt.

30 I SE 459475 beskrivs en separationsanordning bestäende av ett antal intill varandra anordnade enheter eller celler .’ . enligt SE 451429. Vätskan som skall behandlas leds in via 106298 2 en gemensam kanal, som bildas av genomgäende häl i plattorna. Det uppsamlade permeatet avleds genom ett gemensamt utlopp, och rejektet avleds via en gemensam ledning för det avgäende rejektet.

5 Själva filtermembranet kan ocksä om sä önskas förses med ett eller flera skikt av poröst material, t.ex. av det slag som beskrivits i de ovan angivna patentpublikationerna.

Igensättning av porerna i filtermembranet eller i det därpä applicerade porösa materialet tili följd av avlagring av 10 avskiljda beständsdelar utgör ett stort problem. Till följd av igensättningen s junker separeringskapaciteten snabbt och därför är det ofta nödvändigt att regenerera filtret med jämna mellanrum. Enligt publikationen SE 451429 utförs regenereringen s&, att till rotorvingarna anslutna element 15 (borstar, klaffar eller dylikt) bringas i kontakt med det porösa skiktet pä filtermembranet. Därvid avlägsnas de ur vätskeströmmen separerade beständsdelarna och dessutom ocksä en del av det porösa materialet. Nytt poröst material tillförs vid behov.

20 Vid dylik mekanisk regenerering som innebär beröring av filtermembranen eller det porösa skiktet därpä. löper man alltid risk för att man rubbar den önskade porstorleken. Därför är det synnerligen önskvärt att undvika dylika regenereringsförfaranden.

25 Enligt den föreliggande uppfinningen erhälls ett separationsförfarande och en separationsanordning, där filtret mycket väl hälls fritt frän avsättnigar av separerad substans.

Uppfinningens kännetecken framgär av de självständiga 30 patentkraven 1-3.

De uppnädda fördelarna med denna uppfinning grundar sig pä att man utsätter det tillförda vätskemediet för ljudvägor, 106298 3 företrädesvis ultraljud, eventuellt i kombination med ett elektriskt fält, för ästadkommande av omröring; eller kraftig turbulens ästadkommen av en pä lämpligt sätt utformad rotor; eller en kombination av nämnda betingelser, 5 varvid avsättning av avskiljbara bestindsdelar pk filtret förhindras eller reduceras väsentligt.

Enligt en utföringsform av rotorn utformas denna sä, att de huvudsakligen plana vingytorna, som är riktade mot filtret, förses med ojämnheter som avviker frän vingytans pian.

10 Ojämnheterna kan t.ex. vara genomgäende h&l, urgröpningar eller färor, eller upphöjningar.

Enligt en annan fördelaktig utföringsform är rotorvingarnas mot filtret riktade yta böjd sä, att avständet mellan vingens yta och filtret är litet vid rotorns inre ooh att 15 nämnda avständ gradvis ökar mot rotorns periferi.

Enligt en tredje utföringsform är rotorvingarna utformade sä, att de i ett pian parallellt med filtret bildar ett S-formigt stycke.

En speciellt fördelaktig utföringsform av rotorn erhälls 20 genom att kombinera S-formen med nägot av de nyssnämnda utföringsformerna av rotorns mot filtret riktade yta.

«

Uppfinningen presenteras närmare genom hänvisning tili bifogade ritningar, där 25 Figur 1 visar ett snitt av en separationsanordning enligt känd teknik, .! Figur 2 visar en för anordningen i figur 1 avsedd rotor av känd typ,

Figur 3 visar en rotor enligt uppfinningen i en 30 utföringsform,

Figur 4 visar en rotor i en annan utföringsform,

Figur 5 visar en rotor i en tredje utföringsform,

Figur 6A-6C visar tvärsnitt av rotorvingarna i figur 4, och 106298 4

Figur 7 visar en anordning enligt uppfinningen försedd med en sändare av ljudvägor.

Figur 2 visar en rotor av känd typ betraktad mot filtrets 13 plan. Rotorn bestär av tvenne rotorvingar 15 fästade vid 5 rotoraxeln 14. Rotorvingarna 15 är massiva, i det närmaste rätvinkliga prismer.

Figur 3 visar ett exempel pä en rotor enligt uppfinningen. Rotorvingarna 15 är böjda sä, att deras snitt i ett plan parallellt med filtret 13 bildar en S-formad yta. Under 10 drift roterar rotorn i pilens riktning. Rotorer av känd typ enligt figur 2 ästadkommer främst vätskeströmning i rotationsriktningen. Provkörningar med en rotor enligt figur 3 har visat, att man pä grund av de konkava avsnitten pä rotorvingarna erhäller kraftig vätskeströmning ocksä i 15 radiell riktning. Vid användning av en vanlig rotor avtar cirkulärhastigheten dä man närmar sig rotorns axel. Tack vare den radiella vätskeströmningen orsakad av S-formen uppnär man ökad turbulens ocksä i närheten av rotoraxeln. Till följd härav erhäller man tillräckligt kraftig 20 turbulens over hela filterytan i det omgivande vätskeformiga mediet för att förhindra avsättning av avskiljbara beständsdelar pä filtret. S-formen har även den fördelen, att de konvexa partierna av rotorvingarna, som ·' träffar det omgivande vätskemediet, effektivt hälls fria 25 frän avsättningar.

