ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ОБЪЕМНОГО ТИПА Российский патент 1999 года по МПК B01D27/00 

Изобретение относится к области очистки углеводородных жидкостей и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, автомобильной и других отраслях промышленности.

Известен фильтрующий элемент объемного типа, состоящий из перфорированного трубчатого каркаса, крышек и фильтрующей набивки, представляющей собой набор дисков из деформируемого пористого фильтроматериала и прокладок конической формы (а. с. N 1153947). Прокладки располагаются попарно вершинами конусов по направлению друг к другу. Фильтрующие диски обжимаются прокладками, в результате чего происходит деформация дисков, обеспечивающая изменяющуюся в направлении потока фильтруемой жидкости пористость. Диски, обжатые прокладками со стороны оснований конусов, имеют на входе минимальную пористость, из-за чего создают на входе более высокое гидравлическое сопротивление чем диски, обжатые со стороны вершин конусов. По этой причине основной поток жидкости проходит через диски, обжатые со стороны вершин конусов, причем пористость в этих дисках уменьшается в направлении потока фильтруемой жидкости, что обеспечивает селективную задержку загрязнений внутри объема этих дисков. Минимальная пористость на входе в диски, обжатые со стороны оснований конусов, так же является причиной локализации загрязнений на их наружной поверхности, что дополнительно препятствует прохождению жидкости через эти диски. Таким образом, та часть объема фильтроматериала, которая приходится на диски, обжатые со стороны оснований конусов, не участвует в процессе задержки загрязнений, в результате снижается грязеемкость и ресурс фильтроэлемента.

Известен другой объемный фильтрующий элемент (а. с. N 1804887), который состоит из перфорированного трубчатого каркаса, крышек и фильтрующей набивки из дисков большего и меньшего диаметров, выполненных из деформируемого пористого фильтроматериала, набранных попеременно и обжатых в осевом направлении до взаимного контакта больших дисков. В целом, такую конструкцию можно рассматривать как две независимые коаксиально расположенные ступени фильтрации. Первая ступень имеет более высокую пористость и обеспечивает задержку крупных частиц загрязнений, вторая ступень за счет деформации малых дисков при обжатии имеет меньшую пористость и обеспечивает задержку мелких частиц. Недостатком такого фильтроэлемента является то, что частицы загрязнений, имеющие такой размер, который позволяет им беспрепятственно проходить через первую ступень, но больше чем поры на входе во вторую ступень, локализуются на границе ступеней и блокируют поры на входе во вторую ступень. В результате объем фильтроматериала полностью не используется для задержки загрязнений, что приводит к снижению грязеемкости и ресурса.

Задачей данного изобретения является создание такой пористой структуры фильтрующей набивки, которая позволит избежать локализации загрязнений и обеспечит равномерную загрузку пор фильтроматериала по всему объему фильтрующего элемента, а следовательно, увеличится грязеемкость и ресурс при сохранении требуемого качества очистки.

Поставленная задача достигается тем, что у фильтрующего элемента объемного типа, содержащего жесткий цилиндрический перфорированный каркас, расположенные на нем эластичные диски различного диаметра и торцевые крышки для обжатия дисков, диски фильтрующего элемента собраны в пакеты, каждый из которых включает центральный диск равным наружному диаметру фильтроэлемента диаметром, и установленные по обе стороны от него в порядке убывания диаметров другие диски, образуя две симметричные пирамиды с общим основанием из центрального диска, диаметры дисков определяются по формуле:

где d_н - наружный диаметр фильтроэлемента, Δ₀ - толщина диска в необжатом состоянии, i - порядковый номер диска, начиная со второго, d_i = d_н, при условии d_i > d_в, d_в - внутренний диаметр фильтроэлемента, а количество пакетов в фильтроэлементе N_n по формуле:

где H - высота фильтроэлемента, k - количество дисков в одной пирамиде, включая центральный диск, n - степень обжатия фильтроматериала на выходе фильтроэлемента, которая определяет номинальную тонкость фильтрации d_0,95.

После обжатия каждая пара дисков одинакового диаметра, установленных симметрично относительно центрального диска, вместе с дисками, имеющими диаметр, больший диаметра данной пары, образуют свою ступень фильтрации. При этом, степень обжатия фильтроматериала в ступенях увеличивается в направлении от наружного радиуса к внутреннему, а размер пор, соответственно, уменьшается. За счет многоступенчатого обжатия уменьшение размера пор происходит равномерно, что позволит избежать локализации загрязнений и равномерно распределить их по всему объему фильтроэлемента, а следовательно, увеличить грязеемкость и ресурс.

Пример расчета.

Требуется изготовить фильтрующий элемент, обеспечивающий номинальную тонкость фильтрации d_0,95 = 20...25 мкм, и имеющий следующие габаритные размеры: наружный диаметр d_н = 100 мм, внутренний диаметр d_в = 50 мм, высоту H = 185 мм, толщина дисков в свободном состоянии Δ₀ = 10 мм. В качестве деформируемого пористого фильтроматериала используется пенополиуретан марки ППУ - ЭО - 130.

Найдем диаметры дисков. Диаметр большего диска равен наружному диаметру фильтрующего элемента:
d_н = d_i = 100 мм.

