CN115445275A - 一种涡旋式连续过滤设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡旋式连续过滤设备。该设备包括：涡旋进料器，所述涡旋进料器包括进料管和筒体，进料管与筒体呈一定角度相连通；过滤管，所述过滤管是由过滤介质制作而成的管道式容器，用于实现含固浆液的固液分离；滤饼出料器，所述滤饼出料器用于过滤后滤饼的排出；涡旋进料器、过滤管和滤饼出料器依次连接。本发明的涡旋式连续过滤设备能够实现连续的固液分离，且过滤能力高，单位面积处理能力大，适用性广，具有结构简单，操作简单，维护简单，制造成本低等优点。
Description
技术领域
本发明属于生物、环保及化工设备技术领域，具体涉及一种涡旋式连续过滤设备。
背景技术
过滤是非常重要的化工操作单元，主要用于固体颗粒和流体的分离，其流体一般是液体、气体或超临界流体。
随着现代工业的不断发展，固液分离的连续化生产和固体颗粒的细微化给过滤技术带来了挑战。对于连续化生产，传统的板框过滤、离心过滤很难满足要求，带滤机、转鼓过滤机等连续过滤设备又存在占地大、过滤效率低等问题；而固体颗粒的细微化，尤其是固体颗粒的微米化、纳米化则对过滤技术提出了更高要求，过滤膜、微孔陶瓷等新型过滤材料也随之发展起来，但其工业化技术目前仍不成熟，其中最难以解决的就是过滤介质的堵塞问题：微小的固体微粒很容易附着在过滤介质表面，堵塞过滤孔和过滤通道，造成过滤介质的快速失效，必须依靠频繁的反冲洗来加以缓解，而固体微粒的直径越小，其附着能力越强，反冲效果越差、滤材失效越快，因此，其过滤产能会受到严重限制，同时过滤成本也大幅上升。
横流过滤，即料浆与过滤介质间作切向运动,使滤饼受到连续剪切力，是一种抑制滤饼层增厚、消除滤渣沉积的有效方式，基于此方式的旋管式、旋盘式以及旋片式等动态过滤器已经开始应用于医药、生物、化学、矿业、新材料等各个领域。然而，这些过滤器普遍存在设备结构复杂、制造成本高、维护不便等缺点，严重限制了技术的推广和普及。
涡旋式分离设备与技术成熟应用于飞机发动机进气系统和燃气锅炉进气系统，是惯性粒子分离器的一种，其原理是利用旋风管所产生的旋转离心力，使空气中的砂尘与空气发生分离，具有过程连续、分离效率高、维护成本低等优点。
因此，针对现有技术亟需解决的问题，本发明开发了一种涡旋式连续过滤设备，该方面的研究目前尚属空白。
发明内容
本发明的目的是弥补现有技术的不足，以解决细微固体颗粒的连续化固液分离问题，提供一种涡旋式连续过滤设备。本发明的涡旋式连续过滤设备能够实现连续的固液分离，且过滤能力高，单位面积处理能力大，适用性广，具有结构简单，操作简单，维护简单，制造成本低等优点。
为了达到上述的目的，本发明采取以下技术方案：
一种涡旋式连续过滤设备，其包括：
涡旋进料器，所述涡旋进料器包括进料管和筒体，所述进料管与所述筒体呈一定角度相连通；
过滤管，所述过滤管是由过滤介质制作而成的管道式容器，用于实现含固浆液的固液分离；
滤饼出料器，所述滤饼出料器用于过滤后滤饼的排出；
所述涡旋进料器、过滤管和滤饼出料器依次连接。
进一步的，在所述涡旋进料器中，所述进料管与筒体的夹角为90～150°。
进一步的，在所述涡旋进料器中，所述进料管与筒体相切，所述含固浆料从切向进入所述筒体。
进一步的，在所述涡旋进料器中，所述进料管远离所述筒体外壁，所述进料管为半圆或全圆周形结构。
进一步的，在所述涡旋进料器中，所述进料管含有均匀分布的多进料口。
进一步的，在所述涡旋进料器中，所述进料管内部安装有旋流叶片或螺旋叶片。优选的，所述旋流叶片或螺旋叶片的数量为两片以上。
进一步的，所述涡旋式连续过滤设备还设置有螺旋杆，所述螺旋杆位于涡旋进料器的筒体和所述过滤管的内部。
进一步的，在所述过滤管中，所述过滤介质为多孔材料。优选的，所述多孔材料包括天然、合成纤维或金属丝编织而成的滤布或滤网、多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料、多孔烧结金属材料、或者过滤膜。
进一步的，所述滤饼出料器采用缩口变径设计，且通过阀门控制滤饼的出料量。
进一步的，所述滤饼出料器内部为圆滑设计并经抛光处理。
进一步的，所述涡旋进料器、过滤管和滤饼出料器通过法兰连接。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1)本发明将涡旋技术与管式过滤技术相结合，可以实现连续过滤，有效提高了生产效率。
