способ фильтрации жидкости, устройство для его осуществления и фильтрующий материал

Формула изобретения

1. Способ фильтрования жидкости, включающий подачу очищаемой жидкости в корпус фильтра через подающий патрубок и последовательное пропускание ее через фильтровальную сетку и слой гранулированного насыпного материала, отличающийся тем, что перед подачей на сетку, выполненную конусообразной, скорость потока фильтруемой жидкости увеличивают и преобразуют в пленку, текущую тангенциально по отношению к сетке, посредством сужения проходного сечения подающего патрубка с помощью дефлектора, имеющего в продольном сечении форму параболы.

2. Устройство для фильтрации жидкости, содержащее корпус с подающим и отводящим патрубками, верхнюю и нижнюю крышки и размещенные в корпусе последовательно по ходу движения очищаемой жидкости фильтровальную сетку и слой гранулированного фильтрующего материала, расположенного на опорной сетке, отличающееся тем, что оно снабжено, расположенным в подающем патрубке дефлектором, имеющим в продольном сечении форму параболы, при этом поверхность дефлектора выполнена плавно сопрягающейся с поверхностью фильтровальной сетки и угол между осью корпуса устройства и касательной к поверхности фильтровальной сетки составляет 45-135^o.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что опорная сетка выполнена в виде обратного конуса и снабжена дефлектором, поверхность которого выполнена плавно сопрягающейся с опорной сеткой.

4. Устройство по п. 2 или 3, отличающееся тем, что гранулированный материал выполнен из электрокорунда, имеет неправильную форму, колотую поверхность и размер зерен основной фракции для фильтрации молока 0,63-0,80 мм.

5. Устройство по любому из пп. 2-4 отличается тем, что крышки снабжены фланцами и стянуты шпильками.

6. Устройство по любому из пп. 2-5, отличающееся тем, что корпус выполнен из поликарбоната.

7. Устройство по любому из пп. 2-6, отличающееся тем, что фильтровальная и опорная сетки по периметру завулканизированы армированной резиной.

8. Устройство по любому из пп. 2-7, отличающееся тем, что оно установлено на подставке.

9. Фильтрующий материал, выполненный из гранулированного электрокорунда, отличающийся тем, что гранулы имеют неправильную форму с колотой поверхностью и размером зерен основной фракции 0,1-2,0 мм.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к фильтровальной технике, устройствам для фильтрации жидкостей и фильтрующим материалам для очистки различных сред от механических и бактериологических примесей, например, молока, воды, масел, керосина, бензина и других и может найти применение в различных отраслях сельского хозяйства и промышленности.

Известен способ фильтрования жидкостей, включающий подачу очищаемой жидкости через подающий патрубок на рассекатель конической формы для равномерного с одинаковой скоростью распределения очищаемой жидкости и подачу ее по касательной на поверхность фильтрующего пучка волокнистого фильтрующего материала (см. авт. свид. 1375282, кл. В 01 D 35/22, 1988 г. ).

Недостатком данного способа является то, что пропускная способность фильтрующего пучка низка, требуется частая разборка и очистка или замена волокнистого фильтрующего материала.

Наиболее близким аналогом к заявленному способу и устройству является способ и устройство для фильтрования по патенту РФ 2054299, кл. В 01 D 24/10, 1992 г. ).

Известный способ включает подачу очищаемой жидкости в корпус фильтра через подающий патрубок, последовательное пропускание фильтруемой жидкости через сетку и два слоя сферических гранул, разделенных между собой сеткой, и периодическую регенерацию путем прокачки моющего раствора обратным током жидкости со скоростью не менее 50 л/м²сек.

Способ осуществляется в устройстве, содержащем корпус с подающим и отводящим патрубками, верхнюю и нижние крышки и установленные в корпусе по ходу движения очищаемой жидкости горизонтально расположенные фильтровальные сетки и два слоя гранулированного насыпного фильтровального материала, расположенного на опорных горизонтальных сетках.

Это решение обладает следующими недостатками. Пропускная способность фильтрационного аппарата низка. При большой загрязненности фильтруемой жидкости ресурс по грязеемкости между регенерациями недостаточен. Верхняя решетка на входе в камеру грубой очистки забивается в процессе фильтрования уловленными примесями, что уменьшает время между регенерациями. В процессе регенерации обратным током перемешивание засыпки происходит крайне неравномерно: в центре - интенсивно, а на периферии имеют место застойные зоны, что приводит к неполной регенерации и отрицательно сказывается на качестве регенерации.

