СПОСОБ ВИБРАЦИОННОГО ФИЛЬТРОВАНИЯ СУСПЕНЗИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2001 года по МПК B01D33/03 

Изобретение относится к технике отделения от жидкой среды зернистых твердых материалов, в частности склонных к агрегированию гидрооксидов актинидов, гранулированных с помощью водорастворимых высокомолекулярных соединений, посредством вибрационного фильтрования, и может быть применено в химической и радиохимической отраслях промышленности.

Известен способ обезвоживания пульпы и разделения по крупности сыпучих твердых материалов, в том числе липких, в процессе вибрационного перемещения по просеивающей поверхности, выполненной в виде сита или решета с калиброванными отверстиями [1].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу фильтрационного отделения зернистого твердого материала от жидкой среды на вибрационном сите является выбранный в качестве прототипа способ разделения суспензий [2] посредством вибрационного фильтрования и съема осадка, при котором на фильтрующий элемент фильтра накладывают колебания, направленные по нормали к его поверхности, что приводит к снижению времени фильтрования или съема осадка.

Недостатком известного способа является то, что он не обеспечивает высокую эффективность процесса разделения суспензии и разрушения образовавшихся агрегатов зернистого материала, а также выгрузки отделенного твердого материала с фильтрующего элемента. Это объясняется тем, что наложение на фильтрующий элемент колебаний, направленных нормально к его поверхности, приводит к забиванию ячеек фильтрующего элемента и не способствует удалению с него отделенного твердого материала.

Известно также устройство [3] для вибрационного перемещения твердых тел в жидких средах, представляющее собой вибрационный аппарат с приводом от вибропривода кривошипно-шатунного типа. Твердые тела поступают в реакционную зону рабочего органа, где они контактируют с жидким реагентом, перемещаются по рабочему органу и выгружаются из реакционной зоны через разгрузочный патрубок.

Известно вибрационное сито для разделения суспензии твердого материала, склонного к агрегированию, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит фильтрующий элемент, представляющий собой сито, установленное на амортизаторах и присоединенное к виброприводу дебалансного типа, загрузочное приспособление и приемную емкость [4].

Недостаток известного устройства заключается в том, что примененный в нем дебалансный вибровозбудитель приводит фильтрующий элемент в круговые и эллиптические колебания, приводящие к слипанию отдельных твердых частиц на просеивающей поверхности в агрегаты, вследствие чего снижается эффективность разделения, а также в том, что для обеспечения перемещения отдельного твердого материала к выходу с фильтрующей поверхности вибрационное сито следует устанавливать с большим углом наклона в сторону разгрузочного приспособления. Это приводит к уменьшению удельной производительности устройства вследствие увеличения скорости течения неотделенной жидкости по поверхность сита к его выходу, то есть к необходимости увеличения площади сита. Недостатком прототипа является также то, что конструкция его вибропривода не позволяет изменять и корректировать интенсивность вибрации фильтрующего элемента при работе аппарата и снижать нежелательные знакопеременные силовые нагрузки на основание аппарата от его вибропривода.

Техническая задача заявленных способа и устройства для его осуществления состоит в повышении эффективности и производительности осуществления процесса отделения зернистого твердого материала, склонного к агрегированию, в непрерывном режиме и в обеспечении разрушения агрегатов отделенного твердого материала.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе вибрационного фильтрования суспензии зернистого твердого материала от жидкой среды на вибрационном сите плоскость фильтрующего элемента сита устанавливают горизонтально или под небольшим углом наклона к горизонту в сторону движения твердого материала и приводят фильтрующий элемент в поступательные прямолинейные гармонические колебания с амплитудой ускорения 75-150 м/с², угол наклона траектории колебаний относительно направления движения твердых частиц по поверхности сита задают в пределах от 25 до 60^o, а агрегирование частицы твердого материала пропускают на выходе из фильтрующего элемента через вибрирующую решетку с калиброванными отверстиями.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что фильтрующий элемент устройства для вибрационного фильтрования суспензии твердого материала, склонного к агрегированию, выполнен в виде пористой перегородки, прикрепленной к решетке рамы с решетчатым дном, установленной под углом наклона к горизонту 0-(2^o) и снабженной бортиками и диспергатором агрегированных частиц твердого материала, присоединенным к выходному торцу рамы, а виброприводом фильтрующего элемента служит электромагнитный вибровозбудитель прямолинейных гармонических колебаний. Кроме того, загрузочное устройство снабжено раструбом, в полости которого установлены направляющие пластины, служащие для равномерного распределения подаваемой суспензии по ширине пористой перегородки, вибровозбудитель снабжен динамическим гасителем колебаний его корпусной части, диспергатор агрегированных частиц выполнен в виде вертикального кожуха, снабженного в нижней части ребрами с калиброванными отверстиями.

На устройстве для вибрационного фильтрования суспензии проводили разделение суспензий, склонных к агрегированию гранулированных гидроксидов урана в водном растворе реагентов, для осаждения и гранулирования указанных гидрооксидов плотностью около 1,25 г/см³. Гранулы имели округлую форму условным диаметром от 1,5 до 6,5 мм (средний размер 2,5-3 мм), объемную плотность около 1,5 г/см³.

