Фильтр для очистки жидкости Советский патент 1982 года по МПК B01D23/26 

I

Изобретение относится к конструкции фильтров, посредством которых осуществляется очистка растворов как от механических загрязнений, так и от растворенных примесей, и может быть использовано для очистки вод тепловых и атомных электростанций, а также в химической, металлургической и других отраслях промышленности.

Известен фильтр для очистки воды, содержащий вертикальный корпус с аксиально размещенными в нем фильтрующими элементами (патронами), которые закреплены на установленной в корпусе поперечной перегородке. Очистка жидкости в данном фильтре осуществляется с помощью вспомогательного фильтрующего слоя из частиц .тонкодисперсного ионообменного материала, намываемого на патроне. Фильтр обладает большой поверхностью фильтрования, а следовательно, большой производительности LIJ .

Однако этот фильтр характеризуется трудностью нанесения равномерного намывного слоя ионообменных, особенно разнозаряженных, частиц на поверхности патронов. Вследствие неравномерного намыва рабочая обменная емкость фильтрующего материала снижается, возникает необходимость в частых заменах его. Это приводит к увеличению непроизводительного времени на выгрузку отработанного и намыв свежего слоя фильтрующего материала. В результате снижается производительность фильтра и увеличиваются эксплуатационные затраты.

Известен фильтр, содержащий вертикальный корпус с размещенными в нем двумя поперечными перегородками, пространство между которыми заполнено фильтрующим материалом. В верхней перегородке закреплены патроны для подачи суспензии, заглубленные в слой фильтрующего материала. Очищаемая жидкость через патроны подается

39

в фильтрующий слой, проходит через него сверху вниз и через дренажное устройство, выполненное в нижней перегородке, выводится из аппарата 2

В данном фильтре очистка производится на стационарном слое фильтрующего материала, .однако, поскольку дренажное устройство размещено на поперечной корпусу перегородке, площадь фильтрования, а следовательно, и достигаемая производительность определяются площадью поперечного

сечения фильтра и поэтому невелики.

I

Наиболее близким к изобретению является фильтр для очистки жидкости содержащий вертикальный корпус с размещенными в слое фильтрующего материала вертикально перфорированHbiMn патронами для подвода суспензии и патронами для отвода фильтрата, причем каждая группа патронов закреплена 8 корпусе на отдельном коллекторе. Патроны полностью погружены в слой фильтрующего ионообменного материала. Этот фильтр сочетает в себе большую площадь фильтрования и стационарный слой фильтрующего материала, т.е. площадь фильтрования в нем определяется площадью патронов для отвода фильтрата, которых можно поставить достаточно много и осуществлять через них высокопроизводительное фильтрование на тонки/ч, как в намывном фильтре, слоях фильтрующего материала, т.е. нет необходимости в создании намывного слоя

Недостатком известного фильтра является то, что при прохождении жидкости в радиальном направлении сквозь фильтрующий материал, кроме радиальной (горизонтальной) составляющей скорости фильтрования, имеется также вертикальная составляющая, которая при неполном заполнении аппарата фильтрующим материалом обусловливает расширение фильтрующего слоя и его перемешивание. В результате перемешивания насыщенные частицы ионита, расположенные у подводящих патронов, перемещаются к патронам для отвода фильтрата и наоборот, в результате чего фронт сорбции размывается, движущая сила процесса снижается, происходит проскок растворенных примесей в фильтрат. Наличие проскока предопределяет досрочное отключение фильтра на регенерацию фильтрующего материала или

2124

его замену, хотя обменная способность материала еще далеко не исчерпана. Это снижает производительность фильтра и приводит к увеличению 5 эксплуатационных затрат на химреагенты и иониты. Полное же заполнение корпуса фильтра ионитом невозможно, так как при обмене ионов, т.е. при переводе ионита из одной формы в

0 другую происходит естественный процесс увеличения объема фильтрующего материала. Поэтому при полном заполнении аппарата происходит разрыв корпуса аппарата вследствие огромной величины сил набухания ионитов.

В данном фильтре для обеспечения его надежной работы и недопущения разрыва его корпуса необходимо наличие свободного объема в аппарате,

а поскольку свободный объем при набухании ионита заполняется постепенно, его наличие приводит к возникновению вредного явления продольного и радиального перемешивания, в

5 результате чего падает производительность и эффективность работы фильтра, увеличиваются затраты на его эксплуатацию.

