АППАРАТ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ Российский патент 1998 года по МПК B01D63/06 B01D63/10 B01D63/00 B01D25/00 

Изобретение относится к средствам фильтрации жидкостей и может использоваться в сельскохозяйственном производстве для обработки вина, растительного масла, а также для очистки сточных вод птицефабрик или свинокомплексов, разделения и концентрирования технологических растворов, очистки воды и т.д.

Известны установки фильтрационного и мембранного разделения, в которых для создания необходимых гидродинамических и концентрационных условий в установке используются схемы компоновки: с последовательным, параллельным или последовательно-параллельным расположением аппаратов. Расчет таких систем сложен и тем не менее не обеспечивает одинаковых условий разделения в каждом аппарате или элементе установки [1] Отметим, что во всех известных схемах разделяемый раствор от аппарата (элемента) к аппарату и в установке в целом движется в одном определенном направлении.

Для очистки фильтрующей поверхности используется обратная промывка фильтратом или чистой жидкостью, очистка губчатыми шомполами (шарами). Однако такие схемы очистки уменьшают время работы и производительность установки, а применение губчатых шомполов (шаров) требует разборки установки и применимо только к трубчатым установкам с внутренним фильтрующим слоем и достаточно большим диаметром трубки [1-3] Поэтому в практике чаще интенсификацию таких процессов осуществляют путем повышения линейной скорости над фильтрующей поверхностью, что приводит к увеличению энергетических затрат или конструктивным изменениям, чтобы обеспечить необходимую турбулентность разделяемой жидкости [4]
Известен аппарат, включающий корпус с гидролиниями подачи и/или отвода жидкости и отвода фильтрата, соосно расположенные в корпусе трубчатые элементы с наружным фильтрующим слоем, закрепленные в трубной решетке, а также осевую опорную трубу с отверстиями, сообщенную с одной из гидролиний подачи и/или отвода жидкости, а выходы трубчатых элементов сообщены с гидролинией отвода фильтрата [5]
Данное техническое решение наиболее близко к предлагаемому.

К недостаткам известного устройства можно отнести: невозможность очистки фильтрующей поверхности, значительное гидравлическое сопротивление отдельного блока и аппарата в целом, трудоемкость сборки, герметизация трубчатых фильтрующих элементов при большом их количестве в аппарате резиновыми кольцами или манжетами не всегда надежна и требует повышенной точности обработки сопрягаемых поверхностей.

Изобретение направлено на повышение эффективности применения аппарата для фильтрации жидкостей за счет увеличения производительности, упрощения конструкции и более высокой ее технологичности при сборке, очистки поверхности фильтрующих элементов и улучшения гидравлических характеристик в аппарате.

Поиск, провиденный по патентной и научной литературе, показал, что заявленное изобретение соответствует критерию "новизна.

Поскольку заявленное изобретение выполнено из известных узлов, то оно соответствует критерию "промышленная применимость".

А так как в результате использования данного технического решения имеется новый эффект, то заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательный уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема совместного включения аппарата, на фиг. 2-15 аппарат для фильтрации жидкости и его узлы.

Схема включения аппаратов в единый блок содержит насос 1, систему аппаратов 2 (не менее одного), регулирующую 3 и запорную 4 арматуры, трубопроводы и каналы подачи и/или отдачи жидкости 5, концентрата 6, отвода фильтрата 7, обратной продувки или промывки 8, которая может обеспечить возврат концентрированного раствора к месту подачи в устройство исходного раствора и возвратно-поступательное движение жидкости как во всем устройстве, так и в его отдельных элементах, что показано на фиг. 1. Смена направления движения разделяемой жидкости зависит от ее физико-химических свойств и колеблется в пределах 0,5-120 мин.

В корпусе 9 аппарата 2 расположена осевая опорная труба 10, внутренняя полость которой гидравлически сообщена с центральной полостью 11 корпуса 9 посредством выполненных в стенке трубы 10 сквозных отверстий или прорезей 12, с другой стороны посредством осевого отверстия 13 и перпендикулярного к нему горизонтального канала 14 в плите 15 опорная труба 10 соединена с трубопроводом исходной жидкости 5 и/или отвода жидкости т.е. концентрата 6. Отверстия или прорези 12 выполнены переменного сечения, причем количество отверстий или прорезей 12 и их сечения уменьшаются от верхней части аппарата к нижней.

