Способ и установка для разделения смеси твердое вещество-жидкость путем фильтрации

1 Заявляемое техническое решение относится к области разделения материалов, а именно, к отделению твердых частиц от жидкости фильтрованием, и может быть использовано, в частности, для отделения взрывчатых веществ (ВВ) из смеси, образующейся при вымывании ВВ струй воды высокого давления из корпусов артснарядов. Известен способ разделения смеси с использованием друк-фильтра, включающий подачу смеси в вертикальный корпус друкфильтра, фильтрацию жидкости через фильтровальную ткань, размещенную на ложном дне,удаление осадка твердого вещества с поверхности фильтровальной ткани и жидкости из съемного днища (а.с.886942, B 01D 29/04, СССР,публ. 07.12.81 г.). Данный способ позволяет эффективно разделять смесь твердое вещество - жидкость, однако процесс разделения весьма длителен, так как через фильтровальную ткань постепенно проходит весь объем жидкости смеси. При этом удаление осадка с фильтровальной ткани ведут при остановке процесса, фильтровальная ткань не проходит регенерации (восстановления исходных свойств) после каждого цикла разделения смеси, что ухудшает ее пропускную способность, а подача смеси в верхнюю часть корпуса увеличивает время гравитационного осаждения (седиментации) частиц твердого вещества на поверхности фильтровальной ткани. Известен также способ разделения смеси твердое вещество - жидкость путем фильтрации,заключающийся в том, что фильтрацию осуществляют в друк-фильтре под избыточным давлением при повышенной температуре (пат.2080155, В 01D 35/00, Россия, публ. 27.05.97 г. прототип). Известный способ имеет следующие основные недостатки, определяющие длительность процесса разделения:- подачу смеси на разделение осуществляют с непрерывным переливом и спуском, в результате чего часть смеси непрерывно возвращается в исходное положение для повторной подачи;- жидкость смеси при разделении в полном объеме проходит через постоянный фильтрующий элемент, при этом избыточная концентрация частиц твердого вещества на фильтрующей поверхности не допускается во избежание снижения пропускной способности фильтрующего элемента;- твердое вещество образует на поверхности фильтрующего элемента осадок в виде "лепешки", который периодически удаляется для очистки фильтрующего элемента, однако полной регенерации постоянного фильтрующего элемента при этом не происходит, и его пропускная способность постепенно ухудшается. Известно устройство для подачи суспензии в фильтр, содержащее питатель с выходами в 2 окружающий фильтрующий слой в виде отверстий, расположенных на определенных высотах для равномерного распределения потока суспензии поперек зоны фильтрации (заявка 95118159/25, B 01D 24/30, Россия, публ. 10.10.97 г.). Основной недостаток данного устройства различное время седиментации частиц твердого вещества на фильтрующем элементе из потоков суспензии, подаваемых на различной высоте,что увеличивает общую продолжительность процесса разделения. Известен друк-фильтр, состоящий из вертикального корпуса с подвижным ложным дном, на котором закреплена фильтровальная ткань с дренажной вставкой из эластичного материала и устройством для пульсирующей подачи воздуха (а.с.1105216, В 01D 29/04, Россия, публ. 30.07.84 г.). Основные недостатки данного друкфильтра следующие:- наличие постоянного фильтрующего элемента, который, несмотря на частичную периодическую регенерацию при выгрузке осадка твердого вещества, постепенно теряет свою пропускную способность;- выгрузка осадка твердого вещества в зоне друк-фильтра увеличивает общую предолжительность процесса разделения смеси. Известна также установка для разделения смеси твердое вещество-жидкость, содержащая сборный резервуар обрабатываемой смеси,друк-фильтр, разгрузочную систему, емкости для жидкости и твердого вещества и источник сжатого воздуха, соединенный с друк-фильтром(пат.2080155, В 01D 35/00, Россия, публ. 27.05.97 г. - прототип). Известная установка имеет следующие существенные недостатки:- наличие одного друк-фильтра ограничивает объем разделяемой смеси, в результате чего установка работает с непрерывным переливом и спуском части смеси для исключения избыточной концентрации частиц твердого вещества на фильтрующем элементе, что снижает производительность установки;- подача смеси в верхнюю часть друкфильтра увеличивает время достижения частицами твердого вещества поверхности фильтрующего элемента, что увеличивает время процесса разделения смеси;- прохождение всей жидкости в