СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО СЛОЯ Советский патент 1994 года по МПК B01D37/02 

Изобретение относится к способам предварительного нанесения слоя фильтрующей среды (фильтрующего материала) на поверхность намывных фильтров, посредством которых осуществляется очистка растворов от различных загрязнений, и может быть использовано при очистке вод тепловых и атомных электростанций, а также в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен способ нанесения дополнительного фильтрующего слоя на поверхность фильтрующего элемента, включа- ющий подачу потока водной суспензии на роликообразный фильтрующий материал на его наружную поверхность и отвод жидкой фазы.

Недостатком данного способа является следующее. Как показала практика, равномерный (т.е. одинаковый по толщине слой по всей высоте фильтра) намыв по данному способу достигается для относительно коротких фильтров длиной около 1 м. Однако в последние годы большое внимание уделяется созданию аппаратов большой единичной производительности, применение которых позволит снизить капитальные затраты. Одним из решений повышения производительности в фильтровании является создание длинномерных фильтров (длина фильтрующей поверхности ≈2 м).

При намыве суспензии вспомогательного фильтрующего материала на длинномерные фильтры фильтрующий слой получается неодинаковой толщины, причем в нижней части фильтра толщина слоя наибольшая, а в верхней - наименьшая, т. е. слой принимает форму "груши". Подобная неравномерность объясняется следующим.

Как известно, для подъема частиц в потоке жидкость необходимо, чтобы скорость потока была равной или больше скорости уноса частиц. При поступлении жидкости в корпус фильтра она распределяется по высоте фильтрующей поверхности, поэтому ее линейная скорость в нижней части фильтра больше, чем в верхней. В результате этого, по мере падения скорости все меньшее и меньшее число частиц фильтрующего материала имеет возможность подняться.

Неравномерный намыв приводит, во-первых, к увеличению количества используемого фильтрующего материала и, следовательно, к увеличению отходов. Действительно, при проведении операции фильтрования очищаемая жидкость поступает в корпус фильтра и, очистившись от загрязнений на слое фильтрующего материала, покидает фильтр.

Частицы загрязнений оседают на поверхности слоя и по мере дальнейшей фильтрации начинают перемещаться в его глубину. Конец цикла фильтрации, если не считать ограничений по росту перепада давления, будет определяться предельным насыщением слоя, то есть моментом, когда фронт фильтрации (фронт сорбции) достигает внутренней поверхности слоя и начнется смыв загрязнений и вынос их в фильтрат. По окончании фильтроцикла фильтр отключается от работы, производится регенерация фильтрующей поверхности с выводом отработанного фильтрующего материала из аппарата, после чего производится новый намыв и т.д.

Как видно из вышеописанного, время фильтроцикла зависит от толщины фильтрующего слоя, причем при неравномерном слое определяющим и лимитирующим это время будет участок слоя наименьшей толщины, так как именно здесь начнется первый смыв (проскок) загрязнений в фильтрат. Следовательно, при неравномерной толщине слоя сокращается время фильтроцикла, хотя общее количество фильтрующего материала, находящегося на фильтре, позволило бы при равномерном намыве иметь большую продолжительность фильтроцикла. Очевидно, что чем короче фильтроциклы, тем их за определенный промежуток времени должно быть больше. Это приведет к большому расходу фильтрующего материала, больше будет отходов. Последний минус тем значительней, чем дороже и сложнее дальнейшая переработка отработавших материалов.

Кроме того, чем больше фильтроциклов, тем больше времени тратится на непроизводительные (в смысле обработки исходного раствора) операции намыва и регенерации, следовательно, снижается производительность.

В принципе, неравномерность слоя, вызванную описанной выше причиной, можно было бы избежать, создав в корпусе фильтра концентрацию фильтрующего материала, отвечающую условию режима cтеcнен- ного подъема частиц, то есть не менее 5%. При стесненном режиме в результате взаимодействия частиц скорость уноса, необходимая для поднятия частиц, значительно меньше скорости уноса в свободном режиме, поэтому большее, нежели при свободном режиме, количество частиц поднимается к верху и фильтрующий слой получается равномерным по толщине. Уменьшение скорости уноса в стесненном режиме объясняется взаимным влиянием пограничных слоев, окружающих отдельные твердые частицы, увеличивающимся коэффициентом сопротивления, а также увеличением вязкости суспензии. Однако создание подобной концентрации при применении известного способа невозможно, поскольку в транспортирующем суспензию трубопроводе, имеющем площадь поперечного сечения значительно меньшую площади сечения корпуса фильтра, концентрация фильтрующего материала будет настолько велика, что суспензия становится нетранспортабельной.

