Устройство для очистки и разделения жидкостей

 

Изобретение относится к фильтрованию и включает основание, фильтрующий блок с расположенным в его корпусе фильтрующим элементом с мембранным покрытием, размещенные в нижней части корпуса патрубки подачи и отвода жидкости, центральную трубу, бак очищенной жидкости и систему подачи неочищенной жидкости, содержащую бак и насос с электродвигателем для подачи неочищенной жидкости под давлением в фильтрующий блок. Устройство снабжено коллектором и дополнительными фильтрующими блоками, при этом основание выполнено из горизонтальных и вертикальных элементов, коллектор выполнен в виде расположенной вдоль продольной оси в верхней части основания трубы с направленными в противоположные стороны патрубками, все фильтрующие блоки снабжены дополнительными патрубками, расположенными в верхней части корпуса и прикрепленными к соответствующему патрубку коллектора, и объединены в две гидравлически параллельно соединенные секции. Внутри каждой секции блоки гидравлически соединены последовательно, фильтрующие элементы выполнены из аксиально установленных трубок, один конец которых заглушен, а другой гидравлически сообщен с коллектором. Полость центральной трубы гидравлически сообщена с системой подачи неочищенной жидкости, блоки нижней части корпуса прикреплены к горизонтальному несущему элементу посредством хомута, установленного на корпусе с возможностью перемещения и фиксации. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к фильтрованию, в частности к устройствам для мембранной очистки жидкостей, и может быть использовано для очистки и разделения различных технологических растворов, а также промышленных и сточных вод.

Известно устройство для очистки промышленных жидкостей, содержащее расходный бак, бак загрязненной жидкости, насос и фильтрующий блок, выполненный из емкости и размещенных в ней фильтрующих элементов, входная полость которых сообщена с нагнетательной стороной насосов, а фильтрующие элементы соединены в отдельные секции [1] Процесс очистки жидкости с помощью известного устройства цикличен, что снижает производительность, затрудняет автоматизацию процесса и не может быть использован для тонкой очистки жидкости, например грязной воды, поскольку в качестве фильтрующих элементов используется порошок, который необходимо после каждого цикла промывать, очищать от осадка.

Известны обратноосмотические установки, включающие емкость для очищаемой жидкости, насос для подачи последней в мембранные фильтры, установленные в цилиндрических корпусах, причем последние соединены друг с другом по параллельной схеме [2] Данное техническое решение предусматривает непрерывной процесс очистки жидкости с отделением оставшихся в фильтрах включений и сбор неоднократно прошедшей через фильтры жидкости в той же емкости. Недостатки данной установки состоят в том, что одну и ту же жидкость, причем уже очищенную, приходится прогонять по той же гидросистеме и сливать в ту же емкость, что отрицательно сказывается на эффективности самой очистки и производительности установки и ее ресурсе. Эти недостатки не позволили достаточно подробно проработать указанную схему и наладить широкое использование установок на этом принципе.

Известна установка для очистки жидкостей, включающая емкость для грязной и очищенной жидкости, насос для подачи жидкости под давлением в фильтрующие блоки, в корпусе которых установлены фильтрующие элементы и центральная труба, в стенках которой выполнены радиальные отверстия. Фильтрующие блоки установлены в гидросистеме параллельно. На поверхности фильтрующих элементов расположены мембраны из биологически активных веществ [3] Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому.

К недостаткам известного устройства можно отнести небольшую эффективность процесса в силу незначительного давления, применяемого в системе (в основном гидростатического из предварительного фильтра). Это сказывается на производительности установки.

Необходимость повышения производительности очистительных установок приводит к созданию в этих установках батарей фильтрующих элементов, которые располагают по параллельной схеме. При таком способе установки фильтрующих элементов соединение их в единую гидравлическую сеть приходится проводить большим количеством трубопроводов, что создает неудобства при монтаже приходится гнуть и изготавливать отрезки трубопроводов "по месту", а это ручная работа, большая трудоемкость, отсутствие универсальности узлов и, следовательно, неудобство обслуживания. Большое количество коротких изогнутых трубопроводов это и большие гидравлические потери. Все сказанное приводило к тому, что не было налажено массовое производство и эксплуатация установок.

Цель изобретения повышение эффективности применения устройства за счет повышения производительности, упрощения конструкции и повышения ее технологичности, уменьшения габаритов, улучшения гидравлических характеристик и облегчения обслуживания.

