Фильтр-сепаратор

(ГОСПАТЕНТ СССР)ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Однако указанно печивает эффективно фильтрования и сепа ряда конструктивных ющихся в следующем(71) Сумский филиал Харьковского политехнического института им. В,И.Ленина(56) Авторское свидетельство СССРМ 1473859, кл. В 04 В 3/06, 1987.Авторское свидетельство СССРМ 1105228, кл. В 04 С 9/00, 1984,(57) Использование: для фильтрования плавов минеральных удобрений, например амИзобретение относится к фильтрам-сепараторам и может быть использовано для фильтрования загрязненных жидкостей, в частностиплавов минеральных удобрений, например, аммиачной селитры, содержащих нерастворимые в плаве частицы добавок, гидраты окислов- железа, коагулирующиеся при взаимодействии с аммиаком, а также другие инородные включения, имеющие разные свойства (плотность, сцепляемость осадка и т.д,).Известен фильтр-сепаратор для очистки загрязненных жидкостей, содержащий установленный с возможностью вращения ротор, имеющий загрузочное оТверстие в верхнем конусе и сливное отверстие в нижнем коническом основании, с расположенным внутри фильтрующим элементом и закрепленными в нижнем конусе лопатками, патрубки ввода загрязненной жидкости и слива фильтрата и кожух. миачной селитры. Сущность; в фильтре, содержащем установленный на валу с возможвращения ротор с диском лопатками, фильтрующий элемент заключен во вращающуюся осесимметрйчнуюоболочку. Диск установлен у стенки оболочки с кольцевым зазором; перекрытым"лопатками. Входные кромки лопаток и загрузочное - отверстие выполнены с диаметром; меньшим вйутреннего диаметра фильтрующего элемента и диаметра патрубка вывода филь- трата, Центробежный нагнетатель размещен между диском с лопаткамии верхним конусом оболочки, 3 ил,5.При работе фильтра-сепаратора посту- Я пающая по тангенциальному патрубку жидкость попадает на лопатки, закрепленные в верхнем конусе, в результате чего ротор - ф раскручивается моментом импульса жидкости, вводимой в загрузочное отверстие, К,)Вращение ротора вместе с вводимой в, а него жидкостью способствует лучшему от-. С) деленйю твердых"частиц под действием центробежной силы и снижению истирания частиц, а следовательно и ротбра, По мере накопления осадка в роторе и забивки сетки загрязнениями уровень жйдкости в роторе 3 ф повышается до предельного значения, кон- ф тролируемоего сигнализйрующим устройством, е устройство не обесго ведения процесса рации жидкости ввиду недостатков, заключа 1791040Известный фильтр-сепаратор работает ния Кр = аРВ/д (где в - угловая скоростьв условиях, когда центробежные силы и си вращения, В - радиус вращения, о - ускорелы тяжести являются величинами одного ние свободного падения). Известно также,порядка,т.е, при небольших значениях кри что наиболее рациональным приемом повытерия фруда. Об этом свидетельствует пе 5 шения Кр является увеличение угловой скориферийный подвод жидкоси к рости вращения ротора. Рассматриваемоефильтрующему элементу, слив фильтрата устройство не может эффективно работатьчерез центральную полую ось, контро"ь при повышенных скоростях вращения, когуровня жидкоФйс йбмощью поплавка. да ОРИ 9 поскольку,увеличению значений центробежного 10 - во-первых, потому что неподвижныекритерия можно Достичь 1 ак известно, пу-стенкикожуха будут тормозить и замедлятьтем" увеличения угловой скОрости Ротора движение жидкости в пристеночной зоне,или увеличения его диаметра, скорость вращательйого движения будетОднако в первомслучае для обеспече уменьшаться от наружной поверхностийия стока фильтрата через Сливное отвер фйльтрующего элемента по направлению кстие и отверстия в полой оси необходимо стенке кожуха, что приводит к снижениюсущественное увеличение высоты ротора, эффективности сепарации и фильтрации;тому"же приемлемо уменьшение диаметра " во-вторых, из-за наличия неподвижныхзагрузочного отверстия - ведь чем больше. стенок кожуха, соприкасающихся с вращарасстояние от оси сепаратора до оси тан 20 ющейся жидкостью, с увеличением иВ бугенциального ввода жидкости.в Ротор, теМ дет возрастать турбулентйость в слое междуполнее используется момент импульса жид стенками кожуха и вращающимися частямикости для вращения ротора,:ротора, что йриведет к снижению эффектив-При увеличении центробежного кРите-:ности сепарации и фильтрации, а также крия другим путем, т.