ДИСКОВЫЙ ВАКУУМ-ФИЛЬТР Российский патент 1997 года по МПК B01D33/21 

Изобретение относится к оборудованию для обезвоживания суспензий, пульп и шламов и может быть использовано в технологических процессах обезвоживания различных тонкоизмельченных материалов, в частности, концентратов руд.

В горнорудной технике известны конструкции дисковых вакуум-фильтров для обезвоживания железнорудных пульп, включающих ванну, мешалку роторного типа, вал, вставленные в него и обтянутые тканевыми чехлами диски, а также вакуум-насосы [1,2]
Основным недостатком данных устройств является недостаточная степень обезвоживания получаемого концентрата.

Известен также дисковый вакуум-фильтр, содержащий ванну, мешалку, вал, с укрепленными на нем фильтрующими дисками, которые через корпус фильтра соединены с одним полюсом источника постоянного тока, к другому полюсу которого подключены секционированные внешние электроды, контактирующие со слоем осадка [3]
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа изобретения.

Недостатком прототипа, не позволяющим достичь поставленной нами цели, является плохой электрический контакт между внешними электродами и слоем осадка на фильтровальных дисках, обусловленный тем, что внешние электроды неподвижны относительно постоянно движущегося слоя осадка.

Это приводит к снижению степени обезвоживания, срывам слоя осадка с поверхности фильтровальных дисков, уменьшению производительности устройства.

Целью изобретения является повышение производительности фильтра и повышение степени обезвоживания материала.

Согласно изобретению, в дисковом вакуум-фильтре, включающем ванну, вакуумное оборудование, вал с укрепленными на нем секционированными фильтровальными дисками, имеющими внутренние полости, соединенными с одним полюсом источника постоянного тока, а также электропроводные элементы, соединенные с другим полюсом источника постоянного тока, электропроводные элементы установлены на валу с возможностью синхронного вращения по отношению к фильтровальным дискам, при этом они укреплены с возможностью периодического отвода от поверхности фильтровальных дисков.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Кроме этого, предлагаемое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения либо особые условия его использования, а именно:
фильтровальные диски вместе с электропроводными элементами при вращении последовательно размещаются в зонах образования осадка, вакуумного обезвоживания, вакуумного обезвоживания с электрообработкой, съема осадка и регенерации фильтра, при этом в зоне вакуумного обезвоживания с электрообработкой электропроводные элементы взаимодействуют с поверхностью слоя осадка на фильтровальных дисках, а в остальных зонах отведены от этой поверхности;
источник постоянного тока может быть выполнен многоканальным, при этом выходы каналов соединены с электропроводными элементами при их нахождении в зоне вакуумного обезвоживания с электрообработкой;
фильтр может быть снабжен дополнительным источником постоянного тока, общая точка которого соединена с общей точкой основного источника тока, а выходы каналов с электропроводными элементами при их нахождении в зоне образования осадка;
электропроводные элементы могут быть снабжены воздухонепроницаемым экраном;
электропроводные элементы могут быть снабжены теплоизолирующим экраном;
экраны могут быть установлены с возможностью периодического отвода от поверхности электропроводных элементов вне части зоны вакуумного обезвоживания с электрообработкой;
фильтр может быть снабжен механизмом поджатия электропроводных элементов к поверхности слоя осадка в зоне его обезвоживания.

Предлагаемое техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогичного назначения.

Непосредственный технический результат, который может быть получен при реализации заявленной в первом пункте совокупности признаков, заключается в надежном прижатии электропроводных элементов к слою осадка на фильтровальных дисках в зоне обезвоживания осадка с электрообработкой, что обеспечивает хороший электрический контакт электрода с осадком, уменьшение электрического сопротивления, создание однородных по обрабатываемой поверхности нагрева слоя и электроосмотического потока влаги и, в результате, приводит к снижению конечной влажности осадка. При этом исключена ситуация отрыва слоя осадка от фильтрующего элемента сектора диска. Этот технический результат достигается только при использовании всех без исключения признаков первого пункта формулы и обеспечивает появление у объекта изобретения в целом новых полезных свойств, заключающихся в эффективном обезвоживании слоя осадка при достижении более низкой конечной влажности концентрата.

Данный результат не является следствием известных свойств, проявляемых рядом порознь известных из других объектов техники признаков, таких как обеспечение синхронного вращения элементов, а является свойством только всей заявленной в первом пункте формулы совокупности признаков, в т.ч. таких полностью новых признаков, как одновременное вращение и относительное перемещение в другой плоскости электропроводных элементов и фильтровальных дисков.

