Способ фильтрации растворов или жидких сред с твердыми примесями и устройство для его осуществления

 

Применение: для очистки от механических примесей различных суспензий, например нефти, в горнорудной и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: способ фильтрации растворов или жидких сред с твердыми примесями осуществляется следующим образом. Исходный материал подают на крутонаклонный участок фильтровального сита, имеющего форму ломаной линии в продольном сечении, перпендикулярно крутонаклонному участку, посредством гидродинамического экрана в виде изогнутых пластин, расположенных напротив крутонаклонного участка. Гидродинамический экран закреплен на корпусе жестко или консольно на концевом участке, который расположен параллельно последующему за крутонаклонным пологому участку сита и создает дополнительное давление на материал на пологом участке. При перемещении материала вдоль сита его периодически подвергают агрегации и дезагрегации с одновременной осушкой, отделяют крупные примеси и отводят отдельно от очищенной жидкой среды. 2-а независимых п. ф-лы, 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к оборудованию для очистки от мехпримесей различных суспензий и эмульсий и может быть использовано в горнорудной промышленности, например, при бурении скважин на нефть, газ, воду и пр. полезные ископаемые, пищевой и химической промышленности, в области производства строительных материалов и др. отраслях промышленности.

В нашей стране и странах ближнего и дальнего зарубежья нашли широкое распространение вибрационные сита горизонтальные или наклонные.

Наиболее близким по назначению и совокупности признаков к предложенному изобретению является устройство для фильтрации жидких сред или растворов с твердыми примесями, включающее установленный на раме корпус с вибратором и пружинными опорами, расположенное в корпусе фильтровальное сито, приемный коллектор для подачи исходного материала /4/, в котором реализуется соответствующий способ фильтрации жидких сред, включающий разделение на сите твердых примесей и очищенной жидкой среды под действием сил виброколебаний и гравитации.

Основными недостатками известного способа и устройства являются: неудовлетворительное качество очистки и пропускная способность сита из-за того, что горизонтальное расположение сетки приводит к неизбежному ее забиванию частицами шлама. Частицы шлама и раствор двигаются с ускорением виброкорпуса по ситу и с ускорением силы тяжести g проходят сквозь сито, отрываются от сетки и где-то при встрече подвергаются "лобовому" удару, что ускоряет процесс засорения сетки шламом и снижает срок службы ее и пропускную способность, большие габаритные размеры, масса, материалоемкость, трудоемкость изготовления сита.

большая приводная мощность, большая парусность сетки снижает срок ее службы, большая загазованность воздуха около сита в случае поступления газированного раствора, повышенная влажность сбрасываемого шлама.

Достигаемым техническим результатом является повышение качества очистки жидких сред, повышение удельной пропускной способности и срока службы сетки, уменьшение массы, габаритных размеров, трудоемкости изготовления при одновременном упрощении конструкции, снижение влажности шлама, обеспечение экономически чистой обстановки.

Указанный технический результат достигается тем, что исходный материал подают на крутонаклонный участок фильтровального сита, имеющего форму ломаной пинии в продольном сечении, перпендикулярно крутонаклонному участку, а на последующем пологом участке разделяемый материал подвергают дополнительному давлению посредством резонирующих или противофазных колебаний гидродинамического экрана и корпуса с ситом, при этом в процессе транспортирования материала вдоль сита периодически осуществляют агрегацию и дезагрегацию материала с одновременной его осушкой, разделяемый материал может подвергаться воздействию виброколебаний, направленных под углом к продольной оси сита.

На фиг. 1-6 представлено устройство для осуществления способа: фиг.1 - продольный разрез, фиг.2 вид в плане, фиг.3 разрез В-В фиг.2, фиг.5,6 - размещение вибратора поперек или вдоль продольной оси соответственно сита.

Устройство для фильтрации жидких сред или растворов с твердыми примесями состоит из рамы 1 с установленным на ней приемным коллектором 2 и входным патрубком 3 и распределителем потока раствора 4, который крепится прижимными винтами 5. На раме 1 на четырех пружинных опорах 6 устанавливается прямоугольный виброкорпус 7, в котором перпендикулярно направлению движения потока жидкости устанавливаются на различной высоте и расстоянии между собой вращающиеся валики 8-12, сито или сетка 13 поочередно огибает их сверху и снизу, принимая в профиль вид ломаной пинии. Расстояние между валиками выбирается так, что парусность сетки 13 практически сводится к нулю, она всегда находится в прижатом состоянии к ним. Это позволяет значительно увеличить частоту колебаний /с 19 до 25 Гц и более/ и срок службы сетки. Меняя место расположения и количество валиков 8-12 можно придавать сетке любую конфигурацию с образованием зон агрегации, дезагрегации, осушки и транспортировки шлама.

