ФИЛЬТР ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СРЕД
FILTER FOR GAS-AND-LIQUID MEDIA FILTERING

К защите патентом Российской Федерации предлагается изобретение, представляющее собой фильтр для фильтрации газожидкостных сред, которое относятся к области очистки газовых и жидкостных сред и может быть использовано в химической, нефтехимической, металлургической, строительной, пищевой и других промышленностях.
Из уровня техники хорошо известны технические решения аналогичного характера, например, из ГОСТ 25199-82 (СТ СЭВ 2145-80) "Оборудование пылеулавливающее. Термины определения" (утв. постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 31 марта 1982 г. N 1388), по состоянию на 25 сентября 2006 года, Платов В. Улавливание абразивной пыли на промышленных предприятиях. Журнал СОК (Сантехника Отопление Кондиционирование) №5 2004 г., Ветошкин А.Г. Процессы и аппараты защиты атмосферы от газовых выбросов, Учебное пособие по проектированию. - Пенза: Изд-во «Пенз. технол. ин-та», 2003 г. 155 с.: ил. 12 библиогр. (прототип), Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов защиты биосферы от промышленных выбросов. / Родионов А.И., Кузнецов Ю.П., Зенков В.В., Соловьев Г.С. - М.: Химия, 1985 г.
Также аналогичные технические решения хорошо известны из источников патентной информации, например описаний изобретений по следующим патентам РФ №№2301105 от 20.06.2007, 2281143 от 27.08.2004, 2280491 от 27.08.2004, 2178334 от 20.01.2002.
Во всех перечисленных выше источниках информации раскрывается способ фильтрации газожидкостных сред, согласно которому рабочую среду подают в горизонтально расположенный фильтр, содержащий кожух и размещенный в нем горизонтально ориентированный пористый патрон, выполненный полым и содержащий насыпной фильтрующий слой.
Также в указанных источниках информации раскрываются конструктивные особенности фильтров, используемых для упомянутого выше способа. При этом фильтр содержит два основных элемента: кожух с патрубками для входа и выхода рабочей среды и дренажа осадка рабочей среды и расположенный в нем фильтрующий патрон, состоящий из наружной и внутренней проницаемой обечайки с торцевыми днищами, в свободной полости между которыми засыпан слой зернистого материала, представляющего собой фильтрующий слой.
Вместе с тем практика эксплуатации указанных выше решений позволяет выявить ряд следующих недостатков.
В процессе очистки сред в фильтре происходит накапливание фильтруемых частиц в свободных промежутках между зернами насадки с последующим увеличением гидравлического сопротивления и остановкой работы фильтра для осуществления его регенерации. Регенерация зернистых фильтров производится путем рыхления слоя, промывки жидкостями или полной замены насадочного материала. Как правило, зернистые фильтры имеют форму удлиненного полого цилиндра, устанавливаемого в вертикальном положении, а движение рабочего потока происходит через пористый слой насадки в радиальном (боковом) направлении от центра к периферии либо наоборот.
Указанные моменты приводят к следующим существенным технологическим проблемам, с которыми приходится сталкиваться в процессе эксплуатации фильтров и очистки сред согласно приведенным выше техническим решениям.
1. Забивка фильтра продуктами фильтрации и вследствие этого необходимость в остановке процесса фильтрации для проведения операций по регенерации рабочего элемента.
2. Необходимость в перегрузке насадки фильтра и применения специальных устройств и механизмов для ее рыхления.
3. При замене фильтрующего слоя возникают проблемы с поставкой новых фильтрующих материалов, а также утилизацией или захоронением отработанного слоя.
Задачей изобретения является усовершенствование технологического процесса фильтрации газожидкостных сред, путем усовершенствования конструкции используемого при этом оборудования - фильтра.
Главным техническим результатом заявленных к правовой охране технических решений является повышение надежности и эффективности очистки газо-жидкостных сред от мелкодисперсных частиц.
Для решения поставленной задачи и достижения указанных выше технических результатов фильтр для очистки газожидкостных сред включает себя два основных элемента: кожух с патрубками для входа и выхода рабочей среды и дренажа осадка рабочей среды и расположенный в нем фильтрующий патрон, состоящий из наружной и внутренней проницаемой обечайки с торцевыми днищами, в свободной полости между которыми засыпан слой зернистого материала, представляющего собой фильтрующий слой, согласно заявленному техническому решению для устранения проскока рабочей среды помимо основного слоя в месте усадки зернистого слоя в верхней части фильтрующего патрона устанавливается неподвижная сферическая заслонка, плотно прилегающая к поверхности фильтрующего патрона, при этом величина перекрытия заслонкой составляет 10-20% от общей поверхности фильтрующего патрона, а в нижней его части устанавливается полый короб, плотно прилегающий в своей верхней части к поверхности фильтрующего патрона, а в нижней части патрона, опирающейся на кожух, выполнены отверстия, через которые проходит дренирование отфильтрованных частиц, выходящих через боковые поверхности фильтрующего патрона. Кроме того, для обеспечения вращения фильтрующего патрона в его торцевых частях имеются оси, опирающиеся на втулки, установленные на торцевых крышках кожуха, причем одна из осей полая, сообщающаяся с входным патрубком и внутренней полостью фильтрующего патрона, а другая ось через сальник выведена наружу и через нее осуществляется привод вращения фильтрующего патрона.