Себестоимость изготовления фильтра значительна за счет использования засыпки из титана и перфорированных решеток.

Известен фильтр для очистки жидкостей от взвешенных примесей (а. с. СССР 552096, МПК В 01 D 24/10, 1979 г. ). Фильтрационный аппарат представляет собой корпус в виде обратного конуса, который разделен по высоте горизонтально сетками со слоями фильтрующей загрузки. Размер гранул загрузки в каждом слое состоит из частиц одинаковой гидравлической крупности и убывает в каждом последующем по высоте корпуса слое по направлению движения жидкости.

В нижней части корпуса имеется распределительная система. Способ фильтрации заключается в подаче фильтруемой жидкости в фильтрационный аппарат под давлением сверху, отводе фильтрата из нижней секции фильтра и периодической регенерации фильтровального аппарата обратным током моющей жидкости.

Однако производительность данного фильтра низка, регенерация затруднена, а промежутки времени между циклами регенерации незначительны.

Известно выполнение насыпного фильтрующего материала из электрокорунда с размером сферических зерен диаметром 0,5-1,0 мм (см. патент РФ 2054300).

Данное решение является близким к заявленному. Недостатком его является то, что данное устройство предназначено к разделению суспензии, не может работать в непрерывном производстве, низкая пропускная способность, трудоемко в изготовлении и в процессе эксплуатации.

Задача изобретения состоит в создании устройства для фильтрации жидкости с большой пропускной способностью, повышение ресурса устройства, увеличение промежутков времени между регенерациями, а также снижение себестоимости фильтра и процесса фильтрации.

Поставленная задача решается тем, что фильтруемая жидкость последовательно пропускается через фильтровальную сетку и слой гранулированного насыпного материала. Поток фильтруемой жидкости перед подачей на сетку ускоряется путем сужения сечения потока с помощью дефлектора, расположенного в подающем патрубке, и имеющего параболическую поверхность, в сечении плавно сопрягающуюся с конической поверхностью сетки. Поверхность дефлектора в сечении может иметь параболическую форму, коническую и другие. Но лучшей поверхностью является параболическая. Конструктивно дефлектор и сетка и плавное сопряжение поверхности дефлектора и поверхности сетки может иметь множество вариантов. Угол между вертикальной осью фильтрующего устройства и касательной к поверхности сетки составляет от 45^o до 135^o. Таким образом, поток фильтруемой жидкости преобразуется в пленку, текущую тангенциально по отношению к сетке. Скорость потока фильтруемой жидкости в струе, размер отверстий в сетке и размер зерен гранулированного насыпного фильтрующего материала подбирается расчетно-экспериментальным путем в зависимости от вида фильтруемой жидкости, типа примесей и требуемой степени очистки.

Для реализации способа устройство для фильтрации жидкости содержит корпус с верхней и нижней крышками, патрубки ввода и вывода жидкости, размещенные в корпусе последовательно по ходу движения очищаемой жидкости фильтровальную сетку и слой гранулированного фильтрующего материала, расположенного на опорной сетке, выполненной в виде обратного конуса и снабженной дефлектором, поверхность которого выполнена плавно сопрягающейся с опорной сеткой.

Фильтрующий гранулированный насыпной материал - засыпка представляет собой пористое тело из электрокорунда с размером зерен основной фракции 0,1-2,0 мм. Зерна имеют неправильную форму с колотой внешней поверхностью. В качестве засыпки могут быть использованы также гранулы оксида титана, алюминия, циркония или их сплавов и другие, но эффект от их использования будет ниже.

Оптимальным материалом для очистки молока является спеченный дробленный электрокорунд, имеющий гранулы неправильной формы и колотую поверхность. Экспериментально доказано, что адгезия (прилипание) примесей из молока является достаточно сильной, чтобы удержать все виды примесей на поверхности гранул в процессе фильтрации. В то же время величина адгезии примесей позволяет проводить их удаление с поверхности гранул в режиме регенарации (мойки) фильтра обратным ходом моющей жидкости, когда гранулы находятся в псевдосжиженном режиме с моющим раствором.

Если бы адгезия была сильнее, чем в выбранном случае, то регенерация (мойка) была бы затруднительной, а если слабее, то был бы проскок примесей при фильтрации.

