CN116808681A - 一种自动反冲洗过滤装置、生产系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动反冲洗过滤装置、生产系统和方法，包括与反应器通过第一管道和第二管道相连的过滤器、通过第三管道与过滤器相连的反冲洗罐、通过第四管道与过滤器相连的液体储罐、与反冲洗罐相连的供气设备及溢流管，溢流管的一端部伸入反冲洗罐内、另一端部位于反冲洗罐外；自动反冲洗过滤装置至少具有反冲洗工作状态；当自动反冲洗过滤装置处于反冲洗工作状态时，反冲洗罐内的液体经第三管道通入过滤器进行反冲洗，使附着在过滤器的滤芯上的固体物料掉落，通过第二管道输送至反应器。本发明通过增设反冲洗罐和溢流管，控制单次反冲洗所需的液体用量，使得反冲时，既能获得优异的反冲洗效果，又能避免对过滤器造成损害。
Description
技术领域
本发明涉及过滤器清洗技术领域，具体涉及一种自动反冲洗过滤装置、生产系统和方法。
背景技术
对于含有固体物料和液体物料的混合物的分离，通常是采用过滤器进行过滤分离，一旦过滤器使用一段时间后，过滤效果明显降低。传统的做法是将整套系统停止，将过滤器内滤芯拆下来清洗、回装，工作量大，费时费力。
中国专利CN214019505U公开了一种自带反冲洗结构的不锈钢精密过滤装置，包括进液管、过滤腔、主滤芯、出液管、回液管路和回液泵，主滤芯以外进内出的方式进行过滤，回液泵对回液管路提供动力，外部水源从回液进出管的进口进入，沿回液泵、第一回液管、主滤芯虑后空间、第二回液管和回液进出管的出口方向流动，对主滤芯进行反冲。虽然实现反冲洗操作，但回液泵的动力大小不易控制，过大易损害主滤芯，过小易造成反冲洗效果差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有反冲洗操作易损坏过滤器或反冲洗效果不好的问题，而提供一种改性的自动反冲洗过滤装置。
本发明的第二目的是提供一种自动反冲洗过滤装置进行过滤反冲洗的方法，采用该方法对过滤器进行反冲洗，既能获得较好的反冲洗效果，又避免损坏过滤器。
本发明的第三目的是提供一种生产系统。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种自动反冲洗过滤装置，包括与反应器通过第一管道相连的过滤器，所述过滤器用于过滤所述反应器内的包含固体物料和液体物料的混合物，所述过滤器还通过第二管道与所述反应器相连，所述自动反冲洗过滤装置还包括通过第三管道与所述过滤器相连的反冲洗罐、通过第四管道与所述过滤器相连的用于存放过滤后获得的液体物料的液体储罐、与所述反冲洗罐相连且用于向所述反冲洗罐内部提供气压的供气设备及溢流管，所述溢流管的一端部伸入所述反冲洗罐内、另一端部位于所述反冲洗罐外；
所述自动反冲洗过滤装置至少具有反冲洗工作状态；
当所述自动反冲洗过滤装置处于反冲洗工作状态时，所述反冲洗罐内的液体经所述第三管道通入所述过滤器进行反冲洗，使附着在所述过滤器的滤芯上的固体物料掉落，通过所述第二管道输送至所述反应器；
所述反冲洗罐内单次反冲洗所需的液体的液位高度H通过以下方式获得：
根据工艺安全及设备制造强度，确定过滤器内外合适的压差，最终选择合适的反冲洗压力P1，根据顶部溢流管伸入深度（即所述溢流管的管口到反冲洗罐底部的高度h），可以确定反冲洗罐内的液体上部气相体积V1=S(L-h)。这样根据玻义耳定律，P1V1=P2V2，可以得到反冲洗后反冲洗罐内的液体上部气相空间的体积V2，V2=P1V1/P2；
而反冲洗所需的液体的液位高度H=V/S，V=V2-V1；
计算出H=(P1/P2-1)(L-h)；
其中P1为反冲洗时，所述供气设备对所述反冲洗罐内提供的气体压力；P2为反冲结束后，反冲洗罐内的压力也即为反应器内的压力；且P1＞P2，L为反冲洗罐的总深度。P1、P2之间的压差值主要根据工况及设备的制造强度，在确保设备、工艺安全的前提确定最优的压差值。