В верхней части аппарата 2 под крышкой 16 выполнена полость 17, имеющая большее сечение, чем центральная полость 11. В полости 17 закреплена крышка 16 и трубная решетка 18, между которыми имеется полость фильтрата 19. Полость фильтрата 19 гидравлически сообщена с одной стороны посредством центральной трубы 20 и горизонтального сквозного канала 21 в плите 15 с трубопроводом отвода фильтрата 7, а с другой стороны с внутренней полостью трубчатых элементов 22 с наружным фильтрующим слоем.

Для центровки, крепления и герметизации центральной трубы 20 в плите 15 выполнено осевое отверстие 23, втулка центрирующая 24 с уплотнением 25, лапки 26 и соединительная втулка 27 с уплотнением 28, обеспечивающая центровку центральной трубы 20 по оси опорной трубы 10. В этом случае центральная труба 20 и опорная труба 10 жестко закреплены в трубной решетке 18 известным способом, например, сваркой. Также возможно жесткое крепление трубы 20 к трубной решетке 18, а опорной трубы 10 в плите 15, или жесткое крепление опорной трубы 10 и центральной трубы 20 в плите 15 с соответствующими уплотнениями 25,28,25^а и 28^а, сваркой, резьбой, полукольцами 29 и втулкой 30, или другими известными способами. Кроме того, крепление опорной трубы 10 и центральной трубы 20 может быть выполнено с помощью уплотнений 25,28,25^а и 28^а и соответствующих проточек в плите 15 и трубной решетке 18.

В нижней части аппарата 2 в корпусе 9 выполнена полость 31, имеющая большее сечение, чем центральная полость 11, которая с помощью горизонтального канала 32 и периферийного осевого отверстия 33 гидравлически сообщается с одной стороны с центральной полостью 11, а с другой стороны с трубопроводом исходной жидкости 5 или концентрата 6.

Для соединения корпуса 9 аппарата с плитой 15 в последней имеется цилиндрический патрубок 34. Герметизацию и соединение корпуса 9 и цилиндрического патрубка 34 между собой обеспечивает уплотнение 35 и стопорное кольцо 36.

В полости 31 расположена кольцевая чашка 37, в которой закреплены нижние концы элементов 22 и дренажных элементов в виде, например, цилиндров внутреннего и внешнего 38 и 39. Кольцевая чашка 37 имеет бортики различной высоты, причем внутренний бортик 40 имеет большую высоту, чем наружный 41. Кольцевая чашка 37 не закреплена и может перемещаться вдоль опорной трубы 10 (или ее части соединительной втулки 27).

Верхний конец дренажных элементов 38 и 39, опорная труба 10 и центральная труба 20 крепятся и/или герметизируются в трубной решетке 18, в которой с этой целью выполнены соответствующие проточки, углубления и отверстия 42. Для крепления верхних концов элементов 22 в трубной решетке выполнены гнезда 43 и соосно с ними резьбовые отверстия 44, обеспечивающие отклонение дефектного фильтрующего элемента 22 и гидравлическое сообщение с полостью фильтрата 19.

В трубной решетке 18 и крышке 16 аппарата имеются прорези или резьбовые гнезда 45, которые обеспечивают их извлечение из аппарата с помощью специального инструмента. Трубная решетка 18 может быть снабжена бобышкой 46 с резьбой, осевым 47 и радиальными отверстиями или прорезями 48, в этом случае крышка 16 имеет отверстие 49 и герметизирующие уплотнения 50,51 а герметизация трубной решетки 18 осуществляется разжимным кольцом 52 и уплотнением 53. Осевое 47 и радиальные отверстия или прорези 48 бобышки 46 обеспечивают гидравлическое сообщение полости фильтрата 19 с полостью центральной трубы 20.

