DE68916233T2

DE68916233T2 - Querstromfilteranordnung und verfahren zur herstellung.

Info

Publication number: DE68916233T2
Application number: DE68916233T
Authority: DE
Inventors: Robert Goldsmith
Original assignee: Ceramem Corp
Current assignee: Ceramem Corp
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1989-09-28
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2009-09-29
Also published as: EP0396684A1; WO1990003831A1; JPH03500386A; EP0396684A4; DE68916233D1; EP0396684B1; US5009781A

Description

Fachgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Querstromfilteranordnung zum Trennen eines Ausgangsmaterials in ein Filtrat und in einen Rückstand, und insbesondere auf eine solche Anordnung, die ein oder mehrere Filtratnetzwerke mit niedrigem Strömungswiderstand aufweist, welche eine verstärkte Filtratbeseitigung aus dem Inneren der Anordnung ermöglichen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich weiterhin auf eine verbesserte Membran, die eine solche Querstromfilteranordnung als Membranabstützung verwendet.

Hintergrund der Erfindung

Es gibt eine Vielzahl von Filteranordnungen, die ein Ausgangsmaterial in ein Filtrat und in einen zurückgehaltenen Schwebestoff, der zu groß ist, um die Porenstruktur des Filters zu passieren, trennen. Ein Durchflußfilter hält den Schwebestoff auf der Filteroberfläche oder im Filtergefüge zurück und läßt nur das Filtrat durch. Querstromfilter arbeiten mit einer Tangentialströmung über die Filteroberfläche, um den Schwebestoff, der nicht durch die Poren der Filteroberfläche hindurchgehen kann, zu entfernen. Querstromfilter sichern eine laufende Extraktion des Rückstandes oder des konzentrierten Schwebestoffes von einem Teil der Anordnung und eine laufende Extraktion des Filtrates vom anderen Teil. Wie aus dem Stand der Technik gut bekannt ist, wird die Filterkapazität von Querstromfiltern generell durch den Widerstand eines Filterkuchens begrenzt, der sich auf der Filteroberfläche aufbaut. Die Dicke und der entsprechende Widerstand dieses Kuchens ist von der Querstromgeschwindig keit abhängig. Diese Erscheinung der Kuchendicke, abhängig von der Konzentrationspolarisation des zurückgehaltenen Schwebestoffes, ist in der technischen Literatur ausführlich beschrieben.
Membrananordnungen verwenden eine semipermeable Membran, um das Filtrat, auch als Permeat bezeichnet, vom Rückstand trennen. Es gibt eine Vielzahl von Membrananordnungen, die Partikel, Kolloide, Makromoleküle und Moleküle mit geringem Molekulargewicht trennen und konzentrieren. Membranen erfordern generell eine mechanische Abstützung, die in die Membran integriert sein kann, wie z.B. bei selbstabstützenden asymmetrischen Membranen, oder die eine gesonderte Abstützung sein kann. Im letzteren Falle können die Membranen auf ein poröses Stützmaterial aufgetragen werden oder sie können einfach mechanisch von diesem Material abgestützt sein. Poröse Monolithen mit Mehrfachdurchgängen können als Membranabstützungen besonders nützlich sein.
Filteranordnungen des behandelten Typs sind in zahlreichen Patentbeschreibungen beschrieben, einschließlich der von Hover und Roberts in US-A-4,069,157, von Ellenburg in US-A-3,712,473, Hoover und Roberts in US-A-4,032,454 und Connelly in US-A- 4,222,874. Connelly zeigt die Verwendung von Radialfiltratkanälen, um den Widerstand der Radialströmung des Filtrates in einem Monolithen mit großem Durchmesser mit einem zentralen, in Längsrichtung verlaufenden Filtratkanal zu verringern. Solche Radialfiltratkanäle verlaufen durch das Material des Monolithen und schneiden keinen der longitudinalen Durchgänge. Diese Anordnung von Radialfiltratkanälen beinhaltet die physikalische Schwierigkeit, Monolithen mit hoher Packungsdichte zu verwenden und die Anordnungen von Connelly weisen Packungsdichten von unter 336 m&sub2; Zufuhrdurchgang/m&sub3; Monolithstruktur auf (100 Quadratfuß von Zufuhrdurchgangsfläche pro Kubikfuß der Monolithstruktur).
