ПОРИСТЫЙ КЕРАМИЧЕСКИЙ ФИЛЬТР Российский патент 2003 года по МПК B01D33/23 

Изобретение относится к области фильтрующих устройств, в частности к конструкции керамического фильтра, и может быть использовано при фильтрации твердожидких систем.

Известен пористый керамический фильтр секторного типа, включающий пустотелую оболочку, внутренний объем которой заполнен гранулированными элементами, причем стенка оболочки и гранулированные элементы выполнены из материала ~ 55% Аl₂O₃, 40% SiO₂ и 5% СаО с величиной частиц 2 мкм и имеют равномерно распределенную пористость с величиной пор от 1 до 1,5 мкм, при соотношении длины к толщине оболочки свыше 30, а отношение длины к толщине стенки пустотелой оболочки составляет свыше 120 (Патент Германии DЕ 3641057 С2, МКИ С 04 В ³⁸/₀₀, В 01 D ⁴⁶/₁₀, приоритет от 01.12.86 г., опубликован 16.04.98 г.).

Недостаток известного устройства - низкая производительность по кеку, обусловленная тем, что удаление фильтрата в местах контакта гранулированных элементов с внутренней плоскостью оболочки осуществляется в меньшей степени, чем в местах, свободных от этих контактов.

По технической сущности наиболее близким к предложенному является пористый керамический фильтр, содержащий плоские пластины, первичные и вторичные дистанционные элементы, образующие совместно с каналами и сливным отверстием единое полое пространство и соединенные в единый блок (Патент Германии DЕ 4330163 С2, МКИ В 01 D ³⁹/₂₀, приоритет от 07.09.93 г.).

Недостаток известного устройства состоит в том, что вторичные дистанционные элементы образуют в радиальном направлении прямоточные каналы, которые не предохраняют от гидравлического удара в первоначальный момент входа регенерирующей жидкости со скоростью ~200-300 ^м/_с и давлении 1-1,5 бар. Возникшие при гидравлическом ударе критические нагрузки приводят к разрушению вторичных дистанционных элементов, ослаблению конструкционной прочности пористого керамического фильтра, а фрагменты вторичных дистанционных элементов, при последующих циклах фильтрации, забивают сливное отверстие, возникает нештатная эксплуатационная ситуация, и процесс фильтрации деградирует.

Техническим результатом является разработка конструкции пористого керамического фильтра, позволяющего исключить гидравлические удары при регенерации и, как следствие, увеличить надежность устройства в целом.

Достигается это тем, что в пористом керамическом фильтре, содержащем плоские пластины, первичные и вторичные дистанционные элементы, образующие совместно с каналами и сливным отверстием единое полое пространство и соединенные в блок, вторичные дистанционные элементы образуют сеть разветвленных каналов, причем, как минимум, один из вторичных дистанционных элементов расположен напротив и соосно со сливным отверстием, разделен с ним свободным пространством, а наименьший размер поперечного сечения вторичного дистанционного элемента не менее диаметра сливного отверстия.

Сущность изобретения заключается в том, что выполнение пористого керамического фильтра вышеописанным образом позволяет исключить гидравлические удары в пустотелом пространстве путем дробления струи, входящей через сливное отверстие регенерирующей жидкости, погасить ее кинетическую энергию и тем самым исключить разрушающие динамические нагрузки.

Сравнение предложенного устройства с прототипом позволяет утверждать о соответствии критерию "новизна", а отсутствие отличительных признаков в аналогах говорит о соответствии критерию "изобретательский уровень".

Предварительные испытания в условиях, аналогичных эксплуатационным, позволяют судить о возможности широкого промышленного использования.

На фиг.1 изображен пористый керамический фильтр секторного типа; на фиг. 2 - разрез по А-А.

Пористый керамический фильтр содержит плоские пористые пластины 1, 2, первичные дистанционные элементы 3, вторичные дистанционные элементы 4, каналы 5, сливное отверстие 6 и отверстия 7.

Плоские пористые керамические пластины 1, 2 служат для удержания на фильтрующей поверхности твердого осадка (кека) и поступления фильтрата через капилляры в каналы 5.

Первичные дистанционные элементы 3 расположены по периметру пористого керамического фильтра, определяют его геометрическую форму и заданные размеры.

