способ разделения двухфазных смесей

Формула изобретения

Способ разделения двухфазных смесей, при котором смесь текучей газовой или жидкостной среды с твердыми или жидкими частицами подводят к фильтрэлементу, часть текучей среды с неотделяемыми частицами пропускают через фильтрэлемент, а остальную часть текучей среды с отделяемыми частицами отводят от фильтрэлемента, отличающийся тем, что двухфазную смесь до ее разделения подводят в очистные камеры над поверхностью фильтрэлемента, а в каждой камере формируют вихрь с возможностью самоочистки им фильтрэлемента от отделяемых частиц.

Описание изобретения к патенту

Изобретение касается разделения двухфазных смесей, содержащих текучую, газовую или жидкостную среду, перемешанную с жидкими или твердыми частицами.

Изобретение может быть использовано при очистке газов от аэрозолей или конденсата и жидкостей от взвесей, при разделении частиц, входящих в смеси, по размерам, при сгущении запылений газов и суспензий.

Известен способ разделения двухфазных смесей, при котором смесь подводят к фильтрэлементу, часть текучей среды пропускают через фильтрующие отверстия элемента, а остальную часть среды с отделяемыми частицами отводят из фильтра. Основным недостатком этого способа является трудность удаления осадка с фильтрэлементами.

Известен рукавный фильтр (авт. св. N 309716), имеющий в донной части рукавов пылеотводящие отверстия. Рукава очищают от пыли ударами подвешенных в рукавах шнуров.

Известен также фильтр-сгуститель непрерывного действия с жесткими фильтрэлементами (авт. св. N 978892). В этом фильтре осадок удаляют с элементов за счет смыва его потоком суспензии.

Известен также щелевой фильтр с жесткими фильтрэлементами (авт.св. N 719663). В фильтре осадок удаляют вращающимся скребком.

Известен также фильтр для очистки жидкости с эластичными рукавами (авт. св. N 1681896). Для очистки рукавов производят периодическое схлопывание их под перепадом давлений.

Все указанные способы разделения смесей отличаются сложностью системы очистки, недостаточной надежностью и отказом от непрерывности работы фильтра.

Известен также фильтр для разделения шлама и жидкости (авт.св. N 1792722, кл. B 01 D 29/00). Фильтр имеет кожух, опорный элемент в виде усеченного конуса и закрепленную на опорном элементе сетку. В фильтре осадок смывают с сетки за счет поддержания скорости смеси при протекании ее через сужающийся конус. Указанный способ принят за прототип предлагаемого.

Существенным недостатком этого способа разделения смеси является ненадежность очистки фильтра. При фильтрации среды через поры фильтрматериала отделяемые частицы увлекаются потоком среды и притягиваются к входу отверстий пор. Образующееся сужение потока создает перепад давлений, который прижимает частицу к отверстию. Сужение "забивается" частицами меньших размеров, которые не должны были отделяться от среды. При этом изменяются гидравлические характеристики фильтрэлемента и фильтр начинает работать в нерасчетном режиме. С другой стороны, образовавшийся слой осадка обтекается основным потоком и может быть смыт только при большой его скорости, что требует повышения гидравлических потерь в фильтре.

Указанные недостатки устраняются при разделении смесей по предлагаемому способу.

По этому способу так же, как по известному, смесь текучей газовой или жидкостной среды с твердыми или жидкими частицами подводят к фильтрэлементу, часть текучей среды с неотделяемыми частицами пропускают через фильтрэлемент, а остальную часть текучей среды с отделяемыми частицами отводят от фильтрэлемента.

По этому способу, в отличие от известного, двухфазную смесь до ее разделения подводят в очистные камеры над поверхностью фильтрэлемента, а в каждой камере формируют вихрь с возможностью самоочистки им фильтрэлемента от отделяемых частиц.

Изобретение основано на известном законе гидродинамики сред: при обтекании потоком поверхности за уступом, лежащим ниже поверхности, возбуждается вихрь. Углубление, ограниченное двумя встречными уступами, образует прямоугольную нишу, или камеру, которая заполняется устойчивым вихрем. Предлагается подводить двухфазную смесь к фильтрэлементу через такие камеры. При работе фильтра в каждой камере за передним уступом устанавливается вихрь, который занимает часть камеры и обтекается основным потоком и протоком смеси, входящим в камеру. При этом часть отделяемых частиц увлекается вихрем и возвращается им в основной поток. Остальные частицы оседают на фильтре. При "забивании" фильтра расход смеси через камеру уменьшается, а вихрь увеличивается в размерах и, захватывая поверхность фильтра, очищает ее от осадка. При полном засорении фильтра вихрь занимает всю камеру и выносит из нее накопившийся осадок, восстанавливая проток среды через фильтр.

