Способ и устройство для очистки фильтров с сыпучей средой
Номер патента: 26510
Опубликовано: 14.12.2012
Авторы: БЕЙТМАН, Уильям, ЛИ, Дуглас, Уи., ТАЙРИ, Колин
Текст
(51) 01 24/26 (2012.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ фильтрующей среде через множество радиальных сопел, размещенных внутри фильтрующего слоя. Радиальные сопла диспергируют газ внутри жидкости и фильтрующей среды, вызывая турбулентность и перемешивание сыпучей фильтрующей среды, достаточные для извлечения захваченных загрязняющих примесей без необходимости использования высокоскоростных потоков жидкости. Число сопел и их размещение внутри фильтрующего слоя варьируется в зависимости от факторов, таких как размер и форма сосуда фильтрования, тип очищаемой фильтрующей среды. Количество перекачиваемого соплами воды и газа также отрегулировано для обеспечения в основном однородной очистки всего слоя. Этот способ заключается в более низких объемах чистого фильтрата, используемого в цикле промывки и соответственно находящегося на хранении и требующего переработки для возврата этой жидкости в процесс. Каждое радиальное сопло состоит из двух горизонтальных и параллельных круглых дисков, размещаемых отдельно друг от друга для создания цилиндрического зазора между ними, через которое течет впрыскиваемый поток из сжатого газа и жидкости. Предлагаемые устройства представляют собой отдельный резервуар для фильтрования и множество камер фильтрования внутри общего корпуса, каждая камера содержит сыпучую фильтрующую среду и множество радиальных сопел, размещенных в среде для рассеивания впрыскиваемого потока по всей среде во время стадий очистки и стадий возобновления процесса фильтрования.(74) Тагбергенова Модангуль Маруповна Тагбергенова Алма Таишевна Касабекова Найля Ертисовна(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ФИЛЬТРОВ С СЫПУЧЕЙ СРЕДОЙ(57) Описаны способ и устройства для восстановления слоя сыпучей фильтрующей среды,собравшей загрязняющие примеси во время фильтрации потока жидкости. Способ сначала включает стадии установления малой объемной скорости потока чистого фильтрата в обратном потоке. Затем фильтрующая среда перемешивается для разрушения загрязняющих примесей,агломерированных на поверхности или в трещинах,образующихся внутри фильтрующей среды. Стадия перемешивания выполняется действием на наполненную жидкостью фильтрующую среду впрыскиваемым потоком, состоящим в основном из газа,смешанного с чистой жидкостью. Впрыскиваемый поток диспергируют по всей Настоящее изобретение относится к области фильтрования жидкостей через сыпучие фильтрующие среды, и в частности к способу и системе удаления отфильтрованных загрязняющих примесей из такого вида фильтрующих слоев во время периодических циклов очистки. Уровень техники Для удаления накопленных загрязняющих примесей из слоя сыпучих фильтрующих сред используются различные известные способы и системы. Способы, используемые до настоящего времени, как правило, включают следующие общие стадии 1) перемешивание для предотвращения агломерации фильтрующей среды и загрязняющих примесей, задерживаемых фильтром в процессе фильтрования, 2) пропускание среды-носителя через перемешиваемые зерна (гранулы) для удаления загрязняющих примесей из фильтрующей среды,3)удерживание фильтрующей среды в корпусе фильтра во время извлечения загрязняющих примесей и 4) восстановление очищенной фильтрующей среды до ее исходного состояния. Эти четыре стадии можно суммировать в следующие 1)перемешивание, 2) промывание, 3) отделение и 4)восстановление. Общую стадию 1 осуществляют при помощи различных известных средств для перемешивания фильтрующей среды, таких как роторные лопасти и высокоскоростные жидкостные сопла (см. патенты 2,521,396 и 3,992,291/3,953,333). Однако оба указанных способа создают, по меньшей мере,две значительные проблемы. Во-первых, роторные лопастные системы,как правило,имеют механические затворы, которые требуют частого технического обслуживания. Во-вторых,высокоскоростные жидкостные сопла производят большие объемы грязной воды обратной промывки,которую нужно где - то собирать и возвращать в процесс. С учетом изложенного требуется разработать способ,в котором средства перемешивания не имеют внутренних вращающихся лопаток или лопастей и минимизируется количество используемой жидкости. На общей стадии 2 среда-носитель, используемая для промывания фильтрующей среды, чаще всего является чистой жидкостью фильтрата. Во многих системах требуется хранение больших объемов чистого фильтрата для обеспечения мощности потока, когда цикл промывки обратной струей требует пропускания большого объема жидкости через фильтрующую среду. В некоторых способах используют сопла, нагнетающие большие объемы воды в фильтрующую среду как для перемешивания, так для обратной промывки, что является комбинацией общих стадий 1 и 2. Однако такие системы производят большие объемы жидкости обратной промывки, которую необходимо где-то собирать, хранить и возвращать в процесс. Поэтому предпочтительно использовать для промывки обратной струей загрязненную технологическую жидкость вместо чистого фильтрата. В результате отпала бы необходимость в емкостях для хранения чистого фильтрата и 2 специальных насосах для периодических циклов промывки обратной струей. На общей стадии 3 отделение загрязняющих примесей от фильтрующей среды обычно осуществляют пропусканием непрерывным потоком пульпы через очищающий элемент, расположенный снаружи корпуса фильтра, где из пульпы извлекают присутствующие крупные частицы среды и извлеченный фильтрующий материал возвращают в корпус фильтра (см. патенты 3,992,291 и 3,953,333). Этот способ значительно дороже других известных способов, и размер фильтра превышает размеры обычно используемых фильтров, так как для его исполнения требуются различные внешние трубопроводы, емкости, клапаны и оборудование. В патенте 4,787,987 раскрыт способ отделения на месте загрязняющих примесей от фильтрующей среды при помощи сита с размером ячеек несколько меньшим, чем размер частиц фильтрующей среды,которое находится внутри емкости для фильтрования ниже фильтрующей среды. В этом способе перемешивание и суспендирование фильтрующей среды и загрязняющих примесей осуществляют при помощи жидкостного насоса большого объема. На стадии перемешивания в емкость добавляют дополнительно жидкость, как правило,в количестве,эквивалентном концентрированной загрязненной жидкости,пропущенной через сита, в то время как фильтрующая среда остается внутри корпуса фильтра. 