基于密度式分离器

本发明涉及一种基于密度式分离器以及用于分离包括在进料流体中的两种组分的方法。本发明还涉及用于盐和冰的这样的分离器和方法。

重力分离可以被认为是基于组分密度来分离组分的通用术语。许多大型工业(诸如油和水净化工业)使用基于重力的分离技术。重力分离可能特别适用于包含悬浮或分散在液体中的固体的流。固体颗粒通常下落通过液体，并通过沉降沉积在例如表面上。下落通过液体的过程也可以被称为沉淀。

大致可以区分两种重力分离器，即澄清器和浓缩器。重力分离器是被称为澄清器还是浓缩器取决于期望的产品流。如果期望从液体中去除固体并获得净化的液体，则将该系统视为澄清器。如果期望固体颗粒，则其通常是浓缩器。

在水净化系统中，通常使用澄清器来净化废水和污水。在本文中，待净化的水被供给到澄清器中，在澄清器中通过允许固体沉淀到澄清器的底部来去除固体污染物。然而，通常需要在水被引入澄清器之前将絮凝试剂添加到水中，以允许固体颗粒凝聚，从而可以更快且更稳定地沉淀。

增加澄清器的沉淀能力的一种方法是插入一堆管(即，管式沉淀器)或一堆板(即，片层式澄清器)。片层式澄清器的工作原理是具有为固体颗粒提供大的有效沉淀面积的一系列倾斜板。固体颗粒与板接触并下沉到澄清器的底部，在底部可以去除固体。

在US3615025中公开了管式沉淀器的示例，其中描述了一种用于从液体中去除夹带的固体的设备，该设备包括容器，该容器具有处于较低位置处的入口和处于较高位置处的出口，在该容器中定位有两个竖直间隔开的倾斜通道层。

另一示例可以在US3903000中找到，其描述了一种沉淀器，其中，在其上部处分离了颗粒固体物质和液体之后将水排出，而颗粒固体物质从沉淀器的底部排出。

US10918974公开了一种用于基于改变封闭容器的管腔内的流体流的方向以允许固体颗粒由于重力而下落到底部部分来从流体流中分离固体颗粒的设备。

然而，尽管这些系统可能仅适用于使颗粒上升或使颗粒下降(取决于颗粒与流体相比的相对密度)，但是这些系统不适用于包括在流体中的两种组分的独立分离。这些系统特别不适用同时且独立地分离包括在流体中的两种组分，其中，第一组分具有比流体低的密度，并且第二组分具有比流体高的密度。

包括需要分离的两种组分的流体的示例包括从共晶冷冻结晶器获得的液相盐/冰混合物，例如WO2013/051935中所描述的。常规地，这些混合物在容器中分离，从而允许冰漂浮在容器的顶部上，并允许盐下沉到底部(例如，参见Reddy等人的“研究共晶冷冻结晶过程中影响分离的因素(Investigating factors that affect separation in a eutecticfreeze crystallisation process)”，国际矿井水会议摘要(2009)，第649-655页)。替代地，可以使用柱式分离器，如在Van der Tempel的“共晶冷冻结晶:盐和冰的分离(EutecticFreeze Crystallization:Separation of Salt and Ice)”，硕士论文(2012年6月)，代尔夫特理工大学，第13页中所描述的。

与这些常规系统相关联的缺点是分离之后冰和盐晶体的纯度受限。在Reddy等人的上述出版物中，认识到了该问题并试图通过考虑分离容器中的搅动速率和沉淀/浮选时间来解决该问题。然而，仍然观察到相对低的纯度。此外，更长的沉淀/漂浮时间降低了吞吐量。另外，分离容器仅使得能够进行分批分离，而不能够进行连续操作。

因此，本发明的目的是提供另一种且优选改进的基于密度式分离器，该基于密度式分离器能至少部分地分离包括在进料流体中的第一组分和第二组分，其中，第一组分具有比流体低的密度，并且第二组分具有比流体高的密度，该基于密度式分离器不会或较少地受到上述缺点的影响。

本发明人惊奇地发现，在常规系统中，一种组分截留在另一组分中是由密度较小的组分上升和浓度过快而引起的。本发明人认识到需要考虑的一点是第一组分与第二组分之间的相互作用。沉淀的第二组分通过阻挡第一组分的路径以及通过当第一组分被第二组分撞击时在第一组分上产生向下的力来阻碍第一组分向上上升，且反之亦然。本发明人认识到，为了使该影响最小化，第一组分与第二组分之间的距离应当尽可能大，并且分离器中的沉淀距离应尽可能短。沉淀距离越短，第一组分与第二组分之间的碰撞次数越少，且分离越快。

