CN108187390A - 强化反洗过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种强化反洗过滤器，该过滤器包括壳体(1)、进料口(2)、排渣口(3)、出料口(4)、隔板(5)、滤芯(6)、活塞缸(7)、弹簧(8)、导向杆(9)和滤饼刮除器(10)。在过滤压力和反洗压力驱动下，活塞(11)带动滤饼刮除器(10)沿着导向杆(9)往复运动；滤饼刮除器的运动方向平行于滤芯(6)；弹簧(8)用于全部或部分抵消滤饼刮除器(10)的重量。刮板(12)在运动过程中与滤芯(6)从不直接接触，但刮板(12)会使过滤物料对滤芯剧烈冲刷，从而增强了滤饼的清除效果。滤饼刮除系统全部位于过滤器内部，无需增加驱动电机即可以自动运行，结构简单，易于操作，不影响过滤器的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及过滤与分离领域，特别是涉及过滤过程中管式滤芯表面滤饼的自动刮除技术以及更高效的过滤器。
背景技术
许多工业和民用领域都离不开过滤，它可以方便地去除液体中的悬浮物以及气体中的烟尘。虽然市面上的过滤器琳琅满目，但其基本工作原理都是利用过滤材料的孔径筛分作用截留悬浮粒子(包括胶体和液珠)。过滤材料的材质主要有高分子、陶瓷、金属以及复合材料，滤材的形状有H式、管式、折叠式、中空纤维式等。在过滤过程中，滤材表面会形成滤饼层而且会越积越厚，导致过滤阻力越来越大。
当液体或气体中的悬浮物含量较高时，如采用死端过滤方式则滤饼厚度和过滤阻力增加很快，严重影响过滤效率。错流过滤方式能够通过料液或气流在滤材表面的流动对滤饼形成冲刷作用，从而抑制滤饼的厚度。但是，只有当料液或气流的线速度足够高时才能对滤饼有较好的冲刷作用，而这又导致能耗的增加。不管选择死端还是错流过滤方式，反冲洗操作对消除滤材表面滤饼和孔道内的堵塞都是十分必要的。反冲洗效果除取决于滤材和料液性质之外，还取决于操作工况，如反冲洗介质、压力、持续时间、加压方式等等。反冲洗效果的均匀性也是一大难题，而且随着滤材使用时间的延长，反冲洗效果会逐渐衰减。在化工、制药等领域，许多液相催化反应都含有固体催化剂，反应后将催化剂过滤分离并回用，或者将过滤器直接设在反应釜内，把间歇釜式反应变成连续反应。随着催化剂反复、长时间地使用，催化剂会粉化，表面也会因某些物质的吸附而更容易在滤材上积聚结块，也极大地限制了反冲洗效果。
当滤材表面易于形成较厚的滤饼并且难以除去时，如果能够通过一定的机械装置将滤材表面的滤饼及时刮除，则不啻为一种有效手段。专利201510016577.6公开了一种“自清洗刮板排渣过滤器”，用于甘蔗糖厂蔗汁的除渣。该装置过滤材料为楔形筛网，筛网上的除渣器由电机和固定于轮式传送带上的一些刮板构成，在电机的带动下刮板将沿固定方向刮过筛网表面，从而能够不断地除去筛网上的蔗渣。该过滤器适用于过滤精度要求不高、杂质颗粒较大的场合。专利201210509901.4公开了一种“过滤筒刮板”用于去除切削液中的铁屑，所报道的装置主要由电磁刮板和磁力过滤滚筒构成。其中，电磁刮板内侧设有电磁层，当有电流通过时将产生磁力；磁力过滤筒表面含有磁铁，并能够通过磁力收集铁屑。