相关申请的交叉引用
[0001] 本申请要求保护2014年5月30日提交的题为“Split Filter Block For Extruder Press(用于挤压机的分体过滤
块)”的美国临时申请SN62/005,351的优先权，该申请的披露内容以其整体并入本文。
发明领域
[0002] 本披露广义上涉及固体/
流体分离设备和用于分离不同类型的固体/流体混合物的方法。此外，本披露涉及可以用于分离各种各样的固体/流体混合物的旋转式压机，特别是经改进的螺杆压机装置。
发明背景
[0003] 通过固体/流体分离来处理固体/流体混合物的各种工艺是已知的。它们通常需要大量
停留时间和高压
力，有时需要高温。常规流体/固体分离设备对于实现高的固体/流体分离率和具有低液体含量的经分离的固体而言不是令人满意的。
[0004] 包括洗涤并且随后在压力下浓缩液体浆料的工艺要求能够在压力下无堵塞地操作的固体/流体分离设备。例如，木质
纤维素
生物质的预处理中的工艺效率的关键组成部分是从固体生物质/
纤维素级分中清洗并
压榨经
水解的半纤维素糖类、毒素类、
抑制剂类和/或其他提取物的能力。用常规设备难以在纤维素预处理所要求的高热和高压下有效地将固体与液体分离。
[0005] 许多生物质制
乙醇的工艺产生湿的纤维浆料，必须在不同的工艺步骤中从该浆料中分离溶解的化合物、气体和液体以便将固体和/或纤维性部分隔离。固体/流体分离通常通过过滤并且利用过滤压机以分批操作进行、或者通过旋转式压机(诸如螺杆压机)以连续方式进行。
[0006] 固体/流体或固体/液体分离在许多其他的商业工艺中也是必须的，诸如在
食品加工(油抽提)、减少湿法提取工艺中废物流的体积、脱水工艺、或悬浮固体去除。
[0007] 可以使用可商购的螺杆压机来从固体/液体浆料中去除水分。可使用常规压机实现的去液体化的固体
滤饼通常只含有40％-50％的固体，剩余的水分主要是水。在过滤步骤之后跟随有另一个稀释或处理步骤时，这种分离水平可能是令人满意的，但在希望浆料最大程度脱水时不是令人满意的。这种不令人满意的低固体含量是由于常规螺杆压机所能应付的相对低的最大压力导致的，该压力通常不超过大约100-150psig的分离压力。可以使用与排放器螺杆相组合的商业模块化螺杆装置(MSD)，它们能以高达300psi的更高压力运转。然而，它们的缺点是其固有的成本、复杂性和具有不超过50％固体含量的连续滤饼的局限性。
[0008] 在固体/流体分离的过程中，固体部分中剩余的液体的量取决于所施加的分离压力的量、固体滤饼的厚度、以及过滤器的孔隙率。过滤器的孔隙率取决于过滤器孔隙的数量和大小。压力的减小、滤饼厚度的增加或者过滤器孔隙率的减小都将导致液体/固体分离程度降低并且导致固体部分的最终干燥度降低。
[0009] 对于特定的固体滤饼厚度和过滤器孔隙率而言，最大程度的分离是在可能的最高分离压力下实现的。而且，对于特定的固体滤饼厚度和分离压力而言，最大程度的分离仅仅取决于过滤器的孔隙大小。
[0010] 不幸的是，高分离压力要求能够承受住压机内该分离压力的强劲过滤介质，从而使得对此过滤过程的控制是困难的并且使得所需的设备非常昂贵。MSD中的过滤介质通常呈穿孔的压力夹套的形式。所使用的分离压力越高，过滤介质(压力夹套)需要越强(越厚)，以便承受那些压力。压力夹套越厚、排放穿孔越长，通过这些穿孔的
流动阻力就越高。因此，为了用高压夹套(厚夹套)来实现与低压夹套(薄夹套)相同的过滤流过能力，穿孔的数目应增加。然而，增加穿孔的数目削弱了压力夹套，再一次降低了过滤器单元的压力容量。克服与较长穿孔相关的较高流动阻力的另一种方法是增大穿孔的直径。然而，这将限制过滤器留住小固体的能力，或者可导致堵塞问题增加。因此，过滤器的可接受的孔大小受到固体级分中的纤维和颗粒的大小的限制。液体部分的清澈度仅仅受到过滤介质的孔大小的限制，并且太大的孔降低液体/固体的分离效率并潜在地导致下游设备填塞。
[0011] 随着时间的推移，过滤介质倾向于被悬浮的固体填塞，从而降低其生产速率。在纤维素预处理所要求的高压力下，情况尤其是如此。因此，通常要求反向冲洗液体流以清理任何阻塞并恢复生产速率。一旦过滤器被填塞，就需要高压力来对该介质进行反向冲洗。这在使用以高于1000psig压力根据应为连续的(以最大化生产速率，例如，以获得高的纤维素预处理工艺效率)工艺而操作的过滤介质来工作时是个问题。
[0012] 常规的单、双或三螺杆
挤出机不具有对于生物质的低
能量预处理所必需的停留时间，并且也不具有用于生物质的预处理的有用且有效的固体/流体分离装置。美国
专利US 3,230,865和US 7,347,140披露了具有穿孔
外壳的螺杆压机。此类螺杆压机的操作压力低，这是由于该穿孔外壳的强度低。美国专利US 5,515,776披露了一种在压机夹套中具有多个排放穿孔的
蜗杆压机，这些穿孔增大了在所排放的液体的流动方向上的截面积。美国专利US 7,357,074针对一种具有锥形脱水壳体的螺杆压机，该壳体具有多个穿孔以用于使得水从在压机中被压缩的大体积固体中排出。再次使用了一种穿孔外壳或夹套。容易理解的是，壳体中穿孔的数目越大，壳体的抗压能力就越低。此外，当希望非常小的孔来分离细小固体时，在壳体或压机夹套中钻出穿孔是与严峻的挑战相关联的。