本发明人进一步认识到需要考虑的另一点是第一组分颗粒之间的相互作用。在一定的浆料密度下，第一组分在溶液中形成松散的凝聚物，第二组分可以被捕获在该凝聚物之间。在临界浆料密度下，第二组分被截留在第一组分中。

本发明人进一步认识到要考虑的又一点是在分离时第一组分和第二组分在液体中的相对速度。例如，在水中，冰晶体具有的向上速度远高于盐晶体的向下速度。

本发明人惊奇地发现，通过考虑这些点可以实现本发明的上述目的。

图1示出了根据本发明的基于密度式分离器的优选实施方式的截面图。

图2示出了根据本发明的包括片层的基于密度式分离器的优选实施方式的截面图。

图3A至图3B是以侧视示出合适的片层的截面图以及顶部部分中的合适的管的截面图。

图4示出了根据本发明的基于密度式分离器的优选实施方式的截面图，其中，示出了顶部和中间湍流。

图5示出了根据本发明的基于密度式分离器的优选实施方式的截面图，其中，顶部倾斜下降表面和底部倾斜下降表面直接连接，并且其中，示出了流体致动器装置和流动扰动最小化器。

图6示出了替代实施方式的截面图，其中，角度α1大于α2。

图7示出了替代实施方式的截面图，其中，角度α1在特定范围内变化。

图8示意性地示出了根据本发明的基于密度式分离器中的第一组分和第二组分的分离的截面图。

图9示出了包括第一部分分隔器的优选实施方式的截面图。

图10从多个方面示出了包括第一部分和第二部分分隔器的优选实施方式的截面图。图11至图14提供了本实施方式的不同角度的额外的图示。

在第一方面中，如图1所示，本发明涉及一种基于密度式分离器(1)，用于至少部分地分离包括在进料流体中的第一组分和第二组分，其中，第一组分具有比流体低的密度，并且第二组分具有比流体高的密度，其中，分离器包括输出部分(5)和分离腔室，该分离腔室包括均彼此流体连接的顶部部分(3)、中间部分(2)和底部部分(4)，其中，在分离器的使用期间，顶部部分(3)位于中间部分(2)上方，并且底部部分(4)位于中间部分下方；其中

-中间部分(2)包括进料流体入口(21)；

-顶部部分(3)包括：顶部倾斜上升表面(31)，适于在分离器的使用期间将富含第一组分的上升流引导至输出部分；以及顶部倾斜下降表面(32)，适于在分离器的使用期间将富含第二组分的下降流引导至中间部分和/或底部部分，并且这些表面均是倾斜的，并且在分离器的使用期间，可以在这些表面之间设置反重力层流流动路径(301)；

-底部部分(4)包括：底部倾斜上升表面(41)，适于在分离器的使用期间将富含第一组分的上升流引导至顶部部分；以及底部倾斜下降表面(42)，适于在分离器的使用期间对富含第二组分的下降流进行引导，这些表面均是倾斜的，并且在使用期间，可以在这些表面之间设置重力层流流动路径(401)，并且其中，底部部分包括靠近底部部分的底部的第二组分出口(43)；并且

其中，输出部分(5)包括第一组分出口(51)，并且第一组分出口与顶部部分直接流体连接并位于顶部部分上方。倾斜表面的倾斜是与引力相关的。输出部分优选地适于设置相对于重力方向(gravitational pull)成角度α3的反重力层流流动路径(501)。

优选地，顶部倾斜上升表面(31)和顶部倾斜下降表面(32)均以角度α1倾斜，使得这些表面基本上平行。类似地，优选地，底部倾斜上升表面(41)和底部倾斜下降表面(42)均以角度α2倾斜，使得这些表面基本上平行。角度α1和α2相应地相对于重力方向倾斜。优选地，角度α3的倾斜度小于α1和α2。

“流体连接”在本文中用于至少以允许流体从一个(子)部分行进到另一(子)部分的方式连接的部分和子部分。“直接流体连接”在本文中用于彼此直接相邻并且因此直接彼此流体连接，而流体不必穿过其他部分的部分和子部分。

通过设置倾斜上升表面和下降表面(31、32、41、42)，在分离器中设置短的分离距离，其表示为上升表面与下降表面之间的竖直距离D。倾斜度越大(即，α1和/或α2越大)，分离距离就变得越短。这有利地使分离期间在第一组分与第二组分之间的碰撞更少，并且由于群效应使得分离速度增加。

