Фильтровальное устройство, способ очистки фильтровального устройства и способ фильтрации
Изобретение предназначено для фильтрации. Устройство содержит расположенные друг над другом горизонтальные зоны фильтрования, с которыми сопряжены, по меньше мере, одна центральная распределительная труба, один общий нефильтратный канал, один общий фильтратный канал. На фильтрующем элементе имеется фильтрующий слой, образованный, по меньшей мере, одним фильтровальным вспомогательным веществом и отделяющий зону сбора фильтрата от полости отстоя. Устройство содержит также предусмотренный для каждого фильтрующего элемента и охватывающий центральную ось фильтра кольцевой приемный канал, который по своей периферии на большем радиальном расстоянии от центральной оси фильтра входит выходным отверстием в полость отстоя и на меньшем расстоянии от центральной оси имеет, по меньшей мере, одно сообщенное с нефильтратным каналом входное отверстие для нефильтрата. Окруженный зонами фильтрования выход нефильтратного канала предусмотрен в области центральной оси фильтра. Каждый фильтрующий элемент и/или группа фильтрующих элементов снабжена, по меньшей мере, одним жидкостным клапаном, находящимся в стоке фильтрата. Каждый фильтрующий элемент и/или группа фильтрующих элементов снабжена, по меньшей мере, одним жидкостным клапаном, находящимся в подающем трубопроводе для промывочной жидкости, снабженном выносными соплами. Технический результат: качественная очистка и промывка. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к фильтровальному устройству согласно ограничительной части пункта 1 формулы, способу очистки фильтровального устройства и к способу фильтрации.
В технике известно множество фильтровальных устройств.
Так, например в ЕР 0379054 В1 представлено фильтровальное устройство, в котором несколько фильтрующих элементов, выполненных, по существу, горизонтально в виде кольцевых шайб, расположены друг над другом, при этом указанные фильтрующие элементы находятся между элементами дна и крышки, которые вместе с внешним обрамлением фильтрующих элементов образуют наружный корпус такого фильтра.
Кроме того, фильтрующие элементы имеют в центре круглое отверстие, создающее, с одной стороны, связь с другими фильтрующими элементами и служащее, с другой стороны, для подвода фильтруемой жидкости - нефильтрата. Каждый из фильтрующих элементов содержит разделительный слой, отделяющий полость нефильтрата от полости фильтрата.
Упомянутый разделительный слой может быть образован, например, сетчатой тарелкой со щелевидными отверстиями, причем сама сетчатая тарелка расположена на разделительной пластине, одновременно образующей непроницаемое для жидкости разграничение данного фильтрующего элемента относительно размещенного под ним следующего фильтрующего элемента.
Для повышения эффективности фильтрования на разделительный слой непосредственно перед процессом фильтрования намывают так называемую фильтрационную лепешку, то есть слой фильтровального вспомогательного вещества.
Для промывания или очистки подобной фильтровальной компоновки предусматривается ввод в систему соответствующей промывочной или очищающей жидкости под высоким давлением. Предназначенная для очистки жидкость подается в фильтр извне, причем подача этой жидкости производится сначала с помощью, по меньшей мере, одного трубопровода большого сечения. Затем через отверстия со сравнительно небольшим поперечным сечением жидкость вводят извне в нефильтратную полость каждого фильтрующего элемента, при этом формируются потоки жидкости, направленные в основном от наружной периферийной поверхности фильтрующего элемента к круглому отверстию, находящемуся в центре фильтрующего элемента.
Отверстия, находящиеся на наружной периферийной поверхности фильтрующего элемента, выполнены, например, попарно, причем одно из этих отверстий выполнено таким образом, что жидкость, протекающая через это отверстие, приводит фильтрационную лепешку во вращательное движение, а другое отверстие выполнено так, что протекающая через него жидкость делит фильтрационную лепешку на мелкие части, что позволяет без проблем отводить всю фильтрационную лепешку через трубопровод для нефильтрата.
Фильтровальное устройство согласно ЕР 0379054 при небольшой занимаемой площади и небольшом расходе фильтровальных вспомогательных веществ, например кизельгура, характеризуется исключительной эффективностью фильтрования.
К недостаткам такого устройства относятся неудовлетворительные характеристики в процессе очистки или промывки.
