CN100569331C - 两段式抽滤液固分离器及分离方法 - Google Patents
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Abstract
两段式抽滤液固分离器及分离方法属于液固分离器技术领域，可用于在危险环境下分离粘性微细颗粒和表面张力较高的液体。分离器的特征是，含有两段式抽滤器，其含有向下倾斜的上、下抽滤面，其上覆孔径小于液固混合物的颗粒直径的滤网；在滤面的下方分布两个上、下抽滤箱，上抽滤面上方放置散料头；两个抽滤箱分别通过管道连接抽吸装置和压力缓冲罐，在压力缓冲罐的高压气体输送管道上装有由时序控制装置控制的两个电磁阀。固液分离方法，是通过抽吸装置和高压气体对上、下抽滤面交替进行抽吸和吹扫，使固液分段进行分离。本发明具有结构简单，不存在机械可动部件，使用过程中不需要维修，避免维修人员的人身伤害等优点。
Description
技术领域：
两段式脉冲抽滤液固分离器及分离方法属于液固分离器技术领域，可用于在危险环境下分离粘性微细颗粒和表面张力较高的液体。
背景技术：
在化工、能源、矿山等工业生产中，常常涉及到液固分离操作。其中相对于其它液固体系来说，微细粘性颗粒的液固分离操作尤其困难，特别是在液体中含有有机物导致液体表面张力较高的情况下。其困难之处在于：由于微细粘性颗粒在分离操作中易于形成块状团聚物，其中的空隙中含有大量的水分，这些水分不能够在重力作用下依靠液固密度差自动分离，同时高表面张力又导致液体在过滤面上形成液膜，难以自动穿过滤面，从而导致粘性微细颗粒难以有效地实现液固分离。
对此，上述体系的液固分离在工业生产中通常采用压滤、离心分离等施加外力的液固分离方法。这些方法的显著特点为：无论是压滤机还是离心机，为施加外力，分离设备中广泛存在机械可动部件，如压滤机中的压紧板、离心分离器中的转鼓等。在操作过程中这些机械可动部件极易损坏，因此常常需要现场维修和更换，操作时也常常需要人工干预。但是在化工、能源、矿山等工业生产中，液固分离常常需要在危险环境中进行，如核工业中的大多数设备就需要在放射性环境甚至是高放射性环境下运行。此时对设备进行维修、更换和操作将对维修人员、操作人员的人身安全产生极为不利的影响。因此，针对危险环境下的粘性微细颗粒和高表面张力的液体的分离操作，发展一种无机械可动部件(免维修)、可远程控制操作的液固分离设备就成为一个非常重要的问题。目前，工业生产中尚无具备上述特性的液固分离设备。
发明内容：
本发明的目的在于：针对粘性微细颗粒液固体系，克服目前分离设备中广泛存在的机械可动部件带来的需现场维修、操作的难题，提供一种无机械可动部件、可远程控制操作的两段式抽滤液固分离器及其分离方法。
本发明所提出的两段式抽滤液固分离器的特征在于，含有两段式抽滤器，该两段式抽滤器含有沿着液固混合物的流向向下倾斜的过滤面，在所述过滤面上分布着由滤网构成的上抽滤面(3)和下抽滤面(4)，所述滤网的孔径小于液固混合物的颗粒直径；在所述上抽滤面(3)上方放置散料头(1)；所述上抽滤面(3)的下方连接着与液封(8)相通的上抽滤箱(5)，所述下抽滤面(4)的下方连接着与液封(8)相通的下抽滤箱(6)；所述上抽滤箱(5)还分别通过管道连接第一抽吸装置(10a)和压力缓冲罐(13)，所述下抽滤箱(6)还分别通过管道连接第二抽吸装置(10b)和压力缓冲罐(13)；在所述压力缓冲罐(13)与上抽滤箱(5)连接的管道上装有由第一时序控制装置(12a)控制的第一电磁阀(11a)，在所述压力缓冲罐(13)与下抽滤箱(6)连接的管道上装有由第二时序控制装置(12b)控制的第二电磁阀(11b)；所述第一电磁阀(11a)控制通向上抽滤箱(5)的高压气体的通断，所述第二电磁阀(11b)控制通向下抽滤箱(6)的高压气体的通断。