Внутренние дистанционные элементы 4 формируют разветвленную форму и величину каналов 5. Сливное отверстие 6 предназначено для вывода фильтрата в режиме фильтрации и ввода регенерирующей жидкости на этапе регенерации плоских, пористых керамических пластин 1, 2. Отверстия 7 предназначены для крепления пористого керамического фильтра на диске вакуумно-сушильного устройства.

Вторичные дистанционные элементы 4 могут иметь в сечении форму известных плоских геометрических фигур.

Предложенное устройство работает в составе дискового керамического фильтра на вакуумно-сушильной установке, аналог которой опубликован в Патенте США 5039347, 13.08.1991 г.

Пористый керамический фильтр через отверстия 7 крепится на диск вакуумно-сушильного устройства и через выходное отверстие 6 соединен с пустотелым валом. При вращении вала фильтрующей установки пористый керамический фильтр погружается в резервуар для вещества, которое необходимо отфильтровать. В результате отсоса через пустотелый вал происходит процесс фильтрации через плоские пористые пластины 1, 2. Фильтрат собирается в каналах 5 и выводится через сливное отверстие 6 в пустотелый вал.

На внешней поверхности пористых керамических пластин 1, 2 образуется твердый осадок (кек), который удаляется скребком, установленным на позиции входа пористого керамического фильтра в резервуар.

В результате многократного, циклического использования пористого керамического фильтра на внешней поверхности пористых, керамических пластин 1, 2 образуется тончайший слой кека, который не может быть удален скребком. Этот слой увеличивает гидравлическое сопротивление, что приводит к снижению производительности устройства.

В этом случае проводят периодическую регенерацию внешней поверхности пористых, керамических пластин 1, 2 путем обратной промывки регенерирующей жидкостью.

Через сливное отверстие 6 подают регенерирующую жидкость под избыточным давлением, в результате чего скорость струи регенерирующей жидкости достигает 200-300 ^м/_с.

Струя регенерирующей жидкости при выходе из сливного отверстия 6 сталкивается с вторичным дистанционным элементом 4, расположенным напротив и соосно с выходным отверстием. Струя при столкновении с этим вторичным дистанционным элементом дробится, как минимум, на два потока. Отраженные потоки сталкиваются с другими вторичными дистанционными элементами 4, а также частично с первичными дистанционными элементами 3, дробятся, теряют свою кинетическую энергию, что исключает возможность гидравлического удара, в особенности на пористые керамические пластины 1, 2.

При заполнении всего полого пространства создается статическое рабочее давление 1-1,2 бар регенерирующей жидкости. Регенерирующая жидкость через внутренние капилляры по действием давления доставляется к внешней поверхности пористых керамических пластин 1, 2 и отделяет кек с последующим удалением в резервуар.

На фиг.1 стрелками схематично показано движение регенерирующей жидкости в первоначальный момент входа струи в пустотелое пространство.

На фиг.2 стрелками схематично показано движение регенерирующей жидкости после заполнения полого пространства в условиях статического рабочего давления.

Сравнительные испытания предложенной конструкции показали, что она работает без разрушения при 4-5 кратном превышении рабочего давления в струе регенерирующей жидкости и при этом не происходит гидравлических ударов.

Таким образом, в предложенном устройстве достигается поставленный технический результат.

Изготовление конструкции реализуется на серийном производственном оборудовании путем изготовления пористых заготовок методом прессования с использованием обратных реплик и получения единого блока при спекании.

Изобретение предназначено для фильтрации. Для исключения гидравлических ударов при регенерации и, как следствие, увеличения надежности устройства в целом в пористом керамическом фильтре вторичные дистанционные элементы образуют сеть разветвленных каналов, причем, как минимум, один из вторичных дистанционных элементов расположен напротив и соосно со сливным отверстием, разделен с ним свободным пространством, а наименьший размер поперечного сечения вторичного дистанционного элемента не менее диаметра сливного отверстия. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Пористый керамический фильтр, содержащий плоские пластины, первичные и вторичные дистанционные элементы, образующие совместно с каналами и сливным отверстием единое полое пространство и соединенные в блок, отличающийся тем, что вторичные дистанционные элементы образуют сеть разветвленных каналов, причем, как минимум, один из вторичных дистанционных элементов расположен напротив и соосно со сливным отверстием, разделен с ним свободным пространством, а наименьший размер поперечного сечения вторичного дистанционного элемента не менее диаметра сливного отверстия.2. Пористый керамический фильтр по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение вторичного дистанционного элемента может иметь форму известных плоских геометрических фигур.