Реализация изобретения позволяет получить следующие преимущества:
1. Обеспечивает непрерывную работу фильтра без потерь на остановки и без трудоемких затрат на его очистку.
2. Вследствие постоянно происходящей регенерации фильтра обеспечивается эффективная очистка рабочей среды от мелкодисперсных частиц.
Вместе с тем работа фильтра производится следующим образом. Загрязненная рабочая среда подается в центральную часть фильтра, распределяется вдоль его длины, проходит в радиальном направлении через фильтрующий зернистый слой, очищаясь от загрязнений, а затем выходит в пространство, ограниченное кожухом, и в торцевой части последнего выводится наружу. Частицы загрязнений накапливаются в пространстве между зернами насадки, что может привести к забивке фильтра и повышению его гидравлического сопротивления. Для устранения этого и приведения фильтра в рабочее состояние производится либо рыхление слоя, либо промывка жидкостями, или полная замена зернистого слоя насадки.
Реализацией изобретения «фильтр» достигается создание конструкции непрерывно работающего фильтра путем саморегенерации его при обеспечении надежной и эффективной очистки рабочей среды от мелкодисперсных включений.
Предлагаемый к правовой охране фильтр представлен на чертеже (продольный и поперечный разрезы).
Он включает в себя два основных элемента: кожух с патрубками для входа (1), выхода (13) рабочей среды и дренажа отфильтрованного осадка (17) и расположенный в нем фильтрующий патрон, состоящий из наружной (9) и внутренней (10) проницаемой обечайки с торцевыми днищами (5, 12), в свободной полости между которыми засыпан зернистый фильтрующий слой насадки (8), состоящий из зерен сферической или произвольной формы.
Кожух состоит из цилиндрической обечайки (6), в торцевых частях которой установлены крышки (2, 14).
На крышке (2) имеется патрубок (1) для входа исходной среды, соединенный с полой опорной втулкой (3). На крышке (14) устанавливается сальник (15) для уплотнения оси вращения. На наружной поверхности в верхней части фильтрующего патрона установлена сферическая заслонка (11), плотно прилегающая к поверхности фильтрующего патрона. В нижней части фильтрующего патрона устанавливается полый короб (18), плотно прилегающий в верхней своей части к поверхности проницаемой наружной обечайки (9) фильтрующего патрона, а в нижней части, опирающейся на обечайку (6), имеет систему отверстий (19). Фильтрующий патрон в торцевых частях имеет оси (4, 16), опирающиеся на опорную втулку (3), и сальник (15), установленные на крышках (2, 14) обечайки (6) корпуса. Одна из осей (4) - полая, сообщающаяся с входным патрубком (1) и внутренней полостью внутренней проницаемой обечайки (10) фильтрующего патрона. Другая ось (16) через сальник (15) выведена наружу и через нее осуществляется вращение фильтрующего патрона либо вручную, либо с помощью соответствующих механизмов.
Работа фильтра осуществляется следующим образом. Исходный рабочий поток через патрубок (1) входит во внутреннюю полость внутренней проницаемой обечайки (10) фильтрующего патрона и в радиальном направлении проходит зернистый фильтрующий слой насадки (8) зернистого материала. Мелкодисперсные частицы задерживаются зернистым фильтрующим слоем насадки (8), а отфильтрованная среда, минуя фильтрующий патрон, через патрубок (13) выводится наружу. Фильтруемые частицы накапливаются между зернами, что может привести к забивке фильтра и повышение его гидравлического сопротивления. Для предотвращения этого постоянное или периодическое вращение фильтрующего патрона вызывает перемещение частиц зернистого слоя относительно друг друга и освобождение промежутков между ними от фильтруемых частиц. Последние под действием силы тяжести и перепада давления в зернистом слое покидают фильтрующий патрон, накапливаются в нижней части обечайки (6) кожуха, откуда затем выводятся наружу через дренажный патрубок (17).
Для интенсификации перемешивания фильтрующий патрон заполняется зернистым фильтрующим слоем насадки (8) не полностью, оставляя определенный свободный объем, 10-20% от общего объема фильтрующего патрона. Так как в верхней части фильтрующего патрона в результате неполного заполнения его объема образуется некоторая незаполненная полость (7), то для предотвращения возможного байпассирования рабочей среды через этот участок в указанном месте поверх наружной обечайки (9) фильтрующего патрона устанавливается сферическая заслонка (11), перекрывающая этот участок.
В нижней части фильтрующего патрона устанавливается полый короб (18) для ограничения его объема от общего потока фильтруемой среды, в котором дренируется отфильтрованный материал.
В качестве зернистого фильтрующего слоя насадки (8) используются материалы сферической или произвольной формы, состоящие из песка, гравия, дробленных горных пород, пластмасс и др. материалов, в зависимости от требуемой устойчивости к воздействию температуры, химических веществ и др.
Осуществление изобретения позволяет получить следующие преимущества:
1. Обеспечить непрерывный процесс фильтрации без остановки фильтра.
2. Исключить необходимость в очистке и перегрузке фильтра и захоронении или утилизации фильтрующего материала.
3. Предлагаемая конструкция фильтра позволяет производить очистку следующих сред: Жидкостные среды, содержащие илистые или волокнистые частицы. Газовые среды, содержащие пылевидные частицы, в том числе и обладающие повышенной адгезией, типа сажи. Газовые и жидкостные среды, содержащие капельные нерастворимые аэрозоли, например, масла, а также быстро твердеющие вещества типа клеев и красок.