Фильтрующий элемент с проводящим индикатором разрушения

Настоящая полезная модель относится к фильтрующим элементам, включающим пористый мембранный слой.
Фильтрация представляет собой широко используемый процесс, при котором суспензию или смесь жидкости и твердого вещества принудительно пропускают через среду, при этом твердые вещества удерживаются на среде в виде кека, а жидкая фаза проходит сквозь среду. Данный процесс в общем широко распространен в промышленности. Примеры фильтрации включают глубинную фильтрацию, фильтрацию под давлением и вакуумную фильтрацию, гравитационную и центробежную фильтрацию.
Формирование кека при вакуумной фильтрации основано на создании разрежения в фильтрующих каналах. Наиболее широко используемой фильтрующей средой для вакуумных фильтров являются фильтровальные ткани и среды с покрытием, например, керамическая фильтрующая среда. Данные фильтрующие среды обычно используют в фильтрующих устройствах, содержащих фильтр, включающий фильтрующие элементы, например, во вращающихся вакуумных дисковых фильтрах и вращающихся вакуумных барабанных фильтрах.
Вращающиеся вакуумные дисковые фильтры используют для фильтрации относительно хорошо фильтруемых суспензий в промышленном масштабе, например, при обезвоживании минеральных концентратов. Обезвоживание минеральных концентратов требует большой пропускной способности, в добавление к требованию получения кека с низким содержанием влаги. Такие крупномасштабные процессы обычно являются энергоемкими и требуют средств снижения удельного энергопотребления. Вакуумный дисковый фильтр может включать фильтрующие диски, расположенные коаксиально друг за другом и вокруг центральной трубы или вала. Каждый фильтрующий диск может быть выполнен из ряда отдельных фильтрующих элементов или секторов, называемых фильтрующими пластинами, которые установлены по окружности в радиальной плоскости вокруг центральной трубы или вала, чтобы сформировать фильтрующий диск, и поскольку вал установлен с возможностью поворота, каждая фильтрующая пластина или сектор, в свою очередь, перемещаются в шламобассейн, а далее, по мере вращения вала, поднимаются из бассейна. Когда фильтрующая среда погружается в шламобассейн, под действием вакуума образуется кек поверх этой среды. Когда фильтрующий сектор или пластина выходит из бассейна, поры освобождаются по мере обезвоживания кека в течение заданного времени, которое по существу ограничено скоростью вращения диска. Кек можно выгружать посредством обратного потока воздуха или соскабливанием, после чего цикл начинают снова. В то время как применение тканевой фильтрационной среды требует вакуумных насосов большой мощности, вследствие потерь вакуума через ткань при обезвоживании ткани, керамическая фильтрующая среда при намачивании не позволяет воздуху проходить через нее, что также снижает необходимый уровень вакуума, обеспечивая применение менее мощных вакуумных насосов, и следовательно, приводя к значительной экономии энергии.
Вращающиеся вакуумные барабанные фильтры используют для фильтрации относительно хорошо фильтруемых суспензий в промышленном масштабе, например, при обезвоживании минеральных концентратов. Обезвоживание минеральных концентратов требует большой пропускной способности, в добавление к требованию получения кека с низким содержанием влаги. Вакуумный барабанный фильтр может включать цилиндрическую несущую конструкцию, вращающуюся вокруг продольного вала, формирующего центральную ось барабана. На внешней поверхности цилиндра расположены фильтрующие элементы или пластины. Обычно фильтрующие элементы выполнены из среды с покрытием, например, керамической фильтрующей среды. Каждый фильтрующий элемент образует часть цилиндрической внешней поверхности цилиндра. Каждый фильтрующий элемент в ходе каждого оборота вала перемещается на определенный период времени в шламобассейн, расположенный под валом. Фильтрующая пластина поднимается из бассейна по мере вращения вала. Когда фильтрующая пластина погружена в шламобассейн, на внешней поверхности фильтрующей пластины образуется кек, благодаря вакууму внутри фильтрующей пластины. Когда фильтрующая пластина выходит из бассейна, поры освобождаются по мере обезвоживания кека в течение заданного периода времени, который по существу ограничен скоростью вращения барабана. Кек можно выгружать посредством обратного потока воздуха или соскабливанием, после чего цикл начинают снова. Фильтрующие элементы вращающихся вакуумных барабанных фильтров преимущественно выполнены из пористой керамики.