Верхний дефлектор с сеткой первичной очистки составляет единый функциональный элемент конструкции, который при работе устройства создает тангенциальный поток (параллельный сетке) очищаемой жидкости, поступающей в верхнюю камеру.

Ускорение потока фильтруемой жидкости осуществляют уменьшением сечения входного потока путем перекрытия входного отверстия входного патрубка вершиной дефлектора.

Верхняя и нижняя крышки устройства имеют фланцы, соединенные, например, посредством шпилек, замков или другим способом, чтобы обеспечить герметичность устройства для фильтрации жидкости в целом. Корпус устройства может быть выполнен как из прозрачного материала, например поликарбоната, так и непрозрачного, например, металла, нержавеющей стали, алюминия, их сочетаний или другого материала.

Сетки могут быть полимерными, металлическими или изготовлены из любого другого материала. Размер проходных отверстий сетки первичной очистки определяется характером фильтруемой среды, степенью загрязненности и требованием по чистоте к фильтрату, например для молока он составляет около 0,4 мм. Форма отверстий может быть круглая, квадратная, овальная или другая и определяется материалом сетки и технологией ее изготовления.

Верхняя сетка первичной очистки и нижняя - опорная сетка секции тонкой очистки по периметру завулканизированы резиной, армированной, например, металлическим кольцом, которая играет роль герметизирующей покладки между фланцами крышек и корпусом устройства для фильтрации.

Величина межзерновой пористости засыпки, высота засыпки определяются требованием по чистоте очистки в каждом конкретном случае и зависят от фильтруемой среды, степени загрязненности, характера загрязнений и другого. Высота засыпки и величина свободного пространства над засыпкой выбираются из условия обеспечения состояния псевдокипения при регенерации фильтрующего материала обратным током моющей жидкости.

Изобретение обеспечивает высокую пропускную способность устройства для фильтрования, достигаемую благодаря способу фильтрования, реализованному в конструкции устройства для фильтрования, в которой осуществлена эффективная первичная очистка и применен только один слой засыпки. Эффективная первичная очистка осуществляется благодаря дефлектору, поверхность основания которого плавно сопрягается с поверхностью сетки, создавая единую поверхность первичной очистки и образуя тангенциальный поток (параллельный сетке) очищаемой жидкости, поступающей в верхнюю камеру. Примеси и загрязнения в процессе фильтрования отбрасываются тангенциальным потоком жидкости на периферию сетки и накапливаются там в виде ореола, не препятствуя процессу фильтрования жидкости через сетку первичной очистки. На первой ступени фильтрации происходит гидромеханическое разделение взвеси и имеет место дополнительный эффект: за счет тангенциального потока жидкости на периферию сетки отбрасываются даже частицы, размер которых меньше размера ячейки сетки первичной фильтрации.

Устройство для фильтрации обеспечивает полную регенерацию засыпки. В процессе регенерации, когда промывочная жидкость подается снизу, опорная сетка конусной формы с дефлектором в центре снизу также формируют тангенциальный поток жидкости, благодаря которому примеси, имеющиеся в ней, отбрасываются, обеспечивается равномерное перемешивание засыпки, повышая тем эффективность регенерации фильтрующего материала.

Засыпка из электрокорунда неправильной формы улучшает фильтрационные свойства устройства за счет более плотной упаковки и уменьшения межзернистого пространства. Выбрав тот или иной размер зерен засыпки, можно обеспечить качественную очистку различных фильтруемых сред: воды, масел, молока, керосина, бензина и других от любых механических, а также бактериологических примесей.

Фильтрующий материал - электрокорунд является дешевым и долговечным, измельчаемость и истираемость фильтрующего материала в процессе эксплуатации очень низкая, а срок службы составляет более 5 лет. Это удешевляет себестоимость фильтрующего устройства в 1,2-1,5 раза. Форма зерна упрощает процесс отмывания засыпки от загрязнений (зерно не утекает с промывочной жидкостью).

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлено устройство для фильтрации жидкости в разрезе, общий вид.

На фиг. 2а, 2б, 2в изображены варианты сопряжения параболической поверхности дефлектора с поверхностью сетки при угле между осью дефлектора и касательной к поверхности сетки 135^o, 90^o и 45^o соответственно.

