Фільтрувальний елемент

Реферат: Фільтрувальний елемент має вертикальний корпус, верхню фільтруючу та нижню перехідну з'єднувальні частини, закріплену на фільтрувальному елементі фільтрувальну тканину. Корпус порожнистого фільтрувального елемента виконаний із двох перфорованих пластин із подвійним вигином кожної 120°. Утворюють, після з'єднання між собою, перфоровану верхню порожнисту фільтруючу частину у вигляді правильної призми із шестикутником у поперечному перерізі та нижню перехідну з'єднувальну частину у вигляді кругового циліндра. Циліндр є продовженням верхньої порожнистої фільтруючої частини, діаметр основи якого складає 0,75 довжини головної діагоналі шестикутного поперечного перерізу верхньої порожнистої фільтруючої частини. Висота перехідної з'єднувальної частини, що закінчується внизу -1 штуцером відводу фільтрату, складає 0,4▪10 висоти фільтрувального елемента. На зовнішній поверхні перфорованих пластин за допомогою затискувача закріплена дренажна сітка та фільтрувальна тканина. UA 93430 U (12) UA 93430 U UA 93430 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до обладнання цукрової промисловості для фільтрування (лужних) цукроутримуючих напівпродуктів та малоконцентрованих суспензій із мілкою твердою фазою, а саме до фільтрувальних елементів, призначених для очищення напівпродуктів від механічних домішок. Відомий аналог є фільтрувальний елемент, має вертикальний корпус, який складається із двох перфорованих пластин, які утворюють між собою у поперечному перерізі стиснутий ромб із периферійними гострокутними ребрами, нижню фільтруючу та верхню перехідну з'єднувальну частини, закріплену на фільтрувальних елементах опорну поверхню із фільтрувальної тканини. Аналог має підтримуючий основний корпус з фільтруючою частиною із тонколистового металу та внутрішньою підйомною трубою, при цьому поверхня штампованих перфорованих пластин підтримуючого корпуса фільтрувальних елементів у зібраному вигляді в горизонтальному перерізі нижньої фільтруючої частини мають вигляд стиснутого ромба та верхню, циліндроподібну, із еліпсом в основі, з'єднувальну частину із магістральним трубопроводом відводу фільтрату, котра одночасно є продовженням фільтруючої частини, закріплений на фільтрувальному елементі опорний шар із фільтрувальної тканини [опис до патенту на винахід RU 2441921 С2, від 10.02.2012 р. Фильтровальный патрон. Бюл. №4]. Аналог характеризується несумісництвом криволінійного ромбоподібного поперечного перерізу фільтруючої частини та циліндроподібної перехідної частини з еліпсом в основі, котра знижує надійність кріплення тканинної опорної поверхні до перехідної частини, що призводить до порушення її герметичності та попаданню нефільтрованого напівпродукту у фільтруючий рукав через зморшки, які утворюються при фіксації дренажної сітки та фільтрувальної тканини на її поверхні; при регенерації фільтрувальних елементів реверсом напівпродукту з наступними імпульсами стиснутого повітря, криволінійний ромбоподібний поперечний переріз опорного шару уздовж тупокутних ребер короткої діагоналі набуває закруглену форму, при цьому напруга опорного шару уздовж гострокутних ребер збільшується та в кінцевому рахунку призводить до його руйнування; конструктивне виконання фільтрувальних елементів із внутрішньою підйомною трубою із протитечійним (зустрічним) напрямом руху фільтрату та сил тяжіння, верхнім відводом фільтрату із передбаченою у прототипі поверхнею фільтрування на один елемент, збільшує його металоємність, не забезпечує розвитку загальної поверхні фільтрування в одному і тому ж корпусі фільтра, обмежуючи тим самим можливість їхнього застосування для очищення цукроутримуючих напівпродуктів із вмістом твердої фази в 3 суспензії більше 3-5 % до маси буряків та питомою вагою більшою 1,1 г/см . Найближчим аналогом до корисної моделі є фільтрувальний елемент, який має вертикальний корпус, що складається із двох