В процессе очистки и/или промывки необходимо очищать от налипшего фильтрационного осадка, в том числе и сетчатую тарелку. Для этого к обратной стороне сетчатой тарелки подается промывочная жидкость, причем она подводится к фильтрующим элементам по трубопроводу для фильтрата. Промывочная жидкость течет сквозь сетчатую тарелку с фильтратной стороны к нефильтратной стороне и удаляет с сетчатой тарелки налипший фильтрационный осадок.
Упомянутые выше недостатки заключаются в том, что промывочная жидкость подается определенным, но не произвольно наращиваемым объемным потоком, который в силу пространственных условий должен распределяться по множеству фильтрующих элементов. При этом необходимо также учитывать, что эти фильтрующие элементы обладают большой очищаемой площадью, а именно площадью кругового кольца соответствующей сетчатой тарелки, в результате чего скорости потока внутри фильтрующих элементов оказываются, как правило, недостаточными, чтобы отделить от сетчатых тарелок и затем удалить весь фильтрационный осадок или частицы грязи.
Наблюдающееся уменьшение скорости потока становится особенно ясным, если сравнить площади сечений подводящего трубопровода (подводящих трубопроводов) промывочной жидкости с суммой площадей сетчатых тарелок всех фильтрующих элементов.
Поскольку фильтрующие элементы находятся к тому же на разных уровнях по высоте, величины объемных потоков, достигающих, например, самого нижнего, среднего и самого верхнего фильтрующего элемента, сильно отличаются друг от друга.
Объемный поток, достигающий фильтрующего элемента, вследствие его разделения на множество частичных потоков, а также вследствие разного уровня по высоте и влияния других факторов, которые здесь более подробно не разъясняются, уменьшается настолько, что негативные эффекты проявляются также и при выносе фильтрационных лепешек.
Например, могут происходить случаи, когда фильтрационные лепешки отдельных фильтрующих элементов в ходе процесса очистки уже полностью не отделяются от разделительной поверхности и полностью не измельчаются, в результате чего очистка осуществляется не до конца, что не позволяет в последующем достичь оптимальной эффективности фильтрования.
Вышеописанный эффект, заключающийся в том, что на каждом фильтрующем элементе возникает разный по величине объемный поток, также негативно сказывается на эффективности фильтрования и при нормальном режиме работы, поскольку не все фильтрующие элементы оптимально снабжаются нефильтратом и поэтому не могут в максимально возможном объеме способствовать эффективности фильтрования.
Как правило, этот эффект является причиной увеличения размеров подобных фильтровальных установок, что приводит к излишним затратам на приобретение оборудования и излишним эксплуатационным расходам.
Задача и цель данного изобретения заключаются в устранении указанных недостатков и внесении усовершенствований, позволяющих в подобных фильтровальных компоновках производить быструю, полную и бездефектную очистку и промывку, а также достигать благодаря равномерному снабжению нефильтратом отдельных фильтрующих элементов оптимальной эффективности фильтрования, что дает возможность по сравнению с известными устройствами значительно сократить габариты и стоимость устройств, предложенных согласно изобретению.
Для этого в соответствии с изобретением предусматривается такое управление объемным потоком промывочного средства, используемого для дробления и выноса фильтрационной лепешки, чтобы с помощью приданных каждому фильтрующему элементу клапанов снабжать все фильтрующие элементы достаточно большим объемным потоком, при этом в особенно предпочтительном варианте предусматривается отдельное управление каждым клапаном, что позволяет подавать объемный поток промывочной жидкости целенаправленно к одному или одновременно к нескольким фильтрующим элементам.
Предусматривается также такой вариант выполнения, в котором каждым выпуском фильтрата каждого фильтрующего элемента управляют собственные клапаны, благодаря чему при нормальном режиме работы объемный поток нефильтрата регулируется целенаправленно для каждого фильтрующего элемента, а в процессе промывки сетчатых тарелок объемный поток промывочного средства регулируется также целенаправленно для каждого фильтрующего элемента.
Изобретение более подробно поясняется ниже с помощью примеров выполнения и чертежей, на которых
фиг.1 показывает известный уровень техники;
фиг.2 - устройство согласно изобретению в упрощенном разнесенном изображении;
фиг.3 - детально в увеличенном масштабе условия обтекания отдельных фильтрующих элементов;
фиг.4 - схематически в разрезе управление объемными потоками отдельных фильтрующих элементов посредством приданных им клапанов.
