СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ФИЛЬТРУЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА НА ФИЛЬТР ВО ВРЕМЯ ФИЛЬТРАЦИИ
METHOD AND DEVICE FOR FEEDING AUXILIARY FILTERING SUBSTANCE IN FILTER DURING FILTRATION

Изобретение относится к области фильтрования, точнее к способам и устройствам фильтрации жидкостей с применением намывных фильтров, в которых для обеспечения устойчивой фильтрации жидкостей от взвешенных частиц вспомогательное фильтрующее вещество подают непрерывно в течение всего процесса фильтрации.
Известно, что непрерывное введение вспомогательного фильтрующего вещества (подпитка) позволяет в процессе фильтрации создавать проницаемый слой для увеличения продолжительности процесса фильтрации. Известно, что в качестве вспомогательных фильтрующих веществ используют такие вещества, как диатомит и перлит, которые обладают абразивным действием, поэтому оборудование, осуществляющие подпитку в процессе фильтрации, подвергается этому действию, что приводит к износу всей проточной части оборудования.
В качестве оборудования, осуществляющего подпитку в процессе фильтрации, используют различные типы насосов (лопастные, поршневые, плунжерные, мембранные). Следует отметить, что лопастные насосы не обеспечивают равномерную подачу вспомогательного фильтрующего вещества, так как в процессе фильтрации из-за накопления осадка возрастает давление перед фильтром. Кроме того, перекачивание суспензии вспомогательного фильтрующего вещества проводит к абразивному износу проточной части лопастных насосов, прежде всего, рабочего колеса.
Другие типы насосов (плунжерные, поршневые, мембранные), имеющие всасывающие и нагнетательные клапаны, также подвержены быстрому износу, в особенности золотники и седла клапанов, что также приводит к неравномерной подаче вспомогательного фильтрующего вещества, так как с увеличением давления перед фильтром увеличивается неконтролируемая утечка суспензии вспомогательного фильтрующего вещества через изношенный клапан.
Известны способ и устройство по патенту США №6555014, МПК B01D 37/02, основанному на заявке Германии №19753717 с приоритетом от 4 декабря 1997 года.
Известное устройство состоит из контейнера с вспомогательным фильтрующим веществом, червячного конвейера, оборудования для его управления, емкости для перемешивания вспомогательного фильтрующего вещества с нефильтрованной жидкостью, насосов для инжектирования полученной суспензии во всасывающую линию насосов, подающих нефильтрованную жидкость на фильтр.
В известном способе фильтрование жидкости осуществляют в аппарате емкостью, в которой находится ускоритель этого процесса. Устройство подачи отбирает ускоритель из емкости и направляет его в дозатор, который подает ускоритель в промежуточный резервуар для последующего впрыска в фильтр.
Недостаткам известных способа и устройства является ввод суспензии подачи вспомогательного фильтровального вещества во всасывающие линии/штуцера насосов, что приводит к абразивному износу проточной части: рабочих колес в случае использования центробежных насосов, клапанов и уплотнений в случае применения поршневых и плунжерных насосов. Абразивный износ проточной части насосов приводит к изменению расходных характеристик насосов и, как следствие, к ухудшению метрологических характеристик процесса дозирования суспензии вспомогательного фильтровального вещества.
Наиболее близкими аналогами заявляемых в качестве изобретения технических решений являются решения, описанные в заявке Российской Федерации №2002117281 на изобретение: "Способ и устройство для подачи фильтрующих средств и вспомогательных материалов во время фильтрации", МПК B01D 37/02, B01D 37/04, дата публикации заявки в России 10 января 2004 года, основанной на европейской заявке ЕР 00/12879 (приоритетный документ Германии №1063421 от 28 декабря 1999 года).
Известный способ основан на дозированном непрерывном отборе вспомогательного фильтрующего вещества из емкости для суспензии с последующим непрерывным вводом дозированного количества вспомогательного фильтрующего вещества в поток нефильтрованного раствора.
Известное устройство для подачи вспомогательного фильтрующего вещества во время фильтрации содержит фильтр, емкость с суспензией вспомогательного фильтрующего вещества, трубопровод подачи суспензии вспомогательного фильтрующего вещества, трубопровод подачи нефильтрованного раствора, нагнетатель суспензии вспомогательного фильтрующего вещества, выполненный в виде насоса, и регулирующий вентиль для подачи вспомогательного фильтрующего вещества.
Описанные выше технические решения не обеспечивают продолжительной и надежной работы, так как суспензия, непрерывно поступающая в нагнетатель суспензии вспомогательного фильтрующего вещества, приводит к абразивному износу проточной части нагнетателя суспензии вспомогательного фильтрующего вещества, выполненного в виде насоса.
Кроме того, в процессе фильтрации по мере накопления слоя осадка увеличивается его гидравлическое сопротивление, что требует увеличения расхода вспомогательного фильтрующего вещества, а это приводит к увеличению твердой фазы в потоке, поступающем в нагнетатель суспензии вспомогательного фильтрующего вещества и, соответственно, к большему его износу, что также снижает продолжительность и надежность работы.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание способа и устройства для подачи вспомогательного фильтрующего вещества на фильтр во время фильтрации, обеспечивающих продолжительную и надежную работу.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения является увеличение продолжительности фильтрации растворов и улучшение удерживающей способности фильтра к механическим примесям при сохранении низкого сопротивления потоку нефильтрованного раствора.
