Фильтр-сгуститель

Полезная модель относится к устройствам для разделения суспензий и предназначена для осуществления процессов микрофильтрации и концентрирования твердой фазы жидких радиоактивных отходов в атомной энергетике.
Известен мембранный аппарат для разделения жидких смесей (патент РФ №2179062, дата публикации 10.02.2002, МПК B01D 63/08). Указанное изобретение относится к устройствам для разделения жидких смесей с помощью пористых мембран, преимущественно на базе металлокерамических мембран («TRUMEM») и предназначено для осуществления процессов микрофильтрации (от 0,1 до 0,5 мкм) и фильтрации (от 0,5 до 10 мкм), применяется с целью очистки, концентрирования, фракционирования жидкостей, в том числе промышленных отходов в атомной энергетике, в микробиологической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности. В данном решении недостаточно проработаны вопросы повышения эффективности, упрощения конструкции, значительна трудоемкость обслуживания.
Известно также решение по патенту РФ на полезную модель №45094 (дата публикации 27.04.2005, МПК B01D 63/08, B01D 63/16, B01D 33/15). Фильтр-сгуститель трубчатый динамический «ЧЕГЕМ», включающий корпус, имеющий верхнюю часть со штуцером ввода исходной смеси, нижнюю часть со штуцером вывода пермеата, размещенным в узле уплотнения вала над нижней торцевой пробкой и штуцером вывода концентрата, установленный в корпусе полый вал, имеющий средства герметизации от внешней среды и от смешивания отфильтрованного пермеата и концентрата, с которым соединен набор вращающихся фильтрующих элементов, сформированных с возможностью обеспечения перемещения фильтрата в их центральной части к полости вала и снабженных герметизирующими элементами, неподвижные сепараторные элементы, средства уплотнения внутреннего объема корпуса, узел соединения вала с приводом, с установленными на валу верхней и нижней торцевыми пробками, причем фильтрующие элементы выполнены в виде равновеликих отрезков трубчатой формы и соединены между собой последовательно с образованием соединительных узлов и замкнутого правильного многоугольника, вписанного в окружность, образованную внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, сепараторные элементы выполнены в виде неподвижных лопастей, соединенных с корпусом, соединительные узлы выполнены Т-образной формы в основании, в одном из плеч которых выполнены сообщающиеся между собой каналы, соединяющиеся с полостью смежного трубчатого фильтрующего элемента с одной стороны и с герметизирующим элементом, размещенным в одном из торцов трубчатой формы каждого из трубчатых фильтрующих элементов с другой стороны, соединение центрального полого вала с каждым из набора трубчатых фильтрующих элементов выполнено в виде введенных в устройство радиальных отводов, имеющих продольный канал, сообщающийся с полостью вала и полостью соответствующего трубчатого фильтрующего элемента через соединительные узлы посредством канала, выполненного в основании соответствующего Т-образного узла, герметизирующие элементы размещены в однонаправленных торцах набора трубчатых фильтрующих элементов.
Недостатком известного устройства является повышенный износ поверхности фильтрующих элементов за счет подачи суспензии, содержащей абразивные частицы, непосредственно в зону фильтрации.
Истирание фильтрующей поверхности приводит к потере работоспособности фильтрующих элементов.
Наиболее близким к заявляемому является фильтр-сгуститель (патент РФ на полезную модель №156468, дата публикации 10.11.2015, МПК G21F 9/28), в котором верхняя часть корпуса выполнена в виде съемной крышки, на которой размещен узел соединения вала с приводом и штуцером отвода фильтрата, к нижней части крышки прикреплен перфорированный цилиндр, на внутренней стенке которого размещены сепараторные элементы, не менее двух элементов на каждом ярусе фильтрующих элементов, штуцер ввода исходной суспензии размещен в нижней части корпуса фильтра, штуцеры отвода концентрата размещены на боковой стенке фильтра и в нижнем днище, на центральном валу, ниже нижнего яруса фильтрующих элементов и выше штуцера ввода исходной суспензии размещен диск.
Недостатком известного решения является поступление части абразивных частиц в верхнюю полость корпуса фильтра и зону фильтрации через зазор между вращающимся диском и корпусом фильтра. При этом попавшие в верхнюю полость фильтра и зону фильтрации частицы не отводятся в нижнюю полость и накапливаются в верхней полости, а при остановке вращения оседают на плоскую поверхность диска и, при включении вращения, попадают в зону фильтрации.
Предложено техническое решение, позволяющее устранить выявленные недостатки. Задача, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, заключается в создании такого фильтра-сгустителя, который при максимально возможной производительности и высоком качестве разделения обеспечит надежность работы при очистке сильнозагрязненных жидкостей, прежде всего растворов атомной промышленности, в том числе жидких радиоактивных отходов.
Технический результат достигаемый при использовании полезной модели заключается в увеличении срока работоспособности фильтрующих элементов за счет сокращении на них эрозионной нагрузки.
