напорный фильтр для очистки жидкости

Формула изобретения

Напорный фильтр для очистки жидкостей, состоящий из цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, дренажных днищ с дренажными колпачками и зернистой загрузки, помещенной между дренажными днищами, отличающийся тем, что дренажные днища механически связаны друг с другом в направлении потока пропускаемой через фильтр жидкости при помощи тяг, смонтированных в отверстиях дренажных днищ и состоящих из прутков, рабочих гаек, шайб, соединительной муфты, контргаек и прокладок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к напорным фильтрам с зернистой загрузкой, предназначенным для очистки жидкостей от растворенных веществ при помощи ионообмена и взвешенных веществ при помощи механической фильтрации, и может быть использовано в электроэнергетике, химической, пищевой и других отраслях промышленности, а также в коммунальном хозяйстве.

Известен зернистый фильтр [1], содержащий вертикальный цилиндрический корпус с эллиптическими крышкой и днищем, прижимную решетку, расположенную в верхней части корпуса, нижнюю решетку, установленную в нижней части корпуса на приваренном к корпусу кольце, и фильтрующий слой из мелкозернистого материала, прижатый прижимной решеткой к нижней решетке. Каждая из решеток имеет предохранительную сетку и ребра жесткости. Недостатками дренажного днища в виде решетки с сеткой и ребрами жесткости являются большая металлоемкость из-за невысокой эффективности усиления дренажного днища при помощи ребер жесткости, большая стоимость из-за сложности конструкции, большой трудоемкости монтажа и невозможности применения относительно дешевой углеродистой стали в качестве основного материала для изготовления фильтра ввиду невозможности нанесения антикоррозионного покрытия на сложную поверхность решетки с сеткой и ребрами жесткости. Кроме того, дренажное днище фильтра работает неэффективно из-за того, что значительная часть его полезной площади, предназначенной для дренирования обрабатываемой суспензии, используется непроизводительно, так как занята смонтированными на днище ребрами жесткости. Фильтр имеет большие габариты из-за того, что ребра жесткости из условий удобства монтажа должны размещаться только в цилиндрической части фильтра, и по этой причине фильтр теряет полезный объем рабочей цилиндрической полости за счет увеличения каждой междонной эллиптической полости, как минимум, на ширину ребер жесткости. Более того, ребрами жесткости нельзя усилить средние дренажные днища двухкамерных фильтров и фильтров с большим количеством рабочих камер из-за того, что ребра жесткости на средних дренажных днищах сделают их поверхность пересеченной, что будет препятствовать гидровыгрузке зернистой загрузки из фильтра.

Известен гуммированный анионообменный противоточный фильтр [2], состоящий из вертикального цилиндрического корпуса с боковым лазом, верхнего и нижнего эллиптических днищ с центральными лазами, оснащенных колпачками верхнего и нижнего колпачковых днищ, между которыми помещен слой зернистой загрузки, например, в виде анионообменной смолы МР 64 и инертной смолы IN 42. Для снижения металлоемкости дренажно-распределительной системы фильтра верхнее и нижнее колпачковые днища подпираются трубчатыми опорами. Опоры расположены между верхним эллиптическим и верхним колпачковым днищем, нижним эллиптическим и нижним колпачковым днищем. Причем одним торцом опоры приварены к внутренней поверхности эллиптического днища, а другим - к колпачковому днищу. Такая конструкция фильтра имеет ряд недостатков. Во-первых, высокая себестоимость фильтра из-за сложности монтажа опор неразборной конструкции в относительно небольших междонных эллиптических полостях и высокой трудоемкости гуммирования внутренней поверхности этих полостей, усложненной наружными поверхностями опор. Во-вторых, ухудшение антикоррозионных свойств фильтра из-за интенсивной коррозии не имеющих антикоррозионного покрытия внутренних поверхностей опор и прилегающих к ним участков поверхностей эллиптических и колпачковых днищ ввиду плохой вентиляции внутренних полостей опор, особенно при большой разнице температур окружающего воздуха и фильтруемой жидкости. В-третьих, высокая металлоемкость колпачковых днищ и их опор из-за неоптимального расположения опор, которое зависит от расположения технологических отверстий в эллиптических днищах фильтра, что компенсируется применением дополнительных опор или увеличением толщины колпачковых днищ. Так в данном случае невозможно разместить опоры в зоне, образуемой центральными лазами на эллиптических днищах, которая является эпицентром наибольших деформаций колпачковых днищ, что снижает эффективность такой схемы укрепления колпачковых днищ. В-четвертых, большая металлоемкость опор из-за высокого требования к их устойчивости в условиях работы опор на сжатие, которое выполняется за счет увеличения площади поперечного сечения опор. В-пятых, большая металлоемкость дренажно-распределительной системы фильтра в целом из-за того, что колпачковые днища со своими группами опор рассчитаны на максимальную нагрузку от напора зернистой загрузки, но работают при максимальной нагрузке не постоянно, а поочередно сменяя друг друга, так как нагружаются они независимо друг от друга и нагрузка от напора зернистой загрузки не распределяется на оба колпачковых днища. Так, например, при восходящем потоке фильтрации обрабатываемой жидкости оказывается нагруженным верхнее колпачковое днище со своей группой опор и ненагружено нижнее, а при нисходящем потоке регенерационного раствора и отмывочной жидкости - наоборот, оказывается нагруженным нижнее колпачковое днище со своей группой опор и ненагружено верхнее. Следовательно, такой расход материала на колпачковые днища и их опоры оправдан лишь отчасти, то есть на отдельных технологических операциях.

