фильтр для непрерывной фильтрации

Формула изобретения

1. Фильтр для непрерывной фильтрации суспензии под давлением и/или вакуумом, включающий корпус, центральную полую ось, установленную в корпусе с возможностью вращения, фильтрующие диски, расположенные на расстоянии друг от друга на центральной оси и перпендикулярно ей, соединительные устройства на центральной оси между фильтрующими дисками, срезающие устройства для удаления с поверхности фильтрующих дисков осадка, образующегося в процессе фильтрации, соединительное устройство на выходе фильтрата из вращающейся оси, отличающийся тем, что срезающие устройства расположены на центральной оси между фильтрующими дисками и крепятся к ней таким образом, что при вращении оси с фильтрующими дисками срезающие устройства остаются неподвижными относительно поверхности вращающихся фильтрующих дисков и оси, внутри корпуса находится фиксатор для срезающих устройств, устройством накопления и выгрузки срезанного осадка является нижняя часть корпуса фильтра, фильтрующие диски выполнены без разделения на секторы.

2. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что нижняя часть корпуса, а именно устройство накопления и выгрузки срезанного осадка, может быть съемной, т. е. являться отдельным элементом корпуса.

3. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что срезающие устройства имеют различную геометрическую конфигурацию, например дуга, отрезок, спираль, и различный профиль, например, плоскость, уголок, короб, а также могут быть перфорированными.

4. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что фильтр снабжен источником вибрации.

5. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что фильтр снабжен устройством механической выгрузки осадка.

6. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что на корпусе фильтра имеется люк на всю длину корпуса.

7. Фильтр по п. 1, отличающийся тем, что фильтр имеет устройство распределения суспензии.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к фильтру и может быть использовано при проведении технологических процессов разделения жидких сред и механических частиц, в том числе суспензий, в пищевой, химической, медицинской и других отраслях промышленности.

Известен дисковый вакуумный фильтр непрерывного действия (Химическая энциклопедия. М. : Большая Российская энциклопедия, 1998, т.5, стр. 96-102), состоящий из частично погруженных в емкость с фильтруемой средой фильтрующих элементов (дисков), вращающихся на полом валу. Каждый из фильтрующих дисков обтянут по поверхности фильтровальным материалом (ткань, сетка, решетка и т. п. ), а внутри разделен на изолированные друг от друга полые сектора. Каждый из секторов при вращении диска на полом валу через специальное распределительное устройство фильтра попеременно подключается к магистралям вакуума или сжатого воздуха. При этом на фильтрующей поверхности дисков возникают зоны фильтрации, сушки, промывки осадка и регенерации фильтрующей поверхности. Осадок с поверхности дисков удаляется обычно при помощи скребка (ножа).

Недостатками данного дискового вакуумного фильтра являются: малая производительность по фильтрату на единицу общей площади фильтрующей поверхности фильтра, так как для непосредственно фильтрации используется только лишь часть общей фильтрующей поверхности фильтра, а другие части поверхности в это время находятся в стадиях сушки, промывки, удаления осадка и т.д.; ограничение по производительности фильтра, связанное с тем, что при вакуумной фильтрации получить перепад давления на фильтрующей перегородке фильтра более 0,1 МПа - теоретически невозможно; сложность фильтра в изготовлении и эксплуатации: высокое требование к точности в изготовления распределительного устройства, сложности с организацией работы источника вакуума.

Также известен дисковый фильтр с инерционной выгрузкой образующегося в процессе фильтрации осадка (Химическая энциклопедия. М.: Большая Российская энциклопедия, 1998, т.5, стр. 96-102). Фильтр имеет вертикально расположенный цилиндрический корпус с конической нижней частью. В корпусе фильтра вертикально расположен полый вал, имеющий возможность вращаться. На полом валу находятся полые фильтрующие диски, обтянутые фильтрующим материалом (сетка, ткань, решетка и т.п.). Фильтрующие диски изготовлены с коническим уклоном для отвода фильтрата через полый вал фильтра. Промывка осадка проводится после слива суспензии подачей жидкости на верхнюю тарелку и далее с переливом на последующие. Промытый осадок выгружают в заполненный суспензией или пустой корпус и через клапан выгрузки, расположенный в нижней конической части корпуса, выводят за пределы фильтра.