3598554 раскрывает устройство фильтрации с обратной промывкой нисходящего типа. Фильтрующий слой очищается обратной промывкой в периодическом режиме с обратной промывкой жидкостью и газом для удаления частицы из слоя фильтрующего материала. Поток газа останавливают, и газ удаляют из слоя дополнительными объемами жидкости обратной промывки. После периода урегулирования жидкость обратной промывки и твердые частицы извлекают с верхней части фильтрующего слоя. 2080694 раскрывает другое устройство фильтрации с обратной промывкой нисходящего типа с направлением для промывания обратного потока воздуха и воды. 2251194 раскрывает, что охлаждающая жидкость станков, в частности, используется в электро-эрозии, фильтруется вниз через слой ильменита, плотность которого составляет около 6 г/см 3. Слой фильтрующей среды очищается обратной промывкой воздухом и жидкостью для очистки фильтрующих частиц через вход,расположенный над слоем в заполненной жидкостью верхней части камеры фильтра, но частицы слоя являются слишком тяжелыми и не вымываются промывкой. Изобретение относится к фильтру с глубоким слоем, раскрытому в п.1 приложенной формулы изобретения, и к способу фильтрации загрязняющих веществ из жидкого потока, раскрытого в пункте 27 прилагаемой формулы изобретения. Настоящее изобретение позволяет полное и по возможности быстрое высвобождение собранных загрязняющих примесей и вывод этих загрязняющих примесей из корпуса фильтра минимальным количеством жидкости. Другие преимущества, которые достигаются раскрытым и предлагаемым изобретением, будут очевидны специалисту в данной области из представленного описания. Сущность изобретения Изобретение относится к новому способу очистки на месте сыпучей фильтрующей среды от агломерированных загрязняющих примесей. Этот способ включает смешивание небольшого количества загрязненной жидкости с газом, таким как воздух или природный газ, для создания струи впрыскивания. Эту впрыскиваемую струю диспергируют в фильтрующую среду через одно или более радиальных сопел, расположенных внутри фильтрующей среды. Газ выходит из радиальных сопел в виде дисперсии пузырьков в жидкости. Впрыскиваемая струя, поднимаясь по фильтрующей среде, расширяет слой, что приводит к разрушению больших агломератов загрязняющих примесей, и псевдоожижает отдельные зерна фильтрующей среды с вытеснением и перемещением меньших по размерам агломератов загрязняющих примесей по трещинам,образовавшимся внутри фильтрующей среды. Псевдоожижение обеспечивает перемешивание среды в степени, требуемой для высвобождения и перемещения агломератов загрязняющих примесей,без необходимости подачи жидкости с высокой объемной скоростью, обычной для других способов очистки фильтрованием. Предлагаемый способ обеспечивает преимущества, заключающиеся в использовании загрязненной технологической жидкости во впрыскиваемой струе,что избавляет от необходимости хранить чистый фильтрат для использования во время циклов промывки обратной струей. Этот способ обеспечивает еще одно преимущество, заключающееся в уменьшении объема насыщенной загрязняющими примесями воды, которая должна быть переработана. Известные способы очистки фильтрованием требуют больших объемов жидкости, до 1,5 раз превышающих обычно подаваемое количество жидкости, для обеспечения внутри фильтрующего слоя скорости потока, достаточной для извлечения загрязняющих примесей из фильтрующей среды. Уменьшение объемов обратной промывки снижает затраты на вспомогательное оборудование и повторную переработку. Также предлагаемый способ обеспечивает еще одно преимущество, заключающееся в сокращении продолжительности цикла очистки. Известные способы очистки фильтрованием осуществляются путем пропускания через фильтрующую среду раздельно вначале газа для разрушения агломератов загрязняющих примесей, а затем жидкости для вымывания загрязняющих примесей. Объединение стадии перемешивания со стадией промывания может значительно сократить продолжительность цикла очистки. Короткий по времени цикл очистки обеспечит улучшение всей работы фильтрующей системы. А также этот способ имеет дополнительное преимущество, позволяющее оптимизировать цикл очистки фильтрующей среды для модифицирования процесса фильтрования. Путем регулирования соотношения газа и жидкости во впрыскиваемой струе и, в случае необходимости, размера и местоположения радиальных сопел, цикл очистки может быть приспособлен к более широкому количественному интервалу,подверженности агломерации и физическим свойствам загрязняющих примесей. В предпочтительном варианте изобретения описан фильтр с сыпучей средой, содержащий корпус фильтра, в котором находится среда,засыпаемая на дно фильтра с формированием слоя. На дне корпуса фильтра имеется выпускной канал, к которому присоединено механическое сито, такое как труба, изготовленная из клиновидной проволоки, или труба с щелевидными отверстиями. Размеры щелей механического сита меньше размеров зерен фильтрующей среды для того, чтобы при прохождении технологической жидкости через фильтр чистый фильтрат выходил из выходного отверстия, в то время как зерна фильтрующей среды оставались внутри корпуса фильтра. Во время обычной операции фильтрования загрязненная жидкость проходит от впускного канала, связанного с распределителем и механическим ситом через слой фильтрующей среды, при этом загрязняющие примеси осаждаются по всему объему фильтрующей среды. После накопления достаточного количества загрязняющих примесей внутри корпуса фильтра,подаваемый в корпус фильтра поток перекрывают и начинают цикл очистки. Корпус предлагаемого фильтра имеет единственное радиальное сопло или множество