Способ разделения суспензии на N фракций по размерам частиц и устройство для его осуществления Российский патент 2023 года по МПК B01D33/04 

Изобретение относится к фильтрованию жидких сред через фильтровальную перегородку ленточных фильтров и может быть использовано в химической и пищевой промышленности для разделения суспензий, т.е. отделения твердых частиц из жидкой среды.

Наиболее близким к предлагаемому является способ обработки суспензий на ленточном камерном фильтре, подачу суспензии на фильтровальную ткань ленточного фильтра, фильтрование, отделение осадка от фильтрата [Авторское свидетельство СССР № 969291, заявл. 13.08. 1980, опубл. 30.10.1982].

Недостатком способа является разделение суспензии только на осадок и фильтрат и невозможность разделения суспензии на несколько фракций по размерам частиц.

В качестве прототипа устройства, для реализации предлагаемого способа выбран ленточный фильтр, содержащий раму и смонтированные на ней ведущий валок с приводом, натяжной и поддерживающие валки с пропущенными между ними бесконечными фильтровальными лентами, камеру подачи суспензии, камеру отвода фильтрата, узел съема осадка (а.с. СССР N 936964, кл. B 01 D 33/04, 1980).

Цель изобретения - разделение суспензии на N фракций по размерам частиц.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему подачу суспензии на фильтровальную ткань ленточного фильтра, фильтрование, разделение осадка и фильтрата, разделение осуществляют на N последовательно соединенных между собой ленточных фильтрах, причем пористость фильтровальной ткани уменьшается от первого фильтра к фильтру N, а фильтрат с фильтра i подается на фильтровальную ткань фильтра i+1, где i - номер фильтра от 1 до N.

Поставленная цель достигается и тем, что устройство для осуществления способа разделения суспензии на N фракций по размерам частиц, содержащее ленточный фильтр, содержащий раму и смонтированные на ней ведущий валок с приводом, натяжной и поддерживающие валки с пропущенными между ними бесконечными фильтровальными лентами, камеру подачи суспензии, камеру отвода фильтрата, узел съема осадка, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено N-1 фильтрами, которые соединены последовательно и камера отвода фильтрата предыдущего фильтра соединена с камерой подачи суспензии следующего фильтра, через насос, а пористость фильтровальной ленты уменьшается от первого фильтра к фильтру N, по периметрам камер подачи суспензии и камер отвода фильтрата, в зонах их контакта с фильтровальной лентой, установлены узлы уплотнения с приводами их вертикального перемещения, причем привод ведущего валка, насосы и приводы узлов уплотнений соединены с блоком управления.

Технический результат достигается благодаря разделению осадка и фильтрата на N последовательно соединенных между собой ленточных фильтрах, причем пористость фильтровальной ткани уменьшается от первого фильтра к фильтру N, а фильтрат с фильтра i подается на фильтровальную ткань фильтра i +1, где i - номер фильтра от 1 до N.

Реализация изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа, на фиг. 2, 3 и 4 результаты определения размеров частиц графита после фильтрования на 1, 2 и 3 фильтрах, соответственно.

Устройство (фиг..1) состоит из трех ленточных фильтров и блока управления. Каждый ленточный фильтр состоит из: ведущего валка 1 с приводом 2, бесконечной фильтровальной ленты 3, емкости для суспензии 4, насоса 5, камеры подачи и отвода суспензии 6, узлов уплотнения 7 с приводом 8, узла съема осадка 9, блока управления 10.

Способ реализуется циклически, следующим образом. На каждом цикле, суспензия заливается в емкость 4 и насосом 5 подается в камеру подачи и отвода суспензии 6. В это время привод 8 прижимает узел уплотнения 7 к фильтровальной ленте 3. Происходит процесс фильтрования. Интенсификация процесса осуществляется за счет избыточного давления над фильтровальной лентой, которое создается насосом 5. Пористость фильтровальной ленты (ткани) на первом фильтре равна m_У1. Осадок (частицы имеющие размер больше заданного D_макс1) остается на ленте 3, а фильтрат (суспензия с размером частиц менее D_макс1) подается в емкость суспензии узел 4 второго ленточного фильтра. Блок управления 10 подает команду на привод 8 и узел уплотнения 7 перемещается от фильтровальной ленты 3. После этого блок управления 10 подает команду на привод 2, лента начинает двигаться, и осадок, который образовался на ленте в процессе фильтрации узлом съема осадка 9, удаляется с ленты. После удаления осадка блок управления 10 подает команду на привод 8 и цикл фильтрации повторяется.

На втором ленточном фильтре пористость фильтровальной ленты (ткани) равна m_У2, которая меньше m_У1. Осадок (частицы имеющие размер больше заданного D_макс2) остается на ленте 3, а фильтрат (суспензия с размером частиц менее D_макс2) подается в емкость суспензии узел 4 третьего ленточного фильтра.

На третьем ленточном фильтре пористость фильтровальной ленты (ткани) равна m_У3, которая меньше m_У2. Осадок (частицы имеющие размер больше заданного D_макс3) остается на ленте 3, а фильтрат (суспензия с размером частиц менее D_макс3) используется в виде готового продукта.