Недостатком данного фильтра является периодичность действия, необходимость прерывания процесса фильтрации на довольно продолжительное время, необходимое для промывки, выгрузки осадка и регенерации фильтрующей поверхности.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является (Описание изобретения к патенту РФ 2018352 от 13.03.89, МПК 5 В 01 D 33/21. Фильтр для непрерывной фильтрации, авт. Стрид Кенж (SE), опуб. в Бюл. 16, от 30.08.94):

1. Фильтр для непрерывной фильтрации суспензии под давлением и/или вакуумом, включающий корпус, содержащий до определенного уровня суспензию и газовый объем, расположенный над ней, вращающуюся центральную ось, установленную с возможностью вращения в корпусе, фильтровальные диски, расположенные на расстоянии друг от друга вдоль центральной оси, перпендикулярной к ней, причем фильтровальные диски состоят из секторов, обернутых фильтровальной тканью, и внутренних каналов для фильтрата и газа, образуемых в процессе фильтрования, соединительные устройства в центральной оси между фильтрующими секторами и выходом из корпуса, срезающие устройства для каждого фильтрующего диска, установленные в газовом пространстве для удаления фильтровальной лепешки на фильтровальной ткани, полученной в процессе фильтрования, и устройства для приема отфильтрованного материала, удаленного срезающими устройствами, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, уменьшения габаритов при сохранении производительности и снижения затрат на эксплуатацию, ось выполнена в виде трубы, полость которой соединена с секторами дисков, размещенных в газовом объеме корпуса и суспензии.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что он имеет сепаратор для разделения фильтрата и газа, присоединенный к выходу из корпуса.

3. Фильтр по п.2, отличающийся тем, что имеет трубопровод возврата отделенного газа в газовое пространство корпуса.

4. Фильтр по п.3, отличающийся тем, что он имеет газовый трубопровод, соединяющий устройство для повышения давления газа с корпусом.

5. Фильтр по пп.2-4, отличающийся тем, что он снабжен трубой, соединяющий выход из корпуса с сепаратором, при этом геометрические размеры трубы соответствуют размерам центральной оси корпуса, и для соединения трубы с осью предусмотрено соединение с уплотнением.

6. Фильтр по пп.1-5, отличающийся тем, что срезающие устройства состоят из вертикально установленного скребка для удаления по крайней мере наружного слоя фильтровальной лепешки.

7. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что приемные устройства выполнены в виде практически вертикально установленной трубы.

8. Фильтр по пп.1-7, отличающийся тем, что он включает устройства для периодической промывки фильтровальной ткани, расположенные внутри срезаемой фильтровальной лепешки в газовом объеме над приемными устройствами со стороны скребка.

9. Фильтр по п. 8, отличающийся тем, что устройство для периодической промывки фильтровальной ткани выполнено в виде вертикальной трубы.

10. Фильтр по пп.1-9, отличающийся тем, что уровень суспензии в корпусе установлен над центральной осью.

Недостатками известного устройства являются: неполное использование фильтрующей поверхности фильтра в силу наличия постоянного газового объема над поверхностью фильтруемой суспензии (примерно 40% площади фильтрующей поверхности дисков используется не для фильтрации суспензии, а для продувки осадка газом); повышенный расход энергии (например, электрической) на проведение процесса фильтрования, так как большая часть энергии тратится на продувку осадка газом, поддержание давления газа в фильтре, то есть на циркуляцию газа по замкнутому кругу: фильтр-сепаратор-компрессор-фильтр. Это обусловлено тем, что вследствие меньшей вязкости газа проникновение его через фильтровальный материал дисков фильтра - предпочтительней; сложность конструкции: а) секторное строение фильтрующих дисков - обуславливает высокие требования по точности изготовления и сборки дисков, а также необходимость внесения в конструкцию дополнительных устройств (устройство попеременного подключения секторов к вакууму, магистрали вывода фильтрата и т.п.), б) расположение внутри корпуса и крепление на его стенках устройств промывки, большого количества скребков (на каждую сторону одного фильтрующего диска - отдельный скребок) и устройств приема и выгрузки срезаемого осадка - требует наличия надежных уплотнений в местах их соединения с корпусом фильтра, что понижает надежность последнего; увеличенные габариты фильтра за счет оснащения каждого фильтрующего диска отдельным скребком и установки между ними приемных устройств; при работе фильтра давление в фильтре создается через газовую подушку, что требует повышения мер безопасности, в том числе усиления конструкции корпуса фильтра (повышенная металлоемкость); наличие дополнительного оборудования: сепаратор, компрессор, трубопроводы воздуха; сложность удаления осадка почему либо попавшего мимо приемного устройства и накапливающегося внутри корпуса фильтра (скорее полная разборка фильтра).