Целью изобретения- является повышение производительности путем увеличения рабочей обменной способности фильтрующего материала.

Поставленная цель достигается тем, что в фильтре для очистки жидкости,

5 содержащем цилиндрический корпус с слоем ионообменного фильтрующего материала и установленные в слое вертикально перфорированные патроны для подачи суспензии и отвода фильтрата, верхние части патронов для отвода фильтрата снабжены водонепроницаемыми втулками, нижние кромки которых расположены ниже поверхности слоя ионообменного материала.

5 ,,

Кроме того, расстояние между нижней кромкой втулок и поверхностью слоя ионообменного материала равно или больше расстояния между соседними патронами для подачи суспензии и отвода фильтрата.

На фиг. 1 представлен фильтр, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез.

Фильтр состоит из вертикального корпуса 1 с размещенными в слое

ионообменного фильтрующего материала 2 вертикально перфорированными патронами 3 для подвода суспензии

и перфорированными патронами Ц для отвода фильтрата. Патроны 4 закреплены верхним концом в корпусе 1, в данном случае в верхней поперечной перегородке 5, а патроны 3 нижним концом закреплены в нижней поперечной перегородке 6. Перегородки 5 и 6 разделяют корпус 1 на три камеры: верхнюю камеру 7 для отвода фильтрата, нижнюю 8 для исходной суспензии и среднюю 9 рабочую камеру, в которой размещены фильтрующий материал 2 и патроны 3 и , причем последние установлены с определенным зазором (f между собЪй.

Патроны 3 по всей своей высоте перфорированы, а верхние концы перфорированных патронов выполнены непроницаемыми для жидкости или снабжены втулками 10. Нижняя перегородка 6 выполнена в виде решетки 11 и решетки 12, соединенных между собой обечайкой 13 и втулками Н, причем последние служат для установки и закрепления на них патронов 3 для подвода суспензии. На решетке 12, кроме того, выполнены отверстия 15, в которых установлены распределительные устройства 16. Размеры отверстий в патронах 3 и 4 и распределительных устройствах 16 таковы, что предотвращают унос фильтрующего материала из корпуса 1 фильтра. В корпусе 1 выполнены патрубок 17 для ввода суспензии в аппарат, патрубок 18 для вывода фильтрата, патрубок 19, предназначенный для загрузки и патрубок 20 для выгрузки фильтрующего материала, патрубок 21 для сдувки и проведения шоковой регенерации (отмывки) патронов 4. Кроме того, в обечайке 13 выполнен патрубок 22 для подвода сжатого газа при пневмогидровыгрузке фильтрующего материала из фильтра.

Фильтр работает следующим образом.

Перед включением в работу фильтр заполняется ионообменным материалом Учитывая особенность последнего изменять свой объем при переходе из одной ионной формы в другую, между уровнем ионита и перегородкой 5 создается гарантированное свободное пространство, которое обеспечивает возможность увеличения объема фильтрующего материала без нарушения це лостности фильтра. Кроме того, свободный объем должен быть минимально

необходимым, чтобы необоснованно не увеличивать габариты фильтра.

Фильтрующий материал загружается в фильтр через патрубок 19 при закрытых патрубках 17, 20 и 21. Ионообменный материал загружается в виде водной пульпы. При поступлении пульпы в камеру 9 материал отделяется от воды, которая вместе с воздухом через отверстия в патронах k

выводится из фильтра, а ионит заполняет пространство между патронами 3 и А. По мере заполнения камеры 9 уровень ионита поднимается и достигает границы раздела непроницаемой и проницаемой частей патронов k. При дальнейшем поднятии уровня воздух, оставшийся над слоем фильтрующего материала, начинает сжиматься

и тем сильнее, чем выше поднимается уровень. Наступает момент, когда давление поступающей пульпы и давление воздушной подушки вьфавниваются. В этот момент из-за отсутствия движущей силы загрузка автоматически прекращается, после чего патрубок 19 закрывается. В последующем образовавшаяся воздушная подушка растворится в поступающей на обработку жидкости и свободный от ионита объем заполнится последней.

