СПОСОБ ПАРОГАЗОВОЙ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК C02F1/00 

Изобретение относится к очистке веществ от дисперсных микропримесей и может быть использовано для высокоэффективной фильтрации жидкостей в микроэлектронике, атомной промышленности, биотехнологии.

Известен способ парогазовой очистки жидкости, включающий ее нагрев с образованием парогазовой взвеси, пропускание паров с примесями через обогреваемый фильтрующий элемент для предотвращения образования конденсата в фильтре, последующее охлаждение паров и сбор конденсата. Устройство для осуществления способа содержит резервуар-испаритель очищаемой жидкости, с которым соединен паропровод с размещенным внутри него фильтрующим элементом с наружным обогревом для предотвращения образования конденсата в фильтре, обратный холодильник парогазовой смеси, связанный отводной трубкой с накопителем конденсата.

Недостатком способа и устройства для его осуществления является отсутствие периодической регенерации фильтрующего элемента, вследствие чего фильтр забивается осадком примесей, возрастает его аэродинамическое сопротивление и соответственно уменьшается производительность, т.е. количество очищаемой жидкости. В результате приходится прерывать процесс фильтрации и разбирать устройство для замены забитого осадком примесей фильтрующего элемента на новый фильтр (без осадка примесей).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение производительности парогазовой очистки.

Технический результат будет выражаться в уменьшении сопротивления фильтрующего элемента путем его эжекционной импульсной регенерации очищенным парогазовым потоком.

В заявляемом способе парогазовой очистки жидкости осаждают фильтрат примесей на фронтальную фильтрующую поверхность, пропуская очищаемую парогазовую взвесь через набор параллельных многослойных металлокерамических фильтрующих патронов. Непрерывно измеряют их сопротивление и периодически осуществляют последовательное удаление осадка с фронтальной фильтрующей поверхности каждого патрона в сборник фильтрата примесей потоком смеси эжектируемого очищенного пара фильтруемой жидкости и сжатого обеспыленного газа, подаваемого последовательно через каждый фильтрующий патрон обратно потоку очищаемой парогазовой взвеси. Это обеспечивает в течение длительного времени непрерывный процесс фильтрации жидкости путем периодического, последовательного удаления осадка примесей с фронтальной поверхности каждого фильтрующего патрона за счет их последовательной и периодической регенерации очищенным парогазовым потоком фильтруемой жидкости с последующим удалением фильтрата примесей.

Задачей заявляемого устройства для осуществления способа парогазовой очистки жидкости является повышение производительности очистки. Для ее реализации в заявляемом устройстве для осуществления парогазовой очистки жидкости фильтрующий элемент установлен над сборником фильтрата примесей и собран из набора параллельных многослойных металлокерамических фильтрующих цилиндрических патронов с эжекторами, над которыми соосно установлены сверхзвуковые сопла, соединенные с источником сжатого газа, управляемые измерителем сопротивления фильтрующих патронов.

В результате удается осуществить периодическую эжекционную регенерацию фильтрующих обогреваемых патронов в последовательном порядке (без проверки устройства для замены патронов) и таким образом обеспечить непрерывность процесса фильтрации жидкости и его интенсификацию за счет периодического удаления с фронтальной фильтрующей поверхности фильтрата примесей и уменьшения сопротивления обогреваемых фильтрующих патронов вследствие их последовательной эжекционной регенерации.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для осуществления способа парогазовой очистки жидкости; на фиг.2 разрез многослойного металлокерамического фильтрующего цилиндрического патрона с эжектором.