равномерно разнесенных радиальных сопел, размещенных у основания фильтрующего слоя, при этом количество сопел зависит от диаметра корпуса фильтра. Трубопровод или труба проходят от инжектора с соединением снаружи корпуса фильтра к радиальному соплу. Во время цикла очистки регулируемое количество впрыскиваемого потока перекачивается радиальными соплами вверх по фильтрующей среде, и далее к впускному каналу через распределитель/механическое сито. Впрыскиваемый поток состоит из смеси газа и жидкости,сформированной вне корпуса фильтра и подаваемой в радиальные сопла по соединяющему трубопроводу. Радиальное сопло выполнено так,чтобы создать оптимальную дисперсию газовых и жидких компонентов,которая могла бы одновременно перемешивать зерна фильтра и вымывать загрязняющие примеси из всего объема среды. При прохождении потока впрыскивания,высвобожденных загрязняющих примесей и некоторого количества псевдоожиженных зерен 3 фильтра к впускному каналу механическое сито задерживает псевдоожиженные зерна внутри корпуса фильтра, в то время как впрыскиваемый поток и загрязняющие примеси выходят из корпуса фильтра. Фильтр далее включает вентиляционное отверстие в крышке корпуса фильтра для выпуска газа, захваченного из впрыскиваемого потока, до возврата фильтра к нормальной работе. Соотношение газа и жидкости, смешиваемых для формирования впрыскиваемого потока,используемого для перемешивания и вывода загрязняющих примесей из корпуса фильтра,должно быть подобрано для достижения следующих условий (1) скорость на выходе из сопла должна быть достаточной для создания однородной дисперсии газа в жидкости и распределения потока впрыскивания по всему поперечному сечению фильтрующего слоя(2) вертикальная скорость газа должна быть достаточной для расширения слоя фильтрующей среды с целью разрушения больших агломератов загрязняющих примесей(3) скорость газа должна быть достаточной для псевдоожижения и перемешивания зерен фильтрующей среды и (4) количество подаваемой жидкости должно быть достаточным для перемещения и выноса высвобожденных загрязняющих примесей из фильтрующего слоя. Число и местоположение радиальных сопел внутри корпуса фильтра выбирают для достижения следующих условий(1) распределение впрыскиваемого потока по всему поперечному сечению фильтрующего слоя и минимизирование мертвых зон или объема фильтрующей среды,которые не контактируют с впрыскиваемым потоком и (2) размещение сопел достаточно близко к основанию слоя фильтрующей среды так, чтобы выходящий из них поток контактировал с нижней стороной механического сита для очистки сита от собранной им фильтрующей среды. Хотя изобретение включает способ и устройство для удаления загрязняющих примесей из слоя сыпучей фильтрующей среды, любое другое использование в рамках изобретения может стать очевидным для специалиста в данной области техники. Описание фигур чертежей Фиг.1 - вид в вертикальном разрезе корпуса фильтра с сыпучей средой, который является частью настоящего изобретения,показывающий внутренние элементы конструкции, используемые для выполнения описанного способа очистки фильтрующей среды. Фиг.2 - вид в горизонтальном разрезе по диаметру корпуса фильтра, который является частью настоящего изобретения, показывающий один вариант размещения сопел впрыска под углом 45 с трубами сит у канала для выпуска фильтрата. Фиг.3 - вид в трехмерном разрезе варианта на фиг.2, показанный с нижней стороны корпуса фильтра. Этот вид обеспечивает дальнейшую детализацию варианта, представленного на фиг.2. Фиг.4 - вид сверху поперечного сечения,аналогичного показанному на фигуре 2, но с радиальными соплами, расположенными немного выше и на одном уровне с трубами сит у выпускного канала, показывающий альтернативное размещение радиальных сопел согласно настоящему изобретению. Фиг.5 - детальное трехмерное изображение радиального сопла и его элементов. Пунктирные линии, простирающиеся от кольцевой области радиального сопла, показывают общее направление движения впрыскиваемого из сопла потока и действие впрыскиваемого потока на жидкость вокруг сопла. Фиг.6 - вид в вертикальном поперечном разрезе еще одного варианта радиального сопла, где пластины сопла усовершенствованы для увеличения однородности распределения впрыскиваемого потока и уменьшения забивания средой сопла в нерабочем состоянии. Фиг.7 - трехмерный вид сверху еще одного варианта настоящего изобретения, где радиальные сопла расположены под трубами сит у канала выпуска фильтрата для очистки решетки механических сит и удерживания фильтрующей среды в корпусе во время описанного способа очистки. На фиг.8 показан еще один вариант настоящего изобретения, где множество корпусов фильтров,каждый содержащий внутренние элементы конструкции,требуемые для выполнения описанного способа очистки, объединены в один горизонтальный корпус, разделенный на отдельные камеры внутренними дефлекторами. Подробное описание изобретения На фиг.1 изображен резервуар для фильтрования с корпусом 10, содержащим слой сыпучей фильтрующей среды 12. Корпус фильтра представляет собой рассчитанный на работу под давлением сосуд с эллипсоидальными верхней и нижней частями, выполненными в соотношении 21. Могут использоваться и другие формы и модели резервуаров для фильтрования, форма резервуара не влияет на основные операции изобретения. Сыпучей фильтрующей средой 12 может быть любая из множества известных, выбираемых в зависимости от характеристик фильтруемой жидкости и свойств загрязняющих примесей. Для фильтрации водной суспензии нефти с загрязняющими твердыми примесями обычно используют гранулированную скорлупу черного грецкого ореха. Выше фильтрующего слоя 12 находится пространство 14,в которое продвигается фильтрующий слой при расширении во время цикла очистки. Как совершенно очевидно, для размещения слоя сыпучего фильтрующего сырья может быть использован любой подходящий для текущих условий корпус фильтра. Резервуар для фильтрования 10 также включает впускные распределительные устройства 20 для подачи загрязненной жидкости из внешнего трубопровода и в основном однородного