刮板可通过磁力与滚筒相互吸引，从而使刮板紧靠在过滤滚筒表面。当磁力过滤筒转动时，表面的吸附铁屑将被刮板刮下。该装置虽然被称为过滤器，但是它并没有过滤材料，而且只能用于分离含有磁性或能够被磁力吸引的物质。专利201410752392.7公开了“一种刮板过滤装置”，用于去除浮在液体表面的固体悬浮物，该装置由“过滤箱、废渣槽和水刮板机构”组成，其中水刮板机构由转轴、皮带、电机和刮板构成，在转动时能够不断地将浮于水面的固体物质刮到废渣槽中。该装置也没有过滤材料，只能用于液面漂浮物的打捞。
在实际过滤工业中的过滤操作工况往往比较复杂，经常涉及高温、高压、易燃、易爆等条件。如果要将刮板装置与过滤材料相结合，则刮板系统必须满足过滤工况要求，这就需要解决整个刮板系统的驱动、体积、能耗、防爆、防腐、刮板磨损、滤材磨损等一系列问题。另外，如果刮板与过滤材料反复、频繁地接触摩擦，势必会导致彼此的表面损伤。从金属过滤材料的形状来看，平面或板式过滤材料更容易与刮板相结合，例如专利201510016577.6报道的“自清洗刮板排渣过滤器”。但是，平板式滤材的应用远不如管式过滤材料更为广泛，因后者更容易放大和安装，因此，通过常规刮板来刮除滤饼的方式在过滤工业中的应用受到了极大限制。
众所周知，滤材孔径越小则过滤精度越高，但滤材的过滤层强度和稳定性越低，现有的刮板设计完全不适用于高精度过滤材料，而高精度的过滤材料恰恰更需要设置滤饼刮除系统，因为高精度过滤材料往往被用于过滤更小的颗粒，所形成的滤饼扩散阻力也更大。另外，小颗粒物形成的滤饼本身易团聚结块，在滤材表面的粘附力会越来越强。相对而言，像蔗渣这样的大颗粒杂质，即使滤饼厚度较大也不足为虑，而且大颗粒物形成的滤饼一般不会团聚，即使团聚结块也很容易散开。
由于滤饼刮除设计在高精度、管式过滤材料上的应用仍是空白，本发明提供了一种新的滤饼刮除系统设计和自动操作工艺。
发明内容
本发明的目的是将滤饼的机械刮除与过滤材料的反冲洗相结合，针对管式、高精度滤芯开发一种无需电机直接驱动、能够自动操作、更适合复杂工况的滤饼刮除系统，获得更高效的强化过滤器。
本发明的技术方案：以过滤工作压力和反方向的反冲洗压力作为驱动力，推动活塞作往复运动，进而带动滤饼刮除器沿着固定的轨道在过滤材料表面作往复运动；滤饼刮除器能够有效去除滤饼但又与过滤材料完全不接触。
本专利所述强化反洗过滤器结构如图1所示，主要包括壳体(1)、进料口(2)、排渣口(3)、出料口(4)、隔板(5)、滤芯(6)、活塞缸(7)、弹簧(8)、导向杆(9)和滤饼刮除器(10)。隔板(5)将壳体(1)隔成两部分，一侧是出料侧，另一侧是进料侧。滤芯(6)、活塞缸(7)、弹簧(8)和导向杆(9)安装在隔板(5)上。活塞缸(7)的缸体一端与出料侧连通，另一端与进料侧连通，而活塞缸(7)的活塞(11)与滤饼刮除器(10)相连，活塞缸(7)的缸体两端均设置活塞的防脱限位，以防止活塞(11)从活塞缸(7)中脱出。