所述第一抽吸装置(10a)和压力缓冲罐(13)共用一根管道通往所述上抽滤箱(5)，所述第一电磁阀(11a)的位置靠近压力缓冲罐(13)。所述第二抽吸装置(10b)和压力缓冲罐(13)共用一根管道通往所述下抽滤箱(6)，所述第二电磁阀(11b)的位置靠近压力缓冲罐(13)。
另一种两段式抽滤液固分离器，其特征在于，含有两段式抽滤器，该两段式抽滤器含有沿着液固混合物的流向向下倾斜的过滤面，在所述过滤面上分布着由滤网构成的上抽滤面(3)和下抽滤面(4)，所述滤网的孔径小于液固混合物的颗粒直径；在所述上抽滤面(3)前方的过滤面上还布置有一段破膜导板区域，该区域含有滤网，在滤网下方放置破膜导板(2)，所述破膜导板(2)的上端撑起滤网，在破膜导板区域上方放置散料头(1)；所述上抽滤面(3)的下方连接着与液封(8)相通的上抽滤箱(5)，所述下抽滤面(4)的下方连接着与液封(8)相通的下抽滤箱(6)；所述上抽滤箱(5)还分别通过管道连接第一抽吸装置(10a)和压力缓冲罐(13)，所述下抽滤箱(6)还分别通过管道连接第二抽吸装置(10b)和压力缓冲罐(13)；在所述压力缓冲罐(13)与上抽滤箱(5)连接的管道上装有由第一时序控制装置(12a)控制的第一电磁阀(11a)，在所述压力缓冲罐(13)与下抽滤箱(6)连接的管道上装有由第二时序控制装置(12b)控制的第二电磁阀(11b)；所述第一电磁阀(11a)控制通向上抽滤箱(5)的高压气体的通断，所述第二电磁阀(11b)控制通向下抽滤箱(6)的高压气体的通断。
所述第一抽吸装置(10a)和压力缓冲罐(13)共用一根管道通往所述上抽滤箱(5)，所述第一电磁阀(11a)的位置靠近压力缓冲罐(13)。所述第二抽吸装置(10b)和压力缓冲罐(13)共用一根管道通往所述下抽滤箱(6)，所述第二电磁阀(11b)的位置靠近压力缓冲罐(13)。
两段式抽滤液固分离器的固液分离方法，其特征在于，
1)通过上抽滤面(3)的第一抽吸装置(10a)和高压气体对上抽滤面(3)交替进行抽吸和吹扫，抽吸时间为t1，吹扫时间为t2；抽吸时，第一时序控制装置(12a)控制通往上抽滤箱(5)管道上的第一电磁阀(11a)关闭，使压力缓冲罐(13)输出的高压气体断开，仅第一抽吸装置(10a)工作；吹扫时，第一时序控制装置(12a)控制第一电磁阀(11a)开启；
2)通过下抽滤面(4)的第二抽吸装置(10b)和高压气体对下抽滤面(4)交替进行抽吸和吹扫，抽吸时间为t3，吹扫时间为t4；抽吸时，第二时序控制装置(12b)控制通往下抽滤箱(6)管道上的第二电磁阀(11b)关闭，使压力缓冲罐(13)输出的高压气体断开，仅第二抽吸装置(10b)工作；吹扫时，第二时序控制装置(12b)控制第二电磁阀(11b)开启；
3)上述1)、2)过程满足：对上抽滤面进行吹扫时，下抽滤面进行抽吸；对下抽滤面进行吹扫时，上抽滤面进行抽吸。
试验证明，本发明的液固分离器结构简单，不存在机械可动部件，无机械可动部件损坏问题，从而使用过程中不需要维修，尤其是在核工业应用领域中，当出现故障时，可直接更换而不需要进行现场维修，避免了维修人员人身伤害。同时，本发明是完全气力式操作，可将电磁阀、时间序列控制装置置于安全区域，从而可实现远程控制操作。本发明两段式脉冲抽滤液固分离器及其对粘性微细颗粒的液固分离方法，能够有效防止危险环境对维修、操作人员的人身伤害，从而为该情况下粘性微细颗粒有效的液固分离提供一个可行途径。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明被用于亚铁氰化钛钾离子交换剂体系液固分离的分离系统示意图。
图3是上下抽滤面的时间序列控制示意图。