本发明还可以通过考虑一种方法来进一步理解，在该方法中，基于密度的分离可以用于分离包括在进料流体中的第一组分和第二组分。可以理解，第一组分和/或第二组分通常彼此至少在发生分离的温度下不混溶并且与流体不混溶。更具体地，第一组分和或第二组分通常至少在发生分离的温度下是固体并且基本上不溶于流体中。因此，由于第一组分和/或第二组分可能不混溶或基本上不溶于流体中，所以这些组分可能基于其相对密度由于重力而分离。图8中示出了第一组分和第二组分的分离的示意性图示。在图8中，黑色实心圆表示第一组分，并且白色空心圆(具有黑色轮廓)表示第二组分。

如图8所示，该方法包括：以流体流入速率向进料流体入口(21)提供进料流体，并将进料流体引导至中间部分(2)中，其中，第一组分的至少一部分接触顶部倾斜上升表面(31)和/或底部倾斜上升表面(41)，使得富含第一组分的上升流被形成并引导至输出部分(5)。可以优选的是，顶部倾斜上升表面至少部分地向下延伸到中间部分中，和/或底部倾斜上升表面至少部分地向上延伸到中间部分中，使得顶部倾斜上升表面和底部倾斜上升表面直接连接。类似地，第二组分的至少一部分接触顶部倾斜下降表面(32)和/或底部倾斜下降表面(42)，使得富含第二组分的下降流被形成并引导至第二组分出口(43)。可以优选的是，顶部倾斜下降表面至少部分地向下延伸到中间部分中，和/或底部倾斜下降表面至少部分地向上延伸到中间部分中，使得顶部倾斜下降表面和底部倾斜下降表面直接连接。该方法还包括：将富含第一组分的上升流引导流出第一组分出口(51)以获得第一组分富集部分(first-component rich fraction)，和/或将富含第二组分的下降流引导流出第二组分出口(43)以获得第二组分富集部分。

进料流体被以流体流入速率提供通过进料流体入口(21)到分离器中。进料流体入口(21)的位置可以变化。例如，进料流体入口可以布置得更高或更低，只要在进料流体入口下方存在底部倾斜上升表面和底部倾斜下降表面即可。此外，进料流体入口可以被定位成使得进料流体基本上平行于顶部倾斜表面和底部倾斜表面的表面平面进入分离器。然而，入口也可以基本上垂直于该表面。可以理解，在本文中描述了部分、表面等的相对位置或地点。如图4中可见，中间部分(2)和进料流体入口(21)可以适于在使用期间提供湍流流动路径(201)。湍流流动路径(201)优选地基本上垂直于重力方向。因此，流体速率优选地使得在中间部分(2)中提供中间湍流(201)，因为这可以允许第一组分和或第二组分的均匀分布，并且可以粉碎可能存在于进料流体中的第一组分或第二组分的任何凝聚物。湍流流动路径(201)也可以是有利的，因为这通常允许第一组分和第二组分在中间部分上基本上均匀地分布。湍流流动路径是否是优选的可以取决于进料流体的稀释度。例如，如果进料流体非常稀释，则第一组分和第二组分通常已经非常好地分布在流体内。另一方面，如果进料流体是高度浓缩的，则湍流可能是优选的，以允许第一组分和/或第二组分的良好分布。

在进料流体已经进入分离器之后，由于这些组分之间的密度差异，第一组分倾向于上升到流体的顶表面，而第二组分倾向于下降到流体的底部。分离器适于至少部分地分离第一组分和第二组分的能力是相当独特的特性，这是因为常规分离器通常仅允许上升组分或下降组分的分离，而不是同时且独立地分离。分离流体中的多于一种组分，尤其是一个上升组分和一个下降组分的难度在于第一组分与第二组分之间存在相互作用。可以理解，分离器适用于满足密度要求的任何两种组分，例如主要包括水的流体中的冰和盐，或包括油的流体中的气泡和沙子。

通常，上升的第一组分可以通过例如物理地阻挡第二组分的方式或通过提供向上的力来阻碍下降的第二组分，且反之亦然。为了使该阻碍最小化，第一组分与第二组分之间的距离优选地尽可能大，而顶部倾斜上升表面与底部倾斜下降表面之间的距离(D)优选地尽可能小。距离(D)可以被认为是一条假想的竖直直线的长度，该竖直直线可以平行于重力方向从底部倾斜下降表面绘制到顶部倾斜上升表面。距离D越短，通常发生在第一组分与第二组分之间的碰撞越少，并且组分的分离可能越快。