活塞缸(7)的活塞(11)能够在进料侧和出料侧的压差驱动下进行往复运动，从而带动滤饼刮除器(10)的沿着导向杆(9)作往复运动。例如，在进行过滤操作时，进料侧的压力高于出料侧，此时活塞(11)向出料侧运动；当进行反冲洗操作时，出料侧的压力高于进料侧，活塞(11)带动滤饼刮除器(10)则向进料侧运动。导向杆(9)与滤芯(6)平行，从而使滤饼刮除器(10)的运动方向平行于滤芯(6)。滤饼刮除器(10)含有多层刮板(12)，每层刮板(12)都有一些圆孔，而每个滤芯(6)都套在圆孔上。圆孔的直径比滤芯(6)的直径大4-20mm。当活塞(11)带动滤饼刮除器(10)进行往复运动时，为避免刮板(12)对滤芯(6)的刮擦损伤，二者在操作过程中从不直接接触。一方面，滤芯(6)之间互相平行并妥善固定；另一方面，每个滤芯都垂直于刮板(12)且滤芯位于刮板圆孔的中心。
滤饼刮除器(10)的往复运动由活塞(11)带动。活塞(11)提供的带动力主要取决于过滤压力、反冲洗压力、活塞摩擦力和活塞的直径d。众所周知，活塞的理论推动力F等于活塞两侧压差ΔP乘以活塞面积S，即：F＝S·ΔP＝π·d2·ΔP。例如：当过滤压力和滤液压力分别为1.8和0.5kg/cm2、活塞直径为3.0cm时，每个活塞(11)对滤饼刮除器(10)能够提供的带动力为36.8kg。在进行液体物料过滤时，滤饼刮除器(11)的受力情况还需要考虑液体对滤饼刮除器(10)的浮力、弹簧(8)的拉力、活塞(11)的摩擦阻力、滤饼刮除器(11)的摩擦阻力、液体物料的动力粘度对滤饼刮除器(11)的运动阻力等。当过滤介质为气体时，滤饼刮除器(10)没有了浮力，弹簧(8)的拉力可相应增加。
通过调节活塞(11)的直径、弹簧(8)强度和长度、滤饼刮除器(10)重量就可以控制刮板(12)的运动速度，活塞(11)的直径为2-15cm，优选3-8cm。当滤饼刮除器(10)在过滤和反冲洗两个运动方向上的驱动力不相同时，弹簧(8)可对力量较弱的一方施以拉力或对力量较大的一方施以推力。而绝大多数情况下，反冲洗压力始终高于正常工作时的过滤压力。因此，在图1所示的过滤器中，弹簧(8)用于拉升滤饼刮除器(10)以抵消或部分抵消滤饼刮除器(10)的重量，避免滤饼刮除器(10)上行受阻。当然，如果滤饼刮除器(10)重量较轻，则弹簧(8)也可以省略。
活塞缸(7)的数量为1-4只，不宜过多以免增加成本和过滤器体积。为使滤饼刮除器(10)受力均匀，活塞缸(10)的位置应分布均匀。如果滤芯的数量不多，则活塞缸(10)的数量可以只有1只，此时活塞缸(10)位于刮板(12)的中心；当活塞缸(10)有2只时则位于刮板(12)两侧，当活塞缸(10)的数量为3和4只时，每两个活塞缸(10)与刮板(12)中心形成的夹角则分别为120°和90°。
导向杆(9)一般为3-6只，数量也不宜过多，刮板(11)的直径较大时，导向杆(9)的数量可适当增加，以防止刮板倾斜。刮板一般为圆形，滤芯(6)、活塞缸(7)、弹簧(8)、导向杆(9)呈立体空间排布，可在刮板(11)上打孔、开槽以适应活塞缸(7)、弹簧(8)、导向杆(9)的安装，使过滤器直径更小。当过滤器被用作浆态床催化反应器时，过滤器的内部空间影响着反应产率，因此往往空间会增大。
刮板(12)至少2层，层数取决于滤芯(6)的有效长度和刮板(12)的往复运动幅度，尽量使滤芯(6)的全部或大部分有效长度都能够被刮板(12)扫描到。所谓滤芯的有效长度，是指滤芯除去两端接口部分的长度。刮板(12)的运动范围也不超过滤芯(6)的有效长度，防止有刮板(12)脱出滤芯(6)，或者碰到壳体(1)、隔板(5)以及过滤器中的其他部件。当滤芯(6)长度较大时，安装时除两端固定外，中间还可能需要进行位置固定；此时刮板(12)的位置也需相应调整，以免在往复运动过程中发生碰撞。