2)本发明动态连续过滤设备可有效降低滤饼层厚度、避免滤饼堆积、减少滤孔堵塞、延长滤材使用寿命，过滤能力高，单位面积处理能力大。
3)本发明适应能力强,对浆料浓度不敏感,无需进行预过滤处理。
4)本发明过滤效果好,浓缩效率高，适应范围广
5)本发明结构简单，操作简单，维护简单，制造成本低。
6)本发明扩展能力强，可根据过滤要求满足梯级过滤、密闭过滤、自动反冲洗等不同要求。
7)本发明适用于超滤、纳滤等特殊过滤，可以有效抑制过滤介质表面的浓差极化的形成,大幅提高过滤速度。
8)本发明可在低流速下保持高效和高速过滤,降低流体剪切对活性物质的破坏,特别适合生物工程上的细胞分离和活性组分分离。
附图说明
图1为本发明涡旋式连续过滤设备的结构示意图一。
图2为本发明涡旋进料器的结构示意图一：(a)正视图，(b)俯视图。
图3为本发明涡旋进料器的结构示意图二：(a)正视图，(b)俯视图。
图4为本发明涡旋进料器的进料管的结构示意图示例：(a)正视图，(b)俯视图。
图5为本发明涡旋式连续过滤设备的结构示意图二。
附图标记：1-涡旋进料器、2-过滤管、3-滤饼出料器、4-进料管、5-筒体、6-过滤介质、7-滤液出料口、8-滤饼出料口、9-阀门、10-螺旋杆、11-电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内有一般技能的人士所理解的通常意义。
图1为本发明涡旋式连续过滤设备结构的示意图。由图1可以看出，本发明涡旋式连续过滤设备包括涡旋进料器1、过滤管2和滤饼出料器3，涡旋进料器1、过滤管2和滤饼出料器3依次连接。其中，涡旋进料器1为流体涡旋发生单元，包括进料管4和筒体5，进料管4与筒体5呈一定角度相连通。过滤管2为本发明的过滤单元，是由过滤介质6制作而成的管道式容器。含固浆料从涡旋进料器1的进料管4经由筒体5进入过滤管2，在管内形成剧烈运动的螺旋型流场，从而实现固液的高效高速分离，滤液经过滤管2的滤液出料口7排出，滤饼则经由滤饼出料器3的滤饼出料口8排出。滤饼出料器3的阀门9可实现对滤饼的出料量进行控制。
在本发明的一个实施例中，涡旋进料器1的进料管4与筒体5的夹角为α，在图2和图3的正视图中示出。夹角α可以控制含固浆料的轴向运动速度，α角越大，轴向速度越高，切向的剪切力越大，越能抑制滤饼层的厚度。通常的，进料管4与筒体5的夹角为90～150°，例如90°、100°、110°、120°、130°、140°、150°。
在本发明的一个实施例中，涡旋进料器1的进料管4与筒体5相切，含固浆料从切向进入筒体，形成螺旋涡流后进入过滤管，如图2所示。这种结构制作简单，造价低，适用于低流量、低粘度、低固含量的固液分离。
在本发明的一个实施例中，涡旋进料器1采用蜗壳式入口方式，进料管4远离所述筒体5外壁，进料管4为半圆或全圆周形结构，形似蜗壳，如图3所示。这种入口结构可减少含固浆料对壁面的冲蚀，改善颗粒物“反弹”及“返混”现象，适用于大流量、低粘度、固含量较高的固液分离。
在本发明的一个实施例中，当涡旋进料器1的筒体5直径较大时，进料管4可以为均匀分布的多进料口，如双进口或三进料口的方式提高涡旋效果。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，涡旋进料器1的进料管4内部安装有旋流叶片或螺旋叶片。含固浆料沿轴向进入分离器内，在旋流叶片或螺旋叶片的的导向下作圆周运动，形成螺旋涡流后进入过滤管。这种结构内部流场的对称性明显、阻力损失较小、体积小，适用于大流量的固液分离；其采用的轴向进料方式，尤其适用于多管列的组合过滤要求，可以满足超大流量等更为复杂的过滤要求。通常的，旋流叶片或螺旋叶片的数量为2片或3片，如有特殊需要，也可采用多桨叶设计。
在本发明的一个实施例中，针对高粘度、高固含量的浆料，可以采用如图5所示的螺旋杆进料方式，螺旋杆10贯穿涡旋进料器1的筒体5和过滤管2，由外部电机11带动螺旋杆旋转，为浆料的涡旋运动提供辅助的能力，以提高其过滤效果。
本发明的过滤管2是由过滤介质6所制作的管道式容器，过滤介质6是指过滤操作中用以拦截流体所含固体颗粒的多孔性材料，其所用材料包括但不限于：织物状介质包括天然或合成纤维、金属丝等编织而成的滤布和滤网，多孔性固体介质包括多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料和多孔烧结金属材料等，以及各种过滤膜材料。
