用于分离悬浮在流体中的颗粒的系统和方法 |
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申请号 | CN201880020438.2 | 申请日 | 2018-03-06 | 公开(公告)号 | CN110785238A | 公开(公告)日 | 2020-02-11 |
申请人 | 阿卡HD分离过滤系统有限公司; | 发明人 | S·迈德莫尼; | ||||
摘要 | 提供了系统和方法,用于从具有悬浮或溶解在其中的物质的颗粒且所述物质具有第一浓度的第一 流体 产生第二流体和分离流体产物的系统,所述第二流体具有低于第一浓度的第二浓度的所述物质,在所述分离流体产物中,所述物质的浓度大于第一流体中的浓度。该系统包括预处理模 块 ,用于处理第一流体以从物质产生聚集体,以及至少一个分离管道,其与预处理模块的出口流体连通,该管道具有至少一个隔间部分,隔间部分具有这样的设计以使聚集体沿着隔间部分的预定壁积聚,从而促进第二流体与分离流体产物之间的分离。 | ||||||
权利要求 | 1.用于从具有悬浮或溶解在其中的物质的颗粒且所述物质具有第一浓度的第一流体产生第二流体和分离流体产物的系统,所述第二流体具有低于所述第一浓度的第二浓度的所述物质,在所述分离流体产物中,所述物质的浓度大于所述第一流体中的浓度,该系统包括: |
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说明书全文 | 用于分离悬浮在流体中的颗粒的系统和方法技术领域[0001] 本发明公开的主题涉及以下领域:尤其使用分离管道分离悬浮或溶解在具有第一浓度的物质的流体中的物质的颗粒,以便从所述流体产生具有第二浓度的所述物质的流体,所述第二浓度低于第一浓度,以及分离流体产物,其中所述物质的浓度大于第一流体中的浓度。 背景技术[0002] WO2010/115025是涉及上述领域的出版物的一个实例,并且其公开了在微通道分离装置内分选血细胞,其中在这种分选之前对血液进行预处理。 [0003] 发明概述 [0004] 根据本发明公开的主题的一个方面,提供了一种系统,用于从具有悬浮或溶解在其中的物质的颗粒且所述物质具有第一浓度的第一流体产生第二流体和第三流体的系统,所述第二流体具有低于第一浓度的第二浓度的所述物质,所述第三流体具有高于第一浓度的第三浓度的所述物质。 [0005] 术语“第一流体”应理解为包括来自任何类型的源(例如城市污水,家庭污水,工业污水,城市废水,工业废水,地下水,海水及其任何组合)的任何类型的流体,其包含悬浮或溶解于其中的物质颗粒,其中所述物质具有第一浓度。所述浓度,即给定体积的所述流体中的物质的量,可以是所述第一流体的体积单位中物质的摩尔浓度、质量浓度或体积浓度。将所述第一流体引入本发明的系统中。 [0006] 如上文和下文所定义的术语“第二流体”应理解为涉及从本发明公开主题的系统中排出并且具有低于第一浓度的第二浓度的所述物质的任何流体。 [0008] 本发明公开的主题的系统包括:至少一个预处理模块,其配置用于预处理所述第一流体以从第一流体中的所述颗粒产生聚集体,从而产生预处理的流体,以及至少一个分离管道,其配置用于从所述预处理流体产生所述第二流体和所述分离流体产物,所述第二流体与第一流体相比具有较低浓度的所述物质,所述分离流体产物具有高于第一浓度的第三浓度的所述物质。 [0009] 所述至少一个预处理模块包括: [0010] o预处理入口,通过该预处理入口可以将第一流体引入所述模块中; [0011] o至少一个腔室,用于处理第一流体以从所述物质产生聚集体; [0012] o预处理出口,用于从所述模块输出包含所述聚集体的预处理流体。 [0013] 术语“聚集体”应理解为涉及由所述物质的颗粒的集合形成的簇、体或质量。 [0014] 这种聚集体可以通过任何聚集方法形成,导致所形成的聚集体将相对于第一流体中的颗粒的相应参数所具有的以下参数中的至少一个的增加:平均质量和尺寸。其中术语“尺寸”是指其中可以内切聚集体的代表性球形体积的直径。 [0016] 所述预处理模块可包括至少一个腔室,用于处理第一流体以产生具有聚集体的所述预处理流体。因此,在一些实施方案中,所述至少一个腔室可以进一步包括至少一个入口,通过所述入口引入至少一种能够由所述颗粒形成聚集体的预处理剂。在一些实施方案中,所述至少一种预处理剂选自至少一种凝结剂、至少一种絮凝剂、至少一种沉淀剂或其混合物。在其它实施例中,所述至少一个腔室还可包括用于由所述颗粒形成聚集体的装置,选自用于改变所述至少一个腔室中的所述第一流体的温度的装置,用于将所述第一流体暴露于辐射的装置(UV、IR、微波等等)的装置,用于将所述第一流体暴露于电的装置,用于将所述第一流体暴露于磁场的装置,用于将所述第一流体暴露于动能的装置,以及用于将所述第一流体暴露于声波的装置。 [0017] 典型的聚集剂,例如沉淀剂、凝结剂和絮凝剂的实例可见于:Coagulants and Flocculants:Theory&Practice(凝结剂和絮凝剂:理论与实践),1995年6月1日,作者:Yong H.Kim,The 2018-2023World Outlook for Organic Flocculants(2018-2023世界有机絮凝剂展望),2017年2月7日,Icon Group International;Polymer Flocculant:For Industrial Waste Water Treatment(聚合物絮凝剂:用于工业废水处理),2012年11月26日,作者:Mamta Saiyad;Flocculant:Webster's Timeline History,1961–2007(絮凝剂:韦伯斯特的时间线历史,1961年-2007年),2010年3月10日,由Icon Group International提供;絮凝剂,1991,作者:HU YONG YOU GAO BAO YU。Wastewater Treatment: Preparation&Characterization&Evaluation of Organic Flocculant(废水处理:有机絮凝剂的产生,表征和评价),2016年4月15日,作者:Amal Aly;Preliminary studies on the dewatering of coal-clay waste slurries using a flocculant(用絮凝剂对煤泥废浆进行脱水的初步研究),1982年1月1日作者:Jalna R.Zatko)。 [0018] 在一些实施方案中,其中所述物质颗粒溶解在所述第一流体中,预处理模块可以配置成通过沉淀所述溶解的颗粒然后聚集它们以形成所述聚集体来产生聚集体。在其他实施方案中,其中所述物质颗粒悬浮或分散在所述第一流体中,所述处理第一流体以在所述预处理模块中产生聚集体包括聚集它们以形成所述聚集体。 [0019] 在一些实施方案中,所述预处理模块可进一步包括至少一个过滤单元,所述过滤单元构造成在预处理流体从预处理模块流出之前从预处理流体中滤出预定尺寸或质量的颗粒。 [0020] 在进一步的实施方案中,所述预处理模块可进一步包括至少一个混合单元,其中所述第一流体与例如至少一种预处理剂混合。在一些实施方案中,所述至少一个混合单元可包括至少一个静态混合器。在其他实施方案中,所述至少一个混合单元包括至少一个混合管。 [0021] 所述当前公开的主题的系统的至少一个分离管道包括: [0022] o与所述预处理出口流体连通的管道入口,用于在其中接收所述预处理流体;和[0023] o至少一个隔间部分,至少部分地沿着限定流体流动方向的弯曲中心线延伸;所述隔间部分包括主通道和至少一个与主通道共同延伸的隔间通道;在垂直于所述中心线截取的隔间部分的横截面中,主通道具有至少四个通道壁,并且隔间通道从至少一个通道壁突出并且具有大致平行于以相同方式定向的主通道的相应的壁的隔间通道壁,所述横截面中的所述隔间通道的面积小于主通道的面积;隔间通道相对于主通道的几何形状和位置使得聚集体沿着隔间部分的预定壁积聚,从而促进所述第二流体与分离流体产物之间的分离,分离流体产物中的所述聚集体的浓度大于预处理流体中的聚集体浓度。 [0024] 根据本发明公开的主题的另一个方面,提供了一种由具有悬浮或溶解在其中的物质的颗粒且所述物质为第一浓度的第一流体产生第二流体和第三流体的方法,第二流体具有低于第一浓度的第二浓度的所述物质,所述第三流体为分离流体产物形式,具有高于第一浓度的第三浓度的所述物质,该方法包括: [0025] (a)提供具有适于接收和通过包括预定范围的尺寸、质量或内切体积的聚集体的流体以便从所述流体产生所述第二流体和分离流体产物的几何形状的分离管道,所述聚集体中物质的浓度大于所述预处理流体中的物质的浓度。 [0026] (b)在步骤(a)之前执行以下步骤: [0027] -通过预处理所述第一流体,从所述颗粒产生包含所述尺寸的聚集体的预处理流体; [0028] -将所述预处理流体馈入所述分离管道并使其沿分离管道通过,以便从所述预处理流体中产生所述第二流体和所述分离流体产物。 [0029] 当涉及产生包含来自第一流体的所述颗粒的聚集体的预处理流体的方法时,这种方法可包括能够聚集所述颗粒(无论是在第一流体中溶解的,分散的还是悬浮的)的任何类型的聚集过程,因此所产生的聚集体的尺寸、质量或内切体积将大于所述第一流体中所述颗粒的相应参数。此类方法可包括但不限于沉淀、凝结、絮凝及其任何组合。 [0030] 所述聚集方法可以通过使所述第一流体的所述颗粒与至少一种能够由所述颗粒形成聚集体的预处理剂反应来实现。在一些实施方案中,所述至少一种预处理剂可选自至少一种凝结剂、至少一种絮凝剂、至少一种沉淀剂或其混合物。可选地或另外地,所述聚集方法可以包括改变所述第一流体的温度(与进入所述预处理模块时的所述第一流体的温度相比加热或冷却),将所述第一流体暴露于辐射(UV、IR、微波等),用于将所述第一流体暴露于电的装置,用于将所述第一流体暴露于动能的装置,用于将所述第一流体暴露于磁场的装置,以及用于将所述第一流体暴露于声波的装置。 [0031] 在一些实施方案中,其中所述物质颗粒溶解在所述第一流体中,所述处理第一流体以在所述预处理模块中产生聚集体可包括沉淀所述溶解的颗粒,然后聚集它们以形成所述聚集体。在其他实施方案中,其中所述物质颗粒悬浮或分散在所述第一流体中,所述处理第一流体以在所述预处理模块中产生聚集体包括聚集它们以形成所述聚集体。 [0032] 在一些实施方案中,所述产生预处理流体的方法还可包括至少一个过滤步骤,其中在将所述预处理流体馈入到所述分离管道之前,过滤掉预定尺寸或质量的所述第一流体的颗粒。 [0033] 在进一步的实施方案中,所述产生预处理流体的方法还可包括至少一个混合步骤,其中所述第一流体与至少一种预处理剂混合。在一些实施方案中,所述混合步骤用至少一个静态混合器进行。在其他实施方案中,所述至少一个混合步骤用至少一个混合管进行。 [0035] 为了更好地理解本文公开的主题并举例说明如何在实践中实施,现在将参考附图仅通过非限制性实施例描述实施方案,其中: [0036] 图1是根据本发明公开主题的一个实施方案的分离系统的示意图; [0037] 图2是示意性地示出可以在图1的系统中使用的预处理模块的实施例的框图; [0038] 图3A是可以在图1的系统中使用的分离管道的主通道部分的一个实施例的示意图; [0039] 图3B是可以在图1的系统中使用的分离管道的隔间部分的一个实施例的示意图; [0040] 图3C是可以在图1的系统中使用的分离管道的分隔部分的一个实施例的示意图; [0041] 图3D是图3C中所示的分隔部分的示意性剖视图; [0042] 图4是表示可以设计图1所示的分离系统的方法的一个实施例的方框图; [0043] 图5A是可以在图1所示系统的分离管道中获得的颗粒/聚集体分布的示意图; [0044] 图5B是当引入图3B所示的隔间部分时流体流速变化的示意图;并且[0045] 图6是可以在图1的系统中使用的分离管道的主通道部分的另一个实施例的示意图。 [0046] 发明详述 [0047] 图1示出了根据本发明公开主题的一个实例的颗粒分离系统1,用于在其中接收进入的第一流体F1,其具有悬浮或溶解在其中的预先识别的物质颗粒,该物质具有第一浓度C1,并且根据所需的比率C2:C1的值,产生第二流体F2,第二流体F2具有实质上小于C1的上述物质的第二浓度C2。上述物质在本说明书和权利要求中称为“物质”或“颗粒物质”。 [0048] 如图1所示,系统1通常包括预处理模块10,用于执行第一流体F1的预处理,可操作以增加预先识别的颗粒的尺寸和/或将它们彼此结合,从而由至少一部分颗粒形成聚集体,并产生包含这些聚集体和可能的剩余颗粒的预处理流体F3,其具有颗粒物质的第三浓度C3,第三浓度C3等于或至少不超过第一浓度C1。 [0049] 系统1还包括分离模块,在该实施例中,分离模块是分离管道20的形式,其可操作以产生彼此分离的两种流体产物,一种是第二流体F2,如上所述具有基本上小于C3的浓度C2的颗粒物质,分离流体产物F4,其中颗粒物质的浓度高于C3。 [0050] 预处理模块包括: [0051] -至少一个第一入口11—用于接收需要预处理的第一流体F1。第一流体F1的预处理配置成将一些预定类型的颗粒转化为聚集体。 [0052] -至少一个腔室,其中进行所述预处理过程。预处理过程专门针对目标是在分离管道中进行分离的颗粒而设计。可以使用各种技术,但不限于:通过入口将至少一种聚集剂注入所述预处理模块的至少一个腔室中;将所述第一流体暴露于至少一种非试剂处理,例如在所述至少一个腔室中加热,冷却,辐射;混合;老化等等。在一些实施方案中,所述系统包括一个以上的预处理模块,所述预处理模块彼此并联或串联连接,从而能够执行重复的多个预处理过程。 [0053] -至少一个预处理出口21--将包含聚集体的预处理流体F3设置到下游模块。 [0054] 在图2中描绘了本主题的系统的实施方案,用于处理地表水F1。单元12-18描绘了预处理模块10,单元20描绘了分离管道20和分离方法。将浓度为C1的原水(地表水,第一流体)F1经由第一入口11注入到粗处理单元12(预处理模块10的第一单元)中。粗过滤单元12用于过滤掉F1流体的任何大的颗粒,在分离管道20之前要过滤掉的颗粒的尺寸由使用者预先确定。预处理模块10还可以包括静态混合单元14和16,凝结剂13可以注入其中(通过喷射器13'和/或13”),并且可以分别注入絮凝剂15(通过喷射器15'和/或15”和/或15”')。在所述粗过滤之后,流体分别通过12'和14'转移到静态混合器中。凝结剂和絮凝剂可以分别在所述静态混合器单元之前或之中注入所述过滤后流体中(虚线表示任选的注入入口)。