[0013] 公开的美国申请US 2012/0118517披露了一种具有高孔隙率的固体/流体分离模块，该分离模块用于高内压的压机装置中以便在升高的压力下分离固体/流体。该过滤器模块包括分别由一对创造排放系统的板制成的过滤器组。具有切通槽的过滤板创造用于移除液体的流动通道，并且垫板创造用于这些流动通道中的液体的排放通路。而且，该垫板提供用于在压榨动作过程中将固体的内部压力容纳在压机中的结构
支撑。过滤器孔大小由过滤板的厚度和/或过滤板中的槽的开口宽度来调整。为了将孔大小最小化，过滤板的厚度和排放槽的宽度两者均被最小化。然而，在这个分离模块中，以及在以上讨论的所有其它常规分离装置中，被堵塞的分离模块或过滤器的反向冲洗可能不足以实现释放堵塞物质或完全移除所有堵塞分离模块或过滤器的物质。该分离设备接着必须被拆解以便彻底清洁分离模块或过滤器。然而，这种拆解是非常耗时，并且经常需要移除和安装
输送机螺杆，尤其是当使用具有过滤板的分离模块时。因此，期望一种改进的固体/流体分离装置。
发明内容
[0014] 本发明的目的是消除或减轻之前的固体/液体分离装置和工艺的至少一个缺点。
[0015] 为了改进固体/液体分离装置的操作和维护，本发明提供了一种具有用于将流体从固体/液体混合物中分离的分体过滤器单元的固体/液体分离模块。该模块可以合并到固体/流体分离装置中，诸如模块化螺杆装置或
螺杆挤出机，并允许组装或移除过滤器单元而不拆解该装置，尤其是不移除螺杆或
挤出机螺杆。该模块可以用于例如大孔螺杆挤出机中，并且例如用于在高于300psig的压力下压缩固体/流体混合物。
[0016] 为了实现在降低维护成本的情况下改进操作灵活性，本发明的固体/流体分离模块优选地只需要停止螺杆旋转即可更换过滤块而不需除了分离模块以外的任何部分的任何拆解。这是通过根据本发明的分体过滤器单元实现的，该分体过滤器单元包括沿着挤出机螺杆的芯通路的纵向对称平面可连结的第一和第二过滤块，以便当沿着该对称平面连结时限定该芯通路。这些过滤块可密封地安装在该壳体中，使得该壳体和经连结的过滤段一起限定该芯通路的纵向部分。这些过滤块中的至少一个过滤块是包括多个桶板的层叠块，这些桶板具有平坦的前表面和后表面、位于该芯开口处的内边缘和用于与该分离模块中的流体收集室
接触的外边缘。该多个桶板彼此前后密封
地层叠在板叠层中。该第一和第二过滤块中的至少一个过滤块包括从该内边缘延伸到该外边缘的过滤通路。
[0017] 在一个变体
实施例中，该分离模块包括由桶板的叠层制成的过滤器单元，每个桶板具有用于接纳挤出机螺杆的中心孔并且各自沿着横穿该中心孔的对称线延伸的分离平面被分体成第一段和第二段。当桶板被层叠成过滤块时，桶板分成第一板段和第二板段引起过滤块沿分离平面分成可以被放置在输送机螺杆周围的第一过滤块和第二过滤块。
[0018] 在任一实施例中，包括层叠的板的每个过滤块还包括用于将层叠的板或层叠板段对齐并且用于将它们组合成过滤块的层叠结构。该分离模块还包括夹紧结构，该夹紧结构用于夹紧输送机螺杆周围的第一和第二过滤块以形成夹紧的过滤块，该夹紧的过滤块包围挤出机螺杆并沿着分离平面密封孔。层叠的桶板中的至少一个桶板被构造成为过滤板，该过滤板限定用于使液体从中心孔排出的过滤通路。
[0019] 除了分体块过滤器单元以外，根据本发明的分离模块包括用于集成到螺杆挤出机的桶中的壳体，该壳体限定用于容纳该夹紧的过滤块的可加压流体收集室。该壳体具有在该壳体合并到该桶中的同时可移除的相对的
盖子。这些可移除的盖子允许触及和从壳体上移除夹紧结构以及第一过滤块和第二过滤块。该壳体优选地还包括用于在打开
位置与
锁定位置之间移动的密封和压缩结构，在该打开位置，这些过滤块可以从该壳体上被移除，在该锁定位置，该压缩结构接合并压缩这些过滤块以便将该夹紧的过滤块锁定在该壳体中并且将由该夹紧的过滤块限定的芯通道与该收集室密封隔开。
[0020] 为了从挤出机移除过滤器单元，这些相对的盖子从该壳体上被移除，该压缩结构被移动到打开位置中并且该夹紧结构从该夹紧的过滤块上被移除以允许从该壳体上移除该第一过滤块和第二过滤块。接着以倒序实现安装替换过滤块、不同的过滤块、或清洁后的相同过滤块。
密封件优选地在分离平面中被插在第一过滤块与第二过滤块之间以便改进中心孔的密封，并且另外的密封件优选地提供在压缩结构与夹紧的块之间并且在该壳体与这些可移除的盖子之间。
[0021] 这些过滤通路可以通过向过滤板内切割过滤槽或者通过简单地将流体通路凹入过滤板的表面中来直接形成在过滤板中。这可以比在压力夹套中钻孔的常规方法实现起来容易地得多。例如，可以通过将通路蚀刻进过滤板表面中来产生凹陷的过滤通路。通过仅使过滤通路凹入过滤板的表面中，过滤板的整体完整性比在过滤板中切通过滤槽受到更小影响。使用凹陷的通路允许通过使用非常窄且浅的通路来创造小得多的过滤孔。例如，通过在过滤板中切割0.01英寸宽和0.001英寸深的过滤通路，可以实现仅0.00001平方英寸(通路最小深度乘以通路最小宽度)的孔大小。
[0022] 在一个实施例中，第一和/或第二过滤块包括多个层叠的桶板，每个桶板具有平坦的前面、平坦的后面、限定芯开口并且从前面延伸到后面的内边缘以及用于与收集室接触的外边缘。这些桶板彼此前后层叠在过滤器单元中，用于相邻桶板的前面和后面的密封接合，从而形成过滤块并将该芯开口与夹紧的块中的流体收集室密封隔开。这些桶板中的至少一个桶板被构造成为具有凹入前面中的过滤通路的过滤板，该过滤通路从该内边缘延伸到该外边缘，以便在该过滤块的安装后的状况下将芯开口中的流体排放到该收集室。
