Спосіб розділення рідини на фільтрат і концентрат

Спосіб розділення рідини на фільтрат і концентрат, що полягає у безперервному поданні під тиском забрудненої рідини у фільтр, формуванні її потоку щонайменше у одному напірному каналі постійної висоти між двома утворюючими його 3 постійною і достатнього значення швидкістю забрудненої рідини, орієнтованої паралельно проникливій поверхні, тобто при умовах, коли площа перерізу такого каналу від входу до виходу буде змінюватись лінійно. Найбільш близьким за технічною сутністю до запропонованого є спосіб очищення рідини, що здійснюється у відомому фільтрі і полягає у безперервному поданні під тиском забрудненої рідини у фільтр, формуванні ії потоку що найменше у одному напірному каналі постійної висоти між двома утворюючими його поверхнями у напрямку, їм паралельному, виконаними кожна у вигляді диска з центральним отвором, отриманні фільтрату через проникну з поверхонь в ортогональному напрямку і безперервному видалені фільтрату та частки забрудненої рідини з фільтра [Патент Російської Федерації № 2183133, B01D29/01, 63/08. Изобретения и полезные модели № 16, 2002]. Відмітною ознакою цього способу є те, що він здійснюється у напірному каналі з особливими властивостями. А саме, по-перше, перерізи такого каналу у напрямку від зовнішнього до внутрішнього діаметрів мають вигляд бокової стінки циліндрів різного діаметра, а зміна їх площі у цьому напрямку носить лінійний характер. Тому, якщо потік забрудненої рідини сформувати у такому ж напрямку та здійснювати виведення частки забрудненої рідини, концентрату, через центральний отвір, то можна отримати постійну швидкість забрудненої рідини у напірному каналі і як результат - найменший гідравлічний опір такого каналу і фільтра в цілому, або найменші втрати тиску рідини на подолання згадуваного опору і підвищення продуктивності фільтра. По-друге, якщо такий канал виконаний з застосуванням хоча б однієї поверхні з незначною проникливістю, наприклад мембранних, то при рухові рідини у ньому зі швидкістю на вході, наприклад, 2 м/с і більше, що є вимогою мембранного розділення рідини, вона не зменшується, як це має місце у всіх інших відомих напірних каналах, а навпаки збільшується у декілька раз, що покращує умови мембранного розділення рідини. Але ці властивості напірного каналу у відомому способі не використані, так як згідно йому формування потоку рідини у кожному з напірних каналів здійснюється у діаметральному напрямку, причому тільки через один підвідний отвір і у напрямку до теж одного відвідного отвору, розташованих на діаметрально протилежних боках напірного каналу. При цьому, швидкість рідини як за вектором, так і за значенням, неодноразово змінюється. Це пов'язано з тим, що площа перерізу кожного напірного каналу у напрямку руху рідини спочатку збільшується, а потім зменшується, до того ж, а ні одне, а ні друге не носить лінійного характеру. До того ж центральні отвори дисків не приймають участі у формуванні потоку рідини у каналі. Результатом такого руху рідини є підвищення гідравлічного опору напірного каналу, втрати тиску рідини на його подолання і зниження продуктивності. Запропоноване подання рідини у напірні канали рідини навіть через багаточисельні колекторні 54061 4 отвори, утворені отворами у опірних кільцях, не може забезпечити отримання постійної швидкості рідини в них, так як воно є не суцільним по колу входу у напірний канал рідини. Виведення фільтрату з суміжної камери у напрямку перпендикулярному напрямку підведення рідини у напірному каналі, тим більш тільки у один бік від нього, не є доганним з точки зору отримання раціонального гідродинамічного режиму потоку рідини. Також достатньо погляду на поперечний переріз фільтра, у якому здійснюється відомий спосіб очищення рідини, що б визнати, що здійснення операцій підведення рідини, відведення фільтрату та концентрату одним отвором кожної вимагає значних габаритів фільтра за діаметром з збільшенням його ваги, що стримує можливість використання способу. Технічним завданням корисної моделі є удосконалення способу очищення рідин від забруднень, у якому, завдяки раціональному формуванню потоку забрудненої рідини у напірному каналі та виведення концентрату, досягається зниження втрат тиску і кількості рідини, підвищення продуктивності фільтра, зменшення габариту фільтра і його ваги та розширення можливостей використання способу. Поставлене завдання досягається тим, що у способі розділення рідини на фільтрат і концентрат, який полягає у безперервному поданні під тиском забрудненої рідини у фільтр, формуванні ії потоку що найменше у одному напірному каналі постійної висоти між двома утворюючими його паралельними поверхнями у напрямку їм паралельному, виконаними кожна у вигляді