在将过滤后的流体与所述试剂混合后,混合的流体可以通过16'转移到混合管17,之后混合的流体可以转移到接触时间罐18,在接触时间罐18中混合的流体进一步与注入其中的试剂反应以进一步聚集所述F1的颗粒。在单元20中描绘了分离管道。来自预处理模块10的预处理流体F3可以通过21注入分离管道20。在分离期间,产生至少两种流体: [0055] -具有浓度C2的第二流体F2,其可以通过至少一个主管道出口22引入第二流体罐;和 [0056] -分离流体产物F4,其可以排放到收集罐中或者可以再循环(例如通过引入另一个分离过程)。在一些实施方案中(例如当第一流体F1来自市政废水源,具有重污泥分离产物时),分离流体产物F4的进一步处理可以通过可包括澄清器单元的排水单元来进行(其中产生的污泥与流体通过重力分离),所述污泥可以分离到污泥罐中。 [0057] 转到图1,分离管道20具有对应于流动方向的中心线X,并且它可包括多个不同类型的管道部分(30,40,50),每个管道部分沿中心线X沿着管道长度的一部分延伸,用于控制通过管道的流体的参数,以便促进其中的颗粒物质的积聚和进一步聚集,以便从分离管道中提取作为分离流体产物F4的部分。取决于分离管道的一般几何形状,沿中心线X的管道部分的几何形状也可以变化,以及它们的数量、类型和顺序也可以变化。 [0058] 通常,根据本发明公开的主题,不同类型的管道部分沿分离管道的中心线X的不同区段延伸。这些类型的实施例在垂直于中心线X截取的横截面中具有共同的基本多边形形状并且在该形状的添加/变化的存在或不存的情况下有差异,可以至少如下:主通道类型30,具有规则的多边形横截面形状,隔间部分类型40,具有至少一个相对于正多边形形状的不规则性,以及分隔部分类型50,具有至少一个隔板,该隔板将通过该部分的流体流分隔成至少两个独立的流。通常,隔间部分类型40的管道部分(下文称为“隔间部分”)可以位于主通道类型30的管道部分的下游(下文中称为“主通道部分”),如果在它们之间没有隔间部分,则分隔部分(下文中称为“分隔部分”)50的部分可位于隔间部分40的下游或主通道部分 30的下游。 [0059] 这些部分的几何形状及其相对于彼此的布置可以根据需要配置,例如,诸如至少沿这些部分中的一些部分提供所需的流体层流。可以在相邻的管道部分之间提供过渡区域或部分,以允许流体从一个管道部分平稳地传递到另一个管道部分,以便保持具有预定义特征的连续流体流动。 [0060] 在所描述的图1的实施例中,分离管道20具有所有上述类型的管道部分,并且它们的实施例在以下附图中示出:图3A示出了主通道部分30的一个实施例,图3B示出了隔间部分40的一个实施例,并且图3C示出了分隔部分50的一个实施例。 [0061] 如图3A,3B和3C所示,三个隔间部分30,40和50之间的主要共同特征是它们都具有主通道,在图3A中标记为31,图3B标记为41,图3C标记为51,但其横截面积在这些部分之间变化,朝向分隔部分的端部减小。每个管道部分30,40,50的主通道在垂直于中心线X截取的管道部分的横截面中具有基本矩形形状,具有下壁32,42,52,上壁34,44 54,以及在它们之间延伸的两个侧壁,侧壁之间的尺寸基本上大于上壁和下壁之间的尺寸。特别地,前者和后者尺寸之间的比率可以是至少5:1,更特别地,至少10:1,并且还更特别地,至少15:1。由于在所描述的实施例中,管道部分是弯曲的,每个管道部分30,40,50的大致凸出的侧壁33,43,53构成其外侧壁,并且每个管道部分30,40,50的大致凹入的侧壁35,45,55构成其内壁。 [0062] 主通道部分30、隔间部分40和分隔部分50之间的主要区别在于,主通道部分30的主通道31占据其整个横截面区域,隔间部分40的主通道41与隔间通道48共享其横截面区域,隔间通道48具有基本上小于主通道41的横截面区域,并且分隔部分50的主通道51与分隔通道59共享其横截面区域,分隔通道的总横截面积基本上小于主通道51的横截面积。 [0063] 相同类型的管道部分可以具有不同的长度,并且它们的横截面几何形状可以根据它们沿中心线X的位置而不同。因此,虽然大致矩形横截面形状的主通道类型的任何部分看起来都与图3A所示的主通道部分30相似,具有相似主通道的隔间型部分和具有相似主通道的分隔型部分可以基本上彼此不同。 [0064] 在图3B所示的隔间部分40的实施例中,隔间通道48从主通道41的内通道壁45突出远离中心线X,并且它具有大致平行于以相同的方式定向的主通道41的相应壁的隔间壁46,47,42。即,隔间壁46,47,42与相应的通道壁44,45,42平行或重合。隔间通道48的面积小于主通道41的面积,并且其一些壁的长度是比主通道的相应壁短。其内壁和外壁之间的隔间通道的尺寸可以基本上大于其上壁和下壁之间的尺寸。特别地,前者和后者尺寸之比可以是至少5:1,更特别地,至少10:1,并且还更特别地,至少15:1。在单个隔间部分中可以存在多于一个隔间通道,并且每个隔间通道可以具有与图3B中所示的配置不同的配置。例如: [0065] -隔间通道可位于通道的上壁或下壁,基本上靠近内壁或外壁; [0066] -隔间通道可沿主通道的内壁或外壁位于不同的高度; [0067] -隔间通道的宽度或长度可以变化;并且 [0068] -隔间的壁数可以改变,例如,隔间通道在其横截面上可以具有阶梯形状。 [0069] 在图3D所示的具有主通道51的分隔部分50的实施例中,它还具有分隔壁53a,55a,分隔壁53a,55a在主通道51的上壁54和下壁52之间延伸并且比主通道51的中心线X更靠近内部壁55和外壁53,隔板55a的位置对应于隔间通道的位置。将管道通道分隔成分隔通道58和59,使得流体沿着主通道51并沿着分隔通道继续流动,同时防止积聚在靠近主通道内壁和/或外壁或者在隔间通道58内的颗粒返回到主通道51。将分隔壁定位在远离中心线X并且更靠近主通道或隔间通道的位置,允许在主通道内保留更多将变成第二流体的具有更低物质浓度的清洁流体。 [0070] 因此,如果沿着管道长度存在多于一个隔间通道,则隔间通道的数量、位置和尺寸可以变化,并且在整个管道中存在多于一个分隔部分的情况下,它们的分隔部的数量和位置可以变化,因此它们的分隔通道的尺寸可以变化。 [0071] 管道部分的不同之处不仅在于它们在垂直于中心线截取的横截面中的形状,而且在于沿着垂直于内管道壁和外管道壁的中心线截取的横截面的形状。另外或可替代地,它们也可以根据中心线的形状而不同,例如,它的曲率半径,和/或它们沿中心线的延伸。因此,在具有曲率半径R的管道或其部分中,不同的部分和不同的管道段可以具有不同的角跨度r。 [0072] 通常,根据本发明公开的主题的系统中的分离管道除了可能具有的任何管道部分之外还应包括以下内容: [0073] -管道入口21,构造成从其接收预处理流体F3; [0074] -主管道出口22,第二流体F2将从该主管道出口22排出;和 [0075] -一个或多个辅助管道出口O1,O2......至On,构造成从其中排出分离流体产物F4的全部或部分,其与预处理流体F3中的颗粒物质C4的浓度相比具有更高浓度的颗粒物质C4。 [0076] 可选地,主管道出口22可构造成从其中排出分离流体产物F4,而一个或多个辅助管道出口可构造成从中排出第二流体F2,例如,在分离流体产物是要求由进入的第一流体(例如贵金属、溶解液体的再循环)生产的主要产物的系统中。 [0077] 在图1所示的所述实施例中,分离管道20具有沿着中心线X连续布置的具有螺旋形状的多个管道部分的簇。