УСТРОЙСТВО ДЛЯ СГУЩЕНИЯ И ОСВЕТЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ Российский патент 1997 года по МПК B01D27/08 B01D37/00 

Изобретение относится к устройству для сгущения и осветления суспензий мелких частиц, в котором сгущение и осветление суспензий осуществляется при одновременном осуществлении фильтрующего процесса обратным импульсом.

Сгущение и осветление мелких частиц часто осуществляется в форме процесса гравитационного разделения посредством вынужденного осаждения частиц в больших сгущающих блоках, то есть разделительных резервуарах, которые имеют большие площади поперечного сечения, с тем чтобы влиять на процесс разделения экономически как возможно. Среди прочих причин было обнаружено, что использование стандартных текстильных фильтрующих устройств слишком неэкономично для сгущения суспензий мелких частиц. Чем меньше размер твердых частиц в суспензии, тем труднее удержать частицы в достаточно тонком слое на фильтровальной ткани, а также из-за того, что эти частицы, которые удерживаются на фильтровальной ткани, сильно агломерируются и образовывают непрерывный осадок после фильтрования, который трудно устранить методами, которые применяются сейчас в обычных фильтрующих процессах. Таким образом, обычные фильтрующие процессы стали более трудными для осуществления из-за увеличивающейся мелкости твердых частиц в суспензии, а кроме того, гравитационное разделение частиц в больших сгустителях становится все менее эффективным, так как скорость, при которой частицы осаждаются, сильно уменьшается с уменьшением размеров частиц. Это причиняет ущерб производству и, следовательно, необходимо либо использовать большие блоки для сгущения суспензий для одного и того же объема суспензий и/или флокулирующие вещества должны быть добавлены с целью улучшения оседания. Флокулирующие химикалии, однако, дороги и они часто являются нежелательными составляющими сгущенного продукта. Альтернативное решение это комбинированный процесс оседания и фильтрации, в котором грубые частицы осаждаются гравитационно, а мелкие частицы захватываются фильтрами. Несмотря на то, что на рынок была предложена новая фильтрующая среда, которая способна хорошо захватывать мелкие частицы, вышеуказанная проблема, вызванная блокированием пор фильтрующих тканей, становится более острой, так как существует проблема устранения образующегося осадка. Комбинированный метод указанного типа требовал бы чрезвычайно больших площадей фильтра, чтобы максимально возможно уменьшить особую загрузку фильтрующего процесса.

Известно устройство по патенту Швейцарии N 657066, которое раскрывает метод сгущения суспензии непрерывно с помощью трубчатого фильтрующего элемента, выполненного в закрытом сгустителе фильтра. С целью освобождения фильтрующих элементов от блокирующих осадков фильтрующие элементы выполнены в множестве взаимопараллельных коллекторных труб, которые могут быть выключены одновременно. Всплеск давления, например воздушная волна, передается через трубу коллектора к фильтрующему элементу, связанному с ней в направлении, противоположном направлению фильтрации,чтобы освободить фильтрующие элементы от осадка фильтра.

Способы фильтрации, которые используют одинаковые фильтрующие сгустители, недавно были описаны в статье G.R.S. Smith, C.R. Rinschler "Min. Met. Proc. ", 8, 1990, p. 169. Этот метод назван в статье "фильтрация обратным импульсом" и этот термин используется в настоящем документе для определения реверса потока обратно через фильтр.

Постепенное решение более эффективных фильтров сделало возможным захват мельчайших частиц, хотя, как упоминалось выше, проблема блокировки фильтров и чистки их с этим увеличилась. Указанный выше метод фильтрации обратным импульсом, однако, решает часть этих проблем. Таким образом, процесс фильтрации осуществляется с трубчатыми фильтрами, содержащими высокоэффективную фильтрующую среду, основанную на пористом политетрафторэтилене (ПТФЭ). Такая фильтрующая среда продается, например, под торговой маркой GORE-TEX. Трубчатые фильтры, содержащие такую фильтрующую среду, работают приблизительно так же, как емкости, используемые для очистки газов. После фильтрации суспензии за данный период времени жидкий поток разворачивается так, чтобы пройти жидкость, которая уже была отфильтрована, обратно через фильтрующую среду и разрушая корку, которая образовалась на внешней поверхности фильтра. Этот разворот потока прерывается после очень короткого промежутка времени, для примера, период времени 1 3 с, а поток жидкости затем опять поворачивается и проходит через фильтр, а в особых условиях фильтрующий процесс может рассматриваться здесь как непрерывный процесс. Отдельные куски осадка фильтра выпадают из фильтрующей среды и быстро падают на дно фильтра, в результате чего образовывается суспензия с высокой плотностью, так как эти отдельные части осадка вновь не растворяются. Сгущенная суспензия может быть удалена со дна фильтра. Процесс фильтрации может осуществляться с помощью насоса засасыванием или давлением. Фильтры могут быть полностью закрыты, что дает возможность для обработки токсичной или воспламеняющейся жидкости.