На фиг. 1 представлено устройство продольный разрез; на фиг. 2 то же, поперечный разрез; на фиг. 3 схема расположения различных технологических зон процесса, который реализует предлагаемое устройство; на фиг. 4 - увеличенный разрез по фильтровальному диску и связанным с ним электропроводным элементам.

Дисковый вакуум-фильтр состоит из ванны 1, вала 2, установленного в опорных подшипниках 3. На валу 2 размещены фильтрующие диски 4, выполненные, например, в виде совокупности металлических пустотелых секторов 5, обтянутых фильтровальной тканью 6 или секторов 5, выполненных из керамики. Сектора 5 крепятся к валу 2 шпильками 7. Внутренние полости секторов 5 соединены с каналами вала 2 и через распределительную головку подсоединены к вакуум-насосу 8. Вал 2 приводится во вращение приводом 9. Фильтр снабжен ножами 10 для снятия осадка с поверхности секторов 5.

На валу 2 укреплены электропроводные элементы 11, которые вращаются синхронно с секторами 5. В зоне вакуумного обезвоживания осадка с электрообработкой (зона III) электропроводные элементы 11 с помощью механизма 12 плотно прижаты к поверхности слоя осадка на секторах 5, а в остальных технологических зонах отведены от этой поверхности в междисковое пространство. Эти периодически повторяющиеся перемещения электропроводных элементов 11 обеспечиваются их шарнирным или иным механическим креплением к валу 2 и работой механизма их отвода, который может быть размещен вблизи поверхности вала 2.

Вакуум-фильтр имеет основной источник постоянного тока 13 и дополнительный источник постоянного тока 14, общие точки которых соединены между собой. Выходы каналов источника 13 соединены с электропроводными элементами 11 в момент их нахождения в зоне вакуумного обезвоживания осадка с электрообработкой (зона III), при этом к другому полюсу источника 13 подключены сектора 5 фильтровальных дисков 4.

В момент нахождения в других зонах электропроводные элементы отключены от источника питания 13. Указанные электрические подключения осуществляются с помощью соответствующих контактных групп (не показаны).

Электропроводные элементы 11 могут быть снабжены воздухонепроницаемыми и/или теплоизоляционными экранами 15, которые в зоне вакуумного обезвоживания отводятся от поверхности элементов 11 с помощью механизма 16.

Работа устройства в общем случае осуществляется следующим образом.

При погружении секторов 5 фильтра в суспензию (зона I), электропроводные элементы 11 отводятся от поверхности, что позволяет произвести набор осадка, который осаждается под действием вакуума.

При выходе секторов 5 из суспензии на их поверхности сформировался слой осадка. Начинается стадия вакуумного обезвоживания (зона II на фиг. 3), при которой вакуум и капиллярные силы убирают гравитационную воду.

После удаления гравитационной воды слой осадка на поверхности секторов 5 обладает достаточной механической прочностью и электропроводные элементы прижимаются к нему. После этого начинается процесс электроосмотического обезвоживания (зона III), при этом электропроводные элементы для большинства веществ служат анодами (подключаются к "+" источника питания), а сектора 5 - катодами (подключаются к "-" источника питания).

По окончании процесса вакуумного обезвоживания с электрообработкой, при подходе секторов 5 в зону съема слоя осадка (зона IV на фиг. 3), соответствующие элементы отводятся от поверхности слоя осадка, что позволяет беспрепятственно удалять слой осадка ножами 10 и проводить регенерацию фильтра (зона V). В дальнейшем описанный цикл повторяется.

Выполнение основного источника питания 12 многоканальным позволяет создать оптимальный режим обезвоживания осадка по всей дуге рабочей поверхности секторов 5 в зоне III, что достигается созданием такого распределения электрического поля по поверхности секторов 5 в этой зоне, которое соответствовало бы изменению удельного электрического сопротивления материала и обеспечивало бы постоянство плотности электрического тока в течение всего процесса обезвоживания.

На стадии образования слоя осадка (зона I), для интенсификации процесса осаждения на электропроводные элементы может подаваться электрическое напряжение от дополнительного источника 14, при этом пластины 11 для большинства веществ служат катодами (подключены к "-" дополнительного источника питания 14), а сектора 5 анодами (подключаются к "+" дополнительного источника питания или общей точке обоих источников питания). После выхода электродов из суспензии на стадии вакуумного обезвоживания электроды отключаются от источника питания 14.

В этом варианте работы предлагаемого устройства появляется возможность использования явления электрофореза на стадии образования осадка, что приводит к увеличению слоя осадка и перераспределению частиц в слое по их размерам.

