Аппарат для фильтрации жидкости

 

Использование: средства фильтрации жидкостей. Сущность изобретения: аппарат снабжен трубчатыми элементами, а также опорной трубой с отверстиями, центральной трубой для отвода фильтрата, плитой с каналами, которые гидравлически сообщены между собой и трубопроводами, позволяющими обеспечить возвратно-поступательное движение жидкости. Очистка дренажных элементов при этом осуществляется твердыми частицами, которые расположены между дренажными элементами. Аппараты могут монтироваться в единую систему посредством соединения каналов отдельных плит. Это позволяет эффективно производить очистку и фильтрацию жидкостей. 5 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к средствам фильтрации жидкостей и может использоваться в сельскохозяйственном производстве для обработки вина, растительного масла, а также для очистки сточных вод птицефабрик или свинокомплексов, разделения и концентрирования технологических растворов, очистки воды и т.д.

Известны установки фильтрационного и мембранного разделения, в которых для создания необходимых гидродинамических и концентрационных условий в установке используются схемы компоновки: с последовательным, параллельным или последовательно-параллельным расположением аппаратов. Расчет таких систем сложен и тем не менее не обеспечивает одинаковых условий разделения в каждом аппарате или элементе установки [1] Отметим, что во всех известных схемах разделяемый раствор от аппарата (элемента) к аппарату и в установке в целом движется в одном определенном направлении.

Для очистки фильтрующей поверхности используется обратная промывка фильтратом или чистой жидкостью, очистка губчатыми шомполами (шарами). Однако такие схемы очистки уменьшают время работы и производительность установки, а применение губчатых шомполов (шаров) требует разборки установки и применимо только к трубчатым установкам с внутренним фильтрующим слоем и достаточно большим диаметром трубки [1-3] Поэтому в практике чаще интенсификацию таких процессов осуществляют путем повышения линейной скорости над фильтрующей поверхностью, что приводит к увеличению энергетических затрат или конструктивным изменениям, чтобы обеспечить необходимую турбулентность разделяемой жидкости [4] Известен аппарат, включающий корпус с гидролиниями подачи и/или отвода жидкости и отвода фильтрата, соосно расположенные в корпусе трубчатые элементы с наружным фильтрующим слоем, закрепленные в трубной решетке, а также осевую опорную трубу с отверстиями, сообщенную с одной из гидролиний подачи и/или отвода жидкости, а выходы трубчатых элементов сообщены с гидролинией отвода фильтрата [5] Данное техническое решение наиболее близко к предлагаемому.

К недостаткам известного устройства можно отнести: невозможность очистки фильтрующей поверхности, значительное гидравлическое сопротивление отдельного блока и аппарата в целом, трудоемкость сборки, герметизация трубчатых фильтрующих элементов при большом их количестве в аппарате резиновыми кольцами или манжетами не всегда надежна и требует повышенной точности обработки сопрягаемых поверхностей.

Изобретение направлено на повышение эффективности применения аппарата для фильтрации жидкостей за счет увеличения производительности, упрощения конструкции и более высокой ее технологичности при сборке, очистки поверхности фильтрующих элементов и улучшения гидравлических характеристик в аппарате.

Поиск, провиденный по патентной и научной литературе, показал, что заявленное изобретение соответствует критерию "новизна.

Поскольку заявленное изобретение выполнено из известных узлов, то оно соответствует критерию "промышленная применимость".

А так как в результате использования данного технического решения имеется новый эффект, то заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательный уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема совместного включения аппарата, на фиг. 2-15 аппарат для фильтрации жидкости и его узлы.

Схема включения аппаратов в единый блок содержит насос 1, систему аппаратов 2 (не менее одного), регулирующую 3 и запорную 4 арматуры, трубопроводы и каналы подачи и/или отдачи жидкости 5, концентрата 6, отвода фильтрата 7, обратной продувки или промывки 8, которая может обеспечить возврат концентрированного раствора к месту подачи в устройство исходного раствора и возвратно-поступательное движение жидкости как во всем устройстве, так и в его отдельных элементах, что показано на фиг. 1. Смена направления движения разделяемой жидкости зависит от ее физико-химических свойств и колеблется в пределах 0,5-120 мин.

