Фильтрующий элемент

 

Сущность изобретения: фильтрующий элемент содержит проницаемые перегородки и уложенные между ними слои зернистого фильтрующего материала с диаметром гранул, уменьшающимся от перегородок к центральному слою и определенным из соотношений d_ц/d_з= 4,67-5,00 d_n/d_ц = 2,41 и d_n+1/d_n = 2,41. 2 ил.

Изобретение относится к области фильтрования, в частности к насадкам для разделения суспензий, находящихся между проницаемыми неподвижными перегородками.

Известна насадка для фильтрования воды (1), характеризующаяся тем, что в нее входит последовательно расположенные слои гранулированного материала, опирающиеся снизу на пористую пластину из оксида алюминия, а сверху ограниченную сеткой, способной удерживать крупные частицы. В направлении от сетки размеры частиц в слоях уменьшаются, а плотность возрастает.

Недостаток технического решения в соответствии с (1) состоит в том, что оно не позволяет производить регенерацию в режиме обратной продувки (промывки) при неизменной структуре слоя, а в режиме псевдоожижения часть мелких частиц слоя может быть утеряна.

Известно техническое решение [2], характеризующееся тем, что фильтрующий элемент содержит между двумя проницаемыми перегородками полидисперсный зернистый классифицированный материал, уложенный таким образом, что диаметр гранул уменьшается от перегородок к центральному слою.

Недостаток [2] состоит в том, что соотношение размеров частиц соседних слоев не регламентировано и величина самых тонких частиц фильтра не соотнесена с величиной задерживаемых частиц. В результате фильтрующий элемент имеет повышенное сопротивление и может в начальный момент фильтрования пропускать очень тонкие частицы.

Целью изобретения является повышение качества разделения суспензий.

Цель достигается тем, что в фильтрующем элементе, содержащем проницаемые перегородки и уложенные между ними слои зернистого фильтрующего материала с диаметром гранул, уменьшающимся от перегородок к центральному слою, диаметры гранул слоев определены из соотношений: d_ц/d_з = 4,67-5,00; d_n/d_ц = 2,41 и d_n+1/d_n = 2,41, где d_ц - диаметр гранул центрального слоя, мкм; d_з - диаметр частиц разделяемой суспензии, мкм; d_n - диаметр гранул соседних с центральным слоев, мкм; d_n+1 - диаметр гранул всех последующих слоев, мкм.

На чертеже изображена схема фильтрующего элемента.

Элемент состоит из решеток 1 и боковых стенок 2, объем между которыми заполнен прослойками зернистого материала с разным размером гранул. Они уложены таким образом, что в центре элемента расположены самые мелкие частицы слоя 3, снаружи от них - более крупные частицы слоев 4, 5, размер которых (5) больше ячеек в решетках 1. Слои сжаты между собой решетками 1.

Фильтрующий элемент используется следующим образом.

При разделении частиц суспензии они пропускаются через фильтрующий элемент в направлении, указанном стрелкой. Самые тонкие частицы проходят через все слои и собираются за фильтрующим элементом. Частицы размером более d_ц/4,67 задерживаются фильтром и при регенерации фильтрующего элемента обратной промывкой возвращаются в исходную систему. После многократных процедур фильтрования-регенерации суспензия разделяется на классы по граничному зерну d_ц/4,67.

Например, фильтрующий элемент должен разделить частицы суспензии по граничному зерну 10 мкм. Тогда в центральном слое 3 засыпки используют фракции частиц d_з = 4,67·10 = 46,7 мкм. Принимают размер частиц этой фракции с небольшим запасом 50 мкм.

Размер частиц в соседних с центральным слоем прослойках должен быть равен d_ц = 2,41-50 = 120,5 мкм. Размер гранул во всех последующих прослойках увеличивается в 2,41 раза: 50 ˙ 2,41 = 120,5; 120 ˙ 2,41 = =290 мкм и т. д.

Если наибольший размер частиц в слое 290 мкм, то размер отверстий в решетке принимают 250 мкм, толщину каждой прослойки - не менее 10 d_i, тогда толщина слоев будет равна: в прослойке 3-500 мкм; в прослойках 4-120,5 ˙ 20 = 2410 мкм; в прослойках 5 - 290 ˙ 20 = 5800 мкм общая толщина засыпки 8710 мкм.

Назначение фильтрующего элемента - задерживать частицы суспензии любого заданного граничного размера. Для этого в зернистом слое должны быть созданы каналы нужного сечения.

Из теории аппаратов со стационарным зернистым слоем известно, что свободно засыпанные сферические частицы укладываются с порозностью 0,38-0,395 при числе контактов 8. В таких системах значительная доля структур имеет кубическую укладку (фиг. 2). Из нее следует, что каналы минимального сечения могут быть созданы не только из очень малых сфер. Структура с кубической укладкой обязательно задержит частицы более 0,414 d_ф. А структура из двух слоев d_ц и d_з (если d_з = 0,414 d_ц) способна задержать частицы размером d = 0,214 d_з. При отфильтровывании очень мелких частиц это весьма существенно, так как избавляет от необходимости использования в фильтрующем слое очень мелкой засыпки и большого сопротивления фильтрующего элемента.

Из рассмотренного примера вытекает соотношение d_ц/d_з = 4,67 и d_n+1/d_n = 2,41.

На практике трудно выдержать размеры частиц в прослойках столь строго, поэтому заявленные соотношения являются минимумом, к которому следует стремиться.

Отклонения от него приводит либо к увеличению сопротивления фильтрующего элемента, либо к проскоку через фильтр граничных частиц, либо к "проваливанию" мелких частиц в структуру более крупных гранул и разрушению исходной системы для фильтрования.

Формула изобретения

ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, содержащий проницаемые перегородки и уложенные между ними слои зернистого фильтрующего материала с диаметром гранул, уменьшающимся от перегородок к центральному слою, отличающийся тем, что, с целью повышения качества разделения суспензий, диаметры гранул слоев определены из соотношений = 4,67-5,0; = 2,41; = 2,41; где d_ц - диаметр гранул центрального слоя, мкм; d_з - диаметр частиц разделяемой суспензии, мкм;
d_n - диаметр гранул соседних с центральным слоев, мкм;
d_n+1 - диаметр гранул всех последующих слоев, мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2