Der Anmelder dieses Patentes offenbart in US-A-4,781,831, veröffentlicht am 1.11.1988, mehrere Ausführungen von Monolith-Querstromfiltern mit einem Filtratnetzwerk, das wirksam den lästigen Widerstand gegenüber der Filtratströmung an den Durchgangswänden der Monolithen eliminiert. Diese Ausführungen sind alle durch den Transport des Filtrates zur Monolithstruktur und die Beseitigung entlang mindenstens einer Seite der Monolithstruktur gekennzeichnet.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Monolith-Querstromfilteranordnung zur Verfügung zu stellen, die leicht das Filtrat von einem der beiden Enden der Anordnung beseitigt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren für die Herstellung einer solchen monolithischen Querstromfilteranordnung zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Erfindung ergibt sich aus der Erkenntnis, daß eine wirklich wirksame Filtratbeseitigung für eine Querstromfilteranordnung oder eine Membrananordnung, die einen porösen Monolithen mit einer Anzahl von Durchgängen verwendet, durch den Aufbau eines Filtratnetzwerkes mit einer Anzahl von Filtratkammern erreicht werden kann, die auf die Monolithdurchgänge verteilt sind, um einen vorteilhaften Druckabfall von jeder Durchgangswand zu einer naheliegenden Kammer zu sichern. Das Netzwerk schließt dabei einen oder mehrere Filtratkanäle ein, die die Kammern mit einem oder mehreren Filtratkanälen verbinden, um das Filtrat durch eine oder beide Endflächen der Struktur zu einer Filtratsammelzone zu transportieren. Eine weitere Erkenntnis ist, daß ein konventioneller Monolith mit im wesentlichen gleichmäßig beabstandeten Durchgängen durch selektive Schließung der vorhandenen Durchgänge und Einrichtung von Kanälen von diesen geschlossenen Durchgängen leicht in eine solche Struktur umgewandelt werden kann, um eine Direktströmung zu einem Filtratkanal zu erreichen, der das Filtrat von einer Endfläche des Monolithen zu einer Filtratsammelzone entlädt.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Querstromfilteranordnung dar, die ein Ausgangsmaterial an einer Zufuhrendfläche entgegenniinint und das Ausgangsmaterial in Filtrat und Rückstand trennt. Die Anordnung schließt einen Monolithen aus porösem Material ein, der eine Anzahl von Durchgängen definiert, die sich longitudinal von der Zufuhrendfläche zu einer Rückstandsendfläche des Monolithen erstrecken, durch welchen das Ausgangsmaterial fließt, um Rückstand von der Anordnung auszuscheiden. Die Oberfläche der Durchgänge beträgt vorzugsweise mindestens 336 m&sub2;/m&sub3; des Monolithen (100 Quadratfuß pro Kubikfuß des Monolithen). Die Anordnung schließt weiterhin wenigstens ein Filtratnetzwerk ein mit einer Anzahl longitudinaler Filtratkammern, wenigsten einen Filtratkanal und wenigstens eine Filtratleitung ein. Der Filtratkanal durchschneidet die Filtratkammern und steht mit der Filtratleitung in Verbindung, um Filtrat von wenigstens einer Endfläche des Monolithen zu entladen. Die Filtratkammern sind unter den Durchgängen verteilt, so daß sie Strömungswege mit niedrigem Druckabfall für einen Filtratfluß durch das poröse Material von den Durchgängen zu nahegelegenen Filtratkammern bereitstellen.
