Фильтр-сгуститель

Полезная модель относится к устройствам для разделения суспензий и предназначена для осуществления процессов фильтрации и микрофильтрации, а также концентрирования твердой фазы жидких радиоактивных отходов в атомной энергетике.
Известен мембранный аппарат для разделения жидких смесей (патент РФ №2179062, дата публикации 10.02.2002, МПК В 01 D 63/08). Указанное изобретение относится к устройствам для разделения жидких смесей с помощью пористых мембран, преимущественно на базе металлокерамических мембран («TRUMEM») и предназначено для осуществления процессов микрофильтрации (от 0,1 до 0,5 мкм) и фильтрации (от 0,5 до 10 мкм), применяется с целью очистки, концентрирования, фракционирования жидкостей, в том числе промышленных отходов в атомной энергетике, в микробиологической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности.
В данном решении недостаточно проработаны вопросы повышения эффективности, упрощения конструкции, значительна трудоемкость обслуживания.
Известно также решение по патенту РФ на полезную модель №45094 (дата публикации 27.04.2005, МПК B01D 63/08, B01D 63/16, B01D 33/15). Фильтр-сгуститель трубчатый динамический «ЧЕГЕМ», включающий корпус, имеющий верхнюю часть со штуцером ввода исходной смеси, нижнюю часть со штуцером вывода пермеата, размещенным в узле уплотнения вала над нижней торцевой пробкой и штуцером вывода концентрата, установленный в корпусе полый вал, имеющий средства герметизации от внешней среды и от смешивания отфильтрованного пермеата и концентрата, с которым соединен набор вращающихся фильтрующих элементов, сформированных с возможностью обеспечения перемещения фильтрата в их центральной части к полости вала и снабженных герметизирующими элементами, неподвижные сепараторные элементы, средства уплотнения внутреннего объема корпуса, узел соединения вала с приводом, c установленными на валу верхней и нижней торцевыми пробками, причем фильтрующие элементы выполнены в виде равновеликих отрезков трубчатой формы и соединены между собой последовательно с образованием соединительных узлов и замкнутого правильного многоугольника, вписанного в окружность, образованную внутренней цилиндрической поверхностью корпуса, сепараторные элементы выполнены в виде неподвижных лопастей соединенных с корпусом, соединительные узлы выполнены Т-образной формы в основании, в одном из плеч которых выполнены сообщающиеся между собой каналы, соединяющиеся с полостью смежного трубчатого фильтрующего элемента с одной стороны и с герметизирующим элементом, размещенным в одном из торцов трубчатой формы каждого из трубчатых фильтрующих элементов с другой стороны, соединение центрального полого вала с каждым из набора трубчатых фильтрующих элементов выполнено в виде введенных в устройство радиальных отводов, имеющих продольный канал, сообщающийся с полостью вала и полостью соответствующего трубчатого фильтрующего элемента через соединительные узлы посредством канала, выполненного в основании соответствующего Т-образного узла, герметизирующие элементы размещены в однонаправленных торцах набора трубчатых фильтрующих элементов.
Недостатком известного устройства является повышенный износ поверхности фильтрующих элементов за счет подачи суспензии, содержащей абразивные частицы, непосредственно в зону фильтрации.
Истирание фильтрующей поверхности приводит к потере работоспособности фильтрующих элементов и снижению эффективности работы (производительности) устройства.
Наиболее близким к заявляемому является фильтр-сгуститель (патент РФ на полезную модель №180580, дата публикации 19.06.2018, МПК B01D 29/11, G21F 9/04), который включает корпус со штуцером вывода концентрата, установленный в корпусе полый вал, имеющий средства герметизации от внешней среды и от смешивания отфильтрованного пермеата, с которым соединен набор вращающихся фильтрующих элементов, сформированных с возможностью обеспечения перемещения пермеата в их центральной части к полости вала и снабженных герметизирующими элементами, неподвижные сепараторные элементы, средства уплотнения внутреннего объема корпуса, узел соединения вала с приводом, с установленными на валу верхней и нижней торцевыми пробками, фильтрующими элементами, выполненными в виде равновеликих отрезков трубчатой формы, и соединенными между собой последовательно с образованием соединительных узлов и замкнутого правильного многоугольника, вписанного в окружность, образованную внутренней цилиндрической поверхностью корпуса,  при этом сепараторные элементы выполнены в виде неподвижных лопастей, соединительные узлы выполнены Т-образной формы в основании, в одном из плеч которых выполнены сообщающиеся между собой каналы, соединяющиеся с полостью смежного трубчатого фильтрующего элемента с одной стороны и с герметизирующим элементом, размещенным в одном из торцов каждого из трубчатых фильтрующих элементов с другой стороны, соединение центрального полого вала с каждым из набора трубчатых фильтрующих элементов выполнено в виде введенных в устройство радиальных отводов, имеющих продольный канал, сообщающийся с полостью вала и полостью соответствующего трубчатого фильтрующего элемента через соединительные узлы посредством канала, выполненного в основании соответствующего Т-образного узла, герметизирующие элементы размещены в однонаправленных торцах набора трубчатых фильтрующих элементов, верхняя часть корпуса выполнена в виде съемной крышки, на которой размещен узел соединения вала с приводом и штуцером отвода фильтрата, к нижней части крышки прикреплен перфорированный цилиндр, на внутренней стенке которого размещены сепараторные элементы, не менее двух элементов на каждом ярусе фильтрующих элементов, штуцер ввода исходной суспензии размещен в нижней части корпуса фильтра, штуцер отвода декантата размещен на боковой стенке и штуцер отвода концентрата в нижнем днище фильтра, верхняя и нижняя части корпуса разделены перегородкой, выполненной в виде опрокинутого конуса с углом наклона образующей к основанию 10–30° и центральным отверстием, закрепленной на корпусе фильтра без зазоров.
