Результат интеллектуальной деятельности: МНОГОСЕКЦИОННАЯ ФИЛЬТРУЮЩАЯ УСТАНОВКА КУДРЯВЦЕВА

Изобретение относится к системам для разделения материалов, смешанных в текучей фильтруемой среде, например, для очистки воды на электростанциях.

Известен радиальный фильтр для очистки жидкостей, в цилиндрическом корпусе которого размещена центральная распределительная камера и коаксиально на расстоянии одна от другой кольцевые фильтровальные камеры (секции), заполненные сыпучим сорбентом (см. авторское свидетельство SU №1816474, кл. В01D 24/08, 23.05.1993).

Многосекционность этого фильтра повышает его компактность по сравнению с комплектом односекционных фильтрующих установок, имеющих в каждом корпусе одну секцию фильтров, выполняющих такие же функции: избирательное фильтрование исходной среды и избирательную регенерацию секций.

Однако при проведении ремонта этого фильтра требуется прекращение процесса фильтрования. Поэтому для обеспечения непрерывности фильтрования необходимо резервирование фильтров с соответствующим снижением компактности фильтрующей установки из-за появления пространства между фильтрами и выведения из работы на время ремонта фильтра всех фильтровальных секций, расположенных в ремонтируемом фильтре.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является многосекционная фильтрующая установка для разделения материалов, смешанных в текучей фильтруемой среде, содержащая присоединенные одна к другой секции с выполненными в каждой секции подводящей и отводящей полостями и расположенный в секциях сорбент (см. авторское свидетельство SU №1346193, кл. В01D 25/06, 23/10/1987).

Данная фильтрующая установка выполнена в виде блоков и содержит секции с элементами присоединения одна к другой, выполненные в секциях подводящие и отводящие полости и фильтрующие элементы (сорбент), при этом каждая секция имеет корпус, фильтрующие элементы имеют замкнутую форму (кольцевую) и установлены в полости корпуса на расстоянии от стенок, подводящие каналы сообщены с полостью между фильтрующим элементом и стенкой корпуса, отводящие - с полостью фильтрующего элемента, и в каждом канале установлен клапан. Описанная конструкция позволяет поочередно удалять (например, для ремонта или регенерации) и заменять секции фильтра без прекращения фильтрования в остальных секциях и за счет уменьшения числа одновременно выводимых из работы на время регенерации или ремонта фильтрующих элементов еще более повысить компактность фильтровальной установки. Однако стыковка и расстыковка каналов в этой конструкции путем сдвига не позволяет надежно уплотнить места стыковки каналов в рабочем положении секций. Кроме того, большое количество каналов с клапанами, приходящееся на одну секцию, снижает технологичность изготовления данной фильтрующей установки, а исполнение корпуса секции в форме параллелепипеда с разъемом по периметру является весьма материалоемким при обеспечении заданной прочности, например от внутреннего давления.

Общими недостатками описанных выше фильтрующих установок являются:

- замкнутая форма рабочего объема сорбента (сорбент заключает внутри себя входную или выходную полости и сам окружен выходной или входной полостями), требующая большого объема кольцевых полостей для выравнивания скоростей среды по фронту фильтрации, что снижает компактность установки;

- конструктивная сложность изменения схемы соединения секций, например, при многоступенчатом фильтровании в установках периодического действия (период фильтрования - период регенерации) с отключением на регенерацию секции первой ступени и включением ее после регенерации в качестве последней ступени;

- неприменимость для фильтрования полунепрерывным способом (с порционным передвижением сыпучего сорбента из секций фильтрования в секции регенерации и обратно), имеющим во многих случаях лучшие технико-экономические показатели по сравнению с фильтрованием в установках периодического действия.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение компактности и технологичности фильтрующей установки.

Техническим результатом, достигаемым при реализации фильтрующей установки, является улучшение массогабаритных характеристик и повышение надежности работы.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что многосекционная фильтрующая установка для разделения материалов, смешанных в текучей фильтруемой среде, содержит присоединенные одна к другой секции с выполненными в каждой секции подводящей и отводящей полостями и расположенный в секциях сорбент, при этом секции имеют одинаковые размеры и выполнены каждая в виде призмы с шестиугольным основанием и с попарно одинаковыми и параллельными стенками, основания секций образуют две параллельные друг другу торцевые стенки установки, секции примыкают одна к другой так, что боковая стенка, разделяющая две соседние секции, является общей для них, а все стенки жестко соединены между собой.