штампованих перфорованих, по краям ребер уздовж довгої діагоналі, пластин які утворюють між собою у поперечному перерізі стиснутий ромб із периферійними гострокутними ребрами, нижню фільтруючу та верхню перехідну, з'єднувальну частину (див. фіг. 3, поз. 9), штуцер (див. фіг. 3, поз. 10) відводу фільтрату, закріплену на фільтрувальних елементах, опорну поверхню із фільтрувальної тканини. Найближчий аналог має підтримуючий корпус із основною фільтруючою частиною, виготовленою із двох суцільних металевих пластин, перфорованих по краях, над якими розташована підтримуюча дротяна навивка, а над нею опорна поверхня із фільтрувальної тканини для відведення фільтрату із фільтрувального елемента внутрішньою підйомною трубою через перфоровані краї у підтримуючому корпусі та верхню циліндроподібну частину (див. фіг. 3, поз. 9), із еліпсом в основі, з'єднувальну штуцером (див. фіг. 3, поз. 10) із магістральним трубопроводом відводу фільтрату [Опис до патенту на винахід UA 91586 С2, від 10.08.2010 р. Фільтр. Бюл. №15]. Використання найближчого аналога із внутрішньою підйомною трубою та периферійною перфорацією металевих пластин з використанням дротяної навивки, на яку спирається фільтрувальна тканина, підвищує їх металоємність; верхній відвід фільтрату із фільтрувального елемента внутрішньою підйомною трубою із протитечійними (зустрічними) напрямами руху фільтрату та дії сил тяжіння при безперервно падаючій швидкості фільтрування через зростаючу силу опору шару осаду на опорній поверхні знижує ефективність роботи фільтрувального елемента; погіршує пристосовуваність фільтрувальних елементів до технологічних особливостей фільтрування лужних цукроутримуючих розчинів та згущених суспензій із дрібнодисперсною твердою фазою. При цьому фільтруюча поверхня на один фільтрувальний елемент при рекомендованих у прототипі співвідношеннях діагоналей його 2 поперечного перерізу у вигляді стисненого ромба складає не більш 0,72 м . В основу корисної моделі поставлена задача створення фільтрувального елемента для інтенсифікації процесу фільтрування; підвищення експлуатаційних властивостей фільтрувального елемента 1, який би мав просту, маловитратну, ремонтопридатну конструкцію; 1 UA 93430 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 підвищення терміну використання фільтрувальної тканини 6; забезпечення якісної пристосовуваності фільтрувальних елементів 1 до особливостей фільтрування первинних напівпродуктів та суспензій; зменшення металоємності фільтрувальних елементів 1; розширення діапазону їх промислового використовування у фільтрах різних модифікацій. Поставлена задача вирішується в фільтрувальному елементі, який має вертикальний корпус, верхню фільтруючу та нижню перехідну частину, закріплену на фільтрувальному елементі тканинну опорну поверхню, згідно з корисною моделлю, корпус порожнистого фільтрувального елемента (1), призначений для очищення цукроутримуючих напівпродуктів від механічних домішок, виконаний із двох перфорованих пластин (2) із подвійним вигином кожної 120°, які утворюють, після з'єднання між собою, перфоровану верхню порожнисту фільтруючу частину (3) у вигляді правильної призми із шестикутником у поперечному перерізі та нижню перехідну з'єднувальну частину (4) у вигляді кругового циліндра, який є продовженням верхньої порожнистої фільтруючої частини (3), діаметр основи якого складає 0,75 довжини головної діагоналі шестикутного поперечного перерізу верхньої порожнистої фільтруючої частини (3), а висота перехідної з'єднувальної частини (4), що закінчується внизу штуцером (8) відводу -1 фільтрату, складає 0,4▪10 висоти фільтрувального елемента (1), при цьому на зовнішній поверхні перфорованих пластин (2) за допомогою затискувача (7) закріплена дренажна сітка (5) та фільтрувальна тканина (6). Згідно з корисною моделлю, корпус порожнистого фільтрувального елемента 1, виконаний із двох перфорованих пластин 2 із подвійним