除进行气体和液体的过滤之外，本发明所述的过滤器还可以用做浆态床或流化床催化反应器，亦即在本发明所述的过滤器内进行催化反应。例如，以乙炔与甲醛溶液为原料并通过固体Cu-Bi催化剂合成1，4丁烯二醇的固-液-气三相反应体系。其中，滤饼刮除器不仅能够增强催化剂过滤效果，而且还能对反应体系起到良好的搅拌作用。
有益效果
1.滤饼刮除器无需增加驱动电机即可以完全自动运行，结构简单，易于操作，不产生静电。
2.滤饼刮除系统全部都位于过滤器壳体内部，使过滤器不受安全性(如耐温、耐压、防爆)限制。
3.实现了机械刮除与物料冲刷相结合。滤饼刮除器不仅能够直接将滤芯表面的滤饼层直接进行器械刮除，而且在刮板往复运动过程中会搅动过滤物料。由于滤芯与刮板圆孔之间的缝隙较小，在刮板进行往复运动时，物料就不可避免地沿着刮板运动相反方向对滤芯发生剧烈冲刷，从而大大增强了滤饼的清除效果，尽管刮板(12)与滤芯(6)表面并不直接接触。
4.本发明所述的过滤器除能够过滤气体和液体之外，还可以用作浆态床或流动床催化反应器。
附图说明
图1是本发明所述强化反洗过滤器的示意图；
图2是实施例1所述过滤器结构俯视图；
图3是实施例4所述过滤器结构俯视图；
图4是实施例4所述过滤器纵剖面三维图；
其中：1-壳体；2-进料口；3-排渣口；4-出料口；5-隔板；6-滤芯；7-活塞缸；8-弹簧；9-导向杆；10-滤饼刮除器；11-活塞；12-刮板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。需要说明的是所举的实例，其作用只是进一步说明本发明的技术特征，而不是限定本发明。
实施例1.
过滤器内部结构俯视图如图2所示。过滤器内含15支粉末烧结型金属钛滤芯(6)，其外径和有效长度分别为5和100cm，平均孔径为5μm。滤饼刮除器含有2层直径为42cm的刮板(12)，每个滤芯(6)都套在刮板(12)的圆孔上，圆孔直径5.6cm。导向杆(9)和活塞缸(7)数量均为4个且均匀分布于刮板(12)临近外沿的圆孔内，活塞(11)直径为3cm，运动幅度47.5cm。弹簧数量为2个，对称分布于刮板(12)的边缘圆孔内。
实施例2.
结构类似于实施例1的过滤器，但滤芯(6)为粉末烧结型不锈钢滤芯34支，其外径和有效长度分别为6和200cm，平均孔径为1μm；滤饼刮除器含有3层直径为70cm的刮板(12)，刮板(12)的圆孔直径比滤芯直径大14mm。导向杆(9)和活塞缸(7)数量分别为6和3个，活塞(11)直径为4.8cm，运动幅度65cm。弹簧数量为4个。
实施例3.
结构类似于实施例1的过滤器，但滤芯(6)为粉末烧结型不锈钢滤芯4支，其外径和有效长度分别为5和500cm，平均孔径为10μm；由于滤芯较长，因此中部也被固定。滤饼刮除器含有4层直径为24cm的刮板(12)，刮板(12)的圆孔直径比滤芯直径大10mm。导向杆(9)和活塞缸(7)数量分别为5和4个，活塞(11)直径为4.8cm，运动幅度120cm。弹簧数量为6个。
实施例4.
