Фильтр для разделения суспензии

 

Сущность изобретения: фильтр содержит корпус с отверстием для подачи разделяемой суспензии в направлении сверху вниз, фильтрующие элементы в виде полых емкостей, сообщенных с патрубком для отвода фильтра, трубы для подачи сжатого воздуха в направлении снизу вверх в зазорах между фильтрующими элементами для предотвращения налипания осадка и средство для прессования сгущенного продукта. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области разделения частиц, в частности касается фильтра для разделения суспензии, и может широко использоваться в химической и пищевой промышленности, например на сахароперерабатывающих заводах, в производстве красок, а также в сельском хозяйстве, например при обработке отходов птицеводческих ферм.

Известен вибрационный щелевой фильтр [1] имеющий корпус, входные и выходные патрубки и цилиндрические фильтрующие элементы, расположенные вертикально и выполненные в виде колец с кольцевыми пазами и отверстиями на соприкасающихся поверхностях.

Недостатками такого фильтра являются сложное конструктивное выполнение его фильтрующих элементов и наличие вибратора для удаления осадка с фильтрующих элементов, что требует дополнительных энергозатрат.

Известен также фильтр для разделения суспензии [2] содержащий корпус, отверстие для подачи суспензии в направлении сверху вниз через корпус, размещенные в корпусе фильтрующие элементы, патрубки для отвода фильтрата и сгущенного продукта.

Фильтрующие элементы в таком фильтре выполнены в виде рамок с перегородками, делящими пространство рамок на рабочие и выводные камеры. Между каждыми смежными фильтрующими рамками выполнены проточки, образующие каналы, сообщающие рабочие и выводные камеры фильтра.

Однако при таком конструктивном выполнении фильтрующих элементов и их размещении происходит осаждение осадка как на фильтрующих элементах, так и в каналах. Удаление осадка, т.е. регенерация фильтрующих элементов, происходит за счет обратного режима тока суспензии, т.е. смены функционального назначения парубков ввода суспензии и вывода фильтрата, что требует средств контроля за режимом работы фильтра, дополнительных трубопроводов и насосов. Все это усложняет конструктивно фильтр, делает его громоздким и дорогостоящим в эксплуатации, поскольку требует дополнительных энергозатрат.

Цель изобретения создание такого фильтра для разделения суспензии, в котором конструктивное выполнение его фильтрующих элементов и их взаимное расположение позволяет осуществить непрерывные и одновременные процессы фильтрации и очистки фильтрующих элементов и тем самым обеспечить высокую производительность фильтра при сокращении габаритов и уменьшении энергопотребления, что позволит повысить эффективность и экономичность его использования в различных отраслях промышленности.

Для этого в фильтре для разделения суспензии, содержащем корпус, отверстие для подачи суспензии в направлении сверху вниз, размещенные в корпусе фильтрующие элементы, патрубки для отвода фильтрата и сгущенного продукта, фильтрующие элементы установлены с зазором один от другого и имеют форму полой емкости, боковые стороны которой выполнены в виде фильтрующих перегородок, и снабжен установленными в нижней части фильтрующих элементов трубами с отверстиями для подачи сжатого газа, расположенными в непосредственной близости от фильтрующих перегородок.

Полые емкости могут иметь вид прямоугольного короба.

Фильтр может быть снабжен средством для прессования сгущенного продукта.

Средство для прессования может быть выполнено в виде камеры, подсоединенной к патрубку для отвода сгущенного продукта, установленного в камере шнека, трубопровода для отвода фильтрата, соединенного с верхней частью корпуса фильтра, и прессующей решетки.

Такое конструктивное выполнение фильтра, его фильтрующих элементов и взаимное расположение этих фильтрующих элементов позволяют обеспечить непрерывный процесс фильтрования суспензии с одновременной непрерывной очисткой фильтрующих перегородок путем подачи пузырьков воздуха, осуществляемой в направлении, противоположном движению суспензии, непосредственно по поверхности фильтрации и касательно вдоль нее. Это позволяет эффективно осуществить очистку фильтрующих перегородок с одновременным обеспечением беспрепятственного прохода через них фильтрата. При этом наличие зазора между фильтрующими элементами позволяет подавать по ним исходную суспензию и разбить весь поток суспензии на множество отдельных узких потоков, движущихся одновременно сверху вниз, фильтрация каждого из которых производится одновременно с обеих его сторон по всей высоте фильтрующих элементов. Это способствует беспрепятственному проходу пузырьков воздуха по очищаемой поверхности сквозь толщу узких потоков с двух сторон, создавая микровибрации на граничных поверхностях потоков и способствуя тем самым разделению его на фракции, жидкая из которых проходит через фильтрующие перегородки, а сгущенная фракция, концентрируясь по центру потоков, опускается вниз между фильтрующими элементами.

