УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ФИЛЬТРИРОВАНИЯ ЖИДКОЙ СРЕДЫ
DEVICE AND METHOD OF FLUID FILTRATION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству и способу отделения твердых частиц от жидкой среды, включающему модули мембранных фильтров с окружающей их конструкцией, которая функционирует и в качестве опорной конструкции для модулей мембранных фильтров, и в качестве средства для направления различных технологических потоков к модулям мембранных фильтров и от них.
Уровень техники
Такое устройство и способ известны, например, для очистки жидких сред и включают в себя комплект модулей мембранных фильтров, которые встроены в технологический процесс посредством каркаса или опорной рамы, на которой модули мембранных фильтров присоединены к общей системе трубопроводов посредством коллекторов. Каркас или опорная рама, как правило, имеет в своем составе приборы для измерения технологических параметров и клапаны для контролирования различных стадий процесса, которые являются необходимыми для работы модулей мембранных фильтров. Каркас или опорную раму, в свою очередь, подсоединяют к основному оборудованию станции, такому как резервуары и насосы. Жидкую среду, подлежащую обработке, обычно перекачивают в направлении каркаса или опорных рам и через их коллекторы жидкую среду затем распределяют по отдельным модулям мембранных фильтров. Жидкая среда, как правило, проходит через мембранные фильтры, в то время как твердые частицы остаются на поверхности мембран. Чистую жидкость, подвергнутую обработке, вновь собирают в коллекторе, в котором объединяют отдельные модули мембранных фильтров со стороны отвода фильтратов. Данный коллектор, в свою очередь, обеспечивает подачу обработанной жидкой среды в основное оборудование станции.
В патенте США 5405528 описана конструкция микропористого модульного фильтра, собранного из заменяемых фильтрующих элементов, размещенных внутри узла фильтрующих элементов, соединенных на противоположных концах посредством симметричных коллекторов.
В заявке на патент США 2006/0186032 описано устройство для обработки жидких сред, по меньшей мере, с одним модулем, включающим в себя станину и, по меньшей мере, два корпуса, причем каждый корпус имеет внутреннюю часть, скомпонованную таким образом, что она содержит, по меньшей мере, один элемент для отделения жидкой среды; и, по меньшей мере, один узел трубопровода с соединительными каналами для сообщения с внутренними частями, по меньшей мере, двух корпусов в первой и второй ориентациях в коммуникационных линиях движения жидкой среды.
В европейском патенте ЕР 1743690 описана фильтровальная установка с множеством вертикальных фильтрационных модулей, расположенных рядами. На обоих концах фильтрационных модулей устанавливают линию подачи сырья, которая через отдельную отводную трубу соединяется с общей загрузочной трубкой. Станина служит опорой и удерживает конструкцию в вертикальном положении.
В публикации WO 91/04783 описана конструкция разветвленной сети труб для присоединения рядов фильтрующих элементов к соседним рядам фильтрующих элементов. Каждый фильтрующий элемент обоими концами присоединен к коллектору, коллекторы в ряду можно соединять друг с другом, и на обоих концах нитки крайний коллектор можно присоединять к коллекторной плите, которую в свою очередь можно присоединять к коллекторной плите следующего ряда фильтрующих элементов.
В патенте Франции 2912321 описан узел расположенных вертикально модулей фильтров на каркасе, где вдоль верхней и нижней частей узла тянется труба и где каждый из модулей и верхним, и нижним концом присоединен к соединительной трубе, которая оканчивается в соответствующей трубе.
Общий недостаток фильтрационных узлов, описанных выше, заключается в том, что каждый блок фильтров оснащают отдельными соединительными деталями для сообщения с загрузочными и выпускными трубами. Хотя эта система может очень хорошо функционировать, раздельная подгонка указанных соединительных деталей является длительной, трудоемкой и дорогостоящей.