In einer Ausführung ist der Filtratkanal ein in der Endfläche des Monolithen gebildeter Schlitz und an dieser Endfläche und an der äußeren Oberfläche des Monolithen geschlossen ist, um den Schlitz von dem Ausgangsmaterial und dem Rückstand zu isolieren. Alternativ ist der Filtratkanal ein in dem Monolithen gebildetes Loch, das an der äußeren Oberfläche des Monolithen geschlossen ist. Die Filtratkamrnern sind aus einer oder mehreren Reihen von Durchgängen gebildet, die sich über den Monolithen erstrecken und die paralllel zueinander verlaufen können. Die Filtratleitung kann eine einzelne, an einem Ende des Monolithen angeordnete Filtratleitung sein. Alternativ kann eine Filtratleitung an jeder Endfläche des Monolithen angeordnet sein. Der Monolith kann ein keramisches Material sein, ausgewählt aus den Materialien Cordierit, Aluminium, Mullitkieselerde, Zirkonium, Titan, Spinell, Siliziumkarbid oder Mischungen davon. Das poröse Material darf eine Porösität von etwa 20-60% und eine mittlere Porengröße von etwa 0,1 bis 50 µm besitzen. Für die Oberfläche der Durchgänge dürfen permselektive Membranen verwendet werden, die aus der Gruppe der Membranen gewählt sind, die für die Querstrom-Mikrofilterung, Ultrafiltration, die Umkehrosmose, Gastrennung oder die Pervaporation ausgewählt sind.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Filtratnetzwerkes in einem Monolithen aus porösem Material mit einer Anzahl von Durchgängen, die sich von einer stromaufwärts gelegenen Endfläche zu einer stromabwärts gelegenen Endfläche erstrecken. Das Verfahren schließt das Auswählen einer Anzahl von Durchgängen als Filtratkammer-Durchgänge ein, um die Filtratkammer-Durchgänge unter den nicht ausgewählten Durchgängen zu verteilen, um Strömungswege mit niedrigem Druckabfall von den nicht ausgewählten Durchgängen durch das poröse Material zu nahegelegenen Filtratkammer-Durchgängen bereitzustellen. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Einrichten wenigstens eines Filtratkanals, der die Filtratkammer-Durchgänge durchschneidet und das Bilden wenigstens einer longitudinalen Filtratleitung, um Filtrat von wenigstens einer Endfläche des Monolithen zu entladen, wobei die Filtratleitung mit dem Filtratkanal in Verbindung steht. Das Verfahren schließt weiterhin das Schließen der Filtratkammer-Durchgänge an den Endflächen des Monolithen ein, um einen direkten Durchgang von Flüssigkeit in die Filtratkammer-Durchgänge zu verhindern.
In einer Ausführung schließt das Auswählen das Bestimmen wenigstens einer Reihe von Durchgängen ein, die sich über den Monolithen als Filtratkammer-Durchgänge erstrecken. Das Einrichten des Filtratkanals schließt das Schneiden eines Schlitzes in wenigstens eine Endfläche des Monolithen, um diesen Filtratkanal zu formen, und das Schließen des Schlitzes an der Endfläche und der äußeren Oberfläche des Monolithen ein, um einen direkten Durchgang von Flüssigkeit in den Filtratkanal zu verhindern. In einer anderen Ausführung schließt das Einrichten des Filtratkanals das Bilden eines Loches durch den Monolithen, um diesen Filtratkanal einzurichten, und das Schließen des Loches an der äußeren Oberfläche des Monolithen ein, um einen direkten Durchgang der Flüssigkeit in den Filtratkanal zu verhindern. Eine Filtratleitung kann an jeder Endfläche des Monolithen eingerichtet werden und das Verfahren kann weiterhin das Schließen eines impermeablen Filtratextraktions-Kupplungsrohres mit der Filtratleitung beinhalten, um Filtrat zu einer Filtratsammelzone abzuleiten.

Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Andere Ziele, Merkmale und Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung und den beigefügten Zeichnungen erkennbar. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine schematische axonometrische Ansicht einer Querstromfilteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, gebildet aus einem konventionellen Monolithen;
Fig. 2 eine Endansicht der Querstromfilteranordnung von Fig. 1;
Fig.3 eine Schnittansicht der Querstromfilteranordnung entlang den Linien 1-1 von Fig. 1;
Fig.4 eine Schnittansicht der Querstromfilteranordnung entlang den Linien 2-2 von Fig. 1; und
Fig. 5 eine schematische axonometrische Ansicht einer noch anderen Querstromfilteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, gebildet aus einem konventionellen Monolithen.
Die vorliegende Erfindung kann durch eine Querstromfilteranordnung vollzogen werden, die aus einem Monolithen aus porösem Material mit einer Anzahl von Durchgängen gebildet wird und ein oder mehrere Filtratnetzwerke aufweist, die unter den Durchgängen des Monolithen verteilt und davon getrennt sind. Die sich ergebende Querstromfiltereinrichtung nimmt ein Ausgangsmaterial an einer Zufuhrendfläche entgegen und die Wände der Durchgänge leiten das Filtrat zu den Filtratnetzwerken, während die impermeablen Materialien als Rückstand von einer Rückstandsendfläche passieren. Die Filtratnetzwerke stellen Wege mit einem geringeren Strömungswiderstand als den der anderen Strömungswege durch das poröse Material dar und stellen einen direkten Weg für das Filtrat zur Verfügung, um aus dem Inneren der Querstromfilteranordnung durch ein oder mehrere impermeable Rohre, die mit einem oder beiden Endflächen der Querstromfilteranordnung in Verbindung stehen, zu einer Filtratsammelzone zu gelangen.
Eine Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung ist als eine Querstromfilteranordnung beschrieben, aus der Filtrat und Rückstand extrahiert werden. Es ist jedoch auch zu erkennen, daß sich die Erfindung auch auf einen porösen Monolithen bezieht, der als Abstützung für eine Membran dient, von der Permeat und Rückstand extrahiert werden. Der Ausdruck Querstromfilteranordnung bezeichnet hierin nachfolgend eine Abstützung einer Membran durch einen porösen Monolithen und der Ausdruck Filtrat bezeichnet das von einer Membran extrahierte Permeat. Solche Membranen können Trennbarrieren einschließen, die für die Querstrom-Mikrofilterung , Ultrafiltration, Umkehrosmose, Gastrennung und Pervaporation geeignet sind.
Die Querstromfilteranordnung 10 von Fig.1 ist ein zylindrischer Monolith mit einer Anzahl von Durchgängen mit longitudinalen Durchgängen, die einen quadratischen Querschnitt aufweisen. Die meisten der Durchgänge 12 sind an jeder Endfläche offen und bei Gebrauch tritt das Ausgangsmaterial 26 an der Zufuhrendfläche 14 in diese Durchgänge ein, strömt durch die Durchgänge 12 und tritt aus dem Monolithen 11 als Rückstand 28 an der Rückstandsendfläche 16 aus. Die Reihen der Durchgänge 18, 34, die sich über den Monolithen 11 erstrecken, sind an den beiden Endflächen geschlossen. Diese geschlossenen Durchgänge werden dadurch zu Filtratkammern 18, die Bestandteil des Filtratnetzwerkes 19 sind. Das Netzwerk 19 schließt ebenfalls Filtratkanäle 20 und eine Filtratleitung 32 ein. Die nicht longitudinal verlaufenden Filtratkanäle 20 durchschneiden die Filtratkammern 18. Der Filtratkanal 21, einer der Filtratkanäle 20, durchschneidet die Kammern 34. Diese Filtratkanäle können in einem konventionellen Monolithen durch Bohren von Löchern quer über den Monolithen durch die Filtratkammern gebildet werden. Alle Filtratkanäle 20 sind durch Stopfen 22 an der äußeren Oberfläche 24 des Monolithen 11 geschlossen, um sie von der Zone außerhalb des Monolithen 11 zu trennen. Die äußere Oberfläche des Monolithen 11 kann entweder als Teil der Filtratoberfläche verwendet werden oder sie kann selbst mit einer undurchlässigen Beschichtung geschlossen sein.
