АППАРАТ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ

Техническое решение, представленное в виде аппарата для фильтрации жидкостей относится к средствам очистки жидкостей от взвешенных веществ, разделения и концентрирования органических веществ, включая высокомолекулярные соединения, в различных отраслях промышленности, включая пищевые и микробиологические производства, водоподготовку и очистку сточных вод баромембранными методами: микро-, ультра- и нанофильтрацией, а также обратным осмосом (гиперфильтрацией), может быть востребовано во многих отраслях промышленности
Известен аппарат для фильтрации жидкостей, включающий корпус, в котором установлены соосно расположенные трубчатые элементы с наружным фильтрующим слоем, укрепленные в трубной решетке, патрубки подачи жидкости и отвода коцентрата, причем полости трубчатых элементов с наружным фильтрующим слоем сообщены с патрубком отвода фильтрата, корпус снабжен центральной трубой с отверстиями, дренажными элементами и расположенными между последними инертными частицами и/или гранулами, объем которых не превышает 60% свободного внутреннего объема корпуса, при этом патрубки подачи жидкости и отвода концентрата являются патрубками подачи или отвода жидкости или соответственно концентрата и один из них сообщен с трубой с отверстиями, а другой - с полостью корпуса, в которой расположена входная часть упомянутой трубы.
В выходном отверстии в трубной решетке, расположенном соосно с гнездом для крепления трубчатого элемента с наружным фильтрующим слоем, выполнена резьба. Внутренний диаметр центральной части корпуса меньше внутреннего диаметра полости корпуса, в которой расположена входная часть трубы с отверстиями
В трубной решетке и/или крышке корпуса и/или корпусе выполнены загрузочные отверстия с заглушками. (RU №2063785, B01D 29/00, от 20.07.96)
Известный аппарат достаточно сложен в изготовлении, так как крышка, днище, трубная решетка и корпус имеют резьбу для сборки и ряд специальных приспособлений для уплотнения составных частей аппарата, причем центральная распределительная труба, также как и трубчатые мембранные элементы, герметично закреплена своей верхней частью в трубной решетке с помощью специальных уплотнений и проточек, а нижней частью соединена с днищем. При таком выполнении известного аппарата корпус, крышка, днище и трубная решетка имеют усложненную форму и трудоемки в изготовлении. Сборка и разборка такого аппарата сложны и требуют постоянного контроля соблюдения герметичности при соединении отдельных его частей. При использовании известного аппарата в случае выхода из строя части мембранных элементов невозможна быстрая замена всего набора мембранных элементов вследствие герметичного крепления в трубной решетке наряду с мембранными элементами и центральной распределительной трубы.
Известный аппарат не обладает повышенной компактностью для параллельного подключения нескольких таких аппаратов в единое мембранное устройство из-за наличия входного и выходного патрубков, расположенных под углом в 90 градусов к корпусу. Кроме того, уменьшающееся в одном направлении (сверху вниз) количество отверстий в центральной распределительной трубе и их сечение не способствуют качественному мембранному распределению при изменении движения жидкости в аппарате на противоположное.