е, за счет увеличения 25 непроизводительным потерям эйергии;диаметра ротора, во-первых, снижается гра. : в-третьих, при вращении фильтрующегодиент давления (поскольку изменение цен элемента в неподвижном кожухе имеет метробежного давления происход сто сбор загрязненной жидкбсти в нижнейпропорционально увеличению линейного:- части кожуха, Это может быть приемлемым .размера), что снижает эффективность Ро- З 0 впроцессесгущейия шлама, носовершенноцесса сепарации, йоскольку в этом суче " недопустимо в тех случаях, когда необходивозрастает вероятность уноса твердых час- мо полное разделение жидкой и твердойтиц пОтОкОм жидкости 1 движущимсЯ к филь- фазтрующемуэлементу, Во-вторых, увеличение Целью изобретения является интенсиразмеров фильтра наряду с повышением 35 фйкация процесса.материалоемкосто, усложнением техноло-: Поставленнаяцельдостигаетсятем,чтогии изготовления, приводит к увеличению в фильтре-сепараторе, содержащем устаповерхности ротора, что в случае фильтра новленный на валу с возможностью вращеции.высокотемпературных плавов мине ния ротор с лопастным диском,ральных удобрения связано с возможнос фильтрующим элементом и загрузочным оттью кристаллизации плава ввиду больших верстием в верхней части, кожух, патрубкипотерь тейла на обогрев ротора и в окружа ввода загрязненной жидакти и выводающую среду . фильтрата; согласно изобретению фильтруИзвестен также фильтр-сепаратоР, со- " ющий элемент заключен во вращающуюсядержащий установленный на валу с возмож осесимметричную оболочку с центробежностью вращения ротор с лопастным ным нагнетателем, образованным верхнимдиском, фильтрующим элементом и загру конусом оболочки, прикрепленными к немузочным отверстием в верхней части, кожух, лопатками и диском, причем диск установпатрубки ввода загрязненной жидкости и лен у стенки оболочки с кольцевым зазором,вывода фильтрата, который по конструктив перекрываемым лопатками, а диаметр окнымпризнакам является наиболее близким ружности расположения входных кромокк предлагаемому устройству. лопаток и диаметр загрузочного отверстия .Недостатком известного устройства яв- меньше диаметра сливного отверстия вляетсятакже низкая эффективность процес нижней части оболочки и внутреннего диасов фильтрации и сепарации, котора 55 метра фильтрующегоэлемента.обусловлена следующими причинами. Заключение фильтрующего элемента воКак известно, эффективность фильтра вращающуюся вместе с ним осесимметричции и сепарации в центробежных Ротацион ную оболочку с центробежным нагнетэтеных устройствах тем выше, чем больше . лем, образованным верхним конусомзначение центробежного фактора разделе 179104 ооболочки, прикрепленными к нему лопатками и диском, причем диск установлен у стенки оболочки с кольцевым зазором, перекрываемым лопатками, а диаметр окружности расположения входных кромок 5 лопаток и диаметр загрузочного отверстия меньше диаметра сливного отверстия в нижней части оболочки и внутреннего диаметра фильтрующего элемента, позволит 10 15 нагнетателя, обеспечивающего при указанных расположениях элементов конструкциисоотношениях диаметров загрузочного и через фильтрующий элемент и слив фильтрата через отверстие в нижней части оболочки,45 50 обеспечить работу фильтра сепаратора при повышенных значениях центробежного критерия в условиях полного закручивания поступающей жидкости и подвода загрязненной жидкости в зону сепарации и фильтрации при любых повышенных значениях угловой скорости ротораДиск и верхний конус, соединенные лопатками, выполняют в предлагаемой конструкции фильтра-сепаратора роль сливного отверстий ротора, а также диаметра расположения входных кромок лопаток давления жидкости при любых значениях угловой скорости ротора больше, чем центробежное давление в зоне сепарации и фильтрации жидкости, При этом будет осуществляться непрерывное движение потока При изучении известных технических решений в данной области техники использование заявляемых отличительных признаков в них авторами не выявлено, поэтому считаем, что заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".На фиг,1 показан общий вид фильтра- сепаратора, вертикальный разрез; на фиг.2- ротор фильтра-сепаратора; на фиг.