На фильтрующие элементы оказывают отрицательное воздействие частицы шлама и посторонние соединения, особенно в области применения, относящейся к обезвоживанию минеральных концентратов. Время от времени при эксплуатации происходят повреждения фильтрующих элементов, когда фильтрующие элементы стареют, что-то застревает в скребках или по какой-то другой причине. Поврежденный керамический элемент необходимо удалить, поскольку существует значительный риск, что повреждение одного элемента вызовет эффект домино, так как частицы поврежденного элемента могут повредить соседние фильтрующие пластины и т.д., что может привести к массовому разрушению поврежденных пластин и выведению фильтрующего устройства из строя на долгий период времени.
Повреждения керамических фильтрующих пластин происходят время от времени при работе, когда фильтрующие пластины стареют, что-то застревает в скребках или по какой-то другой причине. Существует значительный риск, что повреждение одной пластины вызовет эффект домино, так как частицы поврежденного элемента могут повредить соседние фильтрующие пластины и т.д., что может привести к массовому разрушению поврежденных пластин и фильтр выйдет из строя на долгий период времени. В худшем случае нанесенный ущерб может составлять для потребителя сотни тысяч долларов, из-за стоимости фильтрующих пластин и времени отключения производства. Таким образом, существует потребность в обнаружении повреждения фильтрующей пластины до ее последующего разрушения.
В WO 2014/170532 описан фильтрующий элемент, включающий индикатор, проходящий вдоль фильтрующего элемента, с образованием непрерывного контура и выполненный с возможностью его разрыва при повреждении фильтрующего элемента. При этом, ввиду отсутствия указания в WO 2014/170532 прочности индикатора на разрыв, применяемый индикатор может не выдерживать напряжения, создаваемого при фильтрации, и рваться на все еще пригодном для эксплуатации фильтрующем элементе. Или указанный индикатор может не разрушаться при воздействии скребка на поврежденный фильтрующий элемент, что может привести к массовому разрушению пластин и выходу фильтра из строя.
Таким образом, технической задачей, решаемой при осуществлении или использовании предложенной полезной модели, является обеспечение фильтрующего элемента, и в особенности, индикатор разрушения, который хорошо выдерживает напряжение, создаваемое при фильтрации, но разрушается при воздействии скребка на поврежденный фильтрующий элемент.
Краткое описание полезной модели
С точки зрения первого аспекта, обеспечивают фильтрующий элемент, включающий пористый мембранный слой, формирующий всасывающую стенку указанного фильтрующего элемента, причем фильтрующий элемент дополнительно включает по меньшей мере один индикатор, проходящий вдоль фильтрующего элемента с образованием непрерывного контура, который расположен так, что разрывается при повреждении фильтрующего элемента, при этом прочность на разрыв индикатора составляет от 50 г до 100 кг.
Посредством этого можно обеспечить фильтрующий элемент, и в особенности, индикатор разрушения, который хорошо выдерживает напряжение, создаваемое при фильтрации, но разрушается при воздействии скребка на поврежденный фильтрующий элемент.
Некоторые другие воплощения отличаются тем, что указано в формуле полезной модели. Воплощения полезной модели также раскрыты в описании и на чертежах этой патентной заявки. Сущность полезной модели также может быть определен другими способами, чем это определено в нижеследующей формуле полезной модели. Некоторые из определений, содержащихся в нижеследующей полезной модели, могут быть необязательными с точки зрения отдельных идей полезной модели. Признаки различных воплощений полезной модели, в пределах объема основной идеи полезной модели, могут быть применимы в других воплощениях.
Краткое описание чертежей
Некоторые воплощения, представленные в настоящем описании, более подробно описаны на прилагаемых чертежах, где
на Фиг. 1 представлен вид сверху в перспективе, демонстрирующий пример дискового фильтрующего устройства,
на Фиг. 2 представлен вид сверху в перспективе второго примера дискового фильтрующего устройства,
на Фиг. 3а представлен фильтрующий элемент,
на Фиг. 3b представлен вид сбоку одного воплощения фильтрующего элемента, показанного на Фиг. 3а,
на Фиг. 3с представлен вид сбоку другого воплощения фильтрующего элемента, представленного на Фиг. 3а,
на Фиг. 4а представлен второй фильтрующий элемент,
на Фиг. 4b представлен вид поперечного сечения фильтрующего элемента, представленного на Фиг. 4а,
на Фиг. 5а представлен третий фильтрующий элемент,
на Фиг. 5b представлен вид сбоку фильтрующего элемента, показанного на Фиг. 5а, на Фиг. 6а представлен четвертый фильтрующий элемент,
на Фиг. 6b представлен вид сбоку фильтрующего элемента, показанного на Фиг. 6а и
на Фиг. 7 представлен пятый фильтрующий элемент.