在特定实施方式中，顶部部分、中间部分和/或底部部分是管状的，或者它们垂直于流动路径的截面形状是细长的(例如，椭圆形的，具有可选的直边缘)、矩形的或其他四边形的。截面形状的顶点可以被倒圆。管状形状通常是优选的，这是因为其倾向于允许空间的高效利用以及流过分离器的流体的均匀分布。该细长截面形状可以优选用于放大尺寸。更特别优选的是，分离腔室是管状的或四边形的。通常，但特别是对于四边形形状或其他细长的截面形状，通常至关重要的是进料流体入口(21)被调整成使得在使用期间流体基本上在分离器的整个宽度上或至少在中间部分(2)的基本上整个宽度上进入分离器。本文中的宽度用于表示截面形状的最长尺寸。例如，为了在分离器的宽度上提供流体，进料流体入口可以具有四边形形状，诸如矩形形状。进料流体入口还可以连接到一个或多个管道，流体通过该一个或多个管道流到进料流体入口。使用一个或多个管道可能是有益的，这是因为可以允许流体的均匀分布，并允许分离器更容易地集成在例如水净化系统中(见下文)。

为了使距离D最小化，存在多个选项可能是可行的。对于优选的管状分离腔室，第一选项是减小分离腔室的直径。类似地，对于优选的四边形形状，可以缩短一个或多个边缘。尽管这使得距离D减小，但是可能存在由于进料流体的可用内部体积有限而使诸如分离器堵塞并且特别是分离腔室堵塞的问题。应当尽可能避免造成堵塞。

替代地或另外地，顶部部分和/或底部部分可以包括片层(33、45)和/或一个或多个管(34)，以至少部分地提供倾斜表面(31、32、41、42)。这在图2中以片层示出。在图2中，进一步示出了如何提供片层减小距离D：由于可选地存在一个或多个片层而使得倾斜上升表面明显更接近倾斜下降表面。图3A示出了可能存在于顶部部分中的独立片层(33)如何能够包括顶部倾斜上升表面(31)和顶部倾斜下降表面(32)。

替代地或另外地，管(34)可以用于顶部部分和/或底部部分。图3B示出了顶部部分中的这样的管的截面图。在本文中，还示出了每个管可以独立地包括顶部倾斜上升表面(31)和顶部倾斜下降表面(32)。此外，管可以具有任何形状，但是为了好的填充效率以及使进料流体易于在管道上分布，六边形形状(例如，蜂窝结构)是优选的。通过插入片层和/或管，不仅减小了距离D，而且还相应地具有更多的倾斜表面，这些倾斜表面可以允许组分的高效分离。

替代地或另外地，可以修改倾斜度以减小距离D。例如，顶部倾斜上升表面、顶部倾斜下降表面、底部倾斜上升表面和/或底部倾斜下降表面可以相对于重力方向独立地倾斜至少5°，优选地介于10°与80°之间，更优选地介于30°与70°之间，最优选地介于40°与60°之间。具体地，对于基本上平行的上升表面和下降表面，可以调节α1和/或α2，以提供相对于重力方向的更大倾斜度。因此，角度α1和α2优选独立地为至少5°，优选地介于10°与80°之间，更优选地，其中，α介于30°与70°之间，最优选地，其中，α介于40°与60°之间。图6和图7示出了调节后角度的可能实施方式。图6示出了α1大于α2的情况。图7示出了α1在分离器上变化并且顶部部分中可能形成弯曲的情况。倾斜度可以有利地选择为尽可能大以允许短的距离D，但不能太大使得第一组分和/或第二组分的任何累积受限。

因此，通过优化分离器的角度和尺寸，组分的分离可以是高效的。确定底部部分和/或顶部部分的最佳长度时可以考虑的另一变量是第一组分和/或第二组分通过液体的相对速度。速度是可以确定沉淀时间的因素，并且因此确定良好分离所需的时间。

例如，上升的第一组分通过液体的速度可以比下降的第二组分更快。因此，下降的第二组分的速度是用于确定分离器的尺寸的一个因素。例如，可以使顶部部分中的流动最小化到这样的点，即这通常允许第一组分以与第二组分的下降速度相似的速度上升。

