專利名稱：過濾方法
技術領域：
本發明涉及一種過濾方法，其中，在多個過濾步驟中對環境大氣與包含在待過濾材料中的液體之間的壓力差進行調整。
美國專利No.4357758具體描述了一種毛細管過濾方法(acapillary filtering method)，其中，當形成濾餅時，待過濾物質與一個含有飽和液體的多微孔過濾介質發生接觸。因此，基本上過濾介質中的所有細孔均充填有液體。通過利用環境大氣與包含在過濾介質中的液體之間的壓力差，在沉積槽中濾餅被成形在過濾介質的表面上。當成形濾餅時，基于所述壓力差將液體從濾餅中去除。當所有游離液體被從濾餅細孔中去除時，氣體不會穿透過濾介質，如同在常規的真空過濾工藝中那樣。其原因在于，毛細管作用力在過濾介質中占據優勢。
多微孔過濾介質如同大量的形成一網絡的細微毛細管那樣進行工作。當壓力差ΔP作用于一個半徑為r的濕潤親水性細孔上時，試圖迫使液體流出細孔之外的作用力的值為ΔPπr2。試圖將液體保持在細孔中的作用力是一個值為2πrγcosα的矢量力，其中γ是表面張力，而α是潤濕角。通過使得前述力相等，可以求出壓力差ΔP的值ΔP=2γcosαr]]>ΔP描述了如果必須超越在多孔材料中占據優勢的毛細管作用力，必須使用的壓力差。當超過該壓力差時，氣體將能夠穿過細孔進行流過。如果細孔的尺寸比如為2微米，并且帶有優質的濕潤材料，那么當使用純凈水時，壓力差為1.4巴。利用低于該極限壓力差的壓力差值，氣體將無法穿過細孔進行流動。但是，如果水被弄到多孔材料的表面上，那么利用任何壓力差，水均會穿過由細孔形成的毛細管進行流動。這種毛細管式過濾操作的優點在于，避免了在過濾過程中使用泵送能量，來穿過過濾介質吸入氣體。因此，當與常規的真空過濾工藝相比較時，可以節省大約90％的泵送能量。但是，由于氣體無法自由地穿過過濾介質進行流動，必然導致氣體根本無法用于改善濾餅的成形過程。濾餅將在濾餅表面上變得過于致密，從而使得殘留的水分難以被從濾餅中去除。
本發明的目的在于消除現有技術中的某些缺陷，并且獲得一種先進的過濾方法，其中，過濾過程中的多個步驟部分地應用了毛細管過濾，部分地應用了常規的真空過濾。本發明的必要新穎技術特征從所附權利要求中得知。
在根據本發明的過濾方法中，為了形成濾餅，待過濾物質與過濾介質發生接觸，并且通過應用毛細管過濾和真空過濾來完成過濾操作，從而需要在各個過濾步驟之間從毛細管過濾操作轉換至真空過濾操作，或者恰好相反。在毛細管過濾操作步驟中，環境大氣與包含在過濾介質中的液體之間的壓力差ΔP保持小于由過濾介質表面張力γ、潤濕角α以及過濾介質細孔半徑r限定的值，該值是(1)-----ΔP=2γcosαr]]>從而防止了氣體穿過過濾介質進行流動。另一方面，在真空過濾操作中，壓力P保持大于由公式(1)定義的壓力差值ΔP，從而使得氣體可以穿過過濾介質進行流動。借助于氣體流動，存在于濾餅中的顆粒和細孔被以機械方式重新排布，從而使得更多的液體被從濾餅中去除。
當在過濾過程中如此應用毛細管過濾操作時，下述步驟可以具有特色濾餅的成形操作，濾餅的干燥處理，可能存在的濾餅的清洗處理，濾餅的去除操作，以及過濾介質的再清洗處理。根據本發明，在毛細管過濾操作中的多個步驟中，比如濾餅的干燥處理，最好可以通過應用真空過濾操作來完成。在這種情況下，根據本發明的過濾方法包括至少一個應用了毛細管過濾操作的步驟，在該步驟中防止氣體穿過過濾介質進行流動，和至少一個應用了真空過濾操作的步驟，在該步驟中氣體可以穿過過濾介質進行流動。
