專利名稱：用于監(jiān)視過濾器積垢程度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種過濾流體的方法，尤其涉及一種獲得要過濾流體和過濾介質的狀態(tài)特征和其中變化的方法，更具體地說，涉及一種辨別(characterising)要過濾流體和過濾介質的積垢狀態(tài)和其中變化的方法。本發(fā)明尤其涉及一種方法，通過該方法，可以從過濾介質和要過濾流體中獲得狀態(tài)特征和其中變化。除非明確指出，否則，本發(fā)明上下文中的術語“過濾介質”是指(干凈的)過濾器以及形成在該過濾器上的濾餅，及兩者的組合。
在下文中，將只參考過濾處理的特定元件，尤其是濾餅和要過濾流體的特征，以及該特征的變化。但是，本發(fā)明決不限于這些僅為示例性的實施例。
背景技術：
過濾流體以去除污染物在本領域中通常是已知的。當為了去除污染物而過濾流體時會使用過濾器，污染物的一部分以濾餅的形式沉積在該過濾器上。根據(jù)濾出材料的性質，所述濾餅變化極大，例如，它可能是可壓縮的、不可壓縮的或者可壓緊的濾餅。而且，濾出材料可能不同程度地堵塞過濾器的小孔，或者可能例如吸附到過濾材料上。
當濾餅達到某一特定厚度時，其通常必須被去除。除其它外，過濾和去除濾餅的方式取決于過濾介質的類型，所述類型包括濾餅的性質。因此，人們建議了解過濾介質積垢狀態(tài)的性質、濾餅性質、過濾器積垢狀態(tài)和要過濾流體的積垢特征，并且基于這種瞬時狀態(tài)和在這種狀態(tài)中相關且依賴于時間的變化，實現(xiàn)能夠對過濾處理的重要方面進行控制、建立模型和優(yōu)化的目的，所述重要方面例如有生產(chǎn)部分；
液壓/機械凈化部分(例如，反沖)；以及化學凈化部分。
在過濾處理中，過濾器的材料和形狀對要獲得的過濾介質的狀態(tài)特征有影響。這特別應用于為避免堵塞起見的幾何結構，例如過濾器直徑，以及應用于為避免吸附起見的材料成分。
在現(xiàn)有技術中，通常按照標準程序對過濾器進行清洗。當濾餅達到特定厚度，或者當驅動力超過某一特定值時，或者在預設時間間隔之后，例如使用相同的要過濾流體、過濾液和/或這些及其他流體(例如，氣體)或固體的組合進行可能連同化學試劑一起的回洗或表面沖洗可以去除濾餅。但是，過濾介質的狀態(tài)，特別是濾餅性質在此不予考慮。
因此，需要一種方法，利用該方法，過濾介質的狀態(tài)及其中變化，即，過濾器和濾餅的狀態(tài)能以簡單的方式確定。特別需要一種與過濾器的清洗處理相結合的方法，根據(jù)這種瞬時狀態(tài)以及相關且依賴于時間的這種狀態(tài)變化，實現(xiàn)可以對過濾處理的重要方面進行控制、建立模型和優(yōu)化的目的，如上所述。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種改進的方法，其能夠以簡單的方式獲得過濾處理的狀態(tài)特征和其中變化(這是指過濾介質、以及要過濾流體和包含于其中的污染物的特征)。特別地，本發(fā)明的目的在于提供一種方法，其辨別過濾處理積垢的積垢狀態(tài)(和其中變化)。
本發(fā)明的另一個特征是提供一種方法，其辨別過濾處理的積垢狀態(tài)，得出積垢程度。一般而言，本發(fā)明的目的在于提供一種序言部分提及的改進方法，以便實現(xiàn)與對過濾處理進行控制、建立模型和優(yōu)化相關的上述可能性。所獲數(shù)據(jù)還用于獲得設計數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)，根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以得出如何通過例如物理或化學處理步驟(例如加熱/冷卻、稀釋、絮凝、預過濾等)改變(adapt)流體特征；
選擇適當?shù)膸缀谓Y構和過濾介質成分(例如，選擇過濾器直徑以防止堵塞，和選擇材料以例如防止吸附)；選擇適當?shù)囊簤?機械清洗方法；選擇適當?shù)幕瘜W清洗方法；評價過濾處理性能的能力(因為積垢狀態(tài)的不可逆性測量為人所知或者可以由要獲得的數(shù)據(jù)確定)；如何獲得與過濾處理的單獨性能相關的數(shù)據(jù)(因為過濾介質的老化過程已知或者可以計算，因此得知過濾介質的使用期限)。此外，以這種方式，信息可用于過濾裝置的設計和操作。
