ФИЛЬТР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ Российский патент 1997 года по МПК B01D29/72 

Изобретение относится к устройствам для разделения суспензией. Особенно эффективно его использовать при разделении суспензий с высокой вязкостью жидкой фазы, суспензий с мелкодисперсной твердой фазой, образующей структурируемые осадки. Изобретение может быть использовано в процессах разделения парафиновых суспензий производства нефтяных масел и парафинов.

Известен фильтр для разделения суспензий, содержащий цилиндрический корпус, в котором соосно установлен фильтровальный патрон, соединенный с пульсационной камерой. Фильтр оснащен мешалкой, лопасти которой вращаются в зазоре между корпусом и фильтровальным патроном. На корпусе установлен коллектор для подачи промывной жидкости [1]
Недостатком данного фильтра является сложность установки патрона и мешалки во время сборки фильтра, т.к. возможная несоосность или перекос вала мешалки и оси фильтровального патрона могут привести к повреждению фильтровального патрона или поломке лопастей мешалки. Следствием этого является необходимость усложнения конструкции фильтра и снижение надежности его эксплуатации.

Сгущение осадка по мере его продвижения вдоль фильтровального патрона, сопровождающегося отбором фильтрата и, как следствие, повышением концентрации в нем твердой фазы, приводит к необходимости создания различных режимов пульсационного воздействия на фильтрующую поверхность патрона в зоне фильтрования суспензии, значительно отличающейся по степени сгущения. Однако в существующей конструкции это не представляется возможным и приводит к снижению производительности фильтра и ухудшению качества разделения суспензии.

Возможные неисправности уплотнения вала мешалки могут привести к проникновению суспензии, содержащей токсичные вещества, за пределы корпуса фильтра, находящегося под давлением, что связано с нарушением экологической безопасности производства.

Задачей является упрощение конструкций фильтра, повышение надежности его эксплуатации, повышение производительности фильтра и качества разделения суспензии, снижение вредного воздействия процесса на окружающую среду.

Поставленная задача решается за счет того, что фильтровальный патрон снабжен верхней и нижней крышками и разделяющими его на две полости кольцом и трубой с крышкой в верхней части, фильтр снабжен дополнительной пульсационной камерой, при этом пульсационные камеры расположены в верхних частях фильтровального патрона и трубы, а вал мешалки проходит до места их соединения через пульсационную камеру в верхней части трубы, через сообщающуюся с ней полость фильтровального патрона, имея уплотнения в крышке трубы и нижней крышки фильтровального патрона.

На фиг.1 изображен фильтр (схема), на фиг.2 разрез по А-А фиг.1.

В цилиндрическом корпуса 1 соосно установлен фильтровальный патрон 2, представляющий собой перфорированную трубу, покрытую фильтрующим материалом, в качестве которого может быть использована ткань, металлическая сетка и др. Верхняя неперфорированная часть патрона 3 расположена за пределами корпуса фильтра и крепится на крышке корпуса 4. Снизу фильтровальный патрон 2 закрыт крышкой 5. В верхнюю крышку фильтровального патрона 6 вставлена труба 7, закрытая сверху крышкой 8 и выходящая за пределы верхней нефильтрующей части 3 фильтровального патрона. Труба 7 крепится к фильтровальному патрону 2 кольцом 9. Кольцо 9 и труба 7 разделяют полость фильтровального патрона 2 на две полости, верхние части которых, закрытые крышками 6 и 8, образуют две пульсационные камеры 10 и 11. На крышке 8 пульсационной камеры 11 расположен привод 12 мешалки 13. Вал привода 14 проходит через уплотнения 15 и 16 крышек 8 и 5 и соединен с мешалкой 13 креплением 17. Лопасти мешалки 13 при вращении вала привода 14 движутся в зазоре между фильтровальным патроном 2 и корпусом 1. На корпусе фильтра 1 установлен коллектор подачи промывной жидкости 18.

Принцип действия фильтра заключается в следующем. Суспензия непрерывно поступает в корпус фильтра 1 под давлением, заполняя пространство между корпусом и фильтровальным патроном 2. Причем конструкция корпуса и место установки штуцера ввода суспензии обеспечивают создание уровня суспензии в корпусе, над которым после заполнения корпуса суспензией образуется объем сжатого воздуха (газа).