第一组分的至少一部分接触顶部倾斜上升表面(31)和/或底部倾斜上升表面(41)。通常，第一组分的多个颗粒存在于进料流体中。由于第一组分倾向于上升，因此大多数颗粒可以上升到顶部倾斜上升表面(31)。然而，第一组分中的一些可能被第二组分包裹和/或截留，或者可能向下移动以到达底部倾斜上升表面。替代地，第一组分中的一些还可能接触倾斜下降表面，然而这部分可能将是最小的，并且由于例如流体流动和/或重力，第一组分可以从下降表面释放并流到倾斜上升表面。在倾斜上升表面处，富含第一组分的上升流通常被形成并引导至输出部分(5)。

由于流的浓缩，通常会发生群效应(group effect)，本文中使用术语群效应来描述一组颗粒比单个颗粒移动得更快的现象。使用片层和/或管对于获得该群效应是特别有益的，这是因为存在更多的表面面积以及减小的距离D。

类似地，第二组分的至少一部分接触顶部倾斜下降表面(32)和/或底部倾斜下降表面(42)，使得富含第二组分的下降流被形成并引导至第二组分出口(43)。第二组分也可能发生群效应。还可能的是第二组分中的一些被第一组分包裹和/或捕获，使得第二组分中的一些流向上升表面。然而，由于分离器内的流动状态，这通常是有限的。

分离器中的流动状态至少要求在使用期间可以在顶部倾斜下降表面(32)与顶部倾斜上升表面(31)之间提供反重力层流流动路径(301)。类似地，在使用期间底部倾斜下降表面(42)与底部倾斜上升表面(41)之间可以提供重力层流流动路径(401)。这也在图1中示出。在使用期间需要层流流动路径(301、401)，因为层流允许第一组分和第二组分的分离。如果流动是湍流，则通常不会发生分离。因此，分离器的尺寸被选择为使得在使用期间可以提供层流流动路径(301、401)。获得层流流动路径还是湍流流动路径可以例如取决于进料流体流入速率。顶部部分和/或底部部分可以具有来自例如中间部分的残余湍流。只要在顶部部分和/或底部部分中存在具有层流流动路径的部分，这就不是有害的。此外，顶部部分和/或底部部分的长度也可以确定停留时间，较长的部分使得停留时间增加，并且因此使得分离发生的时间增加。然而，长度与停留时间之间的平衡通常是优选的。

进一步优化第一组分与第二组分分离的分离器的优选实施方式在图9中示出。在该优选实施方式中，分离腔室包括通常呈板的形式的第一部分分隔器(80)，第一部分分隔器将顶部部分(3)部分地分离成两个子部分：第二顶部子部分(030)和第一顶部子部分(031)。第一顶部子部分(031)包括顶部倾斜上升表面(31)和顶部倾斜下降表面(32)，而第二顶部子部分(030)包括第二顶部倾斜上升表面(312)和第二顶部斜下降表面(322)。第一部分分隔器还将底部部分(4)部分地分离成：第二底部子部分(040)，包括第二底部倾斜下降表面(422)和第二顶部倾斜上升表面(412)；以及第一底部子部分(041)，包括底部倾斜上升表面(41)和底部倾斜下降表面(42)。中间部分(2)在本文中与第一顶部子部分(031)和第一底部子部分(041)直接流体连接。

如图9所示，顶部倾斜上升表面(31)和底部倾斜上升表面(41)设置在第一部分分隔器的平面侧中一个平面侧的至少一部分上，而在其相对的平面侧上设置有第二顶部子部分(030)和第二底部倾斜下降表面(422)。因此，有利地，第一部分分隔器在分离腔室中物理地分隔流，这引起较少的扰动和组分的混合，以实现更好的分离。换句话说，在使用期间，在第一顶部子部分(031)中，沿顶部倾斜上升表面(31)的第一组分的上升流与沿第二顶部(322)下降的第二组分的下降流物理屏蔽。

此外，在如图9所示的优选实施方式中，分离腔室包括成角度α11的第一弯折部。在本文中，分离腔室中的弯折部被限定为在使用期间上升流和下降流的流动方向以角度α11水平翻动的点。因此，通过设置弯折部，腔室的顶部部分(3)包括另外的顶部倾斜上升表面(311)和另外的顶部倾斜下降表面(321)，它们优选地基本上彼此平行，但是分别在与顶部倾斜上升表面(31)和第二顶部倾斜下降表面(322)的方向水平相对(即，水平翻动)的方向上引导上升流和下降流。因此，第二顶部倾斜上升表面(312)和顶部倾斜下降表面(32)基本上终止于第一弯折部处并且从该弯折部向上移动，另外的顶部倾斜上升表面(311)和顶部倾斜下降表面(321)被设置为分别继续引导上升流和下降流。如图9所示，第一部分分隔器优选地延伸到顶部部分中的第一弯折部中或延伸超过该第一弯折部，使得由顶部倾斜表面(31)引导的上升流在不接触第二顶部倾斜上升表面(312)的情况下被引导到顶部部分(3)中，并且使得由另外的顶部倾斜下降表面(321)引导的下降流从顶部部分(3)被引导到第二顶部子部分(030)中，从而到第二顶部倾斜下降表面(322)上。

