ИНЕРЦИОННЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ СЕПАРАТОР

Полезная модель относится к устройствам для очистки дисперсионных жидкостей при фильтровании в центробежном (инерционном) поле и может найти применение в основных процессах химической технологии, микробиологии и фармакологии, в машиностроительной, металлургической и других отраслях промышленности, а также при очистке вод в нефтегазовом деле, сельском и коммунальном хозяйствах.
В известных конструкциях фильтрующих центрифуг (сепараторов), состоящих из. перфорированного ротора с закрепленным на его боковой поверхности фильтровальным материалом предусматривается непрерывное срезание осадка с помощью ножа, скребка, диска и т.п.устройств с последующей транспортировкой осадка механическими средствами или сжатым воздухом (Соколов В.И. Центрифугирование. - М.: Химия, 1976, с. 312-350).
К недостаткам известных конструкций фильтрующих центрифуг относится снижение производительности, так как при механическом срезании осадка в поры фильтровального материала втираются частицы тонкодисперсной фазы, уплотненной силами инерции (центробежной), что приводит к резкому возрастанию сопротивления и необходимости остановки центрифуги на регенерацию (восстановление) фильтровального материала.
Известен в частности, инерционный сепаратор (решето) для зерноочистительных машин, имеющий форму тела вращения внутри которого расположена бесконечная эластичная лента с отверстиями и поддерживающие и нажимные валики установлены между решетом и лентой с образованием на последней прогибов т.е. участков обратной кривизны (авт. св. СССР №447181, кл. B07B 1/22, 1975 г.). Данное техническое решении предусмотрено для очистка сыпучих материалов в частности зерна, поэтому оно не может быть применено для фильтрации жидкостей, так как разделяющая поверхность лента, имеет отверстия, а не фильтр.
Известна фильтрующая центрифуга (сепаратор), содержащая корпус, расположенный в нем перфорированный ротор, привод вращения ротора, патрубки подачи суспензии и слива фильтрата и средство для регенерации, размещенное в зазоре между корпусом и боковой поверхностью ротора и закрепленное на валу, связанным с отдельным приводом, при этом средство для регенерации выполнено в виде валика, а его вал установлен параллельно боковой поверхности ротора (патент РФ №2250804, B04B 15/06, 2005 г.)
Недостатком данного центрифуги является ее низкая производительность, обусловленная сложностью регенерации мелких пор перфорированного ротора из за того, что размеры пор на стадиях фильтрования и регенерации постоянны, что затрудняет удаление из пор мелких частиц суспензии с поверхности перфорированного ротора, а так же после регенерации мелкие, средние и крупные частицы остаются на поверхности ротора, тем самым препятствуют прохождению жидкости.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому объекту и принятым за прототип является фильтрующая центрифуга, содержащая корпус, расположенный в нем перфорированный ротор с возможностью его вращения вокруг горизонтальной оси, фильтровального материала закрепленного на внутренней поверхности ротора, выполненного из эластичных нитей с минимальным размерам пор, патрубков подачи суспензии и слива жидкости и средство для регенерации выполненное в виде валика, установленным параллельно боковой поверхности ротора (полезная модель РФ №88294, B04B 15/06, 2009 г.).
Недостатком данного технического решения являются обратное поступление осадка на фильтруемую поверхность, после ее регенерации, в дальнейшем, этот осадок, перемешивается с осадком содержащимся в исходной суспензии, увеличивая тем самым ее концентрацию, высококонцентрированная осадком суспензия обратно поступает на фильтруемую поверхность, а ее мелкие, средние и крупные частицы, забивая поры фильтрующего материала, препятствуют прохождению жидкости через фильтр.
Техническим результатом предлагаемой конструкции инерционного фильтрующего сепаратора является, увеличение производительности сепаратора, за счет полной регенерации мелких пор фильтровального материала и удаление мелких, средних и крупных частиц осадка с поверхности фильтровального материала после его регенерации.
Поставленный технический результат достигается тем, что, в инерционном фильтрующем сепараторе, содержащий корпус, расположенный в нем перфорированный ротор с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, внутрь которого вдоль его боковой поверхности вложена бесконечная лента, изготовленная из эластичного фильтровального материала, в верхней части ротора между его внутренней поверхностью и наружной поверхностью ленты установлен нажимной валик с образованием в ленте прогиба - участка обратной кривизны, в сепараторе, трубопровод с отверстиями расположен внутри ротора вдоль его боковой поверхности и установлен над участком ленты с обратной кривизной, вдоль ленты под ее участком с обратной кривизной установлен желоб.
Наличие участка с обратной кривизной ленты, позволяет осуществлять процесс регенерации фильтрующего материала силами инерций, созданными в результате движения ленты с частицами по кривизне этого участка. Под действием сил инерций из пор выталкиваются во внутрь ленты застрявшие мелкие частицы и частицы осадка.
С наружной стороны, лента соприкасается с нажимным валиком. Вода из отверстий трубопровода поступает на наружную поверхность ленты и попадая в сужающий зазор движущей ленты и валика, создают в фильтрующем материале давление, в результате, поры фильтрующего материала растягиваются и увеличиваются в размерах, а попавшие в них при фильтрации мелкие частицы под действием сил инерции, тяжести и от давления воды легко удаляются из расширенных пор. Так достигается полная регенерация (восстановление) мелких пор фильтрующего материала ленты на участке с обратной кривизной.
