ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2102127
АППАРАТ ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ
Имя изобретателя: Терпугов Г.В.; Мынин В.Н.; Комягин Е.А.
Имя патентообладателя: Терпугов Григорий Валентинович
Адрес для переписки:
Дата начала действия патента: 1995.11.10
Использование: средства фильтрации жидкостей. Сущность изобретения: аппарат
снабжен трубчатыми элементами, а также опорной трубой с отверстиями, центральной
трубой для отвода фильтрата, плитой с каналами, которые гидравлически сообщены между
собой и трубопроводами, позволяющими обеспечить возвратно-поступательное движение
жидкости. Очистка дренажных элементов при этом осуществляется твердыми частицами,
которые расположены между дренажными элементами. Аппараты могут монтироваться в
единую систему посредством соединения каналов отдельных плит. Это позволяет
эффективно производить очистку и фильтрацию жидкостей.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к средствам фильтрации жидкостей и может использоваться
в сельскохозяйственном производстве для обработки вина, растительного масла, а также
для очистки сточных вод птицефабрик или свинокомплексов, разделения и
концентрирования технологических растворов, очистки воды и т.д.
Известны установки фильтрационного и мембранного разделения, в которых для
создания необходимых гидродинамических и концентрационных условий в установке
используются схемы компоновки: с последовательным, параллельным или последовательно-параллельным
расположением аппаратов. Расчет таких систем сложен и тем не менее не обеспечивает
одинаковых условий разделения в каждом аппарате или элементе установки [1] Отметим, что
во всех известных схемах разделяемый раствор от аппарата (элемента) к аппарату и в
установке в целом движется в одном определенном направлении.
Для очистки фильтрующей поверхности используется обратная промывка фильтратом или
чистой жидкостью, очистка губчатыми шомполами (шарами). Однако такие схемы очистки
уменьшают время работы и производительность установки, а применение губчатых шомполов
(шаров) требует разборки установки и применимо только к трубчатым установкам с
внутренним фильтрующим слоем и достаточно большим диаметром трубки [1-3] Поэтому в
практике чаще интенсификацию таких процессов осуществляют путем повышения линейной
скорости над фильтрующей поверхностью, что приводит к увеличению энергетических
затрат или конструктивным изменениям, чтобы обеспечить необходимую турбулентность
разделяемой жидкости [4]
Известен аппарат, включающий корпус с гидролиниями подачи и/или отвода жидкости и
отвода фильтрата, соосно расположенные в корпусе трубчатые элементы с наружным
фильтрующим слоем, закрепленные в трубной решетке, а также осевую опорную трубу с
отверстиями, сообщенную с одной из гидролиний подачи и/или отвода жидкости, а выходы
трубчатых элементов сообщены с гидролинией отвода фильтрата [5]
Данное техническое решение наиболее близко к предлагаемому.
К недостаткам известного устройства можно отнести: невозможность очистки фильтрующей
поверхности, значительное гидравлическое сопротивление отдельного блока и аппарата в
целом, трудоемкость сборки, герметизация трубчатых фильтрующих элементов при большом
их количестве в аппарате резиновыми кольцами или манжетами не всегда надежна и требует
повышенной точности обработки сопрягаемых поверхностей.
Изобретение направлено на повышение эффективности применения аппарата для фильтрации
жидкостей за счет увеличения производительности, упрощения конструкции и более
высокой ее технологичности при сборке, очистки поверхности фильтрующих элементов и
улучшения гидравлических характеристик в аппарате.
Поиск, провиденный по патентной и научной литературе, показал, что заявленное
изобретение соответствует критерию "новизна.
Поскольку заявленное изобретение выполнено из известных узлов, то оно соответствует
критерию "промышленная применимость".
А так как в результате использования данного технического решения имеется новый
эффект, то заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательный уровень".
Сущность изобретения поясняется чертежами, где
Фиг. 1 изображена схема совместного
включения аппарата, на фиг. 2-15 аппарат
для фильтрации жидкости и его узлы.
Схема включения аппаратов в единый блок содержит насос 1, систему аппаратов 2 (не менее
одного), регулирующую 3 и запорную 4 арматуры, трубопроводы и каналы подачи и/или отдачи
жидкости 5, концентрата 6, отвода фильтрата 7, обратной продувки или промывки 8, которая
может обеспечить возврат концентрированного раствора к месту подачи в устройство
исходного раствора и возвратно-поступательное движение жидкости как во всем
устройстве, так и в его отдельных элементах, что показано на фиг. 1. Смена направления
движения разделяемой жидкости зависит от ее физико-химических свойств и колеблется в
пределах 0,5-120 мин.
