Результат интеллектуальной деятельности: Устройство очистки воды от взвешенных примесей

Изобретение относится к области очистки воды, технологических жидкостей, смазочно-охлаждающих жидкостей, моющих растворов от содержащихся в них взвешенных примесей и может быть использовано на станциях водоподготовки и промышленных производствах.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является устройство очистки воды от взвешенных примесей (Копылов А.С., Верховский Е.И. Спецводоочистка на атомных электростанциях: учебн. пособие для СПТУ. - М.: Высшая школа, 1988. - С. 141-144), состоящее из цилиндрического корпуса, сферической крышки, конического днища, размещенной между крышкой и корпусом трубной доски, на которой вертикально расположены перфорированные трубки с формирующимся из микропорошка фильтрующим слоем покрытия, трубопровода для подвода загрязненной воды, трубопровода для удаления отработанного микропорошка, трубопровода для выхода очищенной воды, размещенного в крышке, принятое за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится следующее.

В известном устройстве конструкция фильтрующих элементов, выполненных в виде вертикально расположенных перфорированных трубок, не позволяет сформировать на их поверхности фильтрующий слой, имеющий толщину, достаточную для эффективной очистки воды от взвешенных примесей. Здесь толщина фильтрующего слоя ограничена количеством микропорошка, удерживаемого на покрытии перфорированных трубок силами трения. Намытый слой имеет небольшую толщину (как правило, 1-3 мм), что ограничивает шламоемкость намывного слоя, определяющую длительность процесса фильтрования до очередной регенерации фильтра, т.е. длительность его рабочего цикла. В результате этого увеличиваются затраты времени на более частую регенерацию и уменьшается доля времени на осуществление самого процесса фильтрования, что приводит к уменьшению выпуска фильтрата и производительности процесса очистки. Кроме того, тонкий фильтрующий слой быстро загрязняется, из-за чего быстро снижается производительность очистки. Увеличение толщины намывного фильтрующего слоя может привести к его спонтанному разрушению, а следовательно, к экстренному прекращению процесса фильтрования.

Сущность изобретения заключается в следующем. Наблюдающаяся в последнее время тенденция к увеличению расходов в единичных аппаратах при обороте технологических жидкостей, смазочно-охлаждающих жидкостей, моющих растворов и воды, потребляемых на промышленных производствах и станциях водоподготовки, при одновременном ужесточении требований к их чистоте приводит к необходимости интенсификации и повышения качества их очистки от содержащихся в них взвешенных примесей. Одним из путей решения данной проблемы является повышение производительности процесса очистки.

Техническая результат предлагаемого изобретения заключается в повышении производительности процесса очистки в единичных аппаратах.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что заявляемое устройство, как и прототип, состоит из цилиндрического корпуса, сферической крышки, конического днища, размещенной между крышкой и корпусом трубной доски, на которой вертикально расположены перфорированные трубки с формирующимся из микропорошка фильтрующим слоем покрытия, трубопровода для подвода загрязненной воды, трубопровода для удаления отработанного микропорошка, трубопровода для выхода очищенной воды, размещенного в крышке,. Особенность устройства заключается в том, что перфорированные трубки расположены на трубной доске в радиальной шестилучевой симметрии таким образом, чтобы расстояние между соседними трубками было одинаковым, по всей длине перфорированных трубок установлены конические тарелки, фильтрующий микропорошок размещен на конических поверхностях тарелок в сплошном объеме, полностью закрывающем перфорированные трубки с покрытием, трубопровод для подвода загрязненной воды соединен с коллектором, в котором смонтированы вертикальные трубки, проходящие через коническое днище и расположенные оппозитно перфорированным трубкам.

Расположение на трубной доске перфорированных трубок в радиальной шестилучевой симметрии позволит разместить в корпусе устройства большее количество перфорированных трубок, так как данный вид симметрии реализует самую плотную упаковку из всех возможных вариантов симметрии. В свою очередь, увеличение количества перфорированных трубок приведет к росту площади фильтрации, а значит, и к повышению производительности процесса очистки.

При этом, если расстояние между соседними трубками сделать одинаковым, то это позволит выровнить производительность очистки отдельных перфорированных трубок по всему сечению корпуса устройства, и следовательно, повысить суммарную производительность процесса очистки.

Установка по всей длине перфорированных трубок конических тарелок позволит существенно увеличить толщину намываемого слоя микропорошка и исключить его спонтанное разрушение (в связи с разделением намываемого слоя по высоте трубок на отдельные слои коническими поверхностями тарелок), а следовательно, и не запланированное прекращение процесса фильтрации, что приведет к повышению надежности и производительности процесса очистки.

Размещение фильтрующего микропорошка на конических поверхностях тарелок в сплошном объеме, полностью покрывающем перфорированные трубки с покрытием, также позволит существенно увеличить толщину фильтрующего слоя, формируемого на покрытии перфорированных трубок. А значит, повысится степень очистки воды от взвешенных примесей. Кроме того, возрастет шламоемкость фильтрующего слоя микропорошка, увеличится длительность цикла фильтрации, сократятся затраты времени на регенерацию микропорошка, что приведет к повышению производительности процесса очистки.

Соединение трубопровода для подвода загрязненной воды с коллектором позволит выровнить давление в вертикальных трубках, смонтированных на коллекторе и проходящих через коническое днище устройства. В тоже время расположение вертикальных трубок оппозитно перфорированным трубкам позволить обеспечить равномерную подачу загрязненной воды к каждой из перфорированных трубок. В результате выровнится производительность очистки отдельных перфорированных трубок по всему сечению корпуса устройства, и следовательно, повысится суммарная производительность процесса очистки.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства очистки воды от взвешенных примесей, на фиг. 2 - сечение А-А корпуса устройства на фиг. 1, на фиг 3 - увеличенное изображение фрагмента перфорированной трубки с коническими тарелками.