вигином кожної 120°, утворюючих, після з'єднання між собою, перфоровану верхню порожнисту фільтруючу частину 3 у вигляді правильної призми із шестикутником в поперечному перерізі. Таке технічне рішення дозволяє забезпечувати потрібну загальну поверхню фільтрування в одному і тому ж корисному об'ємі фільтра (на кресленні не показаний) зміною відстаней між ними або розміщенням додаткової кількості фільтрувальних елементів 1 шляхом зміни кроку між ними в залежності від технологічної доцільності. При цьому необхідне збільшення поверхні 2 2 фільтрування на один елемент з 0,7 м до 1,0 м може відбуватись як за рахунок збільшення периметра його поперечного перерізу, так і за рахунок збільшення площ перфорованих граней підтримуючого корпуса у вигляді правильної призми, порівняно із поперечним перерізом опорної поверхні прототипу у вигляді стиснутого ромба. Конструктивне виконання нижньої перехідної з'єднувальної частини 4 у вигляді кругового циліндра, який є природним продовженням верхньої порожнистої фільтруючої частини 3, діаметр основи якого складає 0,75 довжини головної діагоналі шестикутного поперечного перерізу верхньої фільтруючої частини 3, а висота кругового циліндра нижньої перехідної 1 з'єднувальної частини 4 складає 0,4-10" висоти фільтрувального елемента 1, що сприяє закріпленню фільтрувальної тканини 6 разом із дренажною сіткою 5, над верхньою фільтруючою частиною 3 своїми відкритими кінцями без зморщок на круговому циліндрі нижньої перехідної частини 4 за допомогою затискувача 7. При цьому підвищується надійність кріплення дренажної сітки 5 та фільтрувальної тканини 6 до циліндричної нижньої перехідної з'єднувальної частини 4, що унеможливлює порушення їх герметичності та попадання нефільтрованого напівпродукту у фільтруючий рукав. Нижній відвід фільтрату через штуцер 8 у колекторні трубопроводи (на кресленні не показані) дозволяє частково або повністю звільнити фільтрувальний елемент 1 від фільтрату (напівпродукту) за рахунок суміщення напрямків сили тяжіння та руху фільтрату перед етапом регенерації, зменшити кількість рециркуляції (повернення) готового напівпродукту на повторну переробку, зменшити враховані втрати цукрози у фільтраційному осаді при контрольному фільтруванні соків на 0,01 %, сульфітованого сиропу з клеровкою на 0,01 %, при прямому фільтруванні соків - на 0,03 % та при обезцукрені осаду - на 0,05 % до маси буряків. Якісна пристосовуваність фільтрувальних елементів до технологічних особливостей фільтрування напівпродуктів цукрового виробництва із вмістом твердої фази: контрольного фільтрування після відділення основної частини твердої фази від механічних домішок 0,1-1 %; прямому фільтруванню (без попереднього відділення осаду) 1-5 % та розділення (промивання) вологих сатураційних осадів із вмістом твердої фази 5-10 % до маси буряків відповідними змінами збільшенням або зменшенням поверхні фільтрування елементів, отже загальної поверхні фільтрування фільтра від якої, головним чином, залежить потужність фільтра. Корисна модель пояснюється кресленнями, де: на фіг. 1 зображений профіль (вид збоку) фільтрувального елемента; на фіг. 2 - поперечний переріз А-А порожнистого фільтрувального елемента; на фіг. 3 та згідно з корисною моделлю фіг. 4 із утвореними на них шарами осаду. 2 UA 93430 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Як видно із фіг. 1 та 2 підтримуючий каркас порожнистого фільтрувального елемента 1 виконаний із двох перфорованих пластин 2 із подвійним вигином кожної 120°, які утворюють, після з'єднання між собою, перфоровану верхню порожнисту фільтруючу частину 3 у вигляді правильної призми із шестикутником у поперечному перерізі, та нижню перехідну з'єднувальну частину 4 у вигляді циліндра, котрий є продовженням верхньої фільтруючої частини 3 висота -1 якого складає 0,4▪10 її висоти, а діаметр основи кругового циліндра 4 дорівнює 0,75 довжини головної діагоналі