В вышеуказанной статье утверждается, что фильтрация обратным импульсом пригодна для нескольких различных применений среди других способов как альтернатива гравитационному разделению сгущенных суспензий в определенных случаях, например, для фильтрации металлических гидроокисей, белой воды в бумажных машинах, шлама, полученного при десульфации газовых отходов, и промышленных сточных вод. Комбинированный фильтрационно-процеживающий процесс также предлагается для разделения белой воды бумажных машин, которая может быть названа высокоплотной суспензией, причем был использован большой сосуд с ровным дном и процесс осаждения и фильтрации обратным импульсом.

Степень, до которой может быть использована фильтрация обратным импульсом для сгущения и процеживания суспензий мелких частиц, однако, ограничена стоимостью процесса фильтрации, что требует, чтобы обрабатываемый продукт оправдывал такие затраты. На практике размер фильтрующих блоков должен быть ограничен в некоторой степени, как и площади фильтрующих поверхностей.

Одна причина, почему размер поверхностей фильтра и сосудов разделения, используемых в фильтрации обратным импульсом, согласно известной технологии, ограничивается на практике, это большие объемы фильтрующей жидкости, которая должна быть повернута при осуществлении этого метода, причем этот разворот потока жидкости требует среди прочего использования больших, усовершенствованных насосов. Если отдельный трубчатый фильтр окажется блокированным, необходимо будет выключить полный блок фильтров до того времени, пока заблокированный фильтр не будет очищен.

Техническим результатом изобретения является создание устройства для сгущения и осветления суспензий мельчайших частиц и в то же самое время для фильтрации суспензии обратным импульсом, что дает возможность сгущения и осветления суспензий без необходимости специальных сосудов и без тех вышеупомянутых недостатков, имеющих негативное влияние на операцию фильтрации. Таким образом, согласно изобретению, фильтрация обратным импульсом осуществляется одновременно с процессом сгущения и осветления с помощью фильтрующих модулей, которые частично погружены в суспензию. Процесс фильтрации предпочтительно осуществляется в нескольких взаимно разделенных операционных фильтрующих модулях, выполненных обычно одинаково и расположенных над поверхностью суспензии. Согласно изобретению, фильтрующие модули могут быть погружены в сосуд или что-либо подобное, в котором обрабатывается суспензия или в другом сосуде или подобном, который специально сделан для этой цели, или прямо в резервуар, в котором обнаруживается суспензия, например, в отстойник. Это приемлемо и даже есть преимущество в том, что возможно контролировать фильтрацию в каждом фильтрующем модуле отдельно, преобладающую фильтрующую способность каждого модуля в секунду, этот контроль осуществляется непрерывно. Контроль можно осуществлять, например, путем непрерывного измерения падения давления на каждом отдельном модуле и разворотом процесса фильтрации, когда его уровень достигнет предопределенного значения, чтобы разрушить и устранить осадок фильтра. Также возможно контролировать отдельные модули несколькими другими способами, например, в соответствии с предопределенным временным графиком, чтобы обеспечить полный процесс сгущения в блоке без каких-либо нарушений. Отдельные модули могут разъединяться и удаляться в любое время, когда происходит закупоривание фильтра или когда фильтр повреждается или прекращает функционировать по каким-либо другим причинам. Это дает возможность ремонтировать испорченный модуль без необходимости прерывания работы блока сгущения в целом.

Согласно изобретению, каждый фильтрующий модуль содержит один или более трубчатых фильтров, которые выполнены вертикально на пластине и которые работают параллельно, а также устройство, которое является общим для всех фильтров и которое действует, чтобы подавать жидкость, а также по выбору - воздух, и отводить жидкость и указанный воздух от фильтров. Устройство для подвода жидкости и отвода ее от фильтров содержит крышку или колпак, который при работе плотно лежит на пластине, крепящей фильтры, и над фильтрами модуля и которое содержит трубчатое соединение с внешними линиями. Эти линии подсоединяются к насосу подходящего типа для подачи пульсирующей жидкости и для отвода указанной жидкости, как требуется в процессе фильтрации обратным импульсом. Пригодный тип насоса в этом смысле это перистальтический насос, так как этот тип насоса способен осуществлять быстрый разворот потока. При больших количествах фильтрата могут быть использованы простые вакуумные насосы. На процесс можно также воздействовать с помощью простого насоса, основанного на принципе сифона.