氣體穿過濾餅和過濾介質進行流動最好借助于過濾器分配元件即閥來產生，其中，氣體穿過濾餅和過濾介質進行流動是根據本發明的過濾方法中真空過濾操作步驟所必需的。分配元件被分成若干個區域，并且各個區域上的壓力借助于控制元件來加以控制。也可以通過在一個或者若干個區域中進行壓力收縮(pressure constriction)來實現壓力控制。
在根據本發明的過濾方法中，根據公式(1)，氣體穿過濕潤過濾介質的滲透性也可以通過調整過濾介質的表面張力γ來進行控制。如果氣體的滲透性是容許的，那么這一點可以通過將始沸點壓力定義為低于純凈液體由此降低過濾介質的表面張力γ來實現。最好，比如可以使得表面張力發生變化，以便通過將表面活性化學制品添加到濾餅的清洗水中對濾餅進行清洗處理。
如果必須利用預定的壓力差完成過濾操作，那么最好通過選取具有不同潤濕角α的過濾介質來對氣體的流動加以控制。例如，當使用鋁基材料時，潤濕角α為10度，并且cosα相應地為0.985。如果所采用的過濾介質為聚酰胺，那么潤濕角α為60度，并且cosα相應地為0.500，在這種情況下，根據本發明中公式(1)得到的壓力差ΔP下降至鋁基材料的值的一半。
根據本發明的過濾方法可以在一個至少部分封閉的空間內完成，在該空間內，當必要時，比如借助于氮氣或者氬氣形成一種惰性氣氛。在在基本上封閉的空間內，當必要時，還可以形成還原或者氧化環境。通過合適地關注工藝操作條件，當必須在濾餅與環境氣體之間的封閉空間中實現一種特定的化學反應時，也可以使用所述至少局部封閉的空間，其中，所述環境氣體在所述封閉空間內環繞在濾餅的周圍。
參照附圖，下面將更為詳細地對根據本發明的過濾方法的使用進行描述，其中
附
圖1以一個局部側視橫剖面示出了本發明的一個優選實施例，附圖2以一個局部側視橫剖面示出了本發明的另一個優選實施例，附圖3以一個局部側視橫剖面示出了本發明的第三優選實施例，附圖4以一個局部側視橫剖面示出了本發明的又一個優選實施例。
在附圖1中，根據本發明的過濾方法應用在一個吸濕干燥器上，其中，在環繞軸線1進行旋轉的殼體2內，沿徑向安裝有一個過濾表面，該過濾表面由過濾介質的一個或者幾個過濾元件3組成。吸濕干燥器的殼體2被設置成當環繞其軸線1旋轉該殼體2時吸濕干燥器中的過濾表面與沉積槽4中的漿料5發生接觸，其中，漿料5將通過過濾而得以干燥。在這種情況下，盡管環繞軸線1進行旋轉，但是過濾表面仍然在某些時候位于漿料表面5之下。
在附圖1中，為了圖解說明多個過濾步驟，吸濕干燥器中的過濾表面被分成多個區域，其中，所述過濾表面由過濾介質上的過濾元件2形成。這些區域用于示意性地圖示出在一個旋轉循環中相對于漿料5環繞過濾表面軸線1形成的多個位置，并且這些區域在不同的過濾步驟之間不會形成確切的界限。
在附圖1中，在根據本發明的方法中的步驟11中，通過應用毛細管過濾操作在吸濕干燥器過濾表面上形成一個濾餅。對濾餅的干燥處理12也由毛細管過濾操作開始(P＜ΔP)，以便在該干燥步驟中，大部分游離的毛細管液體被從濾餅中去除。此后，作為真空過濾步驟13繼續對濾餅進行干燥處理，此時，根據公式(1)得到的壓力差ΔP占據優勢(P＞ΔP)，并且允許氣流穿過濾餅以及過濾介質的過濾表面。氣體的流動會以機械方式重新排布濾餅中的顆粒和細孔，從而使得更多的液體被從濾餅中去除。此外，氣體的流動也會攜帶走一部分即將從濾餅中去除的液體。所述干燥步驟13將持續至去除步驟14，在這里，借助于刮板以機械方式將濾餅從過濾表面上去除。在附圖1中，還標示出了再清洗步驟15。