為了獲得上述目的中的至少一個，本發(fā)明提供了一種如上所述的方法，其特征在于，包括以下步驟a)過濾污染的流體以便去除所述流體污染物，該污染物以濾餅形式沉積在過濾器上，b)隨后在下列條件下通過過濾介質供給大體上不積垢流體I.變化的流量，并且測量驅動力，或者II.變化的驅動力，并且測量流量，c)利用至少一個標準數(shù)據(jù)組比較I.在各自流量下的驅動力的測量值，或者II.在各自驅動力下的流量的測量值，和d)根據(jù)步驟c)中的比較辨別過濾處理(例如，要過濾流體或過濾介質)的狀態(tài)特征或其中變化。
使用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以極為簡單地獲得過濾處理的狀態(tài)特征。特別地，可以獲得過濾處理的積垢特征和其中變化。由于穿過濾餅和過濾器供給的流體大體上未被污染，在特征辨別(characterisation)期間，濾餅內沒有進一步地變化。
根據(jù)本發(fā)明的方法還使確定沉積物的數(shù)量和性質成為可能。針對用于確定沉積物數(shù)量的已知方法可以獲得優(yōu)點。根據(jù)其他方法，必須提供額外的測量設備或使濾餅發(fā)生物理變化以測量其厚度級數(shù)。通過測量驅動力和通過過濾器的流量，本發(fā)明使確定濾餅的平均厚度和級數(shù)成為可能。利用現(xiàn)有技術的方法不能獲得本發(fā)明的優(yōu)點。監(jiān)視過濾過程中驅動力的發(fā)展并且根據(jù)驅動力的測量值啟動清洗步驟在現(xiàn)有技術中是已知的。但是，只測量驅動力不能提供與積垢性質相關的任何信息。因此，在這方面，本發(fā)明提供了顯著的改進和優(yōu)點。現(xiàn)在人們根據(jù)流體特征了解到積垢性質和過濾介質的情況從而執(zhí)行有目的的清洗步驟。
在本說明書中可互換使用的術語“未被污染的流體”或“未污染流體”是指，在辨別過濾處理的狀態(tài)的過程中，大體上不產(chǎn)生污染。這是指，流量變化必須大于積垢形成，在該情況下，特征辨別本身可以在與過濾過程中被凈化的進給相同的進給情況下發(fā)生。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，當在步驟b)期間，過濾裝置中的大體上未被污染的流體通過過濾介質供給時可以獲得良好效果。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，當在步驟b)期間，大體上未被污染的流體反向于過濾方向流過濾餅時，可以獲得尤其良好的效果。
在任何情況下優(yōu)選地是，在特征辨別期間，過濾器積垢的進一步增加最大為已有積垢的10％，優(yōu)選地最大為5％，更優(yōu)選地最大為2％，仍然更為優(yōu)選地最大為1％，最為優(yōu)選地最大為0.5％。根據(jù)優(yōu)選實施例，積垢的這種進一步增加由驅動力表示，該驅動力在預定流量下測量。根據(jù)本發(fā)明更為優(yōu)選的實施例，標準組包括選自變化驅動力數(shù)值下的大體上恒定的流量值；變化流量值下的大體上恒定的驅動力數(shù)值；以及分別增大或減小的流量值下的增大或減小的驅動力數(shù)值中的至少一組，其中這些組中的每一組表示積垢特征。該組令人滿意地描述了積垢情況的可能類型。
根據(jù)另一實施例，標準組由一組表示驅動力和流量之間關系的模型參數(shù)構成。在特定流量值下比較測量值和測量值的標準組還提供了對流體特征、積垢性質以及過濾介質狀態(tài)的有用指示。
特征辨別優(yōu)選地選自可壓縮濾餅和不可壓縮濾餅中的至少一個。根據(jù)該特征辨別，可以選擇與對過濾處理進行控制、建立模型和優(yōu)化相關的適當方法。
根據(jù)本發(fā)明的適當?shù)倪M一步改進，在完成根據(jù)本發(fā)明的步驟d)之后，e)對過濾器進行清洗處理，以便大體上去除濾餅，f)隨后進行步驟b和c)，以便辨別清洗處理之后的改變狀態(tài)。如果清洗處理不充分，可重復進行步驟e)至f)。這樣，可以確定過濾器裝置是否可以被充分洗凈或者如何使過濾器裝置可以被充分洗凈(即，與標準數(shù)據(jù)組相比)。