На чертежах некоторые воплощения показаны в упрощенном виде для ясности. Аналогичные детали обозначены на чертежах одинаковыми номерами позиций.
Подробное описание полезной модели
На Фиг. 1 представлен вид сверху в перспективе примера дискового фильтрующего устройства 1. В дисковом фильтрующем устройстве 1 фильтр 2 как таковой включает по меньшей мере один фильтрующий диск 3, и каждый диск включает ряд секторных фильтрующих элементов 4, которые расположены по окружности в радиальной плоскости вокруг центральной оси дискового фильтрующего устройства 1. В одном из воплощений, указанный фильтрующий элемент представляет собой секторную фильтрующую пластину дискового фильтрующего устройства. Количество фильтрующих элементов 4 в фильтрующем диске может составлять, например, 12 или 15.
Далее конструкция фильтрующего элемента 4 описана более подробно.
По мере вращения фильтрующего диска 3, каждый фильтрующий элемент 4, в свою очередь, перемещается в шламобассейн и, по мере продолжения вращения, выходит из бассейна.
Повреждения фильтрующего элемента происходят время от времени при работе, когда фильтрующие элементы 4 являются старыми, что-то застревает в скребках, которыми соскабливают материал кека с фильтрующего элемента 4 или по какой-то другой причине. Существует значительный риск, что повреждение одной пластины вызовет эффект домино, так как частицы поврежденной пластины могут повредить соседние фильтрующие пластины и т.д., что может привести к массовому разрушению поврежденных элементов и фильтр выйдет из строя на долгий период времени.
На Фиг. 2 представлен вид сверху в перспективе примера барабанного фильтрующего устройства.
2
Фильтрующее устройство 1 может включать барабанный фильтр 11, т.е. фильтрующее устройство может представлять собой барабанное фильтрующее устройство. В барабанном фильтрующем устройстве 1 фильтрующий элемент является частью внешней поверхности барабанного фильтра 11. В одном из воплощений указанный фильтрующий элемент представляет собой фильтрующую пластину барабанного фильтрующего устройства. Диаметр барабанного фильтра 11 может составлять, например, 1,8 м - 4,8 м, а длина в аксиальном направлении может составлять 1 м - 10 м. Площадь поверхности фильтра может составлять, например, 2-200 м.
Примеры промышленно выпускаемых барабанных фильтров включают CDF-6/1,8, выпускаемый Outotec Inc.
На Фиг. 3а представлен фильтрующий элемент дискового фильтрующего устройства, а на Фиг. 3b представлен вид сбоку фильтрующего элемента, показанного на Фиг. 3а.
Фильтрующий элемент 4 может включать всасывающую стенку 6а и противоположную вторую всасывающую стенку 6b.
Всасывающие стенки 6а, 6b могут включать пористую мембрану 7 и подложку 8, на которой расположена мембрана 7.
Внутреннее пространство может быть ограничено противоположными первой и второй всасывающими стенками 6а, 6b с получением сэндвич-конструкции. Во внутреннем пространстве обеспечен канал или каналы потока, где поддерживают отрицательное давление, т.е. вдоль всасывающей стенки поддерживают разность давлений.
Материал пористой мембраны 7 может быть, например, керамическим или полимерным, и подложка 8 может быть выполнена, например, из керамического материала или полимера.
Мембрана 7 может содержать микропоры, которые оказывают сильное капиллярное действие при контакте с водой. Данная микропористая фильтрующая среда пропускает только жидкости. Фильтрат просачивается через всасывающие стенки 6а, 6b по мере погружения фильтрующего элемента 4 в фильтруемую суспензию, и на всасывающих стенках 6а, 6b образуется кек из твердых частиц материала.
В соответствии с одним аспектом, фильтрующий элемент 4 снабжен по меньшей мере одним индикатором 5, проходящим вдоль фильтрующего элемента 4 с получением непрерывного контура, который расположен так, что разрывается при повреждении фильтрующего элемента 4.