диспергирования жидкости по поперечному сечению резервуара. В верхней части резервуара также установлен выпускной коллектор обратной промывки 22 для приема впрыскиваемого потока и высвобожденных во время цикла очистки загрязняющих примесей. Выходной коллектор также содержит механические сита 23,изображенные в виде трубы со щелевидными отверстиями или трубы, изготовленной из клиновидной проволоки, где диаметр щелей меньше наименьшего размера частиц среды, и которые препятствуют выходу любой используемой фильтрующей среды из резервуара во время цикла обратной промывки. Хотя на этой фигуре изображены определенные средства подачи технологической жидкости и средства выпуска жидкости обратной промывки, множество моделей впускных распределительных средств могут быть использованы как для распределения технологической жидкости, так и для извлечения промывкой обратной струей. Описанные впускные средства приведены в качестве примера для предпочтительного варианта выполнения изобретения, также могут быть использованы другие впускные средства, выбираемые в зависимости от характеристик фильтруемой жидкости и содержащихся в ней загрязняющих примесей. На фиг.1 также показан выпускной коллектор 30,к которому присоединены механические сита 33,изображенные как труба со щелевидными отверстиями или труба,изготовленная из клиновидной проволоки. После прохождения через фильтрующий слой очищенный фильтрат выходит из резервуара для фильтрования, проходя через отверстия в сите. Диаметр отверстий сита меньше наименьшего диаметра частиц фильтрующей среды для удерживания частиц среда внутри резервуара во время работы. На фиг.1 и 2 показано множество радиальных сопел 40 с выпускными отверстиями,размещенными чуть ниже касательной к нижней стороне механических сит. В варианте, показанном на фиг. 2, механические сита 33 состоят из четырех сит из клиновидной проволоки, формирующих крестообразный выпускной коллектор. В этой конфигурации четыре радиальных сопла 40 размещены в промежутках между четырьмя механическими ситами 33 в выпускном коллекторе. Совершенно очевидно, что размер и форма выпускных сит и число используемых радиальных сопел будут зависеть от диаметра корпуса фильтра. Изображенные на фигурах 1 и 2 радиальные сопла 40 состоят из двух горизонтальных круглых дисков, разнесенных в пространстве для создания зазора между ними, по которому впрыскиваемый поток будет поступать в фильтрующую среду во время цикла очистки. Высота выпускного зазора радиальных сопел изображена примерно на одном уровне с касательной к нижней стороне механических сит 33. Во многих резервуарах для фильтрования днище резервуара заполняют твердым материалом, таким как цементный раствор или бетон, вплоть до труб механических сит. Эти твердые материалы выполняют роль основы для накопления частиц фильтрующей среды во время обычных операций фильтрования, поскольку осевшие ниже труб механических сит частицы фильтрующей среды в основном не пригодны для эффективного использования. Как правило,выпускные зазоры радиальных сопел находятся ниже касательной к нижней стороне механических сит 33, чтобы фильтрующая среда у основания резервуара могла контактировать с впрыскиваемым потоком. Размещение сопел у основания фильтрующей среды также позволяет впрыскиваемому потоку очистить отверстия сит от возможно застрявшей среды или загрязняющих примесей. Поскольку для предлагаемого изобретения контакт со средой у основания или промывание сит сильной струей воды не требуются или нежелательны, высота выпускных зазоров радиальных сопел может быть установлена выше выпускного трубопровода так,чтобы впрыскиваемая дисперсия могла проникнуть во все края резервуара, не сталкиваясь с выпускным трубопроводом или решеткой сит. Впрыскиваемый поток, состоявший из смеси жидкости и газа, предварительно перемешанной вне корпуса фильтра, проходит к радиальному соплу через трубопровод 35. Этот трубопровод показан на фиг.3 в виде сегмента прямой трубы, соединенного с согнутым вниз под углом 90 коленом, которое соединено с верхним круглым диском радиального сопла. Для большинства размеров резервуаров для фильтрования, показанных на фиг.2, четыре радиальных сопла, помещенные примерно в центре каждого сектора, сформированного крестообразным выпускным трубопроводом и трубами сит,обеспечат адекватный для обеспечения полного покрытия впрыскиваемым потоком всего поперечного сечения фильтрующего слоя. Протяженность по бокам, до которых радиальные сопла рассеивают впрыскиваемый поток,преимущественно устанавливается интенсивностью воды и газа, предварительно перемешанных вне корпуса фильтра оператором. Поэтому, баланс между увеличением скорости потока вода/газа к каждому радиальному соплу или увеличением числа радиальных сопел по поперечному сечению резервуара является в значительной степени вопросом экономии. Установлено,что удовлетворительная экономия достигается расчетом, что каждое сопло впрыскивания должно очистить область в радиусе примерно от 1,5 до 3 футов (45,72 - 91,44 см) от оси сопла. Увеличение числа сопел требуется для как можно полного покрытия поперечного сечения резервуара фильтра,в то время как размещение сопел в значительной степени определяется поперечной симметрией. На фиг.2 показано размещение множества сопел по поперечному сечению резервуара относительно оси резервуара/сопел на радиусе . Этот радиуссопла в резервуаре будет меняться в зависимости от типа фильтрующей среды, диаметра резервуара,содержания загрязняющих примесей и их 5 физических свойств. Установлено, что для водной фильтрации нефти и твердых частиц при помощи скорлупы черного грецкого ореха, значениедолжно находиться в диапазоне от 25 до 36 диаметрарезервуара, чтобы обеспечить адекватное покрытие впрыскиваемым потоком для эффективной очистки перемешиваемой среды. На фиг.4 показано альтернативное расположение этих четырех сопел, изображенных в виде круга пунктирной линией с поворотом на 45 от положения, показанного на фиг. 2 и расположенных над механическими ситами 33. При вращении радиальных сопел относительно механических сит и расположении