РОТАЦИОННЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 1996 года по МПК B01D33/06 

Изобретение относится к тем областям техники, где необходима очистка (жидкости или газа) от взвешенных в ней частиц, например в текстильной и легкой промышленности.

Известен фильтр для очистки воды, предназначенный в основном для очистки жидкости фильтрованием, который относится к фильтрам с зернистой загрузкой и применяется для очистки природных и сточных вод [1] Фильтрующий элемент представляет собой корпус с расположенными в нем перегородками и размещенную между ними фильтрующую загрузку, через которую проходит жидкость для очистки.

Наиболее близким к изобретению является аппарат для разделения твердой и жидкой фаз [2] Аппарат для разделения смеси жидкости и твердой фазы, образованной большим количеством твердых частиц, содержит фильтрующий элемент, который представляет собой выполненный из твердого пористого материала полый цилиндрический барабан. Материалом барабана служит смесь фенолальдегидной смолы и поливинилацетата. Cмесь, имеющая множество воздушных отверстий со средним диаметром 0,1-500 мкм, характеризуется пористостью порядка 50-90% Противоположные концы барабана герметично закрыты торцовыми крышками, по меньшей мере одна из которых жестко надета на вал, служащий опорой для барабана и приводящий его во вращение. Аппарат снабжен системой давления во внутренней полости барабана и узлом подачи исходной смеси фаз на его наружную боковую поверхность. За счет разности между окружающим и внутренним давлениями жидкая фаза просачивается внутрь барабана через его пористую стенку, которая в процессе вращения перемещается от места подачи исходной смеси к месту расположения скребка, который предназначен для удаления с поверхности барабана слоя остающейся на ней твердой фазы.

Однако при разделении жидкой и твердой фаз с помощью данного аппарата поверхность фильтрации ограничена поверхностью, преграждающей путь движения фильтруемой среды, так как фильтрация идет только по боковой поверхности цилиндра, исключая торцовые части барабана.

Техническим результатом изобретения является то, что при его использовании максимизируется рабочая поверхность и, следовательно, повышается эффективность фильтрации при сохранении качества разделения жидкой и твердой фаз.

Поставленная задача достигается тем, что в ротационном фильтрующем элементе, представляющим собой тело вращения с пористой поверхностью, фильтрующий элемент в виде двусвязной поверхности тела вращения, описываемой уравнением
y(x)= (1) где где θ
R максимальный радиус тела вращения;
α ;
ρ плотность вещества составляющего тело вращения;
ω круговая частота вращения;
σ коэффициент поверхностного натяжения;
х_о точка сращивания решений восходящей и нисходящей ветвей кривой.

При этом скорость прохождения частиц данного класса (геометрические размеры, объем, форма) через фильтрующий элемент описывается следующим уравнением:
Q_к= X_кσ_к2x_крy(x_кр)+5 (x)xdx, (2) где Х_к коэффициент прозрачности фильер в поверхности тела вращения для данного класса молекул;
δ_к плотность фильер на поверхности тела вращения;
М молярная масса переносимого класса молекул;
D_к коэффициент диффузии данного класса молекул;
к числовой коэффициент, являющийся функцией формы поверхности тела вращения;
R_г универсальная газовая постоянная;
Т абсолютная температура;
х_кр точка перехода от области всасывания к области выброса молекул данного класса;
y(x) аналитическое выражение, описывающее поверхность тела вращения.

На фиг. 1 показана форма фильтрующего элемента; на фиг.2 зависимость y(x).

Особая форма фильтрующего элемента (фиг.1), полностью погруженного в фильтруемую среду, обеспечивает прохождение жидкости или газа через него. На элемент объема жидкости или газа действует ротационная, стремящаяся вытолкнуть его из тела фильтра сила, а на его место засасывается другой объем жидкости (газа) вследствие закона неразрывности среды. В приосевой области ротационного фильтра давление на стенку его больше, чем вдали от нее. Вследствие существования градиента давления имеет место засасывание жидкости (газа) в приосевой области и выброс ее в периферии (направление этого движения фильтруемой среды указано стрелками на фиг.1).

Расчет основных параметров фильтрующего элемента проводится по уравнениям гидродинамики в соответствии с условиями конкретного технологического процесса.

Существенным отличием предлагаемого ротационного фильтрующего элемента является его форма и то, что фильтрующий элемент полностью погружен в фильтруемую среду и не имеет жесткой связи с конструкцией системы, в которой находится или перемещается фильтруемая среда. При использовании данного фильтрующего элемента фильтрация осуществляется по всему объему жидкости, что максимизирует рабочую поверхность и, следовательно, эффективность фильтрации. Предлагаемый ротационный фильтрующий элемент не требует дополнительных устройств, необходимых при наличии стационарных фильтров, и может быть изготовлен и использован на действующем оборудовании. Замена фильтрующих элементов осуществляется достаточно легко механическим способом без остановки основных технологических процессов. Отработанные фильтрующие элементы могут быть использованы, например, при изготовлении строительных материалов. В качестве примера была проведена фильтрация 0,01%-ной водной дисперсии кожевенной пыли, являющейся моделью стоков кожевенного предприятия.

Процесс очистки данной дисперсии проводился на испытательной установке, состоящей из одного фильтрующего элемента, расположенного на оси, приводимой во вращение со скоростью 3-5 об/с.

Фильтрация осуществлялась следующим образом. Ротационный фильтрующий элемент, расположенный на оси вращения, полностью погружали в емкость с фильтруемой средой, затем приводили его во вращательное движение. Оценку качества очистки данной дисперсии от кожевенной пыли проводили с помощью фотоэлектрического метода исследования по общепринятой методике, заключающейся в измерении оптической плотности D. Оптическая плотность измерялась до D_о и после процесса фильтрации D₁ и составляла соответственно 0,52 и 0,185.

Приведенные результаты были получены в условиях закрепления оси вращения, но при отсутствии закрепления оси вращения, т.е. когда фильтрующий элемент находится в свободном состоянии, будучи погруженным в фильтруемую среду, процесс фильтрации протекает аналогичным образом.

Использование: очистка жидкости или газа от взвешенных веществ. Сущность изобретения: пористый ротационный фильтрующий элемент выполнен в виде двусвязной поверхности тела вращения. Указано математическое уравнение, описывающее поверхность тела вращения. 2 ил.

РОТАЦИОННЫЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ, представляющий собой тело вращения с пористой поверхностью, отличающийся тем, что фильтрующий элемент выполнен в виде двусвязной поверхности тела вращения, описываемой математическим уравнением


R - максимальный радиус тела вращения;

r - плотность вещества, составляющего тело вращения;
w - круговая частота вращения;
s - коэффициент поверхностного натяжения;
x₀ - точка сращивания решений восходящей и нисходящей ветвей кривой.