ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ

Изобретение относится к устройствам для очистки жидких и газообразных углеводородов от механических примесей и воды.
Известен фильтр-сепаратор, содержащий корпус с входным и выходным патрубками, фильтрующий блок, состоящий из фильтрующего, коагулирующего и водоотталкивающего элементов, герметично установленных на нижней опорной перегородке, разделяющей корпус фильтра-сепаратора на рабочую и отстойную камеры (RU 2088301, B01D 25/00, 1996).
Также известен фильтрующий элемент, выполненный в виде коаксиально расположенных фильтрующего, коагулирующего и водоотталкивающего слоев, изготовленных из различных материалов, при этом фильтрующий слой изготовлен из многослойного волокнистого полимерного материала, а каждый слой фильтрующего элемента снабжен перфорированной обечайкой (RU 38450, B01D 27/06).
Общими недостатками указанных решений являются следующие:
- сложность конструкции ввиду наличия многослойного очищающего цилиндра, состоящего из трех пакетов, изготавливаемых из разных материалов: один - фильтрующий, второй - коагулирующий, третий - водоотталкивающий;
- наличие полимерного волокнистого полотна, в результате чего под действием гидравлических сил потока среды происходит прогрессирующее разрушение стекловолокон до полного разрушения структуры пакетов, что отрицательно влияет на процесс коагуляции;
- волокна от вибрации и перепадов давления при движении жидкости или газа ломаются, в результате засоряют элементы аппаратуры.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому устройству является фильтрующий элемент, выполненный в виде стакана, изготовленного из поливинилформаля (RU 2050928, B01D 27/04, 1992).
Использование в известном устройстве поливинилформаля обеспечивает одновременное очищение от механических примесей и влаги, увеличивает влагоемкость и грязеемкость, позволяет исключить из конструкции фильтра каркас из волокнистых полимерных материалов.
Однако предлагаемому устройству присущи следующие недостатки:
- выполнение стакана из поливинилформаля с постоянной по всему объему пористостью приводит к изменению его формы и размера по мере накопления в очищаемой среде водной фазы (разбухание), что обусловливает в этом случае необходимость использования для компенсации изменения длины фильтрующего элемента трубки (сильфона) из эластичного материала с поперечной гофрировкой поверхности;
- необходимость частой разборки фильтра для удаления из фильтрующего элемента выделенной из очищаемой среды воды и механических примесей.
В основу настоящего изобретения положена задача создания фильтрующего элемента, обеспечивающего повышение эффективности очистки от механических примесей и воды и возможность его многократной регенерации за счет сохранения формы и размеров фильтроэлемента независимо от наличия в нем воды, самоочищения фильтроэлемента от механических примесей и удаление из него воды непосредственно в процессе работы и проведения процессов фильтрации, коагуляции и сепарирования одновременно в одном цикле.
Поставленная задача достигается тем, что фильтрующий элемент содержит коаксиально расположенные фильтрующий и коагулирующий цилиндрические слои, выполненные из пористого гидрофильного материала, между которыми без зазора размещена перфорированная цилиндрическая перегородка, причем материал фильтрующего и коагулирующего слоев имеет градиент пористости, направленный к перфорированной цилиндрической перегородке.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведен общий вид предлагаемого фильтрующего элемента на примере его компоновки в корпусе с системой вводно-выводных каналов, на фиг.2 показано сечение по А-А.
Предлагаемый фильтрующий элемент (фильтроэлемент) представляет собой два коаксиально расположенных фильтрующих слоя из поливинилформаля (ППВФ) - наружного 1 и внутреннего 2, разделенных перфорированной металлической перегородкой 3 в виде цилиндра. Наружный слой 1 имеет градиент размера пор, увеличивающийся к периферии, а внутренний 2 - к центру фильтроэлемента, т.е. более плотные слои примыкают к перфорированной обечайке 3. Заданное направление градиента пористости достигается за счет того, что в эластичном состоянии наружный слой 1 натянут на нее, а внутренний слой 2 вставлен внутрь обечайки 3 с уплотнением структуры материала.
Фильтроэлемент установлен между верхней 4 и нижней 5 крышками с уплотнительными прокладками 6 и 7.
Перфорированный цилиндр 8 разделяет наружное пространство на две кольцевые полости: внутреннюю 9 и наружную 10. В нижней части фильтра имеется отстойник 11, служащий для приема отделенной из очищаемого продукта воды.
Для ввода в фильтр очищаемого продукта служит штуцер 12, для вывода очищенного продукта - штуцер 13, для слива отделенной воды-штуцер 14.Фильтроэлемент установлен в корпус фильтра 15.
Фильтроэлемент работает следующим образом.
Очищаемый продукт (жидкий или газообразный) поступает внутрь фильтрующего слоя 2, проходит через него, перфорированную обечайку 3, наружный слой 1 и выходит очищенным в полость 9, в которой происходит отделение и оседание капель воды в отстойник 11. Очищенный продукт через отверстия в цилиндре 8 попадает в наружную полость 10 и поступает в приемный трубопровод.
По мере прохождения жидкости или газа через поры ППВФ происходит отделение воды от них и укрупнение мелких капель в результате коагуляции, набухание материала ППВФ по мере поглощения воды, в результате чего увеличивается соотношение общего размера пор и материала, что приводит к положительному эффекту, а именно увеличению грязеемкости.
Процесс отсеивания загрязнений происходит как в жестком, так и в эластичном состоянии материала, причем в эластичном состоянии идут процессы самоочищения за счет автоколебательных деформаций структуры материала под действием гидравлических сил потока очищаемого продукта и выдавливания крупных капель воды вместе с механическими примесями.
По мере продвижения очищаемого продукта через поры фильтрующего материала происходит одновременно фильтрация и коагуляция капель воды и отделение механических примесей вследствие того, что каждая капля воды собирает на своей поверхности частицы механических примесей (за счет сил поверхностного натяжения). Одновременно происходит укрупнение капель за счет слияния мелких капель в пристеночных слоях поровых каналов, выделение их из фильтрующего материала и слив воды из фильтра.
Одной из отличительных особенностей предлагаемого фильтроэлемента является отсутствие в его конструкции каркаса, изготавливаемого из многослойного волокнистого полимера, использование которого приводит к снижению надежности фильтрующего элемента.
Использование гидрофильного материала, а именно пористого поливинилформаля (ППВФ), обусловлено тем, что он имеет открытопористую микроструктуру и обладает высокой проницаемостью, а также способностью задерживать большой объем механических примесей, впитывать мелкодисперсную и выделять крупнокапельную воду, что обеспечивает возможность осуществления процессов фильтрации, коагуляции и сепарирования в одном материале.
Исходная пористость (80-90%) и размеры пор (до 0,5 мкм) могут задаваться в процессе изготовления ППВФ в зависимости от поставленной задачи.
Исходный материал ППВФ при высыхании имеет стеклообразное состояние, а при поглощении воды (адсорбции) из очищаемой среды (нефтепродуктов, газов или воздуха) набухает и становится эластичным. Это позволяет создать градиент пористости в структуре фильтрующего материала за счет упругой деформации материала. Фильтроэлементы с изменяющейся пористостью обладают значительно большей грязеемкостью по сравнению с известными аналогами этого типа.
Положительной особенностью фильтроэлементов из ППВФ также является возможность их многократной регенерации (промывка в воде и сушка в потоке теплого воздуха), а также их биологическая нейтральность и экологическая чистота, не требующая принятия особых мер при утилизации.