本发明中，H＜h，防止所述供气设备提供的气体窜入反应器，对反应造成影响。
本发明中，“所述自动反冲洗过滤装置处于反冲洗工作状态时，所述反冲洗罐内的液体经所述第三管道通入所述过滤器进行反冲洗”是指单次反冲洗时，所述反冲洗罐内单次反冲洗所需的液体经所述第三管道通入所述过滤器进行反冲洗。
本申请发明人在实际生产过程中发现，反冲洗时若不控制反冲洗罐内的液位高度，易造成过滤器的损坏或反冲洗效果不好。本发明通过设计所述溢流管伸入到所述反冲洗罐内的深度，所述反冲洗罐内的液位在可控的范围波动，若液位过高，则通过所述反冲洗罐内的气体气压将液体经所述溢流管压出所述反冲洗罐。避免所述反冲洗罐内的液体液位过高或过低，满足单次反冲洗所需液体用量，而液位若过高，易对过滤器的滤芯造成损害，液位若过低，则反冲洗效果不好。
根据本发明的一些实施方面，所述自动反冲洗过滤装置还具有过滤工作状态，当所述自动反冲洗过滤装置处于过滤工作状态时，经所述过滤器过滤得到的液体物料经所述第四管道通入所述液体储罐，所述自动反冲洗过滤装置还包括控制设备，所述控制设备用于控制所述自动反冲洗过滤装置在过滤工作状态和反冲洗工作状态之间相切换。
在一些具体实施方式中，所述自动反冲洗过滤装置处于所述过滤工作状态时，所述过滤器还通过所述第三管道向所述反冲洗罐内输入过滤后的液体物料进行补液，以用于下一次反冲洗。所述反冲洗罐内的液体取自过滤后的液体物料，反冲洗后仍然回流至反应器内，整个反冲过程对整个生产系统来说没有增加第三种物料，对整个生产系统不造成污染，不产生任何废水，跟传统的将滤芯拆下来用酸碱浸泡后再清洗相比，不需要花大成本处理大量的废水，经济环保。
在一些具体实施方式中，所述溢流管的另一端部与所述第四管道相连。
在一些具体实施方式中，向所述反冲洗罐内输入过滤后的液体物料进行补液时，所述供气设备向所述反冲洗罐内提供的气体压力小于所述反应器内的压力。
在一些具体实施方式中，所述反冲洗罐上还设置有用于检测所述反冲洗罐内液位高度的液位计和用于检测所述反冲洗罐内的压力的第一压力表。
在一些具体实施方式中，所述自动反冲洗过滤装置还包括用于检测所述反应器内压力的第二压力表，所述过滤器上设有用于检测所述过滤器的滤芯内外压差的压差表。所述压差表用于监测所述过滤器的滤芯堵塞的情况。
所述压差表能够自动检测所述过滤器滤芯的内外压力差，达到指定的压差时，通过控制设备切换到反冲洗工作状态，保证过滤器的滤芯内外压差，一方面能够保护过滤器安全；另一方面是为了了解滤芯堵塞的程度，及时反冲洗。一旦等滤芯完全堵死再进行反冲洗，无法保证滤芯周期性稳定的使用。
本发明采取的第二种技术方案为：一种利用上述所述自动反冲洗过滤装置进行过滤反冲洗的方法，包括以下步骤：
过滤操作：使所述第一管道和第四管道连通，所述反应器的物料经所述第一管道输送至所述过滤器进行过滤，然后经所述第四管道输送至所述液体储罐；
反冲洗操作：使所述第二管道和第三管道连通，所述反冲洗罐内的液体经所述第三管道向所述过滤器输送，冲洗附着在所述过滤器滤芯上的固体物料，然后与所述固体物料一起经所述第二管道输送至所述反应器内；
补液操作：使所述供气设备提供的气体压力小于所述反应器的压力，并使所述第一管道、第三管道连通，所述反应器内的液体经所述过滤器过滤后经所述第三管道输送至所述反冲洗罐内，此时所述溢流管的端部位于所述反冲洗罐内液面以下，然后使所述第三管道的连通断开而使所述供气设备提供的气体压力达到P1值，则所述反冲洗罐内液体经所述溢流管流出所述反冲洗罐。
在一些具体实施方式中，所述补液操作在所述过滤操作过程中进行。
本发明采取的第三种技术方案：一种生产系统，包括反应器，所述生产系统还包括所述自动反冲洗过滤装置，所述生产系统还包括两端分别与所述反应器连通的循环管，所述生产系统具有反应工作状态，当所述生产系统处于反应工作状态时，所述反应器内物料通过所述循环管循环进入所述反应器内。
在一些具体实施方式中，所述循环管的两端部分别与所述第一管道和第二管道连接。