附图标识
1、散料头 2、破膜导板 3、上抽滤面
4、下抽滤面 5、上抽滤箱 6、下抽滤箱
7、分离器整体 8、液封 9、液封排出口
10a/b、用于上/下抽滤面的抽吸装置
11a/b、用于上/下抽滤箱的电磁阀(ESINO LARIO)
12a/b、用于上/下抽滤箱控制的时间序列控制装置(ZN48) 13、压力缓冲罐
14a/b、上下抽滤箱液体排出口
15、滤面上的滤孔 16、四周挡板 17、切割线
18、分离器外壳 19、外壳内液体排出口
M、液固混合物 N、通透部分(滤网)
t1/t3上/下抽滤箱的抽吸时间 t2/t4上/下抽滤箱的吹扫时间
具体实施方式：
如图1所示，本发明设计的分离设备，包括一个两段式的抽滤器，该抽滤器包括上下两个抽滤面以及其下的抽滤箱，每个抽滤箱和高压气体缓冲罐、抽吸装置连接，并通过导管和液封相连，分离器上方设有散料头。所述液固分离系统由一个两段式抽滤器、两个电磁阀、两个时间序列控制装置、高压气体源(压力缓冲罐)、抽吸装置、液封等组成。
本发明提供的两段式脉冲抽滤液固分离器，上下两个抽滤面上均紧覆滤网，滤网孔径应小于被分离体系中颗粒的最小直径，抽滤面倾斜放置，使颗粒可在滤面上充分利用自身重力作用形成的转矩下移。在粘性微细颗粒、液体表面张力较高的情况下，颗粒聚集成团并黏附在滤面上，仍需要外加力量推动颗粒团沿滤面下移。在进行液固分离时，其上下两个抽滤面通过抽滤施加外力分离液固混合物中的液体，因而，颗粒可通过自身重力形成的转矩以及高压气体通过抽滤面施加的吹扫力实现沿滤面的下移动作。分离过程为：由散料头流出的液固混合物冲击到上抽滤面上，此时时间序列控制装置控制电磁阀关闭，使上抽滤箱仅与抽吸装置连通，上抽滤面上的液固混合物在吸力的作用下被驻留在此处，其中的液体被吸入上抽滤箱并在重力作用下进入液封，从液封排出。而后在时间序列控制装置的作用下电磁阀开启，此时上抽滤箱被连入高压气体，抽吸作用被抵消，同时高压气体通过滤面吹扫颗粒团。吹扫时间极短，为脉冲形式。由于液固混合物通过散料头被连续输送到滤面上，吹扫时必将有部分液体和颗粒团一起被吹扫到下抽滤面上。在上抽滤面脉冲吹扫的同时，时间序列控制装置已关闭下抽滤箱压力管线上的电磁阀，使下抽滤面此时处于抽吸状态，以保证由上抽滤面吹扫下的液体在此被捕捉进入下抽滤箱并在重力作用下进入液封被排出。而后下抽滤箱进入脉冲吹扫状态，将液固分离后的颗粒团推出滤面进入后续的其它处理工段，该周期分离操作完成。在下抽滤箱进行脉冲吹扫的时候，上抽滤箱在时间序列装置的控制下处于抽吸状态，以保证上抽滤面上的液体不会进入下抽滤面而被推出滤面，从而影响分离效果。如上过程周而复始，即上抽滤面的抽滤——脉冲吹扫过程和下抽滤面的抽滤——脉冲吹扫过程是交替进行的，每一个抽滤面进行脉冲吹扫时，另一个抽滤面必定处于抽滤状态。整个两段式脉冲抽滤液固分离器置于一个外壳内。对抽滤面进行吹扫时，抽吸装置可关闭，完全由高压气体进行吹扫，或抽吸装置不关闭，高压气体抵消了抽吸作用，使得抽滤面仅仅被抽吸。控制同一抽滤箱的抽吸装置与高压气体缓冲罐可以连接同一根管道，也可以各自连接一根管道。
如图2所示，为增强过滤效果，滤面上部、散料头下方可另设一段破膜导板区域，在破膜导板2上也紧覆滤网，滤网孔径应小于被分离体系中颗粒的最小直径。破膜导板上端略高于滤面以撑起滤网，从而可利用液体表面张力形成附面液体流动，破坏部分滤面上的液膜，以滤除液固混合物中的部分液体，经过破膜导板的液体经分离器外壳18上的出口19流出，与液封8流出的液体汇合，共同流入贮罐。散料头方向垂直向下，由出口流出的液固混合物以一定的速度冲击破膜导板区域，破膜导板可以起到削弱液膜形成的作用。
