Способ фильтрования жидкости и устройство для его осуществления

 

Сущность изобретения: способ очистки жидкости осуществляется путем подачи суспензии и фильтрата с реверсом на фильтровальные элементы, совершающие вынужденные колебания под действием гидродинамических сил, создаваемых в потоке суспензии и фильтрата. Подачу суспензии фильтрата производят с помощью поршневого насоса или насоса с постоянной подачей, попеременно соединяемого своим входом и выходом с рабочим объемом фильтра через гидрораспределитель. Устройство для фильтрования жидкости содержит корпус, установленные в нем с возможностью вибрирования фильтровальные элементы, разделяющие корпус на полости, и средство для реверсирования потока, которое может быть выполнено в виде поршневого насоса, соединенного своими всасывающими или нагнетающими патрубками с одной из полостей корпуса. Фильтровальные элементы могут быть присоединены к корпусу жестко. Корпус установлен с возможностью вибрирования. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к способам фильтрования жидкостей и устройствам для фильтрования и может быть использовано в пищевой, химической и других отраслях промышленности, где требуется очистка текучих сред от взвешенных частиц.

Известен способ очистки жидкости в системах с избыточным давлением путем изменения подачи пульсирующего потока очищаемой жидкости и в котором частоту и амплитуду пульсирующего потока изменяют за счет поддержания временного сдвига фаз между пульсациями давления жидкости на входе и выходе фильтра заданной величины и амплитуды пульсации давления жидкости на входе фильтра большей величины перепада давления на входе и выходе фильтра [1] Данный способ трудно реализуем для фильтрации жидкостей, так как задание амплитуды пульсаций давления жидкости на входе фильтра, большей величины перепада статического давления на входе и выходе фильтра, может оказаться недостаточным для преодоления гидравлического сопротивления пульсирующим потоком даже в прямом направлении, а для создания обратного потока среднее положительное пульсирующее давление должно быть выше суммы перепада давления на фильтре, статического и динамического напора, создаваемого насосом.

Наиболее близким способом к заявленному является способ фильтрования жидкости путем подачи суспензии и фильтрата на фильтровальные элементы с реверсом, осуществляемым с помощью насоса, демпфирующего сосуда и гидрораспределителя, попеременно соединяющего внутренний объем фильтра с выходом и входом насоса [2] Известно устройство для фильтрования жидкости, содержащее корпус с патрубками для ввода суспензии, отвода фильтрата и выгрузки осадка, фильтровальные элементы, разделяющие внутренний объем корпуса на полости для суспензии и фильтрата, трубопроводы соответственно, для подвода, отвода суспензии и фильтрата и средство для реверсирования потока [2] Недостаток известных способа и устройства слабая очистка поверхности фильтрующей перегородки от прилипающих к каркасу перегородки дисперсных частиц, удаление которых обратным потоком фильтрата невозможно, а при фильтрации через тонкие мембранные фильтры вязких жидкостей с мелкодисперсными взвешенными частицами обратный поток вообще трудно создать.

Цель изобретения устранение отмеченных недостатков.

На фиг.1 изображена схема пульсационно-вибрационного фильтра, в котором фильтровальная перегородка жестко установлена в корпусе, изготовленном с возможностью совершения возвратно-поступательных перемещений. Средство для реверсирования потока выполнено в виде демпфирующего сосуда и насоса с постоянной подачей, соединенного своими входом и выходом через гидрораспределитель и трубопровод с корпусом фильтра; на фиг.2 то же, фильтровальная перегородка установлена с возможностью совершения внутри корпуса возвратно-поступательных перемещений, а средство для реверсирования выполнено в виде поршневого насоса; на фиг.3 то же, фильтровальная перегородка установлена с возможностью совершения возвратно-поступательных перемещений, а средство для реверсирования потока выполнено в виде двух демпфирующих сосудов, двух насосов с постоянной подачей и электромагнитных клапанов, установленных на линиях трубопроводов и выполняющих роль гидрораспределителя.