В корпусе аппарата 9 между фильтрующими элементами 22 загружены инертные частицы и/или гранулы, например твердые неорганические или полимерные частицы 54, размер которых меньше расстояния между элементами 22, а плотность близка или больше плотности разделяемой жидкости, объем которых не превышает 60% свободного внутреннего объема корпуса 9. Возвратно-поступательное движение жидкости обеспечивает движение твердых частиц 54 и контакт их с внешней поверхностью элементов 22, которая является фильтрующей поверхностью. Это позволяет интенсивно перемешивать разделяемую жидкость и очищать во время работы устройства поверхность фильтрующих элементов 22, что повышает производительность аппарата и установки в целом в 1,5-3 раза. Для загрузки твердых частиц 54 трубная решетка 18 или корпус аппарата 9 снабжены резьбовыми отверстиями 55 с заглушкой 56. Отверстия 57, 58 в плите 15 обеспечивает опорожнение аппарата 2 от жидкости. В аппарате 2 имеется система дренажных устройств (сеток, тканей и др.), которые обеспечивают постоянство нахождения твердых частиц 54 внутри корпуса аппарата 9 между элементами 22. Они выполнены или в виде внутреннего 38 и внешнего 39 цилиндров, ограничивающих фильтрующие элементы 22, или в виде внутреннего 38 цилиндра и кольцевого 59 дренажного устройства с ограничителем 60, расположенного в нижней полости 31 аппарата между кольцевой чашкой 37 и цилиндрическим патрубком 34 плиты, или в виде внутреннего 38 цилиндрического и дренажного устройства 61,62, закрепленных в плите 15, причем внутреннее цилиндрическое дренажное устройство 38 крепится в опорной трубе 10 или в кольцевой чашке 37.

Соединение аппаратов 2 между собой осуществляется болтовыми соединениями 63 и уплотнениями в виде колец 64 или втулок 65 с кольцами 64.

Чтобы обеспечить возвратно-поступательное движение исходного раствора в плите 15 выполнено сквозное отверстие (канал) концентрата 66, последний и первый аппараты устройства могут быть снабжены крышками с перетяжками и соединительными элементами, например, штуцерами, обеспечивающими соединение аппаратов с трубопроводами исходного раствора, концентрата и фильтрата. Конструктивные элементы такого типа известны и поэтому на рисунках они не показаны. Переток 67 между каналами исходного раствора 14,32 и концентрата 66 может быть выполнен и в плите 15.

Для удобства монтажа в первом (по ходу движения исходного раствора) и/или последнем аппарате каналы 14,21,32 и 66 могут быть выполнены в различных плоскостях, перпендикулярных друг другу.

Устройство и аппарат для фильтрации жидкостей работают следующим образом.

Исходная жидкость с помощью насоса 1 поступает в аппарат 2, при этом возможны два варианта движения жидкости. При поступательном (условно) движении исходная жидкость по горизонтальному каналу 14 и осевому 13 отверстию попадает в опорную трубу 10, затем через отверстия или прорези 12 в полость корпуса аппарата 11 и движется между элементами 22. Часть жидкости под действием давления проходит внутрь фильтрующих элементов 22, поступает в полость фильтрата 19, а затем по центральной трубе 20 и горизонтальному каналу 21 в плите 15 отводится на линию фильтрата 7. Другая часть исходной жидкости попадает в полость 31 плиты 15, а затем по периферийному осевому отверстию 33 и горизонтальному каналу 32 поступает в следующий аппарат или в трубопровод концентрата 6. При возвратном движении жидкости в установке, которое обеспечивается переключением регулирующей 3 и запорной 4 арматуры, в аппарате поступление и прохождение разделяемой жидкости происходит в обратном описанному выше порядке, а движение фильтрата в том же.

Регенерация фильтрующей поверхности осуществляется следующим образом.

Прекращается подача или снижается давление подачи исходной жидкости насосом 1, соответствующим образом открывается и закрывается запорная арматура 4, что обеспечивает подачу газа или промывной жидкости в трубопровод и каналы 7,8 и 21 фильтрата. Затем газ или промывная жидкость через центральную трубу 20 и полость фильтрата 19 поступает внутрь фильтрующих элементов 22. Под воздействием давления газ или промывная жидкость проходят через поры фильтрующих элементов 22 и дополнительно, наряду с твердыми частицами 54, очищают внешнюю поверхность фильтрующих элементов 22.