Подводящая и отводящая полости в секции могут быть расположены вне рабочего объема сорбента.

Стенки секций могут быть выполнены из двух листов облицовки с размещенными между ними армирующими элементами, скрепляющими эти листы между собой, и/или наполнителем.

В основаниях секций, образующих одну из торцевых стенок установки, могут быть выполнены люки.

По крайней мере, две соседние секции могут быть сообщены между собой через разделяющую их боковую стенку выполненным в ней, по крайней мере, одним каналом.

Установка может быть снабжена подставками, при этом, по крайней мере, одна подставка может быть выполнена в виде емкости.

Установка может состоять из трех, шести, десяти или пятнадцати секций, центры оснований которых могут быть расположены рядами, заполняющими треугольник с длиной стороны соответственно равной одному, двум, трем или четырем шагам между центрами оснований.

Промышленные фильтрующие установки, как правило, представляют собой набор фильтров, связанных трубопроводами и расположенных в производственных помещениях. Стоимость установки, отнесенная к единице производительности, определяется как технологичностью изготовления, так и компактностью установки, характеризуемой рабочим объемом сорбента, приходящимся на единицу объема занимаемого фильтрующей установкой пространства в помещении.

Поэтому высокая компактность, надежность соединений каналов, технологичность изготовления и простота изменения схемы соединения секций, меньшая материалоемкость, а также применимость для фильтрования полунепрерывным способом являются отличительными особенностями описываемой установки.

Высокая компактность описываемой установки обеспечивается, во-первых, за счет сведения к минимуму межфильтрового пространства и уменьшения числа одновременно выводимых из работы на время регенерации или ремонта секций.

Во-вторых, за счет расположения подводящей и отводящей фильтруемую среду полостей в секции вне рабочего объема сорбента может быть уменьшен объем этих полостей по сравнению с прототипом, то есть повышена компактность при одинаковом выравнивании скоростей среды по фронту фильтрования. Например, при вертикальном положении торцевых стенок установки рабочий объем сорбента в секции может занять все пространство между вертикальными боковыми стенками, а оставшиеся вне сорбента верхняя и нижняя полости в виде призм с треугольным основанием будут иметь минимальный объем при минимальных гидравлических потерях в устройствах, распределяющих фильтруемую среду по фронту фильтрования. В этом случае за счет многоэтажного расположения секций может быть также значительно увеличена площадь фронта фильтрования, приходящаяся на единицу площади помещения.

В-третьих, то, что основания секций образуют две параллельные друг другу торцевые стенки установки, позволяет не только свести к минимуму пространство между установкой и плоскими стенами или перекрытиями помещений, но и в ряде случаев использовать установку в качестве стены или перекрытия, то есть не только повысить компактность установки, но и снизить материалоемкость объекта в целом.

Высокая технологичность изготовления установки достигается за счет одинаковых размеров секций, позволяющих унифицировать конструктивные элементы.

Надежность соединения секций и простота изменения схемы соединения секций данной фильтрующей установки обеспечиваются взаимной неподвижностью секций, позволяющей свести к минимуму число сообщающих секции каналов и использовать стандартные трубопроводные конструкции соединений и стандартную трубопроводную арматуру для формирования каналов через основания секций. Это также повышает технологичность изготовления установки.

Форма секций в виде призмы с шестиугольным основанием позволяет свести к минимуму ширину боковых стенок секции при заданном объеме секции и за счет этого уменьшить материалоемкость стенок между секциями по сравнению с прототипом при сохранении заданной прочности, например от внутреннего давления. Для уменьшения стоимости изготовления установки стенки могут быть выполнены из двух листов облицовки с размещенными между ними армирующими элементами, скрепляющими эти листы между собой, и/или наполнителем.

Расположение подводящей и отводящей фильтруемую среду полостей в секции вне рабочего объема сорбента позволяет организовать встречное движение фильтруемой среды и сорбента, необходимое для фильтрования полунепрерывным способом.