所述过滤工作是在所述生产系统的反应工作状态完成后进行的，而反冲洗是在过滤过程中，当过滤器的滤芯内外压差达到指定压差时进行，整个生产系统可以不停车，可以进行反复多次冲洗，不影响生产，而补液可以在过滤过程中进行。
本发明自动反冲洗过滤装置可以应用于各种固液混合物的过滤及反冲洗，较适用于含有固体催化剂的液体产品的生产过程中的过滤及反冲洗，过滤后的固体催化剂可以返回到反应器中重复使用，如1,3-丁二醇的加氢生产。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明自动反冲洗过滤装置通过增设反冲洗罐和溢流管，控制单次反冲洗所需的液体用量，使得反冲时，既能获得优异的反冲洗效果，又能避免对过滤器造成损害。
附图说明
图1为本发明代表性实施例的生产系统的结构示意图；
图2为图1的生产系统反冲洗前的反冲洗罐及内部液体状态示意图；
图3为图1的生产系统反冲洗后的反冲洗罐及内部液体状态示意图；
图中：1、反应器；2、过滤器；3、反冲洗罐；4、液体储罐；5、供气设备；6、液位计；7、第一压力表；8、第二压力表；9、压差表；10、安全阀；
1a、第一管道；1b、第二管道；1c、第三管道；1d、第四管道；1e、溢流管；1f、循环管；1g、排气管。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书附图详细说明本发明的技术方案，以便本领域技术人员更好理解和实施本发明的技术方案，但并不因此将本发明限制在所述的实例范围之中。
如图1所示的生产系统，包括反应器1和自动反冲洗过滤装置。
该自动反冲洗过滤装置包括与反应器1通过第一管道1a相连的过滤器2，过滤器2用于过滤反应器1内的包含固体物料和液体物料的混合物，采用外进内出的方式进行过滤，过滤器2还通过第二管道1b与反应器1相连。
该生产系统还包括两端部分别与第一管道1a和第二管道1b相连的循环管1f，生产系统具有反应工作状态，当生产系统处于反应工作状态时，反应器1内物料通过循环管1f循环进入反应器1内。
该自动反冲洗过滤装置还包括通过第三管道1c与过滤器2相连的反冲洗罐3、通过第四管道1d与过滤器2相连的且用于存放过滤后获得的液体物料的液体储罐4、与反冲洗罐3相连且用于向反冲洗罐3内部提供气压的供气设备5及溢流管1e，溢流管1e的一端部伸入反冲洗罐3内、另一端部位于反冲洗罐3外且与第四管道1d相连。
该自动反冲洗过滤装置至少具有过滤工作状态和反冲洗工作状态；
当自动反冲洗过滤装置处于过滤工作状态时，经过滤器2过滤得到的液体物料经第四管道1d通入液体储罐4；
当自动反冲洗过滤装置处于反冲洗工作状态时，反冲洗罐3内的液体经第三管道1c通入过滤器2进行反冲洗，使附着在过滤器2的滤芯上的固体物料掉落，经第二管道1b输送至反应器1内。
反冲洗罐3的内部为圆柱形空腔。
反冲洗罐3内单次反冲洗所需的液体的液位高度H和溢流管的管口到反冲洗罐3的底部的高度h通过以下方法获得：
V1=S(L-h)，其中，V1为反冲洗前反冲洗罐3内液体上部的气相空间的体积；L为反冲洗罐3的总深度；h为溢流管1e的管口到反冲洗罐3的底部的高度；S为反冲洗罐3的横截面积；
根据玻意耳定律P1V1=P2V2，可计算得到V2=(P1V1)/P2，其中，V2为反冲洗结束后，反冲洗罐3内的单次反冲洗所需的液体用完后反冲洗罐3内液体上部的气相空间的体积；
单次反冲洗所需的液体的液位高度H=V/S，其中，V为单次反冲洗需要的液体用量的体积；
又V=V2-V1；
则计算出H=(P1/P2-1)(L-h)；
其中P1为反冲洗时，供气设备5对反冲洗罐3内提供的气体压力；P2为反冲结束后，反冲洗罐3内的压力也即为反应器内的压力；且P1＞P2；h大于H。
如此，可以获得反冲洗罐3内单次反冲洗所需的液体的液位高度，使得反冲洗时既能获得较好的反冲洗效果，又能避免压力过大对过滤器2的损害。