Устройство включает резеруар-испаритель с очищаемой жидкостью 1, обогреваемый паропровод 2, обогреваемые многослойные металлокерамические фильтрующие цилиндрические параллельные патроны 3, эжекторы 4, установленные на выходе каждого фильтрующего патрона, обратный холодильник для конденсации очищенных паров жидкости 5, накопитель чистой жидкости 6, дифференциальный датчик сопротивления многослойных металлокерамических фильтрующих патронов 7, соединенный для управления и подачи импульсов сжатого обеспыленного газа от источника 8 через клапан 9 и свеpхзвуковые сопла 10 с целью периодической регенерации фильтрующих патронов, сборник фильтрата примесей 11.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Очищаемую жидкость помещают в резервуар-испаритель 1 и нагревают для образования парогазовой взвеси. Далее через обогреваемый паропровод 2 парогазовую смесь пропускают через фронтальную поверхность фильтрующего элемента, состоящего из набора многослойных параллельных металлокерамических фильтрующих цилиндрических патронов 3. При этом происходит отделение дисперсных микропримесей от паров очищаемой жидкости. Твердые микродисперсные частицы (взвесь, суспензия, коллоиды) осаждаются на передней фронтальной поверхности фильтрующих металлокерамических патронов, а пары жидкости проходят через пористую металлокерамику и не конденсируются в порах, поскольку фильтрующие патроны непрерывно обогревают. Осаждение частиц на фронтальную поверхность происходит вследствие того, что используются фильтрующие патроны с многослойной структурой, состоящей из грубопористой основы (спеченный порошок) с размером пор несколько десятков микрон и толщиной 2-3 мм, на переднюю поверхность которой нанесен тонкий слой спеченных, твердых, металлокерамических частиц тонкодисперсного порошка с размером пор до одного микрона и толщиной около десяти микрон (см. фиг.2). Именно в тонком слое на его поверхности за счет в основном ситового эффекта и диффузионного осаждения происходит улавливание дисперсных примесей, а внутри грубого, толстого слоя дисперсные микропримеси практически не осаждаются, т.е. фильтрат осадка осаждают на фронтальную поверхность тонкого слоя и внутри фильтрующий патрон практически не забивается. Очищенный пар далее поступает в обратный холодильник 5, конденсируется, и отфильтрованная (очищенная) жидкость поступает в накопитель 6. В процессе работы возрастает сопротивление фильтрующих патронов из-за увеличения объема фильтрата осадка на фронтальной фильтрующей поверхности (тонкий слой, фиг.2), вследствие чего уменьшается производительность очистки и количество очищенной жидкости. Изменение газодинамического сопротивления фильтрующих патронов Δ Р измеряется датчиком давления 7, и при увеличении Δ Р в 5-10 раз, т.е. 2/20 мм Нs, датчик давления выдает команду на электроклапан 9, запирающий источник сжатого обеспыленного газа 8, после чего импульс сжатого обеспыленного газа через сверхзвуковое сопло 10 и эжектор 4 эжектирует очищенный пар и подает его внутрь пор фильтра и далее наружу патрона 3. В результате поток сжатого газа и эжектированного очищенного пара отрывает и сбрасывает фильтрат осадка с фронтальной поверхности тонкого слоя фильтрующего патрона. Осадок далее под действием силы тяжести и конвективного газопарового переноса поступает в сборник фильтрата примесей. При этом, как показывают экспериментальные данные, именно очистка обогреваемой поверхности фильтрующего патрона нагретым эжектируемым паром и обеспыленным газом приводит к положительному эффекту; отрыву фильтрата осадка и существенному при этом уменьшению сопротивления фильтрующего патрона. Таким образом, обогрев фильтрующего элемента с фильтратом не только препятствует конденсации паров, но и увеличивает эффективность отрыва фильтрата осадка с поверхности патрона смесью сжатого газа и эжектированного горячего очищенного пара, вследствие уменьшения силы адгезии между фронтальной фильтрующей поверхностью и дисперсными микропримесями осадка.

Кроме того, эжектирование пара обеспыленным газом увеличивает его ударный (кинетический) импульс при разрушении отрыве и сбросе осадка примесей с фронтальной поверхности цилиндрического патрона, поскольку осадок разрушается и отделяется от поверхности не только под воздействием газодинамического потока молекул обеспыленного газа, но и под воздействием импульса потока молекул пара с большой концентрацией. Для обеспечения непрерывности процесса очистки жидкости от дисперсных частиц сброс осадка и регенерацию патронов проводят последовательно (по очереди) и периодически по мере накопления фильтрата и соответственно существенного увеличения сопротивления фильтрующего элемента (в 5-10 раз).

Пример работы устройства для осуществления способа парогазовой очистки жидкости.