Die Querstromfilteranordnung enthält wenigstens eine longitudinale Filtratleitung 32 an einer oder beiden Endflächen 14, 16. Die Filtratleitung 32 kann im Monolithen während der Herstellung geformt werden, z.B. durch Extrudieren oder sie kann ein vergrößerter Durchgang sein, der sich von einer Endfläche zur entgegengesetzten Endfläche des Monolithen erstreckt. Die Filtratleitung 32 ist vorzugsweise größer als die anderen Durchgänge, um den Filtratdruckabfall zur Filtratbeseitigung zu minimieren und um weiterhin das Einsetzen eines undurchlässigen Filtratentladerohres 30 zu erleichtern. Alternativ kann die Filtratleitung 32 ein vergrößerter Durchgang sein, der durch Durchbohren eines konventionellen Monolithen von einem Ende zum anderen oder nur durch Bohren über eine kurze Entfernung in den Monolithen hinein gebildet wird. Im letzteren Falle werden die Durchgänge, die sich in die Filtratleitung 32 öffnen, zu Filtratkammern, wenn sie sich neben einem offenen Durchgang 12 befinden. Durchgänge, die sich in die Filtratleitung 32 öffnen, und sich nicht neben Durchgängen 12 befinden, werden zu nichtbenutzten Durchgängen.
Das Filtratentladerohr 30 kann aus dem gleichen Material wie der Monolith oder aus einem anderen Material hergestellt sein. Das Filtratentladerohr 30 wird verwendet, um das Filtrat 36 von dem Monolithen zu einer nicht gezeigten Filtratsammelzone abzuleiten. Die Filtratleitung und das darin befindliche geschlossene Filtratentladerohr kann an einer oder an beiden Endflächen des Monolithen einbezogen sein. Die Filtratentladerohre in beiden Endflächen werden verwendet, wenn es gewünscht wird, Mehrfachmonolithen zu verwenden, die die Strömung in eine einzelne Gehäusekonstruktion leiten und es ist erforderlich, die Filtratentladerohre zu verbinden, um eine Ableitung des Filtrates aus Monolithen zu ermöglichen, die nicht dicht an einer Endkappe des Gehäuses angeordnet sind. In diesem Falle verbinden Verbindungskupplungen nahegelegene Monolith-Filtratentladerohre, um eine leckfreie Ableitung des Filtrates zu einer Filtratsammelzone zu sichern.
Wenigstens ein Filtratkanal 20 schneidet sich mit der Filtratleitung 32. Dieses Schneiden erfolgt an einem Punkt in der Filtratleitung, der nicht durch das undurchlässige Filtratentladerohr versperrt ist. In Fig. 1 durchschneidet der Filtratkanal 21 die Filtratkammern 32, befindet sich auf einem Durchmesser des Monolithen 11 und ist senkrecht zu einer Anzahl der anderen Filtratkanäle 20 angeordnet, die er schneidet, wodurch alle Filtratkanäle 20 mit der Filtratleitung 32 verbunden werden.
Das Verschlußmaterial, das zum Schließen der Durchgänge an den Endflächen 14 und 16 des Monolithen verwendet wird, um Filtratkammern 18 zu bilden, die Filtratkanäle 22 an der äußeren Oberfläche 24 des Monolithen 11 zu verschließen und das Filtratentladerohr 30 zur Filtratleitung 32 hin zu verschließen, kann das gleiche oder ein anderes Material sein, als der Monolith selbst. Die Durchgänge an den Endf lächen 14 und 16 können leicht geschlossen werden, um nach dem Abdecken der Öffnungen der Durchgänge 12 und dem Auftragen des Verschlußmaterials Filtratkammern zu bilden.
Eine Endansicht der Querstromfilteranordnung 10 ist in Fig. 2 gezeigt. Die Filtratkammern 18 sind geschlossen und von den Durchgängen isoliert. Das Filtratentladerohr 30 ist zur Filtratleitung hin geschlossen. Wenigstens eine Reihe 34 der Filtratkammern befindet sich in Flucht mit der Filtratleitung 32 und daher auch mit dem Filtratentladerohr 30. Die Reihe 34 schneidet wiederum alle anderen Reihen der Filtratkammern 18 an den Verbindungen 37.
Eine Querschnittsansicht der Querstromfilteranordnung 10 entlang den Linien 1-1, die durch die Ebene des Filtratkanals 20 und der Stopfen 22 verlaufen, ist in Fig. 3 gezeigt. In dieser Ebene sind die Filtratkanäle 20 durch keine Durchgangswand versperrt und das Filtrat kann ungehindert im sich schneidenden Filtratkanalnetzwerk strömen. Wenigstens einer der Filtratkanäle 20, in der vorliegenden Konstruktion der Filtratkanal 21, schneidet die Filtratleitung 32. Diese Konstruktion ermöglicht eine vollständige Verbindung aller Filtratkanäle 20 mit der Filtratleitung 32 zu erreichen. Nicht gezeigt in Fig. 3 sind die offenen Enden der Filtratkammern 18, die sich in die Filtratkanäle öffnen.
Eine Querschnittsansicht der Querstromfilteranordnung 10 entlang der Linie 2-2, die nicht in der Ebene der Filtratkanäle liegt, ist in Fig. 4 gezeigt. Bei dieser Querschnittsansicht sind alle Durchgänge 12 und Filtratkanäle 18 offen und voneinander nicht unterscheidbar. Die Filtratkammern 18, 34 sind in einer Phantomansicht lediglich zu Erläuterungszwecken gezeigt, um ihre Lage in dieser Ansicht aufzuzeigen.
