Фильтр для очистки жидкости Советский патент 1989 года по МПК B01D23/10 B01J47/02 

1

Изобретение относится к конструкциям аппаратов, посредством которых производится очистка жидкостей от механических и растворенных примесей, и может быть использовано для очистки вод атомных и тепловых электростанций , в химической и других отраслях промышленности.

Известен фильтр, содержащий корпус и соосно установленное в нем дренажное устройство (устройство для сбора обработанной жидкости), выполненное в виде вертикальной перфорированной трубы. На внутренней стенке корпуса размещены распределительные элементы (распределительное устройство) , причем пространство между этими

элементами и дренажным устройством

заполнено зернистым фильтрующим материалом.

При работе исходная жидкость подается в распределительные элементы фильтра и, пройдя в радиальном направлении от периферии к оси фильтра сквозь слой фильтрующего зернистого материала, через дренажное устройство выводится из аппарата. При движении жидкости в фильтрующем слое скорость потока постепенно увеличивается, при этом ее значение изменяется от минимального у стенки аппарата до максимального у поверхности дренажного устройства, причем за рабочую (или расчетную) скорость принимается ее значение в средней части слоя. Вследствие подобной организации движения из-за малой (меньше расчетной) начальной скорости движения процесс очистки, например, от механических включений проводится в условиях двух мерного (поверхностного) фильтрования, при котором примеси не проникают вглубь слоя, а задерживаются тонким лобовым слоем фильтрующего материала. В результате этого его гидравлическое сопротивление быстро возрастает вплоть до критического, что вызывает необходимость отключения аппарата для регенерации, хотя грязеемкость (рабочая емкость) фильтрующего материала исчерпана далеко не полностью. Снижение же рабочей ем кости приводит к уменьшению продолжи тельности фильтроцикла, снижению про изводительности и увеличению эксплуа тационных затрат. Известен фильтр, содержащий цилиндрический корпус с размещенным на его внутренней стенке дренажным устройством. Коаксиально корпусу установлено распределительное устройство выполненное в виде трубчатой жалюзий ной перегородки. Поскольку в данном случае движение жидкости организован о от оси фильтра к периферии, этот фильтр лишен недостатков предыдущей конструкции, обусловленных перемещеиием жидкости от периферии к оси. Однако и здесь вследствие того, что слой зернистого фильтрующего материа ла сверху не поджат и имеет возможность для перемещений, рабочая емкость используется не полностью. Наиболее близким к изобретению яв ляется радиальный фильтр, содержащий цилиндрический корпус с соосно установленным в нем распределительным устройством и размещенную на внутрен ней стенке корпуса дренажную ,систему (устройство для сбора обработанной жидкости). Распределительное уст ройство выполнено в виде центральной вертикальной трубы с отверстиями, в которых расположены раздающие элемен ты, представляющие собой систему пер форированных трубок, отверстия которых перекрыты эластичными манжетами, В кольцевом пространстве, между распределительной трубой и дренажной системой размещен ионйт, который н верхне: части аппарата отсутствует. При работе фильтра в верхнюю часть распределительной трубы подается исходная жидкость, которая, распределившись по высоте и окружности распределительного устройства, поступает в слой фильтрующего материала и, пройдя сквозь него в радиаль- . ном направлении, через дренажную систему выводится из фильтра. При прохождении жидкости,по ряду причин, кроме радиальной (горизонтальной) составляющей скорости фильтрования, имеется также вертикальная составляющая, которая при неполном заполнении аппарата обусловливает расширение фильтрующего слоя и его перемешивание. В результате перемещения насыщенные частицы ионита, расположенные у распределительного устройства перемещаются к дренажной системе, и наоборот, в результате чего фронт сорбции размывается, движущая сила процесса снижается и происходит проскок примесей в осветленную жидкость. Проскок предопределяет досрочное отключение фильтра на регенерацию фильтрующего материала или его замену, хотя рабочая емкость материала еще не исчерпана. Подобное явление, как и в случаях с аналогами, приводит к уменьшению продолжительности фильтроцикла, снижению производительности и увеличению эксплуатационных затрат. Полное же заполнение корпуса аппарата фильтрующим материалом невозможно, так как при использовании, например, в качестве фильтрующего материала ионита в процессе обмена ионов происходит увеличение его объема, что при полном заполнении фильтра может вызвать разрыв его корпуса, т.