их чуть выше верхней касательной круглого размера сит, впрыскиваемый поток будет иметь наименьшую степень помех от столкновения с решетками сит. Такое расположение может быть,например, более желательным для фильтров, где большинство загрязняющих примесей собирается в верхней части (составляющей несколько футов) фильтрующей среды, и фильтрующая среда не будет закупоривать отверстия решеток сит. Преимущество такого расположения состоит в том, что минимизируются мертвые зоны, так как вертикальному движению впрыскиваемого потока не создают помех решетки сит, как это может произойти в других показанных вариантах. Альтернативно, как показано на фиг.7,радиальные сопла могут быть помещены ниже и на одном уровне с решетками выпускных сит так,чтобы впрыскиваемый поток напрямую контактировал с решетками сит для промывки и очистки от фильтрующей среды и загрязняющих примесей отверстий сит. Такая ориентация сопел может быть предпочтена в тех случаях, когда требуется пропускание больших объемов смеси воды и газа через решетки сит для перемешивания среды вокруг решеток сит для удаления загрязняющих примеси и вымывания любой среды,которая может задерживаться внутри отверстий решеток сит. На фиг.5 показан отдельный элемент предлагаемого радиального сопла для распыления впрыскиваемого потока. Радиальное сопло состоит из верхней круглой пластины 50 и нижней круглой пластины 51, в которых выполнены отверстия 52 (не показаны), посредством которых они соединены с трубопроводами, 38, 37, 36 и 35, подающими впрыскиваемый поток к соплу. Каждая круглая пластина имеет диаметр . Пластины 50, 51 сопла разнесены относительно друг друга с образованием зазора , который может варьироваться в зависимости от размеров резервуара, очищаемой фильтрующей среды и требуемого радиуса впрыскивания. Установлено,что для удовлетворительной работы сопла зазорнаходится в пределах от 2 мм для малых систем фильтрования до 30 мм для больших промышленных систем фильтрования. Как правило, диаметр зазорадолжен быть меньше наименьшего размера частиц фильтрующей среды для предупреждения прохода частиц среды через зазор, когда сопло находится в нерабочем состоянии. Диаметркруглых пластин 6 50, 51 обычно колеблется от 100 мм для малых систем фильтрования до 400 мм для больших промышленных систем фильтрования. Далее со ссылкой на фиг.5, поскольку впрыскиваемый поток проходит через зазор между пластинами 50, 51 и выходит по внешним краям пластин 50, 51, давление впрыскиваемого потока внезапно падает до давления внутри резервуара для фильтрования. Газ внутри жидкой части впрыскиваемого потока формирует непрерывную высокоскоростную пузырьковую дисперсию,распространяющуюся далеко от сопла, показанного на фиг. 5 пунктирными прямыми линиями. Поскольку этот впрыскиваемый поток распространяется от сопла в фильтрующую среду,это вызывает циркуляцию жидкости вокруг сопла,показанную на фиг.5 кривыми пунктирными линиями со стрелками на конце. Благодаря такой циркуляции жидкости, количество жидкости,добавляемой к впрыскиваемому потоку, может быть уменьшено, что приводит к снижению общего объема жидкости обратной промывки, требующей отведения и хранения или повторной переработки. Для вариантов, включающих использование корпуса фильтра под высоким давлением, можно фильтрующую среду плотно размещать в зазоре между пластинами радиального сопла и в трубопроводе,предназначенном для впрыскиваемого потока. На фиг.6 показан усовершенствованный вариант сопла, который включает верхнюю пластину 64 диаметром немного большим по сравнению с нижней пластиной 65 для уменьшения количества частиц среды,заполняющих выпускное отверстие сопла,вызывающих давление от веса среды на верхнюю часть сопла. У такого сопла также есть зазор между скошенными тарелками, который состоит из суженной секции Н 1, которая меньше выпускной высоты Н 2. Скошенные и непараллельные поверхности верхней пластины 64 и нижней пластины 65 также способствуют очистке радиальных зазоров между пластинами впрыскиваемым потоком, после начала цикла нагнетания. Изображенный на фиг.6 вариант также показывает разделяющий конус 66, который состоит из конуса, простирающегося от нижней стороны нижней пластины в отверстие трубопровода верхней пластины. Центр оси конуса расположен на одной линии с центром оси отверстия трубопровода для обеспечения более равномерного распределения впрыскиваемого потока по всему радиальному зазору между пластинами сопла. На фиг.8 представлен вариант изобретения, в котором несколько корпусов фильтра, содержащих внутренние элементы, описанные выше для выполнения способа очистки и показанные на предыдущих фигурах, размещено в полностью горизонтальной камере 80 и отделено множеством разделяющих дефлекторов 84. Для целей пояснения принципов осуществления изобретения в такого типа камерах, число корпусов в данном варианте изобретения на фиг. показано для одной камеры, и означает, что камер может быть несколько, но каждая камера содержит подобные компоненты. Каждая камера для фильтрования содержит впускной канал 82 и выпускной канал 81. Множество труб трубопроводов может быть соединено с этими впускными и выпускными каналами так, чтобы обрабатываемая жидкость могла течь в каждую камеру параллельно. В такой системе фильтрования можно обрабатывать большие объемы жидкости без использования большого количества радиальных сопел для адекватного покрытия фильтрующей среды впрыскиваемым потоком как это требуется при выполнении фильтрации в одном большом резервуаре для фильтрования. Альтернативно, соединяющие камеры трубы трубопроводов могут быть проведены так, чтобы фильтруемая жидкость перекачивалась последовательно через каждую камеру. Такое перекачивание потока может быть выгодным, когда каждая камера содержит разные виды фильтрующей среды, при этом каждая из сред имеет уникальное сродство со специфическими жидкими примесями или размерами частиц. В этом варианте системы фильтрования количество впрыскиваемого потока, требуемого для разрушения и перемещения загрязняющих примесей во время цикла очистки, может варьироваться независимо