Следует отметить, что в совокупности возвратно-поступательное движение исходной жидкости, обратная продувка или промывка фильтрующих элементов, наличие твердых частиц и другие указанные выше конструктивные особенности устройства и аппарата для фильтрации жидкостей обеспечивают более высокую производительность аппарата и установок в целом, чем у известных устройств и аппаратов, фильтрации. Кроме того, некоторые элементы аппарата, например, трубная решетка с гнездами и резьбовыми отверстиями позволяют легко осуществлять сборку, ремонт и эксплуатацию аппаратов и устройства в целом, что делает предлагаемые установки более дешевыми и конкурентно-способными по сравнению с аналогичными установками.

Источники информации
1. Брык М.Т. и др. Применение мембран для создания систем кругового водопользования. М. Химия, 1990, с.26-28.

2. Жужиков В.А. Фильтрование. М. Химия, 1980, 396 с.

3. Green G.J. -"Desalination", v. 35 N 1-3, p. 129-147.

4. Свитцов А. А, и др. Полупроницаемые мембраны в биотехнологии. ОНТИТЭИмикробром, 1963, с. 24-29.

5. Патент РФ 2035212, кл. B 01 D 63/06, 1995.

Использование: средства фильтрации жидкостей. Сущность изобретения: аппарат снабжен трубчатыми элементами, а также опорной трубой с отверстиями, центральной трубой для отвода фильтрата, плитой с каналами, которые гидравлически сообщены между собой и трубопроводами, позволяющими обеспечить возвратно-поступательное движение жидкости. Очистка дренажных элементов при этом осуществляется твердыми частицами, которые расположены между дренажными элементами. Аппараты могут монтироваться в единую систему посредством соединения каналов отдельных плит. Это позволяет эффективно производить очистку и фильтрацию жидкостей. 5 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Аппарат для фильтрации жидкости, включающий корпус с гидролиниями подачи и/или отвода жидкости и отвода фильтрата, соосно расположенные в корпусе трубчатые элементы с наружным фильтрующим слоем, закрепленные в трубной решетке, а также осевую опорную трубу с отверстиями, сообщенную с одной из гидролиний подачи и/или отвода жидкости, а выходы трубчатых элементов сообщены с гидролинией отвода фильтрата, отличающийся тем, что он снабжен цилиндрической трубой отвода фильтрата, расположенной внутри осевой опорной трубы, дренажными элементами и расположенными между последними инертными частицами и/или гранулами, объем которых не превышает 60% свободного внутреннего объема корпуса, при этом основание корпуса выполнено в виде плиты, а гидролинии подачи и/или отвода жидкости и отвода фильтрата выполнены в виде соответствующих каналов, причем канал отвода фильтрата сообщен одним концом с центральной трубой отвода фильтрата и расположен перпендикулярно последней, а другой ее конец сообщен с полостями трубчатых фильтрующих элементов, выходы каналов подачи и/или отвода жидкости выполнены перпендикулярно осевой опорной трубе и их осевые линии совпадают или расположены под углом в 90^o друг к другу в плоскости, перпендикулярной осевой опорной трубе, кроме того, в плите выполнен сквозной канал с возможностью сообщения с любым из каналов подачи и/или отвода жидкости. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что центральная и опорная труба закреплены или в трубной решетке, или в плите, или в трубной решетке и плите. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что дренажные элементы выполнены в виде внутреннего и внешнего дренажных цилиндров или внутреннего дренажного цилиндра и кольцевого дренажного устройства, расположенного в корпусе аппарата ниже кольцевой чашечки, установленной на опорной трубе в ее нижней части, или внутреннего дренажного цилиндра и кольцевого дренажного устройства, или в виде кругового дренажного устройства, расположенного в плите аппарата с перекрытием одного из каналов подачи и/или отвода жидкости. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в выходном отверстии в трубной решетке, расположенном соосно с гнездом для крепления трубчатого элемента с наружным фильтрующим слоем, выполнена резьба. 5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в трубной решетке, и/или корпусе, и/или плите аппарата выполнены загрузочные отверстия с заглушками. 6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что сквозной канал сообщен посредством перетока с одним из каналов подачи и/или отвода жидкости.