процессе разделения смеси через фильтрующий элемент значительно увеличивает продолжительность процесса, так как нарастание осадка твердого вещества в виде "лепешки" на поверхности фильтрующего элемента значительно снижает интенсивность фильтрации;- наличие постоянного фильтрующего элемента, даже при его периодической очистке от осадка твердого вещества с помощью сжатого воздуха, постепенно снижает пропускную 3 способность фильтрующего материала, что также увеличивает продолжительность процесса разделения смеси и снижает производительность известной установки. При разработке заявляемого технического решения ставилась задача создать эффективную технологию переработки смеси твердое вещество (ВВ) -жидкость, образующейся при вымывании ВВ струй воды высокого давления из корпусов боеприпасов с истекшим сроком хранения, а именно, ускорить процесс отделения твердых частиц ВВ от жидкости. При осуществлении группы изобретений по объекту "способ" технический результат достигается за счет того, что- смесь подают в донную часть друкфильтра посредством питателя, установленного с минимальным зазором относительно фильтрующего элемента;- при достижении определенного уровня срабатывает датчик, и подача суспензии прекращается;- под избыточным давлением смесь выдерживают в течение времени седиментации твердого вещества на поверхности фильтрующего элемента;- под избыточным давлением сливают осветленную жидкость выше фильтрующего элемента до уровня осадка твердого вещества;- под избыточным давлением отжимают осадок твердого вещества на поверхности фильтрующего элемента;- после каждого цикла разделения смеси опускают ложное дно друк-фильтра вместе с фильтрующим элементом и осадком твердого вещества, и выводят его из зоны друк-фильтра для замены фильтрующего элемента. Реализуется заявляемый способ с помощью установки, отличительные признаки которой следующие:- установка снабжена одним или несколькими друк-фильтрами, емкость которых позволяет вести процесс разделения в полном объеме подаваемой смеси при избыточной концентрации частиц твердого вещества на поверхности фильтрующего элемента;- каждый друк-фильтр снабжен питателем для подачи смеси, установленным с минимальным зазором относительно поверхности слоя осадка на фильтрующем элементе;- каждый друк-фильтр снабжен сливным клапаном, расположенным выше уровня осадка твердого вещества;- каждый друк-фильтр снабжен клапаном для подачи сжатого воздуха;- разгрузочная система выполнена в виде подвижного ложного дна друк-фильтра;- на ложном дне друк-фильтра, выполненном в виде тележки с дренажной решеткой, установлен сменный фильтрующий элемент;- каждый друк-фильтр снабжен датчиками уровней и приводом вертикального перемещения ложного дна. Заявляемые способ и установка для разделения смеси обладают следующими преимуществами:- подача смеси в донную часть друкфильтра посредством питателя, установленного с минимальным зазором относительно фильтрующего элемента и поверхности слоя осадка,обеспечивает максимально быструю седиментацию основной массы частиц твердого вещества на поверхности фильтрующего элемента, при этом наличие нескольких друк-фильтров увеличивает объем разделяемой смеси, а при последовательной работе друк-фильтров обеспечивает запас времени для более полной седиментации частиц твердого вещества в каждом друкфильтре в зависимости от свойств обрабатываемой смеси;- выдержка смеси в друк-фильтре под избыточным давлением ускоряет седиментацию частиц твердого вещества на поверхности фильтрующего элемента, так как каждая частица, дополнительно к гравитационному движению в объеме жидкости, участвует в движении самого объема жидкости через фильтрующий элемент, что увеличивает скорость осаждения частиц и уменьшает время осветления жидкости выше осадка твердого вещества на поверхности фильтрующего элемента;- слив из друк-фильтра осветленной жидкости выше фильтрующего элемента до уровня осадка твердого вещества под избыточным давлением через сливной клапан, расположенный выше уровня осадка, исключает необходимость фильтрации всей жидкости через слой осадка твердого вещества и фильтрующий элемент и сокращает время процесса разделения;- отжим осадка твердого вещества под избыточным давлением на поверхности фильтрующего элемента обеспечивает удаление из осадка избыточной влаги и сохранение в осадке заданной остаточной влаги, при этом количество остаточной влаги в осадке твердого вещества регулируется величиной избыточного давления;- подвижное ложное дно друк-фильтра,выполненное