Усовершенствованные варианты, преимущества и возможности применения изобретения вытекают из нижеследующего описания примеров выполнения и чертежа. При этом все описанные и/или графически изображенные признаки в отдельности или в любом сочетании образуют предмет изобретения независимо от их соединения в пунктах формулы и взаимосвязи последних. Одновременно содержание пунктов формулы представлено как составная часть описания.
Как показано на фиг.2, нефильтрат течет по соответствующим подающим трубопроводам 1 к центральной распределительной трубе 2, находящейся внутри фильтра, при этом нефильтрат с целью улучшения условий обтекания подается в фильтр 3 как со стороны верхнего, так и со стороны нижнего его конца.
Для дальнейшего улучшения обтекания отдельных фильтрующих элементов 7 центральная распределительная труба 2 снабжена многочисленными, радиально выступающими из нее патрубками 4. Чтобы в процессе фильтрования не нарушать целостность фильтрационной лепешки 5, оказалось особенно предпочтительным устанавливать патрубки 4 по высоте так, чтобы выходящий из них объемный поток поступал не прямо в приемный канал 6 фильтрующего элемента 7, а попадал вместо этого на внутреннюю стенку фильтрующих элементов 7, благодаря чему устраняется выраженный вектор скорости и направления потока, а этим в конечном итоге достигается равномерное и в высокой степени безвихревое обтекание фильтрационных лепешек 5.
Фильтрационная лепешка 5 лежит на сетчатой тарелке 8, которая, в свою очередь, опирается на разделительную пластину 9. Эта разделительная пластина 9 одновременно создает непроницаемое для жидкости разобщение между фильтратной полостью рассматриваемого фильтрующего элемента 7 и нефильтратной полостью установленного ниже соседнего фильтрующего элемента.
Процесс очистки предложенного в изобретении фильтровального устройства в сущности состоит из двух операций. В первой из них речь идет о дроблении и/или выносе фильтрационной лепешки 5. Вторая операция представляет собой промывку сетчатой тарелки 8.
Как видно на фиг.4, используемая для очистки фильтра промывочная жидкость (при этом речь может идти, например, о воде) подается по подводящему трубопроводу 11 через клапаны 10 промывочной жидкости и выносные сопла 12 в фильтрующие элементы 7, при этом клапаны 10 промывочной жидкости и выносные сопла 12 приданы отдельно каждому фильтрующему элементу 7.
Каждому фильтрующему элементу 7 может быть придано по несколько клапанов 10 промывочной жидкости и выносных сопел 12, предпочтительно по два, которые устанавливаются на противоположных позициях.
В рамках данного изобретения предусмотрено также оснащение каждого фильтрующего элемента 7 на выходе фильтрата собственным клапаном, так называемым фильтратным клапаном 13. Другие разъяснения по этой теме последуют ниже.
Как уже упоминалось выше, выносное сопло 12 формирует две струи промывочной жидкости, при этом первая струя ориентирована так, что приводит фильтрационную лепешку 5 во вращение, а вторая струя ориентирована так, что делит приводимую во вращение фильтрационную лепешку 5 на мелкие куски. Разделенная на составные части фильтрационная лепешка 5 выносится из фильтра 3 промывочной жидкостью через приемный канал 6, патрубки 4 и центральную распределительную трубу 2 и направляется на переработку.
Затем осуществляется промывка сетчатой тарелки 8. С этой целью промывочная жидкость подается в фильтратные полости фильтрующих элементов 7, при этом промывочная жидкость течет через фильтратные клапаны 13 в направлении, обратном истечению фильтрата.
Для надежного устранения вышеописанных недостатков, которые имеют место при выносе фильтрационной лепешки 5 и промывке сетчатой тарелки 8 и связаны с низкой скоростью потока, данное изобретение наряду со специфической в отношении фильтрующих элементов установкой клапанов 10 промывочной жидкости и фильтратных клапанов 13 предусматривает подачу объемного потока промывочной жидкости целенаправленно в один фильтрующий элемент или в группу фильтрующих элементов 7, за счет чего в каждом из этих фильтрующих элементов 7 достигается скорость течения и объемный поток такой величины, которая позволяет как при выносе фильтрационной лепешки 5, так и при очистке сетчатой тарелки 8 получать оптимальный результат очистки.