В корпусе 9 аппарата 2 расположена осевая опорная труба 10, внутренняя полость которой гидравлически сообщена с центральной полостью 11 корпуса 9 посредством выполненных в стенке трубы 10 сквозных отверстий или прорезей 12, с другой стороны посредством осевого отверстия 13 и перпендикулярного к нему горизонтального канала 14 в плите 15 опорная труба 10 соединена с трубопроводом исходной жидкости 5 и/или отвода жидкости т.е. концентрата 6. Отверстия или прорези 12 выполнены переменного сечения, причем количество отверстий или прорезей 12 и их сечения уменьшаются от верхней части аппарата к нижней.

В верхней части аппарата 2 под крышкой 16 выполнена полость 17, имеющая большее сечение, чем центральная полость 11. В полости 17 закреплена крышка 16 и трубная решетка 18, между которыми имеется полость фильтрата 19. Полость фильтрата 19 гидравлически сообщена с одной стороны посредством центральной трубы 20 и горизонтального сквозного канала 21 в плите 15 с трубопроводом отвода фильтрата 7, а с другой стороны с внутренней полостью трубчатых элементов 22 с наружным фильтрующим слоем.

Для центровки, крепления и герметизации центральной трубы 20 в плите 15 выполнено осевое отверстие 23, втулка центрирующая 24 с уплотнением 25, лапки 26 и соединительная втулка 27 с уплотнением 28, обеспечивающая центровку центральной трубы 20 по оси опорной трубы 10. В этом случае центральная труба 20 и опорная труба 10 жестко закреплены в трубной решетке 18 известным способом, например, сваркой. Также возможно жесткое крепление трубы 20 к трубной решетке 18, а опорной трубы 10 в плите 15, или жесткое крепление опорной трубы 10 и центральной трубы 20 в плите 15 с соответствующими уплотнениями 25,28,25^а и 28^а, сваркой, резьбой, полукольцами 29 и втулкой 30, или другими известными способами. Кроме того, крепление опорной трубы 10 и центральной трубы 20 может быть выполнено с помощью уплотнений 25,28,25^а и 28^а и соответствующих проточек в плите 15 и трубной решетке 18.

В нижней части аппарата 2 в корпусе 9 выполнена полость 31, имеющая большее сечение, чем центральная полость 11, которая с помощью горизонтального канала 32 и периферийного осевого отверстия 33 гидравлически сообщается с одной стороны с центральной полостью 11, а с другой стороны с трубопроводом исходной жидкости 5 или концентрата 6.

Для соединения корпуса 9 аппарата с плитой 15 в последней имеется цилиндрический патрубок 34. Герметизацию и соединение корпуса 9 и цилиндрического патрубка 34 между собой обеспечивает уплотнение 35 и стопорное кольцо 36.

В полости 31 расположена кольцевая чашка 37, в которой закреплены нижние концы элементов 22 и дренажных элементов в виде, например, цилиндров внутреннего и внешнего 38 и 39. Кольцевая чашка 37 имеет бортики различной высоты, причем внутренний бортик 40 имеет большую высоту, чем наружный 41. Кольцевая чашка 37 не закреплена и может перемещаться вдоль опорной трубы 10 (или ее части соединительной втулки 27).

Верхний конец дренажных элементов 38 и 39, опорная труба 10 и центральная труба 20 крепятся и/или герметизируются в трубной решетке 18, в которой с этой целью выполнены соответствующие проточки, углубления и отверстия 42. Для крепления верхних концов элементов 22 в трубной решетке выполнены гнезда 43 и соосно с ними резьбовые отверстия 44, обеспечивающие отклонение дефектного фильтрующего элемента 22 и гидравлическое сообщение с полостью фильтрата 19.

В трубной решетке 18 и крышке 16 аппарата имеются прорези или резьбовые гнезда 45, которые обеспечивают их извлечение из аппарата с помощью специального инструмента. Трубная решетка 18 может быть снабжена бобышкой 46 с резьбой, осевым 47 и радиальными отверстиями или прорезями 48, в этом случае крышка 16 имеет отверстие 49 и герметизирующие уплотнения 50,51 а герметизация трубной решетки 18 осуществляется разжимным кольцом 52 и уплотнением 53. Осевое 47 и радиальные отверстия или прорези 48 бобышки 46 обеспечивают гидравлическое сообщение полости фильтрата 19 с полостью центральной трубы 20.