Пульсационно-вибрационный фильтр (фиг. 1) содержит корпус 1, установленный с помощью упругих подвесов, например пружин 2 на опорах 3, емкость 4 для суспензии и емкость 5 для фильтрата, а также средство для реверсирования потока, выполненное в виде насоса 6, демпфирующего сосуда 7 и гидрораспределителя 8. Внутренний объем корпуса 1 разделен фильтровальными элементами 9 и пластиной 10, на которой они жестко крепятся, на две полости: нижнюю 11 для суспензии и верхнюю 12 для фильтрата. Корпус 1 имеет патрубок 13 для подачи суспензии внутрь корпуса 1, патрубок 14 для отвода фильтрата, патрубок 15 для выгрузки осадка. Корпус 1 связан трубопроводом 16 с емкостью 4 для суспензии, а трубопроводом 17 с гидрораспределителем 8, соединенным трубопроводом 18 с емкостью для фильтрата 5. Патрубок 13 и патрубок 14 корпуса 1 соединены соответственно с трубопроводами 16 и 17 с помощью гибких рукавов 19, что вместе с реверсной подачей жидкости и установкой корпуса 1 на пружинах 2 обеспечивает возможность совершения их возвратно-поступательных перемещений. Насос 6 попеременно своим выходом и входом связан через гидрораспределитель с одной из полостей корпуса 1 (на фиг.1 насос 6 соединен с полостью 12 для фильтрата и емкостью 5 для приемки фильтрата). Гидрораспределитель 8 выполнен в виде цилиндрической обечайки 20. По образующей обечайки 20 размещены с одной стороны патрубки 21-24 и соосно им с другой стороны обечайки 20 патрубки 25 28. Внутри обечайки 20 установлен с возможностью перемещения в осевом направлении цилиндрический золотник 29, имеющий отверстия 30 и 31, соосные патрубкам 22, 26 и 24, 28. Патрубки 25 и 28 соединены с выходом насоса 6 и демпфирующим сосудом 7, патрубки 26 и 27 с входом насоса 6, патрубки 21 и 22 с трубопроводом 17, соединяющим гидрораспределитель 8 с рабочей емкостью корпуса 1, патрубки 23 и 24 с трубопроводом 18, соединяющим гидрораспределитель 8 с емкостью 5 для фильтрата.

В пульсационно-вибрационном фильтре (фиг.2) средство для реверсирования представляет собой поршневой насос 32 со всасывающим 33 и нагнетательным 34 клапанами, создающий пульсирующую подачу жидкости в результате движения поршня 35 в цилиндре 36. Выход насоса 32 с нагнетательным клапаном 34 соединен трубопроводом 16 с полостью для суспензии 11, а вход насоса с всасывающим клапаном 33 соединен трубопроводом 37 с емкостью 4 для суспензии. Полость для фильтрата 12 непосредственно соединена трубопроводом 17 с емкостью для фильтрата 5. Фильтровальные элементы 9 жестко укреплены на пластине 10, установленной на пружинах 2, закрепленных на внутренней поверхности корпуса 1. Пластина 10 установлена в корпусе 1 по скользящей посадке или уплотнена прокладкой, выполненной из упругого или фильтрующего материала.

Пульсационно-вибрационный фильтр (фиг. 3) содержит средство для реверсирования потока, выполненное в виде насоса 38 на линии трубопровода 16 подачи суспензии, насоса 39 на линии трубопровода 40 обратной подачи фильтрата, демпфирующих сосудов 41 и 42, соединенных с выходами насосов 38 и 39 соответственно, клапана 43 на линии трубопровода 16, клапана 44 на линии трубопровода 17, клапана 45 на линии трубопровода 46 обратного отвода суспензии, и клапана 47 на линии трубопровода 40. Клапаны 43 45 и 47 работают согласованно, так например, при использовании в качестве исполнительных механизмов клапанов электромагнитов 48 51, они подключены к одному блоку управления. Возможно также использование между клапанами 43-45 и 47 механической связи в виде коленчатого вала, подсоединенного к общему механическому приводу. Для создания обратного потока фильтрата на фильтровальный элемент 9 корпус 1 содержит дополнительно патрубок 52 для отвода обратного потока суспензии и патрубок 53 для подачи обратного потока фильтрата. Фильтровальный элемент 9 представляет собой эластичную фильтровальную перегородку 54, расположенную между пластинами 55 и 56, имеющими отверстия 57. Для создания возвратно-поступательных перемещений фильтровальному элементу 9 пластина 55 установлена в корпусе 1 на упругих подвесах 58.

Предлагаемые конструкции фильтров могут быть применены также и для очистки запыленных газов. В этом случае вместо насосов используются компрессоры, а вместо гидрораспределителя газораспределительное устройство, а остальные элементы конструкции в целом остаются теми же.

П р и м е р. Способ осуществляют с помощью устройства, изображенного на фиг. 1. Жидкость при этом подают на фильтровальные элементы 9, жестко установленные в корпусе 1, расположенном на пружинах 2 с реверсом, т.е. так, что одну часть периода колебаний (полного цикла фильтрования) подают суспензию, движущуюся в прямом направлении, другую часть на фильтроэлементы 9 фильтрат в противоположном направлении. При прямой подаче суспензии происходит отделение жидкости от взвешенных частиц и движение корпуса 1 с фильтроэлементами 9 вверх. При обратной подаче происходит регенерация фильтроэлементов 9 и их движение вниз. Вследствие осуществления способа происходит регенерация фильтроэлементов обратным потоком и инерционными силами. Реверсное устройство (фиг. 1) выполнено в виде насоса 6, демпфирующего сосуда 7, гидрораспределителя 8, пульсирующее давление в рабочей емкости корпуса 1 и ревеpсная подача жидкости на фильтровальные элементы 9 создается за счет попеременного соединения входа и выхода насоса 6 с полостью 12 для фильтрата в результате возвратно-поступательных движений золотника 29 в обечайке 20 гидрораспределителя 8.