Наиболее близким техническим решением является аппарат для фильтрации жидкостей, содержащий корпус, в котором соосно установлены центральная распределительная труба с рядами отверстий и набор трубчатых мембранных элементов, укрепленный в трубной решетке, крышку с патрубком для отвода фильтрата, днище, кольцевую чашку для заглушки концов мембранных элементов, герметизирующие уплотнения между крышкой и трубной решеткой, при этом днище закреплено на центральной распределительной трубе, верхний конец которой снабжен резьбой для крепления крышки, а в центре труба имеет неподвижную перегородку, от которой к периферии трубы увеличивается суммарное сечение отверстий в каждом ряду, при этом трубная решетка и днище имеют кольцевые проточки для корпуса, в крышке и трубной решетке выполнены кольцевые полости для фильтрата, отделенные герметизирующим бортиком в центре крышки, причем патрубок на крышке расположен параллельно оси центральной распределительной трубы или под углом к ней, менее 90. Корпус и днище выполнены в виде цилиндрического стакана. Герметизирующий бортик выполнен в виде кольца, прилегающего к крышке. По второму варианту 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, 7 B01D 63/00, от 20.05.2002). Однако данное техническое решение недостаточно эффективно в эксплуатации Неравномерность распределения скоростей потока жидкости в межтрубном пространстве остается высокой. Скорость потока жидкости в начале межтрубного пространства напротив первых рядов отверстий в трубе минимальна, т.к. количество отверстий в начале межтрубного пространства по сравнению с их общим количеством невелико и в эти отверстия поступает незначительная часть общего потока жидкости. Большая часть общего потока жидкости поступает в отверстия, расположенные вблизи от неподвижной перегородки и, направляясь в отверстия, расположенные за неподвижной перегородкой в непосредственной близости от нее, омывает лишь меньшую часть общей длины (и, следовательно, рабочей поверхности) трубчатых фильтрующих элементов. В результате этого создаются неодинаковые условия фильтрования и смыва осадка с трубчатых фильтрующих элементов в различных частях межтрубного пространства аппарата. Возникает потребность расходования большого количества промывной воды с соответствующим увеличением объема сточных вод; около стенок корпуса аппарата образуются зоны, из которых осадок при промывке аппарата не удаляется и он может являться причиной инфицирования обрабатываемой и промывной жидкости патогенными микроорганизмами. Фильтр отличается повышенной сложностью сборки и герметизации разъемных соединений, в частности, на герметизацию разъемных соединений корпуса с трубной решеткой и трубной решетки с крышкой используются отдельные уплотнительные прокладки. решает задачи повышения равномерности распределения скоростей потока жидкости при прохождении межтрубного пространства аппарата с целью улучшения эксплуатационных характеристик фильтра (повышение производительности, уменьшение количества промывных вод при удалении осадка, уменьшение объема застойных зон, склонных к заполнению осадком, обеспечение полного слива жидкости при опорожнении аппарата), улучшения качества продукта фильтрованием его через дополнительный фильтрующий слой «адсорбента», повышения технологичности изготовления аппарата для фильтрации, упрощения его конструкции, сборки и разборки, улучшения компактности фильтра (уменьшение габаритных размеров).
Технической задачей предложенного оборудования для фильтрации жидкостей является повышение равномерности распределения скоростей потока жидкости при прохождении межтрубного пространства аппарата для улучшения эксплуатационных характеристик фильтра (повышение производительности, уменьшение количества промывных вод при удалении осадка, уменьшение объема застойных зон, склонных к заполнению осадком, обеспечение полного слива жидкости при опорожнении аппарата), улучшение качества продукта фильтрованием его через дополнительный фильтрующий слой адсорбента, повышение технологичности изготовления аппарата для фильтрации, упрощение его конструкции, сборки и разборки, улучшение компактности фильтра.
Техническая задача обеспечивается тем, что аппарат для фильтрации жидкостей содержит полый объемный 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.
Сущность технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 - изображен общий вид аппарата для фильтрации жидкостей; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг.1; на фиг.3 - изображен аппарат для фильтрации жидкостей с применением наполнителя.
Аппарат для фильтрации жидкостей содержит полый объемный цилиндрический корпус 1, днище 2, крышку 3 с патрубком для отвода фильтрата 4, установленную внутри корпуса 1 центральную распределительно-стяжную трубу 5 со сквозными отверстиями 6 на ее боковой поверхности 7 и с перегородкой 8 в ее полости 9, концентрично расположенные вокруг центральной распределительно-стяжной трубы 5, трубчатые фильтрующие элементы 10, кольцевую чашку 11 для заглушки свободных концов 12 трубчатых фильтрующих элементов 10 и трубную решетку 13 для фиксации противоположных концов 14 трубчатых фильтрующих элементов 10, при этом расположенная в полости 9 центральной распределительно-стяжной трубы 5 перегородка 8 выполнена подвижной вдоль продольной оси последней с возможностью возвратно-поступательного перемещения и фиксации в заданном положении относительно трубы 5, которая выполнена разъемной с трубной решеткой 13 и днищем 2 и имеет на свободных концах резьбовые патрубки 15 и 16 соответственно для подвода жидкости и отвода концентрата или промывочной жидкости, а кольцевая чашка 11 установлена в полости корпуса 1 с технологическим зазором 17 относительно его внутренней поверхности для вывода жидкости из межтрубного пространства в, образованную между кольцевой чашкой 11 и днищем 2, полость 18, сообщенную через сквозные боковые отверстия трубы с патрубком отвода концентрата или промывочной жидкости.