Цель достигается наличием в устройстве коллектора в виде несущей трубы с направленными в противоположные стороны патрубками, который расположен вдоль продольной оси симметрии устройства в верхней части его основания. Это позволяет уменьшить габариты устройства, упростить конструкцию, сократить почти вдвое количество трубопроводов, отводящих очищенную жидкость от фильтрующих блоков, потому что фильтрующие блоки крепятся непосредственно к патрубку коллектора, как бы "навешиваются" на него по обеим сторонам. Для этого каждый фильтрующий блок снабжен дополнительным патрубком, расположенным в верхней части его корпуса. Все фильтрующие блоки устройства объединены в две секции, которые соединены в гидросистеме параллельно, а внутри каждой секции фильтрующие блоки соединены в гидравлическую схему последовательно. Это значительно сокращает габариты устройства и повышает его эффективность, поскольку соединение фильтрующих элементов в параллельно-последовательную схему позволяет объединить достоинства этих двух схем и избавиться от ряда их недостатков. Главный недостаток последовательной схемы это то, что последующие фильтрующие блоки работают на более концентрированной жидкости и на меньшем (с учетом гидравлических потерь) давлении. При параллельной схеме главный недостаток заключается в трудности подачи жидкости на все фильтрующие блоки равномерно, что необходимо для эффективной работы установки.

Фильтрующие элементы устройства выполнены в виде установленных аксиально в корпусе фильтрующего блока трубок, один конец которых заглушен, а другой гидравлически сообщен с коллектором. Такое исполнение фильтрующего блока позволяет увеличить фильтрующую (работающую) поверхность и, следовательно, повысить производительность, а также облегчить его ремонт. При этом полость центральной трубы фильтрующего блока, в корпусе которой выполнены отверстия, гидравлически сообщена с системой подачи неочищенной жидкости, что обеспечивает постоянное омывание поверхности фильтрующих элементов, являющейся непременным условием эффективности работы установки, и увеличивает их работоспособность, ресурс, исключает их быстрое засорение. Фильтрующие блоки нижней частью корпуса прикреплены к горизонтальной балке основания посредством хомута, установленного на корпусе с возможностью перемещения и фиксации, и установленного на несущем элементе основания с возможностью вращательного и продольного перемещения относительно него с фиксацией в промежуточных положениях промежуточной планки, у которой с одной ее стороны выполнена продольная прорезь, а другая сторона взаимодействует с хомутом посредством крепежного элемента. Данное исполнение крепления фильтрующего блока позволяет значительно упростить монтаж установки, сократить время ее сборки, компенсировать дефекты и отклонения от нормы, допущенные при изготовлении узлов и деталей устройства.

Для предохранения трубы коллектора от случайных повреждений, а также учитывая, что он является несущим элементом конструкции, его целесообразно расположить внутри балки, закрытой металлической пластиной.

Для удобства обслуживания, использования и контроля рабочего процесса установки емкости грязной и чистой жидкости могут быть оборудованы смотровыми окнами-уровнемерами.

Электроманометр, подключенный в гидросистему установки, позволит автоматизировать процесс управления и контроля за работой установки по рабочему давлению в системе. При этом гидравлическая часть электроманометра сообщена с напорной ветвью системы подвода неочищенной жидкости, а электрическая часть подключена в электрическую схему управления насосом.

Для того, чтобы уменьшить вибрацию и пульсации давления в гидросистеме, в нее целесообразно ввести воздушный компенсатор, который устанавливается сразу после насоса.

Для ускорения проведения монтажных работ трубки фильтрующих элементов могут быть объединены в пакеты или выполнены многоканальными, где каждый пакет будет представлять собой многоканальную трубку.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг2 вид А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 вид В на фиг.1.