диска з центральним отвором, отриманні фільтрату через проникну з поверхонь в ортогональному напрямку і безперервному видалені фільтрату та частки забрудненої рідини з фільтра, згідно з корисною моделлю, формування потоку забрудненої рідини у напірному каналі між дисками здійснюють поданням ії від периферії до центру диска у напрямку, протилежному радіальному, з видаленням частки забрудненої рідини, концентрату через центральний отвір диска. Формування потоку забрудненої рідини у відомому напірному каналі у запропонованих корисною моделлю напрямку і видаленням частки забрудненої рідини, забезпечують зниження втрат забрудненої рідини і гідравлічного опору фільтра, підвищення продуктивності і розширення можливостей використання способу. На фіг. показаний один з варіантів гідродинамічного фільтра для здійснення запропонованого способу очищення рідини від забруднень. Фільтр містить циліндричний корпус 1 з вхідним патрубком 2 і кришкою, виконаною у вигляді плоского диска 3. У корпусі 1 з зазорами 4 і 5 до його внутрішньої поверхні та з зазором, що відіграє роль напірного каналу 6, до внутрішньої поверхні диска 3 співвісно розташований циліндричний фільтроелемент 7 з вихідним патрубком 8, зливним патрубком 9 і дисковою касетою 10 з центральним отвором 11. Дискова касета 5 10 складена з проникливих матеріалу і підкладки у вигляді дисків з центральними отворами, що утворюють центральний отвір 11. Прониклива частка касети визначається діаметрами D і d відповідно, при цьому внутрішня поверхня диска 3 і зовнішня поверхня касети 10 паралельні одна одній, а утворений ними напірний канал 6 має постійну висоту h і з одного боку через центральний отвір 11 сполучається з порожниною зливного патрубка 9, а з іншого через зазори 5 і 4 - з порожниною вхідного патрубка 2 та через перфорації в касеті 10 і порожнину фільтроелементу 7 з вихідним патрубком 8. З фіг. очевидно, що діаметр d проникливої частки касети 10 значно менший за розміром її зовнішнього діаметра Д тому при постійній висоті h напірного каналу 6 площа виходу з нього, що має вигляд бокової стінки циліндра висотою h, буде у стільки ж разів меншою від площі входу такого ж вигляду. Так як будь-який переріз напірного каналу 6 має вигляд бокової стінки циліндра висотою h, то dn h . площа кожного з них визначається як Fn h є постійним, тому у Очевидно, що добуток напрямку від D до d, тобто протилежному радіальному, залежність площі перерізу напірного каналу 6 від його діаметра носить лінійний характер, що свідчить про те, що швидкість забрудненої рідини у кожному перерізі при рухові її у напрямку, протилежному радіальному, буде однаковою, тобто постійною у напірному каналі 6. Забруднену рідину під тиском та безперервним потоком подають у вхідний патрубок 2 корпусу 1, яка потім по зазорам 4 і 5 потрапляє на циліндричний вхід напірного каналу 6 діаметром D і висотою h, при цьому вже в зазорі 5 вона рухається з постійною швидкістю. Далі забруднена рідина потрапляє у напірний канал 6 і, як було сказано вище, рухається в ньому до перерізу діаметром d теж з постійною швидкістю і паралельно проникливій поверхні касети 10, при цьому більша її частка поступово залишає напірний канал 6 у ортогональному напрямку через перфорації у поверхні касети 10 і у вигляді фільтрату потрапляє спочатку у порожнину фільтроелемента 7, а потім через вихідний патрубок 8 залишає фільтр. Друга частка рідини, що транспортується від входу в напірний канал 6 до виходу з нього і з фільтра взагалі, через центральний отвір 11 касети 10 і патрубок 9 у вигляді концентрату зливається з фільтра. Кількість фільтрату і концентрату визначається засувками 12 і 13, що, як правило, є атрибутами фільтра. На фіг. показаний варіант одноканального фільтра для грубого і тонкого очищення рідини від твердих забруднень, де утворююча напірний канал 6 непрониклива поверхня виконана у вигляді диска 3, а саме плоскої кришки корпусу фільтра, а прониклива - у вигляді плоскої касети 10, тобто диска з центральним отвором 11. Але це не виключає можливість і інших варіантів фільтра, в яких ці поверхні можуть бути як з центральним отвором, так і без нього, при цьому одна з них обов'язково має центральний отвір. Все це розширює можливості виготовлення фільтра, а значить 54061 6 збільшує ймовірність реалізації запропонованого способу. До того ж, виготовлення касети 10 не виключає використання всіх можливих плоских матеріалів, що використовуються у інших відомих фільтрах та апаратах для розділення рідин. Відоме виконання напірного каналу 6 з постійною висотою h за посередництвом диска 3 і касети 10 у вигляді диска чи плоского кільця і запропоновані корисною моделлю формування потоку рідини у напірному каналі 6 у напрямку, протилежному радіальному, по всій його