Фильтрующий модуль по изобретению имеет круговое поперечное сечение и фильтраты предпочтительно выполнены в один фильтрующий ряд по кругу. Верхняя часть каждого трубчатого фильтра в фильтрующем модуле, не находящаяся в контакте с суспензией, предпочтительно сделана непроницаемой для воздуха. С целью облегчить ремонт фильтрующего модуля каждый трубчатый фильтр предпочтительно индивидуально сменный.

На фиг.1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 вид в разрезе верхней части фильтрующего блока.

Фиг. 1 показывает большой сгуститель 1, содержащий отстойную или осаждающую камеру 2, которая имеет верхнюю цилиндрическую часть 3 и нижнюю коническую часть 4. Осаждающая камера определена круговой стенкой 5 и коническим дном 6. Сгуститель 1 также содержит станину 7, которая покоится на фундаменте или поддерживающей поверхности 8. За камеру 2 протянулся ярус 9, который покоится на верхушке стенки 5. Ярус 9 снабжен множеством отверстий 10, каждый имеет расположенный фильтрующий модуль 11, четыре из которых показаны на фиг. 1. Отверстия 10 расположены вокруг над поверхностью яруса 9. В случае исполнения фиг. 1 важно выполнить отверстия 10 по двум окружностям взаимно различного диаметра и с общим центром в середине яруса. Каждый фильтрующий модуль 11 содержит множество полых трубчатых фильтров 12, из которых три показаны на фигурах. Трубчатые фильтры 12 могут быть выполнены так, чтобы большинство фильтров было расположено по кругу в каждом модуле 11, способом, подобным описанному со ссылкой на модули 20, хотя один фильтр 13 предпочтительно расположен в центре модуля 11. Каждый фильтрующий модуль 11 снабжен одним или более трубчатыми соединениями 14 в его крышке или кожухе 15. В проиллюстрированном конкретном исполнении каждая крышка 15 снабжена тремя соединениями 14 в виде труб, хотя в некоторых случаях одиночного соединения 14 достаточно. Сгуститель 1 также выполнен со скрепером 16 с возможностью вращения, который перемещается посредством стержня 17, подсоединенного к средству движения (не показано). Скрепер 16, как предполагается, соскребает сгущенную суспензию на дне сгустителя, причем эта сгущенная суспензия содержит твердые частицы, которые выпадают из фильтров и отстаиваются на дне сгустителя 1, чтобы дать возможность удалить сгущенную суспензию из сгустителя 1 через линию 18, как показано вертикальной стрелкой. В течение процесса сгущения жидкая суспензия подводится непрерывно к сгустителю 1 через входное отверстие 19 и очищенная жидкость устраняется через сгуститель, по меньшей мере, через одно из трубчатых соединений 14 в каждом модуле 15. Линия 20 на фиг.1 показывает верхний уровень в сгустителе 1 в течение операции.

Фиг. 2 показывает верхнюю часть одного предпочтительного варианта осуществления фильтрующего модуля 11. Фильтрующий модуль 11 содержит смонтированную пластину 21, имеющую в себе множество отверстий 22, пять из которых показаны на фиг. 2 и три из которых имеют соответственно приспособленный трубчатый фильтр 12, размещенный в нем. Каждый трубчатый фильтр 12 крепко смонтирован в пластине 21 с помощью адаптирующего устройства 23, которое выполнено с ручкой 24, посредством которой фильтр 12 вставляется и устраняется из соответствующего отверстия. Верхняя часть каждого фильтра выполнена с непроницаемой для газа оболочкой 25, тогда как остат ок фильтра 13 имеет оболочку 26, которая состоит из фильтрующей среды для фильтрации очень мелких частиц, предпочтительно ПТФЭ-типа. Покрывающая пластина или крышка расположена над пластиной 21 так, чтобы при работе модуль был бы непроницаем для окружающей среды с точки зрения преобладающего давления жидкости и/или давления воздуха внутри модуля и под крышкой 15. В случае проиллюстрированного конкретного исполнения крышка 15 заделана с помощью уплотняющих прокладок 27. Крышка 15 центрально выполнена на вращающемся пальце 22 и закрыта и заперта посредством модульного запирающего устройства 29. Полный фильтрующий модуль 11 покоится на ярусе 9, вдоль кромки отверстия 10, через промежуток вертикальной стойки 30 и каркаса 31, связанного с ней, и может быть прикручен сильно к ярусу 9 посредством болтов, которые проходят через соответствующие отверстия 32 в станине 9 и в каркасе 31.