На фиг. 3а, 3б, 3в изображены варианты сопряжения конусной поверхности дефлектора с поверхностью сетки при угле между осью дефлектора и касательной к поверхности сетки 135^o, 90^o и 45^o соответственно. Но эти варианты сопряжения менее эффективны по сравнению с вариантами 2а, 2б, 2в.

Устройство для фильтрации жидкости, например молока, содержит цилиндрический корпус 1 с верхней крышкой 2 конусной формы и нижней крышкой 3 обратной конусности, патрубки ввода и вывода 4, 5 со штуцерами 6, 7 соответственно.

В верхней камере 8 по оси устройства сверху сетки первичной очистки 9 установлен дефлектор 10, который имеет параболическую поверхность в сечении. Дефлектор 10 своей вершиной сужает поток жидкости во входном патрубке 4, благодаря чему поток фильтруемой жидкости ускоряется. Сетка 9 первичной очистки выполнена из нержавеющей стали с размером проходных отверстий 0,4 мм и имеет форму конуса, как представлено на фиг. 2а, поверхность которого сопряжена с параболической поверхностью дефлектора. Угол между осью устройства и касательной к поверхности сетки составляет, например, 135^o. В зависимости от фильтруемой жидкости, степени загрязненности и требуемой степени очистки могут применяться и другие углы, которые определяются расчетно-экспериментальным путем. Под верхней камерой 8 расположена секция 11 тонкой очистки, представляющая собой опорную сетку из нержавеющего материала 12 с обратной конусностью, на которой размещен гранулированный насыпной фильтрующий материал 13 - засыпка из белого электрокорунда с размером зерен основной фракции 0,63-0,80 мм, имеющих неправильную форму и колотую поверхность.

Форма зерен неправильная с колотой поверхностью, высота засыпки 90 ~ 100 мм. По оси устройства в центре опорной сетки снизу установлен дефлектор 14, имеющий в сечении форму параболы. Дефлекторы 10 и 14 смонтированы на оси 15. Наружная поверхность опорной сетки 12 и поверхность дефлектора 14 выполнены сопряженными с образованием единой поверхности, позволяющей сформировать поток моющей жидкости в процессе регенерации, обеспечивающий кроме равномерного перемешивания фильтрующей зернистой засыпки очистку моющей жидкости от загрязнений и других включений. Между нижней крышкой и опорной сеткой расположена нижняя камера 16 для сбора фильтрата.

Верхняя и нижняя крышки имеют фланцы 17, 18, которые стянуты шпильками 19. Корпус устройства выполнен из поликарбоната, позволяющего визуально контролировать процесс очистки. Верхняя сетка первичной очистки и нижняя опорная по периметру завулканизированы армированной резиной 20, которая играет роль герметизирующей прокладки между фланцами и корпусом фильтра. Устройство размещено на подставке 21 или крепится иным способом.

Устройство работает следующим образом.

Фильтруемую жидкость подают в камеру 8 по подающему патрубку 4. Перед подачей на сетку 9 скорость потока фильтруемой жидкости увеличивают с помощью дефлектора 10 посредством сужения проходного сечения патрубка 4 и преобразуют пленку, текущую тангенциально по отношению к сетке.

Происходит процесс гидромеханического разделения взвеси, при котором не только крупные механические примеси, содержащиеся в фильтруемой жидкости, отбрасываются образующимся тангенциальным потоком фильтруемой жидкости на периферийные участки сетки, но и примеси, размер которых значительно меньше проходного размера отверстия сетки. Благодаря этому на первой стадии очистки происходит эффективная очистка фильтруемой жидкости, при этом сетка самоочищается. Затем фильтруемая жидкость попадает в зернистую секцию тонкой очистки, где, пройдя через слой засыпки из электрокорунда, окончательно очищается от примесей. Фильтрат собирается в нижней камере и выводится из фильтра через выпускной патрубок 5 со штуцером 7.

Благодаря материалу зернистой засыпки - электрокорунду исключена задержка (прилипание) жировых шариков за счет молекулярных сил адгезии. Профильтрованное молоко по механической загрязненности имеет группу чистоты не ниже 1 ГОСТ 8218-89. По бакобсемененности молоко удовлетворяет санитарным нормам, органолептические и биохимические свойства (кислотность, плотность, жирность) при фильтровании не изменяются.

Регенерацию фильтра ведут без разгерметизации корпуса и демонтажа обратным током промывочной жидкости.