После загрузки фильтр включается в работу. При этом обрабатываемая жидкость через патрубок 17 и патроны 3 поступает в рабочую камеру ЭПройдя в радиальном направлении от патронов 3 к ближайшим патронам 4 через слой фильтрующего материала , 2, жидкость очищается от механических загрязнений и растворенных

примесей. Отделившись на отверстиях патронов k от частиц ионообменного фильтрующего материала 2, фильтрат через камеру 7 и патрубок 18 выводится из аппарата.

Для предотвращения вредного явления продольного, радиального перемешивания ионообменного фильтрующего материала, вызванного наличием свободного от ионита объема, патроны 3 для подвода суспензии выполнены на всю высоту рабочей камеры 9 и по всей своей протяженности перфорированы, а граница раздела проницаемой и непроницаемой частей патронов 4 заглублена в слой фильтрующего материала 2. Поскольку верхняя часть патронов 3 расположена выше

7

границы раздела непроницаемой и проницаемой частей патронов k, жидкость, выходящая из отверстий патронов 3 имеет исходящее направление движения. Вследствие организации потока жидкости с нисходящим направлением осуществляется гидродинамический поджим слоя фильтрующего материала, в результате чего предотвращается его расширение и перемешивание. Так как в процессе работы объем ионообменного материала увеличивается, то для гарантированного полного поджатия слоя патроны 3 выполнены на всю высоту камеры 9 и перфорированы на всей длине. Поэтом жидкость, поступающая в камеру 9 из участка патрона 3, выступающего над уровнем ионита, может пройти в радиальном направлении до непроницаемого участка или втулки 10 патронов 4, не контактируя с-фильтрующим материалом, а затем двигаться вниз вдоль непроницаемого участка до его границы с проницаемым участком, Экспериментально установлено, что величина заглубления границы раздела проницаемого и непроницаемого участков во избежание проскока растворенных примесей (ионов) должна быть как минимум равной величине зазоров 5 между соседними патронами 3 и i.

Выгрузку ионообменного фильтрующего материала осуществляют следующим образом.

Воздух через патрубок 22 поступает в полость нижней перегородки 6, образованную решетками П и 12 и обечайкой 13s через устройства 16 распределяется по сечению камеры 9 фильтра. При подаче воздуха патрубок 2.1 сдувки немного приоткрыт с таким расчетом, чтобы истечение воздуха происходило с одновременным образованием избыточного давления в корпусе 1 фильтра. Барботируя чере находящийся в жидкости слой фильтрующего мгзтериала, воздух взвешивает частицы последнего, и под действием давления образовавшаяся пульпа через патрубок 19 выводится из фильтра.

Установленные в решетке 12 распределительные устройства 16 равномерно

28

распределяют воздух по всему поперечному сечению фильтра, в результате чего производится быстрая выгрузка при минимальных затратах воды. Кроме того, равномерное распределение воздуха облегчает выгрузку,материала из относительно небольших полостей (зазоры (f ) между патронами.

Изобретение позволяет по сравнению с известным достичь повышения производительности, .снижения эксплуатационных затрат за счет уменьшения количества фильтрующего материала и химреагентов. Экономический

эффект от внедрения предлагаемого изобретения, исходя из экономии на стоимости ионообменных фильтрующих материалов, 20500 руб.

Формула изобретения

1.Фильтр для очистки жидкости, содержащий цилиндрический корпус с

слоем ионообменного фильтрующего

материала и установленные в слое вертикально перфорированные патроны для подачи суспензии и отвода фильтрата, отличающийся тем,

что, с целью повышения производительности путем увеличения рабочей обменной способности фильтрующего материала, верхние части патронов для отвода фильтрата снабжены водонепроницаемыми втулками, нижние кромки

которых расположены ниже поверхности

слоя ионообменного материала.

2.Фильтр по п. 1, о т л и ч аю щ.и и с я тем, что расстояние

между нижней кромкой втулок и поверхностью слоя ионообменного фильтрующего материала равно или больше расстояния между соседними патронами для подачи суспензии и отвода фильт-

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3715033, кл. 210193, 19732, Патент Великобритании №1 30208р, кл. в I D, 1968.

3.Патент Франции W , кл. ВО D 23/00, 1971.