每个簇包括上述每种类型的至少一个管道部分,所述管道部分占据螺旋的一圈的至少大部分,使得管道入口21与最上游的主通道部分30相关联,主管道出口22与最下游分隔部分50的主通道51相关联,第二流体F2将从该最下游分隔部分50的主通道51排出;辅助管道出口O1至On与每个簇的分隔部分50的分隔通道相关联,以便连续地从中排出分离流体产物F4的部分。 [0078] 通常,根据本发明公开的主题的系统可具有一个或多个预处理模块10和一个或多个分离管道20,并且至少取决于要进入系统的第一流体F1的预定参数(包括与其分离的物质)、离开系统的第二流体F2的所需参数,以及由所需的操作环境和工作标准决定的操作参数,应该将其设计成确保进入所述分离管道20或每个分离管道20的预处理流体F3(更具体地,其聚集体)的参数与该管道的几何形状相关,包括其管道部分的几何形状和用于分离流体产物F4的辅助出口的几何形状。 [0079] 以下是在设计系统时可以使用/考虑的参数的一些实施例。 [0080] ·当进入或沿着分离管道流动时预期流体流所具有的流体流参数,例如流速,粘度,速度,温度和压力。 [0081] 例如,根据本发明公开的主题的系统可以设计成使用以下流体进行操作:粘度范围为0.1至2000(cP),速度范围为0.5至10m/s,温度范围为0至100℃,压力范围为1至10米/单位,相对较高的流速至少为50升/小时,更特别是至少500升/小时,更特别是至少1000升/小时; [0082] ·悬浮/溶解在第一流体F1中的颗粒的参数和性质,例如,它们的尺寸和比重,它们的化学性质(有机或无机),流体源的性质(例如城市废水,地表水); [0083] ·第二流体F2内的颗粒物质的浓度C2与进入的第一流体F1内的物质的浓度C1之间的所需比率;例如,该比率可以在0.01至0.99的范围内,更具体地,在0.1至0.95的范围内; [0084] ·第二流体F2内的颗粒物质的浓度C2与预处理流体F3内的物质的浓度C3之间的所需比率;例如,该比率可以在0.01至0.99的范围内,更具体地,在0.1至0.95的范围内; [0085] ·分离流体产物F4中颗粒物质的浓度C4与进入的第一流体F1内物质的浓度C1之间的所需比率; [0086] ·预处理流体F3中的聚集体的参数相对于第一流体F1中的颗粒的参数。 [0087] 颗粒的比重可以高于携带它的流体的比重,然而,当它被一层空气包围时,空气对减少颗粒加上空气的总比重的影响可以是可观。 [0088] 预处理模块可以设计成在预处理流体F3中产生这样的聚集体,使得它们的最小/平均尺寸可以大很多倍,并且更具体地,比第一流体F1中的颗粒各自的最小/平均尺寸大一个数量级。例如,预处理流体F3中的颗粒的最小/平均尺寸与第一流体F1中的颗粒的最小/平均尺寸之间的比率可以在2和20之间,更特别是5和15之间,并且更特别地,在8和12之间;在一个具体的实施例中,后者的尺寸为1μm,前者的尺寸可以是10μm。 [0089] 转到图4,设计具有其预处理模块10和分离管道20的系统1的过程可以是递归的,即它可以包括重复预处理和分离管道的一些设计步骤。设计步骤可包括进行流体流动分析,颗粒/聚集体追踪,模拟和试错试验。