В корпусе 9 аппарата 2 расположена осевая опорная труба 10, внутренняя полость которой
гидравлически сообщена с центральной полостью 11 корпуса 9 посредством выполненных в
стенке трубы 10 сквозных отверстий или прорезей 12, с другой стороны посредством осевого
отверстия 13 и перпендикулярного к нему горизонтального канала 14 в плите 15 опорная
труба 10 соединена с трубопроводом исходной жидкости 5 и/или отвода жидкости т.е.
концентрата 6. Отверстия или прорези 12 выполнены переменного сечения, причем
количество отверстий или прорезей 12 и их сечения уменьшаются от верхней части аппарата
к нижней.
В верхней части аппарата 2 под крышкой 16 выполнена полость 17, имеющая большее сечение,
чем центральная полость 11. В полости 17 закреплена крышка 16 и трубная решетка 18, между
которыми имеется полость фильтрата 19. Полость фильтрата 19 гидравлически сообщена с
одной стороны посредством центральной трубы 20 и горизонтального сквозного канала 21 в
плите 15 с трубопроводом отвода фильтрата 7, а с другой стороны с внутренней полостью
трубчатых элементов 22 с наружным фильтрующим слоем.
Для центровки, крепления и герметизации центральной трубы 20 в плите 15 выполнено осевое
отверстие 23, втулка центрирующая 24 с уплотнением 25, лапки 26 и соединительная втулка 27 с
уплотнением 28, обеспечивающая центровку центральной трубы 20 по оси опорной трубы 10. В
этом случае центральная труба 20 и опорная труба 10 жестко закреплены в трубной решетке 18
известным способом, например, сваркой. Также возможно жесткое крепление трубы 20 к
трубной решетке 18, а опорной трубы 10 в плите 15, или жесткое крепление опорной трубы 10 и
центральной трубы 20 в плите 15 с соответствующими уплотнениями 25,28,25а и 28а,
сваркой, резьбой, полукольцами 29 и втулкой 30, или другими известными способами. Кроме
того, крепление опорной трубы 10 и центральной трубы 20 может быть выполнено с помощью
уплотнений 25,28,25а и 28а и соответствующих проточек в плите 15 и трубной
решетке 18.
В нижней части аппарата 2 в корпусе 9 выполнена полость 31, имеющая большее сечение, чем
центральная полость 11, которая с помощью горизонтального канала 32 и периферийного
осевого отверстия 33 гидравлически сообщается с одной стороны с центральной полостью 11,
а с другой стороны с трубопроводом исходной жидкости 5 или концентрата 6.
Для соединения корпуса 9 аппарата с плитой 15 в последней имеется цилиндрический
патрубок 34. Герметизацию и соединение корпуса 9 и цилиндрического патрубка 34 между
собой обеспечивает уплотнение 35 и стопорное кольцо 36.
В полости 31 расположена кольцевая чашка 37, в которой закреплены нижние концы элементов
22 и дренажных элементов в виде, например, цилиндров внутреннего и внешнего 38 и 39.
Кольцевая чашка 37 имеет бортики различной высоты, причем внутренний бортик 40 имеет
большую высоту, чем наружный 41. Кольцевая чашка 37 не закреплена и может перемещаться
вдоль опорной трубы 10 (или ее части соединительной втулки 27).
Верхний конец дренажных элементов 38 и 39, опорная труба 10 и центральная труба 20 крепятся
и/или герметизируются в трубной решетке 18, в которой с этой целью выполнены
соответствующие проточки, углубления и отверстия 42. Для крепления верхних концов
элементов 22 в трубной решетке выполнены гнезда 43 и соосно с ними резьбовые отверстия 44,
обеспечивающие отклонение дефектного фильтрующего элемента 22 и гидравлическое
сообщение с полостью фильтрата 19.