Электропроводные элементы 11 могут быть снабжены воздухонепроницаемыми экранами 15, которые целесообразно использовать для материалов, в процессе вакуумирования которых образуются трещины в слое осадка. Такие экраны могут быть применены и для обеспечения паропереноса влаги, при котором расширяющиеся пары содержащейся в слое осадка воды вытесняют оставшуюся в осадке воду.

Электропроводные элементы 11 могут быть снабжены теплоизолирующими экранами 15, что позволяет создать благоприятные условия для обезвоживания материалов, в процессе электрообработки которых наблюдается более сильный прогрев нижней части слоя осадка и возникновение термоосмотического потока влаги, направленного противоположно по отношению к электроосмотическому и гидравлическому потокам. Наличие теплоизолирующего экрана позволяет изменить распределение температуры в слое осадка и устранить термоосмотический поток, противодействующий обезвоживанию.

Экраны могут быть эффективны не во всей зоне III, а только в части ее (угол α на фиг. 3). В этом случае экраны могут быть установлены на валу 2, аналогично электропроводным элементам 11, и синхронно вращаться с секторами 5. В зоне вакуумного обезвоживания осадка с электрообработкой (зона III), начиная с угла a (фиг.3), с помощью шарнирного или иного механизма 16, установленного на валу 2, экраны плотно прижаты к электропроводящим элементам 11, а в остальных зонах отведены от них. Эти перемещения периодически повторяются.

Механизм 12 прижатия электропроводных элементов 11 и экранов, если они есть, позволяет в зоне III обеспечить сочетание процессов электроосмотического, вакуумного, капиллярного обезвоживания с обезвоживанием под давлением, что приводит к уменьшению конечной влажности слоя осадка.

Возможность промышленного применения предлагаемого технического решения подтверждается результатами испытаний изготовленного заявителем опытного образца, которые доказали его преимущество перед всеми известными средствами аналогичного назначения, а именно, высокую производительность при достижении высокого качества конечной продукции.

Использование: в технологических процессах обезвоживания различных тонкоизмельченных материалов, в частности концентратов руд. Сущность изобретения: фильтр содержит ванну 1, вал 2, на котором размещены фильтрующие диски 4, выполненные в виде секторов 5. Внутренние полости секторов 5 через вакуумную систему, размещенную внутри вала 2, подсоединены к вакуум-насосу 8. На валу 2 укреплены электропроводные элементы 11, которые вращаются синхронно с секторами 5, причем в зоне вакуумного обезвоживания осадка с электрообработкой элементы 11 плотно прижаты к поверхности слоя осадка на секторах 5, а в других технологических зонах - отведены от этой поверхности. Фильтр снабжен источником постоянного тока 13, один полюс которого соединен с фильтровальными дисками 4, а другой - с электропроводными элементами 11. Этим обеспечивается высокая производительность фильтра при повышении качества получаемого концентрата. 6 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Дисковый вакуум-фильтр, включающий ванну, вал с укрепленными на нем секционированными фильтровальными дисками, имеющими внутренние плоскости и соединенными с одним полюсом источника постоянного тока, к другому полюсу которого присоединены электропроводные элементы, при этом фильтровальные диски при вращении последовательно проходят зоны образования осадка, вакуумного обезвоживания, вакуумного обезвоживания с электрообработкой, съема осадка и регенерации, отличающийся тем, что электропроводные элементы укреплены на валу с возможностью совместного вращения с фильтровальными дисками, при этом в зоне вакуумного обезвоживания с электрообработкой электропроводные элементы установлены с возможностью контактирования со слоем осадка на поверхности дисков и с возможностью отвода их от поверхности дисков в остальных зонах. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что источник постоянного тока выполнен многоканальным, при этом выходы каналов соединены с электропроводными элементами при нахождении их в зоне вакуумного обезвоживания осадка с электрообработкой. 3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительным источником постоянного тока, общая точка которого соединена с общей точкой основного источника постоянного тока, а выходы каналов с электропроводными элементами при нахождении их в зоне образования осадка. 4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что электропроводные элементы снабжены воздухонепроницаемыми экранами. 5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что электропроводные элементы снабжены теплоизолирующими экранами. 6. Фильтр по пп.4 и 5, отличающийся тем, что экраны установлены с возможностью периодического отвода от поверхности электропроводных элементов во всех зонах, кроме зоны вакуумного обезвоживания осадка с электрообработкой. 7. Фильтр по пп.1 5, отличающийся тем, что он снабжен механизмом поджатия электропроводных элементов и экранов к слою осадка на поверхности дисков в зонах его обезвоживания.