Наиболее близким по технической сущности является фильтр для очистки жидкостей [3], принятый за прототип, состоящий из корпуса, верхнего и нижнего эллиптических днищ, верхнего распределительного устройства, плоского промежуточного дна, размещенного в нижней части корпуса, и слоя зернистой загрузки, расположенной на промежуточном дне. На промежуточном дне закреплены дренажные элементы, верхняя часть которых выполнена перфорированной для дренирования фильтрата через промежуточное дно, а нижняя - имеет патрубок с боковым отверстием и заглушку на нижнем торце патрубка. К заглушке прикреплен стержень, установленный с возможностью вертикального перемещения до упора в нижнее эллиптическое днище и выполняющий функцию дополнительной опоры для промежуточного дна с целью уменьшения его толщины.

Фильтр такой конструкции имеет ряд недостатков. Во-первых, невозможно применить антикоррозионное покрытие на резьбовых поверхностях сопряжения стержней и заглушек из-за того, что стержни установлены в заглушках с возможностью вертикального перемещения относительно них; невозможно применить антикоррозионное покрытие на торцах стержней и внутренней поверхности нижнего эллиптического днища в местах их контакта из-за того, что при вертикальном перемещении стержней до упора в эллиптическое днище фильтра с образованием точечного контакта антикоррозионные покрытия на упомянутых поверхностях стержней и днища будут неизбежно нарушены; также невозможно нанести антикоррозионное покрытие на очень сложную поверхность дренажных элементов такой конструкции. Кроме того, отсутствие люка для технического обслуживания на нижнем эллиптическом днище вообще делает невозможным нанесение антикоррозионного покрытия на поверхности междонного пространства. Следовательно, применение антикоррозионного покрытия на внутренней поверхности фильтра такой конструкции невозможно и фильтр не может работать с агрессивными средами, если будет изготовлен из сравнительно дешевой углеродистой стали. Для работы с агрессивными средами все детали фильтра, имеющие контакт с агрессивной средой, должны быть изготовлены из легированной коррозионностойкой стали, что приведет к повышению себестоимости фильтра почти в 10 раз по сравнению с аналогичным фильтром такой же производительности, изготовленным из углеродистой стали с антикоррозионным покрытием. Во-вторых, большая металлоемкость нижней дренажно-распределительной системы фильтра из-за того, что в фильтре использовано большое количество стержней, ими оснащен каждый дренажный элемент, причем стержни имеют большую площадь поперечного сечения, а заглушки - большую толщину. Причиной этому является то обстоятельство, что при выполнении стержнями функции опор для промежуточного дна к стержням в точках контакта с эллиптическим днищем со стороны него будут приложены реакции, направленные по нормали к внутренней поверхности эллиптического днища. Это означает, что за исключением центрального стержня все остальные стержни будут работать не только на сжатие, но и на изгиб из-за наличия горизонтальной составляющей реакции эллиптического днища, которая значительно снижает устойчивость стержней при работе их на сжатие и требует увеличения консольной заделки стержней в заглушках при работе их на изгиб.

Техническим результатом изобретения является снижение металлоемкости и себестоимости фильтра.

Технический результат достигается тем, что предложенный напорный фильтр для очистки жидкостей, состоящий из цилиндрического корпуса с эллиптическими днищами, дренажных днищ с дренажными колпачками и зернистой загрузки, помещенной между дренажными днищами, оснащен тягами, смонтированными в отверстиях дренажных днищ и состоящими из прутков, рабочих гаек, шайб, соединительной муфты, контргаек и прокладок, причем дренажные днища механически связаны друг с другом в направлении потока пропускаемой через фильтр жидкости при помощи тяг.