[0023] 在另一个实施例中，至少两个相邻的桶板一起被构造成形成过滤板对，其中一个过滤板起到过滤板的作用并在内边缘包括切通该过滤板的一个或多个过滤槽，而另一个过滤板起到垫板的作用，该垫板提供从这些过滤槽到该外边缘的流体排放通路。
[0024] 在又另外一个实施例中，过滤块中的至少一者中的桶板中的很多或大多数桶板被构造成为过滤板。为了实现最高可能的孔隙率，可以将每个桶板构造成为过滤板。
[0025] 在本发明的过滤器单元中，每个过滤板、或过滤板对包括至少一个过滤通路。为了增加过滤器孔隙率，每个过滤板可以包括多个过滤通路。每个过滤板或过滤板对中的过滤通路的数量可以被选择成用于在不损害过滤板或过滤块的完整性的情况下使孔隙率最大化。
[0026] 一方面，本发明提供了一种用于固体/流体分离压机的过滤器单元，该分离压机具有用于输送固体/流体混合物的至少一个输送机螺杆，该压机具有被分成至少两个桶模块的桶，这些桶模块分别限定用于容纳该至少一个输送机螺杆的芯通路的纵向部分。这些桶模块中的至少一个桶模块是过滤器模块，该过滤器模块具有限定流体收集室的壳体。该过滤器单元包括沿着该芯通路的纵向对称平面可连结的第一和第二过滤块以便当沿着该对称平面连结时限定该芯通路。这些过滤块能够可密封地安装在该壳体中，以便该壳体和经连结的过滤段一起限定该芯通路的纵向部分。这些过滤块中的至少一个过滤块是包括多个桶板的层叠的块，这些桶板具有平坦的前表面和后表面、位于该芯开口处的内边缘和用于与该收集室接触的外边缘。在该层叠的块中，这些桶板彼此前后密封地层叠在板叠层中。这些过滤块中的至少一个过滤块包括从该内边缘延伸到该外边缘的过滤通路。
[0027] 在一个实施例，这些桶板中的至少一个桶板被构造成为过滤板并包括该过滤通路。该过滤通路可以在该前表面和/或该后表面中。
[0028] 在另一个实施方例中，这些桶板中的至少一对桶板被构造成为限定该过滤通路的过滤板对。
[0029] 本发明的过滤器单元可以与包括一个或两个输送机螺杆的固体/流体分离压机一起使用，其中，当使用多于一个输送机螺杆时，该芯通路的、这些过滤块沿其连结的对称平面延伸穿过每个输送机螺杆的纵向轴线。
[0030] 该第一和第二过滤块中的一个或两个过滤块可以是层叠的块。可替代地，一个过滤块可以是实心块，而另一个过滤块是层叠的块。
[0031] 在本发明的过滤器单元中，该层叠块可以包括这堆桶板和/或过滤板以及一对端板，该板叠层被压缩在一对端板之间。该层叠的块还可以包括层叠结构，该层叠结构用于将这些桶板/过滤板对齐成该板叠层并且用于将该板叠
层压缩成该层叠的块，其中，这些桶板彼此前后层叠并且层叠在这些端板之间。
[0032] 本发明的过滤器单元还可以包括夹紧结构，该夹紧结构用于沿该对称平面将该第一和第二过滤块夹紧在一起从而形成夹紧的块，该夹紧的块限定该芯通路的一部分。
[0033] 每个过滤板、或过滤板对可以具有预选的孔大小，其中，每个过滤通路在该内边缘处具有与该预选的孔大小相对应的开口面积。而且，每个板叠层可具有预选的过滤孔大小和预选的孔隙率，借此，每个过滤通路在该内边缘处具有与该预选的孔大小和每个过滤器板相对应的开口面积，具有根据该芯开口的总表面、该预选的孔大小和过滤通路的数目而计算的板孔隙率。该板叠层于是包括至少等于预选的孔隙/板孔隙率的比率的过滤板或过滤板对数目。
[0034] 另一方面，本发明提供了一种用于固体/流体分离压机的过滤器单元，该压机具有用于输送固体/流体混合物的至少一个输送机螺杆和被分成至少两个桶模块的桶，这些桶模块分别限定用于容纳该至少一个输送机螺杆的芯通路的纵向部分，这些桶模块中的至少一个桶模块是具有壳体的过滤器模块，该壳体限定流体收集室。该过滤器单元包括多个桶板，这些桶板具有平坦的前表面和后表面、限定大小和形状等于该芯通路的芯开口的内边缘以及外边缘。为了允许拆解该过滤器单元，每个桶板沿着该芯通路的对称平面分成第一和第二分体板。这个过滤器单元还包括层叠结构，该层叠结构用于将这些第一分体板对齐成第一板叠层并且将这些第二分体板对齐成第二板叠层并且将该第一和第二板叠层压缩成第一和第二过滤块，其中，这些第一和第二分体板分别彼此前后层叠在该第一和第二板叠层中，其中，这些第一和第二分体板在其对应的板叠层中彼此密封地接合。这个过滤器单元还包括夹紧结构，该夹紧结构用于沿该对称平面将该第一和第二过滤块夹紧在一起从而形成该芯通路的一部分和该桶的一部分。该第一和第二板叠层中的至少一者的这些第一和第二分体板中的至少一个分体板限定从该内边缘延伸至该外边缘的过滤通路。
[0035] 在又另外一个方面中，本发明提供了一种用于固体/流体分离压机的固体/流体分离模块，该压机包括用于输送固体/流体混合物的至少一个输送机螺杆和限定用于该至少一个输送机螺杆的芯通路的桶，该芯通路具有用于每个挤出机螺杆的纵向轴线。该分离模块包括用于集成到该挤出机桶内并且用于限定可加压的流体收集室的壳体，该壳体具有当被集成到该挤出机桶中时可从该壳体上移除的一对相对的盖子。该模块还包括根据本发明的过滤器单元，该过滤器单元被密封地安装在该壳体中，以便将该芯开口与该收集室密封隔开。在该固体/流体分离模块的一个实施例中，该壳体包括用于液体和气体的分开的排放管。