В одном воплощении индикатор 5 включает электропроводящий слой, например, например, печатный электрический провод, литой электрический провод, микрополосковую линию, отдельный электрический провод, металлическую ленту или окрашенную электрическую цепь.
В воплощении, представленном на Фиг. 3а, индикатор 5 расположен вдоль периферийной поверхности 9 внешней кромки фильтрующего элемента 4. Индикатор 5 может быть покрыт кислотостойким покрытием, таким как краска или эмаль на основе эпоксидной смолы.
Поэтому в воплощениях, основанных на электропроводящих слоях, можно использовать более дешевые материалы (например, медную ленту), которые не являются кислотостойкими.
Альтернативно, электропроводящий индикатор 5 выполнен из кислотостойкого материала; например, платина или палладий, или их композиции являются особенно предпочтительными материалами для изготовления кислотостойкой электропроводки. Индикатор 5, изготовленный из кислотостойкого материала, может быть размещен на поверхности фильтрующего элемента 4, такой как периферийная поверхность 9 внешней кромки, например, посредством приклеивания, и без какого-либо покрытия.
Следует отметить, что может потребоваться дополнительный защитный слой, покрывающий индикатор 5, для защиты от непосредственного воздействия механических и химических напряжений, вызываемых рабочей средой.
В одном воплощении индикатор 5 расположен внутри материала фильтрующего элемента 4. Например, индикатор 5 можно поместить в форме, используемой для изготовления фильтрующего элемента, так что индикатор 5 остается в материале, (утверждающемся в форме. Альтернативно, в случае изготовления фильтрующего элемента или по меньшей мере его части прессованием, индикатор 5 помещают среди прессуемых гранул.
В одном воплощении прочность на разрыв индикатора 5 составляет от 50 г до 100 кг. Такой вид проводника хорошо устойчив к стрессам, возникающим в процессе фильтрации, но разрывается скребком, если фильтрующий элемент 4 поврежден.
В одном воплощении прочность на разрыв индикатора 5 составляет от 50 г до 20 кг. Такой вид проводника разрывается скребком без какого-либо риска повреждения скребка.
В одном воплощении прочность на разрыв индикатора 5 составляет от 50 г до 5 кг. Такой вид проводника разрывается уже при повреждении фильтрующего элемента 4. Таким образом, нарушение функционирования фильтрующего элемента 4 может быть обнаружено на ранней стадии; например, подсос воздуха через всасывающую стенку можно свести к минимуму, или его можно избежать. Подсос воздуха приводит к заметным потерям энергии в процессе фильтрации.
В одном воплощении прочность на разрыв индикатора 5 составляет по меньшей мере 100 г. Такой вид проводника хорошо устойчив к колебаниям параметров процесса, вызываемым осадками и отложениями, накапливающимися в шламобассейне.
Целостность проводящих проводов отслеживают, и работу, в частности, вращение дискового фильтрующего устройства немедленно останавливают, когда обнаружен разрыв одного из проводящих проводов. Это действие преимущественно предохраняет все другие пластины фильтрующего диска от повреждений. Время простоя при работе снижается, поскольку удается избежать последующего разрушения нескольких поврежденных пластин, и оператор дискового фильтра может сосредоточится на замене поврежденной пластины. Количество поврежденных отработанных фильтрующих пластин снижается, что приводит к более низким эксплуатационным расходам.
На Фиг. 3с представлен вид сбоку другого воплощения фильтрующего элемента, представленного на Фиг. 3а. Данное воплощение отличается от воплощения, представленного на Фиг. 3b тем, что вместо одного индикатора 5 обеспечено два индикатора 5 на периферийной поверхности 9 внешней кромки фильтрующего элемента 4. Два индикатора 5 расположены вблизи кромок фильтрующего элемента 4. Таким образом можно повысить чувствительность индикаторов 5 к повреждениям всасывающих стенок 6а, 6b.
На Фиг. 4а представлен второй фильтрующий элемент, а на Фиг. 4b представлен вид поперечного сечения фильтрующего элемента, представленного на Фиг. 4а.
В данном воплощении индикатор 5 расположен между подложкой 8 и мембраной 7 с обеих сторон фильтрующего элемента 4.