根據(jù)進一步優(yōu)選的實施例，標準數(shù)據(jù)組從使用未被污染的流體辨別未污染的過濾器，例如，新過濾器中獲得。用于特征辨別的流體優(yōu)選地與用于確定標準數(shù)據(jù)的流體相同。
因此，本發(fā)明還涉及一種獲得新過濾器的標準的測量數(shù)據(jù)組的方法，所述新過濾器適合于在根據(jù)在先實施例之一的方法中使用，所述方法包括在下列條件下通過未積垢過濾器供給大體上未被污染的流體I.變化的流量，其中對驅動力進行測量，或者II.變化的驅動力，其中對流量進行測量，并且將驅動力和各自的流量的數(shù)值存儲在標準數(shù)據(jù)組中。
盡管本發(fā)明不局限于過濾方式的特定類型，但是過濾步驟最好以終端方式出現(xiàn)。這允許精確地確定驅動力和流量之間的關系。但是，過濾領域的技術人員應該認識到，在明確定義的條件下，這一過程還能以橫流方式或者以兩者的組合，即所謂的半終端(semi-dead end)方式進行。
在應用該方法期間，最好確定介質的其他(物理)特征，例如，用于確定粘度的溫度、混濁度、粒度分布、濃度、傳導性等等。要測量的其他特定特征取決于用于過濾處理的模型，其中阻力也被明確指出(例如，與所謂的餅層過濾相關的達西定律)。對阻力的污染作用也可以通過與未被污染的流體情況下的干凈過濾器的阻力進行比較而推出?；谏鲜銮闆r可以算出污染量。
當，例如，為穿過積垢過濾介質(即，過濾器和濾餅)的大體上未被污染的流體設定不同的流量值時，根據(jù)本發(fā)明提供了一張圖表，顯示了驅動力和流量之間的關系。積垢性質可以由該圖曲線確定。這將在隨后進行詳細說明。


圖1顯示了對應過濾材料量成比例的變量繪制的通過濾餅的被測阻力的曲線圖。在該情況下，表面水被過濾。如圖1所示，這一過濾曲線可以由二次多項式表示。
圖2顯示了工業(yè)回洗水的過濾曲線。在這種情況下，過濾曲線也可以由二次多項式表示。
從某種意義上來說，過濾曲線之間基本類似?；诖?，這種曲線不能確定流體及過濾介質的特征。因此，不可能在此基礎上對過濾處理進行正確描述、控制、建立模型和優(yōu)化。
當根據(jù)本發(fā)明進行過濾處理的特征辨別時，可以分別獲得如圖3和4所示的圖表。圖3顯示了當干凈的流體以不同的流量供給時，穿過濾餅的阻力的增大?？梢郧宄乜闯?，隨著流量值的增大，阻力增大。
和圖3相比，圖4顯示了阻力不隨增大的流量而增大。
因此，圖3和4顯示出濾餅的性能完全不同。盡管圖2顯示了阻力隨餅形成的增大而顯著增大，但是這不是由濾餅的壓縮性或流量相關的特性引起，而是由例如體積效應引起。
但是，由表面水產(chǎn)生的濾餅在較高流量值下性質不同?？梢酝茢啵诋斍扒闆r下，由表面水產(chǎn)生并于圖1中顯示的濾餅在較高流量值下壓縮。這使得阻力增大。
另一方面，在工業(yè)廢水的情況下，當流量增大時，阻力不會增大。在這種情況下，濾餅不可壓縮。在該實例中，例如，因為利用從流體中濾出的物體在物理上堵塞流動通道，使得阻力可能增大。
可用于執(zhí)行特征辨別的流體例如可能是干凈的液體。如果要凈化的液體只包含極少的污染物，在進行特征辨別的短時間內，只有極少量的積垢沉積到過濾器上。在該情況下，可接受的是，將要凈化的液體用作進行特征辨別的流體。當然，還可以利用干凈的液體稀釋要凈化的液體，或者添加保證濾餅不被進一步積垢的輔助物質或添加劑。當然，還可以使用在過濾步驟中用于特征辨別的過濾流體。
在工業(yè)過濾裝置中，將以并聯(lián)關系布置大量的過濾單元。這些過濾裝置之一例如可用于執(zhí)行特征辨別。在該情況下，所述單元可能和其他過濾單元相同，只要它適于進行特征辨別即可。為此，必須能夠將各過濾單元從要過濾的流體的供給裝置上拆下。作為替代，必須能夠在特征辨別期間將各過濾單元連接到大體上干凈流體的入口上。當然，如果特征辨別還可以利用要過濾的液體進行的話，上述情況則不是必需的。但是，無論如何，設備必須設置為允許流量或驅動力發(fā)生變化。因此，一般而言，各過濾單元與其他過濾單元流體上分開是必需的。本領域的技術人員能夠例如通過在適當?shù)奈恢迷O置閥而很好地實現(xiàn)這種分開。