当自动反冲洗过滤装置处于过滤工作状态时，过滤器2还通过第三管道1c向反冲洗罐3内输入过滤后的液体物料进行补液，以用于下一次反冲洗。且向反冲洗罐3内输入过滤后的液体物料进行补液时，控制供气设备5向反冲洗罐3内提供的气体压力小于反应器1内的压力，该反冲洗罐3上还连接排气管1g，排气管1g上设置安全阀10。
本例中，反冲洗罐3上还设置有用于检测反冲洗罐3内液位高度的液位计6和用于检测反冲洗罐3内压力的第一压力表7；自动反冲洗过滤装置还包括用于检测反应器1内压力的第二压力表8，第二压力表8设置在第二管道1b上；过滤器2上设有用于检测过滤器2的滤芯内外压差的压差表9。
该自动反冲洗过滤装置还包括控制设备，控制设备用于控制自动反冲洗过滤装置在过滤工作状态和反冲洗工作状态之间相切换。
上述自动反冲洗过滤装置进行过滤反冲洗的方法，过滤反冲洗是在生产系统的反应工作完成后进行的，具体包括以下步骤：
过滤操作：使第一管道1a和第四管道1d连通，反应器1的物料经第一管道1a输送至过滤器2进行过滤，然后经第四管道1d输送至液体储罐4；
反冲洗操作：当压差表9检测到过滤器2滤芯的内外压差达到指定的压差时，需要对过滤器2进行反冲洗，此时使第二管道1b和第三管道1c连通，反冲洗罐3内的液体经第三管道1c向过滤器2输送，冲洗附着在过滤器2滤芯上的固体物料，然后与固体物料一起经第二管道1b输送至反应器1内；
补液操作：当单次反冲洗完成后，需要对反冲洗罐3内进行补液，补液操作可在过滤过程中进行。具体地，使供气设备5提供的气体压力小于反应器1的压力，并使第一管道1a、第三管道1c和第四管道1d连通，反应器1内的液体经过滤器2过滤后一部分经第三管道1c输送至反冲洗罐3内、另一部分经第四管道1d输送至液体储罐4，由于供气设备5提供的气体压力小于反应器1的压力，一定时间后，溢流管1e的端部位于反冲洗罐3的液面以下，然后使第三管道1c的连通断开且使供气设备5提供的气体压力达到P1值，则反冲洗罐3内液体会经溢流管1e流至液体储罐4而使反冲洗罐3内的液体维持在单次反冲洗所需的液体用量。
以下通过几个具体实施方案对上述生产系统进行进一步地描述。
实施例
采用图1所示的生产系统生产1,3-丁二醇，然后对1,3-丁二醇产品进行过滤出料，包括以下步骤：
（1）计算出反冲洗罐3内单次反冲洗所需的液体的液位高度H和溢流管1e伸入反冲洗罐3内的深度h：
生产过程中，反应器1内的压力P2为4.0MPa，采用的反冲洗罐3的总深度L为1000mm，预设反冲洗时供气设备5向反冲洗罐3内提供的气体压力P1为4.8MPa，则h=500mm，H=100mm。
（2）向反冲洗罐3内预先输入液位高度为500mm（该液位高度实质是溢流管1e的管口到反冲洗罐3底部的高度）的1,3-丁二醇。
（3）使第一管道1a和第四管道1d连通，进行过滤，当压差表9检测到过滤器2滤芯内外压差达到指定压差时，向控制设备发送信号，需进入反冲洗工序；
（4）断开第一管道1a的连通，而使第三管道1c和第二管道1b连通，对过滤器2进行反冲洗，此时反冲洗罐3内的1,3-丁二醇全部用完；
（5）再次进入过滤工序，且过滤工序中使第三管道1c连通，并控制供气设备5向反冲洗罐3内提供的气体压力小于P2，过滤后的1,3-丁二醇会自动补充到反冲洗罐3内，且液位超过溢流管1e的管口；当1,3-丁二醇停止进入到反冲洗罐3后，断开第三管道1c的连通，控制供气设备5向反冲洗罐3内提供的气体压力为P1值，反冲洗罐3内1,3-丁二醇经溢流管1e流出反冲洗罐3使反冲洗罐3内的1,3-丁二醇的液位保持在单次反冲洗所需的液位高度。补液完成后，可以再次进入反冲洗工序。如此循环，整个生产系统可以运行1周时间。
对比例1
本例的生产系统的结构基本同实施例1，采用的过滤出料步骤也基本同实施例1，不同之处在于：不设置溢流管。
过滤出料时，预先向反冲洗罐3内输入液位高度大于500mm，且每次向反冲洗罐3内补液时，液位高度均大于500mm。
