ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ Российский патент 1994 года по МПК B01D24/10 

Изобретение относится к устройствам физико-химической адсорбции, а именно к фильтрам для очистки жидкостей, и может найти применение для очистки водопроводной воды, в сельской местности для получения питьевой воды, в пищевой, химической и фотопромышленности и в других областях химической технологии, где по условиям техпроцесса необходимо иметь чистую воду, свободную от солей металлов и органических растворенных примесей.

Известен фильтр для очистки жидкостей, содержащий цилиндрический корпус с размещенным в нем фильтрующим патроном, состоящем из двух цилиндрических стаканов, в одном из которых между поддерживающими решетками размещена фильтрующая загрузка в виде ионообменной смолы, а в другом - в виде активированного угля.

Известный фильтр имеет недостаточно высокую эффективность очистки жидкости, так как в нем имеют место так называемые "пристеночный" и "туннельный" эффекты: вблизи стенки стакана очищаемая жидкость проходит с большей скоростью, вследствие чего очистка этого объема жидкости существенно ухудшается; существо "туннельного" эффекта состоит в том, что в центральной зоне фильтра в массе фильтрующей зернистой загрузки при движении жидкости возникают зоны (туннели) более свободного движения жидкости, в которых она движется с большей скоростью, и эффективность ее очистки в этих зонах также снижается.

Известен также фильтр для очистки жидкостей по совокупности существенных признаков и по достигаемому результату наиболее близкий к предложенному. Он содержит несколько соединенных между собой цилиндрических корпусов с зернистой загрузкой, размещенной между поддерживающими решетками, причем зернистая загрузка в нечетных по ходу движения жидкости выполнена из активированного угля, а в четных - из ионообменной смолы.

Известный фильтр также обладает недостаточно высокой эффективностью очистки, так как в нем также имеют место и "пристеночный", и "туннельный" эффекты. Кроме того, стенки каждого из корпусов фильтра находятся под постоянным воздействием электрохимической коррозии, возникающей при постоянном движении жидкости через зернистую загрузку, на каждом зерне которой под воздействием движущейся жидкости и взаимного трения между зернами загрузки возникает трибозаряд. Между корпусом и зернистой загрузкой возникает разность потенциалов и в зазоре между корпусом и зернами загрузки начинают протекать микротоки, которые разрушают и корпус, и зерна загрузки. Это явление увеличивает "пристеночный" эффект из-за измельчения зерен загрузки.

Техническим результатом, на получение которого направлено создание фильтра, согласно изобретению, является повышение эффективности очистки жидкостей за счет ликвидации "пристеночного" и "туннельного" эффектов и электрохимической коррозии корпуса и зерен загрузки.

Получение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что зернистая загрузка размещена в эластичных электроизолирующих рукавах, на торцах которых закреплены поддерживающие сетки, а на их цилиндрической части выполнены кольцевые выступы, при этом в каждом из корпусов одна из поддерживающих решеток выполнена прижимной. Кроме того, на достижение указанного технического эффекта влияет то, что рукава выполнены из полиэтилена, а их кольцевые выступы в поперечном сечении имеют форму круга, отношение радиуса поперечного сечения кольцевого выступа к среднему размеру зерна зернистой загрузки лежит в пределах 3-10, отношение внутреннего диаметра рукава к его высоте лежит в пределах 0,2-0,8.

Размещение зернистой загрузки в эластичных электроизолирующих рукавах обеспечивает полную и надежную изоляцию корпуса фильтра от зернистой загрузки, что позволяет ликвидировать электрохимическую коррозию корпуса и загрузки.

Установка поддерживающих сеток на торцах рукавов обеспечивает упрощение сборки фильтра - зернистая загрузка сначала загружается в рукав, а затем последний вставляется в корпус фильтра, и его торец перекрывается верхней поддерживающей сеткой, на которую накладывается прижимная поддерживающая решетка.

Выполнение на цилиндрической части рукавов кольцевых выступов обеспечивает ликвидацию пристеночного эффекта, так как при движении жидкости вдоль стенки рукава поток жидкости отклоняется при встрече с кольцевым выступом в сторону зернистой загрузки. При этом скорость движения жидкости падает, вокруг кольцевого выступа возникают местные завихрения жидкости, в результате чего эффективность очистки жидкости повышается.

Выполнение одной из решеток фильтра прижимной обеспечивает сжатие первых по ходу жидкости слоев зернистой загрузки, что позволяет ликвидировать "туннельный" эффект, так как скорость движения жидкости через сжатые слои загрузки падает, жидкость распределяется в объеме загрузки более равномерно, и местные (туннельные) прорывы ее через дальнейшую массу загрузки отсутствуют, что также повышает эффективность ее очистки от примесей.