Недостатком известного решения является то, что при опорожнении фильтра в отсутствии перемешивания суспензии под опрокинутым конусом, часть отделенных при фильтрации частиц оседает на нижней, практически плоской части эллиптического нижнего днища и не выводится из фильтра, что приводит к необходимости повторной промывки корпуса, то есть к уменьшению фактической степени сгущения, и, следовательно, к снижению качества разделения на фракции.
Кроме того, введение исходной суспензии в нижнюю часть корпуса под опрокинутый конус приводит к взмучиванию накопленной суспензии, при этом значительная часть осадка, преимущественно мелкая фракция, поступает в зону фильтрации, что ограничивает допустимую степень сгущения твердой фазы.
Задача, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в создании такого фильтра-сгустителя, который при максимально возможной производительности обеспечит высокое качество разделения при очистке сильнозагрязненных жидкостей, прежде всего растворов атомной промышленности, в том числе жидких радиоактивных отходов.
Технический результат, достигаемый при использовании полезной модели, заключается в увеличении степени сгущения твердой фазы за счет введения в нижнее днище конической части и обеспечения подачи исходной суспензии ниже нижнего яруса фильтрующих элементов и выше опрокинутого конуса.
Повышение степени сгущения твердой фазы обеспечивает более высокое качество разделения при очистке сильнозагрязненных жидкостей, прежде всего растворов атомной промышленности, в том числе жидких радиоактивных отходов.
Указанная задача решается и технический результат достигается за счет того, что в фильтре-сгустителе, включающем корпус со штуцером вывода концентрата, установленный в корпусе полый вал, имеющий средства герметизации от внешней среды и от смешивания отфильтрованного пермеата, с которым соединен набор вращающихся фильтрующих элементов, сформированных с возможностью обеспечения перемещения пермеата в их центральной части к полости вала, и снабженных герметизирующими элементами, неподвижные сепараторные элементы, средства уплотнения внутреннего объема корпуса, узел соединения вала с приводом, с установленными на валу верхней и нижней торцевыми пробками, с фильтрующими элементами, выполненными в виде равновеликих отрезков трубчатой формы, и соединенными между собой последовательно с образованием соединительных узлов и замкнутого правильного многоугольника, вписанного в окружность, образованную внутренней цилиндрической поверхностью корпуса,  при этом сепараторные элементы выполнены в виде неподвижных лопастей, соединительные узлы выполнены Т-образной формы в основании, в одном из плеч которых выполнены сообщающиеся между собой каналы, соединяющиеся с полостью смежного трубчатого фильтрующего элемента с одной стороны и с герметизирующим элементом, размещенным в одном из торцов каждого из трубчатых фильтрующих элементов с другой стороны, соединение центрального полого вала с каждым из набора трубчатых фильтрующих элементов выполнено в виде введенных в устройство радиальных отводов, имеющих продольный канал, сообщающийся с полостью вала и полостью соответствующего трубчатого фильтрующего элемента через соединительные узлы посредством канала, выполненного в основании соответствующего Т-образного узла, герметизирующие элементы размещены в однонаправленных торцах набора трубчатых фильтрующих элементов, верхняя часть корпуса выполнена в виде съемной крышки, на которой размещен узел соединения вала с приводом и штуцером отвода фильтрата, к нижней части крышки прикреплен перфорированный цилиндр, на внутренней стенке которого размещены сепараторные элементы, не менее двух элементов на каждом ярусе фильтрующих элементов, штуцер ввода исходной суспензии размещен в нижней части корпуса фильтра, штуцер отвода декантата размещен на боковой стенке и штуцер отвода концентрата в нижнем днище фильтра, верхняя и нижняя части корпуса разделены перегородкой, выполненной в виде опрокинутого конуса с углом наклона образующей к основанию 10–30° и центральным отверстием, закрепленной на корпусе фильтра без зазоров, нижнее днище снабжено конической частью так, что угол наклона в любой точке поверхности  днища не менее 10° и не более 45°, а штуцер отвода декантата расположен на боковой стенке таким образом, что при декантации фильтра объем оставшейся в нем суспензии равен объему устройства для приема концентрата, штуцер ввода исходной суспензии расположен ниже нижнего яруса фильтрующих элементов и выше опрокинутого конуса таким образом, что поток исходной суспензии направляется по касательной к корпусу фильтра вниз.