Заявленный способ вибрационного фильтрования суспензии твердого материала через пористую перегородку фильтрующего элемента был реализован на устройстве для вибрационного фильтрования, которое иллюстрируется схематическими чертежами.

На фиг. 1 изображено заявленное устройство, общий вид;
на фиг. 2 показан корпус заявленного устройства с фильтрующим элементом (разрезе А-А);
на фиг. 3 показан корпус с фильтрующим элементом и доспергатором, вид Б, разрез.

Заявленное устройство содержит корпус 1 с фильтрующим элементом 2, вибропривод (вибровозбудитель) 3, загрузочное устройство 4, диспергатор 5, приемные емкости для фильтрата 6 и для выходящего твердого материала 7.

Фильтрующий элемент 2, установленный в полости корпуса 1, выполнен в виде пористой перегородки 8 из фильтровальной сетки, прикрепленной к раме 9, представляющий собой решетчатое дно 10 с бортиками 11. Фильтрующий элемент 2 посредством штанги 12 присоединен к якорю 13 вибропривода 3 - трехмассового электромагнитного вибровозбудителя резонансного типа. Корпус 1 и основание 14 вибропривода 3 посредством опорных лап 15 установлены на конструктивных элементах устройства. К основанию 14 вибропривода 3, несущему электромагнит 16, посредством пружин 17 присоединен динамический гаситель 18 колебаний его основания 14. Обмотка электромагнита 16 вибропривода 3 подключена к блоку его электропитания пульсирующим током по однополупериодной схеме. Загрузочное устройство 4 имеет раструб 19, в полости которого установлены направляющие пластины 20, а диспергатор 5, выполненный в виде вертикального кожуха, снабженного в ее нижней части ребрами 21 из пластин с калиброванными отверстиями. Полость корпуса 1 на выходе из него штанги 12 вибропривода и вибрационного диспергатора 5 герметизирована посредством мембран 22.

Устройство работает следующим образом.

В обмотку электромагнита 16 вибровозбудителя 3 подают пульсирующий (однополупериодный) ток промышленной частотой 50 Гц посредством блока электропитания, устанавливают заданную амплитуду колебаний фильтрующего элемента 2 регулированием, например, напряжения питающего тока. Затем на фильтрующий элемент 2 через загрузочное устройство 4 подают с заданным расходом подлежащую разделению исходную суспензию. Фильтрат, прошедший через пористую перегородку 8 фильтрующего элемента 2, собирают в приемную емкость 6. Отделенный твердый материал посредством направленной вибрации фильтрующего элемента 2 транспортируют в полость диспергатора 5, в котором агрегаты гранул диспергируются. Разделенные гранулы твердого материала ссыпаются через отверстия ребер 21 в емкость 7.

Примеры осуществления способа.

Предлагаемый способ вибрационного фильтрования суспензии реализован в устройстве для его осуществления следующим образом. Фильтрующий элемент 2 прикрепляли к вибровозбудителю 3 с наклоном траектории его колебаний относительно направления движения твердых частиц по пористой перегородке 8 под углом 30 и 60^o и устанавливали в полости корпуса 1 с углом наклона в диапазоне от -8 до +5^o. На фильтрующий элемент 2 посредством вибровозбудителя 3 накладывали прямолинейные гармонические колебания частотой 50 Гц и амплитудой 0,25-1,5 мм (амплитудой виброускорения 75-150 м/с²). Суспензию гранулированного материала с концентрацией 9-60% подавали на фильтрующие элемент 2 через загрузочное устройство 4 с расходом 100-150 л/ч. Посредством фильтрующего элемента 2 отделяли гранулированный материал от жидкости. Последнюю выводили из корпуса 1 аппарата в приемную емкость 6, а гранулы транспортировали посредством направленной вибрации фильтрующего элемента 2 в полость диспергирующего устройства 5. В диспергирующем устройстве 5 под воздействием его вибрации с вышеуказанными частотой и амплитудой агрегированные гранулы разрушались. Разделенные гранулы выводили в приемную емкость 7.

Пример 1.

В вышеуказанном устройстве для вибрационного фильтрования проводили определение эффективности и производительности разделения суспензии гидрооксидов урана вышеуказанных составов согласно заявляемому способу при установке фильтрующего элемента с углами его наклона в диапазоне -8-(+5^o). Было выяснено, что при угле наклона пористой перегородки 8 фильтрующего элемента 2, превышающем +2^o, происходило слипание значительной части гранул в агрегаты размером от трех до восьми миллиметров и прилипание отдельных гранул к бортикам. При угле наклона пористой перегородки 8 менее +2^o агрегирование гранул было небольшим: при угле наклона менее 0^o гранулы перемещались к выходу фильтрующего элемента 2 распределенными равномерно по его ширине, не слипаясь. При угле наклона +2^o скорость фильтрации была достаточно большой, 6-7 м/с, а при угле наклона -2^o она снизилась до 2 м/с.

Пример 2.