осадка, по желобу они выводятся из сепаратора, исключая при этом возможность обратного их попадания на поверхность фильтрующего материала после его регенерации.
Таким образом, в зону загрузки суспензии в сепаратор, фильтровальный материал поступает полностью восстановленным, поры очищены, на поверхности осадка нет, за счет чего повышается пропускная способность жидкости через фильтрующий материал и производительность сепаратора.
На чертеже представлена принципиальная схема инерционного фильтрующего сепаратора.
Инерционный фильтрующий сепаратор содержит корпус 1, расположенный в нем перфорированный ротор 2, с возможностью вращения вокруг горизонтальной его оси, внутри ротора вдоль его поверхности вложена бесконечная эластичная лента 3, выполненная из фильтровального материала. В верхней части ротора между его внутренней поверхностью и наружной поверхностью ленты установлен нажимной валик 4 с образованием в ленте прогиба - участка обратной кривизны, трубопровод 5, с питающим шлангом 6 и отверстиями 7 выполненными в трубопроводе 5, который установлен внутри ротора 2, в верхней части участка обратной кривизны. Внутри ленты 3 установлен патрубок 8 подачи исходной суспензии, а в корпусе 1 выполнен патрубок 9 для слива фильтрата. Под участком обратной кривизны ленты, вдоль ее боковой поверхности установлен желоб 10. Лента 3 может быть изготовлена из эластичных материалов с минимальным размером пор, например из полиуретановых волокон.
2
Инерционный фильтрующий сепаратор работает следующим образом. При вращении ротора 1, с угловой скоростью со, при которой показатель кинематического режима К больше единицы, R=ω·R/g>1 (где: R - радиус ротора, g - ускорение силы тяжести), исходная суспензия по патрубку 8 подается на вращающуюся вместе с ротором поверхность ленты 3, по стрелке A и увлекается ею в кольцевое движение. Силами инерции (центробежными силами), созданными в результате кольцевого движения слоя, слой равномерно распределяется внутри ленты по ее боковой поверхности. При показателе кинематического режима K меньше единицы (K<1), кольцевое движение слоя нарушается, так как при этом режиме, силы тяжести частиц слоя превышают сил инерций и под их действием частицы слоя будут отрываться от поверхности ленты, поэтому сепаратор работоспособен, при K больше единицы, когда создается кольцевое движение слоя. В зоне фильтрации, под действием давления оказываемого на слой суспензии силами инерции, которые направлены в этой зоне в радиальном направлении к окружности ленты в сторону ее выпуклости, жидкая фаза суспензии проходит через поры фильтровального материала ленты 3, и отверстия ротора 2, поступает во внутрь корпуса 1, откуда через патрубок 9 выводится из сепаратора по стрелке Б.
Частицы не прошедшие через поры (осадок) образуются и скапливаются на внутренней поверхности ленты, а его мелкие частицы вдавливаясь в поры фильтровального материала забивают их и препятствуют прохождению жидкости. На участке обратной кривизны ленты, силы инерции меняют свое направление на противоположное и действуют уже в сторону вогнутости кривизны участка, поэтому они стремятся вытолкнуть застрявшие в порах мелкие частицы во внутрь ленты.
По питающему шлангу 6, вода от водопроводной сети или от насоса (на чертеже насос не показан),поступает в трубопровод 5 (по стрелке Г) и из его отверстий 7, она подается на наружную поверхность движущейся ленты 3. Частицы воды попадая в сужающий зазор движущей ленты 3 и валика 4, создают в фильтрующем материале давление, в результате, поры фильтрующего материала растягиваются и увеличиваются в размерах, а попавшие в них при фильтрации мелкие частицы под действием сил инерции, тяжести и от давления воды легко удаляются из расширенных пор. Так достигается полная регенерация (восстановление) мелких пор фильтрующего материала ленты 3 на его участке с обратной кривизной.
Внутри ленты 3 вдоль ее боковой поверхности установлен желоб 10, в который с ленты 3 по стрелке В поступают частицы удаленные из пор и частицы осадка. Эти частицы, смачиваются водой которая поступает с наружной поверхности ленты через поры фильтрующего материала под действием сил инерции и тяжести частиц воды. Частицы осадка перемешиваясь с частицами воды становятся более текучими и по внутренней поверхности желоба 10 выводятся из сепаратора, при этом исключается возможность попадания осадка на поверхность фильтрующего материала ленты 3 после его регенерации. Желоб 10, для лучшей транспортировки осадка, целесообразно установить с небольшим 2%…3% уклоном в сторону вывода частиц осадка из сепаратора.
Таким образом, предлагаемая конструкция инерционного фильтрующего сепаратора позволяет вести одновременно процессы фильтрования и регенерации в поле действия сил инерций и сил от давления воды в зоне контакта ленты 3 с валиком 4, в результате чего поры фильтровального материала полностью очищаются от частиц осадка, в зоне загрузки суспензии в сепаратор фильтровальный материал полностью восстанавливается, поры очищены, на поверхности осадка нет, за счет чего повышается пропускная способность жидкости через фильтрующий материал и производительность сепаратора.