Снижение металлоемкости фильтра достигается, во-первых, за счет наличия механической связи дренажных днищ через тяги, благодаря которой в направлении потока пропускаемой через фильтр жидкости нагрузка равномерно распределяется между нагруженным и ненагруженным дренажными днищами, и требования к прочности каждого из дренажных днищ снижаются, кроме того, при работе фильтра по любой противоточной технологии все дренажные днища используются в качестве несущих элементов очень производительно, так как они постоянно находятся в нагруженном состоянии во время всех технологических операций (при переходе от фильтрации к операциям регенерации и отмывки меняется на противоположное лишь направление нагрузки на дренажные днища); во-вторых, за счет небольшой площади поперечного сечения прутков тяг, так как они работают только на разрыв и к ним не предъявляется требование устойчивости; в-третьих, за счет минимального количества тяг, так как они оптимально распределены по площади фильтрации вне зависимости от расположения технологических отверстий на эллиптических днищах. Причем выполнение тягами функции механической связи между дренажными днищами обеспечивается наличием в конструкции тяг прутков, рабочих гаек и соединительной муфты. Соединительная муфта необходима для возможности сборки тяг в рабочей полости фильтра, расположенной между дренажными днищами, несмотря на то, что расстояние между дренажными днищами меньше длины тяг в сборе.

Снижение себестоимости фильтра достигается тем, что все металлоемкие детали фильтра изготовлены из относительно дешевой углеродистой стали за счет возможности применения на внутренней поверхности фильтра антикоррозионного покрытия, целостность которого обеспечивается наличием в конструкции тяг, во-первых, шайб и прокладок, которые предназначены для уменьшения контактных напряжений, испытываемых антикоррозионным покрытием дренажных днищ при передаче нагрузки через тяги; во-вторых, защитных втулок, предназначенных для защиты антикоррозионного покрытия отверстий, в которых смонтированы тяги, от резьбовых поверхностей прутков тяг. Кроме того, снижение себестоимости фильтра достигается путем упрощения поверхности прутков тяг за счет использования контргаек не только по их прямому назначению, как фиксирующих деталей, но и в качестве средства для передачи пруткам крутящего момента от инструмента при сборке и демонтаже тяг.

На фиг. 1 представлен продольный разрез фильтра; на фиг.2 - увеличенное изображение продольного разреза тяги (узел I на фиг.1).

Фильтр состоит из цилиндрического корпуса 1, эллиптических днищ 2 и 3, верхнего 4 и нижнего 5 дренажных днищ, тяг 6. Корпус 1 оснащен боковым люком 7, а эллиптические днища 2 и 3 - центральными люками 8 и 9 соответственно. На люках 8 и 9 смонтированы патрубки 10 и 11 соответственно. Верхнее 4 и нижнее 5 дренажные днища выполнены перфорированными, неподвижно смонтированы соответственно в верхней и нижней частях корпуса 1 и механически связаны между собой при помощи тяг 6. В одних отверстиях дренажных днищ 4 и 5 установлены дренажные колпачки 12, в других отверстиях, расположенных друг напротив друга в центральной части дренажных днищ 4 и 5, смонтированы тяги 6. Между дренажными днищами 4 и 5 помещена зернистая загрузка 13, например ионообменная смола. Тяги 6 состоят из верхнего 14 и нижнего 15 прутков с наружной резьбой на концах, верхней 16 и нижней 17 рабочих гаек, соединительной муфты 18 с внутренней резьбой, верхней 19 и нижней 20 шайб, верхней 21 и нижней 22 резиновых прокладок, защитных втулок 23 и контргаек 24.

Все металлоемкие детали фильтра - корпус 1, эллиптические днища 2 и 3, дренажные днища 4 и 5, патрубки 10 и 11, люки 7, 8 и 9 - изготовлены из сравнительно дешевой углеродистой стали, например Ст3пс, а их поверхности, контактирующие с агрессивной средой, защищены слоем антикоррозионного покрытия 25, например гуммированы. Дренажные колпачки 12 изготовлены из коррозионностойкого материала, например из пластмассы. Тяги 6 выполнены разборными для удобства монтажа и демонтажа перед техническим обслуживанием фильтра, заключающимся, например, в периодическом восстановлении антикоррозионного покрытия 25. Для того чтобы конструкция тяг 6 была разборной, все детали тяг 6 изготовлены из коррозионностойкого материала, например легированной стали, кроме прокладок 21 и 22, изготовленных из кислото- и щелочестойкой резины.