Технический результат - упрощение конструкции, уменьшение габаритов при сохранении производительности, снижение затрат на эксплуатацию, увеличение безопасности.

Упрощение конструкции достигается тем, что фильтрующие диски выполнены без разделения на сектора, что снижает требования по точности изготовления, сборки дисков и сборки центральной оси с дисками в целом; срезающие устройства расположены на центральной оси фильтра, а не крепятся к корпусу, как в прототипе, что уменьшает количество уплотнений; фильтр содержит меньшее количество срезающих устройств, по одному на две стороны поверхности дисков; устройство накопления и выгрузки срезанного осадка является общим для всего фильтра, является элементом корпуса фильтра или жестко присоединено к нему, что также уменьшает количество уплотнений по сравнению с прототипом; в фильтре отсутствует газовая подушка, что позволяет отказаться от использования дополнительного оборудования (сепаратор для разделения жидкости от газа, газовые трубопроводы и т.п.).

Уменьшение габаритов при сохранении производительности достигается тем, что фильтр работает без газовой подушки внутри корпуса, что обуславливает полное использование всей фильтрующей поверхности дисков для фильтрации суспензии, а не только ее части, находящейся ниже уровня жидкости, как в прототипе; в пространстве между дисками находится только одно срезающее устройство, а не два скребка и приемное устройство, как в прототипе; устройство накопления и выгрузки срезанного осадка одно для всего фильтра.

Снижение затрат на эксплуатацию достигается тем, что при фильтрации в фильтре нет газовой подушки, следовательно, нет необходимости в поддержании заданного уровня жидкости внутри фильтра, отделении газа от фильтрата и закачки газа в корпус фильтра, тем самым нет дополнительного расхода энергии на прокачку газовой фазы по замкнутому контуру: корпус фильтра-сепаратор-газовый насос-корпус фильтра; в корпусе фильтра имеется люк на всю длину корпуса, позволяющий производить осмотр фильтрующих дисков фильтра, без разборки корпуса.

Увеличение безопасности достигается тем, что при работе фильтра в его корпусе отсутствует газовая подушка и корпус полностью заполнен суспензией.

Фильтр непрерывного действия приведен на фиг.1, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1.

Фильтр для непрерывной фильтрации под давлением и/или вакуумом состоит из корпуса 3 с устройством накопления и выгрузки срезанного осадка 4, являющимся нижней частью корпуса фильтра. Устройство накопления и выгрузки срезанного осадка 4 может также являться отдельным элементом, присоединяемым к корпусу фильтра 3 в нижней его части. Внутри корпуса фильтра находится центральная ось 7, имеющая возможность вращаться относительно корпуса фильтра и приводимая во вращение при помощи вращающего устройства 8. Оба конца оси выступают за пределы корпуса установки. Места выхода оси из корпуса фильтра имеют герметизирующие уплотнения 14 любого рода (в предпочтительном варианте - механическое уплотнение) и для обеспечения вращения оси 7 в корпусе установки опираются на подшипники 15. Ось 7 имеет один внутренний продольный канал, закрытый с одной из сторон. Другой конец оси 7 (незаглушенный) через соединительное устройство 10 на выходе фильтрата из вращающейся оси 7 сообщается с приемником фильтрата 2. Соединительное устройство 10 расположено снаружи корпуса фильтра и вблизи его, но оно также может находиться и в другом месте, например на наружной стороне корпуса 3 или внутри его. Соединительное устройство 10 между вращающейся осью 7 и приемником фильтрата 2 является простым уплотнением, в предпочтительном варианте механическим уплотнением. Приемником фильтрата 2 может быть емкость или единица технологического оборудования или трубопровод. На оси 7, перпендикулярно к ней и на определенном расстоянии друг от друга расположены фильтрующие диски 6, обтянутые по поверхности фильтровальным материалом, жестко посажены на ось 7 и вращаются совместно с ней как единое целое. Внутренняя полость каждого диска соединена с внутренним продольным каналом оси 7 через отверстия 9 в стенках оси 7. В промежутках между фильтрующими дисками 6 находятся соединительные устройства 19 (например, в виде втулок), на которых с возможностью вращения относительно оси и фильтрующих дисков, например, на подшипниках скольжения установлены срезающие устройства 11, служащие для срезания с поверхности дисков слоя осадка, образующегося в процессе фильтрации. Срезающие устройства 11 могут иметь различную геометрическую конфигурацию, например дуга, отрезок, спираль и различный профиль, например плоскость, уголок, короб, а также могут быть перфорированными. Незакрепленные концы срезающих устройств 11 опираются на фиксатор 12, расположенный под дисками 6. Таким образом, при вращении оси 7 с фильтрующими дисками 6 срезающие устройства 11 остаются неподвижными относительно поверхности вращающихся фильтрующих дисков за счет опоры на фиксатор 12. В верхней части корпуса 3 находятся штуцер для ввода в фильтр фильтруемой суспензии 1 и клапан для удаления из внутреннего объема фильтра газовой подушки 5. Штуцер для ввода в фильтр суспензии 1 также может располагаться в любой другой точке корпуса 3. В нижней точке устройства накопления и выгрузки срезанного осадка 4 расположено устройство 13 для механического удаления скапливающегося осадка из фильтра, например клапан.

