Способ подачи суспензии в фильтр и устройство для его осуществления - RU2122883C1

Описание

Настоящее изобретение относится к способам и устройствам получения равномерно распределенного потока суспензии через гранулированный фильтрующий слой в непрерывно работающем фильтре. Тем самым с помощью изобретения достигают оптимизации пропускной способности фильтра.

Под непрерывно работающим гранулированным фильтром здесь и далее понимается любой тип фильтра, в котором фильтрующий материал непрерывно удаляют из нижней части фильтрующего слоя, промывают, а затем возвращают на верхнюю сторону фильтрующего слоя, когда суспензия проходит через фильтрующий слой и тем самым очищается.

Пример такого фильтра раскрыт в описании патента Швеции N 7602999-0. Конкретный фильтрующий материал, обычно песок, заключают в круглый или полигональный контейнер, который имеет коническую или пирамидальную нижнюю часть. Подлежащую обработке суспензию или эмульсию вводят через впускное отверстие в нижней части фильтрующего слоя.

Суспензия или эмульсия втекает в фильтрующий слой через ряд труб, отверстия которых расположены под конструкцией кровли или потолочного перекрытия. Проем подъемного устройства, обычно огромного насоса или воздушного лифта, расположен в самой нижней части конического днища. Такой насос использует воздух в качестве транспортирующего материала.

Труба или магистраль насоса проходит вверх через фильтрующий слой к устройству промывки, из которого промытый песок распределяют над верхней частью фильтрующего слоя. Таким образом, поступающая суспензия течет в противотоке с фильтрующим материалом вниз через фильтрующий слой в направлении все более чистого фильтрующего материала и выходит из фильтра через выпускное отверстие с помощью средства слива.

В нижней части фильтрующего слоя расположен конус, верхушка которого обращена вниз, чтобы придать фильтрующему материалу желаемый профиль потока. Этот конус далее будет именоваться направляющим конусом.

Известная технология включает несколько технических решений проблемы введения суспензии в фильтрующий слой таким образом, который обеспечит равномерно распределенный поток через зону фильтрации. Известны устройства, которые распределяют суспензию в различных направлениях к периферии с помощью проходящих радиально рычагов.

Вокруг наружной стенки имеются другие впускные отверстия, и они также направлены к центру. Общим признаком всех решений является допущение, что именно это или подобное решение обеспечит равномерно распределенный поток по всему фильтру. Это допущение остается гипотетическим до тех пор, пока его истинность не подтверждена конкретными измерениями.

Трудности при осуществлении таких измерений представляли несомненно такое серьезное препятствие получению истинной картины преобладающих реальных особенностей процесса, что этот вопрос просто проигнорировали.

Настоящее изобретение основано на большом количестве измерений условий потока, выполненных во многих точках измерения, распределенных как в радиальном, так и в осевом направлении в фильтрующем слое. Результат этих измерений был поразителен. Можно было сделать два очень существенных вывода.

Во-первых, обнаружено, что потоки имели очень сильную тенденцию к изгибу в направлении наружной поверхности фильтра непосредственно после впускного отверстия. Те впускные устройства, которые были расположены рядом с наружной поверхностью и немного выступающие во внутрь нее, создавали такой же большой поток в пределах 30% общей площади вблизи от наружной поверхности, что и весь остаток фильтра.

На языке гидромеханики это означает, что возможная причина этого заключается в меньшей плотности зерен фильтрующего материала вокруг наружной поверхности или кожуха фильтрующего слоя.

Во-вторых, обнаружено, что плоскостность наружной поверхности фильтрующего слоя оказывала серьезное влияние на потоки в зоне, находящейся в нескольких дециметрах под поверхностью. Верхняя поверхность фильтрующего слоя имела волнистую конфигурацию в виде выступов или гребней, и потоки жидкости отклонялись под частью верхней поверхности и были направлены к ближайшим впадинам волн.

Важное заключение, которое можно сделать из этих наблюдений, состоит в том, что фильтрующий слой не использовали в условиях оптимума, и в том, что из оптимального использования фильтрующего слоя можно было бы извлечь много пользы. Один из отличительных признаков оптимально используемого фильтрующего слоя заключается в том, что каждая малая часть фильтрующего слоя максимально используется в целях фильтрации безотносительно того, где в фильтрующем слое расположена эта часть, т.е. через фильтрующий слой будут протекать равновеликие потоки суспензии.