Bei Betrieb strömt, unter Bezugnahme auf Fig. 1, das Filtrat von einem der Durchgänge 12 durch die Durchgangswände, bis sie an einer der longitudinalen Filtratkammern 18 ankommt. Weil sich die Filtratkammern im wesentlichen über die volle Länge der Querstromfilteranordnung erstrecken, ist eine kurze Weglänge für die Filtratströmung durch die Durchgangswände zu einer Filtratkammer für das Filtrat von allen Durchgängen gesichert. Nach dem Erreichen einer Filtratkammer strömt das Filtrat longitudinal zu einem Filtratkanal. Der Filtratkanal durchschneidet nur Filtratkammern, jedoch keine Zufuhrdurchgänge und der Filtratkanal befördert die Filtratströmung primär in einer nicht longitudinalen Richtung. Die Querstromfilteranordnung von Fig. 1 enthält eine Anzahl von Filtratkammerreihen, wobei jede Reihe von einem Filtratkanal durchschnitten wird. Der Filtratkanal steht wiederum mit einer Filtratleitung in Verbindung.
Diese Kombination von Reihen der Filtratkammern, wobei jede Reihe von einem Filtratkanal durchschnitten wird und jeder Filtratkanal mit wenigstens einer Filtratleitung in Verbindung steht, gestattet einen kurze Strömungsweglänge für die Filtratströmung von jedem Durchgang durch die Durchgangswände zur äußeren Filtratsammelzone. Der Filtratströmungsweg wird durch eine Anzahl von longitudinalen Filtratkammern gebildet, die von wenigstrens einem, im wesentlichen nicht longitudinalen Filtratkanal durchschnitten werden, der mit wenigstens einer longituddinalen Filtratleitung in Verbindung steht. Diese Kombination bildet ein Filtratnetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Anordnung 20 in Fig. 5 ist eine andere Ausführung einer Querstromfilteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer anderen Gestaltung der Filtratkanäle. Das Netzwerk 19a wird durch Filtratkammern 18a, Kanäle 20a und die Leitung 32a errichtet, die zwischen den Durchgängen 12a gebildet sind. Bei dieser Ausführung sind die Filtratkanäle Schlitze 50 in wenigstens einer Endfläche des Monolithen. Diese Schlitze sind durch Stopf en 52 an der Endfläche 14a und an der Hülse 24a des Monolithen 11a geschlossen. Die Durchgänge, die sich in die Schlitze 50 öffnen, sind an der gegenüberliegenden Endfläche des Monolithen 16 geschlossen, um Filtratkammern zu bilden. Wenigstens ein Filtratkanal 21a steht mit der Filtratleitung 32a in Verbindung. Eine Querschnittsansicht des Monolithen 11a an der Endfläche 14 entspricht der Darstellung in Fig. 2; eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 entspricht der Ansicht in Fig. 3; und eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 entspricht der Ansicht von Fig.4. Die Schlitze 50 im Ende des Monolithen können z.B. durch Sägen oder spanende Bearbeitung erzeugt werden. An beiden Enden des Monolithen können Schlitze gebildet und Filtratkanäle erzeugt werden.
Die Querstromfilteranordnung 10 oder 20 kann aus einer Vielzahl von porösen Materialien hergestellt werden, wie z.B. Keramik, Plaste, oder harzimprägnierte Feststoffe, wie z.B. Sand. Unter den Keramikwerkstoffen ist es vorteilhaft Cordierit, Aluminium, Mullit, Silizium, Zirkonium, Titan, Siliziumkarbid, Spinell oder Mischungen davon zu verwenden. Die zulässigen Porösitäten des Materials reichen von 20 bis 60 %, vorzugsweise größer als 30 %. Die mittlere Porengröße, die über einen weiten Bereich wählbar ist, beträgt typischerweise etwa 0,1 bis 50 µm und liegt vorzugsweise im Bereich von etwa 2 bis 25 µm.
Während für die vorher angeführten Beispiele eine quadratische Anordnung quadratischer Durchgänge verwendet wurde, können jedoch auch andere Durchgangsformen, wie z.B. runde oder dreieckige und andere Anordnungen, wie z,B. hexagonal beabstandete, verwendet werden. Weiterhin sind in den vorher angeführten Beispielen im wesentlichen parallele Filtratkanäle beschrieben. Es können jedoch auch andere Filtratkanalkonfigurationen, wie z.B. auf den Radius eines zylindrischen Monolithen ausgerichtete, verwendet werden. Darüberhinaus kann eine Anzahl von unabhängigen Netzwerken in einem Monolithen eingerichtet sein.
Obwohl die spezifischen Merkmale der Erfindung nur in einigen Zeichnungen und nicht in anderer Weise aufgezeigt sind, ist das nur aus Bequemlichkeitsgründen geschehen. Jedes Merkmal kann auch mit irgendeinem oder mit allen anderen Merkmalen gemäß der Erfindung kombiniert sein.
Andere Ausführungen sind für Fachleute auf diesem Gebiet erkennbar und sind in die folgenden Ansprüche einbezogen.