для каждой камеры для оптимизирования цикла очистки. В настоящем изобретении впрыскиваемый поток,поступающий к радиальным соплам в корпусе фильтра, состоит из предварительно перемешанного потока сжатого газа и жидкости, поступающего к каждому соплу от общего коллектора. С этим общим коллектором соединен источник сжатого газа и находящейся под давлением жидкости. Каждый из этих потоков поступает в общий коллектор распределения через средства,контролирующие состав и количество компонентов таким образом, что оператор может отрегулировать соотношение газа и жидкости, поступающих в сопла. Обычными источниками газа являются сжатый воздух или природный газ. Однако может быть использован и любой инертный газ. По экономическим причинам, обычно используемым источником жидкости является загрязненная технологическая жидкость. Количество жидкости и газа, подаваемых в общий коллектор, в значительной степени зависит от общего размера корпуса фильтра. Установлено,что приблизительно 9 галлонов в минуту (34,07 л в минуту) воды на квадратный фут (0,1 м 2) площади слоя и 0,7(0,02 м 3 в минуту) газа на кубический фут (0,03 м 3) слоя обеспечивают адекватную очистку скорлупой черного грецкого ореха фильтрованием нефти с твердыми частицами от производственной воды. Преобразование этих значений к общим объемным единицам дает обычное значение 1,7 кубических футов (0,05 м 3) жидкости на квадратные футы поверхности слоя, на стандартный кубические футы газа и на кубические футы фильтрующей среды в корпусе. Это соотношение будет варьироваться в зависимости от размеров сосуда, числа используемых радиальных сопел, размера и объема очищаемой фильтрующей среды и физических свойств загрязняющих примесей. Поэтому, подразумевается, что часть операций этого типа фильтра регулирует соотношение потока жидкости и газа для оптимизирования выполнения цикла очистки среды,минимизируяколичество загрязненной жидкости,остающейся для выведения и хранения или рециркуляции. Хотя в подробном описании приведен лишь предпочтительный вариант, после ознакомления с изобретением специалистам будет ясно, что возможны любые другие варианты в пределах сущности и объема изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Фильтр с глубоким слоем, включающий первичный внешний корпус, содержащий множество отдельных камер, где каждая камера определяет внутреннее пространство для размещения слоя сыпучей фильтрующей среды и поступления фильтруемой жидкости впускные соединительные средства и средства распределения в каждой камере для получения загрязненной жидкости и распределения этой жидкости однородно по поперечному сечению камеры выпускные соединительные средства и средства извлечения для каждой камеры для вывода отфильтрованной жидкости из корпуса при одновременном удерживании сыпучей фильтрующей среды внутри корпуса по меньшей мере одно радиальное сопло или множество равномерно разнесенных радиальных сопел, размещенных внутри каждой камеры для диспергирования регулируемой смеси газа и жидкости по всей сыпучей фильтрующей среде во время цикла регенерации и трубопровод, связанный с каждым радиальным соплом и простирающийся за пределами корпуса фильтра для получения и транспортировки регулируемой смеси газа и жидкости для использования во время цикла регенерации. 2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит множество трубопроводов,связанных с впускными и выпускными соединительными средствами каждой камеры для подачи фильтруемой загрязненной жидкости во множество камер внутри корпуса фильтра параллельно или последовательно. 3. Фильтр по п.2, отличающийся тем, что загрязненная жидкость пропускается последовательно через множество камер и где средний размер частиц сыпучей фильтрующей среды в каждой камере уменьшается в каждой последующей камере в направлении потока. 4. Фильтр с глубоким слоем для фильтрации загрязнений из потока загрязненной жидкости,включающий корпус, определяющий внутреннее пространство для размещения фильтруемой жидкости 7 слой гранулированной фильтрующей среды,размещенный внутри корпуса, по крайней мере, в его нижней части впускные соединительные средства и средства распределения, размещенные в верхней части корпуса,для получения и распределения загрязненной жидкости вниз и в значительной степени равномерно и однородно по поперечному сечению корпуса во время цикла фильтрации выпускные средства, размещенные в нижней части корпуса и ниже в указанной фильтрующей среде, соединенные с выпускным трубопроводом,для вывода отфильтрованной жидкости из корпуса при одновременном удерживании фильтрующей среды внутри корпуса во время цикла фильтрации по крайней мере, одно радиальное сопло или множество равномерно разнесенных радиальных сопел, размещенных ниже в корпусе и внутри указанной среды и расположенных у выходных средств,адаптированных во время цикла регенерации распылять радиально наружу от них регулируемую смесь газа и жидкости, содержащую газожидкостную дисперсию, в которой пузырьки газа существенно равномерно распределены и диспергированы в жидкости при контролируемом соотношении с ней, а также перемешивать и псевдоожижать гранулированную фильтрующую среду, по крайней мере, в области указанной среды,в которой находятся выпускные средства во время цикла регенерации по меньшей мере,один трубопровод,расположенный внутри корпуса для перемещения регулируемой смеси газа и жидкости, по меньшей мере, к одному радиальному соплу и выпускные средства обратной промывки,расположенные в верхней части корпуса и независимо как от впускных соединительных средств и средств распределения, так и выпускных средств, для вывода регулируемой смеси газа и жидкости из корпуса во время цикла регенерации при одновременном удерживании фильтрующей среды внутри корпуса во время цикла регенерации. 5. Фильтр с глубоким слоем по п. 21,отличающийся тем, что выпускные средства включают выпускные механические сита и регулируемая смесь, распределяемая, по меньшей мере, одним радиальным соплом во время цикла регенерации, непосредственно контактирует с механическими ситами так, чтобы удалить и очистить их от любых остатков среды, которые могли застрять в отверстиях механических сит. 6. Фильтр с глубоким слоем по одному из п.