Осадок с первого фильтра направляется на повторную эксфолиацию, для уменьшения размера частиц.

Частицы в осадке со второго фильтра имеют размеры меньше D_макс1. При разбавлении осадка водой образуется суспензия, в которой размер частиц меньше D_макс1, но больше D_макс2 (фиг.2).

Частицы в осадке третьего фильтра имеют размеры меньше D_макс2. При разбавлении осадка водой образуется суспензия, в которой размер частиц меньше D_макс2, но больше D_макс3 (фиг.3).

Частицы в фильтрате с третьего фильтра имеют размеры менее D_макс3 (фиг.4).

На фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 показаны гистограммы распределения частиц, наночастиц графита (графена), полученного с помощью жидкофазной сдвиговой эксфолиации кристаллического графита (патент РФ «Способ получения графеносодержащих суспензий эксфолиацией графита и устройство для его реализации», Першин В.Ф. и др., 04.12.2020, Бюл. № 34) с помощью наносайзера NICOMP 3802LS. Данные суспензии получены из: осадка на втором фильтре (фиг. 2, т.е. частицы, которые прошли через первый фильтр); для суспензии, полученной из осадка на третьем фильтре (фиг. 3, т.е. частицы, которые прошли через второй фильтр); для суспензии, полученных после фильтрации на третьем фильтре (фиг. 4, т.е. частицы, которые прошли через третий фильтр). Из представленных диаграмм видно, что частицы в первой суспензии имеют средний размер менее 5000 нм (5 мкм), но более 2000 нм (2 мкм), частицы во второй суспензии имеют размер менее 2000 нм (2 мкм), но более 500 нм (0,5 мкм), частицы в третьей суспензии имеют размер менее 500 нм (0,5 мкм). Наличие трех пиков на представленных диаграммах можно объяснить тем, что графеновые наночастицы имеют три характерных размера: длина; ширина; толщина.

Таким образом, цель изобретения достигнута, т.е. с помощью предлагаемого способа и устройства исходная суспензия разделена на три фракции по размерам частиц.

Группа изобретений относится к фильтрованию жидких сред через фильтровальную перегородку ленточных фильтров и может быть использовано в химической и пищевой промышленности для разделения суспензий, т.е. отделения твердых частиц из жидкой среды. Способ разделения суспензии на N фракций по размерам частиц включает подачу суспензии на фильтровальную ткань ленточного фильтра, фильтрование, разделение осадка и фильтрата. Разделение осадка и фильтрата осуществляют на N последовательно соединенных между собой ленточных фильтрах. Пористость фильтровальной ткани уменьшается от первого фильтра к фильтру N, а фильтрат с фильтра i подается на фильтровальную ткань фильтра i+1, где i - номер фильтра от 1 до N. Также заявлено устройство для осуществления способа разделения суспензии на N фракций по размерам частиц, содержащее ленточный фильтр, содержащий раму и смонтированные на ней ведущий валок с приводом. Также устройство содержит натяжной и поддерживающие валки с пропущенными между ними бесконечными фильтровальными лентами, камеру подачи суспензии, камеру отвода фильтрата, узел съема осадка. Устройство дополнительно снабжено N-1 фильтрами, которые соединены последовательно, и камера отвода фильтрата предыдущего фильтра соединена с камерой подачи суспензии следующего фильтра через насос. По периметрам камер подачи суспензии и камер отвода фильтрата, в зонах их контакта с фильтровальной лентой, установлены узлы уплотнения с приводами их вертикального перемещения. Привод ведущего валка, насосы и приводы узлов уплотнений соединены с блоком управления. Группа изобретений обеспечивает разделение суспензии на N фракций по размерам частиц. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ разделения суспензии на N фракций по размерам частиц, включающий подачу суспензии на фильтровальную ткань ленточного фильтра, фильтрование, разделение осадка и фильтрата, отличающийся тем, что разделение осадка и фильтрата осуществляют на N последовательно соединенных между собой ленточных фильтрах, причем пористость фильтровальной ткани уменьшается от первого фильтра к фильтру N, а фильтрат с фильтра i подается на фильтровальную ткань фильтра i +1, где i – номер фильтра от 1 до N.

2. Устройство для осуществления способа разделения суспензии на N фракций по размерам частиц по п. 1, содержащее ленточный фильтр, содержащий раму и смонтированные на ней ведущий валок с приводом, натяжной и поддерживающие валки с пропущенными между ними бесконечными фильтровальными лентами, камеру подачи суспензии, камеру отвода фильтрата, узел съема осадка, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено N-1 фильтрами, которые соединены последовательно, и камера отвода фильтрата предыдущего фильтра соединена с камерой подачи суспензии следующего фильтра через насос, а пористость фильтровальной ленты уменьшается от первого фильтра к фильтру N, по периметрам камер подачи суспензии и камер отвода фильтрата, в зонах их контакта с фильтровальной лентой, установлены узлы уплотнения с приводами их вертикального перемещения, причем привод ведущего валка, насосы и приводы узлов уплотнений соединены с блоком управления.