Способ разделения фаз дисперсной системы и установка для его осуществления

Способ разделения фаз дисперсной системы и установка для его осуществления

Реферат

Изобретение относится к области разделения неоднородных полидисперсных систем (суспензий и эмульсий) с использованием пористых перегородок и может быть использовано в цветной и черной металлургии, для очистки сточных вод, шахтных и рудничных вод, в химическом производстве, при фракционном разделении дисперсной фазы суспензий и эмульсий.

Известен способ разделения фаз отстаиванием [Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1973. - С.178-181], включающий подачу исходной воды в отстойник.

Известны установки для разделения фаз в отстойниках [Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1973. - С.182-186], содержащих цилиндрические вертикально установленные резервуары.

Но в известных решениях усложняется весь процесс разделения фаз, зачастую отсутствует четкая поверхность раздела между разделяющимися фазами, особенно при малых концентрациях одной из фаз.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ фильтрования [Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1973. - С.187-212], включающий подачу исходной дисперсной системы и разделение фаз под действием разности давлений на фильтрующей поверхности.

К причинам, препятствующим к достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, является то, что известный способ характеризуется длительностью процесса и не обеспечивает эффективного разделения фаз.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является нутч-фильтр [Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1973. - С.199-202], включающий фильтровальные перегородки.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной установки, принятой за прототип, относится то, что установка не обеспечивает эффективного разделения фаз, часто происходит закупоривание пор фильтровальной перегородки при разделении исходной смеси особенно с относительно небольшой концентрацией дисперсной фазы.

Технический результат - высокая скорость фильтрации при одновременной эффективности разделения фаз с возможностью фракционирования дисперсной фазы полидисперсной системы суспензий или эмульсий.

Указанный единый технический результат при осуществлении групп изобретений по объекту-способу достигается тем, что в известном способе разделения фаз, включающем подачу исходной дисперсной системы и фильтрование ее под действием разности давлений на фильтровальной перегородке, особенность заключается в том, что фильтрование осуществляют путем перемещения фильтруемой исходной дисперсной системы по фильтровальной перегородке с возможностью фракционирования дисперсной фазы полидисперсной системы суспензий и эмульсий путем последовательного изменения размера пор фильтровальной перегородки, расположенных по пути движения фильтруемой дисперсной системы.

Такое выполнение способа снижает сопротивление фильтровальных перегородок, увеличивает производительность и эффективность процесса фильтрования с возможностью одновременного разделения дисперсной фазы полидисперсной системы на фракции.

Указанный единый технический результат при осуществлении групп изобретений по объекту-устройству достигается тем, что в известной установке для разделения фаз фильтрованием, включающей фильтровальные перегородки, особенностью является то, что фильтровальные перегородки имеют наклонную поверхность с изменяющимися размером пор и углом наклона, при этом на фильтровальные перегородки сообщается вибрация.

Снабжение установки наклонными фильтровальными перегородками с изменяющимися размером пор и углом наклона повышает производительность установки, устраняет закупоривание пор фильтровальной перегородки, создает возможности для фракционирования дисперсной фазы полидисперсной исходной смеси. Для эффективности фильтрования и предотвращения накапливания смеси на отдельных участках фильтровальной перегородки и обеспечения непрерывного и равномерного перемещения смеси на фильтровальную перегородку сообщается вибрация.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретений, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - установка для разделения фаз - предназначена для осуществления другого заявленного объекта группы - способа разделения фаз фильтрованием, при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.

На чертеже представлено устройство в заявленной группе изобретений, где изображена установка для разделения фаз исходной смеси фильтрованием.

Заявленный способ разделения фаз исходной смеси осуществляется следующим образом.

На входе устройства имеется загрузочный резервуар 1, служащий для приема исходной фильтруемой дисперсной системы и начала фильтрования. Дно резервуара является частью поверхности наклонной фильтровальной перегородки для фильтрования мелкодисперсной фракции. В нижней части загрузочного резервуара имеется окно 2, обеспечивающее дальнейшее продвижение фильтруемой массы по фильтрующей поверхности фильтровальной перегородки.