В данном случае мембрана 7 защищает индикатор 5 от непосредственных механических и химических напряжений, возникающих от воздействия рабочей среды.
Однако индикатор 5 предпочтительно выполнен из кислотостойкого материала, преимущественно платины или палладия, или их смесей. Индикатор 5 может быть получен, например, нанесением (предпочтительно печатью) рисунка проводящей пасты на внешнюю поверхностью подложки 8 перед изготовлением мембранного слоя 7. Данный подход также позволяет обнаружить отслоение мембраны перед фактическим повреждением подложки.
Прочность индикатора 5 может меняться, как указано выше при описании Фиг. 3а-3c.
На Фиг. 5а представлен третий фильтрующий элемент, а на Фиг. 5b представлен вид сбоку фильтрующего элемента, представленного на Фиг. 5а.
В данном воплощении индикатор 5 обеспечен главным образом на периферийной поверхности 9 внешней кромки, но его часть расположена в/на всасывающей стенке 6а вблизи конца фильтрующего элемента 4. Указанная часть может быть расположена на секциях всасывающей стенки 6а, которые не очищают с помощью скребков дискового фильтрующего устройства 1. Альтернативно, указанная часть может быть расположена между подложкой и мембраной всасывающей стенки.
В другом воплощении присутствует еще один индикатор 5, часть которого расположена в/на второй всасывающей стенке 6b.
Материалы индикатора 5 могут быть выбраны, как указано выше при описании Фиг. 3а-3с. Более того, индикатор может быть расположен на поверхностях фильтрующего элемента 4 или внедрен в материал периферийной поверхности кромки и/или всасывающей стенки.
Прочность индикатора 5 может меняться, как указано выше при описании Фиг. 3а-3с.
На Фиг. 6а представлен четвертый фильтрующий элемент, а на Фиг. 6b представлен вид сбоку фильтрующего элемента, показанного на Фиг. 6а.
В данном воплощении индикатор 5 также расположен главным образом на периферийной поверхности 9 внешней кромки, а часть его расположена в/на всасывающей стенке 6а вблизи средств 10 крепления фильтрующего элемента 4. Указанная часть может быть расположена на секциях всасывающей стенки 6а, которую не очищают скребками дискового фильтрующего устройства. Альтернативно, указанная часть может быть расположена между подложкой и мембраной всасывающей стенки.
В другом воплощении также обеспечен другой индикатор 5, часть которого расположена в/на второй всасывающей стенке 6b вблизи средств 10 крепления.
Материалы индикатора 5 могут быть выбраны как указано выше при описании Фиг. 3а-3с. Кроме того, индикатор может быть расположен на поверхностях фильтрующего элемента 4 или внедрен в материал периферийной поверхности кромки и/или всасывающей стенки. Прочность индикатора 5 может меняться, как указано выше при описании Фиг. 3а-3с.
На Фиг. 7 представлен пятый фильтрующий элемент. Основные признаки аспектов и воплощений, описанных выше в связи с Фиг. 3а-6b, также могут быть применены к керамическим фильтрующим элементам барабанных фильтрующих устройств.
Основное отличие фильтрующих элементов барабанных фильтров от фильтрующих элементов дисковых фильтров состоит в том, что последние обычно имеют всасывающие стенки с обеих сторон фильтрующего элемента, тогда как фильтрующие элементы барабанного фильтра обычно имеют только одну всасывающую стенку на своей внешней поверхности. Кроме того, элементы барабанных фильтров обычно имеют прямоугольную форму, как показано на Фиг. 7.
Полезная модель не ограничена только лишь воплощениями описанными выше, напротив, возможно множество изменений в пределах объема защиты полезной модели, определяемого формулой полезной модели, представленной ниже. В пределах объема защиты полезной модели признаки различных воплощений и областей применения могут быть использованы в сочетании с признаками другого воплощения или области применения или заменены ими.
Чертежи и соответствующее описание предназначены только для иллюстрации идеи полезной модели. Полезная модель может отличаться в деталях в пределах объема защиты полезной модели, определенного в последующей формуле полезной модели.
Список обозначений
1 фильтрующее устройство
2 фильтр
3 фильтрующий диск
4 фильтрующий элемент
5 индикатор
6а, 6b всасывающая стенка
7 мембранный слой
8 подложка
9 периферийная поверхность кромки
10 средства крепления
11 барабанный фильтр