[0036] 在又另一个方面，本发明提供了一种固体/流体分离压机，该分离压机包括用于输送含固体/流体的混合物的至少一个输送机螺杆和限定用于该至少一个挤出机螺杆的芯通路的桶，该芯通路具有用于每个挤出机螺杆的纵向轴线，该桶包括至少两个桶模块，这些桶模块中的至少一者是根据本发明的固体/流体分离模块。在该固体/流体分离压机的一个实施例中，所有桶模块都是根据本发明的固体/流体分离模块。在另一个实施例中，每个固体/流体分离模块具有预选的孔大小，并且每个过滤通路在该内边缘具有与该预选的孔大小相对应的开口面积。该过滤器模块可以具有根据该芯开口的总表面除以该预选的孔大小和该过滤块中的过滤通路的数目而计算的预选的孔隙率。
[0037] 在又另一个方面，本发明提供了根据本发明的固体/流体分离压机用于从含有固体/流体的混合物(例如，生物质，诸如
木质纤维素生物质)中分离流体的用途。
[0038] 根据本发明的分离模块在一个实施例中包括具有5％到20％(孔总面积相对于过滤器总表面)的孔隙率的过滤器单元并且被构造成承受住在5％至20％、或11％至20％的过滤器孔隙率下300psig至10,000psig的操作压力。每个过滤板可以包括多个具有0.0005到0.00001平方英尺的孔大小的过滤通路。
[0039] 在另一个实施例中，该过滤器单元包括带有通路的多个过滤板，这些过滤板具有用于分离细小固体的0.00001平方英寸的孔大小、5.7％的孔隙率和2,500psig的抗压能力。在又另一个实施例中，该过滤器单元包括具有0.0005平方英寸的孔大小的孔和20％的孔隙率以及5,000psig的抗压能力。在另外一个实施例中，该过滤器单元包括具有0.00005平方英寸的孔大小的孔以及11.4％的孔隙率。在又另外一个实施例中，该过滤器单元包括具有
0.00001平方英寸的孔大小的孔以及20％的孔隙率。
[0040] 在根据本发明的过滤器单元中，该孔大小可以通过改变过滤通路的宽度和深度中任一者或两者来进行控制。为了保持过滤板的最大完整性，过滤通路的深度可以保持得尽可能小，并且通过改变过滤通路宽度来控制孔大小。过滤通路的宽度可以从0.1英寸到0.01英寸变化并且过滤通路的深度可以从0.001英寸到0.005英寸变化。过滤板中的过滤通路可以全部具有相同的孔大小，或者可以具有不同的孔大小。
[0041] 在根据本发明的固体/流体分离压机中，该分离模块安装到该压机的桶上，并且该芯开口大小被确定为配合地接纳该压机的这个或这些挤出机螺杆的纵向部分。该输送机螺杆优选地与夹紧的过滤块的中心孔具有紧密容差，以便从过滤器表面上连续地刮除被压缩的材料，而同时产生巨大的分离压力。在少量纤维被捕获在过滤块的表面上的情况下，这些纤维将被输送机螺杆剪切成更小片并且最终作为非常细小的颗粒随着液体流一起穿过该过滤器单元并且流出。这样提供了一种固体/流体分离装置，该分离装置允许在高压和高温环境下分离固体/流体混合物的固体和液体部分。
[0042] 在该固体/流体分离压机的另外一个实施例中，该压机包括相互
啮合的双输送机螺杆，该分离模块安装到该双螺杆压机的桶中，并且中心孔的大小被确定为配合地接纳这些相互啮合的输送机螺杆的一部分。该壳体可以具有单独的液体和气体出口，用于分开地从收集室排放液体和气体。
[0043] 本领域的普通技术人员在结合
附图审阅以下对多个特定实施例的描述后将了解本披露的其他方面和特征。附图简要说明
[0044] 为了更好地理解本文描述的这些实施例并且更清楚地示出可以如何实施这些实施例，现仅以举例的方式对这些其中示出了这些示例性实施例的附图加以参照，在附图中：
[0045] 图1是根据本发明的示例性固体/流体分离设备的局部示意性侧视立面图，该分离设备包括一对固体/流体分离模块；
[0046] 图2是示例性固体/流体分离模块的透视图；
[0047] 图3以分解图展示了图2的固体/流体分离模块；
[0048] 图4示出了图2的固体/流体分离模块的竖直截面图；
[0049] 图5是图2的固体/流体分离模块的部分剖视图；
[0050] 图6是根据本发明的示例性分体过滤器模块的透视图；
[0051] 图7是图6的分体过滤器模块的下部过滤板叠层的透视图；
[0052] 图8是图6的分体过滤器模块的上部过滤板叠层的透视图；
[0053] 图9以分解图展示了图8的上部过滤板叠层；并且
[0054] 图10是用于包括在图7或图8的上部或下部过滤板叠层中的示例性过滤板的轴向平面图。优选实施方式的详细说明
[0055] 将理解的是，为了展示的简化和清楚，在认为适当时，可以在这些图中重复参考数字以指示相应的或类似的要素或步骤。此外，列出了众多的具体细节以便提供对于本文描述的这些示例性实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解的是，可以实施本文描述的这些实施例而无需这些具体细节。在其他情况下，没有对众所周知的方法、程序和组成部分进行详细描述以便不干扰在此描述的这些实施例。此外，本说明不得理解为以任何方式限制在此描述的这些实施例的范围，而是仅描述了在此描述的这些不同实施例的实现方式。
[0056] 本发明的过滤器单元旨在用于与单螺杆、双螺杆或多螺杆固体/流体分离压机一起使用，例如具有平行或不平行螺杆的
双螺杆挤出机组件，其中，这些螺杆的螺线至少沿挤出机桶的长度的一部分互相插入或互相啮合以便在这些螺杆之间以及每个螺杆与桶之间限定紧密间隙空间。然而，本发明的过滤器单元还可以与具有超过两个输送机螺杆的螺杆挤出机一起使用。
[0057] 本