в виде тележки, обеспечивает возможность выведения ложного дна из зоны друкфильтра на необходимое расстояние для замены загрязненного частицами твердого вещества фильтрующего элемента чистым фильтрующим элементом, обеспечивающим исходную пропускную способность фильтрующего материала;- удаление осадка твердого вещества, расположенного на поверхности фильтрующего элемента, вместе с фильтрующим элементом при его замене обеспечивает возможность проведения съема осадка твердого вещества с фильтрующего элемента и более эффективную регенерацию фильтрующего элемента для последующего использования вне процесса разде 5 ления смеси, что также сокращает продолжительность последнего. Следовательно, все существенные признаки заявляемого изобретения причинноследственно связаны с достигаемым техническим результатом. Других технических решений, кроме прототипа, с признаками, частично совпадающими с отличительными признаками заявляемого изобретения, не выявлено. Заявляемый способ осуществляется с помощью установки, представленной на чертеже,и раскрывается при описании работы последней. На чертеже изображена установка для разделения смеси твердое вещество-жидкость, которая содержит накопитель 1 смеси, два друкфильтра 2, приемник 3 жидкости, трубопровод 4 для подачи смеси, трубопровод 5 для подачи сжатого воздуха, трубопровод 6 для отвода осветленной жидкости. Накопитель 1 смеси снабжен входным патрубком 7 и выходными патрубками 8, каждый из которых снабжен управляемым клапаном 9. Друк-фильтр 2 снабжен подвижным ложным дном 10, выполненным в виде тележки 11 с дренажной решеткой 12, на которой установлен сменный фильтрующий элемент 13. Тележка 11 установлена на направляющих 14, связанных с приводом 15 вертикального перемещения тележки 11. Кроме того, друк-фильтр 2 снабжен питателем 16, установленным с минимальным зазором относительно образующего осадка 17, и выполнен с радиальными отверстиями 16 в верхней части, и соединяющимся с трубопроводом 4. В верхней части друк-фильтра 5 установлен клапан 19 для подачи сжатого воздуха, а в нижней части, выше уровня осадка, - сливной клапан 20 с приводом 21. В корпусе друкфильтра 2 размещены также датчик 22 верхнего уровня суспензии и датчик 23 нижнего уровня осветленной жидкости. Поджим ложного дна 10 к торцу друкфильтра 2 осуществляется с помощью механизма 24 зажима. Друк-фильтр 2 через сливной трубопровод 6 соединен с приемником 3 жидкости. Приемник 3 разделен на отдельные секции съемными перегородками 25, выполнен с наклонным к центру дном 26 и сливным патрубком 27. Работа установки осуществляется следующим образом. В накопитель 1 непрерывно подается через патрубок 7 смесь под давлениемPс, при этом поток подаваемой смеси перемешивает смесь в придонном слое, обеспечивая равномерное распределение частиц твердого вещества в объеме жидкости, клапан 9 находится в положении "закрыто". В исходном положении тележка 11 ложного дна 10 каждого друкфильтра 2 находится на позиции обмена (не по 001421 6 казана). Рабочий устанавливает чистый фильтрующий элемент 13, прошедший регенерацию,на дренажную решетку 12 и перемещает тележку 11 в рабочее положение под друк-фильтр 2. Дальнейшая работа выполняется в автоматическом режиме по заданной программе системы управления в следующей последовательности- привод 15 механизма перемещения ложного дна 10 друк-фильтра 2 поднимает направляющие 14 вместе с тележкой 11 вверх к торцу друк-фильтра 2;- привод (не показан) механизма 24 зажима поджимает ложное дно 10 к торцевому фланцу друк-фильтра 2;- привод открывает клапан 9, и смесь из накопителя 1 по трубопроводу 4 самотеком поступает через питатель 16 в друк-фильтр 2, заполняя его до срабатывания датчика 22 верхнего уровня;- привод закрывает клапан 9, перекрывая поступление смеси в друк-фильтр 2, в котором начинается процесс седиментации частиц твердого вещества: частицы в объеме смеси начинают движение к поверхности фильтрующего элемента 13, при этом жидкость начинает сцеживаться через фильтрующий элемент 13 в секцию приемника 3 жидкости;- в друк-фильтр 2 подается избыточное давление сжатого воздуха PB через клапан 19,при этом выше уровня смеси в верхней части друк-фильтра 2 и питателя 16 давление выравнивается через радиальные отверстия 18 в стенке питателя 16, образуя воздушный затвор в питателе 16 и исключая подъем смеси по трубе питателя 16 вверх, скорость седиментации возрастает, на поверхности фильтрующего элемента 13 увеличивается слой осадка 17 частиц твердого вещества, выше осадка 17 