分离腔室中的弯折部和第一部分分隔器的组合有利地允许上升流暂时不受上升表面的引导，随后与另外的顶部倾斜上升表面碰撞。换句话说，上升流可以基本上在分离器中自由移动至少一定的时间，并且然后被下一个上升表面捕获。尽管上升表面的目的是将上升流平缓地引导到分离腔室的顶部，以避免在第一组分中包含第二组分，但是发现偶尔摇动上升流以使一些包括的第二组分松动是优选的。因此，这可以通过分离腔室中的弯折部和第一部分分隔器的组合来实现。

如图9所示，分离腔室中的弯折部和第一部分分隔器的组合原理可以扩展到另外的弯折部和部分分隔器。这样的特定实施方式在图10中示出。

图10示出了另一优选实施方式，其中，分离腔室除了第一部分分隔器(80)之外，还包括第二部分分隔器(81)。第二部分分隔器(81)进一步分隔底部部分，以提供第三底部子部分(042)。

在图10中所示的实施方式中，第一部分分隔器(80)部分地将顶部部分(3)分离成两个子部分：第二顶部子部分(030)和第一顶部子部分(031)。第一顶部子部分(031)包括顶部倾斜上升表面(31)和顶部倾斜下降表面(32)，而第二顶部子部分(030)包括第二顶部倾斜上升表面(312)和第二顶部斜下降表面(322)。第一部分分隔器延伸到底部部分中以将底部部分(4)部分地分离成包括两个第二底部倾斜下降表面(421、422)和两个第二底部倾斜上升表面(411、412)的第二底部子部分(040)以及包括两个底部倾斜上升表面(414、413)和第二底部倾斜下降表面(42)的第一底部子部分(041)。

如图10所示，第一部分分隔器优选地延伸到顶部部分中的第一弯折部中或延伸超过该第一弯折部，使得由顶部倾斜表面(31)引导的上升流在不接触第二顶部倾斜上升表面(312)的情况下被引导到顶部部分(3)中，并且使得由另外的顶部倾斜下降表面(321)引导的下降流从顶部部分(3)被引导到第二子部分(030)中以到第二顶部倾斜下降表面(322)上。

在图10所示的实施方式中，第二部分分隔器将第一底部子部分(041)与第三底部子部分(043)至少部分地分隔开。第三底部子部分通常包括第三底部倾斜下降表面(423)和底部倾斜上升表面(41)。

图10中所示的实施方式的分离腔室包括成角度α12的第二弯折部。上升表面31和312以及下降表面32和322从第二弯折部向上开始，而上升表面41、412和413以及下降表面42、422和423在第二弯折部附近终止。

如图10所示，第二部分分隔器优选地延伸到顶部部分中的第二弯折部中或延伸超过该第二弯折部，使得由底部倾斜表面(413)引导的上升流在不接触底部倾斜上升表面(41)的情况下被引导到第一顶部子部分(031)中，并且使得由顶部倾斜下降表面(32)引导的下降流从第一顶部子部分(031)被引导到第三底部子部分(043)中以到第三顶部倾斜下降表面(423)上。

图10进一步示出了分离器可以包括壳体(1001)以及在使用和/或储存期间固定和/或稳定分离器的装置，诸如挂钩(1000)。

图11至图14示出了如图10中所示的优选实施方式，并从多个角度详述该优选实施方式。该优选实施方式在图11以下前视图示出、在图12以前侧视图示出、在图13以包括额外的壳体的前侧视图示出。图14示出了视图的组合，A示出了分离器的前视图，B示出了俯视图，C示出了后侧视图，D示出了侧视图，E示出了前视图，并且F示出了另一侧视图。

具体地，图14A、图14D和图14F进一步示出了进料流体入口(21)可以被定位成使得其基本上平行于上升表面和下降表面的表面平面以及一个或多个部分分隔器。换句话说，进料流体入口可以布置成使得进料流体在从分离器的前部到后部的方向上进入分离器。