Среди способов известного уровня техники, описанных выше, неблагоприятным является то, что каждый отдельный элемент принадлежностей в пределах опорной рамы или каркаса, как правило, выполняет только одну функцию, например либо опорную функцию (т.е. элемент станины), либо транспортную функцию (т.е. элемент трубы). Второй недостаток заключается в том, что опорную раму обычно монтируют посредством сварки или скрепления вместе болтами компонентов трубопроводов, а модули мембранных фильтров, как правило, соединяют посредством готовых соединительных фланцев. Это приводит в результате к усложненному варианту изобретения, которое является дорогостоящим с точки зрения материала и с точки зрения труда, связанного с его изготовлением. Третий недостаток заключается в том, что пространство, которое занимает каркас или опорная рама, относительно велико, так как использование стандартных деталей означает, например, что расстояние между отдельными модулями мембранных фильтров не может быть выбрано свободно, а оно зависит от размера и формы имеющихся в распоряжении стандартных элементов трубы, отводов труб, соединительных фланцев и т.д. Как таковой, каркас или опорная рама обладает большей площадью основания и объемом, чем это строго необходимо. Четвертый недостаток заключается в том, что, в частности, оптимизацию размеров системы трубопроводов обычно адаптируют к определенному установленному количеству модулей мембранных фильтров. Различное количество модулей мембранных фильтров требует разного размера связанной с ними системы трубопроводов, что становится довольно неудобным для определения нормированного диапазона размеров опорной рамы или каркаса.
Раскрытие изобретения
Задача настоящего изобретения заключается в преодолении отмеченных выше недостатков и разработке подходящей альтернативы. В частности, задачей настоящего изобретения является использование нестандартных деталей и материалов, (1) для придания отдельной детали разнообразных функций, (2) для значительного уменьшения площади основания и объема по сравнению с известным уровнем техники и (3) для снижения расходов материала и затрат на рабочую силу посредством конструирования деталей таким образом, что сборка является быстрой и надежной. Задачей настоящего изобретения является также (4) разработка модульной системы, в которой идентичные секции можно просто соединять друг с другом для формирования одной основной установки, без необходимости изменения размера какой-либо трубы. Соединение секций можно осуществлять посредством известного из уровня техники фланцевого соединения на болтах или (5) посредством самозатягивающегося соединения охватываемого-охватывающего типа.
Для достижения поставленных задач в изобретении созданы устройство и способ обработки поступающей жидкой среды, включающие в себя нижнюю часть, предназначенную для подключения общего потока сырья к отдельным модулям мембранных фильтров через специально изготовленный соединительный элемент;
верхнюю часть, предназначенную для подключения отдельных модулей мембранных фильтров к общему потоку ретентата через специально изготовленный соединительный элемент, при этом устройство монтируют из специально изготовленных деталей для снижения затрат материала и стоимости рабочей силы, детали изготовляют таким образом, что площадь основания изделия по новому изобретению становится минимальной, из отдельных деталей формируют секцию таких размеров, что многочисленные секции можно объединять в одну основную установку без необходимости вносить в секции какие-либо изменения в связи с оптимизацией размеров, посредством чего в основные установки привносится модульный принцип построения и масштабируемость.
Предпочтительно верхнюю и нижнюю части устройства изготовляют посредством центробежного формования.
Предпочтительно соединительные элементы изготовляют при помощи литьевого формования.
Кроме того, изобретение относится к способу обработки поступающей жидкой среды с использованием устройства согласно изобретению. В данном случае в устройстве используют ограниченное количество выполненных по заказу конструктивных блоков, которые вместе образуют единичную секцию. Секции, в свою очередь, объединяют в единую основную установку. Многочисленные основные установки образуют очистную станцию.
В секции объединяют штуцеры отдельных мембранных фильтров. Модуль мембранных фильтров обычно снабжают двумя, тремя или четырьмя штуцерами, например штуцером для подачи сырья, штуцером для ретентата, штуцером для пермеата. В секции объединяют штуцеры для подачи сырья всех модулей мембранных фильтров в общий штуцер для подачи сырья секции. То же самое применимо к другим штуцерам модулей мембранных фильтров.