образуется объем осветленной жидкости, сцеживание жидкости через фильтрующий элемент 13 уменьшается; смесь выдерживается под избыточным давлением в течение времени полной седиментации частиц твердого вещества;- привод 21 открывает сливной клапан 20,и осветленная жидкость под давлением сжатого воздуха сливается ниже датчика 23 нижнего уровня жидкости из друк-фильтра 2 в приемник 3;- привод 21 закрывает сливной клапан 20,давление сжатого воздуха отжимает избыточную влагу из осадка 17 твердого вещества на поверхности фильтрующего элемента 13, сцеживание жидкости через фильтрующий элемент 13 прекращается;- сбрасывает избыточное давление сжатого воздуха PB из друк-фильтра 2;- привод (не показан) механизма 24 зажима освобождает стык ложного дна 10 и фланца друк-фильтра 2;- привод 15 опускает подвижные направляющие 14 вместе с тележкой 11 ложного дна 20 друк-фильтра 2 в исходное положение. Рабочий выкатывает тележку 11 ложного дна 10 друк-фильтра 2 вместе с фильтрующим элементом 13 и осадком 17 твердого вещества заданной влажности на позицию обмена, (не показана), снимает с тележки 11 фильтрующий элемент 13 с осадком 17 отжатого твердого вещества и передает его для удаления твердого вещества 17 и регенерации фильтрующего элемента 13. Фильтрат и осветленная жидкость по мере поступления в приемник 3 проходят дополнительную фильтрацию, перетекая через фильтрующие перегородки 25 из боковых секций в центральную, и через сливной патрубок 27 возвращаются в рабочую магистраль. Фильтрующие перегородки 25 выполнены съемными для периодической очистки от микрочастиц твердого вещества. Рабочий устанавливает на тележку 11 ранее подготовленный чистый, прошедший регенерацию фильтрующий элемент 13, и цикл работы повторяется. Таким образом осуществляется разделение смеси на одном или нескольких друк-фильтрах в зависимости от объема и свойств перерабатываемой смеси и организации производства. При этом последовательность и продолжительность каждого такта работы установки разделения смеси задается микропроцессором системы управления в соответствии с заданной программой. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ разделения смеси твердое вещество-жидкость путем фильтрации, заключающийся в том, что фильтрацию осуществляют под избыточным давлением, отличающийся тем,что смесь подают в друк-фильтр посредством питателя, установленного с минимальным зазором относительно фильтрующего элемента, затем под избыточным давлением смесь выдерживают в течение времени седиментации твердого вещества, сливают осветленную жидкость до уровня осадка и отжимают последний, после чего опускают ложное дно и выводят его из зоны друк-фильтра для замены фильтрующего элемента. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выравнивают давление в друк-фильтре и питателе, образуя воздушный затвор в последнем. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкость подвергают дополнительной очистке в приемнике. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осадок твердого вещества удаляют вместе с фильтрующим элементом. 8 5. Установка для разделения смеси твердое вещество-жидкость, включающая накопитель смеси, друк-фильтр, разгрузочную систему,приемник жидкости, трубопроводы для подачи смеси, сжатого воздуха и жидкости и систему управления, отличающаяся тем, что она снабжена одним или несколькими друк-фильтрами,каждый из которых снабжен питателем для подачи смеси, установленным с минимальным зазором относительно поверхности слоя осадка,и сливным клапаном, расположенным выше уровня осадка, а разгрузочная система выполнена в виде подвижного ложного дна друкфильтра, на котором установлен сменный фильтрующий элемент. 6. Установка по п.5, отличающаяся тем,что питатель друк-фильтра выполнен в виде центральной трубы с радиальными отверстиями в верхней части. 7. Установка по п.5, отличающаяся тем,что подвижное ложное дно друк-фильтра выполнено в виде тележки с дренажной решеткой и горизонтальными направляющими, взаимодействующими с механизмом вертикального перемещения дна. 8. Установка по п.5, отличающаяся тем,что каждый друк-фильтр снабжен датчиками верхнего уровня смеси и нижнего уровня жидкости. 9. Установка по п.5, отличающаяся тем,что приемник жидкости выполнен секционным со съемными фильтрующими перегородками и наклонным к центру дном. 10. Установка по п.9, отличающаяся тем,что каждая крайняя секция приемника жидкости соединена со сливным клапаном друк-фильтра,установленного над ней, а центральная - с магистралью отвода жидкости.