Figur 4 visar en annan utformning av rotorvingarna. Rotorvingarna 15 är i det närmaste prismaformade kroppar, vilkas mot filtret 13 riktade yta huvudsakligen är pian. Denna yta är försedd med ett eller flera omräden 20, som 30 avviker frän nämnda ytas plan. Figurerna 6A - 6C, som utgör tvärsnitt av rotorvingarna i figur 4, visar alternativa utformningar av ojämnheterna 20. I figur 6A bestär dessa ojämnheter 20 av upphöjningar 21, i figur 6B av urgröpningar 22 och i figur 6C av genomgäende häl 23.

35 Rotorvingarnas ojämnheter 20 kan ocksä utgöra en 106298 5 kombination av ett eller flera häl 23, en eller flera urgröpningar 22 och/eller en eller flera upphöjningar 21.

Figur 5 visar en rotortyp av en tredje utföringsforin i ett 5 snitt vinkelrätt mot filtrets 13 pian. Rotorvingens 15 mot filtret 13 riktade yta 19 är böjd sä, att avständet mellan vingens yta och filtret är litet vid rotorns inre, dvs. i närheten av rotorns axel 14 och att nämnda avstJind gradvis ökar i riktning mot rotorns periferi. Med denna 10 utföringsform hos rotorvingarna kan man ästadkomma en god och jämn turbulens hos det i kammaren 10 befintliga-vätskemediet över hela filterytan. Vid användning av en jämntjocka rotorvingar är cirkulärhastigheten (och därmed turbulensen) läg i närheten av rotoraxeln. Genom att i 15 detta omräde minska avständet mellan rotorytan 19 och filtret 13 enligt konstruktionen i figur 5 ökas turbulensen. Vid rotorvingarnas periferi är cirkulärhastigheten och därmed även turbulensen hög. I detta omräde är det lämpligt att öka distansen mellan 20 rotorvingens yta 19 och filtret 13 för att motverka ytterligare turbulensökning. Om avständet mellan rotorvingen och filtret vore litet ocksä vid vingens periferi skulle detta leda tili en oönskad effektökning för ästadkommande av rotationen.

« - 25 Rotorvingarna enligt figur 5 kan även förses med ojämnheter av samma slag som rotorvingarna enligt figur 4, säsom genomgäende häl, upphöjningar och urgröpningar.

Figur 7 visar en separationsanordning där rotorn ersatts med en sändare 30 av ljudvägor tili det i kammaren 10 Λ 30 befintliga vätskemediet. Det är känt att användning av ljudvägor, speciellt ultraljud, är ägnad att befrämja filtrering och förhindra igensättning av filterporerna (se t.ex. T Touri et ai., "Filtration technique enhanced by elektro-acoustic methods", Process Tecnology Program, TEKES 35 report, Jyväskylä 31.3.1995). Sändaren av ljudvägor kan ’’ även kombineras med anordningar för ästadkommande av ett 6 106298 elektriskt fält. Kombinationen, som gär under beteckningen elektro-akustiskt förfarande, har visat sig mycket effektiv vid för att motverka igensättnig av filter under filtreringsprocesser.

5

Separationsanordningen enligt denna uppfinning kan användas bäde för att avskilja fasta partiklar, lösta högmolekylära substanser och kolloider ur vätska och för att avskilja en vätska frän en annan vätska.

10

Vai av filtermaterial beror helt pä den separationsprocess som skall utföras. Filtermembranet kan tili exempel vara en porös textilduk, pappersduk eller ett membran av den typ, som beskrivs i nllgon av de inledningsvis omnämnda 15 patentpublikationerna. Själva filtermembranet kan ocksä om sä önskas förses med ett eller flera skikt av nägot poröst material, t.ex. av det slag som beskrivits i de ovannämnda patentpublikationerna. Filtret kan även utgöras av ett i och för sig känt keramiskt filter eller av nägot annat 20 styvt och poröst material.

Det är självklart för fackmannen att uppfinningens skilda utföringsformer kan variera inom ramen för de nedan angivna patentkraven.