Когда это происходит, можно увеличить суммарный поток через фильтр до более высокого уровня без понижения степени, до которой очищается суспензия. Вместо этого можно увеличить количество фильтрующего материала, в результате чего уменьшается суммарная высота, т.е. высота конструкции фильтра.

Большое количество измерений, выполненных в фильтрах, имеющих различные условия впуска суспензии, и при изменении типа суспензий, полностью прояснили, какие решения нужно принять для получения одного такого оптимально используемого фильтра, и привели к созданию настоящего изобретения.

Основную часть потока суспензии следует направлять в фильтрующий слой там, где зона фильтрации моментально становится наименьшей и в тоже время это та зона, в которой скорость падения фильтрующего материала является наибольшей. Одна такая зона находится у нижнего края направляющего конуса, причем этот край обычно находится в той области, где находится начало нижнего конуса.

Обнаружено, что можно достичь равномерно распределенного потока в наружной области наружной поверхности путем обтекания суспензии вокруг края направляющего конуса.

Тем не менее обнаружено, что оказалось невозможно обеспечить обтекание всей суспензии вокруг нижнего края направляющего конуса, поскольку поверхностная нагрузка в конической зоне фильтра становится слишком большой, вызывая высвобождение взвешенных частиц из зерен песка.

Не удается ни получить равномерно распределенный поток через всю зону фильтрации, ни полностью поднять его через весь фильтр. Обнаружено, что необходимо также вводить часть суспензии исключительно по центру фильтрующего слоя. Эта часть количества суспензии поступает в фильтрующий слой на последней стадии и заполняет ту зону фильтра, которая не была достаточно заполнена с нижнего края направляющего конуса.

Равномерно распределенный поток можно получить по всей зоне фильтрации и через основную часть фильтра, приспосабливая распределение суспензии к варианту с двумя областями впуска. Изобретение обеспечило получение отличительных признаков, указанных в нижеследующей формуле изобретения и отсутствующих в известном техническом решении.

Согласно одному конкретному варианту осуществления изобретения, для оптимального использования всего фильтра верхнюю поверхность фильтрующего слоя выполняют полностью плоской.

Теперь изобретение будет описано подробнее со ссылкой на прилагаемый чертеж, единственное изображение на котором схематически иллюстрирует нижнюю часть предлагаемого непрерывно работающего фильтра.

На чертеже схематически показано, как можно осуществить ввод суспензии в фильтрующий слой в соответствии с изобретением. Нижняя часть фильтрующего слоя 1 заключена в кожух 2, выполненный в виде цилиндрической оболочки и нижний конус 3. Транспортная труба 4 воздушного насоса проходит по центру сквозь фильтрующий слой и идет вверх к устройству промывки (не показано) фильтрующего материала и к трубе 5 подвода воздуха, которая подводит воздух к насосу.

Труба 6 подвода суспензии проходит концентрически вокруг насоса и выходит в верхнюю часть направляющего конуса 7. Направляющий конус 7 имеет открытую нижнюю часть, а часть суспензии предназначена для вытекания в фильтрующий слой вокруг нижнего края 8 конуса и узкую область 9 между направляющим конусом 7 и нижним конусом 3.

Вокруг верхней части направляющего конуса расположен ряд отверстий 10, находящихся на окружной траектории, так что суспензия может протекать в фильтрующий слой 1 относительно по центру. В изображенном случае отверстия 10 защищены от фильтрующего материала посредством конической манжеты 11, расположенной непосредственно снаружи отверстий. В изображенном случае суспензия втекает в фильтрующий слой вокруг нижнего края манжеты 11.

В другом варианте согласно изобретению каждое отверстие защищено от фильтрующего материала, находящейся снаружи крышкой или колпаком. Эти препятствия предназначены для того, чтобы погасить большую кинетическую энергию, сообщаемую суспензии посредством вертикального канала подачи, а также для того, чтобы распределять объемы суспензии к нижней части направляющего конуса и к отверстиям в верхней части указанного конуса соответственно в требуемых пропорциях.