在附圖2中，使用了一個與附圖1中類似的吸濕干燥器，由此，對于吸濕干燥器來說，在附圖2中使用的附圖標記與附圖1中相同。在附圖2中，為了更好地圖解說明各個過濾步驟，以與附圖1中類似的方式將由過濾介質上的過濾元件3形成的過濾表面分成多個區域。這些區域用于示意性地圖示出在一個旋轉過程中當所述表面環繞軸線1進行旋轉時過濾表面相對于待干燥的漿料5的位置，并且這些區域在不同的處理步驟之間不會形成確切的界限。
根據附圖2，濾餅在步驟21中形成，并且在濾餅形成操作之后，是一個被看作毛細管過濾操作的干燥步驟22(P＜ΔP)和一個被看作真空過濾操作的干燥步驟23(P＞ΔP)。同樣，干燥步驟22和23均對應于根據附圖1的干燥步驟12和13。但是，應用了真空過濾操作的干燥步驟23在濾餅的去除步驟25開始之前已經結束，從而使得在去除步驟25之前的干燥步驟24被看作毛細管過濾操作，其中，所述去除步驟25借助于氣流沖擊來完成。為了借助于氣流沖擊執行去除步驟25，需要在濾餅與過濾介質之間基本上均勻并且受控地形成一個液膜，只有在去除步驟25之前的干燥步驟24被看作毛細管過濾操作時這才是可能實現的。其原因在于，如果在前一干燥步驟24中允許氣體進入過濾介質，那么液體將沒有足夠的時間來在過濾介質表面上形成基本上均勻的分布。在這種情況下，濾餅會粘附在那些液體沒有時間產生影響的部位處，而在其它部分則由于過度的液體流動而使得濾餅發生溶解。
在根據附圖3的實施例中，也使用了一個根據附圖1的吸濕干燥器，區別之處主要在于，對于位于沉積槽4上方的整個部分來說，吸濕干燥器被一個防護外殼6覆蓋起來，在該防護外殼6的內部，比如借助于氮氣或者氬氣形成一種非氧化氣氛。以與附圖1和2中相同的方式，為了示意性地圖解說明過濾工藝中的各個步驟，由過濾介質的過濾元件3組成的過濾表面被分成多個區域。
在根據附圖3的實施例中，待過濾物質是一種必須首先被部分氧化的有機物質，以便在將濾餅從吸濕干燥器中去除之前，增加與空氣或者富氧大氣的接觸。這種待過濾的有機物質首先在步驟31中被制成一個濾餅，此后是如同毛細管過濾操作那樣的干燥步驟32。所形成的濾餅并非必須經歷一種氧化氣氛，因此在干燥步驟32中，濾餅被從漿料5運送至在防護外殼6內部形成的惰性氮氣氛中。在干燥步驟32之后是一個干燥步驟33，在防護外殼6內進行真空過濾操作，從而使得惰性氮氣可以自由地穿過濾餅進行流動，并且由此替代先前包含在其中的氧氣。在應用了真空過濾操作的干燥步驟33之后，濾餅在去除步驟34中被以機械方式去除。
在根據附圖4的實施例中，也使用了一個根據附圖1或2的吸濕干燥器。另外在該附圖4中，為了示意性地圖解說明過濾工藝中的各個步驟，由過濾介質上的過濾元件3形成的過濾表面也被分成多個區域。根據附圖4，當過濾表面基本上完全位于漿料表面5之下時，在步驟41中利用待過濾物質形成濾餅。在濾餅的成形步驟41之后，通過應用毛細管過濾操作進行濾餅干燥步驟42。干燥步驟42之后是濾餅清洗步驟43，此時，在壓力小于公式(1)中的壓力差的同時，穿過濾餅導入清洗液體，因此位于毛細管范圍之內(P＜ΔP)。在清洗步驟43之后，通過應用真空過濾操作完成干燥步驟44，以便使得壓力增大至根據公式(1)得到的壓力差之上。最后，利用機械刮板45將濾餅從過濾表面上去除，并且在再清洗步驟46中通過將清洗液體穿過過濾介質輸送至過濾表面上來對過濾表面進行清潔。在再清洗步驟46之后，開始一個新的濾餅形成步驟41。