Выполнение рукавов из полиэтилена обеспечивает упрощение изготовления рукавов обычной электросваркой из листового полиэтилена и полную электрическую изоляцию корпуса фильтра от загрузки. Кроме того, обеспечивается необходимая эластичность рукава, необходимая при сжатии загрузки прижимной решеткой.

Выполнение поперечного сечения кольцевых выступов в форме круга обеспечивает плавное огибание пристеночного потока жидкости кольцевых выступов. Кроме того, такая форма предохраняет рукав от разрывов. Отношение радиуса поперечного сечения кольцевого выступа к среднему размеру зерна загрузки в пределах 3-10 выявлено опытным путем. При указанном отношении, меньшем 3, влияние кольцевого выступа практически исчезает, т.е. пристеночный эффект имеет место. При этом отношении, больше 10, пристеночный эффект также проявляется, так как часть зернистой загрузки, находящейся между двумя кольцевыми выступами, расположенными один над другим, как бы выключается из работы по пропуску жидкости.

Выполнение отношения внутреннего диаметра рукава к его высоте в пределах 0,2-0,8 также установлено опытным путем. При отношении этих величин, меньше 0,2, резко возрастает гидравлическое сопротивление слоя зернистой загрузки и производительность фильтра сильно падает. При соотношении больше 0,8 вновь проявляется туннельный эффект, что снижает эффективность очистки жидкости.

Таким образом, вся совокупность существенных признаков изобретения связана неразрывной причинно-следственной связью с достигаемым техническим результатом.

На фиг. 1 показан продольный разрез фильтра; на фиг. 2, 3 и 4 показаны несколько вариантов выполнения узла I на фиг. 1; на фиг. 5 показан один из вариантов соединения корпусов фильтра.

Фильтр для очистки жидкостей содержит по меньшей мере два цилиндрических корпуса 1, соединенных между собой. В корпусах 1 между поддерживающими решетками 2 и 3 помещена зернистая загрузка 4, причем она размещена в эластичном электроизолирующем рукаве 5, снабженном кольцевыми выступами 6, которые могут быть выполнены на внутренней стороне (см. фиг. 2), на наружной стороне (см. фиг. 3) или между двойными стенками рукава 5 (см. фиг. 4). Торцы рукавов 5 перекрыты поддерживающими сетками 7. Одна из поддерживающих решеток 2 в каждом корпусе 1 выполнена прижимной с помощью регулируемой пружины 8. Корпуса 1 снабжены входным 9 и выходным 10 патрубками. Корпуса 1 могут быть соединены между собой, как показано на фиг. 1, поставлены один на другой и скреплены стягивающими устройствами (не показаны). Этот вариант соединения удобен для установки фильтра в углах помещения, в вертикальных узких шкафах, стойках и т.п. В другом варианте корпуса 1 могут быть соединены друг с другом с помощью трубопроводов 11 и расположены параллельно друг другу в горизонтальных шкафах, стойках и т.п. Входные и выходные части корпусов 1 снабжены днищами 12.

Зернистая загрузка 4 в одном из корпусов 1 выполнена из ионообменной смолы, в другом - из активированного угля. В случае, когда фильтр содержит количество корпусов 1 больше, чем два, зернистая загрузка 4 выполнена в одном из корпусов 1 из активированного угля и через один корпус 1 из ионообменной смолы. Радиус поперечного сечения кольцевого выступа в 3-5 раз больше среднего размера зерна фильтрующей загрузки. Внутренний диаметр корпуса 1 составляет 0,2-0,8 высоты корпуса 1.

Фильтр для очистки жидкостей работает следующим образом. Очищаемая жидкость подается через входной патрубок 9, проходит через прижимную решетку 2, поддерживающую сетку 7 и фильтруется через зернистую загрузку 4, например, через ионообменную смолу, которая поглощает из жидкости соли различных металлов. Затем жидкость проходит сквозь поддерживающие сетку 7 и решетку 3 и поступает в следующий корпус 1, где опять проходит через поддерживающие решетку 3 и сетку 7, и сквозь зернистую загрузку 4, выполненную из активированного угля, который поглощает из жидкости газообразные и органические вещества, растворенные в жидкости. В случае, когда корпусов 1 больше двух, то зернистая загрузка 4 может быть выполнена в первом по ходу жидкости корпусе 1 из анионитовой смолы, во втором - из активированного угля, в третьем - из катионитовой смолы, в четвертом - из активированного угля. В случае, когда фильтр состоит из двух корпусов 1, то фильтрующая загрузка 4 в одном из корпусов 1 выполнена из смеси катионитовой и анионитовой смол, а в другом - из активированного угля. В обоих случаях выполнения фильтра через выходной патрубок 10 выходит жидкость с Р=5-6.