шестикутного перерізу фільтрувального елемента 1, який закінчується внизу штуцером 8 відводу фільтрату. На зовнішній поверхні перфорованих пластин 2 за допомогою затискувача 7 закріплена дренажна сітка 5 та фільтрувальна тканина 6. Корисна модель працює наступним чином. На початку експлуатації фільтра (на кресленні не показаний) в нього встановлюють та під'єднують за допомогою штуцера 8 відводу фільтрату фільтрувальні елементи 1. Потім починають етап намивання на фільтруючу частину 3 свіжоутвореного осаду карбонату кальцію першої сатурації або допоміжної фільтрувальної речовини (ДФР) для другої сатурації. Після підведення в корпус фільтра (на кресленні не показаний) нефільтрованого напівпродукту він проходить крізь намивний шар із осаду карбонату кальцію або ДФР на опорній поверхні із фільтрувальної тканини 6, всередину елемента та очищується від механічних домішок. Фільтрат через штуцер 8 надходить у магістральний трубопровід відводу фільтрату (на кресленні не показаний) у зовнішній збірний колектор (на кресленні не показаний). По мірі нарощування шару осаду на фільтрувальній тканині 6 створюється все більший опір проходженню фільтрату, при цьому фільтрувальна тканина 6 поступово набуває форму корпуса фільтрувального елемента 1, повторюючи профіль його граней. Фільтрування припиняють, якщо тиск у фільтрі підвищується до встановленої межі і потужність фільтра (на кресленні не показаний) знижується більш ніж на 50 %, після чого приступають до витиснення нефільтрованого напівпродукту стиснутим повітрям або парою низького потенціалу, яку подають у корпус фільтра, витискує нефільтрований напівпродукт у збірник (на кресленні не показаний) та підтримує намивний шар та осад на зовнішній поверхні фільтрувальних елементів. Потім починають етап висолоджування осаду, для чого підводять у корпус фільтра промивну (аміачну) воду. Висолоджування осаду ведуть доти, поки концентрація сухих речовин не знизиться до 1-1,5 %. Видалення промитого обезцукреного осаду здійснюють одночасним поданням стиснутого повітря або пари низького потенціалу у фільтрувальні елементи 1 та корпус фільтра (на кресленні не показаний) підвищуючи тиск до 0,5-0,7 МПа, після чого миттєво припиняють подачу стисненого повітря або пари та проводять декомпресію корпусу фільтра, скидаючи в ньому тиск. При випуску стисненого повітря або пари порушується рівновага тиску у фільтрувальних елементах 1 та в корпусі фільтра, при цьому стиснене повітря або пара у фільтрованих елементах 1 швидко розширюється витискаючи із них промивну рідину через фільтрувальну поверхню, завдяки чому осад видаляється з поверхні фільтрувальних елементів 1. Після чого починають новий цикл. Нижче приведені результати порівняння ряда технічних характеристик фільтрувального елемента, захищеного патентом (Опис до патенту на винахід UA91586 С2, від 10.08.2010. Фільтр) і запропонованого варіанта удосконаленого фільтрувального елемента (Фіг. 3, 4) при однакових на один елемент вихідних параметрах фільтруючої поверхні, відстанях між паралельними гранями, товщинах фільтрувальних перегородок, оптимальних товщинах шару осаду на них та суспензії навколо них. Схематичний розріз промислового варіанта фільтрувального елемента прототипу з внутрішньою підйомною трубою фільтрату квадратного перерізу та верхнім відводом фільтрату для прямого фільтрування соків першої та другої сатурації представлений на фіг.3: - поперечний переріз - стиснутий ромб з рівними сторонами; - висота нижньої фільтруючої частини - 2,5 м.; - крок - трикутний рівнобедрений; 2 - фільтруюча поверхня на один елемент - 0,72 м ; - радіус кривизни поверхні фільтрування - 0,168 м. P1 - площа перерізу фільтрувальної перегородки (підтримуючого каркаса з дротяною 3 2 навивкою та тканинною опорною поверхнею) - 0,592▪10 м . Р2 - площа перерізу шару осаду по периметру фільтрувального елемента між -2 2 фільтрувальною перегородкою і шаром суспензії - 