п. 4 или 5, отличающийся тем, что выпускные средства включают механические сита с отверстиями меньше наименьших гранул среды для удерживания среды внутри корпуса, как во время цикла фильтрации, так и во время цикла регенерации. 7. Фильтр с глубоким слоем по одному из п.п. 46, отличающийся тем, что, по меньшей мере одно радиальное сопло содержит множество радиальных сопел, выпускные средства содержат множество механических сит в количестве, соответствующем количеству радиальных сопел, и регулируемая смесь 8 при выбросе множеством радиальных сопел во время цикла регенерации непосредственно контактирует с соответствующим множеством выпускных механических сит удаления и очистки их от любых остатков среды, которые могли застрять в отверстиях механических сит. 8. Фильтр с глубоким слоем, по одному из п.п. 47, отличающийся тем, что как выпускные средства,так и выпускные средства обратной промывки,каждый содержат механические сита, имеющие отверстия меньше наименьших гранул среды для удерживания среды внутри корпуса, как во время цикла фильтрации, так и во время цикла регенерации. 9. Фильтр с глубоким слоем по одному из п.п. 5,6 или 7, отличающийся тем, что механические сита расположены в по существу горизонтальной плоскости внутри корпуса и множество радиальных сопел соответственно разнесены между и существенно компланарно с соответствующими выпускными механическими ситами. 10. Фильтр с глубоким слоем по п. 9,отличающийся тем, что механические сита размещены в первой горизонтальной плоскости внутри корпуса и множество радиальных сопел соответственно расположены параллельно второй горизонтальной плоскости существенно близко к ней, но выше или ниже первой горизонтальной плоскости, содержащей множество механических сит для перемешивания среды в области каждой из механических сит во время цикла регенерации. 11. Фильтр с глубоким слоем по одному из п.п.410, отличающийся тем, что средства обратной промывки содержат множество механических сит обратной промывки и впускные соединительные средства и средства распределения включают соответствующее множество отверстий,расположенных у соответствующих механических сит обратной промывки так, что загрязненная жидкость, выходящая из отверстий во время цикла фильтрации непосредственно контактирует с механическими ситами обратной промывки. 12. Фильтр с глубоким слоем по п. 11,отличающийся тем, что множество направленных вниз отверстий являются каждое соответственно расположенным существенно непосредственно над соответствующим механическим ситом обратной промывки для удаления и очистки любых остатков среды, которые могли застрять в отверстиях механических сит обратной промывки. 13. Фильтр с глубоким слоем по любому из предыдущих п.п. 4-12, отличающийся тем, что по крайней мере одно радиальное сопло состоит из круглых верхней и нижней пластин, соответственно разнесенных друг от друга, для создания цилиндрических зазоров, через которые радиально наружу может проходить регулируемая смесь газа, с одной пластиной, имеющей центральное отверстие,соединенной с трубопроводом для прохождения смеси газа и жидкости в цилиндрический зазор. 14. Фильтр с глубоким слоем по п.13,отличающийся тем, что расстояние между верхней и нижней пластинами равно или составляет от 2 до 30 мм. 15. Фильтр с глубоким слоем по п.13,отличающийся тем, что верхняя и нижняя пластины имеют одинаковый диаметр или их диаметр составляет от 100 до 400 мм. 16. Фильтр с глубоким слоем по п.13,отличающийся тем, что расстояние между верхней и нижней пластинами является существенно одинаковым по радиусу цилиндрического зазора. 17. Фильтр с глубоким слоем по п.13,отличающийся тем, что пластины расположены соосно, но существенно разнесены друг от друга, и где расстояние между верхней и нижней пластинами увеличивается в радиальном направлении от осевого центра пластин. 18. Фильтр с глубоким слоем по одному из п.п.13-17, отличающийся тем, что круглая верхняя пластина в диаметре чуть больше нижней пластины для предотвращения попадания фильтрующей среды внутрь цилиндрического зазора во время остановки потока регулируемой смеси газа и жидкости. 19. Фильтр с глубоким слоем по одному из п.п. 13-18, отличающийся тем, что по меньшей мере одно радиальное сопло имеет элемент отклонения потока, адаптированный связываться регулируемой смесью газа и жидкости для распределения контролируемой смеси равномерно по цилиндрическому зазору. 20. Фильтр с глубоким слоем по п.19,отличающийся тем, что элемент отклонения потока имеет круглую основу, образованную одной из первых и вторых пластин и противоположный заостренный конец, простирающий наружу от него и к другим верхним и нижним пластинам и по центру в цилиндрический зазор для отклонения регулируемой смеси в радиальном направлении наружу и в круглый зазор. 21. Фильтр с глубоким слоем по п.19,отличающийся тем, что элемент отклонения потока включает разделяющий конус с круглым основанием, образованным одной из пластин и связанным с другими пластинами и дистальную точку, простирающуюся от поверхности другой пластины по общей оси пластин для снижения гидравлического давления ниже давления регулируемой смеси, выходящей через радиальные сопла, и распределения смеси более равномерно через цилиндрический зазор. 22. Фильтр с глубоким слоем по одному из п.п.421, отличающийся тем, что адаптирован для использования потока загрязненной жидкости в качестве регулируемой смеси газа и жидкости для исключения необходимости хранить и/или использовать жидкость без загрязнений. 23. Фильтр с глубоким слоем по п. 4,отличающийся тем,что контролируемое соотношение газа в жидкости достигается за пределами корпуса, и контролируемое соотношение далее постоянно регулируется для достижения оптимизации во время цикла регенерации пузырьков газа не только для разрушения агломератов загрязнений в фильтрующей среде, но и предотвращения агломерации загрязнений, и вызывания подъема загрязнений внутри фильтрующей среды и корпуса для последующего сбора их средствами обратной промывки,расположенными в верхней части указанного корпуса. 