Фильтровальная перегородка представляет собой изогнутую или наклонную поверхность (металлическую, пластмассовую и др.) с порами, имеющую участки разной дисперсности - от мелкой к крупной, например, как это показано на чертеже: 3 - мелкодисперсная, 4 - средней дисперсности, 5 - крупнодисперсная части фильтрующей поверхности. Установка снабжена бортами 6 для предотвращения растекания фильтруемой смеси за пределы фильтровальной перегородки. Фильтровальная перегородка имеет увеличивающийся угол наклона или изогнутости поверхности, что изменяет скорость прохождения фильтруемой смеси. От входа к выходу фильтровальная перегородка сужается путем постепенного уменьшения расстояния между ее бортами.

Границы между областями разной дисперсности могут быть резко выраженными или плавно переходить одна в другую. Число областей разной дисперсности не ограничивается. Основное требование к ним - изменение пористости по мере продвижения фильтруемой смеси.

Под фильтровальной перегородкой можно установить перегородки 7 для сбора продуктов фильтрации разной дисперсности в различные резервуары 8, 9, 10, устанавливаемые под различными участками фильтровальной перегородки. В резервуарах 8, 9, 10 установлены соответствующие фильтровальные перегородки 11, 12, 13 разной дисперсности, более мелкой, чем дисперсность соответствующих областей 3, 4, 5 наклонной фильтровальной перегородки.

Наличие резервуаров 8, 9, 10 позволяет проводить вторичную дифференциальную фильтрацию.

В зависимости от размера дисперсных фаз полидисперсной системы количество резервуаров фильтрации и соответственно количество участков фильтровальной перегородки с изменяющимся размером пор последовательно от резервуара к резервуару может быть увеличено или уменьшено в соответствии с необходимостью по мере фильтрации снижения сопротивления фильтровальной перегородки и/или с необходимостью получения соответствующего количества фракций при фракционном разделении полидисперсных систем.

Установка для разделения фаз фильтрованием содержит:

1 - загрузочный резервуар для приема исходной фильтруемой смеси;

2 - окно резервуара;

3, 4, 5 - поверхности соответственно мелко-, средне- и крупнодисперсной областей (участков) наклонной фильтровальной перегородки;

6 - борта фильтровальной перегородки;

7 - перегородки, отделяющие друг от друга участки фильтровальной перегородки разной дисперсности;

8, 9, 10 - резервуары для сбора продуктов фильтрования разной дисперсности (мелко-, средне- и крупнодисперсной областями фильтровальной перегородки соответственно);

11, 12, 13 - вторичные фильтровальные перегородки более мелкой дисперсности, чем области 3, 4, 5 наклонной фильтровальной перегородки соответственно;

14 - вибратор.

Установка работает следующим образом.

Исходная дисперсная смесь (суспензия, эмульсия) непрерывно и равномерно подается в загрузочный резервуар 1, в котором сразу начинается фильтрация мелкодисперсной фазы, так как дно резервуара является частью мелкодисперсной фильтровальной перегородки. По наклонному дну резервуара 1 через окно 2 под действием силы тяжести фильтруемая смесь движется далее по фильтровальной перегородке. Так как фильтрование происходит при движении смеси, то в это же время происходит ее перемешивание и частичное самоочищение фильтровальной перегородки. Эффективность фильтрования увеличивается за счет вибрации фильтровальной перегородки. Фильтрование предотвращает также накапливание сгущающейся фильтруемой смеси на отдельных участках поверхности фильтровальной перегородки и обеспечивает ее непрерывное и равномерное перемещение.

Фильтруемая смесь перемещается сначала по наиболее пологой части фильтровальной перегородки мелкой дисперсности, т.е. по поверхности с наиболее мелкими порами. При этом отфильтрованная жидкость стекает под действием силы тяжести через поры фильтровальной перегородки в резервуар 8. Борта 6 не дают фильтруемой смеси растекаться и сливаться из боковой части фильтровальной перегородки и служат направляющими, которые фильтруют и направляют поток фильтруемой смеси.