Claims

1. Querstromfilteranordnung (10) zum Entgegennehmen von Ausgangsmaterial (26) an einer Zufuhrendfläche (14) und zum Trennen des Ausgangsmaterials in Filtrat (36) und Rückstand (28), mit:

einem Monolithen (11) aus porösem Material, der eine Anzahl von Durchgängen (12) definiert, die sich longitudinal von der Zufuhrendfläche (14) zu einer Rückstandsendfläche (16) des Monolithen erstrecken, durch welchen das Ausgangsmaterial fließt, um Rückstand von der Anordnung auszuscheiden;

wenigstens einem Filtratnetzwerk, das eine Anzahl longitudinaler Filtratkammern (18), wenigstens einen Filtratkanal (20) und wenigstens eine longitudinale Filtratleitung (32) aufweist, wobei der Filtratkanal die Filtratkammern durchschneidet und mit der Filtratleitung in Verbindung steht, um Filtrat von den Filtratkammern durch die Filtratleitung von wenigstens einer Endfläche des Monolithen zu entladen und

wobei die Filtratkammern aus ausgewählten Durchgängen gebildet sind, von beiden Endflächen des Monolithen isoliert sind und unter den nicht ausgewählten Durchgängen verteilt sind, so daß sie Strömungswege mit niedrigem Druckabfall für einen Filtratfluß durch das poröse Material von den nicht ausgewählten Durchgängen zu nahegelegenen Filtratkammern bereitstellen.

