НАПОРНЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2008 года по МПК B01D24/10 

Изобретение относится к напорным фильтрам с зернистой загрузкой, предназначенным для очистки жидкостей от растворенных веществ при помощи ионообмена и взвешенных веществ при помощи механической фильтрации, и может быть использовано в электроэнергетике, химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в коммунальном хозяйстве.

Известен гуммированный анионообменный противоточный фильтр [1], состоящий из вертикального цилиндрического корпуса с боковым лазом, верхнего и нижнего эллиптических днищ с центральными лазами, оснащенных колпачками верхнего и нижнего колпачковых днищ, между которыми помещен слой зернистой загрузки, например, в виде анионообменной смолы МР 64 и инертной смолы IN 42. Для снижения металлоемкости дренажно-распределительной системы фильтра верхнее и нижнее колпачковые днища подпираются трубчатыми опорами. Опоры расположены между верхним эллиптическим и верхним колпачковым днищем, нижним эллиптическим и нижним колпачковым днищем. Одним торцом опоры приварены к внутренней поверхности эллиптического днища, а другим - к колпачковому днищу. Такая конструкция фильтра имеет ряд недостатков. Во-первых, высокая себестоимость фильтра из-за сложности монтажа опор неразборной конструкции в относительно небольших междонных эллиптических полостях и высокой трудоемкости гуммирования внутренней поверхности этих полостей, усложненной наружными поверхностями опор. Во-вторых, ухудшение антикоррозионных свойств фильтра из-за интенсивной коррозии не имеющих антикоррозионного покрытия внутренних поверхностей опор и прилегающих к ним участков поверхностей эллиптических и колпачковых днищ ввиду плохой вентиляции внутренних полостей опор, особенно при большой разнице температур окружающего воздуха и фильтруемой жидкости. В-третьих, высокая металлоемкость колпачковых днищ и их опор из-за необходимости повышения прочности дренажно-распределительной системы путем увеличения толщины колпачковых днищ и применения дополнительных опор, вызванной неоптимальным расположением опор, которое зависит от расположения технологических отверстий в эллиптических днищах фильтра. Так, в данном случае невозможно разместить опоры в зоне, образуемой центральными лазами на эллиптических днищах, которая является эпицентром наибольших деформаций колпачковых днищ. В-четвертых, большая металлоемкость дренажно-распределительной системы фильтра в целом из-за того, что колпачковые днища со своими группами опор рассчитаны на максимальную нагрузку от напора зернистой загрузки, но работают при максимальной нагрузке не постоянно, а поочередно сменяя друг друга, т.к. нагружаются они независимо друг от друга, и нагрузка от напора зернистой загрузки не распределяется на оба колпачковых днища. Так, например, при восходящем потоке фильтрации обрабатываемой жидкости оказывается нагруженным верхнее колпачковое днище со своей группой опор и ненагруженным - нижнее, а при нисходящем потоке регенерационного раствора и отмывочной жидкости - наоборот, оказывается нагруженным нижнее колпачковое днище со своей группой опор и ненагруженным - верхнее. Следовательно, такой расход материала на колпачковые днища и их опоры оправдан лишь отчасти, то есть на отдельных технологических операциях.

Известен противоточный Na-катионитный фильтр ФИПр 1,5-0,6-Na [2], производимый на ОАО «Завод «Комсомолец» в г.Тамбове. Фильтр имеет корпус из углеродистой стали Ст3пс с внутренним антикоррозионным покрытием, верхнее и нижнее распределительные устройства, изготовленные из легированной стали 12Х18Н10Т. Корпус фильтра состоит из вертикальной разъемной цилиндрический части с верхним и нижним боковыми люками, верхнего и нижнего эллиптических днищ. Каждое распределительное устройство состоит из перфорированной стойки-рассекателя и оснащенного полимерными щелевыми колпачками дренажного днища. Между дренажными днищами помещен слой зернистой загрузки, например, в виде катионообменной смолы КУ2-8. Для снижения металлоемкости дренажных днищ, изготовленных из дорогой нержавеющей стали, каждое из них в центре подпирается стойкой-рассекателем, смонтированной в междонной эллиптической полости фильтра. С одного конца торец каждой из стоек приварен к дренажному днищу, а с другого - к эллиптическому днищу. Такая конструкция распределительной системы фильтра имеет ряд недостатков. Во-первых, фильтр имеет высокую себестоимость из-за неразборной конструкции центральных стоек, значительно усложняющих их монтаж и периодическое техническое обслуживание фильтра, и из-за высокой трудоемкости нанесения антикоррозионного покрытия на внутренние эллиптические поверхности корпуса фильтра в междонных полостях ввиду чрезвычайно плохого доступа к ним. Во-вторых, усиление дренажных днищ малоэффективно из-за того, что сосредоточено лишь в центре и не распределено по всей площади дренажных днищ, что компенсируется их большой металлоемкостью, а следовательно, может применяться на фильтрах с диаметром не более 1,5 м. Кроме того, эта конструкция усиления дренажного днища работает непроизводительно, т.к. при любом направлении потока фильтруемой жидкости нагрузку несет лишь одна стойка-рассекатель, а вторая остается ненагруженной.