Концы сетки прижимаются специальными захватами 14 и 15, конструкция которых может быть самой разнообразной В данном случае, задний захват 14 выполнен в виде двух пластин с резиновыми прокладками и стяжными винтами, передний 15 в виде прижимной планки, изготовленной из трубы, разрезанной по образующей.

Для ее прижима к валику 12 служат винты 16.

Окончательное натяжение сетки достигается валиком 17, который совершает поступательное движение с помощью винтов 18.

Последние вращаются во втулках вала 19, который крепится винтами 20 и может вращаться на них как вокруг оси.

На стойках 21 винтами 22 крепится поворотная балка 23, с которой жестко соединена плита 24 с вибратором 25. Для создания запаса сетки по длине служит поворотный барабан 26, который крепится к передней части рамы 1.

Под распределителем потока 4 с разгрузочной стороны корпуса установлен гидродинамический экран 27 в виде изогнутой пластины, закрепленной на корпусе ж стко или консольно на концевом участке, который расположен напротив загрузочного крутонаклонного участка 13 сита, параллельно последующему пологому участку.

Для отвода газов часть рамы 1 прикрыта пластиной 28, которая вместе со швеллером рамы образует газоотводной канал с отверстиями 29 и патрубками 30.

Вибратор 25 на плите 24 может устанавливаться в двух положениях: первое, когда вибратор 25 /или два вибратора/ расположен перпендикулярно направлению движения потока раствора, в случае установки двух вибраторов сито работает в режиме линейных колебаний, второе, когда вибратор 25 расположен вдоль направления движения потока раствора.

Осуществление способа и работа устройства заключается в следующем.

Раствор из скважины со шламом через приемный патрубок 3, коллектор 2 и распределитель потока 4 поступает на гидродинамический экран 27 и по его наклонной плоскости самотеком направляется на крутопадающий участок сетки 13, где начинается процесс фильтрации жидкой фазы. Поскольку собственный вес частиц /механических примесей/ направлен почти параллельно фильтрационной поверхности сетки, то это способствует их быстрому продвижению вниз и самоочистке сетки одновременно с сепарацией материала.

Далее частица шлама с оставшимся объемом жидкой фазы под воздействием собственного веса и вибрации оседают вдоль всей длины валика 9. Здесь в стесненных условиях начинает интенсивно протекать процесс агрегации частиц, когда на поверхности крупных частиц, оседают более мелкие с размером меньше ячеи сетки.

Этот процесс протекает по всей длине зоны фильтрации жидкой фазы и способствует увеличению эффективности очистки растворов.

Оставшийся объем раствора с частицами шлама, находящимися в большинстве своем в агрегативном состоянии, поступает на пологий участок сетки между валиками 9 и 10, заполняя весь объем под гидродинамическим экраном 27. Двигаясь поступательно за счет воздействия виброколебаний и разности гидростатического давления в начале и конце полого участка, объем раствора дополнительно получает ускорения, с которыми совершает виброколебания гидродинамический экран 27 /более 5 g /, тогда как во всех существующих ситах раствор сверху вниз двигается только с ускорением /свободное падение в воздухе/.

За счет этого увеличивается перепад давления на ситовом поверхности, что резко повышает скорость фильтрации жидкой фазы.

Гидродинамический экран 27 совершает синхронные колебания в случае его жесткого крепления к виброкорпусу 7 и в противофазе, когда его пологий консульный участок свободный. В последнем случае гидродинамический эффект увеличивается, что необходимо в случае очистки растворов с повышенными реологическими показателями и плотностью.

Достигнув самой верхней линии перелива, т.е. валика 10 шлам, находящийся уже в агрегативном состоянии с оставшимся объемом жидкой фазы, переливается на следующий участок сетки в месте расположения натяжного валика 17. Последний располагается так, что первый участок имеет довольно значительный уклон. Поэтому здесь происходит практически полное отделение большей части жидкой фазы из раствора, а шлам, перемалываясь, все же остается в агрегативном состоянии и двигаясь со значительной скоростью по крутопадающему участку сетки, собирается вдоль натяжного валика 17, где также интенсивно протекает процесс его агрегации и осушки. На последующих участках ситовой поверхности происходит максимально возможная его осушка и транспортировка в шламосборник или амбар.

Таким образом, заканчивается процесс очистки раствора от шлама.