这些优选实施方式以及因此更一般地具有至少一个弯折部和至少一个部分分隔器的分离器通常允许上升流不受引导，或者换句话说，允许上升流在分离器中基本上自由移动至少一段时间。这通常被认为是有利的，因为其可以允许更多的第二组分从上升流中掉出。

另外，在未被引导之后，上升流可以撞击倾斜上升表面，该撞击通常为第二组分提供额外的能量，以从上升流释放。然后可以允许第二组分接触下降表面并被引导到第二组分出口。

这样的配置的另一优点是，用于布置分离器所需的地面是有限的。

一个或多个部分分隔器可以进一步有利地允许下降流与上升流至少部分地物理分离。这通常引起更少的扰动和组分的混合，从而引起更高效的分离。

可以理解，在多个弯折部处的多个另外的顶部倾斜上升和/或下降表面和/或底部上升和/或下降表面，以及延伸超过对应的弯折部(例如，第一部分分隔器延伸超过第一弯折部，第二部分分隔器延伸超过第二弯折部等)的部分分隔器可以在分离器中连续使用，以允许最大分离。

在使用期间，富含第一组分的流被引导至输出部分(5)。可以有利地调节输出部分(5)的竖直长度。原则上，输出部分的长度优选地尽可能长，因为这允许浓缩的第一组分部分累积在顶部处。然而，考虑到分离器的制造目的和体积，长度通常不应该太大。更高的浓度可能有利于进一步处理以获得第一组分。停留时间(即，进料流体在分离器中的时间)可以进一步延长以允许浓缩第一组分，增加的停留时间可以通过降低进料流体流入速率或调节分离器的尺寸来实现。此外，角度α3优选地比倾斜表面的倾斜度小。具体地，α3优选地比α1和α2倾斜度更小，这是因为更竖直的输出部分可能是有益的，这可以对第一组分进行均匀压实。

富含第一组分的上升流被引导流出第一组分出口以提供第一组分富集部分。第一组分可以例如是由于第一组分的溢流而被引导流出，或者可以优选地通过流体致动装置(7)被主动地引导流出。因此，优选的是，分离器在输出部分(5)中包括流体致动装置(7)，如图5所示。流体致动装置(7)可以例如是机械搅动器和/或螺杆，以在使用期间使富含第一组分的流离开第一组分出口(51)。可以将第一组分富集部分引导至诸如离心机的过滤设备以获得第一组分。

类似地，富含第二组分的下降流可以被引导流出第二组分出口(43)以提供第二组分富集部分。例如通过使用泵，可以激活提取。可以将第二组分富集部分引至过滤设备以获得第二组分。可以理解，任何其他手段也足以从富含部分获得第一组分和/或第二组分。

第一组分富集部分和/或第二组分富集部分通常是浆料。这是因为在部分中通常存在大部分固体(即，第一组分和/或第二组分)，并且流体通常被分离。

在第一组分和第二组分至少部分分离之后剩余的流体在本文中被称为母液(mother liquor)。该母液可以被引导通过母液出口(44)以提供母液流。优选地通过将该母液流供给到母液入口(52)和/或通过将母液流供给到进料流体入口(21)来回收该流。因此，优选该方法是连续方法。

这在图4中进一步可见，其中示出了基于密度式分离器的优选实施方式，并且还包括在输出部分(5)中位于输出部分的底部附近的母液入口(52)。本文中的附近用于描述母液入口通常被定位成使得第一组分有足够的空间在母液入口(52)上方浓缩并溢流到第一组分出口(51)中。该母液入口优选地适于在使用期间在输出部分的至少一部分中提供湍流(502)。湍流(502)可以有利地用于冲刷已经上升到输出部分的第一组分。然而，层流也可以足以用作用于第一组分的冲刷装置。层流还可以允许对上升的第一组分的最小扰动。母液入口可以有利地用于将母液流供给到分离器中，该分离器可以用于降低、停止和/或反转顶部部分中的流速。

进一步优选的可以是，底部部分(4)还包括布置在第二组分出口(43)上方的母液出口(44)，如图4和图5中所示。该出口优选地适于在使用期间提供层流，因为这通常防止第二组分通过母液出口离开分离器。母液出口(44)优选地连接到母液入口(52)，以提供回收流。这在例如一些第二组分通过母液出口离开的情况下可能是有益的，因为以此方式，第二组分被回收回到分离器中并且可以被进一步分离。