Наиболее близким по технической сущности является принятый за прототип напорный фильтр для очистки жидкостей [3], состоящий из цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, дренажных днищ с дренажными колпачками и зернистой загрузки, помещенной между дренажными днищами, тяг, при помощи которых дренажные днища механически связаны друг с другом в направлении потока пропускаемой через фильтр жидкости. Каждая из тяг смонтирована в отверстиях дренажных днищ и состоит из прутков, рабочих гаек, шайб, соединительной муфты, контргаек и прокладок.

Недостатком фильтра такой конструкции является то, что в не полной мере используется запас прочности эллиптических днищ корпуса фильтра, т.к. они не несут нагрузки от давления зернистой загрузки, Следовательно, сохраняется большая металлоемкость фильтра из-за того, что дренажные днища имеют большую толщину для обеспечения необходимой прочности дренажно-распределительной системы фильтра.

Техническим результатом изобретения является снижение металлоемкости фильтра.

Технический результат достигается тем, что предложенный напорный фильтр для очистки жидкостей, состоящий из цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, дренажных днищ, механически связанных друг с другом при помощи тяг, и зернистой загрузки, помещенной между дренажными днищами с дренажными колпачками, дополнительно оснащен двумя центральными стойками, механически связывающими дренажные днища с эллиптическими днищами в направлении потока пропускаемой через фильтр жидкости. Каждая из стоек смонтирована на дренажном днище и на эллиптическом днище на фланце центрального входного или выходного отверстия фильтра и состоит из перфорированного стакана, компенсационной резьбовой втулки, фланцевой перфорированной гильзы.

Новизна предлагаемого устройства заключается в совместном использовании центральных стоек с тягами, в результате чего образуется единая механическая связь в направлении потока пропускаемой через фильтр жидкости между самими дренажными днищами распределительной системы и между этими днищами и эллиптическими днищами корпуса фильтра. Благодаря наличию этой связи достигается совершенно новый эффект: при любом направлении пропускаемой через фильтр жидкости нагрузка, приложенная к одному из дренажных днищ в виде давления зернистой загрузки, равномерно распределяется между всеми дренажными и эллиптическими днищами фильтра, т.е. часть нагрузки несет не только эллиптическое днище, смежное с дренажным днищем, на которое давит зернистая загрузка, но и второе эллиптическое днище корпуса фильтра. Таким образом, при работе фильтра по любой технологии все эллиптические днища корпуса и дренажные днища распределительной системы используются очень производительно в качестве элементов конструкции, несущих нагрузку от давления зернистой загрузки, т.к. они постоянно находятся в нагруженном состоянии во время всех технологических операций (при противоточной технологии при переходе от фильтрации к операциям регенерации и отмывки меняется на противоположное лишь направление нагрузки на эллиптические и дренажные днища). Это обстоятельство позволяет значительно уменьшить толщину дренажных днищ фильтра в результате снижения требования к их прочности, что приводит к снижению металлоемкости фильтра. Кроме того, для удобства монтажа центральных стоек и периодического технического обслуживания фильтра в междонных полостях центральные стойки сделаны разборными, что обеспечивается наличием в конструкции стоек перфорированного стакана, фланцевой перфорированной гильзы и компенсационной резьбовой втулки. Компенсационная втулка с правой и левой наружной резьбой необходима для исключения неопределенности базирования центральной стойки одновременно и на дренажном днище, и на фланце входного или выходного отверстия эллиптического днища корпуса фильтра.

На фиг.1 представлен продольный разрез фильтра; на фиг.2 - увеличенное изображение продольного разреза центральной стойки (узел I на фиг.1).

Фильтр состоит из цилиндрического корпуса 1, эллиптических днищ 2 и 3, верхнего 4 и нижнего 5 дренажных днищ, тяг 6, двух центральных стоек 7 и 8. Корпус 1 оснащен боковым люком 9, а эллиптические днища 2 и 3 - центральными люками 10 и 11 соответственно. Верхнее 4 и нижнее 5 дренажные днища выполнены перфорированными, неподвижно смонтированы в верхней и нижней частях корпуса 1, механически связаны с эллиптическими днищами 2 и 3 при помощи центральных стоек 7 и 8 соответственно и между собой - при помощи тяг 6. Каждая из центральных стоек 7 и 8 состоит из фланцевой перфорированной гильзы 12 с левой внутренней резьбой и перфорированного стакана 13 с правой внутренней резьбой, которые соединены между собой при помощи компенсационной втулки 14 с правой и левой наружной резьбой. К фланцам 15 выходного и входного отверстий люков 10 и 11 при помощи шпилек 16 с гайками прикреплены фланцевые гильзы 12 центральных стоек 7 и 8 и отводы 17 и 18 соответственно. Стаканы 13 центральных стоек 7 и 8 прикреплены к верхнему 4 и нижнему 5 дренажным днищам соответственно при помощи резьбовых концов 19 и гаек 20 центральной тяги 6, ось которой совпадает с осью фильтра. В одних отверстиях дренажных днищ 4 и 5 установлены дренажные колпачки 21, в других отверстиях, расположенных друг напротив друга, смонтированы тяги 6. Между дренажными днищами 4 и 5 помещена зернистая загрузка 22, например, ионообменная смола.