Конструкция фильтра содержит устройство распределения суспензии 16, общее для всех фильтрующих дисков и соединенное со штуцером ввода суспензии 1.

Фильтр может быть снабжен источником вибрации 17, который может быть расположен снаружи корпуса фильтра и вблизи него, либо крепиться непосредственно к корпусу 3, либо находиться внутри корпуса фильтра.

Для доступа к фильтрующим дискам 6 без проведения разборки фильтра в его корпусе расположен продольный люк 18 на всю длину корпуса 1.

Фильтр работает следующим образом.

К штуцеру 1 присоединяют трубопровод фильтруемой суспензии под давлением, либо подключают к приемнику фильтрата 2 источник вакуума. Фильтруемая суспензия полностью заполняет корпус 3 и устройство накопления и выгрузки срезанного осадка 4. Газовая подушка при этом удаляется через клапан 5, либо удаляется через фильтрующие диски 6 и далее через канал оси 7 в приемник 2. После заполнения фильтра фильтруемой суспензией включают вращающее устройство 8, чем приводят во вращение ось 7 с расположенными на ней фильтрующими дисками 6. Из-за возникшего перепада давлений на поверхности фильтрующих дисков 6 фильтрат поступает во внутреннюю полость дисков, а затем через отверстия 9 попадает во внутренний продольный канал оси 7 и далее по ней, через соединительное устройство 10 в приемник фильтрата 2. Образующийся в процессе фильтрации на поверхности вращающихся фильтрующих дисков 6 осадок постоянно счищается неподвижными по отношению к дискам срезающими устройствами 11, выталкивается за границы фильтрующих дисков в нижней их части. В месте соприкосновения срезающих устройств 11 с фиксатором 12 вытесненный осадок отделяется от срезающих устройств и под действием сил гравитации падает в устройство накопления и выгрузки срезанного осадка 4. Осадок, накапливающийся в нижней части устройства накопления и выгрузки срезанного осадка 4, удаляется через клапан 13 периодически либо постоянно, без прерывания процесса фильтрации.

Фильтр может быть сконструирован с различным расположением центральной вращающейся оси, например вертикальным.

Фильтр с общей фильтрующей поверхностью около 6 м² в условиях производства при очистке от взвесей нерафинированного подсолнечного масла показал производительность по фильтрату до 400 дм³/ч, что на 40% больше по сравнению с известными, поскольку при одинаковой фильтрующей поверхности (в нашем случае работает вся фильтрующая поверхность дисков) за счет отсутствия газовой подушки внутри корпуса фильтра и отсутствия разделения фильтрующих дисков на сектора обеспечиваются безопасность при эксплуатации за счет отсутствия газовой фазы, простота обслуживания при плановых регламентных работах и внештатных ситуациях за счет заявляемого решения, а именно люка, что не требует полной разборки фильтра.

Перечень позиций

1 - штуцер ввода суспензии в фильтр;

2 - приемник фильтрата;

3 - корпус фильтра;

4 - устройство накопления и выгрузки срезанного осадка;

5 - клапан для сброса воздушной подушки из фильтра;

6 - фильтрующие диски;

7 - вращающаяся центральная ось фильтра;

8 - вращающее устройство;

9 - отверстия для вывода фильтрата;

10 - соединительное устройство;

11 - срезающие устройства;

12 - фиксатор;

13 - клапан для удаления осадка из устройства 4;

14 - герметизирующие уплотнения;

15 - подшипники;

16 - устройство для распределения потока суспензии;

17 - источник вибрации;

18 - люк для обслуживания на всю длину корпуса фильтра.

19 - соединительные устройства.