Само собой разумеется, что промывочная жидкость в процессе очистки подается поочередно ко всем фильтрующим элементам 7 в отдельности или в составе группы фильтрующих элементов 7.
Предусмотрено также выполнение клапанов 10 промывочной жидкости и фильтратных клапанов 13 в виде запорных клапанов, которые могут занимать лишь открытое или закрытое положение.
Клапаны 10 промывочной жидкости и фильтратные клапаны 13 названы ниже жидкостными клапанами.
В другом весьма предпочтительном варианте осуществления данного изобретения предусмотрено выполнение клапанов 10 промывочной жидкости и фильтратных клапанов 13 в виде клапанов регулирования потока, позволяющих устанавливать для объемного потока любое желаемое значение от 0 до 100%, благодаря чему за счет, например, целенаправленной компенсации факторов, уменьшающих объемный поток, может быть одновременно очищено большее число фильтрующих элементов 7, а это сокращает время очистки.
Под объем охраны данной заявки подпадают также все известные в технике виды приводов для запорных клапанов и клапанов регулирования потока, например варианты электрических, гидравлических и пневматических приводов или сочетания таких возможностей.
Оснащение каждого фильтрующего элемента 7 собственным фильтратным клапаном 13 дает явные преимущества, например, при формировании фильтрационной лепешки, поскольку смывание фильтрационной лепешки можно теперь регулировать целенаправленно для каждого отдельного фильтрующего элемента.
Техническая сущность данного изобретения охватывает применение как запорных клапанов, так и клапанов регулирования потока в качестве фильтратного клапана 13.
Другой вариант осуществления данного изобретения предусматривает объединение в группу, по меньшей мере, двух выносных сопел 12 и/или отверстий для выхода фильтрата, причем на одном фильтре 3 может быть образовано и несколько групп. Каждой из этих групп в зависимости от вида объединенных элементов придан клапан 10 промывочной жидкости или фильтратный клапан 13. Естественно, что при таком конструктивном выполнении невозможно реализовать в полном объеме выше- и нижеописанные преимущества, но вместо этого выявляются преимущества в отношении стоимости изготовления такой установки. Сокращаются также затраты на управление подобной установкой.
Не приводит к выходу за пределы объема данной заявки и применение сочетания клапанов, приданных непосредственно одному фильтрующему элементу 7, и клапанов, приданных соответствующей группе фильтрующих элементов 7.
Для всех вариантов, представленных в рамках данной заявки, предусмотрено управление применяемыми жидкостными клапанами 10, 13 по отдельности или группами.
В следующем особенно предпочтительном усовершенствованном варианте посредством надлежащих устройств, например датчиков разности давления или датчиков давления, в сочетании с установленным, например, внутри центральной распределительной трубы 2 центральным датчиком давления и блоком управления предусмотрено определение на каждом отдельном фильтрующем элементе 7 перепада давления и использование его для управления всем фильтром и/или каждым отдельным фильтрующим элементом 7. Применение подходящего для этой цели, как правило, компьютеризованного управляющего блока дает возможность использовать разность давлений, установленную для определенного фильтрующего элемента 7, целенаправленно для управления приданным этому фильтрующему элементу 7 фильтратным клапаном 13.
Благодаря таким действиям обеспечивается возможность, в частности при использовании клапанов регулирования потока, эксплуатировать весь фильтр в оптимизированном режиме. Теперь впервые стало возможно эксплуатировать все фильтрующие элементы 7 таким образом, чтобы потеря давления всех фильтрующих элементов 7 в процессе фильтрования была одинаковой, что дает особые преимущества в части потребления энергии и в отношении результатов фильтрования. Появляется также возможность исключать отдельные фильтрующие элементы 7, у которых вследствие загрязнений потеря давления слишком велика, из процесса фильтрования путем закрытия соответствующего фильтратного клапана 13.
Для определения потери давления на каждом отдельном фильтрующем элементе 7 целесообразно устанавливать все фильтратные клапаны 13 в одно положение, например, открывая их полностью, и определять в этой ситуации потерю давления для каждого фильтрующего элемента 7.
При использовании датчиков давления в рамках следующего варианта изобретения предусматривается оснащение нескольких фильтрующих элементов 7 общим датчиком давления, при этом относительно преимуществ и недостатков этих действий отсылаем к соответствующим рассуждениям по теме жидкостных клапанов.