Все металлоемкие детали фильтра - корпус 1, эллиптические днища 2 и 3, дренажные днища 4 и 5, отводы 17 и 18, люки 9, 10 и 11 изготовлены из сравнительно дешевой углеродистой стали, например, Ст3пс, а их поверхности, контактирующие с агрессивной средой, защищены слоем антикоррозионного покрытия 23, например, гуммированы. Дренажные колпачки 21 изготовлены из коррозионно-стойкого материала, например, из пластмассы. Тяги 6 и центральные стойки 7 и 8 выполнены разборными для удобства монтажа и демонтажа перед техническим обслуживанием фильтра, заключающимся, например, в периодическом восстановлении антикоррозионного покрытия 23. Для того чтобы конструкция тяг 6 и стоек 7 и 8 была разборной, все их детали, кроме резиновых прокладок, изготовлены из коррозионно-стойкого материала, например, легированной стали.

После нанесения на внутренние поверхности фильтра антикоррозионного покрытия 23 в рабочей полости фильтра, расположенной между дренажными днищами 4 и 5, монтируются тяги 6, а в междонных эллиптических полостях - центральные стойки 7 и 8. При монтаже центральной тяги 6 ее резьбовые концы 19 крепятся к дренажным днищам 4 и 5 при помощи гаек 20 одновременно со стаканами 13 центральных стоек 7 и 8. Затем фланцевые гильзы 12 с предварительно ввинченными в них на одну нитку резьбы компенсационными втулками 14 вставляются во входное и выходное отверстия фильтра и одеваются на шпильки 16, предварительно ввинченные во фланцы 15. Каждая из центральных стоек 7 и 8 собирается следующим образом: при помощи инструмента через шлиц на торце компенсационной втулки 14 ей передается крутящий момент и она одновременно ввинчивается в стакан 13 и в гильзу 12 до тех пор, пока фланец гильзы 12 не прижмется с требуемым усилием к фланцу 15. Во время сборки шпильки 16 исполняют роль направляющих, предотвращая вращение гильзы 12 вместе с компенсационной втулкой 14 и позволяя гильзе 12 перемещаться лишь в осевом направлении относительно фланца 15.

Фильтр, например, по противоточной технологии ионного обмена с восходящим потоком фильтрации обрабатываемой жидкости работает следующим образом.

В процессе фильтрации обрабатываемая жидкость подается в фильтр из нижнего отвода 18, ее поток рассекается, проходя через отверстия перфорированного стакана 13 и перфорированной гильзы 12 центральной стойки 8, поступает в междонное пространство под нижним дренажным днищем 5 и при помощи дренажных колпачков 21 днища 5 равномерно распределяется по всей площади фильтрации в рабочей полости фильтра перед прохождением через слой зернистой загрузки 22. Потоком обрабатываемой жидкости зернистая загрузка 22 поднимается вверх, разгружая нижнее дренажное днище 5, и прижимается к верхнему дренажному днищу 4. При этом давление зернистой загрузки 22 на верхнее дренажное днище 4 равно падению давления обрабатываемой жидкости на слое зернистой загрузки 22. Под напором зернистой загрузки 22 верхнее дренажное днище 4 нагружается и начинает деформироваться в направлении потока обрабатываемой жидкости, вызывая смещение центральной стойки 7 и тяг 6 в том же направлении. В результате того, что через стакан 13, втулку 14 и фланцевую гильзу 12 стойки 7 дренажное днище 4 опирается на крышку люка 10 через фланец 15 выходного отверстия фильтра, часть нагрузки от дренажного днища 4 передается эллиптическому днищу 2. Другая часть нагрузки от нагруженного верхнего дренажного днища 4 через тяги 6 передается ненагруженному нижнему дренажному днищу 5. Нагружаясь, нижнее дренажное днище 5 передает часть нагрузки эллиптическому днищу 3 через стакан 13, втулку 14 и фланцевую гильзу 12 центральной стойки 8, через фланец 15 входного отверстия фильтра, крышку люка 11. Во время процесса фильтрации центральная стойка 7 работает на сжатие, а тяги 6 и центральная стойка 8 - на растяжение. После прохождения через дренажные колпачки 21 верхнего дренажного днища 4, а затем - через отверстия перфорированного стакана 13 и перфорированной гильзы 12 обработанная жидкость собирается внутри центральной стойки 7 и выводится из фильтра через верхний отвод 17. Когда зернистая загрузка 22 истощится, процесс фильтрации обрабатываемой жидкости заканчивается, и начинается регенерация с последующей отмывкой зернистой загрузки 22.