T

« »

Claims (6)

7 106298

1. Förfarande för separation av i ett filter avskiljbara beständsdelar frän ett vätskeformigt medium innehällande sädana beständsdelar, varvid man använder en separationsanordning omfattande en cell eller en stapel av 5 ett flertal angränsande celler, varvid varje cell bestir av - en plattenhet innehällande minst ett filter (13), - minst ett inlopp (16) för tillförsel av det vätskeformiga mediet tili en kammare (10), - minst ett utlopp (18) för avledning av en del av det 10 vätskeformiga mediet, rejektet, varvid nämnda inlopp och utlopp befinner sig pä filtrets första sida, - minst ett pä filtrets andra sida befintligt utlopp (17) för avledning av vätskeformigt medium, som passerat genom filtret (permeatet), varvid man utsätter det tili kammaren 15 (10) tillförda vätskemediet för kraftig turbulens ästadkommen av en pä lampiigt sätt utformad rotor, eventuellt i kombination med ljudvägor, företrädesvis ultraljud, och/eller ett elektriskt fält; varvid avsättning av avskiljbara beständsdelar pä filtret förhindras eller 20 reduceras väsentligt, kännetecknat därav, att man använder en rotor omfattande flera i perifeririktningen distanserade . rotorvingar, där - rotorvingarnas mot filtret riktade yta, som huvudsakligen är pian, har ett eller flera omräden (20), som avviker frän 25 nämnda ytas pian, eller - rotorvingarnas mot filtret riktade yta (19) är böjd sä, att avständet mellan vingens yta och filtret är litet vid rotorns inre och att nämnda avständ gradvis ökar mot rotorns periferi, eller 30. rotorvingarnas snitt i ett pian parallellt med filtret bildar en i det närmaste S-formad yta, varvid S-formen är kontinuerlig.

2. Anordning för separation av i ett filter avskiljbara beständsdelar frän ett vätskeformigt medium innehällande 106298 8 sädana beständsdelar varvid nämnda anordning omfattar en cell eller en stapel av ett flertal angränsande celler, varvid varje cell bestär av - en med ett genomgäende centralt häl (12) försedd 5 plattenhet innehällande minst ett filter (13), - minst ett inlopp (16) för tillförsel av det vätskeformiga mediet tili en kammare (10), - minst ett utlopp (18) för avledning av en del av det vätskeformiga mediet, rejektet, varvid nämnda inlopp och 10 utlopp befinner sig pä filtrets första sida, - minst ett pä filtrets andra sida befintligt utlopp (17) för avledning av vätskeformigt medium, som passerat genom filtret (permeatet), och - en pä filtrets första sida anordnad rotor försedd med ett 15 flertal i perifeririktningen distanserade rotorvingar (15) som är rörliga längs filtrets yta, varvid rotorns axel (14) löper genom plattenhets centerhäl (12), varvid rotorvingarnas (15) utformning är sädan, att vingarnas rotationsrörelse ger upphov tili sä kraftig 20 turbulens i det omgivande vätskeformiga mediet att avsättning av avskiljbara beständsdelar pä filtret förhindras eller reduceras väsentligt, kännetecknad därav, att - rotorvingarnas mot filtret riktade yta, som huvudsakligen 25 är pian, har ett eller flera omräden (20), som avviker frän nämnda ytas pian, eller - rotorvingarnas mot filtret riktade yta (19) är böjd sä, att avständet mellan vingens yta och filtret är litet vid rotorns inre och att nämnda avständ gradvis ökar mot 30 rotorns periferi, eller - rotorvingarnas snitt i ett pian parallellt med filtret bildar en i det närmaste S-formad yta, varvid S-formen är kontinuerlig.

3. Anordning enligt patentkravet 2 kännetecknad därav, att 35 rotorvingarna är försedda med ett eller flera genomgäende • häl (23), en eller flera urgröpningar (22), en eller flera upphöjningar (21), eller en kombination av tvä eller flere 9 106298 typer av ojämnheter (21, 22, 23).

4. Anordning enligt patentkravet 2 kannetecknad därav, att - rotorvingarnas snitt i ett pian parallellt med filtret bildar en i det närmaste S-formad yta, varvid S-f omen är 5 kontinuerlig, och att - rotorvingarna är försedda med ett eller flera genomgäende häl (23), en eller flera urgröpningar (22), eller en eller flera upphöjningar (21), eller en kombination av tvä eller flere typer av ojämnheter (21, 22, 23).

5. Anordning enligt patentkravet 4, kännetecknad därav, att rotorvingarnas mot filtret riktade yta (19) är böjd sä, att avständet mellan vingens yta och filtret är litet vid rotorns inre och att nämnda avständ gradvis ökar mot rotoms periferi.

6. Anordning enligt nägot av patentkraven 2-5 kännetecknad därav, att den även omfattar en sändare av ljudvägor, speciellt ultraljud, och/eller anordning för ästadkommande av ett elektriskt fält. 10 106298