ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ

Полезная модель относится к секционированным фильтрующим устройствам непрерывного действия для очистки жидкостей под давлением с автоматической противоточной промывкой фильтрующей перегородки и может быть использована в химической, нефтехимической, пищевой промышленности и экологических процессах, в машиностроении и в устройствах для очистки технологических, смазывающих и охлаждающих жидкостей.
Известен автоматический фильтр для очистки жидкостей с противоточной промывкой фильтроэлементов, содержащий фильтроэлементы, расположенные внутри корпуса по окружности, поворотный патрубок с приводом и блок управления (авт. св. SU 801853, B01D 37/04, 1981). Регенерация фильтрующей перегородки фильтроэлементов фильтра осуществляется путем ее противоточной промывки очищенной жидкостью, заполняющей корпус фильтра. Недостатком данной конструкции фильтра является применение в качестве промывной жидкости однофазного потока жидкости, что не позволяет добиться полного удаления загрязнений из пор фильтрующей перегородки ввиду чего производительность фильтра уменьшается.
Известно, что одним из способов, позволяющим существенно повысить качество очистки фильтрующих перегородок, является их промывка двухфазным газожидкостным потоком [Коваленко В.П., Ильинский А.А. Основные техники очистки жидкостей от механических загрязнений. - М: Химия, 1982, с. 209]. При движении через пористый материал такого потока в его порах возникают локальные изменения давления и течение газожидкостного потока через фильтрующую перегородку является пульсационным, что способствует более полному удалению загрязнений из пор фильтрующей перегородки.
Известен фильтр для очистки жидкостей, содержащий корпус с расположенными внутри него по окружности фильтроэлементами с фильтрующим патроном и средство для регенерации фильтрующей перегородки патронов, включающее поворотный патрубок, соединенные с источником сжатого газа герметичные камеры, в днище которых установлена трубка, нижний конец которой размещен у дна фильтрующего патрона и снабжен обратным клапаном [авт. св. SU №1754156 A1, B01D 27/02, 1992].
Недостатком этой конструкции является образование крупных воздушных пузырей при струйном истечении воздуха из трубки и возможность появления поршневого режима движения воздуха, барботирующего сквозь фильтрат, который заполняет фильтрующий патрон. При таком неравномерном распределении воздуха в газожидкостной смеси при регенерации фильтрующей перегородки сквозь ее поры будут попеременно продавливаться крупные однофазные объемы воздуха и жидкости и пульсационная очистка фильтрующей перегородки таким газожидкостным потоком из-за малой частоты его пульсаций при течении сквозь поры фильтрующей перегородки становится малоэффективной. Следствием низкой эффективности регенерации фильтрующей перегородки является снижение производительности фильтра.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятому за прототип является фильтр для очистки жидкости, содержащий корпус с расположенными в нем по окружности фильтроэлементами с фильтрующими патронами, боковая стенка которых выполнена в виде фильтрующей перегородки, средство для регенерации фильтрующей перегородки, включающее поворотный патрубок с приводом, герметичные камеры, соединенные с источником сжатого воздуха, в днище которых встроена осесимметрично установленная трубка, нижний конец которой размещен в нижней части фильтрующего патрона и имеет обратный клапан, а пространство между фильтрующей перегородкой фильтрующего патрона и трубкой снабжено жесткими гидрофобными волокнами [патент RU №2191059, 7 B01D 29/66, 35/12, 2002].
При барботаже воздуха через слой из жестких гидрофобных волокон, выполняющих роль диспергатора воздушного потока, образуется высокодисперсная газожидкостная смесь, которая при регенерации фильтрующей перегородки протекает сквозь ее поры в высокочастотном импульсном режиме, что способствует эффективному удалению из пор перегородки уловленных ими частиц.