Регенерация и отмывка зернистой загрузки 22 осуществляются нисходящим потоком регенерационного раствора и промывочной жидкости соответственно. При этом регенерационный раствор подается в фильтр из верхнего отвода 17, его поток рассекается, проходя через отверстия перфорированного стакана 13 и перфорированной гильзы 12 центральной стойки 7, поступает в междонное пространство над верхним дренажным днищем 4 и при помощи дренажных колпачков 21 днища 4 равномерно распределяется по всей площади фильтрации перед прохождением через слой зернистой загрузки 22. Потоком регенерационного раствора зернистая загрузка 22 опускается вниз, разгружая верхнее дренажное днище 4, и прижимается к нижнему дренажному днищу 5. Под напором зернистой нагрузки 22 нижнее дренажное днище 5 нагружается и начинает деформироваться в направлении потока регенерационного раствора, вызывая смещение центральной стойки 8 и тяг 6 в том же направлении. В результате того, что через стойку 8 дренажное днище 5 опирается на крышку люка 11 через фланец 15 входного отверстия фильтра, часть нагрузки от дренажного днища 5 передается эллиптическому днищу 3. Другая часть нагрузки от нагруженного нижнего дренажного днища 5 через тяги 6 передается ненагруженному верхнему дренажному днищу 4. Нагружаясь, верхнее дренажное днище 4 передает часть нагрузки эллиптическому днищу 2 через центральную стойку 7, фланец 15 выходного отверстия фильтра, крышку люка 10. Во время процесса регенерации центральная стойка 8 работает на сжатие, а тяги 6 и центральная стойка 7 - на растяжение. После прохождения через дренажные колпачки 21 нижнего дренажного днища 5, а затем - через отверстия перфорированного стакана 13 и перфорированной гильзы 12 регенерационный раствор собирается внутри центральной стойки 8 и выводится из фильтра через нижний отвод 18. Регенерация заканчивается отмывкой зернистой загрузки 22 от остатков регенерационного раствора. Работа фильтра при отмывке аналогична работе его при регенерации, только вместо регенерационного раствора через фильтр пропускается промывочная жидкость. После окончания операции отмывки зернистой загрузки 22 начинается фильтрация обрабатываемой жидкости, и цикл работы фильтра повторяется.

Источники информации

1. Гуммированный анионообменный противоточный фильтр, производимый немецкой фирмой «WABAG Leipzig GmbH».

2. Водоподготовительное оборудование. Программа поставок 2001 г. Каталог продукции ОАО «Тамбовский завод «Комсомолец». Лист 5.4.

3. Патент РФ №2211722, МПК 7 - В01D 24/10, 24/28, опубл. 10.09.2003 г. в БИ №25 (прототип).

Изобретение относится к напорным фильтрам с зернистой загрузкой, предназначенным для очистки жидкостей от растворенных и взвешенных веществ, и может быть использовано в электроэнергетике, химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в коммунальном хозяйстве. Напорный фильтр состоит из цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, дренажных днищ, механически связанных друг с другом при помощи тяг, и зернистой загрузки, помещенной между дренажными днищами с дренажными колпачками. Дренажные днища дополнительно механически связаны с эллиптическими днищами в направлении потока пропускаемой через фильтр жидкости при помощи двух центральных стоек, каждая из которых смонтирована на дренажном днище и на эллиптическом днище на фланце центрального входного или выходного отверстия фильтра, выполнена в виде разборной конструкции и состоит из фланцевой перфорированной гильзы, перфорированного стакана, компенсационной втулки с правой и левой наружной резьбой. Технический результат: снижение металлоемкости фильтра. 2 ил.

Напорный фильтр для очистки жидкостей, состоящий из цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, дренажных днищ, механически связанных друг с другом при помощи тяг, и зернистой загрузки, помещенной между дренажными днищами с дренажными колпачками, отличающийся тем, что механически связанные дренажные днища дополнительно механически связаны с эллиптическими днищами в направлении потока пропускаемой через фильтр жидкости при помощи двух центральных стоек, каждая из которых смонтирована на дренажном днище и на эллиптическом днище на фланце центрального входного или выходного отверстия фильтра, выполнена в виде разборной конструкции и состоит из фланцевой перфорированной гильзы, перфорированного стакана, компенсационной втулки с правой и левой наружной резьбой.