Секция состоит из ограниченного количества изготовленных на заказ деталей специального назначения, большинство из которых выполняет многие функции.
Нижняя часть обеспечивает подачу сырья в отдельные модули мембранных фильтров. В этой части соединено определенное количество модулей мембранных фильтров и она является ответственной за равномерное распределение жидкой среды, подлежащей обработке, по отдельным модулям мембранных фильтров. В нижней части имеется вход и выход. Упомянутые соединения могут быть либо идентичными скрепленными болтами фланцевыми штуцерами, либо они могут быть штуцерами охватываемого и охватывающего типа со встроенным уплотнителем, исключающим необходимость скрепления деталей вместе болтами. Соединения используют либо для присоединения к другой нижней части, либо их можно перекрывать, или подсоединять к основной линии подачи сырья станции. Одна секция может включать в себя одну или несколько нижних частей.
Нижнюю часть формируют, предпочтительно при помощи центробежного формования, таким образом, что в нее можно встраивать дополнительную систему трубопроводов, возможно из другого материала. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в модули мембранных фильтров подают не только жидкую среду, подлежащую обработке, но и смесь жидкой среды и газа, как правило, но не исключительно воздуха, подают в модули мембранных фильтров с целью снижения засорения до минимального уровня. Все варианты осуществления изобретения включают в себя отвод фильтрованной жидкой среды модулей мембранных фильтров либо в нижней, либо в верхней части упомянутых модулей. В случае, если отвод фильтрованной жидкой среды осуществляют в нижней части, в ней имеются три потока, которые необходимо разместить в нижней части модулей мембранных фильтров, т.е. исходный поток жидкой среды, подлежащей обработке, газовый поток, который добавляют к исходному потоку, превращая в смесь поток сырья/газ, и поток фильтрованной жидкой среды, который отводят. Первый поток подают в нижнюю часть, два последних потока направляют в вышеупомянутую дополнительную систему трубопроводов. Соединение модулей мембранных фильтров с нижней частью и системой трубопроводов обеспечивается другим специально изготовленным соединительным элементом, состоящим из одной или нескольких специализированных деталей. Указанный элемент, предпочтительно изготовленный при помощи литьевого формования, также характеризуется многофункциональностью, т.е. выполняет следующие функции: (1) присоединение модулей мембранных фильтров со стороны подачи к нижней части, (2) доставка газового потока из дополнительной системы трубопроводов в поток жидкой среды, подлежащей обработке, отдельного модуля мембранных фильтров, и необязательно (3) присоединение штуцера для отвода обработанной жидкой среды отдельного модуля мембранных фильтров к центральной системе трубопроводов секции для обработанной жидкой среды.
Верхнюю часть формируют предпочтительно при помощи центробежного формования. Верхнюю часть можно компоновать из одной или двух отдельных частей, которые обеспечивают встраивание штуцеров для ретентата отдельных модулей мембранных фильтров в единый поток ретентата. Аналогично нижним частям, у верхних частей объединяют вход и выход. Упомянутые соединения могут быть либо идентичными скрепленными болтами фланцевыми штуцерами, либо они могут быть штуцерами охватываемого и охватывающего типа со встроенным уплотнителем, исключающим необходимость скрепления деталей вместе болтами. Соединения используют либо для присоединения к другой верхней части, либо их можно перекрывать, или подсоединять к основной линии ретентата станции. Одна секция может включать в себя одну или несколько верхних частей.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение поясняется более подробно со ссылкой на следующие чертежи:
на фиг.1 показано эскизное изображение упомянутой секции;
на фиг.2 представлено эскизное изображение отдельной установки, состоящей из шести секций;
на фиг.3 продемонстрировано схематическое изображение варианта выполнения отдельной секции согласно изобретению;
на фиг.4 представлена замкнутая емкость как нижняя часть отдельного блока фиг.3;
на фиг.5 показана верхняя часть отдельного блока фиг.3.