Недостатком этой конструкции фильтра является то, что в мелкодисперсный газожидкостный поток через фильтрующую перегородку вовлекается только та часть всплывающих воздушных пузырьков, которая находится в непосредственной близости к фильтрующей перегородки. Пузырьки воздуха, удаленные от фильтрующей перегородки, всплывают транзитом и выделяются из газожидкостной смеси в свободное от жидкости пространство в верхней части фильтрующего патрона, откуда воздух и выходит за пределы патрона, не будучи использованным для образования фильтрующейся через перегородку газожидкостной смеси. Неполнота использования по назначению подаваемого в фильтрующий элемент воздуха уменьшает концентрацию его пузырьков в газожидкостном потоке через фильтрующую перегородку, снижая тем самым эффективность пульсационной очистки фильтрующей перегородки, следствием чего является снижение производительности фильтра.
Целью предлагаемого изобретения является создание конструкции фильтра для очистки жидкости, позволяющей повысить степень регенерации фильтрующей перегородки.
Техническим результатом является повышение производительности фильтра.
Указанный технический результат достигается тем, что в фильтре для очистки жидкостей, содержащем корпус с расположенными в нем по окружности фильтроэлементами, каждый из которых снабжен фильтрующим патроном, включающем фильтрующую перегородку, и средством для регенерации, включающем поворотный патрубок, герметичную камеру, соединенную с источником сжатого воздуха, в днище которой встроена трубка с обратным клапаном, и диспергирующий слой, расположенный в зазоре между фильтрующей перегородкой фильтрующего патрона и трубкой, при этом на нижнем конце трубки установлен направляющий диск, а диспергирующий слой выполнен в виде мелкопористой проницаемой оболочки, прилегающей к фильтрующей перегородке, при этом отношение внутреннего диаметра оболочки к внутреннему диаметру фильтрующей перегородки составляет
а отношение внешнего диаметра направляющего диска к внутреннему диаметру оболочки составляет
0.
ф.п.
н.д.
где D - внутренний диаметр мелкопористой проницаемой оболочки, D - внутренний диаметр фильтрующей перегородки, D - внешний диаметр направляющего диска.
Установленный на нижнем конце трубки направляющий диск оттесняет подаваемый по трубке в фильтрующий патрон при регенерации фильтрующей перегородки воздух от центра к оболочке, направляя тем самым вдоль ее внутренней поверхности восходящий газожидкостный поток. Одновременно с этим под действием избыточного давления, создаваемого поступающим в фильтрующий патрон воздухом, газожидкостный поток вовлекается в фильтрационное течение через оболочку. При фильтрации через мелкопористую проницаемую оболочку газожидкостная смесь диспергируется и образуется мелкодисперсная газожидкостная эмульсия с малыми размерами пузырей газа и малыми прослойками жидкости между ними, протекающая далее через загрязненные поры фильтрующей перегородки в пульсационном режиме, что увеличивает частоту колебаний в пульсационном газожидкостном потоке.
При увеличении отношения внутренних диаметров мелкопористой проницаемой оболочки и фильтрующей перегородки выше заявленного предела в условии (1), толщина оболочки становится недостаточной для образования мелкодисперсной эмульсии, а уменьшение этого отношения ниже заявленного в условии (1), приводит к увеличению гидравлического сопротивления фильтрующего патрона.
Увеличение отношения диаметра направляющего диска к внутреннему диаметру мелкопористой проницаемой оболочки выше заявленного в условии (2), приводит к образованию в области прилегающей к оболочке над направляющим диском однофазной газовой полости, образующейся вследствие высокой скорости истечения воздуха через узкую кольцевую щель между краем направляющего диска и внутренней поверхностью оболочки, а уменьшение этого отношения ниже заявленного в условии (2), приводит к увеличению живого сечения в восходящем газожидкостном потоке и возможности всплывания части пузырей воздуха транзитом к выделению его в свободное от жидкости пространство в верхней части фильтрующего патрона, не будучи использованным по назначению.
На фиг. 1 показан общий вид фильтра с разрезом одного из фильтроэлементов и положением поворотного патрубка во время регенерации его фильтрующей перегородки; на фиг. 2 - часть разреза фильтроэлемента А.
