Фильтр для очистки жидкости

 

Изобретение предназначено для разделения суспензий, ньютоновских и неньютоновских жидкостей, растворов и расплавов полимеров, красок, лаков, рассолов, нефтепродуктов, масел, структурированных жидкостей и может найти применение в химической, нефтехимической, автотранспортной, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности, а также при очистке бытовых и промышленных сточных вод. Техническим результатом является увеличение скорости фильтрования и производительности фильтра за счет уменьшения гидравлического сопротивления осадка и эффективной вязкости неньютоновских и структурированных жидкостей. Сущность изобретения заключается в том, что в фильтре для очистки жидкости, включающем корпус с крышкой и днищем, камеры исходной и осветленной жидкости с патрубками, фильтрующую перегородку в виде цилиндрической обечайки и расположенные внутри фильтрующей перегородки вал с ротором. Вал с ротором установлен осесимметрично с цилиндрической обечайкой, образующей камеру исходной жидкости, и внешний диаметр ротора составляет 0,85-0,94 от внутреннего диаметра цилиндрической обечайки, причем боковая поверхность ротора равномерно перфорирована, а камера осветленной жидкости расположена снаружи цилиндрической обечайки. 1 ил.

Предлагаемое техническое решение относится к устройствам для разделения высоковязких суспензий, ньютоновских и неньютоновских жидкостей, растворов и расплавов полимеров, красок, лаков, рассолов, нефтепродуктов, масел, структурированных жидкостей и может найти применение в химической, нефтехимической, автотранспортной, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности, а также при очистке бытовых и промышленных сточных вод.

Известен самоочищающийся фильтр (Авт. св. СССР 1445758, В 01 D 29/38, 1988 г. ), внутри которого установлен ротор с лопатками. За счет переменной скорости вращения ротора лопатки перемещаются вверх и вниз, образуя обратный поток фильтрата.

Причиной, препятствующей достижению заданного технического результата, является неполная регенерация пор из-за недостаточного давления, возникающего от центробежных сил в обратном потоке фильтрата, что снижает скорость фильтрования и производительность фильтра.

Известен самоочищающийся фильтр, содержащий корпус с крышкой и днищем, камеры исходной и осветленной жидкости с патрубками, фильтрующую перегородку, устройство для регенерации фильтрующей перегородки, выполненное в виде вала с роторами, и устройство для удаления шлама (Авт. св. СССР 1263301, В 01 D 29/38, 1986 г.).

Причиной, препятствующей достижению заданного технического результата, является неполная регенерация пор, что снижает скорость фильтрования и производительность фильтра, особенно при разделении высоковязких структурированных и неньютоновских жидкостей.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту и принятому за прототип является фильтр для очистки жидкости, включающий корпус с крышкой и днищем, камеры исходной и осветленной жидкости с патрубками, фильтрующую перегородку в виде цилиндрической обечайки, устройство для регенерации, выполненное в виде вала с ротором и расположенное внутри фильтрующей перегородки, при этом вал с ротором установлены на траверсе с возможностью вращения и с эксцетриситетом относительно оси цилиндрической обечайки, а боковая поверхность ротора установлена с зазором к фильтрующей перегородке величиной 0,1-0,6 мм (Патент РФ 2069075, В 01 D 29/62, бюл. 32, 1996 г.).

Причиной, препятствующей достижению заданного технического результата, является малая скорость фильтрования и производительность фильтра, особенно при фильтровании высоковязких, неньютоновских и структурированных суспензий.

Задачей предлагаемого технического решения является смыв осадка на всей фильтровальной поверхности в момент его образования и создание сдвиговых напряжений вблизи фильтрующей перегородки.

Техническим результатом предлагаемого технического решения является увеличение скорости фильтрования и производительности фильтра за счет уменьшения гидравлического сопротивления осадка и эффективной вязкости неньютоновских и структурированных жидкостей.

Поставленный технический результат достигается тем, что в фильтре для очистки жидкости, включающем корпус с крышкой и днищем, камеры исходной и осветленной жидкости с патрубками, фильтрующую перегородку в виде цилиндрической обечайки и расположенные внутри фильтрующей перегородки вал с ротором, последние установлены осесимметрично с цилиндрической обечайкой, образующей камеру исходной жидкости, при этом внешний диаметр ротора составляет 0,85-0,94 от внутреннего диаметра цилиндрической обечайки, причем боковая поверхность ротора равномерно перфорирована, а камера осветленной жидкости расположена снаружи цилиндрической обечайки.

Осесимметричная установка вала с ротором внутри фильтровальной перегородки позволяет создавать одинаковые центробежные силы в исходной жидкости, находящейся внутри ротора в камере исходной жидкости, а равномерная перфорация боковой поверхности ротора позволяет под действием этих центробежных сил создавать струи исходной жидкости, ударяющие о частицы осадка, образующегося на фильтровальной перегородке, и непрерывно размывать его на всей ее поверхности.

Особенно целесообразно применение предлагаемой конструкции фильтра при разделении так называемых неньютоновских высоковязких структурированных суспензий, эффективная вязкость которых уменьшается во много раз при высоких сдвиговых скоростях деформаций и напряжениях. В предлагаемой конструкции фильтра сдвиговые скорости деформации и напряжения образуются в коаксиальном зазоре между неподвижной фильтровальной перегородкой, имеющей внутренний диаметр D, и вращающейся боковой поверхностью ротора с внешним диаметром d. Сдвиговые скорости деформации и напряжения значительно уменьшают эффективную вязкость вышеуказанных суспензий и пропорционально во столько же раз увеличивают скорость фильтрования и производительность.