На фиг.1 представлено эскизное изображение отдельной секции.
Осуществление изобретения
На фиг.2 показано эскизное изображение шести секций, соединенных в одну установку. Установку соединяют с основным оборудованием посредством системы труб в передней части установки.
На фиг.3 представлено схематическое изображение варианта выполнения отдельной секции согласно изобретению. Секция включает в себя две замкнутых емкости 21 в качестве нижних частей, из которых только одна обозначена указанной позицией, с одним входным отверстием 22 для подачи жидкой среды, подлежащей фильтрованию, и при этом каждая емкость 21 имеет в своем составе восемнадцать каналов 23, из которых только два обозначены данной позицией, для соединения с входом блока 4 фильтров. Блоки 4 фильтров вставлены одним концом в каналы 23 при помощи соединения охватываемого- охватывающего типа, при этом соединение также включает в себя уплотнительное кольцо. В блоках 4 фильтров размещены три ряда по шесть фильтров. На фиг.4 емкость 21 отображена более подробно. На фиг.4 также показан выходной канал 31 для соединения с емкостью следующего блока. Если блок 20 является последним блоком, выходной канал 31 закрыт.
На верхней стороне видны два ряда по шесть емкостей 24, из которых только одна обозначена указанной позицией. Все емкости 24 присоединены к верхней стороне трех блоков 4 фильтров и предназначены для сбора остающейся нефильтрованной жидкой среды, поступающей из блоков 4 фильтров, для выпуска в выходной блок 25, имеющий в своем составе выходные трубы 26, 27. При этом выходная труба 27 служит для выпуска жидкой среды и в случае, если жидкую среду насыщают газом, выходная труба 26 служит для выпуска жидкой среды в целях рециркуляции и, возможно, части насыщающего газа.
Блоки 4 фильтров вставлены одним концом в соответствующие каналы в емкостях 24 при помощи соединения охватываемого- охватывающего типа, при этом соединение также включает в себя уплотнительное кольцо. На фиг.5 отображены более подробно два комплекта из шести емкостей 24 каждый и выходной блок 25 с выходными трубами 26, 27. Блоки 4 фильтров на их входных отверстиях также можно привести в соответствие с блоками насыщения газом, если требуется последняя операция.
На фиг.3 также показана выходная труба 30 для выпуска фильтрата. Выходную трубу 30 соединяют с промежуточной емкостью 29, которую при воплощении данного варианта осуществления изобретения соединяют с каждым из блоков 4 фильтров посредством выходной трубы 28 фильтра.
В указанной компоновке согласно изобретению и которая описана выше блоки 4 фильтров опираются на емкости 21 и 24 и удерживаются с их помощью в данном положении. Это значительно упрощает конструкцию узла по сравнению со способами известного уровня техники, в которых для блоков 4 фильтров необходимы отдельные станины для создания опоры и удерживания в определенном положении. В значительной степени также упрощаются соединения для подачи жидкой среды в блоки и для выпуска остающейся нефильтрованной жидкой среды и фильтрованной жидкой среды посредством принципа конструкции емкостей 21, 24 согласно изобретению. Больше не требуется сложных и трудоемких для монтажа и поддержания в рабочем состоянии отдельных соединений в направлении узлов фильтров и от них, что уменьшает таким образом общую стоимость и время монтажа. Благодаря модульному принципу построения различных частей затраты можно даже дополнительно сократить.
Список позиций
4 блок фильтров
20 секция
21 емкость, нижний блок
22 входное отверстие
23 канал
24 емкость
25 выходной блок
26 выходная труба
27 выходная труба
28 выходная труба фильтра
29 промежуточная емкость
30 выходная труба
31 выходной канал