В корпусе аппарата 9 между фильтрующими элементами 22 загружены инертные частицы и/или гранулы, например твердые неорганические или полимерные частицы 54, размер которых меньше расстояния между элементами 22, а плотность близка или больше плотности разделяемой жидкости, объем которых не превышает 60% свободного внутреннего объема корпуса 9. Возвратно-поступательное движение жидкости обеспечивает движение твердых частиц 54 и контакт их с внешней поверхностью элементов 22, которая является фильтрующей поверхностью. Это позволяет интенсивно перемешивать разделяемую жидкость и очищать во время работы устройства поверхность фильтрующих элементов 22, что повышает производительность аппарата и установки в целом в 1,5-3 раза. Для загрузки твердых частиц 54 трубная решетка 18 или корпус аппарата 9 снабжены резьбовыми отверстиями 55 с заглушкой 56. Отверстия 57, 58 в плите 15 обеспечивает опорожнение аппарата 2 от жидкости. В аппарате 2 имеется система дренажных устройств (сеток, тканей и др.), которые обеспечивают постоянство нахождения твердых частиц 54 внутри корпуса аппарата 9 между элементами 22. Они выполнены или в виде внутреннего 38 и внешнего 39 цилиндров, ограничивающих фильтрующие элементы 22, или в виде внутреннего 38 цилиндра и кольцевого 59 дренажного устройства с ограничителем 60, расположенного в нижней полости 31 аппарата между кольцевой чашкой 37 и цилиндрическим патрубком 34 плиты, или в виде внутреннего 38 цилиндрического и дренажного устройства 61,62, закрепленных в плите 15, причем внутреннее цилиндрическое дренажное устройство 38 крепится в опорной трубе 10 или в кольцевой чашке 37.

Соединение аппаратов 2 между собой осуществляется болтовыми соединениями 63 и уплотнениями в виде колец 64 или втулок 65 с кольцами 64.

Чтобы обеспечить возвратно-поступательное движение исходного раствора в плите 15 выполнено сквозное отверстие (канал) концентрата 66, последний и первый аппараты устройства могут быть снабжены крышками с перетяжками и соединительными элементами, например, штуцерами, обеспечивающими соединение аппаратов с трубопроводами исходного раствора, концентрата и фильтрата. Конструктивные элементы такого типа известны и поэтому на рисунках они не показаны. Переток 67 между каналами исходного раствора 14,32 и концентрата 66 может быть выполнен и в плите 15.

Для удобства монтажа в первом (по ходу движения исходного раствора) и/или последнем аппарате каналы 14,21,32 и 66 могут быть выполнены в различных плоскостях, перпендикулярных друг другу.

Устройство и аппарат для фильтрации жидкостей работают следующим образом.

Исходная жидкость с помощью насоса 1 поступает в аппарат 2, при этом возможны два варианта движения жидкости. При поступательном (условно) движении исходная жидкость по горизонтальному каналу 14 и осевому 13 отверстию попадает в опорную трубу 10, затем через отверстия или прорези 12 в полость корпуса аппарата 11 и движется между элементами 22. Часть жидкости под действием давления проходит внутрь фильтрующих элементов 22, поступает в полость фильтрата 19, а затем по центральной трубе 20 и горизонтальному каналу 21 в плите 15 отводится на линию фильтрата 7. Другая часть исходной жидкости попадает в полость 31 плиты 15, а затем по периферийному осевому отверстию 33 и горизонтальному каналу 32 поступает в следующий аппарат или в трубопровод концентрата 6. При возвратном движении жидкости в установке, которое обеспечивается переключением регулирующей 3 и запорной 4 арматуры, в аппарате поступление и прохождение разделяемой жидкости происходит в обратном описанному выше порядке, а движение фильтрата в том же.

Регенерация фильтрующей поверхности осуществляется следующим образом.