Указанная задача решается и технический результат достигается за счет того, что в фильтре-сгустителе, включающем корпус со штуцером вывода концентрата, установленный в корпусе полый вал, имеющий средства герметизации от внешней среды и от смешивания отфильтрованного пермеата, с которым соединен набор вращающихся фильтрующих элементов, сформированных с возможностью обеспечения перемещения пермеата в их центральной части к полости вала и снабженных герметизирующими элементами, неподвижные сепараторные элементы, средства уплотнения внутреннего объема корпуса, узел соединения вала с приводом, с установленными на валу верхней и нижней торцевыми пробками, фильтрующими элементами, выполненными в виде равновеликих отрезков трубчатой формы, и соединенными между собой последовательно с образованием соединительных узлов и замкнутого правильного многоугольника, вписанного в окружность, образованную внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, в котором при этом сепараторные элементы выполнены в виде неподвижных лопастей, соединительные узлы выполнены Т-образной формы в основании, в одном из плеч которых выполнены сообщающиеся между собой каналы, соединяющиеся с полостью смежного трубчатого фильтрующего элемента с одной стороны и с герметизирующим элементом, размещенным в одном из торцов каждого из трубчатых фильтрующих элементов с другой стороны, соединение центрального полого вала с каждым из набора трубчатых фильтрующих элементов выполнено в виде введенных в устройство радиальных отводов, имеющих продольный канал, сообщающийся с полостью вала и полостью соответствующего трубчатого фильтрующего элемента через соединительные узлы посредством канала, выполненного в основании соответствующего Т-образного узла, герметизирующие элементы размещены в однонаправленных торцах набора трубчатых фильтрующих элементов, верхняя часть корпуса выполнена в виде съемной крышки, на которой размещен узел соединения вала с приводом и штуцером отвода фильтрата, к нижней части крышки прикреплен перфорированный цилиндр, на внутренней стенке которого размещены сепараторные элементы, не менее двух элементов на каждом ярусе фильтрующих элементов, штуцер ввода исходной суспензии размещен в нижней части корпуса фильтра, штуцер отвода декантата размещен на боковой стенке и штуцер отвода концентрата в нижнем днище фильтра, верхняя и нижняя части корпуса разделены перегородкой, выполненной в виде опрокинутого конуса с углом наклона образующей к основанию 10-30° и центральным отверстием, закрепленной на корпусе фильтра без зазоров.
Наличие ниже нижнего яруса фильтрующих элементов опрокинутого конуса с центральным отверстием и углом 10-30° между образующей и основанием позволяет снизить эрозионную нагрузку на поверхность фильтрующих элементов за счет того, что удаленные с поверхности фильтрующих элементов частицы стекают по наклонной поверхности опрокинутого конуса к отверстию и, далее, в нижнюю часть корпуса фильтра-сгустителя, не поступая таким образом в зону фильтрации. Величина угла более 10° обеспечивает достаточно эффективное стекание твердых частиц к центральному отверстию, при угле наклона более 30° происходит чрезмерное увеличение высоты конуса и, соответственно, габаритов аппарата.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фиг. представлена конструкция устройства, которая включает верхнюю крышку 1, корпус 2, фильтрующие элементы 3, центральный вал 4, привод 5, радиальные отводы 6, штуцер ввода исходной суспензии 7, узел 8 соединения центрального вала 4 с приводом 5, штуцер отвода фильтрата 9, штуцер отвода концентрата 11, сепараторные элементы 12, цилиндр 13, опрокинутый конус 14, штуцер отвода декантата 15.
Устройство работает следующим образом.
Исходная суспензия подается на фильтрацию через штуцер ввода концентрата 7, расположенный в нижней части корпуса 2.
Суспензия поступает на фильтрацию в полость, образованную нижним днищем фильтра и опрокинутым конусом 14.
При этом абразивные частицы задерживаются в полости. За счет турбулизации суспензии под конусом 14 они отбрасываются на перифирию от отверстия в нижней части опрокинутого конуса 14.
При проведении регенерации удаленные с поверхности фильтрующих элементов 3 частицы стекают по наклонной поверхности опрокинутого конуса 14 к отверстию и, далее, в нижнюю часть корпуса 2 фильтра-сгустителя, не поступая в зону фильтрации, исключая тем самым эрозионную нагрузку на поверхность фильтрующих элементов 3. Жидкая фаза (фильтрат) суспензии проходит через пористую поверхность фильтрующих элементов 3 и через центральный вал 4 отводится из фильтра, твердая фаза накапливается в корпусе 2.
При снижении производительности фильтра прекращается подача исходной суспензии, часть содержащейся в фильтре суспензии отводится в голову процесса через штуцер отвода декантата 15, расположенный на боковой стенке фильтра, образуя в корпусе 2 свободный объем, позволяющий осуществить гидроудар при подаче давления с внутренней стороны фильтрующих элементов 3.
Через штуцер отвода фильтрата 9 подается чистая вода или фильтрат с давлением, большим давления фильтрации, затем в тот же штуцер 9 подается сжатый воздух. После проведения регенерации процесс сгущения повторяется.
После достижения заданной концентрации твердой фазы в корпусе 2 фильтра подача суспензии на фильтрацию прекращается, открывается вентиль на штуцере отвода концентрата 11, расположенный в нижней части корпуса 2 фильтра, открывается подача сжатого воздуха в корпус 2 фильтра через штуцер отвода фильтрата 9 и производится сброс концентрата на дальнейшую переработку.
После опорожнения корпуса 2 фильтра процесс фильтрация-концентрирование продолжается.
При необходимости замены фильтрующих элементов верхняя крышка 1, с размещенными на узле 8 соединения вала с приводом 5 штуцером отвода фильтрата 9 и цилиндром 13 с сепараторными элементами 12 извлекается и устанавливается на подставку.