Согласно изобретению в способе подачи вспомогательного фильтрующего вещества на фильтр во время фильтрации, основанном на дозированном непрерывном отборе суспензии вспомогательного фильтрующего вещества с последующим непрерывным вводом отобранной суспензии вспомогательного фильтрующего вещества в поток не фильтрованного раствора, для достижения указанного технического результата осуществляют непрерывный отбор части нефильтрованного раствора из основного потока, направляемого на фильтрацию, увеличивают давление отобранной части нефильтрованного раствора и используют его в качестве рабочего тела в струйном насосе, всасывают суспензию вспомогательного фильтрующего вещества с последующим нагнетанием ее под давлением в основной поток нефильтрованного раствора.
Согласно изобретению устройство подачи вспомогательного фильтрующего вещества на фильтр во время фильтрации, содержащее фильтр, емкость с суспензией вспомогательного фильтрующего вещества, трубопровод подачи суспензии вспомогательного фильтрующего вещества, трубопровод подачи нефильтрованного раствора, нагнетатель суспензии вспомогательного фильтрующего вещества и регулирующий вентиль, для достижения указанного технического результата дополнительно содержит байпасный трубопровод, манометр, а также первый и второй запорные вентили, при этом нагнетатель суспензии вспомогательного фильтрующего вещества выполнен в виде последовательно соединенных насоса высокого давления и струйного насоса, установленных на байпасном трубопроводе, всасывающий штуцер струйного насоса соединен через регулирующий вентиль с емкостью с суспензией вспомогательного фильтрующего вещества, нагнетающий штуцер насоса высокого давления связан со штуцером рабочего тела струйного насоса, нагнетающий штуцер струйного насоса через второй запорный вентиль связан с трубопроводом подачи нефильтрованного раствора, всасывающий штуцер насоса высокого давления через первый запорный вентиль связан с трубопроводом подачи нефильтрованного раствора, при этом между выходом насоса высокого давления и штуцером рабочего тела струйного насоса установлен манометр.
На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ.
Устройство для подачи вспомогательного фильтрующего вещества на фильтр во время фильтрации содержит фильтр 1, емкость 2 с суспензией вспомогательного фильтрующего вещества, трубопровод 3 подачи суспензии вспомогательного фильтрующего вещества, трубопровод 4 подачи нефильтрованного раствора, нагнетатель суспензии вспомогательного фильтрующего вещества, выполненный в виде последовательно соединенных насоса высокого давления 5 и струйного насоса 6, установленных на байпасном трубопроводе 7. Всасывающий штуцер струйного насоса 6 через регулирующий вентиль 8 и трубопровод 3 подачи суспензии вспомогательного фильтрующего вещества связан с емкостью 2 с суспензией вспомогательного фильтрующего вещества. Нагнетающий штуцер насоса 5 высокого давления связан со штуцером рабочего тела струйного насоса 6. Нагнетающий штуцер струйного насоса 6 через первый запорный вентиль 9 связан с трубопроводом 4 подачи нефильтрованного раствора, всасывающий штуцер насоса 5 высокого давления через второй запорный вентиль 10 связан с трубопроводом 4 подачи нефильтрованного раствора, при этом между выходом насоса 5 высокого давления и штуцером рабочего тела струйного насоса 6 установлен манометр 11.
В качестве центробежного насоса 5 высокого давления может быть использован, например, насос высокого давления типа CR, выпускаемый фирмой GRUNDFOS (Германия), а в качестве струйного насоса 6 может быть использован элеватор струйный типа 40с10бк, а также ЭВ или Э.
Предлагаемый способ и работа устройства, его реализующего, осуществляется следующим образом.
В процессе фильтрации, с помощью насоса нефильтрованного раствора (на чертеже не показан) осуществляют непрерывный отбор из трубопровода 4 подачи нефильтрованного раствора части потока нефильтрованного раствора, направляемого на фильтрацию, в байпасный трубопровод 7. Отобранная часть потока нефильтрованного раствора через второй запорный вентиль 10 поступает во всасывающий штуцер центробежного насоса 5 высокого давления, который увеличивает давление отобранной части потока на некоторую величину (до 5-8 атмосфер). Этот поток в качестве рабочего тела направляют в штуцер рабочего тела струйного насоса 6. Струйный насос 6 всасывает суспензию вспомогательного фильтрующего вещества, поступающую через регулирующий клапан 8 из емкости 2 с суспензией, и затем вводит ее под давлением через нагнетающий штуцер струйного насоса 6 в трубопровод 4, содержащий нефильтрованный раствор, поступающий затем на вход фильтра 1. Регулирование расхода суспензии вспомогательного фильтрующего вещества осуществляют вентилем 8. Давление рабочего тела на выходе из центробежного насоса 5 контролируют с помощью манометра 11.
Выполнение нагнетателя суспензии вспомогательного фильтрующего вещества в виде последовательно соединенного насоса высокого давления и струйного насоса обеспечивает высокую продолжительность и надежность работы устройства при подаче абразивной суспензии вспомогательного фильтрующего вещества в трубопровод.
Заявляемые способ и устройство обеспечивают равномерную подачу вспомогательного фильтрующего вещества независимо от продолжительности фильтрации, что обеспечивает продолжительную и надежную фильтрацию при одновременном увеличении (сохранении) расхода объема отфильтрованного раствора.
Кроме того, заявляемые способ и устройство также обеспечивают возможность регулирования подачи вспомогательного фильтрующего вещества в процессе фильтрации, то есть обеспечивается возможность не только поддерживать расход вспомогательного фильтрующего вещества постоянным, но также увеличивать или уменьшать его расход в случае большей концентрации примесей в растворе, подаваемом на фильтрацию.
Испытания опытного образца, спроектированного в соответствии с заявляемым техническим решением, подтвердили его высокую надежность и работоспособность.