Фильтр состоит из фильтроэлементов 1, расположенных внутри корпуса 2 по окружности на перегородке 3, разделяющей внутреннюю полость корпуса на две камеры - нижнюю и верхнюю; входной 4, отводящий 5 и поворотный 6 патрубки. Каждый фильтроэлемент 1 имеет цилиндрический кожух 7 с расположенным внутри него фильтрующим патроном 8, состоящим из фильтрующей перегородки 9, выполненной в виде трубчатого канала, закрытого снизу заглушкой 10. Кожух фильтроэлемента 7 заканчивается снизу патрубком 11, выходящим в нижнюю камеру корпуса 2, а сверху перекрыт фланцем 12 с центральным каналом 13 для выхода очищенной жидкости из фильтроэлемента в верхнюю камеру корпуса фильтра 2. На фланце 12 на стойках 14 закреплена герметичная камера 15, состоящая из колпака 16 и днища 17. Величина зазора 5 между днищем 17 и крайним сечением канала 13 во время работы фильтроэлемента по очистке суспензии определяется высотой стоек 14. Днище 17 выполнено в виде эластичной мембраны 18 с закрепленным на ней диском 19 с трубкой 20, расположенной по центру фильтрующего патрона 8 и имеющей обратный клапан 21 (фиг. 2). Внутри фильтрующего патрона 8 расположен прилегающий к фильтрующей перегородке 9 (фиг. 2) диспергирующий слой в виде мелкопористой проницаемой оболочки 22, выполненный, например, из многослойной спеченной металлической сетки или металлокерамики. Толщина оболочки определяется исходя из отношения (1)
,
0.
ф.п.
н.д.
0.
где D - внутренний диаметр мелкопористой проницаемой оболочки 22; D - внутренний диаметр фильтрующей перегородки 9. На нижнем конце трубки 20 закреплен направляющий диск 23, отношение внешнего диаметра которого D к внутреннему диаметру D оболочки 22 определяется исходя из отношения (2)
.
Трубопровод 24 (фиг. 1) предназначен для подачи в герметичную камеру 15 сжатого воздуха во время регенерации фильтрующей перегородки 9.
Фильтр работает следующим образом. Подлежащая очистке от механических примесей жидкость поступает через входной патрубок 4 в нижнюю камеру корпуса 2 и далее через патрубок 11 в фильтроэлемент 1. Пройдя через фильтрующую перегородку 9, очищенная жидкость выходит из фильтрующего патрона 8 через зазор между днищем 17 камеры 15 и крайним сечением канала 13 для выхода очищенной жидкости в верхнюю камеру корпуса 2, откуда отводится через патрубок 5. Во время работы фильтра, когда давлением газа (воздуха) в камере 15 отсутствует, днище 17 оказывается приподнятым над отверстием канала 13 на величину зазора “δ”.
Задерживаемые фильтрующей перегородкой 9 частицы дисперсной фазы очищаемой жидкости образуют на ее поверхности слой осадка и проникают во внутрь пор, закупоривая их или адсорбируясь на внутренней поверхности, увеличивая тем самым гидравлическое сопротивление фильтрующей перегородки 9. При превышении заданной величины разности давлений между входным 4 и отводящим 5 патрубками, срабатывает устройство для его замера, подавая сигнал на блок системы управления, выдающей команду на работу привода для установки поворотного патрубка 6 под первый фильтроэлемент 1 и подачу сжатого газа (воздуха) по трубопроводу 24 в камеру 15 и трубку 20 этого фильтроэлемента (система управления работой фильтра и привод не показаны).
Под действием давления сжатого газа (воздуха) вследствие деформации мембраны 18 происходит смещение днища 17 вниз и диска 19 закрывает канал 13 для выхода очищенной жидкости из фильтроэлемента фильтрующего патрона 8.
