Фильтр
FILTER

Предлагаемая конструкция фильтра предназначена для очистки газовых сред от различного рода примесей и может быть использована в химической, пищевой, медицинской, микробиологической и других отраслях промышленности.
Известен фильтрующий элемент для разделения жидких смесей и газов с помощью полупроницаемых мембран по патенту РФ на изобретение №2070429 (кл. МПК B01D 63/08, дата приоритета 14.03.1994, дата публикации 20.12.1996) [1].
Фильтрующий элемент состоит из опорного каркаса в форме пластины со сквозными отверстиями, имеющей на верхней стороне подводящие канавки, расходящиеся от сквозного отверстия в виде лучей. На верхней стороне опорного каркаса установлено фильтрующее покрытие. В сквозном отверстии, расположенном на оси опорного каркаса, размещена втулка, имеющая с верхней и нижней сторон фиксирующие средства для сборки фильтрующих элементов в пакет. Вокруг сквозного отверстия с двух сторон опорного каркаса выполнены углубления, соединенные отверстиями между собой и внутренней полостью втулки. На верхней стороне опорного каркаса выполнены дополнительные канавки, соединяющие между собой подводящие канавки в поперечном направлении. В фильтрующем покрытии выполнено отверстие, совпадающее с внутренним отверстием втулки. Нижняя сторона опорного каркаса выполнена аналогично верхней стороне и снабжена фильтрующим покрытием.
Недостатками, которым обладает фильтрующий элемент данной конструкции и в целом устройство, состоящее из таких элементов, являются сложность данной конструкции, значительная материалоемкость, низкая эффективность работы за счет повышенного гидравлического сопротивления фильтра, обусловленного сложностью конструкции.
Кроме того, конструкция данного устройства фильтра не позволяет производить его эффективную регенерацию.
Известен фильтр по патенту РФ на изобретение №2055631 (кл. МПК B01D 25/06, дата приоритета 20.10.1992, дата публикации 10.03.1996) [2]. Данный фильтр для очистки газов и жидкостей содержит герметично соединенные между собой крышку с входным отверстием, фильтрующие секции, состоящие из фильтрующих пакетов, воронку с выходным отверстием. Верхняя часть крышки снабжена ребрами для упора в них при соединении ее с фильтрующей секцией, а на внутренней стороне крышки выполнены ребра, опирающиеся на рассекатель.
Кроме того, фильтр содержит сетку для грубой фильтрации, решетку с заглушкой, предназначенной для обеспечения радиального движения фильтруемого потока в последующих фильтрующих пакетах. Фильтрующие пакеты выполнены из набора шайб из углеволокнистого материала.
В корпусе фильтра каждый фильтрующий пакет насажен на перфорированную трубу. Фильтрующие секции размещены между двумя сжимающими шайбами, причем верхняя шайба соединена посредством защелки с верхней частью перфорированной трубы, а нижняя шайба жестко соединена с нижней частью трубы. Наличие заглушки в центральной части решетки обеспечивает радиальное движение очищаемого потока в последующих секциях. В качестве фильтрующего материала используется углеволокнистое волокно.
К недостаткам данного фильтра можно отнести сложность конструкции за счет использования большого количества конструктивных элементов (деталей); использование в конструкции углеволокнистого материала в качестве фильтрующих элементов, который обладает недостаточной механической прочностью и, кроме того, невысокой эффективностью при очистке газа от частиц размером не менее 0,1 мкм. Радиальное движение потока очищаемого газа в данной конструкции фильтра через углеволокнистый материал фильтрующего элемента ведет к повышению аэродинамического сопротивления, что в целом снижает его ресурс и надежность при эксплуатации.
Конструкция фильтра для очистки газов и жидкостей с помощью фильтрующих элементов из спеченных пористых материалов по патенту РФ на изобретение №2070418 (кл. МПК B01D 36/06, B01D 39/20, В04С 9/00, дата приоритета 25.02.1993, дата публикации 20.12.1996) [3] является наиболее близкой к предлагаемой конструкции фильтра и потому принята за прототип.
Фильтр содержит корпус с впускным и выпускным патрубками, фильтрующий элемент в виде пористого сильфона из спеченного материала с поперечными гофрами, размещенного в корпусе с кольцевым зазором. В корпусе имеется продольная прорезь, соединяющая полость, образованную кольцевым зазором, с тангенциально установленным впускным патрубком. В корпусе предусмотрена дополнительная полость, служащая для сбора отсепарированных частиц, которая также соединена с кольцевой полостью. Гофры сильфона выполнены с углом конусности, равным 6-10°, а корпус представляет собой улитку. Внутренние гофры сильфона образуют диффузор, соединенный с выпускным патрубком фильтра. При работе фильтра среда предварительно очищается от крупных примесей в кольцевом зазоре за счет сепарации, затем фильтруется вдоль гофров через пористый сильфон и по его оси выводится через выпускной патрубок.
Недостатком фильтра данной конструкции является сложность формирования монолитной гофрированной пористой среды фильтрующего элемента, выполненного в виде сильфона, способного производить высокоэффективную очистку газа (не менее 99,995%) от частиц размером не менее 0,1 мкм.
Задачей предлагаемой конструкции фильтра для очистки газов является создание такой конструкции фильтра, которая позволила бы повысить ресурс, в том числе регенерируемость, эффективность и надежность фильтра.
