СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД
METHOD FOR SEPARATION OF HETEROGENEOUS MEDIA

Техническое решение относится к способам и устройствам для разделения жидких неоднородных сред под действием сил давления и инерции, в частности к способам фильтрования суспензий, и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.
Известен способ разделения суспензий [1], включающий динамический режим фильтрования суспензии и смыв осадка с фильтровальной перегородки суспензией, движущейся вдоль нее с необходимой скоростью. К недостаткам данного способа можно отнести следующие: низкая производительность при разделении суспензий, содержащих мелкодисперсные вещества с размером частиц менее 1 мкм различной степени дисперсности с высокой адгезией, необходимость постоянной циркуляции суспензии в фильтре, постепенное закупоривание отверстий фильтровальной перегородки частицами, соизмеримыми с размером пор перегородки, сложность регенерации фильтрующей поверхности.
Известен способ разделения суспензий с образованием осадка [2], включающий непрерывное пульсационное фильтрование суспензии. Колебательное движение суспензии, направленное вдоль фильтрующих патронов, способствует более интенсивному смыванию осадка. Частота колебаний суспензии в несколько раз превышает частоту колебаний фильтрата и достигает 130 колебаний в минуту. Недостатками данного способа разделения суспензий являются низкая производительность при разделении высокодисперсных суспензий, непрерывность пульсационного фильтрования с относительно большой частотой, что не позволяет обеспечить полное перекрытие сечения патрона (патронов), высокая вероятность разрушения тонкой фильтровальной перегородки из пленочных полимерных материалов, небольшие по величине пульсации расхода и давления разделяемой суспензии.
Предлагаемое техническое решение позволяет повысить производительность процесса фильтрования суспензии за счет периодической регенерации фильтрующей поверхности в процессе фильтрования пульсирующим потоком разделяемой среды.
Это достигается тем, что в предлагаемом способе разделения неоднородных сред осуществляют периодическую регенерацию фильтрующей поверхности в процессе фильтрования путем изменения расхода и давления разделяемой среды, движущейся вдоль фильтрующей поверхности, с частотой (0,1-1) Гц и скважностью от 0,1 до 0,5 (доля периода подачи импульса). Регенерацию фильтрующей поверхности осуществляют в течение интервала времени от 5 до 60 секунд. Соотношение расхода разделяемой среды в период пульсационного режима и расходной рабочей характеристики насоса составляет от 0 до 2. В период пульсации перепад давления в потоке разделяемой среды изменяется от 0 до 3 МПа.
Применение периодического пульсационного режима подачи разделяемой среды в фильтр способствует удалению образовавшегося осадка с фильтрующей поверхности в процессе фильтрования и регенерации фильтрующей поверхности, что восстанавливает пропускную способность фильтрующей поверхности и увеличивает производительность вывода фильтрата из фильтра. При увеличении частоты пульсаций более 1 Гц и скважности более 0,5 пульсационный режим подачи суспензии в фильтр нарушается. При уменьшении частоты менее 0,1 Гц и скважности менее 0,1 значительно увеличиваются перегрузки насоса. В зависимости от свойств разделяемых сред и размеров фильтра оптимальное время регенерации фильтрующей поверхности составляет 5 до 60 секунд. Увеличение времени регенерации более 60 секунд не влияет на производительность фильтра по фильтрату, а уменьшение времени регенерации меньше 5 секунд не позволяет полностью удалить осадок с фильтрующей поверхности, что снижает производительность фильтра. Соотношение расходов среды и насоса, равное 0, соответствует полностью перекрытому каналу фильтра, а равное 2, - последующему открытию канала фильтра и максимальной характеристике насоса без нагрузки, при этом перепад давления в потоке может изменяться соответственно от максимального в 3 МПа до 0.
Способ осуществляется следующим образом.
В проточный трубчатый фильтр центробежным насосом подается разделяемая жидкая среда, содержащая твердую фазу, например суспензия мелкодисперсного кварцевого песка или суспензия нитратов целлюлозы. Суспензия транспортируется вдоль фильтрующей поверхности, при этом фильтрат проходит через поры фильтрующей поверхности. Осуществляют также возврат исходной среды на повторное фильтрование. Со временем на фильтрующей поверхности постепенно образуется слой осадка, который препятствует прохождению фильтрата, снижается производительность фильтра. Для восстановления пропускной способности фильтрующей поверхности через периодические интервалы времени осуществляется изменение режима подачи суспензии, для этого перекрывается трубопровод подачи суспензии с частотой 1 Гц и скважностью 0,2. Суспензия начинает двигаться по трубопроводу порциями с пульсациями, при этом создается градиент давления и скорости в потоке суспензии, что способствует разрушению слоя осадка на фильтрующей поверхности и выводу осадка вместе со сгущенной суспензией. После проведения пульсационного режима в течение 30 секунд режим подачи суспензии с постоянным расходом возобновляется. Через 1-2 часа непрерывной работы фильтра пульсационный режим подачи суспензии повторяется.
Работа проточного трубчатого фильтра проводится следующим образом.
Подлежащая разделению среда через входной патрубок поступает в трубчатый фильтрующий элемент с внутренней или наружной фильтрующей поверхностью и за счет создаваемого в потоке среды давления часть жидкости проходит через фильтрующую поверхность и поступает в корпус фильтра, откуда через патрубок отводится в виде фильтрата. Сгущенная суспензия движется вдоль фильтрующего элемента и отводится через патрубок на дальнейшую переработку. Периодически на поток суспензии накладываются пульсации расхода и давления изменением проходного сечения трубопровода на входе в фильтр с помощью клапана-пульсатора. Клапан-пульсатор выполнен в виде шиберного устройства или поворотного устройства (заслонки, крана) с механическим регулируемым приводом. В случае использования гибкого трубопровода для подачи суспензии может быть применен пережим трубопровода различными механизмами.
Использование предлагаемого способа разделения неоднородных сред позволяет увеличить производительность процесса фильтрования высокодисперсных суспензий за счет периодической регенерации фильтрующей поверхности. Способ использован при разделении суспензий, содержащих высокодисперсные энергонасыщенные кристаллические и волокнистые материалы.
Источники информации
1. Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. - М.: Химия, 1971. - С.372.
2. Берестюк Г.И. Регенерация фильтров для разделения суспензий. - М.: Химия, 1978. - С.78 - прототип.