发明人开发了一种用于固体/流体分离装置的分体过滤器单元、或一种用于与固体/流体分离装置或压机(例如，螺杆压机输送机、或模块化螺杆装置)一起使用的固体/流体过滤设备，该过滤设备可以安装到该固体/流体分离装置或压机中和/或从其上被移除而不需要拆解该分离装置，任何组装和拆解局限于该分离装置的分离模块，该分离模块容纳该过滤器单元。具体地，本发明的过滤器单元可以安装在该分离模块上或从其上被移除，而不需从该分离装置上移除该输送机螺杆。
[0058] 除了这个优点，本发明的过滤器单元可以包括能够应对非常高的压力(高达20,000psig)的桶板叠层过滤器。这些桶板中的一些或所有桶板可以被构造成为过滤板以创造一种过滤板叠层，该过滤板叠层能够产生50％-90％的固体含量水平，远远超出了可商购的螺杆压机过滤装置能够产生的固体含量水平。该过滤板叠层可以提供另外优点，即孔大小非常小的过滤器，使得使用这个过滤器提取的液体部分可以含有极少的悬浮固体。根据本发明的高压过滤器单元与双螺杆挤压机的组合可以产生能够几乎形成固体含量水平高于
80％的干燥滤饼的固体/流体分离装置。根据本发明的并且包括根据本发明的过滤器单元的双输送机螺杆压机可以在超过300psi的压力下处理在薄层中的固体/流体混合物，而同时为所捕获并受缚的液体和水提供一条路径以通过该过滤器单元从该混合物中移出。
[0059] 使用带有根据本发明的过滤器单元的螺杆压机或挤压机，可以对固体/流体混合物施加巨大的剪切力/
应力，在薄滤饼中施加这些力以释放液体来通过该过滤器单元移出。最重要的是，该过滤器单元是安装在这个或这些输送机螺杆周围的分体块过滤器单元，使得该过滤器单元的组装和拆解不再需要拆解螺杆压机、即移除输送这个或这些机螺杆。因此，这个分体块过滤器单元当与双螺杆挤压机一起使用时将通过减少与清洁堵塞的过滤器单元相关联的停工时间量和维修成本来提供巨大的效益。
[0060] 现在转到附图，图1示意性地展示了根据本发明的包括分离模块200的示例性固体/流体分离设备20，这些分离模块具有分体块过滤器单元。该示例性设备是包括带有桶模块12的桶21和分离模块200的双螺杆挤出机。该挤出机是由
马达26通过中间
齿轮箱传动器24驱动的，该马达和齿轮箱两者均是常规部件。虽然所示示例性实施例中的分离模块显示为具有比桶模块12更大的轴向长度，但在另一个实施例中，分离模块200的轴向长度可以被调整为与桶模块12的轴向长度完全相同，以允许桶模块与分离模块对换并且反之亦然。现在下文将更详细地描述分离模块200，包括根据本发明的分体过滤器单元。
[0061] 图2中单独示出了根据本发明的示例性固体/流体分离模块200的透视图。分离模块200包括壳体100和容纳在该壳体中的分体块过滤单元。将参照图3-10更详细地讨论该过滤器单元。壳体100包括左
侧壁101、右侧壁102、前壁103、后壁104以及顶盖105和底盖106。壁101-104形成外壳，该外壳通过
螺栓(未示出)接合侧壁101、102的前边缘和后边缘中的
盲孔108以及前壁和后壁103、104中的
螺纹盲孔108而可集成到分离设备20的桶21中。壳体100形成流体收集室110(见图3)，该收集室能够承受住任何部件的最高压力、用于将过滤出的流体分离成气体和液体、并容纳本发明的分体块过滤器单元300(参见图6)。收集室110可以通过移除顶盖和/或底盖105、106而被打开，这些盖子通过延伸穿过孔107的螺栓(未示出)而用螺栓连接到侧壁、前壁和后壁上。盖子105、106还可以以铰接方式或以其他方式附接至该壳体的这些壁101、102、103、104之一上，以便在过滤块组装或拆解过程中降低这些盖子被放错位置的
风险。顶部气体出口120被提供在顶盖105中以便从收集室110排放气体。底部气体出口130(见图4)被提供在底盖106中以便从收集室110排放液体。前壁和后壁103、104包括用于容纳分离设备20的挤出机螺杆(未示出)的芯开口112。高压收集室200优选地由施加在壳体100的部件之间的所有相互接触的位置处的
密封剂(未示出)加以密封。
[0062] 如从图3中可以看出，分离模块200包括壳体100和带有上过滤块302和下过滤块304(或第一过滤块和第二过滤块)的分体过滤器单元300，这些过滤块在所示示例性实施例中分别被构造成为板组310和320。过滤块302、304沿着芯开口112的对称平面连结并通过夹紧结构夹紧在一起，从而形成夹紧的块355。该夹紧结构包括上夹紧安排340和下夹紧安排
330以形成分体块过滤器单元300。根据本发明的一个关键方面，分体块过滤器单元300可以被安装到壳体100中和从其上拆解下来，同时该壳体集成到挤出机桶21(图1)中，并且同时一个或多个挤出机螺杆延伸穿过该挤出机桶。这从图3-6中得到最好理解。
[0063] 为了移除分体块过滤器单元300，移除上盖105、下盖106以提供通向分体块过滤器单元300的入口。该过滤器单元密封安排400(图4)被松开以解锁该壳体中的过滤器单元300。然后，上夹紧安排340和下夹紧安排330被松开，并且底部夹紧安排与
连杆347断开连接。一旦断开连接，底部夹紧安排330将与下部过滤块304(在这里是板组320)一起从壳体
100中掉出。上部夹紧安排340、上部过滤块302(在这里是板组310)和连杆347保持在壳体中就位，由挤出机螺杆支撑(未示出)。从壳体100向上移除上部夹紧安排340和连杆347将允许触及上部过滤块302(在这里是板组310)，该上部过滤块接着也可以从该壳体上被移除。呈板组310、320形式的上部过滤块302和下部过滤块304接着可以被拆解、清洁、重新组装和重新安装、或简单地更换。从上部过滤块302开始，以倒序进行过滤器单元300在挤出机螺杆周围和该壳体中的组装。在组装过程中，一对密封件350被定位在过滤块302、304之间，用于在挤出机螺杆周围密封过滤块，从而将芯通路112与收集腔室110密封隔开。
