Устройство центробежного типа для очистки жидкости от дисперсных примесей

 

Изобретение относится к устройствам для реализации процессов очистки сточных вод и других жидкостей, содержащих дисперсные примеси, и может быть использовано в текстильной, химической и других отраслях промышленного производства. Устройство содержит корпус, конусообразную фильтрующую поверхность, систему ее принудительного вращения, систему питания, сбора и выгрузки жидкости с патрубками. В фильтрующей поверхности дополнительно выполнены концентрично установленные две конусные поверхности с увеличивающимися в 1,2-1,5 раза углами при вершине каждого из конусов относительно предыдущей ступени и размерами фильтрующих отверстий от конуса к конусу, выполненными в пропорции 1000:100:1, в направлении от оси вращения конусов к периферии. Внутренняя конусная ступень выполнена с перфорацией, промежуточная - в виде микрофильтра, а внешняя является ультрафильтром. Система выгрузки каждого конуса имеет обратную связь с системой питания посредством трубопровода. Техническим результатом является увеличение поверхности разделения и повышение селективной способности. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для реализации процессов очистки сточных вод и других жидкостей, содержащих дисперсные примеси, и может быть использовано в текстильной, химической и других отраслях промышленного производства.

Известны фильтрующие центрифуги [1, 2], используемые для разделения суспензий при требовании глубокого обезвоживания и высокой степени промывки осадка, а также для отжима нетекучих материалов, поры которых целиком или частично заполнены жидкостью. Конструкция их содержит единичные роторы цилиндрической или конической формы с транспортировкой осадка от вершины конуса к его основанию и с фильтрацией через отверстия-поры с постоянными параметрами.

Недостатками этих устройств являются низкая производительность по причине быстрой засоряемости их фильтрующей поверхности.

В качестве прототипа выбрано устройство [3] для очистки жидкости от волокнистых включений, состоящее из системы радиальной питания, вращающегося единичного конического перфорированного конуса, системы отвода очищенной жидкости.

Недостатками данного устройства являются его низкая селективная способность, обусловленная консервативностью геометрических характеристик фильтрующей поверхности, низкая производительность процесса очистки жидкости по причине движения очищаемой жидкости лишь в радиальном направлении, низкий коэффициент полезного времени, обусловленный засоряемостью фильтрующей поверхности при отсутствии условий ее самоочищаемости.

Техническим результатом изобретения является увеличение поверхности разделения и повышение селективной способности фильтрующей поверхности за счет концентричного соединения фильтрующих элементов, ориентированных на разделение фаз с различной относительной дисперсностью твердой фазы, повышение производительности и коэффициента полезного времени за счет использования системы осевого питания и создания условий самоочищаемости фильтрующей поверхности.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство центробежного типа для очистки жидкости от дисперсных примесей, содержащее корпус, конусообразную фильтрующую поверхность, приводную систему ее принудительного вращения, систему питания, сбора и отвода жидкости с патрубками, согласно изобретению в фильтрующей поверхности дополнительно концентрично установлены две конусные поверхности с увеличивающимися в зависимости от состава и плотности обрабатываемого раствора в 1,2...1,5 раза углами при вершине каждого из конусов относительно предыдущей ступени и размерами фильтрующих отверстий от конуса к конусу, выполненными в пропорции 1000:100:1, в направлении от оси вращения конусов к периферии, при этом внутренняя конусная ступень выполнена с перфорацией, промежуточная - в виде микрофильтра, а внешняя является ультрафильтром, а система выгрузки каждого конуса имеет обратную связь с системой питания посредством трубопровода.

На чертеже изображен разрез общего вида устройства.

Устройство содержит корпус 1 с емкостью 2 для сбора очищенной жидкости и патрубком 3 для ее отвода, емкостью 4 для сбора неотфильтрованной массы (фугата) и патрубком 5, связанную посредством трубопровода 6 с системой питания 7 устройства. Фильтрующий элемент 8 содержит пакет конусообразных поверхностей, установленных концентрично и образующих ступени 9, 10, 11 фильтрации с увеличивающимися в зависимости от состава и плотности обрабатываемого раствора в 1,2...1,5 раза углами при вершине каждого из конусов относительно предыдущей ступени, и получающих принудительное вращение от привода 12. Каждая ступень образована фильтрующими поверхностями, в которых включены отверстия, характерные для каждой из ступеней: предварительной очистки, микро- и ультрафильтрации. Периферия каждой из ступеней (основание конической поверхности) оснащена элементами 13 выгрузки неотфильтрованной массы.