Целесообразным является то, что фильтратные клапаны (13) в процессе фильтрования регулируют для обеспечения всеми фильтрующими элементами (7) одинаковой потери давления.
1. Фильтровальное устройство, содержащее несколько расположенных друг над другом в направлении вертикальной центральной оси фильтра, по существу, горизонтальных зон фильтрования, с которыми сопряжены, по меньше мере, одна центральная распределительная труба (2), по меньшей мере, один общий нефильтратный канал (1) для прохождения фильтруемой жидкости (нефильтрата), а также, по меньшей мере, один общий фильтратный канал (14) для отвода отфильтрованной жидкости (фильтрата) и из которых каждая зона имеет, по меньшей мере, один предусмотренный на фильтрующем элементе (7) фильтрующий слой, предназначенный для намывания не менее одного намывного слоя, образованного, по меньшей мере, одним фильтровальным вспомогательным веществом, и отделяющий зону сбора фильтрата, выходящую в фильтратный канал (14), от расположенной над ней полости отстоя, а также содержащее предусмотренный для каждого фильтрующего элемента (7) и охватывающий центральную ось фильтра кольцевой приемный канал (6), который по своей периферии на большем первом радиальном расстоянии от центральной оси фильтра входит выходным отверстием в полость отстоя (15) и на меньшем втором расстоянии от центральной оси фильтра имеет, по меньшей мере, одно сообщенное с нефильтратным каналом входное отверстие для нефильтрата, при этом окруженный зонами фильтрования выход нефильтратного канала предусмотрен в области центральной оси фильтра, отличающееся тем, что каждый фильтрующий элемент (7) и/или группа фильтрующих элементов (7) снабжена, по меньшей мере, одним жидкостным клапаном, находящимся в стоке фильтрата, причем каждый фильтрующий элемент (7) и/или группа фильтрующих элементов (7) снабжена, по меньшей мере, одним жидкостным клапаном, находящимся в подающем трубопроводе для промывочной жидкости, снабженном выносными соплами.
2. Фильтровальное устройство по п.1, отличающееся тем, что каждый фильтрующий элемент (7) и/или группа фильтрующих элементов (7) снабжена, по меньшей мере, одним датчиком давления.
3. Фильтровальное устройство по п.2, отличающееся тем, что датчик давления представляет собой датчик разности давлений.
4. Фильтровальное устройство по п.2, отличающееся тем, что датчик давления выполнен в виде системы, состоящей из одного датчика давления на каждый фильтрующий элемент и/или на группу фильтрующих элементов (7), центрального датчика давления и компьютеризованного блока управления.
5. Фильтровальное устройство по п.1, отличающееся тем, что жидкостные клапаны (10, 13) представляют собой запорные клапаны и/или клапаны регулирования потока.
6. Фильтровальное устройство по п.5, отличающееся тем, что жидкостные клапаны (10, 13) выполнены с возможностью управления по отдельности или группами.
7. Способ очистки фильтровального устройства по п.1, отличающийся тем, что объемные потоки промывочной жидкости, протекающие в фильтрующие элементы (7) через выносные сопла (12) и через фильтратную полость, регулируются на каждом фильтрующем элементе (7).
8. Способ по п.7, отличающийся тем, что промывочная жидкость представляет собой щелочной раствор.
9. Способ по п.7, отличающийся тем, что фильтратные клапаны (13) в процессе фильтрования регулируют для обеспечения всеми фильтрующими элементами (7) одинаковой потери давления.
10. Способ по одному из пп.7-9, отличающийся тем, что отдельные фильтрующие элементы (7) исключаются из процесса фильтрования путем закрытия соответствующего фильтратного клапана (13) в том случае, если они имеют слишком большую потерю давления.
11. Способ фильтрации фильтровальным устройством по п.1, отличающийся тем, что объемный поток, протекающий через фильтратную полость, регулируют на каждом фильтрующем элементе (7).
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что фильтратные клапаны (13) в процессе фильтрования регулируют для обеспечения всеми фильтрующими элементами (7) одинаковой потери давления.
13. Способ по п.11 или 12, отличающийся тем, что отдельные фильтрующие элементы (7) исключают из процесса фильтрования путем закрытия соответствующего фильтратного клапана (13) в том случае, если они имеют слишком большую потерю давления.