Разделяя поток подаваемой суспензии на множество отдельных потоков, существенно упрощается процесс фильтрации с одновременным повышением его эффективности, так как путем фильтрации каждого из потоков происходит фильтрация одновременно по всей толщине подаваемого потока, что повышает пропускную способность фильтра и увеличивает его производительность.

Кроме того, размещение фильтрующих элементов коробчатой формы с зазором один относительно другого позволяет в малом объеме разместить большое их количество, что позволяет уменьшить габариты фильтра при одновременной высокой его производительности. Это позволяет развивать фильтрующие элементы в длину, а не в высоту, что позволяет создать в напорной магистрали для свободного выхода пузырьков воздуха давление, незначительно превышающее давление каждого из потоков, определяемое высотой столба суспензии в зазоре между фильтрующими элементами и над ними.

На фиг. 1 изображен фильтр для разделения суспензии, продольный разрез; на фиг. 2 представлено изображение фильтрующего элемента фильтра; на фиг.3 разрез А-А на фиг.2; на фиг.4 изображен другой вариант фильтра для разделения суспензии в разрезе.

Фильтр для разделения суспензии содержит корпус 1 с отверстием 2 в верхней его части для подачи суспензии сверху вниз, в котором размещен бункер 3 для суспензии, фильтрующие элементы 4, размещенные в корпусе 1 вертикально или в близком к нему положении, патрубок 5 для отвода фильтрата, патрубок 6 для отвода сгущенного продукта и магистраль 7 для подачи газового потока, например воздуха, на фильтрующие элементы для их очистки.

Каждый из фильтрующих элементов 4 представляет собой полую емкость 8, имеющую вид, например, прямоугольного короба, как показано на фиг.2, 3. Боковые стороны емкости 8 выполнены в виде фильтрующих перегородок 9, а верхняя сторона в виде глухой стенки 10, что исключает попадание в емкость 8 исходной суспензии.

Каждая полая емкость 8 непосредственно сообщена с патрубком 5 для отвода фильтрата или через размещенный в нижней части 11 емкости патрубок 12, который сообщен с патрубком 5. Такой формы фильтрующие элементы 4 установлены в корпусе 1 с зазором 13 один от другого, благодаря чему подаваемая суспензия разбивается на множество параллельных потоков, которые перемещаются сверху вниз по зазорам между фильтрующими элементами 4, просачиваясь через фильтрующие перегородки 9 в полость емкости под действием давления столба суспензии, находящейся в зазоре 13.

Фильтр снабжен установленными в нижней части фильтрующих элементов 4 трубами 14 с отверстиями 15. Трубы 14 размещены вдоль фильтрующих перегородок 9 в непосредственной близости от них и соединены с магистралью 7 подачи газового потока.

В соответствии с вариантами выполнения фильтра трубы 14 располагаются непосредственно под фильтрующими элементами 4 или в зазоре 13 между ними, как показано на фиг.1, что обеспечивает во всех вариантах подачу газового потока в виде пузырьков по поверхности фильтрующих перегородок со стороны движения потока суспензии в направлении, противоположном ее движению. При этом давление газа в магистрали 7 устанавливают несколько выше давления столба суспензии над трубами 14.

Предлагаемый фильтр для разделения суспензии может быть снабжен средством для прессования сгущенного продукта, которое выполнено в виде камеры 16 (фиг. 4), шнека 17 с приводом 18 для его вращения, установленного в камере 16, и прессующей решетки 19, размещенной на выходе из камеры 16. Камера 16 подсоединена к патрубку 6 для отвода сгущенного продукта из фильтра. Шнек 17 окружен фильтром 20 для грубой очистки сгущенного продукта.