Трубчатые фильтрующие элементы 10, имеют рабочий слой на наружной поверхности трубок, либо рабочий слой на этой поверхности образуется в процессе фильтрации жидкости. Трубная решетка 13 и резьбовой патрубок 15 ввода в аппарат жидкости могут соединяться между собой с помощью уплотнительной прокладки, либо изготавливаться единым сборочным узлом.
Патрубки 15 и 16 имеют резьбы, на которые надеваются эластичные уплотнительные прокладки 19, шайбы 20 и навинчиваются гайки 21. Для одновременной герметизации разъемных соединений корпуса 1 с трубной решеткой 13 и крышкой 3 и днищем 2 с помощью эластичных уплотнительных колец 22.
Трубная решетка и крышка образуют между собой полость 23 для сбора фильтрата. В аппарате на фиг.1 - Труба 5 имеет длину, позволяющую ей достигать расположения кольцевой чашки 11. Отверстия в ней располагаются двумя группами, непосредственно в начале - после трубной решетки 13 ив конце, до кольцевой чашки 11, т.е. отверстия межтрубного пространства. Труба 5 вывода жидкости из аппарата (за кольцевой чашкой) имеет отверстия, сообщающие ее только с полостью 18, образованной кольцевой чашкой 11 с днищем 2.
В аппарате используется герметизирующий узел, позволяющий одной герметизирующей прокладкой 24 уплотнить разъемные соединения корпуса 1 с крышкой 3 и трубной решетки 13 с крышкой 3.
В аппарате для фильтрации по второму варианту (фиг.3) крышка 3 выполнена совместно с обечайкой 25. Трубная решетка 13 имеет кольцевую проточку 26, соответствующую обечайке 25, в которой установлено герметизирующее уплотнительное кольцо. Внутри обечайки 25 расположен наполнител. Труба 5 подачи в аппарат жидкости имеет бортик 27, позволяющий проводить герметизацию межтрубного пространства аппарата с помощью прокладки 28 независимо от герметизации пространства, заполненного наполнителем.
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 6 в начале трубы 5 поступает в начало межтрубного пространства со скоростью потока, достаточной для прохождения ее между рядами трубчатых фильтрующих элементов 10 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 17 выводятся сначала в полость 18, а затем из нее через отверстия поступают в патрубок 16 и выводятся из аппарата. Первая, большая часть потока исходной жидкости проходит, вдоль трубчатых фильтрующих элементов 10 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 10 другой, большей частью потока. Соотношение обеих частей потока исходной жидкости регулируется отношением суммарных поперечных сечений отверстий в начале и конце центральной распределительно-стяжной трубы 5, а скорость потока в струях, выходящих через отверстия в трубе 5, 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 15 подачи в аппарат жидкости, открывается линия вывода промывной воды, соединенная с патрубком 16, и в патрубок 4 вывода фильтрата 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 16 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.
В аппарате, выполненном по второму варианту, фильтрат, прежде чем выйти из аппарата через патрубок 4, проходит через слой наполнителя, находящегося в обечайке 26, подвергаясь дополнительной очистке в соответствии со свойствами наполнителя.
Предлагаемый аппарат для фильтрации технологичен в изготовлении, сборка и разборка его по сравнению с известным устройством существенно упрощена; он имеет большую производительность при одинаковом количестве по сравниваемым аппаратам трубчатых фильтрующих элементов, а эксплуатация его сопровождается образованием меньшего количества сточных вод, возможностью полного слива с аппарата находящейся в нем жидкости. Уменьшенные габаритные размеры аппаратов упрощают их транспортировку и позволяют создавать более компактные установки, содержащие несколько аппаратов одновременно.