Тяги 6 монтируются через люки 7, 8 и 9 в рабочей полости фильтра, расположенной между дренажными днищами 4 и 5, после нанесения на внутренние поверхности фильтра антикоррозионного покрытия 25. При сборке тяг 6 от инструмента на прутки 14 и 15 передается крутящий момент через шестигранные поверхности контргаек 24, предварительно навинченных на концы прутков 14 и 15 до сбегов их резьбы. Кроме того, после сборки все детали тяг 6 фиксируются друг относительно друга при помощи контргаек 24 для предотвращения самопроизвольного демонтажа тяг 6 во время работы фильтра. Для защиты антикоррозионного покрытия 25 на дренажных днищах 4 и 5 от повреждения при монтаже и работе тяг 6 применены шайбы 19 и 20, резиновые прокладки 21 и 22 и защитные втулки 23.

Фильтр, например, по противоточной технологии ионного обмена с восходящим потоком фильтрации обрабатываемой жидкости работает следующим образом.

В процессе фильтрации обрабатываемая жидкость подается в фильтр из нижнего патрубка 11 и при помощи дренажных колпачков 12 нижнего дренажного днища 5 равномерно распределяется по всей площади фильтрации перед прохождением через слой зернистой загрузки 13. Потоком обрабатываемой жидкости зернистая загрузка 13 поднимается вверх, разгружая нижнее дренажное днище 5, и прижимается к верхнему дренажному днищу 4. Причем давление зернистой загрузки 13 на верхнее дренажное днище 4 равно падению давления обрабатываемой жидкости на слое зернистой загрузки 13. Под напором зернистой нагрузки 13 верхнее дренажное днище 4 нагружается и начинает деформироваться в направлении потока обрабатываемой жидкости, вызывая смещение тяг 6 в том же направлении. От нагруженного верхнего дренажного днища 4 через верхнюю прокладку 21, верхнюю шайбу 19, верхнюю гайку 16, верхний пруток 14, соединительную муфту 18, нижний пруток 15, нижнюю гайку 17, нижнюю шайбу 20, нижнюю прокладку 22 тяг 6 нагрузка, направленная вверх, равномерно распределяется на ненагруженное нижнее дренажное днище 5. После прохождения через дренажные колпачки 12 верхнего дренажного днища 4 обработанная жидкость выводится из фильтра через верхний патрубок 10. Когда зернистая загрузка 13 истощится, процесс фильтрации обрабатываемой жидкости заканчивается и начинается регенерация с последующей отмывкой зернистой загрузки 13.

Регенерация и отмывка зернистой загрузки 13 осуществляются нисходящим потоком регенерационного раствора и промывочной жидкости соответственно. При этом регенерационный раствор подается в фильтр из верхнего патрубка 10 и при помощи дренажных колпачков 12 верхнего дренажного днища 4 равномерно распределяется по всей площади фильтрации перед прохождением через слой зернистой загрузки 13. Потоком регенерационного раствора зернистая загрузка 13 опускается вниз, разгружая верхнее дренажное днище 4, и прижимается к нижнему дренажному днищу 5. Под напором зернистой нагрузки 13 нижнее дренажное днище 5 нагружается и начинает деформироваться в направлении потока регенерационного раствора, вызывая смещение тяг 6 в том же направлении. От нагруженного нижнего дренажного днища 5 через тяги 6 нагрузка, направленная вниз, равномерно распределяется на ненагруженное верхнее дренажное днище 4. После прохождения через дренажные колпачки 12 нижнего дренажного днища 5 регенерационный раствор выводится из фильтра через нижний патрубок 11. Регенерация заканчивается отмывкой зернистой загрузки 13 от остатков регенерационного раствора. Работа фильтра при отмывке аналогична работе его при регенерации, только вместо регенерационного раствора через фильтр пропускается промывочная жидкость. После окончания операции отмывки зернистой нагрузки 13 начинается фильтрация обрабатываемой жидкости и цикл работы фильтра повторяется.

Источники информации

1. А.с. СССР 709118, МКИ² В 01 D 23/10, 1980, БИ 2.

2. Гуммированный анионообменный противоточный фильтр, производимый немецкой фирмой "WABAG Leipzig GmbH". Эскиз пpeдcтaвлeн на двух страницах в Приложении.

3. А.с. СССР 1282385, МКИ⁴ B 01 D 24/38, 1995, БИ 6 (прототип).