е. привести к аварии и преждевременном выходу аппарата из строя. Свободный объем верхней части аппарата необходим и при механической очистке слоя, так как после забивания фильтрующего слоя механическими примесями и увеличения его сопротивления до максимально допустимого значения должна производиться регенерация фильтра, которая осуществляется путем подачи взрыхляющей воды в нижнюю часть аппарата. Поскольку для успешного .проведения этой операции и эффективного удале.ния дисперсных примесейнеобходимо значительное расширение фильтрующего слоя, станопится очевидной необходимость свободного объема в верхней части фильтра. Кроме того, неполное использование рабочей емкости слоя фильтрующего материала в данном фильтре опреде ляется еще и неравномерным распределением очищаемой жидкости по высоте аппарата, при этом в верхнюю часть фильтрующего слоя поступает большее количество жидкости, чем в нижнюю. Это объясняется повышенным сопротивлением нижней части фильтрующего слоя за счет сжатия его вышележащими слоями иобразования более плотной упаковки зерен фильтрующего материала. К недостаткам этого фильтра еледует отнести и невозможность использования свободной (горизонтальной) поверхности слоя для очистки жидкости, что-снижает его производительность. В данном случае наблюдается техни ческое противоречие. С одной стороны для обеспечения надежной работы фильтра и предотвращения разрыва его корпуса необходимо наличие свободного объема в аппарате. С другой сторо ны, его наличие приводит к возникновению вредного явления продольного и радиального перемешивания зернистого фильтр ующего материала, в результате чего падает производительность и эффективность работы фильтра, увеличиваются затратына его эксплуатацию. Увеличение затрат вызвано увеличением колич.ества фильтрующего материала при его более частых заменах, либо чрезмерными расходами химреагентов при регенерациях фильтрующего материала.. Цель изобретения - увеличение про изводительности и снижение 3KcnnyaTk ционных затрат. Цель достигается тем, что фильтр для очистки жидкости снабжен дополни тельным распределительным средством, выполненным в виде горизонтальных перфорированных труб, присоединенных к верхней части центральной трубы и дополнительным слоем ионита, размещенным на основном слое над дренажным средством и отверстиями в центральной трубе. Кроме того, высота лополнительпбго слоя ионита равна толшине осяовкого слоя в радиальном направлепиу. Последнее обеспечивает гияр.оди11амический прижим основного слоя без ухудшения качества фильтрата. На чертеже представлен продольнъ й разрез фильтра. Фильтр содержит цилиндрический корпус 1 с соосйо установленным в нем основным распределительным устройством, выполненным-, например, в виде вертикальной трубы 2 с расположенными на ее боковой поверхности распределительными отверстиями 3. В верхней части трубы 2 имеются отверс-. тия 4, к которым.примыкают -элементы дополнительного распределительного устройства 5. На периферии фильтра у его внутренней стенки расположено устройство, для сбора обработанной жидкости (дренажное устройство) 6, высотia которого выбрана таким образом, чтобы его верхняя кромка была выше уровня расположения верхнего ряда отверстия 3. В кольцевом пространстве между вертикальной трубой 2 и дренажным устройством 6 размещен основной слой 7 зернистого фильтрующего материала, вьппе которого под дополнительным распределительным устройством 5 -находится дополнительный слой 8 зернистого фильтрующего .-материала, причем размеры h обоих слоев равны. Кроме этого, на корпусе 1 вы- . полнены патрубки 9 и 10, предназначенные, соЬтветственно, для ввода исходной и вывода обработанной жидКости. При работе фильтра обрабатываемая жидкость через патрубок 9 вводится в трубу 2, где она разделяется на два потока. Один из них через отверстия 3 основного распределительного устройства поступает в основной слой 7 и проходит сквозь него в радиальном . направлении, а другой, поступающий из дополнительного распределительного устройства 5, фильтруется через дополнительный слой 8 в. направлении сверху вниз.. Очищенная жидкость поступает в дренажное устройство 6, откуда она через патрубок 10 выводится из фильтра, при этом основной поток собирается в нижней части дренажного устройства, расположенной ниже уровня верхнего ряда распределительных