площі з відведенням ії частки через центральний отвір 11 дозволяє забезпечити постійність швидкості рідини у ньому при грубому і тонкому очищенні. Це, в свою чергу, забезпечує зниження гідравлічного опору руху рідини, зменшення втрат тиску рідини на його подолання і постійність тонкості очищення рідини по всій проникливій поверхні касети 10 і пояснюється тим, що при цьому досягається постійність співвідношення поздовжньої швидкості рідини у каналі і ортогональної швидкості фільтрату через проникну поверхню касети 10. Зниження втрат тиску і постійність тонкості очищення рідини сприяють розширенню можливостей використання способу, наприклад, для фракційного розподілу суспензій з більш високою ефективністю, а саме в місцях, де втрати тиску рідини різко обмежені. При цьому важливим є і те, що так як у корисної моделі площа виходу з напірного каналу 6 постійної висоти набагато менша від площі його входу, то при однаковій швидкості рідини в них має місце різке зменшення кількості рідини, що зливається з фільтра разом з забрудненнями. Тобто має місце зниження втрат рідини на самоочищення гідродинамічного фільтра та підвищення його продуктивності. Підвищення продуктивності фільтра досягається і за рахунок зниження гідравлічного опору напірного каналу 6. До того ж, якщо залишити втрати рідини без змін при тій же продуктивності фільтра, то, безперечно, можна збільшити висоту h напірного каналу 6 з метою очищення рідин у гідродинамічних фільтрах з більшими за розміром забрудненнями, що розширює можливості використання способу без погіршення ефективності очищення рідини, а в мембранних апаратах - зменшити висоту напірного каналу, тобто підвищити швидкість рідини у каналі 6, що покращує умови фільтрації за рахунок зниження впливу концентраційної поляризації. Особливо важливим є те, що наявність постійної швидкості рідини у каналі 6 дозволяє мати значне її значення не тільки на початку її руху в ньому, як це має місце у відомих гідродинамічних фільтрах, де швидкість рідини від входу до виходу поступово зменшується від максимального до мінімально заданого значення, вирішальним з яких є останнє, а і на всьому шляху її руху. Тому у запропонованому фільтрі швидкість рідини на всьому шляху її руху має максимальне заздалегідь визначене значення, що є важливим фактором при здійсненні запропонованого способу очищення рідини у гідродинамічних фільтрах. 7 54061 Не менш важливу роль відіграє такий канал 6 і у випадку використання запропонованого способу для здійснення ультра тонкого очищення рідин, наприклад у мембранних апаратах, в яких мембрани мають дуже незначну проникну здатність, а швидкість рідини у напірному каналі рекомендується не меншою 2 м/с. Зрозуміло, що при цьому напірний канал повинен мати дуже незначну висоту, яка визначається, як правило, товщиною заповнюючого його турбулізатора, виконаного у вигляді, наприклад, сітки незначної товщини, що не завжди є можливим для забезпечення необхідної швидкості рідини у каналі при достатній кількості її зливу. Тому отримання достатньої швидкості рідини у каналі при неможливості подальшого зменшення висоти каналу компенсується збільшенням її кількості, що, на відмінність від інших відомих каналів, призводить до поступового підвищення швидкості рідини від входу її в канал до виходу з нього у декілька разів. В результаті поряд з підвищенням гідравлічного опору матиме місце різке покращення умов мембранного розділення рідини, яке пояснюються тим, що маюче місце в каналі поступове підвищення концентрації рідини від входу до виходу співпадає з підвищенням швидкості рідини у Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 8 ньому. Покращення умов розділення рідини у каналі мембранного апарату забезпечує підвищення його продуктивності. Але це не означає, що теоретично в таких каналах мембранних апаратів не може мати місце постійна швидкість рідини. Крім того, застосування запропонованого способу у одноканальних фільтрах мікро і ультрафільтрації дає можливість проводити формування потоку рідини у напірному каналі 6 з максимальним використанням фільтраючоїповерхні касети 10, тобто без утворення застійних зон, у зв'язку з відсутністю на циліндричному вході діаметром D в напірний канал 6 перешкод для подання рідини рівномірним і суцільним потоком по периметру касети 10 у напрямку, протилежному радіальному. Відсутність застійних зон чи їх значне зменшення підвищують продуктивність запропонованого способу. Таким чином, запропоновані відмітні ознаки разом з відомими у способі очищення рідини від забруднень забезпечують зниження втрат забрудненої рідини і гідравлічного опору фільтра, підвищення продуктивності і розширення можливостей використання способу. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601