В вышеуказанном устройстве для вибрационного фильтрования проводили определение скорости и эффективности удаления отделенного гидрооксида урана с пористой перегородки 8 фильтрующего элемента 2 под воздействием его вибрации. Выяснено, что при угле вибрации 30^o и амплитуде вибрации 1-1,2 мм (амплитуде виброускорения 98-118 м/с²) скорость вибрационного перемещения отделенного твердого материала по поверхности пористой перегородки 8 к ее выходу составляла 0.16 - 0,2 м/с, а при угле вибрации 60^o она снижалась до 0,8-1 м/с, то есть примерно в два раза. При угле вибрации, превышающем 60^o, кроме снижения скорости перемещения отделенного твердого материала имело место засорение им сетки пористой перегородки 8, а при угле вибрации менее 25^o и амплитуде вибрации менее 1 мм ухудшалось диспергирование агрегатов твердого материала в вибрационном диспергаторе.

Применение заявленного способа вибрационного фильтрования суспензии твердого материала, склонного к агрегированию, в частности гранулированных гидрооксидов тяжелых металлов, путем наложения на установленный горизонтально фильтрующий элемент поступательных прямолинейных гармонических колебаний с амплитудой виброускорения 75-150 м/с², направленных под углом от 25 до 60^o, и заявленного устройства для его осуществления позволяет, по сравнению с прототипом, повысить эффективность и производительность процесса вибрационного фильтрования суспензии, склонного к агрегированию твердого материала и вывода последнего из зоны фильтрации, а также получить более качественный конечный продукт, снизить энергозатраты на проведение процесса фильтрации и разделения агрегатов из частиц твердого материала и значительно увеличить надежность и ресурс работы аппарата. Применение электромагнитного вибропривода позволяет проводить дистанционно, в процессе эксплуатации, корректировку амплитуды вибрации фильтрующего элемента, а оснащение вибропривода динамическим гасителем колебаний значительно увеличивает его активную мощность и снижает передачу механического воздействия от устройства на его основание.

Источники информации
1. Вибрации в технике. Справочник в 6-ти томах. Том 4 "Вибрационные процессы и машины". - М.: Машиностроение, 1982, с.с. 349-352.

2. В.Д. Варсанофьев, Э.Э. Кольман-Иванов. Вибрационная техника в химической промышленности. - М.: Химия, 1985, с. 105, (прототип способа).

3. Вопросы атомной науки и техники. Серия Горное дело - М., 1972, с.с. 71-73.

4. Авт. свид. СССР N 1327922, МКИ 4 B 01 D 29/28 (прототип устройства).

Изобретение предназначено для разделения суспензий фильтрованием вибрирующими фильтрующими элементами и может быть использовано в химической и радиохимической промышленности для отделения от жидкости мелкозернистого материала, склонного к агрегированию, например, гидрооксидов тяжелых металлов. В устройстве фильтрующий элемент, установленный с углом наклона к горизонту 0-(-2)^o, приводят в прямолинейные гармонические колебания с амплитудой ускорения вибрации 75-150 м/с², направленные под углом наклона траектории колебаний (относительно направления движения по фильтрующему элементу) от 25 до 60°, исходную суспензию подают на фильтрующий элемент посредством раструба, снабженного направляющими пластинами, а выходящий с фильтрующего элемента твердый материал, содержащий агрегаты, пропускают через диспергатор. Виброприводом устройства служит электромагнитный вибровозбудитель с динамическим гасителем колебаний, что позволяет повысить и регулировать мощность привода и снизить передачу вибрации на основание устройства. Изобретение позволяет повысить эффективность и производительность процесса вибрационного фильтрования суспензии, а также качество отделенного твердого продукта. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ вибрационного фильтрования суспензии твердого материала, склонного к агрегированию, путем наложения на фильтрующий элемент колебаний, отличающийся тем, что пористую перегородку фильтрующего элемента устанавливают горизонтально или с углом наклона к горизонту в сторону движения твердого материала и приводят фильтрующий элемент в поступательные прямолинейные гармонические колебания с амплитудой ускорения 75-150 м/с² под углом наклона траектории колебаний относительно направления движения твердых частиц по пористой перегородке фильтрующего элемента от 25 до 60°, а агрегированные частицы твердого материала разделяют посредством вибрационного диспергатора. 2. Устройство для вибрационного фильтрования суспензии твердого материала, склонного к агрегированию, содержащее фильтрующий элемент, присоединенный к виброприводу, загрузочное устройство и разгрузочную емкость, отличающееся тем, что фильтрующий элемент выполнен в виде пористой перегородки, прикрепленной к раме с решетчатым дном, размещен в полости герметичного корпуса под углом наклона к горизонту 0 - (-2)^o и снабжен бортиками и диспергатором, присоединенным к выходному торцу рамы, а виброприводом фильтрующего элемента служит электромагнитный вибровозбудитель, при этом загрузочное устройство имеет раструб, в полости которого установлены направляющие пластины. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что электромагнитный вибровозбудитель оснащен динамическим гасителем колебаний. 4. Устройство по п.2, отличающийся тем, что диспергатор агрегированных частиц выполнен в виде вертикального кожуха, снабженного в нижней части ребрами с калиброванными отверстиями.