[0064] 上部过滤块302和下部过滤块304可以各自独立地是实心块、钻有过滤通路的实心块、或以下关于图7-9更详细讨论的层叠的块，只要这些过滤块中的至少一者包括至少一个过滤通路。在图1-6所示的示例性实施例中，两个过滤块302和304是层叠的块310、320，如下面将更详细讨论的。
[0065] 图3和图6中详细展示的夹紧结构的上部夹持安排340和下部夹持安排330各自包括两个或更多个平行夹紧棒344、334，这些夹紧棒被间隔开以允许由其间的流体通路被过滤器单元300分开。夹紧棒344、334通过桥接棒342、332保持固定的、间隔开的关系，这些夹紧棒通过螺栓348、338(图6)用螺栓连接到这些桥接棒上，并且这些桥接棒搁置在这些层叠的块的一对侧向夹紧肩部上，该对侧向夹紧肩部由层叠的块中的桶板和端板的夹
紧边缘323b(图10)形成。上部夹持安排340和下部夹持安排330在挤出机螺杆和过滤块302、304周围彼此连接以允许这些过滤块彼此夹紧，由此在挤出机螺杆周围密封过滤块。上部夹持安排340和下部夹持安排330通过延伸经过过滤块302、304的连杆347连接。上夹紧棒344和下夹紧棒334通过螺栓346、336(图3和图6)用螺栓连接至这些连杆上。上夹紧安排340和下夹紧安排330的组装如所描述那样包括分开的夹紧棒344、334和桥接棒342、332。这种构造提供了一种模块化方法，允许通过简单地添加或移除夹紧棒并使用较长或较短的桥接棒来延长或缩短这些夹紧安排。在替代方案中，上夹紧安排340和下夹紧安排330可以分别一件式制成。
[0066] 图8和图7中分开展示的上部层叠块310和下部层叠块320由桶板314、324、端板和层叠结构组装而成。这些端板包括前端板311、321和后端板312、322。该层叠结构包括对齐杆317和对齐螺栓316。桶板314、324包括用于如图9中所示的对齐杆317的对齐孔325。在如图9中所示的上部层叠块310的示例性实施例中，多个桶板314被压缩在前板311和后板312之间，这些前板和后板具有与桶板314相同的基本总体轮廓但厚得多以便获得板组的均匀的压缩。前端板311、后端板312包括与桶板314相同的对齐孔325和用于螺栓316的凹陷318。对齐杆317与凹入前端板311和后端板312中的夹紧螺栓316相组合用于将板组在端板311、
312之间夹紧以将桶板314密封在一起并形成上部层叠块310。下部层叠块320使用桶板324、前端板321和后端板322、对齐杆317和对齐螺栓316以完全相同的方式组装，其中，桶板324和端板321、322被成形为桶板314和端板311、312的镜像。
[0067] 还可以使用用于将对齐并压缩在板叠层中的桶板固持的其他实施例。对齐结构也可以与相关联的夹紧安排(未示出)集成为一体，以允许上过滤块310和下过滤块320与各自相关联的夹紧安排一起处理，由此可能方便插入壳体中和从其中移除。上部层叠块310和下部层叠块320中的桶板314、324中的一个或多个桶板可以被构造成为过滤板。以下参照图10将更详细地讨论被构造成为过滤板的那些桶板314、324的详细构造。
[0068] 现在转到图3至图6，锁定安排400的作用是在壳体100中将夹紧的块355锁定在前壁101和后壁102之间并且将收集室110与夹紧的块355内的贯通芯通路112密封隔开。锁定安排400包括：以与芯通路112同心对齐的方式附接至或集成到前壁101和后壁102中的一者中的
外螺纹圆柱形
基座套筒406、可与该基座套筒螺纹接合的螺纹盖
螺母404、用于放置在盖螺母404与夹紧的块355之间的圆形密封件402以及用于放置在夹紧的块355与前壁101和后壁102中的(基座套筒406没有附接至其上的)另一者之间的平坦密封件405。盖螺母404用螺纹拧接到基座套筒406上增大了盖螺母与壳体100的相反端壁之间的间距，同时拧松减小这个间距。因此，盖螺母404完全用
螺纹连接到基座套筒406上以便安装和移除过滤器单元300的夹紧的块355。为了将过滤器单元300密封在该壳体中，将盖螺母404拧松，直到夹紧的块被紧紧地压在盖螺母404与该壳体的相反端壁之间(见图4和图5)。虽然如在图3至图6中所示的可旋转锁定安排的使用提供了容易将夹紧的块在壳体中锁定和解锁，但可以使用对将夹紧的块可靠地锁定壳体中同时将芯通路从收集室密封隔开有用的任何其它锁定结构。
例如，可以使用带有用于容纳芯开口的开口或槽的一对相对楔型物(未图示)，代替基座套筒406和盖螺母404，以将夹紧的块楔入壳体中。这些楔型物之一可以附接至或集成到前壁
101和后壁102之一中以便容易锁定和解锁。
[0069] 如在图4、图5和图7-9所示，该过滤器单元包括层叠的桶板314、324，这些桶板当层叠并夹紧在过滤器单元300中时限定穿过分离设备20的桶21延伸的芯通路112的一部分。芯通路112具有一个、两个或更多个纵向轴线，数目与容纳在该芯通路中的挤出机螺杆的数目相等。美国申请US 2012/0118517中已经披露了由层叠的桶板制成的过滤块。然而，此
现有技术过滤器系统中披露的过滤板和垫板围绕芯开口是连续的并且因此不能从输送机螺杆周围被移除，而必须从输送机螺杆上脱下，或者一旦已经移除了输送机螺杆就从