З - разрез А-А на фиг,2,Фильтр-сепаратор содержит кожух 1, внутри которого на валу 2, монтированном в узле подшипников 3, установлен съемный ротор, состоящий иэ осесимметричной оболочки 4, имеющей загрузочное отверстие 5 в верхнем конусе 6 и сливное отверстие 7 в нижнем конусе 8, диска 9, укрепленного с помощью лопаток 10 с зазором 11 у стенки оболочки 4, фильтрующего элемента 12, выполненного в виде сетчатого барабана, установленного между диском 9 и сливным отверстием 7 в конусе 8,Лопатки 10, расположенные между дисками 9 и верхним конусом 6, перекрывают кольцевой зазор 11 между диском 9 и стенкой оболочки 4 и выполнены в виде пластин, имеющих криволинейный профиль в обла 35 40 сти входных кромок, направленных вогнуто- стью в сторону вращения ротора, Такой профиль лопатки 10 целесообразен с точки зрения предотвращения брызгообразования при взаимодействии лопатки 10 с поступающим на нее потоком загрязненной жидкости.В зависимости от числа лопаток 10, размеров оболочки 4 и диска 9 перекрытие кольцевого зазора 11 лопатками 10 может быть выполнено таким образом, что лопатки 10 расположены на уровне диска 9, достигая стенки оболочки 4, как показано на фиг.1, или же так, что периферийная часть каждой лопатки проходит также через кольцевой зазор 11 и нижняя кромка лопатки 10 располагается на уровне нижней поверхности диска 9, или же опущенной ниже диска 9 (фиг.2),К откидывающейся крышке 13 закреплена труба 14, одним концом направленная в загрузочное отверстие 5, а другим концом связанная через уплотнительное кольцо с патрубком 15 подвода загрязненной жидкости.Патрубок 16 служит для вывода фильтрата из кожуха. Вращение ротора осуществляется от привода не показан). С целью снижения закручивания жидкости в кожухе устанавливаются пластины 17. Трубка 18 служит для замера уровня жидкости у загрузочного отверстия 5.Конструктивной особенностью фильтра-сепаратора является то, что фильтрующий элемент 12 заключен во вращающуюся осесимметричную оболочку 4 с нагнетателем жидкости в верхней части, образованным конусом 6, диском 9 и лопатками 10, причем диск 9 установлен у стенки оболочки 4 с кольцевым зазором 11, перекрываемым лопатками 10, а диаметр Оо окружности расположения входных кромок лопаток 10 и диаметр О з загрузочного отверстия 5 меньше диаметра О сливного отверстия 7 и внутреннего диаметра Оф фильтрующего элемента 12,Работа фильтра-сепаратора с параметрами ротора: Оз = 0,15 м, Оо = 0,18 м, О = 0,24 м, Оф = 0,25 м, частота вращения 350 об/мин, на примере очистки плава минеральных удобрений от загрязнений осуществляется следующим образом,Приводом (не показан) заключенному в узле подшипников 3 валу 2 с закрепленным на нем ротором сообщается вращательное движение,По патрубку 15 подается загрязненный плав, который проходит по трубе 14 и спадает на диск 9. Далее плав закручивается лопатками 10, связанными с конусом 6 идиском 9 до угловой скорости ротора и одновременно центробежным давлением нагнетается через кольцевой зазор 11 в зонуфильтрации и сепарации, ограниченнуюстенкой оболочки 4 и фильтрующим элементом 12,В зоне сепарации содержащихся в плаве загрязнения (частицы нерастворимых добавок, скоагулировавшиеся вещества идругие инородные включения) под действием центробежной силы прйжимаются кстенке оболочки, осаждаясь и постепеннонакапливаясь на ней. Очищенный от болеетяжель 1 х частиц плав проходит через фильтрующий элемент 12, на котором осаждаютсязагрязнения, плотность которых меньшеплотности плава, Далее фильтрат стекаетчерез отверстие 7 в нижнем конусе 8, попадает в кожух 1, вращательное движение плава в котором снижается пластинами 17, изатем по патрубку 16 выводится на гранулятор.Процесс тонкой очистки плава ведетсяпри больших угловых скоростях ротора, когда поверхность равных давлений плава, втом числе свободная поверхность, стремит-ся к форме цилиндра, В этих условиях переток плава в зону сепарации и фильтрациибудет определяться избыточным давлением, обусловленным работой нагнетателя,роль которого выполняют диск 9 и конус 6,соединенные лопатками 10,. Учитывая; что закрепленные к диску 9,верхнему конусу 6 лопатки 10 перекрываюткольцевой зазор 11, а диаметр окружностирасположения входных кромок лопаток 10 идиаметр загрузочного отверстия 5 меньшедиаметра сливного отверстия 7 и внутреннего диаметра фильтрующего элемента 12, .будут обеспечиваться условия перетока очищенного плава через фильтрующий элемент12 и затем через сливное отверстие 7 с перепадом давления пропорциональнымменьше 2 му из значений:Оф - О 0 или Ос - Оо2. 2 2при любых необходимых для эффективной сепарации значениях центробежного фактора.