本发明的滤饼出料器3采用缩口变径设计，滤饼出料器3内部做圆滑设计和抛光处理，以避免出现存料死区，降低出料阻力。
在本发明的一个实施例中，涡旋进料器1、过滤管2和滤饼3出料器通过法兰连接，以便于检修和清洗。
本发明的涡旋式连续过滤设备的具体实施例如下：
实施例1：利用本发明的涡旋式连续过滤设备进行某发酵液过滤处理
某发酵液处理装置，含固体悬浮物，需过滤净化，处理量50m3/h；采用图2所示涡旋进料器，过滤管所用材料为三层焊结不锈钢网，发酵液切向进料进料，进料固含量为1％左右，处理后的滤液固含量≤0.1％，滤饼湿含量≤40％。
实施例2：利用本发明的涡旋式连续过滤设备进行某微藻收集
某微藻收集装置，需通过过滤收集培养液中的微藻，处理量100m3/h；采用图3所示蜗壳进料方式的涡旋进料器，过滤管所用材料为微孔陶瓷，培养液液切向进料进料，进料固含量为1-2％，处理后的滤液固含量≤0.1％，浓缩液固含量≥40％。
实施例3：利用本发明的涡旋式连续过滤设备进行某污水净化
某污水厂利用生化反应处理污水，处理后的污水需通过过滤净化后回用，处理量300m3/h；采用图4所示涡旋管进料方式的的涡旋进料器，过滤管所用材料为无机膜+微孔陶瓷；十组过滤器并联使用；污水通过液体分配器分别从轴向进入各组过滤器，进料固含量为2％，处理后的滤液固含量≤0.05％，滤渣含水量≤40％。
实施例4：利用本发明的涡旋式连续过滤设备进行某合成树脂提纯
某化工厂的合成树脂产品，内含催化剂颗粒，需进行过滤提纯，处理量50m3/h；采用图5所示螺旋杆进料方式的的涡旋进料器，螺旋杆搅拌电机采用0.5KW立式电机，额定转速1400r/min，螺杆转速通过变频器调节；过滤管所用材料为多孔金属烧结管；过滤器采用电伴热保温，伴热温度65℃；合成树脂进料固含量为0.1％，处理后的滤液固含量≤0.001％，滤渣含液量≤5％。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种涡旋式连续过滤设备，其特征在于，包括：
涡旋进料器，所述涡旋进料器包括进料管和筒体，所述进料管与所述筒体呈一定角度相连通；
过滤管，所述过滤管是由过滤介质制作而成的管道式容器，用于实现含固浆液的固液分离；
滤饼出料器，所述滤饼出料器用于过滤后滤饼的排出；
所述涡旋进料器、过滤管和滤饼出料器依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种涡旋式连续过滤设备，其特征在于，所述进料管与筒体的夹角为90～150°。
3.根据权利要求1所述的一种涡旋式连续过滤设备，其特征在于，所述进料管与筒体相切，含固浆料从切向进入所述筒体。
4.根据权利要求1所述的一种涡旋式连续过滤设备，其特征在于，所述进料管远离所述筒体外壁，进料管为半圆或全圆周形结构。
5.根据权利要求1所述的一种涡旋式连续过滤设备，其特征在于，所述进料管为均匀分布的多进料口。
6.根据权利要求1所述的一种涡旋式连续过滤设备，其特征在于，所述进料管内部安装有旋流叶片或螺旋叶片。
7.根据权利要求1所述的一种涡旋式连续过滤设备，其特征在于，所述涡旋式连续过滤设备还设置有螺旋杆，所述螺旋杆位于涡旋进料器的筒体和所述过滤管内部。
8.根据权利要求1所述的一种涡旋式连续过滤设备，其特征在于，所述过滤介质为多孔材料。
9.根据权利要求1所述的一种涡旋式连续过滤设备，其特征在于，所述滤饼出料器采用缩口变径设计，且通过阀门控制滤饼的出料量；所述滤饼出料器内部为圆滑设计并经抛光处理。
10.根据权利要求1所述的一种涡旋式连续过滤设备，其特征在于，所述涡旋进料器、过滤管和滤饼出料器通过法兰连接。
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| CN116943840A (zh) * | 2023-08-07 | 2023-10-27 | 广州绿徽新材料研究院有限公司 | 一种压变空化高速三涡流-微波复合超纳研磨植物纤维粉的装置 |
| CN116943840B (zh) * | 2023-08-07 | 2024-04-09 | 广州绿徽新材料研究院有限公司 | 一种压变空化高速三涡流-微波复合超纳研磨植物纤维粉的装置 |
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