В цикле фильтрования суспензия из емкости 4 по трубопроводу 16 поступает в полость для суспензии 11 корпуса 1, где происходит отделение взвешенных частиц на фильтровальных элементах 9, а частицы удаляются из корпуса 1 через патрубок 15.

Фильтрат из корпуса 1 поступает через патрубок 22 в отверстие 30 в золотнике 29 и патрубок 26 на вход насоса 6, а с выхода насоса 6 через патрубок 28, отверстие 31 и патрубок 24 по трубопроводу 18 в емкость для фильтрата 5. Корпус 1, установленный на пружинах 2, движется вниз.

В цикле регенерации, при обратной подаче фильтрата на фильтровальные элементы 9, выход насоса 6 сообщается с емкостью для фильтрата 12 корпуса 1 через патрубок 25, отверстие 30 в золотнике 29 и патрубок 21, а вход насоса 6 с емкостью для фильтрата 5 через патрубок 27, отверстие 31, патрубок 23 и трубопровод 18. При этом корпус 1 движется вниз. В результате обратного потока фильтрата и колебаний фильтровальных элементов 9 происходит их регенерация.

При использовании фильтра, изображенного на фиг.2, подача суспензии на фильтровальные элементы 9 с помощью поршневого насоса 32 осуществляется за счет прямого хода поршня 35 в цилиндре 36 при закрытом всасывающем клапане 33 и открытом выходном клапане 34. При этом фильтровальные элементы 9 совершают движения по направлению потока движения суспензии, которая, просачиваясь через поры фильтровальных элементов 9, очищается от взвешенных частиц.

Во время обратного хода поршня 35 в цилиндре 36 при открытом клапане 33 и закрытом клапане 34 в полости для суспензии корпуса 1 создается разрежение. При этом фильтровальные элементы 9 регенерируются обратным потоком фильтрата и движутся в обратном направлении, противоположном потоку подачи на нее суспензии. Величина обратного потока намного меньше величины прямого потока и может быть отрегулирована с помощью клапанов 33 и 34. Очищенный фильтрат собирается в емкости 5, а осадок периодически выгружается через патрубок 15.

Работа пульсационно-вибрационного фильтра, изображенного на фиг.3, подобна работе фильтра, изображенного на фиг.1. В данном случае эластичная фильтровальная перегородка 54 и пластина 56 совершает свои возвратно-поступательные колебания внутри корпуса 1, а реверсирование потоков суспензии и фильтрата с заданной частотой достигается с помощью клапанов 43-45 и 47 и насосов 39, 38. С целью повышения эффективности работы фильтровальной перегородки 54, улучшения ее регенерации обратным потоком фильтрата в фильтре предусмотрен насос 39 с постоянной подачей. В цикле фильтрации открыты клапаны 43 и 44. В цикле регенерации открыты клапаны 45 и 47, работающие в противофазе с клапанами 43 и 44.

Формула изобретения

1. Способ фильтрования жидкости путем подачи суспензии и фильтрата на фильтровальные элементы с реверсом, отличающийся тем, что одновременно фильтровальные элементы, суспензию и фильтрат подвергают вынужденным колебаниям.

2. Устройство для фильтрования жидкости, содержащее корпус с патрубками для ввода суспензии, отвода фильтрата и выгрузки осадка, фильтровальные элементы, разделяющие внутренний объем корпуса на полости для суспензии и фильтрата, трубопроводы соответственно для подвода, отвода суспензии и фильтрата и средство для реверсирования потока, отличающееся тем, что фильтровальные элементы установлены в корпусе с возможностью совершения возвратно-поступательных перемещений относительно корпуса или жестко присоединены к корпусу, установленному с возможностью совершения возвратно-поступательных перемещений и снабженному гибкими рукавами для соединения трубопроводов с патрубками.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что средство для реверсирования потока выполнено в виде поршневого насоса, соединенного своими всасывающими или нагнетающими патрубками с одной из полостей корпуса.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус снабжен патрубками для обратной подачи суспензии и фильтрата, при этом средство для реверсирования потока выполнено в виде трубопроводов, присоединенных к патрубкам для ввода суспензии и обратной подачи суспензии, патрубкам для отвода фильтрата и обратной подачи фильтрата и установленных на каждом трубопроводе демпфирующего сосуда, насоса и гидрораспределительного клапана.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3