Очистке подвергался раствор, имитирующий морскую воду, с общим содержанием примесей ≈ 4% из них коллоидных частиц состава Fe(OH)₃ и ZnО с размером менее 0,2 мкм не более 0,3% Для очистки раствора использовали четыре двухслойных фильтрующих цилиндрических патрона 3 из нержавеющей стали с диаметром пор тонкого слоя до 1 мкм (см. фиг.2). Температура нагрева раствора 80-90^оС. Последовательную регенерацию фильтрующих патронов осуществляли сжатым азотом особой чистоты через электроклапан 9. Сборник фильтрата примесей 11 изготовлен из нержавеющей стали с фильтром из частиц нержавеющего порошка с размером пор 5-10 мкм.

Дистилляцией раствора с последующей фильтрацией пароводяной взвеси через обогреваемый металлокерамический фильтрующий элемент удалось достигнуть эффективности очистки более 99,9% по счетной концентрации дисперсных микропримесей. (Эффективность очистки воды определялась по величине ее электропроводности и с помощью счетчика дисперсных частиц Культера). Многократные циклы регенерации фильтрующего элемента (свыше 15 циклов) с восстановлением его сопротивления, близкого по величине к исходному значению Δ Р незабитого фильтра, позволяет сделать вывод о возможности осуществления непрерывной работы фильтрующего элемента (за счет последовательной регенерации фильтрующих двухслойных металлокерамических цилиндрических патронов эжектируемым очищенным паром и сжатым газом) и таким образом увеличить производительность и количество очищаемой жидкости.

Использование: очистка веществ от дисперсных микропримесей может быть использовано для высокоэффективной фильтрации жидкостей в микроэлектронике, атомной промышленности и биотехнологии. Сущность изобретения: дисперсные примеси осаждают на фронтальную фильтрующую поверхность, пропуская очищаемую парогазовую смесь через кассету из металлокерамических фильтрующих многослойных патронов с фронтальным фильтрующим слоем на поверхности каждого фильтра. При этом непрерывно измеряют сопротивление фильтров и при его возрастании в 5 10 раз последовательно осуществляют удаление осадка с фронтальной поверхности фильтропатрона обратным потоком смеси отфильтрованного пара, эжектируемого обеспыленным газом, который подается последовательно через каждый фильтропатрон обратно потоку очищаемой парогазовой взвеси. Устройство для осуществления способа парогазовой очистки жидкости включает парогенератор, фильтрационный модуль, обратный холодильник и накопитель очищенной жидкости, при этом кассета фильтропатронов установлена над сборником осадка примесей, а над каждым фильтропатроном со стороны чистой камеры соосно с ним установлены сверхзвуковые сопла, соединенные с источником сжатого газа, управляемым измерителем сопротивления фильтрующих патронов, 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ парогазовой очистки жидкости, включающий ее нагрев с образованием парогазовой взвеси, пропускание паров с дисперсными примесями через обогреваемый фильтрующий элемент, последующее охлаждение паров и сбор конденсата, отличающийся тем, что осаждают фильтрат дисперсных примесей на фронтальную фильтрующую поверхность, пропуская очищаемую парогазовую взвесь через набор параллельных многослойных металлокерамических фильтрующих патронов с тонким слоем тонкодисперсных металлокерамических частиц на фронтальной поверхности, непрерывно измеряют их сопротивление и при его возрастании в 5 - 10 раз периодически осуществляют последовательное удаление осадка с фронтальной фильтрующей поверхности каждого патрона в сборник фильтрата примесей потоком смеси сжатого обеспыленного газа, подаваемого последовательно через набор фильтрующих патронов обратно потоку очищаемой парогазовой взвеси и эжектируемого им очищенного пара фильтруемой жидкости. 2. Устройство для парогазовой очистки жидкости, включающее резервуар-испаритель с очищаемой жидкостью, соединенный с фильтрующим элементом с наружным обогревом для предотвращения образования конденсата в паропроводе и фильтре, обратный холодильник, установленный после фильтрующего элемента и состыкованный с накопителем очищенной жидкости, отличающееся тем, что фильтрующий элемент установлен над введенным в устройстве сборником фильтрата примесей и собран из набора параллельных многослойных металлокерамических фильтрующих цилиндрических патронов с эжекторами, над которыми соосно установлены сверхзвуковые сопла, соединенные с источником сжатого газа, управляемые измерителем сопротивления фильтрующих патронов.