Устройство работает следующим образом. Исходная очищаемая жидкость поступает в питающую систему 7 под избыточным гидростатическим давлением, откуда под действием гидростатических и гравитационных сил, возникающих в результате вращения пакета конических фильтрующих поверхностей 8, приводимых в движение от привода 12, растекается по поверхности первой ступени 9, в которой жидкость очищается на уровне предварительной фильтрации через перфорированные отверстия, соизмеримые с частицами дисперсной системы, а затем проникает на вторую ступень 10 - микрофильтрации, поверхность которой образована сложной пористой структурой, полученной методами, например, порошковой металлургии, а затем на ступень 11 - ультрафильтрации, состоящей из фторопластовой пленки обработанной потоком ускоренных электронов на каркасе из микрофильтра, где происходит окончательная очистка фильтруемой жидкости, собираемой в емкость 2, из которой она отводится потребителю через патрубок 3.

Неотфильтрованная масса отводится от каждой ступени системой элементов 13, расположенных на периферии каждой ступени, обеспечивающими выгрузку неотфильтрованной массы в емкость 4, имеющую обратную связь 6 с системой 7 питания устройства посредством трубопровода.

Таким образом, реализуется замкнутый цикл очистки жидкости, при котором многократная ее циркуляция, переменный угол конусности ступеней фильтрующих поверхностей и их степень фильтрации обеспечивают:

- высокий коэффициент полезного времени и производительность устройства, работающего в непрерывном режиме действия, и обусловленные наличием в движущемся потоке дисперсной системы вектора скорости, как в радиальном, так и в тангенциальном направлениях, обусловленных сложно-переносным движением вихревого пленочного потока, распределенного по конусной фильтрующей поверхности пропорционально радиусу вращения, в соответствии с рассматриваемой ступенью фильтрации (с соответствующим углом конусности ϕ);

- условия самоочищаемости фильтрующих поверхностей при создании режима вихревого движения пленочного потока фильтруемой жидкости и различных значениях угла конусности ϕ фильтрующих поверхностей, а также периферийных отводящих каналов;

- заданную степень очистки жидкости за счет многоступенчатой фильтрации концентрично соединенных фильтрующих поверхностей, составляющих последовательность протекания процесса фильтрации от непосредственно фильтрации к микрофильтрации и ультрафильтрации.

При этом производительность устройства и эффективность очистки жидкости определены угловой скоростью ω вращения фильтрующих поверхностей (фактором разделения , где r - радиус вращения фильтрующей поверхности; g - ускорение свободного падения), углом конусности ϕ фильтрующих поверхностей, определяющего скорость восходящего вихревого движения пленки жидкости по фильтрующей поверхности, а также радиальную составляющую полной гидродинамической силы, определяющей проникающую способность элементарной частицы через поры фильтрующей поверхности в зависимости от плотности жидкости, зависящей от степени ее загрязнения. При этом увеличение в 1,2...1,5 раза угла ϕ конусности каждой из ступеней относительно предыдущей дает возможность повышения производительности фильтра за счет интенсивного увеличения центробежных сил, действующих на отделяемые из раствора частицы в зависимости от состава и плотности обрабатываемой жидкости, что обеспечивается ростом окружной составляющей полной скорости их перемещения в зависимости от высоты конусной поверхности каждой из ступеней.

Таким образом, система, обеспечивающая процесс очистки жидкости от дисперсных примесей, образует замкнутый циркуляционный контур, исключающий негативное влияние отработанных технологических сред на окружающую среду и на условия труда при эксплуатации оборудования в производстве.

Источники информации

1. Виноградова М.Г. Центробежное жидкостное тонкослойное и тонкоканальное разделение. - СПб.: Недра, 1997, 173 с.

2. Авторское свидетельство СССР № 1389815, МКИ B 01 D 33/02, 1986.

3. Авторское свидетельство СССР № 1632943, МКИ C 02 F 1/00, B 01 D 21/00, 1991.

Формула изобретения

Устройство для очистки жидкости от дисперсных примесей, содержащее корпус, конусообразную фильтрующую поверхность, систему ее принудительного вращения, системы питания, сбора и выгрузки жидкости с патрубками, отличающееся тем, что в фильтрующей поверхности дополнительно выполнены концентрично установленные две конусные поверхности с увеличивающимися в 1,2ч1,5 раза углами при вершине каждого из конусов относительно предыдущей ступени и размерами фильтрующих отверстий от конуса к конусу, выполненными в пропорции 1000:100:1, в направлении от оси вращения конусов к периферии, причем внутренняя конусная ступень выполнена с перфорацией, промежуточная - в виде микрофильтра, а внешняя - является ультрафильтром, при этом система выгрузки каждого конуса имеет обратную связь с системой питания посредством трубопровода.

РИСУНКИ

Рисунок 1