В случае поступления газированного раствора, патрубок 30 шлангом подсоединяется к вентилятору или же вакуумной системе. В этом случае газ, выделившийся из раствора при очистке его на вибросите, продолжает двигаться вниз за счет разрежения /этому способствует также то, что он тяжелее воздуха/ и через отверстия 29 в раме 1 отвод 30 вентилятором /на рис. не показан/ транспортируется за пределы рабочей зоны в безопасное место. Таким образом, исключается применение громоздкой вытяжной системы с зонтами и воздуховодами и гарантируется экологически чистая среда в рабочей зоне.

В случае установки на плите 24 двух вибраторов 25, причем дебалансы последних вращаются в разном направлении, виброкорпус 7 совершает линейные колебания.

Во втором случае, когда вибратор устанавливается вдоль направления движения раствора и под углом к горизонтальной плоскости, процесс очистки раствора от мехпримесей протекает совершенно по другому. Виброкорпус 7 совершает колебания по эллиптической /круговой/ траектории, плоскость которой расположена перпендикулярно направлению движения раствора и под углом к горизонтальной плоскости. Раствор, поступая поочередно на различные участки сетки, подвергается сепарированию жидкой фазы как и в описанном первом случае. Однако частица шлама двигаются не только поступательно в сторону движения жидкости, но и от боковых стенок виброкорпуса в сторону осевой линии. Таким образом, имеем два потока шлама, двигающиеся навстречу друг другу от боковых стенок виброкорпуса 7. После их встречи они сливаются в общий поток, движущийся по винтовой траектории, подвергаясь дезагрегации в точках верхнего перегиба и агрегации в нижних. При прочих равных условиях путь транспортировки частиц значительно увеличивается, поэтому процесс агрегации частиц в крайних нижних точках протекает более интенсивно за счет бокового смещения потока частиц шлама, т.е. создаются наиболее оптимальные условия для их агрегации и осушки.

Установка и смена сетки производится следующим образом.

Сетка необходимой длины наматывается на барабан 26. Свободный конец сетки 13 укладывается между валиками 8-12, как это показано на фиг.1 и зажимается прижимной планкой 14. Барабаном 26 выбираем слабину сетки 13 до создания предварительного ее натяжения, а винтами 16 и планкой 15 фиксируем ее положение. Вращением барабана 26 в обратном направлении оставляем участок сетки между барабаном 26 и прижимной планкой 15 в свободном состоянии.

Окончательное натяжение достигается опусканием валика 17 при помощи винтов 18. Сито готово к работе. По мере износа часть сетки выбрасывается за счет имеющегося запаса ее на барабане 26.

Формула изобретения

1. Способ фильтрации жидких сред или растворов с твердыми примесями, включающий подачу исходного материала на расположенное в виброкорпусе фильтровальное сито, отделение твердых примесей под действием сил гравитации и виброколебаний и последующий раздельный отвод очищенной жидкой среды и твердых примесей, отличающийся тем, что исходный материал подают на крутонаклонный участок фильтровального сита перпендикулярно последнему а на последующем пологом участке разделяемый материал подвергают дополнительному давлению посредством резонирующих или противофазных колебаний гидродинамического экрана и корпуса с ситом, при этом в процессе транспортирования материала вдоль сита периодически осуществляют агрегацию и дезагрегацию материала с одновременной его осушкой.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разделяемый материал подвергают воздействию виброколебаний, направленных под углом к продольной оси сита.

3. Устройство для фильтрации жидкой среды или растворов с твердыми примесями, включающее установленный на раме корпус с вибратором и пружинными опорами, расположенное в корпусе фильтровальное сито, приемный коллектор для подачи исходного материала, размещенный с загрузочной стороны корпуса, отличающееся тем, что приемный коллектор выполнен с распределителем потока исходного материала, сито снабжено валиками, установленными в корпусе перпендикулярно его продольной оси со смещением относительно друг друга на высоте и длине корпуса, и гидродинамическим экраном в виде изогнутой пластины, причем фильтровальное сито натянуто на валики с образованием в продольном сечении ломаной линии с загрузочным крутонаклонным участком и последующим пологим, а гидродинамический экран установлен под распределителем потока, закреплен на корпусе жестко или консольно на концевом участке, который расположен напротив загрузочного крутонаклонного участка сита и параллельно последующему пологому участку, при этом вибратор закреплен на корпусе с его разгрузочной стороны под углом к горизонтальной плоскости, вдоль или поперек продольной оси корпуса.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что оно снабжено приспособлением для предварительного натяжения, намотки и перепуска сита в виде барабана.

5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что рама выполнена с отверстиями и воздуховодом с патрубком для удаления газов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6