根據(jù)另一實施例，有可能以代替終端方式的橫流方式進行特征辨別。但是，過濾也能以橫流方式進行，例如，特征辨別以終端方式進行。當然，所有其他組合也是可能的。但是，其中至少特征辨別以終端方式進行的實施例為優(yōu)選的。
如上所述，通過測量驅動力(例如跨過濾器壓力或跨膜壓力TMP)可以確定阻力。在濾餅過濾的情況下，這通過達西定律進行R=TMPηJ---(1)]]>縮寫R＝總阻力；TMP＝驅動力；η＝粘度；J＝流量。
最后，最好還測量步驟b)期間的流體溫度。由流體的性質和溫度可以精確地確定粘度。根據(jù)達西定律，隨后可以計算阻力。如果不存在積垢，該定律可以用于確定干凈過濾器的阻力。這通過在不同流量值下穿過干凈過濾器過濾干凈流體(或其他適當流體)而測得。在作用區(qū)域，過濾器阻力近似如下RM＝RM0+BJ (2)或RM＝RM0+B′ηJ (3)縮寫RM＝過濾器阻力；RM0＝過濾器阻力的與流量無關的部分；B＝比例常數(shù)；B′＝比例常數(shù)。
一旦過濾器阻力已知，一系列近似值中的阻力可用來確定積垢阻力。
RF=TMPηJ-RM---(4)]]>縮寫RF＝當前濾餅阻力。
來自積垢的阻力取決于積垢程度，還可能取決于流量。這已經(jīng)在上文清楚指出。因此，該阻力表示為潔凈水流量的函數(shù)或者為過濾體積/過濾器表面的函數(shù)。根據(jù)優(yōu)選實施例，通過終端過濾進行過濾，并且在該情況下，該變量與積垢程度直接相關，并定義為dwdt=J---(5)]]>縮寫w＝積垢載荷；t＝時間。
對于可壓縮濾餅層來說，濾餅層阻力和餅層上的壓降之間的關系通過下列經(jīng)驗關系表示RF=ωα(1+βΔPFn)---(6)]]>其中ω＝積垢載荷
α＝特定餅層阻力β＝壓縮因數(shù)ΔPF＝濾餅層上的壓降n＝經(jīng)驗擬合系數(shù)餅層上的壓降不能直接測量，只能由根據(jù)公式1的測量阻力計算得出。
ΔPF＝RFJη(7)等式(6)代入(7)，其中對于大部分應用來說n＝1，得出ΔRF＝ωα(1+βΔPF)Jη(8)利用可壓縮餅層，餅層上的壓降是餅層中的位置函數(shù)。對于管式過濾介質來說，(8)的離散化得出1ηJ·dPFdr=α[1+βPF(r)]---(9)]]>該等式的結果代入(6)中，得出RF＝αωΦ(1+βαωΦJη) (10)其中，體積系數(shù)Φ為 其中r＝過濾介質的半徑X＝餅層厚度應當注意到，公式(11)中的Φ對于薄餅層、平薄膜系統(tǒng)和小體積分數(shù)來說近似為1。
一旦過濾曲線確定，就可得知積垢程度和阻力之間的關系。因此，當通過干凈的過濾器過濾干凈流體時，通過測量阻力，該值可在清洗處理之后計算積垢量。
如上所述，由圖1或2不能確定餅層的特征；圖3或4也是確定壓縮性β所必需的。當β已知時，圖1或圖2的曲線可適合于公式(10)；為此，各種數(shù)學程序已知，例如單純形法。
通過有規(guī)律地進行根據(jù)本發(fā)明的特征辨別，可以監(jiān)視整個過濾處理在狀態(tài)特征方面的變化，從而可以掌握例如要過濾流體的特征、濾餅性質以及過濾器情況方面的變化。基于此，可以對整個過濾處理進行描述、控制、建立模型和優(yōu)化。另外，本發(fā)明還提供了關于如何適應流體特征的信息以及關于過濾器本身的性能和質量的信息。
本發(fā)明不局限于上述具體提及的實施例。本發(fā)明只由所附權利要求限定。
權利要求
1.一種過濾流體的方法，其特征在于，它包括以下步驟a)過濾污染的流體以便去除所述流體污染物，該污染物以濾餅形式沉積在過濾器上，b)隨后在下列條件下通過過濾介質供給大體上不積垢的流體I.變化的流量，并且測量驅動力，或者II.變化的驅動力，并且測量流量，c)利用至少一個標準數(shù)據(jù)組比較I.在各自流量下的驅動力的測量值，或者II.在各自驅動力下的流量的測量值，和d)根據(jù)步驟c)中的比較辨別要過濾的流體或過濾介質的積垢狀態(tài)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟b)期間，過濾裝置中的大體上未被污染的流體通過過濾介質供給。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟b)期間，所述大體上未被污染的流體反向于過濾方向流過濾餅。