權利要求
1.一種過濾方法，其中，待過濾物質與設置于吸濕干燥器中的過濾介質的過濾表面發生接觸，在該過濾介質的過濾表面上形成有濾餅，在將該濾餅從所述過濾介質的過濾表面上去除之前，其經過一次具有至少一個處理步驟的干燥過程，其特征在于在所述濾餅的干燥過程中，執行至少一個干燥步驟(12，22，32，42)和至少一個干燥步驟(13，23，33，44)，其中，在步驟(12，22，32，42)中，氣體被防止穿過過濾介質進行流動，在步驟(13，23，33，44)中，氣體穿過過濾介質進行流動。
2.根據權利要求1所述的過濾方法，其特征在于在多個過濾步驟中對環境大氣與包含在待過濾物質中的液體之間的壓力差進行調整。
3.根據權利要求1或2所述的過濾方法，其特征在于利用干燥步驟(12，22，32，42)開始對濾餅進行干燥處理，在該干燥步驟(12，22，32，42)中，氣體被防止穿過過濾介質進行流動。
4.根據權利要求1、2或3所述的過濾方法，其特征在于在兩個干燥步驟之間執行所述濾餅干燥步驟(13，23，33，44)，其中，在所述兩個干燥步驟過程中，氣體被防止穿過過濾介質進行流動，在所述濾餅干燥步驟(13，23，33，43)中，氣體穿過過濾介質進行流動。
5.根據權利要求1、2或3所述的過濾方法，其特征在于在濾餅干燥步驟(12，22，32，42)和濾餅干燥步驟(13，23，33，44)之間，執行濾餅清洗步驟(43)，其中，在所述濾餅干燥步驟(12，22，32，42)中，氣體被防止穿過過濾介質進行流動，在所述濾餅干燥步驟(13，23，33，44)中，氣體穿過過濾介質進行流動。
6.根據前述權利要求中任一所述的過濾方法，其特征在于所述濾餅干燥步驟在一個封閉的環境(6)中完成。
7.根據權利要求6所述的過濾方法，其特征在于所述濾餅干燥步驟在惰性氣氛中完成。
8.根據權利要求6所述的過濾方法，其特征在于所述濾餅干燥步驟在還原氣氛中完成。
9.根據權利要求6所述的過濾方法，其特征在于所述濾餅干燥步驟在氧化氣氛中完成。
全文摘要
本發明涉及一種過濾方法，其中待過濾物質與設置于吸濕干燥器中的過濾介質的過濾表面發生接觸，在該過濾介質的過濾表面上形成有濾餅，在將濾餅從過濾介質的過濾表面上去除之前，濾餅經過一次至少包括一個步驟的干燥過程。根據本發明，在濾餅干燥過程中，執行至少一個干燥步驟(12，22，32，42)和至少一個干燥步驟(13，23，33，44)，其中，在步驟(12，22，32，42)中，氣體被防止穿過過濾介質進行流動，在步驟(13，23，33，44)中，氣體穿過過濾介質進行流動。
文檔編號B01D33/80GK1479643SQ01820200
公開日2004年3月3日 申請日期2001年12月7日 優先權日2000年12月8日
發明者比亞納·埃克伯格, 奧利·赫格納巴, 比亞納 埃克伯格, 赫格納巴 申請人:奧托庫姆普聯合股份公司