Барьер или препятствие 12 для потока обычно может иметь форму горизонтальной плиты, прикрепленной к направляющему конусу и снабженной множеством отверстий. В этом случае отверстия расположены так, что суспензия, поступающая из канала подачи 6, не сталкивается с отверстиями, а замедляется в них.

В случае еще одного варианта согласно изобретению не обязательно подавать суспензию ближе к центру через отверстия, предусмотренные в направляющем конусе, и отверстия могут быть расположены непосредственно на трубе канала подачи 6 суспензии прямо над верхней частью направляющего конуса. В случае этого варианта необходимо также предусмотреть препятствия потоку суспензии либо на трубе, либо в верхней части направляющего конуса. С другой стороны, необязательно защищать эти отверстия закрывающими пластинами или манжетами.

Чтобы получить равномерный поток в фильтрующем слое вокруг нижнего края направляющего конуса, а также у края верхней манжеты, эти края должны быть ориентированы горизонтально и их следует жестко удерживать в этом положении. Чтобы облегчить равномерный поток суспензии в фильтрующий слой, вышеуказанный нижний край обычно снабжают выемками в той или иной форме, например в форме треугольных выточек, гофров, которые не показаны.

Вне зависимости от состава суспензии обнаружено, что полезно обеспечить подачу более 65% ее, но не более 80% ее, в фильтрующий слой вокруг нижнего края 8 направляющего конуса, а протекание остатка суспензии - по центру через отверстия 10, предусмотренные в верхней части направляющего конуса.

Кроме того, нижний край направляющего конуса предпочтительно расположить на расстоянии от вертикальной ограничивающей поверхности фильтра или мнимого продолжения фильтра, составляющем, по меньшей мере, одну треть радиуса в пределах фильтрующего материала, а внутренний край под манжетами или подобными приспособлениями предпочтительно расположить от внутренней поверхности фильтрующего материала на расстоянии менее 1/3 радиуса в пределах фильтрующего материала, т.е. в случае изображенного варианта - у трубы подвода.

Устройства, предназначенные для получения плоской верхней поверхности, могут иметь много различных конфигураций. Эти устройства могут иметь форму дорогостоящих вращающихся скребков. Выгоду их применения следует соотнести с улучшением работоспособности, обеспечиваемой более простым устройством, которое позволяет получить по существу плоскую верхнюю поверхность с приемлемой небольшой волнистостью фильтрующего материала. Компромиссное решение можно найти в распределительном конусе, который размещен под устройством промывки и имеет вид звездочки с большим количеством струй, отходящих к периферии.

Экономическая выгода, достигаемая с помощью фильтра, который используют оптимально, представляет собой ощутимую выгоду при всех обстоятельствах. Фильтры будут либо иметь меньшую высоту конструкции уже на стадии проектирования и тем самым будет обеспечена возможность их использования в зданиях меньшей высоты, либо их можно будет приспосабливать к существующим зданиям, либо количество фильтров в случае больших установок можно уменьшить, поскольку можно обеспечить прохождение через каждый фильтр большего объема суспензии.

Реферат

Изобретение предназначено для разделения суспензий или эмульсий на непрерывно работающем фильтре с гранулированным фильтрующим материалом. Способ подачи суспензии в фильтр, в котором часть фильтрующего слоя охватывает расположенный в центре фильтра направляющий конус, заключается в том, что основную часть потока суспензии направляют в фильтрующий слой там, где зона фильтрации становится наименьшей, а скорость падения фильтрующего материала является наибольшей. Одна такая зона находится у нижнего края направляющего конуса. Устройство для осуществления способа содержит каналы подачи, открытые в фильтрующий слой, в центре которого расположен направляющий конус. Выходы для суспензии в фильтрующий слой имеют вид отверстий, выполненных в поверхности направляющего конуса на определенной высоте, и/или в канале подачи над направляющим конусом, и выемок вдоль нижнего края конуса. Изобретение позволяет максимально эффективно использовать весь объем фильтрующего слоя. 2 с. и 8 з.п.ф-лы, 1 ил.

Формула