24. Фильтр с глубоким слоем по одному из п.п.423, отличающийся тем, что дополнительно включает первичный корпус, содержащий множество отдельных камер, где каждая камера определяет внутреннее пространство для размещения слоя гранулированной фильтрующей среды и получения загрязненной фильтруемой жидкости, каждое множество отдельных камерах, содержит впускные соединительные средства и средства распределения в каждой камере для получения загрязненной жидкости и распределения этой жидкости однородно по поперечному сечению камеры выпускные соединительные средства и средства извлечения для каждой камеры для вывода отфильтрованной жидкости из корпуса при одновременном удерживании сыпучей фильтрующей среды внутри корпуса по меньшей мере одно радиальное сопло или множество равномерно разнесенных радиальных сопел, расположенных в области камеры у выпускных средств,для распределения регулируемой смеси газа и жидкости в значительной степени по всей гранулированной фильтрующей среде для перемешивания и псевдоожижения гранулированной среды в по крайней мере области среды, в которой находятся выпускные средства во время цикла регенерации, и трубопровод, связанный с каждым радиальным соплом и простирающийся за пределами каждой камеры для получения и перемещения регулируемой смеси газа и жидкости для использования во время цикла регенерации и средства обратной промывки, независимо от каждого из впускных соединительных средства и средств распределения и выпускных средств для вывода регулируемой смеси газа и жидкости из каждой камеры во время цикла регенерации при одновременном удерживании сыпучей фильтрующей среды внутри соответствующей камеры в течение цикла регенерации. 25. Фильтр с глубоким слоем по п.24,отличающийся тем, что радиальные сопла далее непосредственно направляют регулируемую смесь на выпускные средства. 26. Фильтр с глубоким слоем по п.24 или 25,отличающийся тем, что дополнительно содержит множество трубопроводов, связанных с впускными и выпускными средствами каждой камеры так, что отфильтрованная загрязненная жидкость проходит через множество камер, размещенных внутри первичного корпуса параллельно или в ряд. 27. Фильтр с глубоким слоем по п. 24, 25, или 26,отличающийся тем, что загрязненные жидкости может течь через множество камер, расположенных в ряд. 28. Фильтр с глубоким слоем по п. 27,отличающийся тем, что средний размер частиц гранулированной фильтрующей среды в каждой камере уменьшается от одной камеры к другой по направлению потока. 29. Фильтр с глубоким слоем по любому из предыдущих пунктов 4-28, отличающийся тем, что гранулированной фильтрующей средой является гранулированной скорлупой черного грецкого ореха. 30. Способ фильтрации загрязнений из потока жидкости при помощи фильтра с глубоким слоем по одному из п.п. 4-29, отличающийся тем, что включает следующие этапы нисходящую фильтрацию потока загрязненной жидкости через фильтр с глубоким слоем во время цикла фильтрации промывку среды регулируемой смесью жидкости и газа во время цикла регенерации, который из-за близости радиальных сопел к выпускным средствам позволяет регулируемой смеси газа и жидкости контактировать с внешней поверхностью выпускных средств сбор регулируемой смеси жидкости и газа и захваченных загрязнений средствами обратной промывки, расположенными в верхней части фильтра с глубоким слоем, и вывод смеси газа и жидкости из фильтра с глубоким слоем во время цикла регенерации при одновременном удержании гранулированного фильтрующего материала в фильтре с глубоким слоем во время цикла регенерации. 31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что загрязненный поток жидкости состоит из воды,содержащей взвешенные капли нефти и твердые примеси. 32. Способ по п. 31, отличающийся тем, что фильтрующий материал является гранулированной скорлупой черного грецкого ореха, и расход воды через фильтр с глубоким слоем составляет от 8 до 10 галлонов ( 30,28 - 37,85 л) в минуту на квадратный фут ( 0,1 м 2) площади поверхности слоя. 33. Способ по п. 11 или 32, отличающийся тем,что скорость газа, добавляемого в регулируемую смесь, составляет от 0,5 до 0,9 стандартных кубических футов ( 0,01 - 0,025 м 3) на кубический фут ( 0,03 м 3) фильтрующей среды. 34. Способ по п. 31, 32 или 33, отличающийся тем, что регулируемая смесь состоит из смеси газа и жидкости при соотношении,равном или составляющим от 1,0 до 2,0 кубических футов(0,03 - 0,057 м 3) воды в минуту на фут ( 0,3 м) поверхности слоя на кубический фут ( 0,03 м 3) газа в минуту на кубический фут ( 0,03 м 3) фильтрующей среды в корпусе. 35. Способ фильтрации загрязнения из потока жидкости при помощи фильтра с глубоким слоем по п. 4, отличающийся тем, что(ф) гранулированная фильтрующая среда является гранулированной скорлупой черного грецкого ореха(Б) жидким компонентом регулируемой смеси жидкости и газа является вода, содержащая взвешенные капли масла(с) корпус является существенно цилиндрическим с диаметром(Г) выпускные средства содержат множество радиально наружу простирающихся механических сит, равномерно радиально разнесенных друг от друга и расположенных в горизонтальной плоскости(Е) по меньшей мере одно радиальное сопло содержит множество радиальных сопел,существенно соответствующих количеству множества выпускных механических ситах, и,соответственно,разнесенных между соответствующими механическими ситами и компланарны с ними, по дуге окружности радиуса
МПК / Метки
МПК: B01D 24/26
Метки: способ, средой, сыпучей, устройство, фильтров, очистки
Код ссылки
<a href="https://kz.patents.su/12-26510-sposob-i-ustrojjstvo-dlya-ochistki-filtrov-s-sypuchejj-sredojj.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Способ и устройство для очистки фильтров с сыпучей средой</a>
Предыдущий патент: Многоцелевая паровая пожарная машина аюбаевых (мппма)
Следующий патент: Корпус сегмента и скребок для скребка конвейерной ленты
Случайный патент: Установка для получения гранулированного удобрения