ФИЛЬТР ПАТРОННЫЙ ДЛЯ ФИЛЬТРОВАНИЯ СУСПЕНЗИЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ И ПРОСУШКИ ОСАДКА СЖАТЫМ ВОЗДУХОМ (ТИП ПТК)
CARTRIDGE FILTER FOR FILTRATION OF SUSPENSIONS UNDER PRESSURE AND DRYING OF RESIDUE WITH COMPRESSED AIR (PTK TYPE)

Изобретение относится к области обогащения полезных ископаемых, в особенности к оборудованию для фильтрации жидкостей в угольной промышленности, в частности к фильтрованию суспензий под давлением, и просушки осадка сжатым воздухом.
Наиболее близким аналогом по технической сущности и конструктивным решениям является известный патронный фильтр типа ПТВ, предназначенный для сгустительного и осветлительного фильтрования суспензий под давлением [1], поэтому он принят за патентный прототип изобретения.
Известный фильтр представляет собой вертикальный стальной сосуд с коническим приварным днищем и эллиптической откидной крышкой, оснащенной байонетным затвором, содержит патрубки: для подачи исходной суспензии, для слива избытка суспензии, для выпуска фильтрата и для выгрузки смеси осадка и используемой жидкости регенерации [2, 3].
Внутри корпуса сосуда размещены фильтровальные патроны, собранные в общий коллектор, закрепленный на корпусе. Фильтровальный патрон представляет собой полый перфорированный цилиндр со сплошным днищем, покрытый фильтровальной перегородкой. Верхняя открытая часть каждого патрона закреплена на общем коллекторе, внутренняя полость которого соединена с патрубком выпуска фильтрата. Фильтр работает следующим образом. Исходная суспензия от насоса поступает в корпус фильтра под давлением, обеспечивающим требуемые показатели фильтрования, в процессе которого происходит разделение суспензии на фильтрат и осадок. Фильтрат, проходя через фильтровальную перегородку, заполняет внутреннюю емкость патронов и после коллектора удаляется из фильтра через патрубок выпуска фильтрата. Твердые зернистые частицы исходной суспензии оседают на фильтровальной перегородке и образуют осадок, который при достижении заданной толщины необходимо снять с фильтровальной перегородки и выгрузить из корпуса фильтра.
Для слива избытка суспензии в емкость питания фильтра в конце цикла фильтрования используют отдельный патрубок.
Для очистки фильтровальных патронов от набранного осадка через патрубок отвода фильтрата внутрь патронов подают специальную жидкость регенерации. По этой же линии при необходимости можно подавать сжатый воздух для продувки фильтровальной перегородки с целью более полной ее очистки и восстановления пропускной способности фильтра. Снятый с фильтровальных патронов осадок совместно с жидкостью регенерации выгружают из фильтра через нижний патрубок. После закрытия нижнего патрубка цикл фильтрования можно повторить.
Известный фильтр обладает развитой удельной поверхностью фильтрования при высокой экономичности эксплуатационных расходов. К существенным недостаткам известного фильтра можно отнести:
- отсутствие возможности получения осадка с низким содержанием влаги, так как в конце цикла фильтрования внутренние полости фильтровальных патронов остаются заполненными фильтратом, который не может быть удален в процессе просушки осадка сжатым воздухом, а при отдувке осадка фильтрат будет поступать в осадок, значительно увеличивая его влажность;
- низкая эффективность съема осадка с фильтровальных патронов и регенерации фильтровальной перегородки при использовании только подачи сжатого воздуха для его отдувки;
- относительно малое сечение патрубка разгрузки обезвоженного осадка для беспрепятственного его прохождения при залповом сбросе со всех фильтровальных патронов, что приведет к постоянному забучиванию конической части корпуса при разгрузке обезвоженного осадка.
Конструкция известного фильтра предназначена для сгущения и осветления суспензии, где товарным продуктом является фильтрат. Она не может быть использована для глубокого обезвоживания при фильтровании и получении осадка при минимальной влажности.
Предлагаемый фильтр (фиг. 1) представляет собой стальной сосуд 1 с коническим приварным днищем 2 и эллиптической откидной крышкой 3. Эллиптическая крышка оснащена байонетным затвором 4, обеспечивающим оперативное ее открытие. Нижняя часть конического днища оборудована шиберным устройством 5, обеспечивающим надежное уплотнение разгрузочного отверстия и беспрепятственную выгрузку обезвоженного осадка.
Внутри корпуса фильтра размещены фильтровальные патроны 6. Верхняя часть патронов закреплена на общем коллекторе 7, внутренняя полость которого соединена с патрубком 8 выпуска фильтрата через уплотнение, допускающее колебания с амплитудой до 2 мм.
Фильтровальный патрон представляет собой перфорированный цилиндр, покрытый фильтровальной перегородкой - сеткой. Внутри каждого фильтровального патрона установлена сплошная трубка, открытая в нижней части для приема полученного фильтрата и отработавшего воздуха и транспортирования их через коллектор 7 за пределы патронного фильтра.
На коллекторе секции фильтровальных патронов закреплен вибратор 9 направленного действия, обеспечивающий вертикальную вибрацию фильтровальных патронов.
Коллектор фильтровальных патронов установлен в корпусе фильтра на группе эластичных оснований 10, закрепленных на корпусе фильтра. Эластичное основание 10 позволяет обеспечить вибрацию коллектора с заданной частотой и амплитудой.