过滤器结构俯视图和纵剖面三维图分别如图3和图4所示。滤芯(6)为粉末烧结型不锈钢滤芯4支，其外径和有效长度分别为5和80cm，平均孔径为0.5μm；滤饼刮除器含有2层直径为15cm的刮板(12)，刮板(12)的圆孔直径比滤芯直径大6mm。导向杆(9)和活塞缸(7)数量分别为4和1个，活塞(11)直径为3cm，运动幅度38cm，没有弹簧。
Claims (10)
1.一种强化反洗过滤器，包括壳体(1)、进料口(2)、排渣口(3)、出料口(4)、隔板(5)、滤芯(6)、活塞缸(7)、弹簧(8)、导向杆(9)和滤饼刮除器(10)；其中，活塞缸(7)的缸体一端连通出料侧，另一端连通进料侧，活塞缸(7)的活塞(11)与滤饼刮除器(10)相连；活塞(11)可带动滤饼刮除器(10)沿导向杆(9)作往复运动；滤芯(6)之间互相平行，导向杆(9)与滤芯(6)平行，滤饼刮除器(10)的运动方向也平行于滤芯(6)；滤饼刮除器(10)含有多层垂直于滤芯(6)的带圆孔的刮板(12)，每个滤芯(6)都穿过圆孔。
2.根据权利要求1所述的强化反洗过滤器，其特征在于滤饼刮除器(10)的往复运动不是由电机直接驱动，而是通过进料侧和出料侧的压差驱动；在过滤物料时，进料侧的压力高于出料侧，活塞(11)向出料侧运动；当进行反冲洗操作时，出料侧的压力高于进料侧，活塞(11)带动滤饼刮除器(10)向进料侧运动。
3.根据权利要求1所述的强化反洗过滤器，其特征在于每个滤芯(6)都垂直于刮板(12)且位于圆孔中心，刮板(12)的圆孔直径比滤芯直径大4-20mm，刮板(12)与滤芯(6)在操作过程中不直接接触。
4.根据权利要求1所述的强化反洗过滤器，其特征在于滤饼刮除器(10)的运动速度和力量可以通过调节活塞(11)的直径进行控制；活塞(11)的直径为2-15cm，优选3-8cm。
5.根据权利要求1所述的强化反洗过滤器，其特征在于活塞缸(7)沿刮板均匀分布，数量为1-4只；当活塞缸(10)只有1只时则位于刮板(12)的中心，有2只时则位于刮板(12)两侧，有3和4只时则每两个活塞缸(10)与刮板(12)中心形成的夹角分别为120°和90°。
6.根据权利要求1所述的强化反洗过滤器，其特征在于滤饼刮除器(10)上刮板(12)至少2层，层数取决于滤芯(6)的长度和滤饼刮除器(10)的往复运动幅度，滤芯(6)的全部或大部分有效长度都能够被刮板(12)扫描到，但刮板(12)的运动范围也不超出滤芯(6)的有效长度；当滤芯(6)较长、需要进行多点固定时，刮板(12)位置和活塞(11)运动幅度也需相应调整，以免在往复运动过程中发生碰撞。
7.根据权利要求1所述的强化反洗过滤器，其特征在于导向杆(9)数量为3-6只，当刮板(11)直径较大时导向杆(9)的数量可适当增加，以防止刮板倾斜。
8.根据权利要求1所述的强化反洗过滤器，其特征在于为节省空间，刮板一般为圆形，滤芯(6)、活塞缸(7)、弹簧(8)、导向杆(9)呈立体空间排布，可在刮板(11)上打孔、开槽以适应活塞缸(7)、弹簧(8)、导向杆(9)的安装。
9.根据权利要求1所述的强化反洗过滤器，其特征在于当滤饼刮除器(10)在两个运动方向上受力相差较大时，弹簧(8)可对力量较弱的一方施以拉力或对力量较大的一方施以推力，但主要用于拉升滤饼刮除器(10)以抵消或部分抵消滤饼刮除器(10)的重量。
10.根据权利要求1所述的强化反洗过滤器，其特征在于该过滤器除过滤气体和液体之外，还可以用做浆态床或流化床催化反应器。
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