4.如一或多項在先權利要求所述的方法，其特征在于，在連續(xù)的時間段內，重復步驟a)至d)，并且將在連續(xù)時間段期間于步驟d)中獲得的數(shù)值在步驟d)中彼此比較，以便獲得狀態(tài)特征方面的變化。
5.如一或多項在先權利要求所述的方法，其特征在于，步驟c)的標準組從大體上未積垢的過濾器的測量中獲得，所述測量涉及大體上未被污染的流體。
6.如一或多項在先權利要求所述的方法，其特征在于，所述標準組包括選自變化驅動力數(shù)值下的大體上恒定的流量值；變化流量值下的大體上恒定的驅動力數(shù)值；以及增大或減小的流量值下的增大或減小的驅動力數(shù)值中的至少一組，其中這些組中的每一組表示積垢特征。
7.如一或多項在先權利要求所述的方法，其特征在于，所述標準組由一組表示驅動力和流量之間關系的模型參數(shù)構成。
8.如一或多項在先權利要求所述的方法，其特征在于，所述特征辨別選自可壓縮濾餅和不可壓縮濾餅中的至少一個。
9.如一或多項在先權利要求所述的方法，其特征在于，在步驟b)期間，所述大體上未被污染的流體不會進一步顯著增大過濾器的積垢程度。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，在特征辨別期間，過濾器積垢的進一步增加最大為已有積垢的10％，優(yōu)選地最大為5％，更優(yōu)選地最大為2％，仍然更為優(yōu)選地最大為1％，最為優(yōu)選地最大為0.5％。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于，所述積垢的進一步增加由驅動力表示，該驅動力在設定流量下測量。
12.如一或多項在先權利要求所述的方法，其特征在于，在已經(jīng)執(zhí)行了步驟d)之后e)對過濾器進行清洗處理，以便大體上去除濾餅，隨后f)，重復步驟b)，以及g)重復步驟c)，以便辨別改變的狀態(tài)。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，步驟g)的標準組從大體上未積垢的過濾器的測量中獲得，所述測量涉及大體上未被污染的流體。
14.如一或多項在先權利要求所述的方法，其特征在于，所述過濾步驟以終端方式、半終端方式或橫流方式進行。
15.如一或多項在先權利要求所述的方法，其特征在于，同樣在步驟b)期間，流體的至少一個其他特征選自例如溫度、混濁度、傳導性等等。
16.一種基于通過如一或多項在先權利要求所述的方法獲得的數(shù)據(jù)對過濾處理進行控制的方法。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，流體的物理特征能夠改變，例如，選自溫度、污染物濃度、流體酸度等中的至少一項；和/或執(zhí)行處理，選自絮凝和/或預過濾等中的至少一項。
18.一種由大體上未積垢過濾器獲得標準的測量數(shù)據(jù)組的方法，所述未積垢過濾器適合于在如上述權利要求之一所述方法中使用，所述方法包括在下列條件下通過未積垢過濾器供給大體上未被污染的流體I.變化的流量，并且測量驅動力，或者II.變化的驅動力，并對流量進行測量，以及將驅動力和各自的流量的數(shù)值存儲在標準數(shù)據(jù)組中。
全文摘要
本發(fā)明涉及過濾流體的方法。根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于，在過濾導致濾餅生成的污染流體之后，大體上未被污染的流體通過濾餅供給并以變化的流量或以變化的驅動力過濾。同時，分別測量必要的驅動力或所獲得流量。測量值和各自的設定值與至少一個標準數(shù)據(jù)組進行比較，基于該比較，確定要過濾流體、過濾器和濾餅的積垢狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的方法使精確確定要過濾流體的特征成為可能。這可以通過簡單地改變流量并在不同的流量值下測量驅動力而實現(xiàn)，反之亦然。
文檔編號B01D37/04GK101048213SQ200580035795
公開日2007年10月3日 申請日期2005年9月1日 優(yōu)先權日2004年9月16日
發(fā)明者H·富特塞拉爾, B·布蘭克特, B·H·L·貝特萊姆, M·韋斯林 申請人:諾瑞特隔膜技術有限公司