АППАРАТ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ
LIQUID FILTRATION DEVICE

Область техники
Изобретение относится к устройствам для очистки жидкостей и газов, например, в сельском хозяйстве, медицинской, пищевой и микробиологической отраслях промышленности, а также может быть использовано для разделения и концентрирования технологических растворов, водоподготовки, очистки сточных вод других производств.
Предшествующий уровень техники
Известен аппарат для фильтрации жидкостей, содержащий корпус с соосно установленной центральной распределительной трубой с отверстиями и трубчатыми мембранными элементами, укрепленными в трубной решетке, крышку с патрубком для отвода фильтрата, днище, кольцевую чашку для заглушки концов мембранных элементов, при этом днище закреплено на центральной распределительной трубе, верхний конец которой снабжен резьбой для крепления крышки, в крышке и трубной решетке выполнены кольцевые полости для фильтрата, патрубок на крышке расположен параллельно оси центральной распределительной трубы или под углом к ней. В другом варианте исполнения аппарата, крышка и трубная решетка имеют соответствующие кольцевые проточки для цилиндрической обечайки, при этом к внутренней плоской поверхности крышки и наружной поверхности трубной решетки прилегают кольцевые сетки, между которыми размещен адсорбент (RU 2182514, опубл. 20.05.2002). Однако данное техническое решение имеет ряд недостатков при эксплуатации: высокая неравномерность распределения скоростей потока жидкости в межтрубном пространстве, неодинаковые условия фильтрования и смыва осадка с трубчатых фильтрующих элементов в различных частях межтрубного пространства, большой расход промывной воды, наличие зон около стенок корпуса аппарата, из которых осадок при промывке аппарата не удаляется, что может являться причиной инфицирования обрабатываемой и промывной жидкости патогенными микроорганизмами. Аппарат отличается повышенной сложностью сборки: наличие сварных элементов в корпусе, герметизация разъемных соединений корпуса с трубной решеткой и трубной решетки с крышкой.
Наиболее близким техническим решением является аппарат для фильтрации жидкостей, содержащий цилиндрический корпус, днище, крышку с патрубком для отвода фильтрата, установленную внутри корпуса центральную распределительно-стяжную трубу со сквозными отверстиями на ее боковой поверхности и с перегородкой в ее полости, концентрично расположенные вокруг центральной распределительно-стяжной трубы трубчатые фильтрующие элементы, кольцевую чашку для заглушки свободных концов трубчатых фильтрующих элементов и трубную решетку для фиксации противоположных концов трубчатых фильтрующих элементов, при этом расположенная в полости центральной распределительно-стяжной трубы перегородка выполнена подвижной вдоль продольной оси последней с возможностью возвратно-поступательного перемещения и фиксации в заданном положении относительно трубы, которая выполнена разъемной с трубной решеткой и днищем и имеет на свободных концах резьбовые патрубки соответственно для подвода жидкости и отвода концентрата или промывочной жидкости, а кольцевая чашка установлена в полости корпуса с технологическим зазором относительно его внутренней поверхности для вывода жидкости из межтрубного пространства в образованную между кольцевой чашкой и днищем полость, сообщенную через сквозные боковые отверстия трубы с патрубком отвода концентрата или промывочной жидкости. Аппарат снабжен расположенной между трубной решеткой и крышкой обечайкой для адсорбента (RU 117312, опубл. 27.06.2012). Аппарат имеет высокую производительность и качество продукта вследствие использования наполнителя. Однако и этот аппарат имеет технологические сложности в сборке: наличие сварных элементов в корпусе, например патрубок для вывода фильтрата, герметизация разъемных соединений корпуса с трубной решеткой и трубной решетки с крышкой. Кроме того, при достаточно эффективной очистке жидкости с помощью керамических мембран жидкость все равно подвергается дополнительному фильтрованию через наполнитель, расположенный в обечайке, что снижает производительность аппарата.
Раскрытие изобретения
Технической задачей предложенного изобретения является повышение функциональности аппарата для фильтрации, обеспечение возможности комбинирования фильтрующих элементов, упрощение его конструкции, сборки и разборки, технологии изготовления.
Указанный технический результат достигается в аппарате для фильтрации жидкостей, содержащем цилиндрический корпус, днище, крышку, установленную внутри корпуса центральную распределительно-стяжную трубу со сквозными отверстиями и перегородкой, трубчатые фильтрующие элементы, концентрично расположенные вокруг распределительно-стяжной трубы, кольцевую чашку для заглушки свободных концов трубчатых фильтрующих элементов и трубную решетку для фиксации трубчатых фильтрующих элементов, расположенную между трубной решеткой и крышкой дополнительную обечайку для адсорбента с возможностью ее демонтажа при необходимости, при этом распределительно-стяжная труба выполнена разъемной на высоте уровня обечайки с дополнительным патрубком, при этом все части трубы и патрубка выполнены с резьбовым соединением на концах.
Традиционно для отвода фильтрата в аппаратах предусмотрены штуцеры, которые выполняют при помощи сверления отверстия в крышке и соединения штуцера с отверстием при помощи сварки.