Как видно, в данном случае наблюдается противоречие. С одной стороны, для обеспечения равномерности толщины слоя фильтрующего материала на длинномерные фильтры необходимо создать высокую концентрацию твердых частиц в корпусе фильтра. С другой стороны, поскольку создается очень высокая концентрация материала в транспортирующем трубопроводе, становится невозможной его транспортировка из бака в фильтр, т.е. становится невозможным само нанесение слоя фильтрующей среды на поверхность фильтра. Как уже говорилось, неравномерность намыва приводит к снижению производительности и увеличению эксплуатационных затрат. Увеличение затрат на эксплуатацию вызвано увеличением необходимого количества фильтрующего материала и увеличением объема отходов, подлежащих дальнейшей переработке (захоронению).

Целью изобретения - получение равномерного фильтрующего слоя по высоте фильтрующего элемента, повышение производительности и сокращение получаемых при фильтровании отходов.

Указанная цель достигается тем, что в способе нанесения фильтрующего слоя на поверхность фильтрующего элемента, включающем подачу потока водной суспензии порошкообразного фильтрующего материала на его наружную поверхность и отвод жидкой фазы, нанесенный фильтрующий слой сбрасывают в корпус фильтра, а затем повторно наносят на поверхность фильтрующего элемента восходящим потоком отведенной жидкой фазы.

При осуществлении этого способа, приготовленную в баке суспензию фильтрующего материала подают в корпус длинномерного ( >1 м) фильтра, где твердые частицы отделяются от жидкости. Для качественного осветления суспензии схема намыва циркуляционная, т.е. бак исходной суспензии - фильтр - бак исходной суспензии. После полного осветления подача раствора в корпус фильтра прекращается и производится сброс намытого фильтрующего материала в нижнюю часть корпуса фильтра. Для сброса фильтрующего слоя с поверхности фильтра в зависимости от его прочности может использоваться энергия сжатого газа, обратная промывка, либо само отсутствие гидродинамического прижима слоя потоком раствора приведет к его осыпанию. После полного удаления слоя в фильтр из бака исходной суспензии вновь подается жидкость, при этом входящим потоком находящийся в нижней части корпуса фильтрующий материал взвешивается, поднимается вверх и вновь намывается на поверхность фильтра. Поскольку концен- трация твердых частиц в жидкости соответствует режиму стесненного подъема, частицы при значительно меньших скоростях потока поднимаются на всю высоту фильтра и равномерно оседают на нем. Поскольку не все частицы сразу осядут на поверхности фильтра, схема намыва сохраняется циркуляционная. По окончании нанесения фильтрующей среды намыв прекращается и фильтр выводится на режим фильтрования.

Перед проведением намыва в бак для приготовления суспензии объемом 0,6 м³ засыпали 1 кг (12,5 л) фильтроперлита. Для получения однородной суспензии содержимое бака в течение 5-10 мин тщательно перемешивали. После получения суспензии включали насос и суспензию пропускали через фильтр, причем скорость потока воды в корпусе фильтра поддерживалась 55 м/ч. По окончании намыва через 20-30 мин насос отключали, при этом фильтроперлит, задержавшийся на фильтрующей поверхности, ввиду отсутствия гидродинамического прижима осыпался и падал в нижнюю часть корпуса фильтра. После полного удаления слоя в корпус фильтра исходную суспензию из бака пропускали через фильтр с расходом, обеспечивающим скорость суспензии в корпусе фильтра 55 м/ч, при этом фильтроперлит намывался на фильтрующую поверхность. Поскольку объем корпуса фильтра составлял 100 л, объемная концентрация фильтроперлита в корпусе составляла 7%. При такой концентрации фильтрующего материала скорость уноса частиц уменьшалась в 3 раза, что давало возможность всем частицам равномерно распределиться по высоте фильтра и, следовательно, получить равномерную толщину слоя.

Наблюдения за слоем велись визуально, через смотровые окна, размещенные в корпусе фильтра по вcей его высоте. Наблюдения показали, что после первого намыва поверхность слоя была неровной и имела грушевидную форму, после второго намыва слой получался равномерным, одинаковой толщины по всей высоте фильтрующей поверхности.

Использование данного способа позволяет достичь следующих преимуществ:
увеличение продолжительности фильтроцикла и сокращение времени на непроизводительные операции намыва и регенерации;
повышение производительности фильтрования;
снижение эксплуатационных затрат за счет уменьшения количества исходного фильтрующего материала и сокращения отходов;
повышение эффективности и качества очистки жидкостей.

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО СЛОЯ на поверхность фильтрующего элемента, включающий подачу потока водной суспензии порошкообразного фильтрующего материала на его наружную поверхность и отвод жидкой фазы, отличающийся тем, что, с целью получения равномерного фильтрующего слоя по высоте фильтрующего элемента, повышения производительности и сокращения получаемых при фильтровании отходов, нанесенный фильтрующий слой сбрасывают в корпус фильтра, а затем повторно наносят на поверхность фильтрующего элемента восходящим потоком отведенной жидкой фазы.