При работе трубчатое соединение 14 фильтрующего модуля 11 подсоединено к насосу, предпочтительно перистальтическому насосу. Насос затем действует для качания жидкости от модуля, чтобы высасывать жидкость из сгустителя, в котором модуль 11 расположен. Причем все фильтры 12 содержат материал, прикрепленный на внешней поверхности оболочек 26 фильтров 12, расположенных под уровнем жидкости 20, и здесь образуется постоянно растущая корка фильтра. Жидкость, проходящая через фильтрующую среду с оболочки 26 фильтра, всасывается в пространство 32 между крышкой 15 и пластиной 21 вокруг верхних частей фильтров 12, и дальше через трубчатое соединение 14 к насосу (не показан). Когда осадок на фильтрах вырос до толщины, которая затрудняет фильтрацию, или когда наступило время разворачивать поток (фильтрация обратным импульсом) по некоторым другим причинам, например, в соответствии с предопределенным графиком фильтрации обратным импульсом, сигнал на это воздействие посылается насосу, который затем непосредственно качает жидкость обратно через трубовое соединение 14 и в пространство 32 и вниз через единственно возможный переход, по которому может идти жидкость, а именно те пути, которые ведут внутрь трубчатых фильтров 12, и наружу через проницаемую для жидкости нижнюю оболочку 26 соответствующего фильтра 12. Эта фильтрация обратным импульсом заставляет осадок на внешней поверхности оболочки 26 разрушаться под давлением сил, действующих на осадок от потока жидкости. Осадок фильтра разрушается и маленькие кусочки падают на дно сгустителя гравитационно. Этот процесс фильтрации обратным импульсом продолжается в течение короткого, предопределенного промежутка времени, обычно 1 3 с, после чего насос снова разворачивается и жидкость снова фильтруется обычно, чтобы образовывать следующий фильтрующий осадок на фильтрах 12.

Чтобы получить быстрый и более эффективный обратный процесс, сжатый воздух может быть использован в течение обратного периода, чтобы переместить жидкость в пространство 32. Сжатый воздух подается через один или оба трубчатых соединения 14.

Из вышеизложенного следует, что способ по изобретению делает возможным использование комбинации осаждения и фильтрации без необходимости исполнения раздельных фильтрующих сосудов для этого и дает возможность придать фильтрующим поверхностям любой размер, чтобы достигнуть эффективного сгущения обрабатываемых суспензий. Используя различное, предопределенное число фильтрующих модулей, общая фильтрующая поверхность может быть выбрана среди очень большого диапазона площадей поверхностей, этот диапазон не ограничен процессом фильтрации обратным импульсом.

Использование: в устройствах, где суспензии сгущаются и осветляются в комбинации с процессом фильтрации обратным импульсом. Сущность: осуществляют частичное погружение одного или более фильтрующих модулей в суспензии мелких частиц, размещенные в открытых сосудах или резервуарах. Суспензия фильтруется обратным импульсом в этих открытых сосудах или резервуарах с помощью фильтрующих модулей. Фильтрующий модуль содержит один или более параллельно работающих, вертикальных полых трубчатых фильтров, устройство для подачи жидкости или воздуха к фильтрующему модулю и отвода жидкости и воздуха в течение операции фильтрования, это устройство общее для всех фильтров. Модуль включает пластину, на которой установлены трубчатые фильтры, и покрыт легко открываемой крышкой, которая при закрытии плотно прилегает к пластине. Крышка также имеет соединения, через которые жидкость и воздух подаются и отводятся от модуля. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для сгущения и осветления суспензий, содержащее резервуар, имеющий средство для ввода суспензии, укрепленные в верхней части резервуара и смонтированные на коллекторе вертикальные полые трубчатые фильтры, частично погруженные в суспензию и подключенные к коллектору средства для создания прямого и обратного потока жидкости или воздуха, отличающееся тем, что коллектор содержит пластину, в которой герметично укреплены трубчатые фильтры, и съемную выпуклую крышку с одним или несколькими патрубками, подключенными к средству для создания в коллекторе прямого и обратного потока жидкости или воздуха, и герметично охватывающую пластину. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пластина и крышка выполнены круглыми. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубчатые фильтры расположены на пластине по кругу. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расположенная над суспензией верхняя часть полых трубчатых фильтров выполнена непроницаемой для воздуха. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубчатые фильтры выполнены съемными.