分离过程为：由散料头流出的液固混合物冲击到带有破膜导板的滤面上，其中部分液体通过滤面被分离，其余液固混合物以团状颗粒(空隙含大量液体)的形式下移到上抽滤面，余下过程同无破膜导板的情况。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
在实施例中亚铁氰化钛钾颗粒被用于放射性废液中铯离子的选择性去除，其平均粒径分布范围为0.4～0.9mm，湿颗粒真实密度为1535Kg/m3，床层空隙率为0.49。含铯废水中含有醇等有机物。在离子交换完毕进行液固分离时，其显著特点为：亚铁氰化钛钾颗粒在过滤面上聚集成团难以移动，同时颗粒团内含有大量水分，与此同时，其余大量水以液膜流动的方式在滤面上流动。
为实现该微细粘性颗粒体系的液固分离，采用如图2所示的带破膜导板2的液固分离器，结合图1和图2中。操作过程为：液固混合物M经过散料头1首先冲击到带有破膜导板2的过滤面上，其中部分液体被通透部分N(滤网)滤除，该部分滤除液体通过外壳上的出口19和液封排出的液体一起进入贮罐，其它大部分液体和颗粒团一起移动到上抽滤面3上，此时时间序列控制装置12a控制电磁阀11a关闭，以防止高压缓冲罐13中的高压气体进入抽滤箱5，仅抽吸装置10a对上抽滤箱5进行抽吸操作，以使大量液体通过上抽滤面进入上抽滤箱并在重力作用下通过出口14a进入液封8，而后由液封排出口9排出。在抽吸时间t1＝4.5s后，12a控制电磁阀11a开启，其开启时间t2＝0.5s，此时高压缓冲罐13中的高压气体进入上抽滤箱5抵消了抽吸装置10a的影响，并通过上抽滤面3吹扫其上的颗粒团使其移动到下抽滤面4上。0.5s后11a关闭，上抽滤面重新进入抽吸状态。在上抽滤面进行吹扫时，下抽滤面此时已由时间序列控制装置12b控制电磁阀11b关闭，高压缓冲罐13中的高压气体无法进入抽滤箱6，使下抽滤箱6仅在抽吸装置10b的作用下处于抽吸状态，以保证上抽滤面上被吹扫下的液体在此处被捕捉，其抽吸时间t3同样为4.5s。而后12b控制11b开启，使高压气体进入下抽滤箱6抵消抽吸装置10b的影响并吹扫下抽滤面上的颗粒团，使其脱离过滤面完成液固分离。吹扫时间t4为0.5s。在下抽滤面进行吹扫的同时，上抽滤面处在抽吸状态，以保证没有液体可以在此时进入下抽滤面而不能被捕捉。
时间序列控制装置控制下的时间序列如图3所示。上抽滤面的抽滤——脉冲周期和下抽滤面的抽滤——脉冲周期的时间起始点相差1s，且每一个抽滤面处于吹扫时另一个抽滤面必定处于抽滤状态，以保证分离过程无不被捕捉的液体出现。该实施例中，上下抽滤面的长度为58.5mm，过滤孔直径为0.2mm，过滤面和水平面夹角为60度颗粒移动可充分利用自身重力形成的转矩作用。压力缓冲罐内气体压力为0.3MPa(表压)。在此体系的液固分离中，该粘性微细颗粒液固混合物中92.6％的液体可被顺利移除。时间可以满足下列关系： t1+t2＝t3+t4。
本发明中的分离装置结构简单，无机械可动部件，完全利用气力完成操作，可实现远程控制，对粘性微细颗粒液固体系的液固分离操作，分离效果良好并可在危险环境下免维修，以保证维修、操作人员的人身安全。
Claims (7)
1、两段式抽滤液固分离器，其特征在于，含有两段式抽滤器，该两段式抽滤器含有沿着液固混合物的流向向下倾斜的过滤面，在所述过滤面上分布着由滤网构成的上抽滤面(3)和下抽滤面(4)，所述滤网的孔径小于液固混合物的颗粒直径；在所述上抽滤面(3)上方放置散料头(1)；
所述上抽滤面(3)的下方连接着与液封(8)相通的上抽滤箱(5)，所述下抽滤面(4)的下方连接着与液封(8)相通的下抽滤箱(6)；
所述上抽滤箱(5)还分别通过管道连接第一抽吸装置(10a)和压力缓冲罐(13)，所述下抽滤箱(6)还分别通过管道连接第二抽吸装置(10b)和压力缓冲罐(13)；