Эта задача выполняется за счет того, что предлагаемый фильтр содержит корпус с фильтрующими элементами из спеченного пористого материала в виде пористого сильфона с поперечными гофрами, установленными с зазором в герметичном корпусе, и согласно предлагаемому техническому решению на корпусе фильтра герметично закреплен входной фланец, имеющий тороидальные кольцевые выступы, крестовину и входные окна. К крестовине герметично прикреплена шпилька, на которой закреплены ребра. К корпусу фильтра с другой стороны герметично крепится задняя крышка с выходными окнами. Внутри корпуса фильтра размещены параллельно оси входного фланца модули фильтрующие, закрепленные в корпусе при помощи крестовины и пространственно раскрепленные между собой с помощью ложементов. Модули фильтрующие состоят из плоских пористых фильтрующих элементов в виде дисков с центральным отверстием. Плоские пористые фильтрующие элементы в модуле фильтрующем герметично соединены между собой по принципу сильфона по их внутреннему и внешнему кантам. Для обеспечения жесткости соединения между собой плоских пористых фильтрующих элементов по принципу сильфона в конструкции модулей фильтрующих использованы гребенчатые накладки, наложенные сверху на наружные канты плоских пористых фильтрующих элементов в местах их соединения.
Предлагаемая конструкция фильтра, состоящая, например, из четырех модулей фильтрующих, иллюстрируется следующими фигурами.
Фиг. 1 - вид фильтра со стороны входного фланца, фиг. 2 - вид фильтра по сечению А-А, фиг. 3 - раскрепление плоских пористых фильтрующих элементов между собой в модуле фильтрующем, фиг. 4 - раскрепление модулей фильтрующих в корпусе фильтра.
Фильтр предлагаемой конструкции, показанный на фиг. 1, содержит корпус (1) с герметично закрепленным на нем, например, с помощью аргонодуговой сварки входным фланцем (2) с тороидальными кольцевыми выступами (3), шпилькой (4) и ребрами (5) для ее закрепления, крестовиной (6), закрепленной на шпильке (4) и используемой для крепления модулей фильтрующих (7). Во входном фланце (2) выполнены входные окна (8), например пять, для поступления очищаемого газа в модули фильтрующие (7) фильтра.
Вид предлагаемой конструкции фильтра по сечению А-А показан на фиг. 2.
Внутри корпуса (1) фильтра размещены модули фильтрующие (7). Каждый модуль фильтрующий (7) состоит из плоских пористых фильтрующих элементов (9) в виде дисков с центральным отверстием, герметично соединенных между собой по принципу сильфона по их внешнему (10) и внутреннему (11) кантам. Угол между соединенными между собой плоскими пористыми фильтрующими элементами сильфона может составлять, например, от 4 до 20°. Модули фильтрующие (7) расположены параллельно оси входного фланца (2) и закреплены внутри корпуса (1) с использованием крестовины (6), которая закреплена на шпильке (4). Входной фланец (2) имеет входные окна (8) для поступления очищаемого газа в модули фильтрующие (7).
С другой стороны корпуса (1) находится прикрепленная к нему герметично, например, с помощью аргонодуговой сварки задняя крышка (12) с выходными отверстиями (13), например четырьмя, для выхода газа после фильтрации.
На выносном элементе Б (фиг. 3) показано соединение плоских пористых фильтрующих элементов (9) между собой в модуле фильтрующем (7), например, с помощью аргонодуговой сварки. Для обеспечения прочности и жесткости соединения плоских пористых фильтрующих элементов (9) между собой в модуле фильтрующем (7) используются гребенчатые накладки (14), например от трех и более штук, в зависимости от количества плоских пористых фильтрующих элементов в модуле, расположенные по периферии (вдоль образующей) модуля фильтрующего (7) с зазором (15) относительно корпуса (1).
На фиг. 4 (вид В) показано раскрепление модулей фильтрующих (7) с помощью ложементов (16) в корпусе фильтра между собой, которые стянуты, например, с помощью шпилек (17) и гаек (18).
Ложементы, как и гребенчатые накладки, используются для обеспечения выполнения требований к конструкции фильтра по жесткости и прочности, так как модули фильтрующие могут состоять из большого количества плоских пористых фильтрующих элементов.
Фильтр предлагаемой конструкции работает следующим образом. Фильтр с помощью шпильки (4) прикрепляется к оборудованию потребителя. Благодаря тороидальным выступам (3), например двум, на входном фланце (2) при креплении фильтра к оборудованию потребителя организуется герметичное присоединение.
Через входные окна (8) во входном фланце (2) поток очищаемого газа поступает внутрь корпуса фильтра (1) и распределяется по модулям фильтрующим (7) в направлении снаружи внутрь плоских пористых фильтрующих элементов (9). Очищенный газ, прошедший через плоские пористые фильтрующие элементы (9), выходит через выходные отверстия (13) в задней крышке (12).
Предлагаемая конструкция фильтра позволяет без проведения технологических операций по его разборке подвергнуть фильтр регенерации любым из способов, например обратной отдувкой изнутри наружу, обратной промывкой в направлении изнутри наружу, обработке в ультразвуковой ванне, термической регенерации в восстановительной среде, например в водороде, а также дезинфекционной обработке в перекиси водорода, автоклавированию при температуре до 160°C. Использование фильтра предлагаемой конструкции позволит повысить его ресурс работы и в целом его надежность при эксплуатации.
Фильтр предлагаемой конструкции позволяет осуществить высокоэффективную очистку газа (воздуха) от частиц размером не менее 0,1 мкм с эффективностью не менее 99,995%, что позволяет использовать его в таких областях промышленности, как пищевая, фармацевтическая, медицинская, химическая, микробиологическая и другие.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Патент РФ на изобретение №2070429 «Фильтрующий элемент».
2. Патент РФ на изобретение №2055631 «Фильтр».
3. Патент РФ на изобретение №2070418 «Фильтр».