УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕПРЕРЫВНОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ СУСПЕНЗИИ В ДВИЖУЩЕМСЯ ПОТОКЕ
DEVICE FOR CONTINUOUS FILTRATION OF SUSPENSION IN MOVING FLOW

Изобретение относится к фильтрационным устройствам, а конкретно - к проточным фильтрам, и может быть использовано в химической, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности для интенсификации фильтрования и отмывки твердой фазы от растворителей, экстрагентов и т.д.
Характерной особенностью развития техники фильтрования суспензии является стремление к осуществлению процесса в непрерывном режиме. Из теории фильтрования известно, что скорость удаления жидкости из осадка обратно пропорциональна его толщине (Жужиков В.А. Фильтрование. Теория и практика разделения суспензий. - М.: Химия, 1980. - С. 397). Очевидно, что скорость фильтрования будет максимальной при наименьшей толщине осадка. Устройствами, в которых может быть реализован такой способ обработки суспензий, являются патронные фильтры.
Известен патронный фильтр (Малиновская Т.А. Разделение суспензий в промышленности органического синтеза. - М.: Химия, 1971. - с. 127), используемый преимущественно для осветительного фильтрования с намывным слоем и гидроудалением осадка.
Он включает в себя две камеры: непосредственно фильтрования и сбора фильтрата, отделенные друг от друга плитой, в которую ввернуты фильтрующие патроны. Камера фильтрования снабжена патрубками подвода суспензии и вывода сгущенного продукта (распульпованного осадка). Для обеспечения гарантированной выгрузки продукта фильтр снабжается специальной мешалкой-разгрузчиком, установленной в донной части камеры фильтрования.
В рабочем режиме осадок промывается на патронах или путем перемешивания с промывкой жидкостью при помощи мешалки-разгрузчика. Патроны могут быть цилиндрической или конической формы. В их состав обычно входит перфорированный элемент, на который надевается фильтровальная ткань. Съем осадка с патронов обычно производится путем «шока», т.е. обратной подачи промывной жидкости в запыленный корпус фильтра.
Использование патронного фильтра такой конструкции предполагает только периодический режим его работы, что значительно уменьшает производительность операции. Кроме того, для промывки патронов и полной очистки их рабочей поверхности необходим большой объем промывной жидкости, и эта операция требует, как правило, полной остановки процесса фильтрования.
Таким образом, известное устройство не позволяет обеспечивать работу в режиме непрерывного фильтрования суспензии при гарантированном удалении слоя осадка с поверхности фильтрующих патронов.
Известно принятое за прототип фильтрационное устройство (Патент РФ №2450846 С2 B01D 29/00. Патентообладатель ХИДАК ПРОЦЕСС ТЕКНОЛОДЖИ ГМБХ (DE)), предназначенное для отделения загрязнений от потока текучей среды.
Устройство включает фильтрующий элемент, помещенный в корпус фильтра, причем корпус имеет камеру завихрения, благодаря которой подлежащий фильтрации поток обрабатываемой среды, по меньшей мере, частично его обтекает.
Камера завихрения образована коническим расширением корпуса фильтра в направлении одного из двух его концов. Подвод обрабатываемой среды в корпус фильтра производится несоосно продольной оси фильтрующего элемента.
Коническое расширение корпуса фильтра в области камеры завихрения переходит в цилиндрическую часть корпуса или в часть корпуса с меньшим коническим уклоном. При этом в качестве фильтрующего элемента используется щелевой трубчатый фильтрующий элемент, выполненный сужающимся на конус от камеры завихрения к свободному концу.
Согласно описанию такое устройство отличается улучшенной фильтрующей способностью, имеет меньшее гидравлическое сопротивление потоку обрабатываемой среды, чем, например, цилиндрическое.
Основными недостатками устройства являются затруднения, возникающие при обработке высококонцентрированных суспензий и связанные с необходимостью периодического удаления сгущающегося осадка из корпуса фильтра. Кроме того, щелевые трубчатые фильтрующие элементы, как правило, не обеспечивают требуемую чистоту фильтрата, особенно при работе с суспензиями, содержащими тонкодисперсную твердую фазу.
Задачей заявляемого технического решения является разработка конструкции устройства для непрерывного фильтрования суспензии в движущемся потоке, позволяющего увеличить производительность процесса и повысить качество разделения фаз за счет совершенствования материального исполнения фильтрующего элемента.
Поставленная задача решается предлагаемым устройством для непрерывного фильтрования суспензии в движущемся потоке, которое включает камеру закручивания с патрубком для выхода частично сгущенного продукта, а также размещенный в ней конический фильтрующий элемент со штуцером вывода фильтрата.