压滤机上拆解下来。为了能够从壳体上移除层叠的桶板而不移除挤出机螺杆，根据本发明的过滤器单元包括分体过滤块。这可以通过沿着穿过芯开口112的每个纵向轴线延伸的对称平面将整个常规桶板分体成第一和第二半部、或者通过由被设计成形成芯开口的一半的桶板来建造分开的分体块半部来实现。后一种方法是更有利的，因为它允许简化桶板和层叠的块结构，如以下将讨论的。这些桶板可沿着芯开口112的对称平面117被分成上分体板314和下分体板324(图6)，该对称平面延伸穿过这两个纵向轴线113、115。可替代地，不是将整个板分体，可以分开地生产分开的上桶板314、下桶板324，这些桶板可以在设计上不同，或者具有如图7和图8中所示的镜像设计。制作具有镜像设计的上桶板和下桶板使得可以使用如图10中所示的单一类型的通用过滤板370，这些过滤板可以用于上桶板组310和下桶板组320两者。这种单一设计型通用桶板370包括本体372，该本体具有平坦的前面和后面、在前表面与后表面之间延伸的内边缘328和在前表面和后表面与侧向接片323之间延伸的外边缘329。内边缘328限定位于对称平面117的一侧的中心芯孔112的恰好一半。外边缘329用于与收集室110(图3)接触并且是凸形弯曲的，以在内外边缘328、329之间保持最小的本体宽度。侧向接片323被提供用于当层叠块的一部分沿着对称平面117靠在类似的层叠块的层叠桶板上时夹紧通用桶板370。通用桶板370当层叠在层叠块中时各自包括密封边缘323a，该密封边缘在对称平面117中延伸用于与类似通用桶板370的、以镜像方式放置在该对称平面的相反侧上的密封边缘接合。侧向接片323各自还包括平行于密封边缘323a延伸以便通过桥接棒
342、332(图3)之一接合的夹紧边缘323b。板叠层中的桶板370的夹紧接片323b一起形成分别通过上夹紧安排340和下夹紧安排330的桥接棒342、332之一接合的夹紧肩部。通用桶板
370包括用于如图9中所示的对齐杆317的对齐孔325。在图9中所示的示例性实施例中，多个通用桶板370通过前端板311和后端板312被压缩成上部层叠块310(下部层叠块320是完全相同的，并且仅仅是上下颠倒使用)。对齐杆317与夹紧螺栓316相组合用于将板组夹紧在端板之间以将这些桶板370密封在一起并形成层叠块310、320。
[0070] 为了实现从芯开口112中的加压流体/固体混合物中分离出流体，层叠块310、320中的通用桶板370中的一个或多个桶板可以被构造成为包括一个或多个过滤通路360的过滤板372，每个过滤通路在过滤板372中限定延伸远离内边缘328的流体通路。过滤通路360可以从内边缘328一直延伸到外边缘329或从内边缘328一直延伸到远离该芯开口的位置，在该位置处，该过滤通路与提供在同一板上或中的或提供在紧邻的板上/中的另一流体通路连接以便与收集室流体连通。可以通过切割、刻划、蚀刻或弯曲桶板314、324、370来提供过滤通路360，并且在此将不另外讨论创造该通路的确切方式，因为对于本发明而言没有特别的意义。如果过滤通路360在过滤板的前表面中从内边缘328延伸到外边缘329，则仅需要一种类型的过滤板，因为当这个过滤板与其他相同的过滤板彼此前后层叠时，一个过滤板的后表面将始终充当紧跟在后面的相同过滤板中的过滤通路360的盖件。如果第一通路的、远离内边缘延伸的第一段被提供在一个桶板中而将该第一段与外边缘连接的互补流体通路被提供在另一个桶板中，则那两种类型的板在层叠块中将始终必须被用作板对。
[0071] 在一个实施例中，每个桶板314、324、或通用桶板370被构造成为过滤板来简化过滤器单元设计并最大化过滤器单元的过滤能力。为了最大化层叠块的孔隙率，每个过滤板包括在不损害过滤板和其所包括在的层叠块的结构完整性和压力保持能力情况下过滤板中可以包括的最大数目的过滤通路360。为了降低制造成本和方便组装，分离模块200中使用的所有桶板可以是具有完全相同的构造的过滤板372。
[0072] 分离模块200中包括的桶板314、324的数目可以根据板厚、壳体100的尺寸和所期望的过滤器孔隙率进行调整。在所示实施例中，每个层叠块310、320每英寸层叠长度包括200个过滤板372，每个板厚0.005英寸并且具有0.864平方英寸的总开口面积。通过所示实施例，可以在约600psig的桶压力下实现72％的干燥物质含量。在连续
基础上，可以在100C
温度下使用600psig的内部力在过滤器模块300中榨出含有40g固体和60g水的100g生物质，从而获得含有39g悬浮固体和15g水的干燥生物质排出料(该液体/固体生物质的固体部分)。所获得的滤出物将含有95克水，该水将是相对清洁的并且只含有少量的(约1g)、具有与过滤通路360的孔大小相等的平均颗粒大小的悬浮固体。
[0073] 在图10的通用过滤板372的所示实施例中，过滤通路360呈被切割至一定深度的凹陷形式，该深度仅是过滤板的厚度的一个分数，以最小化该凹陷对该板的结构完整性的影响并尽可能防止该板在安装或操作过程中的
翘曲或弯折。优选地，该凹陷具有至多是板厚的1/3、更优选地板厚的1/5、最优选地至多板厚的1/10的深度。通过使用非常薄的过滤板和非常浅的凹陷，以此方式可以实现非常小的过滤器孔。例如，通过向过滤板372中切割具有0.05英寸宽度和0.001英寸深度的过滤通路360，可以实现仅0.00005平方英寸的孔大小。对于甚至更细的过滤，可以使用宽0.01英寸的过滤通路。可以例如通过