При попадании очищаемой жидкости в первые по ходу движения жидкости слои зернистой загрузки 4 не происходит размыва этих слоев и возникновения центральных каналов для проскока жидкости, так как первые по ходу жидкости слои загрузки 4 сжаты между собой прижимной решеткой 2. Усилие прижима регулируется с помощью регулируемой пружины 8. Скорость движения жидкости замедляется в сжатых слоях зернистой загрузки 4, ее поток разбивается на микропотоки, распределенные равномерно по поперечному сечению корпуса 1.

Пристеночный эффект не наблюдается, так как вблизи кольцевых выступов 6 микропотоки жидкости завихряются и скорость движения жидкости в этих зонах уменьшается. Это происходит при отношении радиуса поперечного сечения кольцевого выступа 6 к среднему размеру зерна загрузки 4 равном 3-10. При величине этого соотношения, меньше 3, в завихренный микропоток жидкости вовлекаются лишь зерна загрузки 4, непосредственно прилегающие к кольцевому выступу 6, и пристеночный эффект появляется. При соотношении больше 10 завихрения в микропотоках уходят за кольцевые выступы 6 и становятся как бы "смазкой" для соседних микропотоков, проходящих вблизи внутреннего диаметра кольцевых выступов 6, благодаря чему пристеночный эффект вновь проявляется.

Очищаемая жидкость равномерно распределяется по поперечному сечению корпуса 1 и движется сквозь зернистую загрузку 4 без образования вертикальных потоков и пристеночных микропотоков при отношении внутреннего диаметра рукава 5 к его высоте, равном 0,2-0,8. При соотношении, меньшем 0,2, сильно возрастает гидравлическое сопротивление фильтра, в связи с чем сильно падает его производительность. Кроме того, непроизводительно используется зернистая загрузка 4, так как последние слои по ходу движения жидкости, практически уже очищенной от примесей, из нее уже ничего не забирают. В случае, если это соотношение больше 0,8, наоборот, гидравлическое сопротивление фильтра сильно уменьшается, что может привести к недостаточной степени очистки жидкости. Кроме того, зернистая загрузка 4 быстро вырабатывает свой ресурс и становится необходимой ее частая замена или регенерация.

Корпуса 1 фильтра могут быть выполнены из пищевого алюминия или из оцинкованной стали, так как рукав 6, выполненный эластичным и из электроизолирующего материала, например из полиэтиленовой пленки, полностью предохраняет его от электрохимической коррозии.

Благодаря простоте конструкции фильтра сильно упрощается процесс регенерации зернистой загрузки 4, которая производится следующим образом.

Разбираются места соединения корпусов 1, отсоединяются днища 12 с прижимной пружиной 8, и из корпуса 1 вынимаются прижимная решетка 2 вместе с рукавом 6, заполненным зернистой загрузкой 4. Затем снимается решетка 2, вынимается поддерживающая сетка 7. Загрузка 4 высыпается в подходящую емкость, и производится ее регенерация известными методами: ионообменная смола регенерируется слабым раствором кислоты, или, в зависимости от ее типа, - раствором поваренной соли; активированный уголь регенерируется горячим паром. Затем все детали фильтра промываются, после чего производится его сборка.

Таким образом, фильтр для очистки жидкостей, согласно изобретению, обеспечивает высокую эффективность очистки жидкостей за счет ликвидации "пристеночного" и "туннельного" эффектов и электрохимической коррозии корпуса и зерен загрузки. Кроме того, фильтр прост по конструкции, удобен в работе и обладает высокой надежностью.

Сущность изобретения: фильтр для очистки жидкости содержит по меньшей мере два соединенных друг с другом цилиндрических корпуса, в одном из которых размещена ионообменная загрузка, а в другом-загрузка из активированного угля. Загрузка в каждом корпусе помещена также в гибкие электроизолирующие рукава, на торцах которых закреплены решетки, одна из которых выполнена прижимной, а на их боковой части выполнены кольцевые выступы, в поперечном сечении имеющие форму круга, отношение радиуса которого к среднему размеру зерна загрузки составляет 3 - 5. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ, содержащий по меньшей мере два соединенных один с другим цилиндрических корпуса с зернистой загрузкой, размещенной между поддерживающими решетками, причем загрузка, расположенная в одном из корпусов, выполнена из ионообменной смолы, а в другом - из активированного угля, и входной и выходной патрубки, отличающийся тем, что зернистая загрузка размещена в гибких электроизолирующих рукавах, на торцах которых закреплены поддерживающие решетки, а на их боковой части выполнены кольцевые выступы, при этом в каждом из корпусов одна из поддерживающих решеток выполнена прижимной. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что рукава выполнены из полиэтилена, а их кольцевые выступы в поперечном сечении имеют форму круга. 3. Фильтр по п.2, отличающийся тем, что отношение радиуса поперечного сечения кольцевого выступа к среднему размеру зерна загрузки лежит в пределах от 3 до 5. 4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что отношение внутреннего диаметра рукава к его высоте лежит в пределах от 0,2 до 0,8.