Камера 16 имеет трубопровод 21 для отвода фильтрата, который через напорную магистраль 22, имеющую встроенный в нее насос 23, сообщен с бункером 3 фильтра. В результате полученный сгущенный продукт, поступающий из патрубка 6, подвергается дополнительной фильтрации. Полученный фильтрат смешивают с исходной суспензией, которая подвергается фильтрации на фильтрующих элементах 4, а спрессованный продукт удаляют из камеры 16 через решетку 19.

Фильтр для разделения суспензии работает следующим образом.

Исходная суспензия непрерывным потоком подается в бункер 3, откуда через отверстие 2 она стекает в корпус 1, где размещается в зазорах 13 между фильтрующими элементами 4, образуя множество отдельных потоков. В каждом из потоков за счет давления столба жидкости, находящейся в зазоре 13, происходит фильтрация суспензии через фильтрующие перегородки 9 (фиг.2) соседних емкостей 8, в процессе которой жидкая фаза суспензии, просачиваясь через поры фильтрующих перегородок 9, стекает в полость емкости 8.

Из полости емкости фильтрат через патрубки 12 стекает в патрубок 5 для отвода фильтрата для последующей обработки в соответствии с выбранной технологией.

В процессе фильтрации газовый поток воздух подается через отверстия 15 труб 14 магистрали 7 в виде пузырьков 24, которые перемещаются по поверхности каждого фильтрующего элемента 4, т.е. вдоль фильтрующих перегородок 9 касательно к ним. Поток пузырьков 24 воздуха подается со стороны движения суспензии в направлении, противоположном ее движению, что производит очистку пор фильтрующих перегородок 9 от частиц суспензии. Причем фильтрация каждого из потоков суспензии осуществляется с двух его сторон, создавая пузырьками микровибрации на граничных поверхностях потока и способствуя разделению его на фракции, жидкая из которых проходит через поры фильтрующих перегородок 9, а твердая фракция сгущенный продукт, концентрируясь по центру потока, спускается вниз между фильтрующими элементами 4 и через патрубок 6 (фиг.4) стекает в камеру 16. Сгущенный продукт шнеком 17 направляется на отжим и удаляется через прессующую решетку 19, а полученный в процессе отжима фильтрат через фильтр 20 грубой очистки скапливается в камере 16 и по трубопроводу 21 и магистрали 22 подается насосом 23 в бункер 3 для смешивания с исходной суспензией.

На предлагаемом фильтре осуществляли фильтрование водной суспензии куриного помета и водной суспензии торфа. Фильтрующие элементы предлагаемой конструкции обезвоживали данные суспензии до сметанообразного состояния, при этом производительность для фильтрующих перегородок 9 с размером пор 40 мкм через 1 см² площади фильтрующего элемента составила 1 см³/с при высоте жидкости 20 см. Кроме того, предлагаемая конструкция фильтрующих элементов 4 позволяет располагать их с зазором 1-2 см, что обеспечивает образование большой фильтрующей поверхности в малом объеме, поэтому производительность предлагаемого фильтра определяется в описываемом варианте производительностью средства для прессования сгущенного продукта.

Формула изобретения

1. ФИЛЬТР ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ СУСПЕНЗИИ, содержащий корпус, отверстие для подачи суспензии в направлении сверху вниз, размещенные в корпусе фильтрующие элементы, патрубки для отвода фильтрата и сгущенного продукта, отличающийся тем, что фильтрующие элементы установлена с зазором один от другого и имеют форму полой емкости, боковые стороны которой выполнены в виде фильтрующих перегородок, и снабжен установленными в нижней части фильтрующих элементов трубами с отверстиями для подачи сжатого газа, расположенными в непосредственной близости от фильтрующих перегородок.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что полые емкости имеют вид прямоугольного короба.

3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что он снабжен средством для прессования сгущенного продукта.

4. Фильтр по п. 3, отличающийся тем, что средство для прессования выполнено в виде камеры, подсоединенной к патрубку для отвода сгущенного продукта, установленного в камере шнека, трубопровода для отвода фильтрата, соединенного с верхней частью корпуса фильтра, и прессующей решетки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4