На корпусе фильтра имеются технологические патрубки, предназначенные:
- поз. 11 - для подачи исходной пульпы в корпус фильтра;
- поз. 12 - для подачи сжатого воздуха на просушку осадка на фильтровальных патронах;
- поз. 8 - для удаления фильтрата и подачи сжатого воздуха на отдувку осадка с фильтровальных патронов:
- поз. 13 - для слива остатка исходной пульпы из корпуса фильтра после образования заданной толщины осадка на патронах;
- поз. 14 - для подачи сжатого воздуха на вибратор поз.9.
Технологические патрубки оснащены запорными клапанами с дистанционным управлением, в том числе:
- поз. 15 - для подачи исходной пульпы в корпус фильтра;
- поз. 16 - для удаления фильтрата и отработавшего воздуха из коллектора фильтровальных патронов;
- поз. 17 - для подачи сжатого воздуха на просушку осадка;
- поз. 18 - для подачи сжатого воздуха в коллектор при отдувке осадка с фильтровальных патронов;
- поз. 19 - для удаления остатков исходной пульпы из корпуса фильтра после окончания периода образования осадка в цикле фильтрования.
Дополнительно установлены датчик 20 верхнего уровня пульпы в корпусе и датчик поз. 21 протока сжатого воздуха через патрубок 13.
Для управления циклом фильтрования и поддержания заданных параметров длительности и давления отдельных операций в фильтре используется система автоматики, аналогичная системам автоматики, используемым при эксплуатации известных патронных фильтров.
В предлагаемом фильтре цикл фильтрования выполняется системой автоматики в следующей последовательности.
До пуска фильтра в работу в трубопроводах сжатого воздуха должно быть обеспечено требуемое рабочее давление. Все технологические патрубки фильтра должны быть закрыты. При пуске в работу фильтра система автоматики открывает запорный клапан поз. 15 - подачи исходной пульпы в фильтр и клапан поз. 16 - удаления фильтрата из коллектора и включает насос подачи исходной пульпы, если он был остановлен.
После заполнения корпуса фильтра до верхнего уровня, контролируемого датчиком поз. 20, открывается клапан 17 подачи сжатого воздуха в корпус фильтра. По режиму фильтрования давление сжатого воздуха должно превышать давление поступающей пульпы, чем обеспечивается прекращение повышения уровня пульпы в корпусе фильтра и начало периода фильтрования пульпы с образованием осадка под давлением питающего насоса. Длительность этого периода устанавливается программой в зависимости от ожидаемого качества поступающей пульпы.
После окончания заданного времени периода образования осадка клапан поз. 15 закрывается (насос может быть переключен на другой объект потребления пульпы). С прекращением поступления свежей пульпы уровень ее в корпусе фильтра будет снижаться, так как процесс фильтрования продолжается под действием давления поступающего сжатого воздуха. Через определенный интервал (когда объем пульпы в корпусе сократится до 25-30%) после закрытия клапана поз. 15 открывается клапан поз. 19 и остаток пульпы удаляется из корпуса фильтра в зумпф его питания. После полного удаления пульпы по датчику протока воздуха поз. 21 клапан 19 перекрывается и продолжается просушка осадка сжатым воздухом без снижения его давления в процессе слива остатка пульпы.
По истечении заданного времени просушки осадка клапан поз. 17 закрывается, давление сжатого воздуха быстро снижается из-за его фильтрации через осадок. Когда давление воздуха снизится до 0,5 кг/см, открывается клапан поз. 19 и давление воздуха в корпусе фильтра выровняется с внешним, после которого шиберное устройство поз.5 открывает разгрузочный патрубок.
Для разгрузки осадка с фильтровальных патронов закрывается клапан поз. 16, открываются клапаны поз. 14 и поз. 18. Сжатый воздух поступает на вибратор и внутрь фильтровальных патронов. Под комплексным действием вибрации патронов и давления воздуха отдувки происходит регенерация фильтровальной сетки, а обезвоженный осадок снимается с фильтровальных патронов и, проходя разгрузочный патрубок, падает на отгрузочный конвейер. Этой операцией цикл фильтрования заканчивается, все запорные клапаны и устройства возвращаются в исходные положения для выполнения очередного цикла фильтрования.
Существенными отличительными особенностями устройства предлагаемого патронного фильтра от принятого прототипа являются:
- внутри каждого фильтровального патрона установлена сплошная трубка с отверстием в нижней части для удаления фильтрата и отработавшего воздуха из патрона в коллектор, чем обеспечивается удаление фильтрата из внутренней полости патронов перед отдувкой осадка;
- коллектор фильтровальных патронов размещен в корпусе на эластичном основании, позволяющем осуществлять его колебания с амплитудой до 2 мм, а на корпусе коллектора закреплен вибратор; совместное воздействие отдувки осадка и вибрации патронов обеспечивает высокую эффективность удаления осадка с патронов и очистку фильтровальной перегородки;
- патрубок для разгрузки обезвоженного осадка оснащен шибером с уплотнительным устройством по принципу уплотнения камер фильтр-прессов башенного типа, позволяющим использовать площадь сечения разгрузочного устройства, необходимую для свободных условий выгрузки осадка.
Источники информации
1. Каталог оборудования завода «Прогресс» (Украина). - Бердичев, 2011.
2. Жужиков В. А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. Издание третье, дополненное и переработанное. - М.: Химия, 1971.
3. Голберг Г.Ю. Исследование технологии обезвоживания угольных флотоконцентратов фильтрованием и разработка методов их оптимизации по критерию экономичности. Автореф. диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук. - Люберцы, ИОТТ, 1994. - 21 с.