Особенность конструкции заключается в том, что фильтрующий элемент состоит из перфорированного каркаса с закрепленным на его наружной боковой поверхности тканевым чехлом (фильтрующей перегородкой), находящегося в его внутренней полости перфорированного коллектора, предназначенного для вывода фильтрата, и двух крышек: верхней, неподвижно закрепленной в корпусе и имеющей сальниковое уплотнение в зоне ввода коллектора во внутреннюю полость фильтрующего элемента, и нижней, жестко связанной с коллектором и имеющей возможность поворота в подпятнике вместе с ним от рычага на угол 15-35°. При этом герметизация зоны ввода коллектора в камеру закручивания также производится с использованием сальникового уплотнения.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предложенное устройство для непрерывного фильтрования суспензии в движущемся потоке отличается иной конструкцией фильтрующего элемента: оно представляет собой перфорированный каркас с закрепленным на наружной поверхности тканевым чехлом (в прототипе - щелевой трубчатый фильтрующий элемент); иным, более эффективным и экономичным способом удаления осадка с поверхности фильтрующего элемента: за счет совместного действия деформации тканевого чехла и динамического напора обрабатываемой среды на слой осадка (в прототипе - обратная отдувка потоком фильтрата или промывной жидкости); наличием перфорированного коллектора, обеспечивающего как необходимый режим отвода фильтрата из внутренней полости элемента, так и позволяющего поворачивать на определенный угол нижнюю крышку относительно верхней и создавать, тем самым, необходимые условия для регенерации тканевого чехла.
Оптимальное значение угла поворота нижней крышки относительно верхней находится в пределах 15-35°. При углах поворота менее 15° деформация и образование складок на поверхности тканевого чехла незначительны. При этом отделение осадка происходит только в нижней части фильтрующей поверхности. Напротив, при углах поворота более 35° осадок отделяется со всей поверхности чехла, однако материал чехла, находясь во влажном состоянии, значительно деформируется, а сам чехол не принимает первоначальную форму после снятия нагрузки. Кроме того, возрастает опасность обрыва чехла в местах его крепления к каркасу.
Таким образом, совокупность отличительных от прототипа признаков с остальными существенными признаками позволила достичь указанный выше технический результат, который невозможно получить при реализации технического решения по прототипу в силу его конструктивных особенностей и, тем самым, решить поставленную задачу.
Предлагаемое устройство для непрерывного фильтрования суспензии в движущемся потоке иллюстрируется графическим изображением. На фиг. 1 показан общий вид устройства в разрезе.
Устройство включает камеру закручивания суспензии 1 с тангенциально расположенным входным патрубком 2 и фильтровальную коническую камеру 3 с патрубком 4 для выхода частично сгущенного продукта.
По оси устройства расположен фильтрующий элемент 5, состоящий из конического перфорированного каркаса 6 и закрепленного на его наружной боковой поверхности тканевого чехла 7, выполненного из лавсана, капрона или нитрона.
С торцов фильтрующий элемент закрыт двумя крышками: верхней (неподвижной) 8 с установленным на ней сальниковым уплотнением 9, герметизирующим внутреннюю полость элемента, и нижней 10, жестко связанной с перфорированным коллектором 11.
Верхняя крышка при помощи четырех ребер 12 фиксируется в пазах фланца фильтровальной конической камеры 3.
Нижняя крышка устанавливается в подпятнике 13, который, в свою очередь, устанавливается по оси патрубка 4.
Коллектор 11, предназначенный для вывода фильтрата из устройства через штуцер 14, располагается по оси фильтрующего элемента и в своей верхней части проходит через камеру закручивания суспензии. Герметизация внутренней полости камеры обеспечивается крышкой 15, а в зоне выхода из нее коллектора - сальниковым уплотнением 16.
Деформация тканевого чехла с целью удаления осадка твердой фазы с его наружной поверхности достигается за счет поворота рычага 17 на требуемый угол.
Устройство для непрерывного фильтрования суспензии в движущемся потоке работает следующим образом.
Суспензия, твердая фаза которой должна быть отмыта от какого-либо загрязнителя, например щелочного раствора, через патрубок 2 под давлением поступает в камеру закручивания 1 устройства.
Штуцер 14 коллектора 11 подключен к вакуумной линии через приемную емкость фильтрата (на фиг. 1 не показаны). Закрученный поток суспензии поступает в кольцевой зазор, образованный внутренней частью стенки конической камеры 3 и наружной поверхностью тканевого чехла 7.
За счет интенсивного взаимодействия между частицами твердой фазы и жидкостью концентрация загрязнителя на их поверхности снижается, а в жидкости, наоборот, - возрастает. Частицы твердой фазы образуют на наружной поверхности тканевого чехла 7 намывной слой толщиной примерно 1-2 мм, который играет роль дополнительной фильтрующей перегородки. Под действием создаваемого перепада давления в кольцевом канале и во внутренней полости фильтрующего элемента 5 происходит непрерывный процесс фильтрования (отмывки). Фильтрат поступает в перфорированный коллектор 11 и далее через штуцер 14 выводится из устройства.
Частично сгущенная суспензия продукта выводится через патрубок 4.
Для нормальной (длительной) работы устройства необходимо поддерживать требуемую толщину намывного слоя на фильтрующей поверхности. Однако при обработке суспензий, склонных образовывать осадки с повышенной адгезией, толщина намывного слоя может существенно возрастать, при этом производительность устройства резко снижается.
Для предотвращения указанного нежелательного явления в устройстве предусмотрено комплексное динамическое воздействие на осадок с целью его удаления за счет деформации тканевого чехла и смыва отделяющихся фрагментов потоком суспензии.
Деформация чехла 7 обеспечивается за счет поворота на угол 15-35° нижней крышки 10 фильтрующего элемента 5, при помощи рычага 17, соединенного с коллектором 11. Периодическая деформация чехла 7 указанным образом обеспечивает требуемую степень очистки фильтрующей поверхности.
Заявителем создан опытный образец устройства, успешно прошедший экспериментальную проверку.
Таким образом, заявляемое техническое решение практически реализуемо и позволяет в полном объеме решить поставленную задачу.