激光切割或
酸蚀刻来生产过滤通路360。在所示的示例性实施例中，过滤板372由316型不锈
钢制成，并且通路360是通
过酸蚀刻来切割的。常规
光刻工艺可以用于在过滤板372上限定有待切割的通路的形状和图案。
[0074] 由层叠的完全相同的桶板(可以被构造为过滤板)组装桶21的一部分的原理构造允许巨大的设计可变性并且甚至能够以如下方式改变挤压机的过滤或分离能力和行为：不仅通过改变单独分离模块200的过滤能力，而且通过经简单地将包括一个或多个过滤板的层叠块310、320替换为仅包括桶板而不包括过滤板的层叠块、或甚至整体实心构造的块来将分离模块200转换成桶模块12。在一个可能的实施例中，完整的桶使用分离模块构造而成，其中一些分离模块通过将层叠块310、320中的过滤板替换为桶板而已被转换成桶模块12，在另一个实施例中，每个分离模块包括固体过滤块和层叠过滤块，其中，固体块形成过滤器单元的上部过滤块并且这些层叠块形成下部过滤块。其中每个桶模块是根据本发明的分离模块的安排的一个显著优点是该桶的任何部分可以用作桶段或用作过滤器单元并且可以通过简单地更换过滤块而从一个部分转换成另一个部分而不需要拆解该桶。沿着该桶的这些过滤块中的每个过滤块可以是实心过滤块、或者具有特别选择的孔隙率的层叠块。
其中上部和下部过滤块均是没有任何过滤通路的实心块或层叠块的分离模块则充当普通桶模块12。而且，这样的安排的另一个优点是桶的任何部分阻塞(无论是否在分离/过滤区域)都可以通过简单地将堵塞的过滤块替换成清洁的类似过滤块和/或移除输送机螺杆周围的并且阻塞芯通路112的被
压实的固体来进行清理，而不需要拆解挤压机或移除输送机螺杆。
[0075] 总而言之，利用较高的压力能力，可以从固体中榨出更多的液体，或者对于相同的材料干燥度而言，每单位过滤面积可以实现更高的生产率。过滤品质(固体捕获率)可以根据板构型和厚度进行控制。过滤/压力等级/资本成本可以根据特定生物质的过滤要求进行优化。这些板构型可以安装在挤出机(单螺杆、双螺杆或三螺杆)中以获得高压力、高吞吐量、连续的分离。固体/流体分离模块可以在输送机螺杆本身之间和输送机螺杆与内边缘之间构造有足够紧密的间距以通过螺杆的擦拭动作和通过交叉轴向流型实现自清洁效果(对于双螺杆和三螺杆)。过滤面积取决于工艺要求而是灵活的，因为板组的长度可以针对具体的要求容易地进行定制。该模块可以用于在一个机器的一个或多个级中以顺流或逆流构型对固体进行洗涤，从而减少资本成本并降低能量要求。可以将液体滤出物的压力从
真空条件控制到甚至高于过滤块的内部压力(2,000至3,000psig)(如果需要的话)。这样对于液体流中的另外分离提供了大的工艺灵活性(例如，高压下的超临界CO2、用于在高压下洗涤的
氨水、或者在液体滤出物室中使用真空进行VOC和氨气的释放)。
[0076] 在所描述的示例性固体/流体分离装置中，在该分离装置内部输送材料的这些螺杆元件与该过滤块的内表面具有非常紧密的容差并且从过滤器表面上连续地刮除材料。在少量纤维被捕获在过滤器表面上的事件中，它们接着将被这些挤出机元件剪切成更小片并且最终随着液体流一起穿过该过滤器并且出去。壳体的高背压能力(高于过滤块的内部压力)可以用于在操作过程中当过滤器堵塞或
结垢时对过滤器进行反向冲洗，从而最小化停工时间。当然，可以通过仅拆解被填塞的过滤器单元300来移除不能通过反向冲洗清理的任何堵塞，而不需从分离设备20上移除整个分离模块200或移除挤出机螺杆。
[0077] 容易理解的是，根据本发明的固体/流体分离模块可以在许多不同的应用中用来分离固体/流体混合物中的固体/流体部分。
[0078] 已经制作并测试了不同的过滤器单元100。在一个实施例中，过滤器单元100包括用于分离细小固体的、具有0.00005平方英寸的孔大小的过滤器孔，具有5.7％的孔隙率并且具有2,500psig的抗压能力。在另一个实施例中，过滤器单元100包括具有0.005平方英寸的孔大小的过滤器孔并且具有20％的孔隙率以及5,000psig的抗压能力。在另外一个实施例中，过滤器单元100包括具有0.00005平方英寸的孔大小的过滤器孔并且具有11.4％的孔隙率。在又另一个实施例中，过滤器单元100包括具有0.005平方英寸的孔大小的过滤器孔并且具有20％的孔隙率。
[0079] 过滤板的总数可以非常依赖有待分离的固体/流体混合物的类型(例如，生物质)而变化并影响整体过滤面积。对于相同的液体分离条件而言，较小的孔隙需要更多的板/更大表面积。孔隙的大小控制了进入液体部分中的固体的量。每种固体/流体混合物可能需要一定的孔大小以实现最佳的固体捕获(在液体滤出物中的悬浮固体的量)。通过使用根据本发明的分离模块，固体/液体分离装置的孔隙率、孔大小、总过滤面积和压力能力可以在不拆解该装置或移除输送机螺杆的情况下变化和进行调整，从而使得可以‘在运行中’调整分离装置的分离特性。
[0080] 虽然已经通过某些实施例描述和展示了本披露，但还应当理解的是，所描述的系统、设备和方法不局限于这些具体实施例。而是，应当理解，作为已经在此描述和展示的这些特定实施例和特征的所有功能上或机械上的等效物的所有实施例都被包含在内。应当理解的是，虽然关于这些实施例中的一个或另一个描述了多种不同的特征，但这些不同特征和实施例可以与在此描述和展示的其他特征和实施例组合或联合使用。