0,248▪10 м . -2 2 Р3 - площа перерізу шару суспензії по периметру фільтрувального елемента -0,636▪10 м . Маса фільтрувального елемента - 18,1 кг. 3 UA 93430 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Схематичний розріз запропонованого варіанта порожнистого фільтрувального елемента з нижнім відводом фільтрату, для прямого фільтрування соків першої та другої сатурації представлений на фіг. 4: - поперечний переріз - правильний шестикутник; - висота верхньої фільтруючої частини - 2,5 м; - крок - трикутний рівносторонній; 2 - фільтруюча поверхня на один елемент - 0,87 м ; -1 -• радіус кривизни поверхні фільтрування - 0,58▪10 м. Р4 - площа перерізу фільтрувальної перегородки (підтримуючого каркаса із дренажною -2 2 сіткою та тканевою опорною поверхнею) - 0,123▪10 м . Р5 - площа перерізу шару осаду по периметру фільтрувального елемента між -2 2 фільтрувальною перегородкою та шару суспензії - 0,343▪10 м . -2 2 Р6 - площа перерізу шару суспензії по периметру фільтрувального елемента -0,842▪10 м . Маса порожнистого удосконаленого фільтрувального елемента - 8,84 кг. Із приведених даних видно, що площі поперечних перерізів фільтрувальних елементів по периметрах: фільтрувальних перегородок підтримуючих каркасів у 2,2 разу, шару осаду в 1,4 разу та шару суспензії на них в 1,3 разу більші для удосконаленого елемента порівняно із аналогічними показниками для прототипу. У запропонованому фільтрувальному елементі у вигляді правильної призми із шестикутником у поперечному перерізі радіус кривизни поверхні фільтрування, відносно малий і -1 складає лише 0,58▪10 м. В такому випадку товщина осаду, який відкладається на зовнішній поверхні фільтрувальної перегородки, та товщина самої перегородки можуть бути співставленні із радіусом її кривизни. Це приводить до того, що зовнішня поверхня шару осаду, яка стикається із шаром суспензії, гранична поверхня між шаром осаду та ромбоподібною фільтрувальною перегородкою прототипу та внутрішньою поверхнею останньої значно відрізняється від шестикутної призмоподібної перегородки, в результаті чого рух рідкої фази через шар осаду та фільтрувальну, ромбоподібну перегородку помітно уповільнюється. Таким чином, із приведених розрахунків та співвідношення вказаних вище параметрів можна переконатись, що потужність запропонованого варіанта удосконаленого фільтрувального елемента у вигляді правильної призми із шестикутною поверхнею фільтрування невеликого -1 радіусу кривизни, який складає 0,58▪10 м., вища, ніж потужність фільтрувального елемента з ромбоподібною поверхнею фільтрування із радіусом кривизни, який складає 0,168 м. При цьому маса порожнистого удосконаленого фільтрувального елемента зменшується у 2,1 разу, що дозволить суттєво зменшити металоємність фільтра. Технічний результат полягає у забезпеченні високої експлуатаційної ефективності удосконаленого порожнистого фільтрувального елемента 1 для фільтрування цукроутримуючих напівпродуктів, виконаного із двох перфорованих пластин 2 з подвійним вигином кожна, які утворюють, після з'єднання між собою, перфоровану верхню порожнисту фільтруючу частину 3 у вигляді правильної призми із шестикутником у поперечному перерізі та нижню перехідну з'єднувальну частину 4 у вигляді кругового циліндра, який закінчується штуцером 8 відводу фільтрату та є продовженням верхньої порожнистої фільтруючої частини 3, при цьому діаметр основи нижньої перехідної з'єднувальної частини 4 складає 0,75 довжини головної діагоналі шестикутного поперечного перерізу верхньої фільтруючої частини 3, а висота кругового -1 циліндра нижньої перехідної з'єднувальної частини 4 не перевищує 0,4▪10 висоти фільтрувального елемента 1, яка закінчується штуцером 8 відводу фільтрату, що дозволить створити фільтрувальні елементи із простою технологічною конструкцією та мінімальними витратами на їх серійне виготовлення та використання; покращити експлуатаційні властивості запропонованих