Устройство включает цилиндрический корпус 1, коническое днище 2 и крышку 3 сферической формы. Между крышкой 3 и цилиндрическим корпусом 1 установлена трубная доска 4, на которой в радиальной шестилучевой симметрии вертикально расположены на одинаковом расстоянии друг относительно друга фильтровальные элементы в виде перфорированных трубок 5. По всей длине перфорированных трубок 5 установлены конические тарелки 6. На конических поверхностях тарелок 6 размещен фильтровальный порошок 7 в сплошном объеме, который полностью закрывает перфорированные трубки 5, формируя фильтрующий слой. Причем для образования на конических поверхностях сплошного фильтрующего слоя, без свищей, угол конуса у тарелок 6 должен совпадать с углом естественного откоса фильтровального порошка в очищаемой жидкости. В качестве фильтровального микропорошка 7, например, может быть использован кварцевый микропесок со средним размером частиц 100 мкм. Для отвода фильтрата в крышку 3 вмонтирован трубопровод 8 для выхода очищенной воды. Трубопровод 9 для подачи загрязненной воды соединен с коллектором 10. На коллекторе 10 смонтированы вертикальные трубки 11, которые проходят через коническое днище 2 и располагаются в корпусе 1 оппозитно перфорированным трубкам 5. Для удаления суспензии из отработанного микропорошка в крышку 3 вмонтирован трубопровод 12. В крышку 3 также вмонтирован трубопровод 13, предназначенный для подачи промывочной воды в верхнюю часть устройства. Для подачи промывочной воды в нижнюю часть фильтра используют трубопровод 14, вмонтированный в корпус 1. Для подачи сжатого воздуха используют трубопроводы 15 и 16, вмонтированные соответственно в крышку 3 и корпус 1. Для сброса сжатого воздуха в корпус 1 вмонтирован трубопровод 17. Для подачи промывочной воды в коллектор 10 вмонтированы трубопроводы 18 и 19. Для слива остатков воды и суспензии в коническое днище 2 вмонтирован трубопровод 20.

Представленное устройство позволяет осуществить очистку воды от взвешенных примесей следующим образом.

Стадия фильтрования. Через трубопровод 9 под напором 0,2-1,5 Бар подают подлежащую очистке воду, которая, пройдя через коллектор 10 и вертикальные трубки 11, поступает к перфорированным трубкам 5. Так как вертикальные трубки 11 расположены оппозитно перфорированным трубкам 5, то загрязненная вода будет равномерно подаваться к каждой из перфорированных трубок 5. В результате выровнится производительность очистки отдельных перфорированных трубок по всему сечению корпуса 1 устройства, и следовательно, повысится суммарная производительность процесса очистки.

Кроме того, размещение перфорированных трубок 5 на трубной доске 4 в радиальной шестилучевой симметрии позволит разместить в корпусе 1 разместится большее количество перфорированных трубок, что приведет к росту площади фильтрации, а значит, и к повышению производительности процесса очистки.

Далее загрязненная вода проходит через фильтрующие слои загрузки 7, размещенные на конических поверхностях тарелок 6, поступает в полость перфорированных трубок 5 и далее через трубопровод 8 для очищенной воды отводится, например, в специальную емкость или на дополнительные ступени очистки, например, на ультрафильтрацию.

Благодаря установке тарелок 6 по всей длине перфорированных трубок 5 и размещению на конических поверхностях тарелок 6 фильтровального микропорошка 7 в сплошном объеме, который полностью закрывает перфорированные трубки 5 процесс фильтрации осуществляется посредством всего объема микропорошка 7. Это обеспечивает одновременно и большую производительность, и тонкую очистку воды. Фильтрование загрязненной воды через сплошной объемный фильтрующий слой позволяет существенно повысить шламоемкость фильтрующего слоя и, соответственно, увеличить длительность цикла фильтрации и сократить затраты времени на регенерацию микропорошка. Это также является показателем повышения стабильности и производительности процесса очистки.

По мере движения воды ее механические примеси выделяются и адсорбируются на поверхности зерен микропорошка 7.

Стадия регенерации начинается по завершению стадии фильтрования. Отвод очищенной воды прекращают. Для осуществления регенерации производят размывку загрязненного фильтровального микропорошка 7 и переводят весь объем загрузки в состояние взвеси. Для этого по трубопроводам 13 и 14 подают промывочную воду, что приводит к интенсивному размыванию и взвешиванию этого микропорошка с находящимися в нем частицами примесей, и смесь воды со взвешенными примесями отводят через трубопровод 12. Затем подачу промывочной среды прекращают. Для окончательной очистки поверхности конических тарелок 6 от загрязненного микропорошка 7 в корпусе 1 создают избыточное давление, подавая сжатый воздух через трубопроводы 15 и 16. Затем избыточное давление резко сбрасывают с помощью клапана, выпуская сжатый воздух через трубопровод 17. В результате происходит гидравлический удар (шок) и отработанный микропорошок 7 вместе с водой удаляется из корпуса 1 через трубопровод 12.

После удаления отработанного микропорошка с частицами загрязнений начинают формировать новый слой фильтрующей загрузки. Для этого через трубопровод 9 в корпус 1 подают дисперсную пульпу с загрузкой. После паузы, необходимой для формирования на конических поверхностях тарелок 6 фильтровального микропорошка 7 в сплошном объеме, полностью закрывающем перфорированные трубки 7, подачу пульпы прекращают, через трубопроводы 18 и 19 подают промывочную воду для очистки коллектора 10 от остатков пульпы. После очистки коллектора 10 подачу промывочной воды прекращают и возобновляют процесс фильтрования.