В основаниях секций, образующих одну из торцевых стенок корпуса установки, могут быть выполнены люки для обслуживания секций, например, для замены сорбента. За счет одностороннего расположения люков уменьшается зона обслуживания со стороны той торцевой стенки корпуса установки, где нет люков, то есть уменьшается занимаемое фильтрующей установкой пространство в помещении и повышается компактность.

Если нет необходимости изменять схему соединения каких-либо секций, то по крайней мере, две соседние секции могут быть сообщены между собой через разделяющую их боковую стенку выполненным в ней, по крайней мере, одним каналом. Это сэкономит пространство, занимаемое трубопроводами в помещении.

Установка может быть снабжена подставками, при этом, по крайней мере, одна подставка может быть выполнена в виде емкости. Использование этих емкостей для регенерационных сред уменьшит потребность в отдельно расположенных емкостях, связанных с фильтрующей установкой, то есть повысит компактность системы фильтрования в целом. При этом форму емкостей можно выбрать такой, чтобы получить наилучшие для экономии пространства в помещении внешние очертания установки.

Установка может состоять из трех, шести, десяти или пятнадцати секций, центры оснований которых могут быть расположены рядами, заполняющими треугольник с длиной стороны, соответственно равной одному, двум, трем или четырем шагам между центрами оснований. Из таких установок можно компоновать сложные фильтрующие системы в помещениях сложной формы с соблюдением высокой компактности.

На чертеже схематично показан вертикальный разрез многосекционной фильтрующей установки периодического действия с фильтрованием сверху вниз, предназначенной для ионообменной очистки воды.

Основания секций и две боковые стенки каждой секции вертикальны. Плоскость разреза параллельна основаниям. Линиями из точек со стрелками обозначены расположенные в межфильтровом пространстве трубопроводы фильтруемой среды, образующие соединительные каналы в основаниях секций, и направление движения фильтруемой среды по этим трубопроводам, одиночными стрелками обозначено направление движения фильтруемой среды через каналы в боковых стенках секций.

В этой установке объединены:

- катионитовый фильтр, состоящий из двух секций 1 первой ступени и одной секции 2 второй ступени, содержащих в себе сорбент-катионит 3;

- анионитовый фильтр, состоящий из двух секций 4 первой ступени и одной секции 5 второй ступени, содержащих в себе сорбент-анионит 6;

- механический фильтр, состоящий из секции 7, содержащей в себе механический сорбент 8.

Установка снабжена подставками 9, выполненными в виде емкостей для регенерата, установленными на полу 10.

Для возможности отключения секций на регенерацию сорбента трубопроводы на соответствующих участках могут быть соединены с трубопроводами таких же секций, объединенных в другой такой же установке.

Работает описываемая установка следующим образом.

Фильтруемая среда, например вода, подается по трубопроводам параллельно в верхнюю часть двух секций 1 первой ступени катионитового фильтра. После очистки в катионите 3 первой ступени вода из нижней части секций 1 по каналам в боковых стенках проходит в верхнюю часть секции 2 второй ступени катионитового фильтра. После очистки в катионите 3 второй ступени вода из нижней части секции 2 подается по трубопроводам параллельно в верхнюю часть двух секций 4 первой ступени анионитового фильтра. После очистки в анионите 6 первой ступени вода из нижней части секций 4 по каналам в боковых стенках проходит в верхнюю часть секции 5 второй ступени анионитового фильтра. После очистки в анионите 3 второй ступени вода из нижней части секции 5 подается по трубопроводам в верхнюю часть секции 7 механического фильтра. После очистки в механическом сорбенте 8 очищенная вода из нижней части секции 7 подается потребителю.

Для регенерации сорбента в каких-либо секциях эти секции отключаются от трубопроводов фильтруемой среды. При необходимости непрерывного фильтрования фильтруемая среда может быть подана вместо отключенных секций на подключенные параллельно им такие же секции другой установки. После этого в отключенные от фильтруемой среды секции подается регенерирующая среда в расчетном количестве, затем подача регенерирующей среды прекращается и отрегенерированные секции отмываются от остатков регенерирующей среды. После отмывки эти секции вновь подключаются к трубопроводам фильтруемой среды.

Настоящее изобретение может быть использовано в машиностроении, энергетике и других отраслях промышленности, где необходимо проводить разделение смешанных сред и очистку жидких сред от примесей.