Упрощение технологии изготовления аппарата возможно при изготовлении крышки аппарата с резьбовым отверстием для установки дополнительной оснастки для отвода фильтрата, например штуцеров типа JohnGest, гибких подводок с соответствующей резьбой.
Распределительно-стяжная труба выполнена разъемной с трубной решеткой и днищем и имеет на свободных концах резьбовые патрубки для подвода жидкости и отвода концентрата или промывочной жидкости. Перегородка в полости распределительно-стяжной трубы выполнена с возможностью возвратно-поступательного перемещения и фиксации в заданном положении относительно трубы. Кольцевая чашка установлена в полости корпуса с технологическим зазором относительно его внутренней поверхности для вывода жидкости из межтрубного пространства в образованную между кольцевой чашкой и днищем полость, сообщенную через сквозные боковые отверстия трубы с патрубком отвода концентрата или промывочной жидкости.
Краткое описание чертежей
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 изображен общий вид аппарата для фильтрации жидкости с дополнительной ступенью очистки адсорбентом.
На фиг. 2 изображен общий вид аппарата для фильтрации жидкости без дополнительной ступени очистки.
На фиг. 3 изображена крышка аппарата.
На фиг. 4а и 4б изображена распределительно-стяжная труба, составленная из частей, объединенных вместе при помощи резьбового соединения и в разъеме соответственно.
Осуществление изобретения
Аппарат для фильтрации жидкостей (фиг. 1) содержит полый объемный цилиндрический корпус 1, днище 2, крышку 3 с отверстием 4 с внутренней резьбой 5 для установки дополнительной оснастки, например штуцеров типа JohnGest, гибких подводок с соответствующей резьбой, для отвода фильтрата, установленную внутри корпуса 1 центральную распределительно-стяжную трубу 6 со сквозными отверстиями 7 на ее боковой поверхности и с перегородкой 8 в ее полости 15, концентрично расположенные вокруг центральной распределительно-стяжной трубы 6, трубчатые фильтрующие элементы 9, кольцевую чашку 10 для заглушки свободных концов 11 трубчатых фильтрующих элементов 9 и трубную решетку 12 для фиксации противоположных концов трубчатых фильтрующих элементов 9, при этом расположенная в полости 15 центральной распределительно-стяжной трубы 6 перегородка 8 выполнена подвижной вдоль продольной оси последней с возможностью возвратно-поступательного перемещения и фиксации в заданном положении относительно трубы 6, а распределительно-стяжная труба 6 выполнена разъемной с трубной решеткой 12 и днищем 2 и имеет на свободных концах резьбовые патрубки 13 и 14 соответственно для подвода жидкости и отвода концентрата или промывочной жидкости, а кольцевая чашка 10 установлена в полости корпуса 1 с технологическим зазором 16 относительно его внутренней поверхности для вывода жидкости из межтрубного пространства в образованную между кольцевой чашкой 10 и днищем 2 полость 17, сообщенную через сквозные боковые отверстия трубы, с патрубком отвода концентрата или промывочной жидкости 14.
Трубчатые фильтрующие элементы 9 имеют рабочий слой на наружной поверхности трубок, либо рабочий слой на этой поверхности образуется в процессе фильтрации жидкости. Трубная решетка 12 и резьбовой патрубок 13 ввода в аппарат жидкости могут соединяться между собой с помощью уплотнительной прокладки либо изготавливаться единым сборочным узлом. Патрубки 13 и 14 имеют резьбы, на которые надеваются эластичные уплотнительные прокладки, шайбы 18 и навинчиваются гайки 19. Для одновременной герметизации разъемных соединений корпуса 1 с трубной решеткой 12 и крышкой 3 и днищем 2 с помощью эластичных уплотнительных колец 20.
В аппарате на фиг. 1 труба 6 имеет длину, позволяющую ей достигать расположения кольцевой чашки 10. Отверстия в ней располагаются двумя группами, непосредственно в начале после трубной решетки 12 и в конце, до кольцевой чашки 10, т.е. отверстия межтрубного пространства. Труба 14 вывода жидкости из аппарата (за кольцевой чашкой) имеет отверстия, сообщающие ее только с полостью 17, образованной кольцевой чашкой 10 с днищем 2.
В аппарате для фильтрации на фиг. 1 между трубной решеткой 12 и крышкой 3 выполнена обечайка 21. Трубная решетка 12 имеет кольцевую проточку 22, соответствующую обечайке 21, в которой установлено герметизирующее уплотнительное кольцо. Внутри обечайки 21 расположен наполнитель. Труба 6 подачи в аппарат жидкости имеет бортик 23, позволяющий проводить герметизацию межтрубного пространства аппарата с помощью прокладки 20 независимо от герметизации пространства, заполненного наполнителем.