При работе фильтра-сепаратора с приведенными ранее параметрами ротора диаметр ротора 0,5 м, плотность плаваамселитры 1460 кг/мз) перепад давленияперед сливным отверстием составит 6,1710 им при факторе. разделения (центробежным критерии) равном 34. В этих условиях будет обеспечиваться требуемаяочистка плава и необходимая производительность до 60 т/ч по фильтрату,При снижении пропускной способностиротора ввиду забивки фильтрующего эле 40 да центробежное ускорение примерно равно ускорению силы тяжести, т,е.фильтр-сепаратор приводится в этом случае до условий работы статического, в которомпроизводительность зависит ат уровня жид кости в верхнем конусе 6 и площади кольцевого зазора 11, фильтрующая способностьротора определяется чистой поверхностью фильтрующего элемента 12, а сепарирующая способность устройства незначительна или вовсе отсутствует.При выполнении фильтра-сепаратора сконструктивным оформлением ротора согласно приведенного предложения обеспечивается как эффективное введение55 процесса, так и производительность фильтра в широких пределах,Наряду с приведенной работой фильтра-сепаратора по очистке загрязненного плава минеральных удобрений, предлагаемая конструкция может быть использована 10 152030 мента 12 и заполнения ротора осадком при постоянной подаче загрязненного плава происходит заполнение объема через загрузочное отверстие 5, Об этом будет сообщать звуковой или световой сигнал устройства,связанного через преобразователь (не показан) с трубкой 18 замера уровня плава у загрузочного отверстия 5. Подача плава по патрубку 5 прекращается, выключается привод вращения вала 2, Плав из неподвижного ротора стекает в кожух 1,При прекращении подачи плава осадок, смоченный плавом, кристаллизуется на стенке оболочки и на фильтрующем элементе, что обуславливает необходимость замены ротора на резервный или чистки фильтрующего элемента. Для этого крышка13 с трубкой 14 и трубкой 18 замера уровня плава откидь 1 вается в удобное положение,затем снимается с вала 2 ротор. Последующее включение фильтра-сепаратора с чистым ротором в рабату осуществляется впорядке, описанном ранее. При не выполнении соотношения указанных конструктивных параметров, т,е. когда ОфОо, ОсО 0, а также ОзОс, во-первых, не обеспечивается требуемаяэффективность процесса очистки загрязненной жидкости, а во-вторых, резко снижается пропускная способность (производительность) фильтра-сепаратора по загрязненной жидкости. Дело в там, что при такихусловиях работы давление нагнетания жидкости, создаваемое лопатками 10, меньше центробежного давления у стенки оболочки ротора 4, ввиду чего затруднен переток загрязненной жидкости через кольцевой зазор 11, Поэтому необходимо уменьшать скорость вращения ротора до значений, ког 1791040 10и для тонкой очистки других видов жидкостей, а также в тех технологических процессах, где не представляется возможнымввиду изменения агрегатного состоянияжидкости при изменении температуры ис-, 5пользование существующих конструкцийфильтров или когда необходимо удалениеотсепарированных твердых загрязненийтолько путем их отбора из ротора без промывки осадка. 10По сравнению с прототипом, использование предлагаемого фильтра-сепараторапозволит повысить эффективность процесса, т.е, обеспечить более тонкую очисткузагрязненной жидкости, поскольку процесс 15проводится при более высоких значенияхцентробежного критерия и в условиях полной закрутки жидкости в роторе, Кроме того,обеспечивается уменьшение размеровфильтра-сепаратора (высоты, диаметра), а 20следовательно и снижение материалоемкости устройства для очистки жидкости,Формула изобретечия Фильтр-сепаратор, содержащий установленный на валу с возможностью вращения ротор с лопастным диском, фильтрующим элементом и загрузочным отверстием, верхней части, кожух, патрубки ввода загрязненной жидкости и вывода фильтрата, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации процесса, он снабжен вращающейся осесимметричной оболочкой, в которую заключен фильтрующий элемент, диск установлен у стенки оболочки с кольцевым зазором, перекрытым лопатками, при этом входные кромки лопаток и за-грузочное отверстие выполнены с диаметрами, меньшими внутреннего диаметра фильтрующего элемента и диаметра отверстия патрубка вывода фильтрата, а между диском с лопатками и верхним конусом оболочки размещен центробежный нагнетатель.1791040 ктор Т.Егорова Корректор С,Пекарь каз 113 ТиражПодписное 8 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 НТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Составите Техред М