例如,系统设计可以包括以下步骤的至少一部分: [0090] 步骤101-获得第一流体的初始参数,例如流速,速度,压力和化学限制,以及关于待分离物质的信息,所需分离以及第二流体的流速; [0091] 步骤102-如果需要,研究第一流体和物质的其他参数,并考虑至少一个预处理过程和可从中获得的聚集体的相应参数; [0092] 步骤103-表征能够产生所需流速的分离管道,其具有可能适合预处理流体和可在所述或每个所考虑的预处理过程中获得的聚集体的几何形状; [0093] 步骤104-如果存在预先设计的多个分离管道,则执行选择可适合现有分离管道的预处理过程的步骤104',否则,执行设计分离管道(单个管道或阵列)的步骤104”,用于产生所需的流体流动和物质分离参数; [0094] 步骤105-模拟系统,例如,所选管道内预处理流体的流动; [0095] 步骤106-在未达到所需分离速率的情况下或为了进一步优化系统以提高分离效率或流速,可重复或添加以下步骤106”: [0096] -通过改变其条件(例如预处理剂的比例,预处理单元)或步骤数来调整预处理过程,以扩大或聚集颗粒; [0097] -调整分离管道几何形状,包括其尺寸和布置以及其管道部分的几何形状; [0098] -并联和/或串联连接多个分离管道。 [0099] 如图1所示,回到分离管道20的螺旋特性,应该表明,通常,悬浮在这种螺旋管道中流动的流体中的颗粒已经受到惯性和向心力的作用。由于惯性动量,颗粒倾向于沿着管道的中心线保持它们的运动方向,并且由于向心力,它们将倾向于根据它们的重量在径向方向上分布。例如,重颗粒和大颗粒通常倾向于移动到弯曲管道的外壁附近,而轻颗粒和小颗粒通常会被流体推向内通道壁。 [0100] 图5A和5B示出了在分离管道内的这种变化的颗粒分布的实施例,该分离管道具有一个主要部分30、一个隔间部分40和一个上文相对于螺旋分离管道20所描述的类型的分隔部分50。图5B中的图形B示出了与沿着图形A所示的主通道部分相比最大速度位置朝向管道外壁沿着隔间部分的偏移。在这种管道中,在隔间部分40的下游设置分隔部分50,通过根据隔间通道中的颗粒分布设置的分隔通道58,59,能够使流体沿着主通道51并沿着分隔通道继续流动,同时防止靠近主通道51的内壁和/或外壁移动的颗粒返回到主通道51。将分隔壁定位成更远离中心线X并且更靠近主通道的位置,用于在主通道51内保持更大量的第二流体。 [0101] 关于沿着图5A中所示的螺旋管道流动的流体中的颗粒行为的上述解释完全适用于在这种管道中具有聚集体的预处理流体F3的行为,不同之处在于可以选择管道的几何形状,使得在倾向于沿管道的不同壁积聚时,聚集体的聚集过程可以继续,使得它们在沿管道行进期间的最小/平均尺寸将增加,直到它们在分离流体产物F4内被提取。积聚和提取聚集体的过程可沿管道重复多次。可以在多个位置提取相同类型的聚集体以及不同物质的颗粒,以捕获未在上游管道部分中捕获的那些聚集体。 [0102] 除了上述管道部分的结构之外,或者可选地,根据本发明公开的主题的管道在其至少一个区段中可以具有内壁和外壁,其中内壁和外壁中的至少一个在穿过中心线并横穿壁的区段的横截面中具有由相应的壁和中心线之间的变化的距离限定的轮廓。这些变化可有助于控制流体的速度和压力分布,保持通道内的层流特性,特别是积聚悬浮在其中的颗粒和聚集体。 [0103] 图6中示出了一个这样的区段的实施例,其中区段30'具有内和外管道壁35'和33',在其穿过中心线X'并横穿壁35'和33'的横截面中,具有由相应的壁和中心线X'之间的变化的距离限定的轮廓。更具体地,内壁35'和外壁33'中的每一个都具有波状形状。 [0104] 具有如上所述部分的多个颗粒分离管道可以并联,串联或组合使用,以产生具有用于分离系统的预定参数的第二流体。 [0105] 将多个分离管道并联连接到预处理模块的下游,允许以更高的流速产生第二流体。在这种平行管道系统中,每个管道的入口处的压力相似,并且流速被计算为管道内的流速之和。 [0106] 以连续串联形式连接多个分离管道,配置成将残余流体馈给到下一个分离系统,由于在主通道内流动的流体的连续分离,有助于产生更高的分离速率。在这种串联管道系统中,压力是连接管道内的压力之和,并且连续串联管道内的流速相似。 |