Фильтрат, прежде чем выйти из аппарата, с помощью дополнительной оснастки, установленной на резьбовом соединении 5 отверстия 4, проходит через слой наполнителя 24, находящегося в обечайке 21 между трубной решеткой 12 и крышкой 3, подвергаясь дополнительной очистке в соответствии со свойствами наполнителя. При этом на расстоянии высоты обечайки в центральной распределительно-стяжной трубе 6 выполнен разъем, части 26 и 27 трубы 6 выполнены с резьбовым соединением (см. фиг. 4), а часть 27 трубы имеет как внутреннюю, так и наружную резьбу.
Часто бывают случаи, когда дополнительная очистка при помощи адсорбента не требуется, в этом случае в устройстве предусмотрена возможность удаления второй ступени адсорбента путем отвинчивания патрубка 26, навинчивающегося на часть центральной стяжной трубы 27 (см. фиг. 4), расположенной в зоне размещения адсорбента, удаления обечайки 21 с адсорбентом и совмещения крышки аппарата 3 с трубной решеткой 12.
На фиг. 2 изображен аппарат без дополнительной ступени очистки абсорбирующим слоем, расположенным в обечайке. Трубная решетка 12 и крышка 3 образуют между собой полость 28 для сбора фильтрата.
В аппарате на фиг. 2 используется герметизирующий узел, позволяющий с помощью дополнительной прокладки 25, выполненной из металла или пластика, уплотнить разъемные соединения трубной решетки 12 с крышкой 3.
Аппарат для фильтрации работает в режиме чередования периодов фильтрации и промывки. Работа аппарата характеризуется распределением потоков в межтрубном пространстве аппарата. Большая часть потока исходной жидкости через отверстия 7 в начале трубы 6 поступает в начало межтрубного пространства со скоростью потока, достаточной для прохождения ее между рядами трубчатых фильтрующих элементов 9 вплоть до стенки корпуса 1. Другая, меньшая часть потока исходной жидкости, через отверстия в конце трубы подается в конец межтрубного пространства. Обе части потока через кольцевой технологический зазор 16 выводятся сначала в полость 17, а затем из нее через отверстия поступают в патрубок 14 и выводятся из аппарата. Первая, большая часть потока исходной жидкости, проходит вдоль трубчатых фильтрующих элементов 9 от их начала, до их конца, смывая с их поверхности осадок. Вторая, меньшая часть потока, радиально проходит в конце межтрубного пространства в непосредственной близости от днища 2 аппарата и препятствует оседанию на нем осадка, смываемого с поверхности трубчатых фильтрующих элементов 9 другой, большей частью потока. Соотношение обеих частей потока исходной жидкости регулируется отношением суммарных поперечных сечений отверстий в начале и конце центральной распределительно-стяжной трубы 6, а скорость потока в струях, выходящих через отверстия в трубе 7, регулируется количеством и диаметром отверстий, выполняемых на боковой поверхности трубы. Аппарат может работать как в проточном режиме фильтрования (с образованием концентрата), так и в «тупиковом» режиме (без вывода концентрата).
Промывка аппаратов для удаления осадка с поверхности трубчатых фильтрующих элементов проводится потоком жидкости в обратном направлении следующим образом: закрывается вход в патрубок 13 подачи в аппарат жидкости, открывается линия вывода промывной воды, соединенная с патрубком 14, и отверстием 4 под заданным избыточным давлением подается фильтрат, либо специальная промывная жидкость, которая, проходя через поры трубчатых фильтрующих элементов, отделяет слой накопившегося на рабочей поверхности осадка, выносит его из межтрубного пространства через патрубок 14 по пути, на котором вероятность образования застойных зон с накоплением в них осадка вследствие реализованных настоящим техническим решением конструкционных решений сведена к минимуму.
При образовании рабочего слоя на поверхности трубчатых фильтрующих элементов в процессе фильтрования обратным потоком жидкости загрязнения удаляются из аппарата вместе с веществом, из которого был образован рабочий слой. Удаление из аппарата загрязнений проводится также промывкой аппарата жидкостью (в т.ч. моющими растворами) в режиме отсутствия отбора фильтрата, т.е. при закрытой линии, соединенной с патрубком вывода фильтрата, и открытой линии вывода промывной воды.
Предлагаемый аппарат для фильтрации более технологичен в изготовлении, так как значительно упрощается технология изготовления крышки в связи с отсутствием необходимости изготовления дополнительной детали - штуцера для вывода фильтрата, т.е. отсутствует операция сверления отверстия для установки штуцера и аргонодуговой сварки деталей. А главное, предлагаемый аппарат значительно функциональней за счет возможности установки между трубной решеткой и крышкой дополнительной обечайки для адсорбента и выполнения распределительно-стяжной трубы разъемной на уровне высоты обечайки для возможности установки дополнительного патрубка на распределительно-стяжную трубу, при этом части трубы и патрубка выполнены с резьбовыми соединениями на концах. Это дает возможность использовать аппарат как с одной ступенью фильтрации - только керамическими мембранами (фильтрующими элементами), так с двумя ступенями - добавлением дополнительного навинчивающегося патрубка для установки в устройство дополнительного адсорбента с обечайкой.