另外地或替代地，进料流体入口(21)可以包括如图5中可见的母液进料入口(22)，其中，母液出口(44)连接到母液进料入口(22)。可以被进给通过母液进料入口(22)的母液例如可以用于稀释进料流体。这种稀释可以例如有益于破碎第一组分和/或第二组分的任何凝聚物。或者一些第二组分可以存在于母液流中，并且将该母液流回收到分离器中可以进一步将第二组分与流体分离。

图5进一步示出了分离器可以包括位于中间部分(2)中的流动扰动最小化器(6)。流动扰动最小化器可以用于使层流流动路径(301、401)的扰动最小化，并且可以相应地允许分离不受阻碍或受到较少阻碍。扰动最小化器也可以有利地用于使例如接触或沉淀在倾斜下降表面上的组分的任何扰动最小化。对于分离器来说，包括用于增加分离器的容量的流动扰动最小化器可能是越来越有利的。流动扰动最小化器可以有助于进料流体在分离器的宽度上均匀地分布。取决于流体流入速率和分离器的容量，可以修改流动扰动最小化器的尺寸。当可选的流动扰动最小化器位于中间部分中时，流动扰动最小器可以延伸到顶部部分(3)和/或底部部分(4)中。该流动扰动最小化器可以例如包括板，该板布置在中间部分中，板的表面平面以一角度基本上面向进料流体入口并且其表面平面基本上平行于顶部倾斜下降表面。具有平面面向流体入口的表面的板可以通过在入口流与在板的另一侧流动的下降流之间提供物理屏障来减少可能由通过进料流体入口(21)的进料流体流产生的对下降流的流动扰动。通过布置板，使得其表面平面基本上平行于顶部倾斜下降表面，下降流基本上不会受到阻碍。然而，表面平面的任何其他角度也可能是可行的，只要下降和/或上升的第二和/或第一组分不受扰动即可。

可以通过诸如调节进料流体的入口的方法进一步或替代地使扰动最小化。这可以例如通过使用流体入口来实现，该流体入口包括入口管，该入口管垂直于延伸到中间部分中的倾斜下降表面的平面连接到中间部分。进一步优选的是，入口管以相对于倾斜下降表面的平面的角度β连接到中间部分，如图5所示，其中，β优选地小于90°，优选小于70°。通过调节角度β，可以减少顶部部分和/或底部部分中的层流流动路径的扰动。

在优选实施方式中，第一组分是冰，并且第二组分是盐，优选地，其中，流体是水。冰和盐通常均以固体形式作为晶体存在。因此，冰通常不会融化并且保持与水不混溶。另外，盐晶体不倾向于溶解在水中。冰和/或盐的晶体尺寸分布及它们在进料流体中的浓度和/或密度通常决定晶体之间的平均距离。该平均距离转而可以确定晶体之间的相互作用量，并且因此可以对分离和可能的凝聚产生影响。具体地，冰倾向于以松散的结构凝聚，该结构可能包裹盐颗粒。该包裹例如会在进料流体中的冰浓度和/或密度高于称为临界点的某一阈值时发生。因此优选的是，大部分或全部分离在达到该临界点之前就已经发生。与达到临界点相关联的时间可能取决于冰和盐通过流体的速度差，更具体地，上升冰的速度对于达到临界点所需的时间来说通常是最重要的。在相同的条件下，较小的速度差可能有利于良好的分离。

基于密度式分离器可以用于水净化系统中。具体地，将分离器用于共晶冷冻结晶(EFC)水净化系统中是优选的。共晶冷冻结晶水净化系统可以例如还包括EFC结晶器，在该EFC结晶器中例如冰和盐被形成并通过进料流体入口供给到分离器。在这样的EFC结晶器中的停留时间可以确定进料流体中的第一和/或第二组分的晶体尺寸分布和浓度和/或密度。

出于清楚和简洁描述的目的，本文中将特征描述为相同或单独的实施方式的一部分，然而，将理解，本发明的范围可以包括具有所描述的所有或一些特征的组合的实施方式。

本发明可以通过以下非限制性示例来进一步说明。

示例1

图4中所示的一种管状的基于密度式分离器采用以下参数制成。使用包括冰和盐的进料流体。

距离D——约14cm

顶部部分长度——约80cm

底部部分长度——约120cm

分离腔室的总体积——约15.7升

分离腔室的直径——约10cm

角度α1和α2——约45°

这些尺寸使得1升进料流体被包含在大约12cm长的分离器中。1l/min的进料流体流入速率等于大约7.6m/h的速度。

冰上升的速度被测量为约24m/h，其中，盐下降的速度被测量为约4.5m/h。