отверстий 3, а дополнительный - верхней.

Проходящая через основной слой 7 жидкость оказывает на него возмущающее воздействие, которое стремится сдвинуть частицы зернистого фильтрующего материала, поднять их и, в конечном итоге, перемещать весь слой. Для ликвидации этого явления в верхнюю часть фильтра через распределительное устройство 5 подается дополнительньй поток жидкости, который, проходя через дополнительньй слой зернистого фильтрующего материала, оказывает на него гидродинамическое давление, передающееся и на основной слой 7. Под воздействием гидродинамического прижима слой 7 зажимается между стенками фильтра и дополнительным слоем 8, из-за чего исключается возможность для каких-либо перемещений в нем. Поскольку этот поток является потоком исходной (т.е. подлежащей очистке) жидкости, то для обеспечения необходимого качества фильтрата высота дополнительного слоя 8 принята равной толщине основного слоя 7

Организация дополнительного потока позволяет также устранить неравномерность распределения жидкости по высоте фильтра, обусловленную более плотной упаковой нижних слоев за гравитационного воздействия на них верхних.

Величина давления, передаваемого на нижние слои верхним, изменяется по высоте основногоСЛОЯ от О до 0,3-0,4 ати, т.е. при отсутствии дополнительного прижима величина давле

кия в нижней части слоя в несколько раз превышает его значение в верхней части. Естественно, столь большая разница давлений сказывается и на упаковке зерен слоя, в результате чего сопротивления его верхней и нижней частей существенно отличаются. При введении дополнительного потока, создающего гидродинамическое давление на слой порядка 2-3 ати, эта разница нивелируется, и давление по высоте основного слоя изменяется от 3 ати до 3,3-3,4 ати. Очевидно, что такая разница давлений уже не способна вызвать заметных различий в структуре основного слоя, следовательно-, и фактор его уплотнения не будет играть существенной роли при распределении основного потока жидкости.

Использование предложенного фильтра обеспечивает повышение производительности за счет увеличения продолжительности фильтроцикла и, следовательно, уменьшения времени на проведение непроизводительных, с точки зрения обработки жидкости, операций (загрузка, выгрузка, взрыхление, регенерация), а также за счет использования свободной поперечной поверхности фильтрующего слоя; снижение эксплуатационных затрат за счет уменьшения затрат на фильтрующий материал и утилизацию отходов; сшшение капитальных затрат за счет увеличения производительности и снижения потребного количества оборудования и необходимых для его размещения строительных сооружений.

1. ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ, содержащий вертикальный цилиндрический.корпус, распределительное средст во в виде центральной трубы с отверстиями, дренажное средство, установленное на расстоянии от внутренней поверхности корпуса, и слой ионита, расположенный между распределительным и дренажным средствами, о т л ичающий,ся тем, что, с целью увеличения производительности и снижения эксплуатационных затрат, он снабжен дополнительным распределительным средством, выполненным в виде горизонтальных перфорирова1шых труб, присоединенных к верхней части центральной трубы, и дополнительным слоем ионита, размещенным на основном слое над дренажным средством и отверстиями в центральной трубе. 2. Фильтр поп.1,отличаю е щ и и с я тем, что высота дополни(Л тельного слоя ионита равна толщине основного слоя в радиальном направлении.