2. Querstromfilteranordnung nach Anspruch 1, in der der Filtratkanal (20) ein in einer Endfläche des Monolithen (11) gebildeter Schlitz ist und an dieser Endfläche und an der äußeren Oberfläche des Monolithen geschlossen ist, um den Schlitz von dem Ausgangsmaterial (26) und dem Rückstand (28) zu isolieren.

3. Querstromfilteranordnung nach Anspruch 1, in der der Filtratkanal (20) ein in dem Monolithen (11) gebildetes Loch ist und an der äußeren Oberfläche des Monolithen geschlossen ist.

4. Querstromfilteranordnung nach Anspruch 1, in der die Filtratkammern (18) aus wenigstens einer Reihe von Durchgängen (12), die sich über den Monolithen (11) erstreckt, gebildet sind.

5. Querstromfilteranordnung nach Anspruch 1, in der die Filtratkammern (18) aus einer Anzahl paralleler Reihen von Durchgängen (12) gebildet sind.

6. Querstromfilteranordnung nach Anspruch 1, in der das poröse Material des Monolithen (11) ein keramisches Material ist.

7. Querstromfilteranordnung nach Anspruch 1, welche ferner eine an den Oberflächen der Durchgänge (12) angebrachte semipermeable Membran aufweist.

8. Querstromfilteranordnung nach Anspruch 1, wobei jede Filtratkammer (18) durch das poröse Material definiert ist und Filtrat (36) im wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge durch das poröse Material erhält.

9. Querstromfilteranordnung nach Anspruch 8, wobei das poröse Material ferner den Filtratkanal (20) und die Filtratleitung (32) definiert.

10. Verfahren zum Herstellen eines Filtratnetzwerks in einem Monolithen (11) aus porösem Material mit einer Anzahl von Durchgängen (12), die sich von einer stromaufwärts gelegenen Endfläche (14) zu einer stromabwärts gelegenen Endfläche (16) des Monolithen erstrecken, mit:

Auswählen einer Anzahl von Durchgängen als Filtratkammer (18)-Durchgänge, um die Filtratkammer-Durchgänge unter den nicht ausgewählten Durchgängen zu verteilen, um Strömungswege mit niedrigem Druckabfall von den nicht ausgewählten Durchgängen durch das poröse Material zu nahegelegenen Filtratkammer-Durchgängen bereitzustellen, wobei die Oberfläche der nicht ausgewählten Durchgänge wenigstens 336 m&sub2;/m&sub3; des Monolithen ist (100 Quadratfuß pro Kubikfuß des Monolithen);

Einrichten wenigstens eines Filtratkanals (20), der die Filtratkammer-Durchgänge durchschneidet;

Bilden wenigstens einer longitudinalen Filtratleitung (32), um Filtrat von wenigstens einer Endfläche des Monolithen zu entladen, wobei die Filtratleitung mit dem Filtratkanal in Verbindung steht; und

Schließen der Filtratkammer-Durchgänge an den Endflächen des Monolithen, um einen direkten Durchgang von Flüssigkeit in die Filtratkammer-Durchgänge zu verhindern.

11. Verfahren nach Anspruch 10, in dem eine semipermeable Meinbran an den Oberflächen der Durchgänge (12) angebracht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, in dem das Auswählen das Bestimmen wenigstens einer Reihe von Durchgängen (12), die sich über den Monolithen (11) erstrecken, als die Filtratkammer-Durchgänge (18) einschließt.

13. Verfahren nach Anspruch 10, in dem das Einrichten des Filtratkanals (20) das Schneiden eines Schlitzes in wenigstens eine Endfläche des Monolithen (11), um diesen Filtratkanal zu formen, und das Schließen des Schlitzes an der Endfläche und der äußeren Oberfläche des Monolithen, um einen direkten Durchgang von Flüssigkeit in das Filtrat zu verhindern, einschließt.

14. Verfahren nach Anspruch 10, in dem das Einrichten des Filtratkanals (20) das Bilden eines Loches durch den Monolithen (11), um diesen Filtratkanal einzurichten, und das Schließen des Loches an der äußeren Oberfläche des Monolithen, um einen direkten Durchgang von Flüssigkeit in den Filtratkanal zu verhindern, einschließt.