Увеличение заявляемого соотношения внешнего диаметра ротора и внутреннего диаметра цилиндрической обечайки фильтрующей перегородки более верхнего предела d/D>0,94 приводит к значительному возрастанию сдвиговых напряжений и повышению энергозатрат, идущих на вращение ротора.

Уменьшение заявляемого соотношения внешнего диаметра ротора и внутреннего диаметра цилиндрической обечайки фильтрующей перегородки ниже заявляемого предела d/D<0,85 не позволяет создавать достаточных сдвиговых напряжений и скоростей деформаций и снижать эффективную вязкость неньтоновских и структурированных суспензий, что уменьшает скорость фильтрования и производительность фильтра. Кроме того, струи жидкости, выходящие из отверстий ротора, не в полной мере разрушают осадок на фильтрующей перегородке, что также снижает производительность фильтра.

На чертеже показан общий вид фильтра для очистки жидкости предлагаемой конструкции.

Фильтр для очистки жидкости состоит из корпуса 1 с крышкой 2 и днищем 3, камер исходной 4 и осветленной 5 жидкостей, с патрубками 6 для подачи исходной жидкости, 7 для отвода осветленной жидкости и 8 для удаления осадка, фильтрующей перегородки 9 в виде цилиндрической обечайки с внутренним диаметром D и осесимметрично установленных внутри фильтрующей перегородки 9, образующей камеру исходной жидкости 4, вала 10 и ротора 11. Ротор 11 жестко соединен с валом 10 спицами 12 и имеет равномерно перфорированную боковую поверхность 13 с внешним диаметром d, при этом соотношение d/D лежит в пределах 0,85-0,94, а камера осветленной жидкости 5 расположена снаружи цилиндрической обечайки фильтрующей перегородки 9.

Фильтр для очистки жидкости работает следующим образом.

Исходную жидкость подают по патрубку 6 в корпус 1 и заполняют ей камеру 4 исходной жидкости и внутренний объем ротора 11. От привода приводят во вращение вал 10 с ротором 11. Под действием перепада давления, который создают в камерах исходной 4 и осветленной 5 жидкости, исходная жидкость фильтруется через фильтрующую перегородку 9 и из камеры осветленной 5 жидкости по патрубку 7 отводится в приемник фильтрата (на чертеже не показан). Уловленные частицы скапливаются в виде осадка на поверхности фильтрующей перегородки 9. Под действием центробежной силы струи исходной жидкости выбрасываются из внутреннего объема ротора 11 через отверстия перфорированной боковой поверхности 13 и, ударяясь о частицы осадка, разбивают его и сбрасывают на днище 3 исходной камеры 4.

Кроме того, при фильтровании так называемых неньютоновских и структурированных суспензий (растворов и расплавов полимеров, красок, лаков, масел, жиров, нефтепродуктов и др.) в кольцевом зазоре между неподвижной фильтрующей перегородкой 9 и боковой поверхностью 13 вращающегося ротора 11 под действием сдвиговых напряжений эффективная вязкость исходной жидкости значительно снижается, что приводит к возрастанию скорости фильтрования, которая, как известно, обратно пропорциональна вязкости фильтруемой жидкости.

После завершения стадии фильтрования проводят регенерацию фильтрующей перегородки 9 обратным потоком промывочной жидкости или газа (воздуха). Обратный поток подают по патрубку 7 в камеру 5 осветленной жидкости, который, проходя через поры фильтрующей перегородки 9, удаляет из них частицы дисперсной фазы. Эти частицы оседают на днище 3 камеры 4 исходной жидкости и по патрубку 8 отводятся в шламосборник (на чертеже не показан). С целью снижения энергозатрат регенерацию проводят при неподвижном приводе вала 10 и ротора 11.

Увеличение заявляемого соотношения внешнего диаметра ротора 11 и внутреннего диаметра цилиндрической обечайки фильтрующей перегородки 9 более верхнего предела 0,94 приводит к чрезмерному возрастанию сдвиговых напряжений и повышенным энергозатратам, идущим на вращение ротора 11, не компенсирующих экономию энергии при фильтровании.

Уменьшение заявляемого соотношения внешнего диаметра ротора 11 и внутреннего диаметра цилиндрической обечайки фильтрующей перегородки 9 ниже предела 0,85 не позволяет создавать достаточных сдвиговых напряжений и снижать эффективную вязкость неньютоновских и структурированных суспензий. Кроме того, струи жидкости, выходящие из отверстий боковой перфорированной поверхности 13 ротора 11, не полностью разрушают осадок на фильтрующей перегородке 9.

Таким образом, предлагаемая конструкция фильтра для очистки жидкости позволяет на стадии фильтрования увеличить производительность за счет размывания осадка струями исходной жидкости, образующимися при вращении ротора 11. Кроме того, при фильтровании неньютоновских и структурированных суспензий скорость фильтрования дополнительно возрастает за счет уменьшения эффективной вязкости исходной жидкости при ее сдвиговом течении в кольцевом зазоре между неподвижной фильтрующей перегородкой 9 и вращающейся боковой поверхностью 13 ротора 11.

Формула изобретения

Фильтр для очистки жидкости, включающий корпус с крышкой и днищем, камеры исходной и осветленной жидкости с патрубками, фильтрующую перегородку в виде цилиндрической обечайки и расположенные внутри фильтрующей перегородки вал с ротором, отличающийся тем, что вал с ротором установлены осесимметрично с цилиндрической обечайкой, образующей камеру исходной жидкости, при этом внешний диаметр ротора составляет 0,85-0,94 от внутреннего диаметра цилиндрической обечайки, причем боковая поверхность ротора равномерно перфорирована, а камера осветленной жидкости расположена снаружи цилиндрической обечайки.

РИСУНКИ

Рисунок 1