Снабжение нижнего днища фильтра конической частью позволяет проводить полное его освобождение от твердой фазы в отсутствии перемешивания.
°
При угле наклона конического днища менее 10 возможна задержка взвеси на поверхности за счет малого уклона, при угле наклона более 45°  происходит увеличение габаритного размера (высоты) фильтра при заданном внутреннем объеме.
Подача исходной суспензии ниже нижнего яруса фильтрующих элементов и выше опрокинутого корпуса исключает взмучивание накопленной в нижней части фильтра суспензии и ее попадание в зону фильтрации, а подача исходной суспензии по касательной к корпусу приводит к раскручиванию потока и более интенсивному выделению твердой фазы из раствора с дальнейшим осаждением в нижней части корпуса.
Полезная модель поясняется чертежом.
На фиг. представлена конструкция устройства, которая включает верхнюю крышку 1, корпус 2, фильтрующие элементы 3, центральный вал 4, привод 5, радиальные отводы 6, штуцер ввода исходной суспензии 7, узел 8 соединения центрального вала 4 с приводом 5, штуцер отвода фильтрата 9, штуцер отвода декантата 10, штуцер отвода концентрата 11, сепараторные элементы 12, цилиндр 13, опрокинутый конус 14, коническое днище 15.
Устройство работает следующим образом.
Исходная суспензия подаётся на фильтрацию через штуцер ввода концентрата 7, расположенный выше опрокинутого корпуса и ниже нижнего яруса фильтрующих элементов, при этом вращения фильтров не производится, фильтрация проводится в тупиковом режиме.
При этом осевшие на поверхности фильтрующих элементов крупные частицы создают намывной слой, повышая, тем самым, тонкость фильтрации.
Абразивные частицы под действием центробежной силы концентрируются на периферии корпуса устройства, и затем, под действием силы тяжести опускаются на поверхность опрокинутого конуса, стекают по ней к центральному отверстию и опускаются в полость, образованную опрокинутым конусом и нижним днищем фильтра.
Жидкая фаза (фильтрат) суспензии проходит через пористую поверхность фильтрующих элементов 3 и через центральный вал 4 отводится из фильтра, твердая фаза накапливается в корпусе 2.
При снижении производительности фильтра прекращается подача исходной суспензии, часть содержащейся в фильтре суспензии отводится в голову процесса через штуцер отвода декантата 10, расположенный на боковой стенке фильтра, образуя в корпусе 2 свободный объем, позволяющий осуществить гидроудар при подаче давления с внутренней стороны фильтрующих элементов 3.
Перед проведением регенерации включается вращение фильтрующих элементов и одновременно через штуцер отвода фильтрата 9 подается чистая вода или фильтрат с давлением, большим давления фильтрации, затем в тот же штуцер 9 подается сжатый воздух.
При этом осевшие на фильтрующей поверхности частицы смываются в объем и, за счет раскручивания потока, интенсивно осаждаются на опрокинутый конус и, через центральное отверстие, стекают в нижнюю полость фильтра.
После проведения регенерации процесс сгущения повторяется.
При достижении заданной концентрации твердой фазы в корпусе 2 фильтра подача суспензии на фильтрацию прекращается, открывается вентиль на штуцере отвода концентрата 11, расположенный в нижней части корпуса 2 фильтра, открывается подача сжатого воздуха в корпус 2 фильтра через штуцер отвода фильтрата 9 и производится сброс концентрата на дальнейшую переработку.
Благодаря конической форме нижнего днища суспензия полностью выводится из корпуса, не задерживаясь на горизонтальной поверхности.
После опорожнения корпуса 2 фильтра процесс фильтрация-концентрирование продолжается.