Вследствие постепенного уменьшения расстояния между бортами происходит сужение потока фильтруемой смеси, ее уплотнение, что способствует удалению из нее жидкости.

Так как при перемещении по поверхности фильтровальной перегородки смесь теряет жидкость, становится более густой и вязкой, то для создания условий ее самопроизвольного стекания фильтровальная перегородка имеет увеличивающийся угол наклона.

После прохождения участка мелкой дисперсности 3 фильтруемая смесь продвигается по участку средней дисперсности 4, крупной дисперсности 5 и далее на выход.

Отфильтрованная на участках 3, 4, 5 жидкость поступает в сборные резервуары 8, 9, 10, где происходит вторичная фильтрация через фильтровальные перегородки 11, 12, 13 соответственно, которые имеют разную дисперсность, более мелкую, чем дисперсность соответствующих участков 3, 4, 5 наклонной фильтровальной перегородки.

Число участков разной дисперсности наклонной фильтровальной перегородки не ограничивается и определяется технологическими параметрами процесса и физическими свойствами фильтруемой смеси. Возможен вариант плавного перехода от участков с мелкими порами к участкам с более крупными порами. При плавном переходе от мелкодисперсных участков к крупным отфильтрованная жидкость может стекать в установленный снизу один общий резервуар. Собранная в резервуаре пульпа может быть подвергнута различным видам обработки: нагреву, введению коагулянтов и т.п. с последующим ее повторным фильтрованием.

Такое выполнение установки позволяет с высокой эффективностью и с заданной точностью разделять дисперсную фазу и дисперсионную среду, а для полидисперсной системы осуществлять фракционирование с определением относительного содержания заданных фракций в исходной полидисперсной системе.

Примеры конкретного выполнения способа.

Пример 1.

Размер пор непрерывной наклонной поверхности установки для разделения фаз на фракции, мкм: <10; 10-100; >100.

В таблице даны сведения по дисперсному составу взвесей реки Терек в районе г. Владикавказа РСО-А, полученные при использовании установки фракционирования.

Концентрация взвеси, мг/дм3	Дисперсный состав (вес.%) при размере частиц, мкм
1900	50	50	10

Пример 2.

Размер пор непрерывной наклонной поверхности установки для разделения фаз на фракции составлял 1-10 мкм.

Для очистки взят 1 дм³ исходной барды, полученной на спиртовом заводе, перерабатывающем зерно, температура 70°С, рН 3,5.

Состав барды, % мас.: вода 91,3-93,2; растворенные органические вещества 2,0-2,7; сухие вещества 4,4-8,2.

После фильтрования барда разделилась при 30°С на 2 фракции - дробину и коллоидную взвесь следующих составов:

1. Дробина, % мас.: вода 85; растворенные органические вещества 5,7; сухие вещества 15.

2. Коллоидная взвесь,% мас.: вода 96; растворенные органические вещества 2,0; сухие вещества 4,5.

По сравнению с прототипом использованием разработанного способа фракционирования на установке разделения фаз фильтрованием достигается высокая скорость фильтрации с одновременной эффективностью разделения фаз на заданные фракции.

1. Способ разделения фаз с возможностью фракционирования дисперсной фазы полидисперсной системы эмульсий и суспензий, включающий подачу исходной дисперсной системы и фильтрование ее под действием разности давлений на фильтровальной перегородке, отличающийся тем, что поток фильтруемой системы перемещают по непрерывной наклонной поверхности фильтровальной перегородки с изменяющимся размером пор от мелких к крупным и с увеличивающимся углом наклона по пути движения фильтруемой дисперсной системы.

2. Установка для разделения фаз с возможностью фракционирования дисперсной фазы полидисперсной системы эмульсий и суспензий, включающая фильтровальную перегородку, отличающаяся тем, что фильтровальная перегородка имеет непрерывную наклонную поверхность с изменяющимся размером пор от мелких к крупным, с увеличивающимся углом наклона и уменьшающимся расстоянием между бортами перегородки для сужения потока фильтруемой системы и ее уплотнения, при этом фильтровальной перегородке сообщают вибрацию.