Устройство для очистки жидкостей содержит основание, выполненное из жестко соединенных друг с другом несущих элементов: горизонтальных 1, вертикальных 2 и промежуточных 3 балок. В верхней части основания вдоль его продольной оси симметрии в горизонтальной плоскости крепится коллектор 4, выполненный из трубопровода 5, расположенного внутри горизонтальной балки 6 и закрытого металлической пластиной 7. Коллектор 4 имеет выходящие на обе стороны трубопровода 5 патрубки 8, продольные оси симметрии которых перпендикулярны продольной оси симметрии трубопровода 5. К патрубкам 8 посредством ниппельного соединения 9 крепятся патрубки 10 фильтрующих блоков 11. Последние соединены в две параллельные секции, внутри каждой секции фильтрующие блоки соединены последовательно. Для реализации параллельно-последовательной схемы соединения фильтрующих блоков достаточно иметь в каждой секции по два блока. В реальной конструкции выполнено и для лучшего уяснения изображено на чертеже 6 блоков в каждой секции. Каждый фильтрующий блок 11 состоит из корпуса 12, в котором между верхней 13 и нижней 14 крышками аксиально расположены фильтрующие элементы, выполненные из керамических или металлокерамических трубок 15, нижний конец которых герметично заглушен. При этом на внешней поверхности трубок нанесен мембранный слой, посредством которого обеспечивается очистка жидкости. Способы мембранной очистки, а также способы нанесения мембранного слоя на основу фильтрующего элемента не составляют предмет настоящего изобретения, поэтому здесь не описываются.

Достаточно подробно они освещены в технической литературе (см. например, Брык М.Т. и др. Применение мембран для создания систем кругового водопотребления. М. Химия, 1990 или Хвант Ф.Т. и др. Мембранные процессы разделения. М. Химия, 1981).

В корпусе 12 фильтрующего блока 11 расположена центральная труба 16, внутренняя полость которой гидравлически сообщена с полостью корпуса 12 посредством выполненных в стенках трубы 16 сквозных отверстий 17. В верхней части фильтрующего блока 11 под крышкой 13 выполнена входная полость 18, которая гидравлически сообщена с одной стороны посредством патрубков 8 и 10 с полостью трубопровода 5 коллектора 4, с другой стороны с полостями фильтрующих элементов 15. В нижней части фильтрующего блока 11 над его крышкой 14 выполнена нижняя полость 19. Фильтрующий блок 11 жестко крепится к несущему элементу основания промежуточной балки 3 посредством хомута 20, который соединен с промежуточной планкой 21, посредством соединительного элемента 22, обеспечивающего вращение хомута 20 вокруг продольной оси симметрии соединительного элемента 20. В планке 21 с противоположной стороны относительно крепления хомута 20 выполнена прорезь 23, обеспечивающая продольное перемещение планки 21 в горизонтальной плоскости параллельно продольной оси симметрии промежуточной балки 3.

Промежуточная планка 21 жестко фиксируется на балке 3 разъемными элементами 24. На корпусе 12 фильтрующего блока 11 в нижней его части выполнен боковой патрубок 25, посредством которого нижняя полость 19 фильтрующего блока 11 сообщена с аналогичной полостью смежного блока.

На нижней крышке 14 фильтрующего блока 11 выполнен патрубок 26, посредством которого полость центральной трубы 16 первого по ходу движения жидкости фильтрующего блока гидравлически сообщена с подводящей магистралью. Полость центральной трубы 16 второго фильтрующего блока посредством патрубка 26 гидравлически сообщена с полостью центральной трубы третьего фильтрующего блока, четвертого с пятым и т.д. Полость центральной трубы 16 шестого фильтрующего блока посредством патрубка 26 гидравлически сообщена с баком 28 неочищенной жидкости. Патрубки 25 и 26 соединены соответственно с патрубками 25 и 26 смежного блока трубопровода 27. Устройство содержит две емкости в виде бака 28 неочищенной жидкости и бака 29 очищенной жидкости. Бак 28 посредством трубопроводов 30, насоса 31 с электродвигателем 32, воздушного компенсатора 33, патрубка 26 гидравлически сообщен с полостью центральной трубы 16 первого фильтрующего блока 11 первой и второй секций. Давление в системе поддерживается насосом 31 и контролируется по верхнему и нижнему уровню электроманометром 34. Для уравнения вибраций и скачков давления в гидравлическую систему после насоса 31 встроен воздушный компенсатор 33. Управление электродвигателем насоса происходит с пульта 35 управления. Посредством трубопроводов 36 с вентилем 37 в бак 28 гидравлически сообщен с полостью центральной трубы 16 шестого фильтрующего блока каждой секции. Бак 29, в свою очередь, сообщен с трубопроводом 5 коллектора 4 посредством трубопроводов с вентилями 38 и 39. Баки 28 и 29 имеют визуальные уровнемеры 40.