Интенсивность вихря зависит от скорости потока, формы переднего уступа и размеров камеры. Так, на прямом уступе скорость газового потока, при котором возбуждается вихрь, составляет 5 - 10 м/с при нормальном давлении. В потоке воды вихрь возбуждается на прямом уступе при меньших скоростях потока. С увеличением скорости потока интенсивность вихря возрастет. Формированию вихря способствуют также острый угол переднего уступа и заострение кромки на грани уступа.

На фиг. 1 и 2 представлен фильтр по примеру 1; на фиг. 3 - узел 1 на фиг. 1, поясняющий устройство и работу очистительного и фильтрующего элементов; на фиг. 4 - фильтр по примеру 2, разрез; на фиг. 5 - узел II на фиг. 4.

Пример 1. Фильтр для очистки воздуха от пыли (фиг. 1 и 2) состоит из корпуса 1 с подводом 2 запыленного воздуха и выводом 3 уловленной пыли, крышки 4 с отводом 5 очищенного воздуха, очистительного элемента 6 и фильтрующего элемента 7. Последние выполнены в виде плоских пластин, закрепленных между корпусом 1 и крышкой 4. Корпус 1 имеет сужающийся по потоку канал. Элемент 6 выполнен в виде решетки с пазами 8, перпендикулярными потоку смеси. Решетка скреплена перемычками 9 и прижата нижней поверхностью к элементу 7, представляющему собой жесткую пористую проницаемую пластину. Пазы 8 с элементом 7 образуют камеры 10.

Фильтр работает следующим образом. При пропускании запыленного воздуха через корпус 1 над элементом 6 устанавливается поток смеси с постоянной скоростью. Смесь поступает в камеры 10 и воздух с неотделяемой пылью фильтруется через элемент 7 в крышку 4 и выходит через отвод 5. Отделяемая пыль с частью воздуха выходит из фильтра через вывод 3.

В камерах 10 возбуждаются и устанавливаются стационарные вихри 11, которые отбрасываются в поток попадающие на них частицы пыли как из основного потока, так и из протоков через камеры 10. Вихрь 11a не мешает протоку смеси к фильтрующей поверхности. При частичном засорении элемента 7 проток смеси через камеру 10 уменьшается и при этом вихрь 11б увеличивается в размере и омывает часть фильтрующей поверхности элемента 7, очищая ее от пыли. В случае полного запирания камеры 10 вихрь 11в полностью заполняет ее и освобождает от осадка пыли. После этого восстанавливается проток через камеру 10 и вихрь возвращается к начальным размерам 11а.

Пример 2. Фильтр для отделения взвеси от жидкости показан на фиг. 3. Фильтр имеет цилиндрический корпус 12 с подводом 13 пульпы, отводом 14 фильтрата и выводом 15 шлама. В корпусе установлен фильтрэлемент 16 в виде жесткого усеченного конуса из пористого проницаемого материала. Внутри фильтрэлемента 16 установлены кольца 17, разделенные проставками 18. Элемент 16 с кольцами 17 образует камеры 19, в которых при работе фильтра возбуждаются гидродинамические вихри 20. Вихри имеют замкнутую торообразную форму, обеспечивающую большую устойчивость вихря и меньшую скорость и энергию его возбуждения.

Описанный фильтр работает аналогично фильтру, приведенному в примере 1.

Предложенный способ разделения смеси отличается от известных простотой, надежностью, непрерывностью действия за счет самоочищения фильтрэлемента от осадка.

Способ применим для потоков с различной формой рабочей поверхности фильтра: плоской, цилиндрической, конической, дисковой и для различных форм камеры: линейной, кольцевой, спиральной и др.

Предложенный способ позволяет разделять смеси в широком диапазоне ее параметров - давлений, скоростей, температур и плотностей ее рабочих тел, размеров и концентраций твердых частиц. С увеличением скорости потока эффективность работы вихрей возрастает прогрессивно.