фільтрувальних елементів за рахунок вибіркового збільшення або зменшення іх поверхні фільтрування в одному і тому ж корпусі фільтра в залежності від вмісту твердої фази у напівпродуктах або їх питомої ваги; підвищити термін використання фільтрувальної тканини за рахунок надійності їх кріплення до корпуса фільтрувальних елементів, щадних способів регенерації опорного шару за рахунок швидкого та якісного його очищення від осаду, суміщених із чітким проведенням інших основних та допоміжних етапів фільтрувального циклу; забезпечити якісну пристосовуваність фільтрувальних елементів до особливостей суспензій нефільтрованих напівпродуктів з різним вмістом твердої фази, зменшити їх металоємність; розширити діапазон промислового використання удосконалених уніфікованих фільтрувальних елементів для модернізації існуючих патронних фільтрів при незначних капітальних витратах, а також при створенні фільтрів великої одиничної потужності. Так наприклад, при контрольному фільтруванні соків першої та другої сатурації, а також сульфітованого сиропу з клеровкою із вмістом в них твердої фази до 1 % до маси буряків при 4 UA 93430 U 5 10 15 20 оптимальній товщині осаду при практично однаковій із прототипом поверхні фільтрування на один елемент, запропоновані удосконалені фільтрувальні елементи можуть бути успішно використані для підвищення потужності відомого промислового зразка фільтра майже у 2 рази за рахунок збільшення його загальної поверхні фільтрування. При прямому фільтруванні соків першої та другої сатурації із вмістом в них твердої фази 15 % до маси буряків, а також при розділенні (висолоджуванні) осадів згущених суспензій цих соків із вмістом 5-10 % твердої фази в них при оптимальних товщинах осаду, поверхня фільтрування на один елемент, порівняно із прототипом, збільшується відповідно на 17 % та 30 % без зміни габаритних розмірів циліндричної частини фільтра в усіх розглянутих варіантах його застосування. Таким чином, використання запропонованих фільтрувальних елементів дозволяє оптимізувати їх найважливіші технічні характеристики на один елемент в залежності від технологічного призначення фільтрів, у якому вони використовуватимуться. При цьому створюються умови для рівномірного розподілу нефільтрованого цукроутримуючого напівпродукту та промивної рідини, що надходять у фільтр, що дозволяє фільтрувати не тільки первинні напівпродукти різної технологічної якості, але також висолоджувати згущені суспензії підвищеної питомої ваги. Запропонований фільтрувальний елемент оновленої конструкції є складовою низки заходів послідовного вдосконалення існуючого та створенню нового прогресивного сучасного технологічного обладнання для очищення цукроутримуючих напівпродуктів від механічних домішок. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 30 35 Фільтрувальний елемент, що має вертикальний корпус, верхню фільтруючу та нижню перехідну з'єднувальні частини, закріплену на фільтрувальному елементі фільтрувальну тканину, який відрізняється тим, що корпус порожнистого фільтрувального елемента виконано із двох перфорованих пластин із подвійним вигином кожної 120°, які утворюють, після з'єднання між собою, перфоровану верхню порожнисту фільтруючу частину у вигляді правильної призми із шестикутником у поперечному перерізі та нижню перехідну з'єднувальну частину у вигляді кругового циліндра, який є продовженням верхньої порожнистої фільтруючої частини, діаметр основи якого складає 0,75 довжини головної діагоналі шестикутного поперечного перерізу верхньої порожнистої фільтруючої частини, а висота перехідної з'єднувальної частини, що -1 закінчується внизу штуцером відводу фільтрату, складає 0,4▪10 висоти фільтрувального елемента, при цьому на зовнішній поверхні перфорованих пластин за допомогою затискувача закріплена дренажна сітка та фільтрувальна тканина. 5 UA 93430 U 6 UA 93430 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7