Прекращается подача или снижается давление подачи исходной жидкости насосом 1, соответствующим образом открывается и закрывается запорная арматура 4, что обеспечивает подачу газа или промывной жидкости в трубопровод и каналы 7,8 и 21 фильтрата. Затем газ или промывная жидкость через центральную трубу 20 и полость фильтрата 19 поступает внутрь фильтрующих элементов 22. Под воздействием давления газ или промывная жидкость проходят через поры фильтрующих элементов 22 и дополнительно, наряду с твердыми частицами 54, очищают внешнюю поверхность фильтрующих элементов 22.

Следует отметить, что в совокупности возвратно-поступательное движение исходной жидкости, обратная продувка или промывка фильтрующих элементов, наличие твердых частиц и другие указанные выше конструктивные особенности устройства и аппарата для фильтрации жидкостей обеспечивают более высокую производительность аппарата и установок в целом, чем у известных устройств и аппаратов, фильтрации. Кроме того, некоторые элементы аппарата, например, трубная решетка с гнездами и резьбовыми отверстиями позволяют легко осуществлять сборку, ремонт и эксплуатацию аппаратов и устройства в целом, что делает предлагаемые установки более дешевыми и конкурентно-способными по сравнению с аналогичными установками.

Источники информации 1. Брык М.Т. и др. Применение мембран для создания систем кругового водопользования. М. Химия, 1990, с.26-28.

2. Жужиков В.А. Фильтрование. М. Химия, 1980, 396 с.

3. Green G.J. -"Desalination", v. 35 N 1-3, p. 129-147.

4. Свитцов А. А, и др. Полупроницаемые мембраны в биотехнологии. ОНТИТЭИмикробром, 1963, с. 24-29.

5. Патент РФ 2035212, кл. B 01 D 63/06, 1995.

Формула изобретения

1. Аппарат для фильтрации жидкости, включающий корпус с гидролиниями подачи и/или отвода жидкости и отвода фильтрата, соосно расположенные в корпусе трубчатые элементы с наружным фильтрующим слоем, закрепленные в трубной решетке, а также осевую опорную трубу с отверстиями, сообщенную с одной из гидролиний подачи и/или отвода жидкости, а выходы трубчатых элементов сообщены с гидролинией отвода фильтрата, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрической трубой отвода фильтрата, расположенной внутри осевой опорной трубы, дренажными элементами и расположенными между последними инертными частицами и/или гранулами, объем которых не превышает 60% свободного внутреннего объема корпуса, при этом основание корпуса выполнено в виде плиты, а гидролинии подачи и/или отвода жидкости и отвода фильтрата выполнены в виде соответствующих каналов, причем канал отвода фильтрата сообщен одним концом с центральной трубой отвода фильтрата и расположен перпендикулярно последней, а другой ее конец сообщен с полостями трубчатых фильтрующих элементов, выходы каналов подачи и/или отвода жидкости выполнены перпендикулярно осевой опорной трубе и их осевые линии совпадают или расположены под углом в 90^o друг к другу в плоскости, перпендикулярной осевой опорной трубе, кроме того, в плите выполнен сквозной канал с возможностью сообщения с любым из каналов подачи и/или отвода жидкости.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что центральная и опорная труба закреплены или в трубной решетке, или в плите, или в трубной решетке и плите.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что дренажные элементы выполнены в виде внутреннего и внешнего дренажных цилиндров или внутреннего дренажного цилиндра и кольцевого дренажного устройства, расположенного в корпусе аппарата ниже кольцевой чашечки, установленной на опорной трубе в ее нижней части, или внутреннего дренажного цилиндра и кольцевого дренажного устройства, или в виде кругового дренажного устройства, расположенного в плите аппарата с перекрытием одного из каналов подачи и/или отвода жидкости.

4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в выходном отверстии в трубной решетке, расположенном соосно с гнездом для крепления трубчатого элемента с наружным фильтрующим слоем, выполнена резьба.

5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в трубной решетке, и/или корпусе, и/или плите аппарата выполнены загрузочные отверстия с заглушками.

6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что сквозной канал сообщен посредством перетока с одним из каналов подачи и/или отвода жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15

NF4A Восстановление действия патента

Дата, с которой действие патента восстановлено: 20.05.2011

Дата публикации: 20.05.2011

---