Выделяемый из суспензии фильтрат, проникающий через фильтрующую поверхность под действием перепада давления между корпусом и фильтровальным патроном, наполняет полости фильтровального патрона 2, разделенные трубой 7 и кольцом 9, и поступает в их верхние частит, выполняющие функции пульсационных камер 10, 11 и далее по трубопроводам 19, 20 и приемник фильтрата 21, разделенный на две части.

В пульсационные камеры 10, 11 с заданной частотой из пульсаторов 22, 23 подаются импульсы сжатого воздуха (газа), обеспечивающие кратковременное обратное движение фильтрата через фильтрующую поверхность-регенерацию этой поверхности. Часть энергии импульса расходуется на ускоренное движение фильтрата в трубопроводах 19, 20. Соотношение количества фильтрата, поступающего на регенерацию фильтрующей поверхности и поступающего в приемник 21 во время импульса, регулируется клапанами 24, 25. Возможность кратковременного обратного движения фильтрата через фильтрующую поверхность (для ее регенерации) во время импульса, создаваемого пульсаторами 22, 23, обусловлена наличием уровня суспензии в корпусе 1, пространство над которым заполнена сжатым воздухом (газом). Переток (во время импульса) фильтрата в корпус 1 приводит к повышению уровня суспензии в нем при соответствующем сжатии объема, заполненного воздухом (газом).

Давление, под которым суспензия подается в корпус 1, является движущей силой процесса разделения (давление в пульскамерах в период между импульсами-атмосферное) и обеспечивает движение сгущаемой суспензии в корпусе. Сгущаемая по мере отбора жидкой фазы, проникающей через фильтрующую поверхность, суспензии перемешивается лопастями мешалки 13 и движется вдоль поверхности фильтровального патрона 2 от места входа исходной суспензии, поступающей в фильтр по трубопроводу 26, до места выхода осадка в трубопровод 27. Степень сгущения непрерывно отводимого в трубопровод 27 осадка регулируется клапаном 28.

Перемешивание сгущаемой суспензии обеспечивает ее транспортабельность, т. к. приводит к разрушению пространственных структур твердой фазы, образующихся при значительном сгущении суспензии, и осредняет концентрацию твердой фазы в поперечном сечении фильтра, что предотвращает проскок исходной суспензии к месту выхода осадка. Разрушение пространственных структур твердой фазы способствует дополнительному выделению жидкой фазы, т.е. повышает качество разделения суспензии.

Кроме этого, движение лопастей мешалки обеспечивает дополнительную механическую регенерацию фильтрующей поверхности, т.к. происходит "сдвиг" и разрушение уплотненного слоя суспензии на ней даже при наличии зазора между лопастями и поверхностью фильтровального патрона.

Корпус 1 оснащен коллектором 18 подачи промывной жидкости? которая из трубопровода 29 поступает в движущийся поток сгущаемой суспензии через перфорацию 30 в стенке корпуса 1. При этом происходит совмещенный процесс репульпационной промывки и промывки вытеснением маточного раствора из осадка. Т. е. часть промывной жидкости, попадая в поток сгущаемой суспензии, перемешивается лопастями с осадком, разбавляя жидкую фазу суспензии (снижая концентрацию вымываемого вещества в жидкой фазе, остающейся в осадке). При этом происходит вытеснение части жидкой фазы суспензии до ее смешения с промывной жидкостью, что наряду с последующим фильтрованием разбавленной (промывной жидкостью) жидкой фазы суспензии повышает эффективность процесса отделения твердой фазы от вымываемого вещества.

Импульсы сжатого воздуха (газа), создаваемые в пульскамерах 10, 11 с заданной частотой и продолжительностью (пульсация) обеспечиваются пульсаторами 22, 23, которые поочередно соединяют полости пульскамер с линией сжатого воздуха (газа) 31 и линией выхлопа 32, в которой поддерживается атмосферное давление. Т.е. в пульскамерах и сообщающихся с ними полостях фильтровального патрона атмосферное давление циклически (через заданные интервалы времени) сменяется импульсами давления, превосходящего давление в корпусе фильтра 1, что обеспечивает регенерацию фильтрующей поверхности.