在所述压力缓冲罐(13)与上抽滤箱(5)连接的管道上装有由第一时序控制装置(12a)控制的第一电磁阀(11a)，在所述压力缓冲罐(13)与下抽滤箱(6)连接的管道上装有由第二时序控制装置(12b)控制的第二电磁阀(11b)；
所述第一电磁阀(11a)控制通向上抽滤箱(5)的高压气体的通断，所述第二电磁阀(11b)控制通向下抽滤箱(6)的高压气体的通断。
2、如权利要求1所述的两段式抽滤液固分离器，其特征在于，所述第一抽吸装置(10a)和压力缓冲罐(13)共用一根管道通往所述上抽滤箱(5)，所述第一电磁阀(11a)的位置靠近压力缓冲罐(13)。
3、如权利要求1所述的两段式抽滤液固分离器，其特征在于，所述第二抽吸装置(10b)和压力缓冲罐(13)共用一根管道通往所述下抽滤箱(6)，所述第二电磁阀(11b)的位置靠近压力缓冲罐(13)。
4、两段式抽滤液固分离器，其特征在于，含有两段式抽滤器，该两段式抽滤器含有沿着液固混合物的流向向下倾斜的过滤面，在所述过滤面上分布着由滤网构成的上抽滤面(3)和下抽滤面(4)，所述滤网的孔径小于液固混合物的颗粒直径；在所述上抽滤面(3)前方的过滤面上还布置有一段破膜导板区域，该区域含有滤网，在滤网下方放置破膜导板(2)，所述破膜导板(2)的上端撑起滤网，在破膜导板区域上方放置散料头(1)；
所述上抽滤面(3)的下方连接着与液封(8)相通的上抽滤箱(5)，所述下抽滤面(4)的下方连接着与液封(8)相通的下抽滤箱(6)；
所述上抽滤箱(5)还分别通过管道连接第一抽吸装置(10a)和压力缓冲罐(13)，所述下抽滤箱(6)还分别通过管道连接第二抽吸装置(10b)和压力缓冲罐(13)；
在所述压力缓冲罐(13)与上抽滤箱(5)连接的管道上装有由第一时序控制装置(12a)控制的第一电磁阀(11a)，在所述压力缓冲罐(13)与下抽滤箱(6)连接的管道上装有由第二时序控制装置(12b)控制的第二电磁阀(11b)；
所述第一电磁阀(11a)控制通向上抽滤箱(5)的高压气体的通断，所述第二电磁阀(11b)控制通向下抽滤箱(6)的高压气体的通断。
5、如权利要求4所述的两段式抽滤液固分离器，其特征在于，所述第一抽吸装置(10a)和压力缓冲罐(13)共用一根管道通往所述上抽滤箱(5)，所述第一电磁阀(11a)的位置靠近压力缓冲罐(13)。
6、如权利要求4所述的两段式抽滤液固分离器，其特征在于，所述第二抽吸装置(10b)和压力缓冲罐(13)共用一根管道通往所述下抽滤箱(6)，所述第二电磁阀(11b)的位置靠近压力缓冲罐(13)。
7、两段式抽滤液固分离器的固液分离方法，其特征在于，
1)通过上抽滤面(3)的第一抽吸装置(10a)和高压气体对上抽滤面(3)交替进行抽吸和吹扫，抽吸时间为t1，吹扫时间为t2；抽吸时，第一时序控制装置(12a)控制通往上抽滤箱(5)管道上的第一电磁阀(11a)关闭，使压力缓冲罐(13)输出的高压气体断开，仅第一抽吸装置(10a)工作；吹扫时，第一时序控制装置(12a)控制第一电磁阀(11a)开启；
2)通过下抽滤面(4)的第二抽吸装置(10b)和高压气体对下抽滤面(4)交替进行抽吸和吹扫，抽吸时间为t3，吹扫时间为t4；抽吸时，第二时序控制装置(12b)控制通往下抽滤箱(6)管道上的第二电磁阀(11b)关闭，使压力缓冲罐(13)输出的高压气体断开，仅第二抽吸装置(10b)工作；吹扫时，第二时序控制装置(12b)控制第二电磁阀(11b)开启；
3)上述1)、2)过程满足：对上抽滤面进行吹扫时，下抽滤面进行抽吸；对下抽滤面进行吹扫时，上抽滤面进行抽吸。
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