По формуле (1) определяем диметры парных дисков:

d₃ = 86,6 мм,
d₄ = 71,4 мм,
d₅ = 43,2 мм < d_в = 50 мм - это означает, что число ступеней фильтрации k = 4.

Найдем количество фильтропакетов. Известно, что связь номинальной тонкости фильтрации d_0,95 со степенью обжатия n для пенополиуретана марки ППУ - ЭО - 130 выражается эмпирической зависимостью [3]:
d_0,95 = 79,43_n ^-1,466 • 10^-6. (3)
В табл. 1 в конце описания приведены рассчитанные по этой зависимости значения степени обжатия и тонкости фильтрации.

По табл. 1 выбираем значение степени обжатия, соответствующее заданной тонкости фильтрации. Принимаем n = 2.3.

Определяем по формуле (2) количество фильтропакетов:

Полученное значение округляем до целого числа. Окончательно: N = 4.

Ha фиг. 1 представлен общий вид фильтрующего элемента объемного типа.

На фиг. 2 представлен общий вид пакета дисков до обжатия.

Фильтрующий элемент содержит цилиндрический перфорированный каркас 1, крышки 2, эластичные диски различных диаметров, насаженные на перфорированный каркас. Диски предварительно собраны в пакеты, каждый из которых включает центральный диск 3 диаметром, равным наружному диаметру фильтрующего элемента, и диски 4 меньших диаметров, установленные по обе его стороны в порядке убывания диаметров и образующие две симметричные пирамиды с общим основанием из центрального диска. Диски обжимаются на жестком цилиндрическом перфорированном каркасе крышками. После обжатия каждая пара дисков одинакового диаметра, установленных симметрично относительно центрального диска, вместе с дисками, имеющими диаметр, больший диаметра данной пары, образуют свою ступень фильтрации. Степень обжатия фильтроматериала в ступенях увеличивается по направлению от наружного диаметра к внутреннему, а размер пор, соответственно, уменьшается. Фильтроматериал на выходе фильтрующего элемента имеет степень обжатия, обеспечивающую требуемое качество очистки жидкости.

Фильтрующий элемент объемного типа работает следующим образом.

Фильтруемая жидкость в процессе фильтрования поступает сначала в наружную ступень, имеющую наибольший размер пор, где происходит задержка крупных частиц загрязнений. Далее фильтруемая жидкость последовательно проходит через остальные ступени фильтрации, каждая из которых имеет размер пор меньший, чем предыдущая, и обеспечивает задержку более мелких фракций загрязнений. Таким образом, происходит селективная задержка загрязнений внутри объема фильтроматериала. Последняя ступень имеет минимальный размер пор и задерживает самые мелкие частицы загрязнений. Благодаря селективной задержке загрязнений происходит их равномерное распределение внутри объема фильтрующего элемента, за счет чего увеличивается грязеемкость и ресурс.

Изобретение предназначено для очистки углеводородных жидкостей и может быть использовано в химической, нефтеперерабатывающей, автомобильной и других отраслях промышленности. Для увеличения грязеемкости и ресурса у фильтрующего элемента объемного типа, содержащего жесткий цилиндрический перфорированный каркас, расположенные на нем эластичные диски различного диаметра и торцевые крышки для обжатия дисков, диски фильтрующего элемента собраны в пакеты, каждый из которых включает центральный диск равным наружному диаметру фильтроэлемента диаметром, и установленные по обе стороны от него в порядке убывания диаметров другие диски, образуя две симметричные пирамиды с общим основанием из центрального диска. После обжатия каждая пара дисков одинакового диаметра, установленных симметрично относительно центрального диска, вместе с дисками, имеющими диаметр, больший диаметра данной пары, образуют свою ступень фильтрации. При этом степень обжатия фильтроматериала в ступенях увеличивается в направлении от наружного радиуса к внутреннему, а размер пор соответственно уменьшается. За счет многоступенчатого обжатия уменьшение размера пор происходит равномерно, что позволит избежать локализации загрязнений и равномерно распределить их по всему объему фильтроэлемента, а следовательно, увеличить грязеемкость и ресурс. 1 табл., 2 ил.

Фильтрующий элемент объемного типа, содержащий жесткий цилиндрический перфорированный каркас, расположенные на нем эластичные диски различного диаметра и торцевые крышки для обжатия дисков, отличающийся тем, что диски фильтрующего элемента собраны в пакеты, каждый из которых включает центральный диск с диаметром, равным наружному диаметру фильтроэлемента, и установленные по обе стороны от него в порядке убывания диаметров другие диски, образуя две симметричные пирамиды с общим основанием из центрального диска, диаметры дисков определяются по формуле

где d_н - наружный диаметр фильтроэлемента;
Δ₀ - толщина диска в необжатом состоянии;
i - порядковый номер диска, начиная со второго;
d_i = d_н, при условии d_i > d_в;
d_в - внутренний диаметр фильтроэлемента,
а количество пакетов в фильтроэлементе N_n по формуле

где Н - высота фильтроэлемента;
К - количество дисков в одной пирамиде, включая центральный диск;
n - степень обжатия фильтроматериала на выходе фильтроэлемента, которая определяет номинальную тонкость фильтрации d_0,95.