Предлагаемое расположение привода 12 и вала 14 мешалки 13 обеспечивает возможность сборки перемешивающего устройства и центровки его по отношению к фильтровальному патрону до установки патрона в корпус фильтра 1. Т.е. заранее собранный узел, включающий фильтровальный патрон 2 с встроенной в него трубой 7 и кольцом 9, закрытый крышками 5, 6, 8, установленным приводом 12, валом 14, проходящим уплотнения 15, 16 и соединенным с мешалкой 13, после проверки наличия заданного гарантированного зазора между лопастями 13 и поверхностью фильтровального патрона при вращении мешалки монтируется в корпус фильтра 1. После фиксации крышки 4, жестко прикрепленной к фильтровальному патрону 2, на корпусе 1, фильтр готов к эксплуатации. Такое упрощение конструкции облегчает сборку аппарата и повышает надежность его эксплуатации, вследствие устранения возможности повреждения фильтрующей поверхности или поломки перемешивающего устройства.

Наличие двух пульсационных камер обеспечивает возможность создания различных режимов пульсации (по частоте, интенсивности и продолжительности импульсов) в сообщающихся с ними полостях фильтровального патрона. Учитывая разную концентрацию твердой фазы в сгущаемой суспензии, движущейся вдоль соответствующих зон фильтрующей поверхности, выбор оптимальных режимов их пульсационной регенерации обеспечивает увеличение производительности фильтра за счет повышения скорости фильтрования и улучшения качества разделения суспензии увеличения степени сгущения осадка и снижения содержания твердой фазы в фильтрате.

Конструкция привода мешалки предотвращает потери среды, находящейся в фильтре, через уплотнение вала 15, т.к. уровень фильтрата, выходящего из пульскамеры 11 в трубопровод 20, находится ниже указанного уплотнения. Это обеспечивает снижение вредного воздействия процесса на окружающую среду в случае разделения суспензий, содержащих токсичные вещества. Потери через уплотнение 15 используемых, как правило, для создания пульсации воздуха или инертного газа не нарушают экологической безопасности производства.

Применение предлагаемого фильтра обеспечивает повышение качества разделения суспензии и производительности оборудования. Увеличение выхода фильтрата и, как следствие, повышение выхода целевого продукта-масла, являющегося его составной частью, при соответствующем увеличении степени сгущения осадка сопровождается повышением скорости фильтрования.

Это объясняется тем, что в нижней части корпуса фильтра движется поток суспензии с более высокой степенью сгущения. Регенерация фильтрующей поверхности в этой области требует более высокой интенсивности пульсационного воздействия большей частоты и давления пульсации, что было реализовано в фильтре предлагаемой конструкции.

Простота конструкции предлагаемого фильтра, связанная с повышением надежности его эксплуатации, наряду с возможностью оптимизации режима регенерации фильтрующей поверхности, обеспечили увеличение продолжительности его непрерывной работы без промывки горячим растворителем.

Предложенная конструкция привода обеспечивает полное отсутствие потерь жидкой фазы, включающей токсичный и взрывопожароопасный растворитель, через уплотнение вала. Это гарантирует отсутствие вредного воздействия процесса на окружающую среду.

Использование: фильтр для разделения суспензий. Сущность изобретения: фильтр состоит из цилиндрического корпуса, соосно установленного в корпусе фильтровального патрона, мешалки, лопасти которой вращаются в зазоре между фильтровальным патроном и корпусом, установленного на корпусе коллектора для подачи промывной жидкости. Фильтровальный патрон оснащен кольцом и трубой, разделяющими его на две полости, верхние части которых являются пульсационными камерами. Вал привода проходит до места соединения с мешалкой через пульсационную камеру, образованную верхней частью трубы, установленной в фильтровальном патроне, и связанную с ней полость фильтровального патрона, имею уплотнения в крышке этой пульсационной камеры и нижней крышке фильтровального патрона. 2 ил.

Фильтр для разделения суспензий, содержащий цилиндрический корпус, соосно установленный в корпусе фильтровальный патрон, лопастную мешалку с валом, размещенную в зазоре между фильтровальным патроном и корпусом, пульсационную камеру, коллектор для подачи промывной жидкости, отличающийся тем, что фильтровальный патрон снабжен верхней и нижней крышками и разделяющими его на две полости кольцом и трубой с крышкой в верхней части, фильтр снабжен дополнительной пульсационной камерой, при этом пульсационные камеры расположены в верхних частях фильтровального патрона и трубы, а вал мешалки проходит до места их соединения через пульсационную камеру в верхней части трубы и через сообщающуюся с ней полость фильтровального патрона и закреплен в крышке трубы и нижней крышке фильтровального патрона посредством уплотнений.