Начиная с этого момента, неочищенная жидкость из области между фильтрующей перегородкой 9 и кожухом фильтроэлемента 7 стекает через поворотный патрубок 6 в сборную емкость (не показана), давление в которой равно атмосферному. Через открывшийся обратный клапан 21 (фиг. 2) газ (воздух) начинает поступать через кольцевой зазор между краем направляющего диска 23 и внутренней поверхностью оболочки 22 во внутреннее пространство фильтрующего патрона, барботируя через жидкость этого пространства в виде пристенного газожидкостного слоя вдоль оболочки 22. Одновременно с перемещением газожидкостного слоя вдоль оболочки 22 возникает и его фильтрационное течение через мелкопористую структуру этой оболочки и фильтрующую перегородку 9 в направлении противоточном потоку очищаемой жидкости при ее фильтровании. При фильтрационном течении газожидкостного потока через оболочку 22, крупные пузыри газа (воздуха), продавливаясь жидкостью через ее мелкопористую структуру, дробятся на более мелкие и образуется мелкодисперсная газожидкая эмульсия с высокой концентрацией мелких пузырьков газа, которая и протекает затем сквозь поры фильтрующей перегородки в высокочастотном пульсационном режиме, очищая ее от проникших в поры частиц и слоя осадка на ее внешней поверхности. Удаленные из пор фильтрующей перегородки частицы дисперсной фазы смываются профильтровавшейся через нее жидкостью в сборную емкость.
После выдержки времени, необходимого для регенерации фильтрующей перегородки 9 в одном или, при необходимости, нескольких циклах ее промывки, от системы управления подается команда на прекращение подачи сжатого газа (воздуха) в камеру 15 и трубку 20 регенерируемого фильтроэлемента 1 и на вращение поворотного патрубка 6 для установки его под следующий фильтроэлемент.
Отвод поворотного патрубка 6 от фильтроэлемента 1 с очищенной фильтрующей перегородкой 9 и прекращение подачи к нему сжатого газа (воздуха) в камеру 15 открывает доступ к нему из нижней полости, подлежащей очистке жидкости и вывод из него в верхнюю полость очищенной жидкости.
Выполнение диспергирующего слоя прилегающим к фильтрующей перегородке и в виде мелкопористой проницаемой оболочки обеспечивает высокую степень диспергирования протекающего через нее газожидкостного потока, уменьшая тем самым размеры газовых пузырей и обеспечивая их равномерное распределение в мелкодисперсной газожидкостной эмульсии, протекающей далее сквозь фильтрующую перегородку, а установленный на конце трубки направляющий диск оттесняет барботирующий газ (воздух) из центральной области фильтрующего патрона к оболочке, что увеличивает концентрацию газовых пузырей в фильтрационном газожидкостном потоке сквозь фильтрующую перегородку в виде газожидкостной эмульсии. Течение сквозь фильтрующую перегородку газожидкостного потока с малыми размерами пузырей газа (воздуха) и с малой прослойкой жидкости между ними увеличивает частоту колебаний в пульсационном газожидкостном потоке, вследствие чего эффективность удаления механических частиц, задержанных на входе загрязненного потока в поры фильтрующей перегородки и проникших во внутрь ее пор, возрастает, увеличивая тем самым степень очистки фильтрующей перегородки от загрязнения. Более глубокая очистка фильтрующей перегородки от загрязнений увеличивает ее грязеемкость, что позволяет увеличить время фильтрования в рабочем цикле фильтра. Интенсивное высокочастотное пульсационное воздействие на загрязнения фильтрующей перегородки не только увеличивает степень ее очистки, но и позволяет сократить время ее регенерации. Увеличение в рабочем цикле фильтра времени фильтрования и сокращение времени регенерации фильтрующей перегородки приводит к увеличению производительности фильтра.
Таким образом, выполнение диспергирующего слоя в виде мелкопористой проницаемой оболочки, с толщиной определяемой отношением (1), и установка на нижнем конце трубки направляющего диска, с диаметром, определяемым отношением (2), позволяет повысить производительность фильтра.