В трубной решетке 18 и крышке 16 аппарата имеются прорези или резьбовые гнезда 45, которые
обеспечивают их извлечение из аппарата с помощью специального инструмента. Трубная
решетка 18 может быть снабжена бобышкой 46 с резьбой, осевым 47 и радиальными отверстиями
или прорезями 48, в этом случае крышка 16 имеет отверстие 49 и герметизирующие уплотнения
50,51 а герметизация трубной решетки 18 осуществляется разжимным кольцом 52 и уплотнением
53. Осевое 47 и радиальные отверстия или прорези 48 бобышки 46 обеспечивают гидравлическое
сообщение полости фильтрата 19 с полостью центральной трубы 20.
В корпусе аппарата 9 между фильтрующими элементами 22 загружены инертные частицы и/или
гранулы, например твердые неорганические или полимерные частицы 54, размер которых
меньше расстояния между элементами 22, а плотность близка или больше плотности
разделяемой жидкости, объем которых не превышает 60% свободного внутреннего объема
корпуса 9. Возвратно-поступательное движение жидкости обеспечивает движение твердых
частиц 54 и контакт их с внешней поверхностью элементов 22, которая является фильтрующей
поверхностью. Это позволяет интенсивно перемешивать разделяемую жидкость и очищать во
время работы устройства поверхность фильтрующих элементов 22, что повышает
производительность аппарата и установки в целом в 1,5-3 раза. Для загрузки твердых частиц
54 трубная решетка 18 или корпус аппарата 9 снабжены резьбовыми отверстиями 55 с заглушкой
56. Отверстия 57, 58 в плите 15 обеспечивает опорожнение аппарата 2 от жидкости. В аппарате 2
имеется система дренажных устройств (сеток, тканей и др.), которые обеспечивают
постоянство нахождения твердых частиц 54 внутри корпуса аппарата 9 между элементами 22.
Они выполнены или в виде внутреннего 38 и внешнего 39 цилиндров, ограничивающих
фильтрующие элементы 22, или в виде внутреннего 38 цилиндра и кольцевого 59 дренажного
устройства с ограничителем 60, расположенного в нижней полости 31 аппарата между
кольцевой чашкой 37 и цилиндрическим патрубком 34 плиты, или в виде внутреннего 38
цилиндрического и дренажного устройства 61,62, закрепленных в плите 15, причем внутреннее
цилиндрическое дренажное устройство 38 крепится в опорной трубе 10 или в кольцевой чашке
37.
Соединение аппаратов 2 между собой осуществляется болтовыми соединениями 63 и
уплотнениями в виде колец 64 или втулок 65 с кольцами 64.
Чтобы обеспечить возвратно-поступательное движение исходного раствора в плите 15
выполнено сквозное отверстие (канал) концентрата 66, последний и первый аппараты
устройства могут быть снабжены крышками с перетяжками и соединительными элементами,
например, штуцерами, обеспечивающими соединение аппаратов с трубопроводами исходного
раствора, концентрата и фильтрата. Конструктивные элементы такого типа известны и
поэтому на рисунках они не показаны. Переток 67 между каналами исходного раствора 14,32 и
концентрата 66 может быть выполнен и в плите 15.
Для удобства монтажа в первом (по ходу движения исходного раствора) и/или последнем
аппарате каналы 14,21,32 и 66 могут быть выполнены в различных плоскостях, перпендикулярных
друг другу.
Устройство и аппарат для фильтрации жидкостей работают следующим образом.
Исходная жидкость с помощью насоса 1 поступает в аппарат 2, при этом возможны два
варианта движения жидкости. При поступательном (условно) движении исходная жидкость по
горизонтальному каналу 14 и осевому 13 отверстию попадает в опорную трубу 10, затем через
отверстия или прорези 12 в полость корпуса аппарата 11 и движется между элементами 22.
Часть жидкости под действием давления проходит внутрь фильтрующих элементов 22,
поступает в полость фильтрата 19, а затем по центральной трубе 20 и горизонтальному
каналу 21 в плите 15 отводится на линию фильтрата 7. Другая часть исходной жидкости
попадает в полость 31 плиты 15, а затем по периферийному осевому отверстию 33 и
горизонтальному каналу 32 поступает в следующий аппарат или в трубопровод концентрата
6. При возвратном движении жидкости в установке, которое обеспечивается переключением
регулирующей 3 и запорной 4 арматуры, в аппарате поступление и прохождение разделяемой
жидкости происходит в обратном описанному выше порядке, а движение фильтрата в том же.
РЕГЕНЕРАЦИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
Прекращается подача или снижается давление подачи исходной жидкости насосом 1,
соответствующим образом открывается и закрывается запорная арматура 4, что
обеспечивает подачу газа или промывной жидкости в трубопровод и каналы 7,8 и 21 фильтрата.
Затем газ или промывная жидкость через центральную трубу 20 и полость фильтрата 19
поступает внутрь фильтрующих элементов 22. Под воздействием давления газ или промывная
жидкость проходят через поры фильтрующих элементов 22 и дополнительно, наряду с
твердыми частицами 54, очищают внешнюю поверхность фильтрующих элементов 22.
Следует отметить, что в совокупности возвратно-поступательное движение исходной
жидкости, обратная продувка или промывка фильтрующих элементов, наличие твердых
частиц и другие указанные выше конструктивные особенности устройства и аппарата для
фильтрации жидкостей обеспечивают более высокую производительность аппарата и
установок в целом, чем у известных устройств и аппаратов, фильтрации. Кроме того,
некоторые элементы аппарата, например, трубная решетка с гнездами и резьбовыми
отверстиями позволяют легко осуществлять сборку, ремонт и эксплуатацию аппаратов и
устройства в целом, что делает предлагаемые установки более дешевыми и конкурентно-способными
по сравнению с аналогичными установками.
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Брык М.Т. и др. Применение мембран для создания систем кругового водопользования. М.
Химия, 1990, с.26-28.
2. Жужиков В.А. Фильтрование. М. Химия, 1980, 396 с.
3. Green G.J. -"Desalination", v. 35 N 1-3, p. 129-147.
4. Свитцов А. А, и др. Полупроницаемые мембраны в биотехнологии. ОНТИТЭИмикробром, 1963, с.
24-29.
5. Патент РФ 2035212, кл. B 01 D 63/06, 1995.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Аппарат для фильтрации жидкости, включающий корпус с гидролиниями подачи и/или
отвода жидкости и отвода фильтрата, соосно расположенные в корпусе трубчатые элементы
с наружным фильтрующим слоем, закрепленные в трубной решетке, а также осевую опорную
трубу с отверстиями, сообщенную с одной из гидролиний подачи и/или отвода жидкости, а
выходы трубчатых элементов сообщены с гидролинией отвода фильтрата, отличающийся тем,
что он снабжен цилиндрической трубой отвода фильтрата, расположенной внутри осевой
опорной трубы, дренажными элементами и расположенными между последними инертными
частицами и/или гранулами, объем которых не превышает 60% свободного внутреннего объема
корпуса, при этом основание корпуса выполнено в виде плиты, а гидролинии подачи и/или
отвода жидкости и отвода фильтрата выполнены в виде соответствующих каналов, причем
канал отвода фильтрата сообщен одним концом с центральной трубой отвода фильтрата и
расположен перпендикулярно последней, а другой ее конец сообщен с полостями трубчатых
фильтрующих элементов, выходы каналов подачи и/или отвода жидкости выполнены
перпендикулярно осевой опорной трубе и их осевые линии совпадают или расположены под
углом в 90o друг к другу в плоскости, перпендикулярной осевой опорной трубе, кроме
того, в плите выполнен сквозной канал с возможностью сообщения с любым из каналов
подачи и/или отвода жидкости.
2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что центральная и опорная труба закреплены или в
трубной решетке, или в плите, или в трубной решетке и плите.
3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что дренажные элементы выполнены в виде внутреннего
и внешнего дренажных цилиндров или внутреннего дренажного цилиндра и кольцевого
дренажного устройства, расположенного в корпусе аппарата ниже кольцевой чашечки,
установленной на опорной трубе в ее нижней части, или внутреннего дренажного цилиндра
и кольцевого дренажного устройства, или в виде кругового дренажного устройства,
расположенного в плите аппарата с перекрытием одного из каналов подачи и/или отвода
жидкости.
4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в выходном отверстии в трубной решетке,
расположенном соосно с гнездом для крепления трубчатого элемента с наружным
фильтрующим слоем, выполнена резьба.
5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в трубной решетке, и/или корпусе, и/или плите
аппарата выполнены загрузочные отверстия с заглушками.
6. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что сквозной канал сообщен посредством перетока с
одним из каналов подачи и/или отвода жидкости.
Версия для печати
Дата публикации 25.02.2007гг
вверх
|