Устройство работает следующим образом.

Жидкость, подлежащая очистке или разделению, из бака 28 по трубопроводу 30 поступает к насосу 31, который подает жидкость под давлением (как правило, 0,2-0,6 МПа), обеспечивающим протекание обратноосмотического процесса в полость центральной трубы 16 первого по ходу подачи жидкости фильтрующего блока 11 каждой секции. Под обратноосмотическим понимается диффузионный процесс, при котором через стенки фильтрующего элемента 15 проходит только поток растворителя, а растворенное в нем вещество задерживается. Из полости центральной трубы 16 через радиальные отверстия 17 жидкость поступает в полость корпуса 12 фильтрующего блока 11 и, омывая фильтрующие элементы 15, поступает в нижнюю полость 19, откуда через патрубок 25 и трубопровод 27 подается в нижнюю полость 19 второго фильтрующего блока 11 каждой секции. Из нижней полости 19 жидкость подается в полость корпуса 12, омывает стенки фильтрующих элементов 15, поступает через отверстия 17 в полость центральной трубы 16 и через патрубок 26, трубопровод 27 поступает в полость центральной трубы 16 третьего фильтрующего блока каждой секции и т.д. Из полости центральной трубы 16 шестого, в нашем случае последнего, фильтрующего блока 11 жидкость по трубопроводу 36, соединенному с патрубком 26, поступает обратно в бак 28. Здесь возвратившаяся жидкость смешивается с находящейся в баке жидкостью, которая поступает в насос 31, и таким образом процесс непрерывно продолжается.

Условие непрерывной циркуляции жидкости является обязательным для эффективной работы установки: в этом случае растворенное вещество не налипает на мембраны трубок и поддерживается высокая производительность. Очищенная жидкость из полостей фильтрующих элементов 15 поступает в выходную полость 18 фильтрующего блока 11 и далее через патрубки 10 и 8 в трубопровод 5 коллектора 4.

Из коллектора 4 по трубопроводу с вентилем 38 очищенная жидкость поступает в бак 29. В процессе работы мембраны фильтрующих элементов 15 могут со временем забиваться, что видно по значительному снижению производительности установки. В этом случае к патрубку вентиля 39 подсоединяется источник сжатого воздуха и производится продувка фильтрующих элементов.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ, включающее основание, фильтрующий блок с расположенным в его корпусе фильтрующим элементом с мембранным покрытием, двумя размещенными в нижней части корпуса патрубками подачи и отвода жидкости и центральной трубой, бак очищенной жидкости и систему подачи неочищенной жидкости, содержащую бак и насос с электродвигателем для подачи неочищенной жидкости под давлением в фильтрующий блок, отличающееся тем, что оно снабжено коллектором и дополнительными фильтрующими блоками, при этом основание выполнено из горизонтальных и вертикальных несущих элементов, коллектор выполнен в виде расположенной вдоль продольной оси в верхней части основания трубы с направленными в противоположные стороны патрубками, все фильтрующие блоки снабжены дополнительными патрубками, расположенными в верхней части корпуса и прикрепленными к соответствующему патрубку коллектора, и объединены в две гидравлически параллельно соединенные секции, причем внутри каждой секции блоки гидравлически соединены последовательно, фильтрующие элементы выполнены из аксиально установленных трубок, один конец которых заглушен, а другой гидравлически сообщен с коллектором, полость центральной трубы гидравлически сообщена с системой подачи неочищенной жидкости, блоки нижней частью корпуса прикреплены к горизонтальному несущему элементу посредством хомута, установленного на корпусе с возможностью перемещения и фиксации, и соединенной с ним планки, установленной на горизонтальном несущем элементе с возможностью продольного перемещения относительно него с фиксацией в промежуточных положениях, планка имеет продольную прорезь, выполненную с противоположной стороны относительно соединения с хомутом.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коллектор установлен внутри горизонтального несущего элемента, закрытого металлической пластиной.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что баки снабжены смотровыми окнами-уровнемерами.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено электроманометром, гидравлически сообщенным с системой подачи неочищенной жидкости, а электрически связанным с электродвигателем насоса.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено воздушным компенсатором, расположенным в напорной магистрали насоса.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубки фильтрующих элементов выполнены многоканальными.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4