结果液位高度大于500mm，没有设置溢流管，在同样的压力等条件下，单次反冲洗所需的液体用量的高度H会小于100mm，会造成反冲洗效果差甚至无效果。
对比例2
本例的生产系统的结构基本同实施例1，采用的过滤出料步骤也基本同实施例1，不同之处在于：不设置溢流管。
过滤出料时，预先向反冲洗罐3内输入液位高度为小于500mm，且每次向反冲洗罐3内补液时，液位高度均小于500mm。
结果液位高度小于500mm，没有设置溢流管，在同样的压力等条件下，单次反冲洗所需的液体用量的高度H会超过100mm，冲洗时对过滤器造成过大的压力，会造成反冲过程对设备造成损坏。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自动反冲洗过滤装置，包括与反应器通过第一管道相连的过滤器，所述过滤器用于过滤所述反应器内的包含固体物料和液体物料的混合物，其特征在于：所述过滤器还通过第二管道与所述反应器相连，所述自动反冲洗过滤装置还包括通过第三管道与所述过滤器相连的反冲洗罐、通过第四管道与所述过滤器相连的用于存放过滤后获得的液体物料的液体储罐、与所述反冲洗罐相连且用于向所述反冲洗罐内部提供气压的供气设备及溢流管，所述溢流管的一端部伸入所述反冲洗罐内、另一端部位于所述反冲洗罐外；
所述自动反冲洗过滤装置至少具有反冲洗工作状态；
当所述自动反冲洗过滤装置处于反冲洗工作状态时，所述反冲洗罐内的液体经所述第三管道通入所述过滤器进行反冲洗，使附着在所述过滤器的滤芯上的固体物料掉落，通过所述第二管道输送至所述反应器；
所述反冲洗罐内单次反冲洗所需的液体的液位高度H通过以下方式获得：
H=(P1/P2-1)(L-h)，
其中，P1为反冲洗时，所述供气设备对所述反冲洗罐内提供的气体压力；P2为反冲结束后，反冲洗罐内的压力也即为反应器内的压力；L为所述反冲洗罐的总深度；h为所述溢流管的管口到所述反冲洗罐的底部的高度；
P1＞P2；h大于H。
2.根据权利要求1所述的自动反冲洗过滤装置，其特征在于：所述自动反冲洗过滤装置还具有过滤工作状态，当所述自动反冲洗过滤装置处于过滤工作状态时，经所述过滤器过滤得到的液体物料经所述第四管道通入所述液体储罐，所述自动反冲洗过滤装置还包括控制设备，所述控制设备用于控制所述自动反冲洗过滤装置在过滤工作状态和反冲洗工作状态之间相切换。
3.根据权利要求2所述的自动反冲洗过滤装置，其特征在于：所述自动反冲洗过滤装置处于所述过滤工作状态时，所述过滤器还通过所述第三管道向所述反冲洗罐内输入过滤后的液体物料进行补液，以用于下一次反冲洗。
4.根据权利要求3所述的自动反冲洗过滤装置，其特征在于：向所述反冲洗罐内输入过滤后的液体物料进行补液时，所述供气设备向所述反冲洗罐内提供的气体压力小于所述反应器内的压力。
5.根据权利要求1所述的自动反冲洗过滤装置，其特征在于：所述溢流管的另一端部与所述第四管道相连。
6.根据权利要求1所述的自动反冲洗过滤装置，其特征在于：所述反冲洗罐上还设置有用于检测所述反冲洗罐内液位高度的液位计和用于检测所述反冲洗罐内的压力的第一压力表；所述自动反冲洗过滤装置还包括用于检测所述反应器内压力的第二压力表，所述过滤器上设有用于检测所述过滤器的滤芯内外压差的压差表。
7.一种利用权利要求1~6中任一项所述自动反冲洗过滤装置进行过滤反冲洗的方法，其特征在于，包括以下步骤：
过滤操作：使所述第一管道和第四管道连通，所述反应器的物料经所述第一管道输送至所述过滤器进行过滤，然后经所述第四管道输送至所述液体储罐；
反冲洗操作：使所述第二管道和第三管道连通，所述反冲洗罐内的液体经所述第三管道向所述过滤器输送，冲洗附着在所述过滤器滤芯上的固体物料，然后与所述固体物料一起经所述第二管道输送至所述反应器内；
补液操作：使所述供气设备提供的气体压力小于所述反应器的压力，并使所述第一管道、第三管道连通，所述反应器内的液体经所述过滤器过滤后经所述第三管道输送至所述反冲洗罐内，此时所述溢流管的端部位于所述反冲洗罐内液面以下，然后使所述第三管道的连通断开而使所述供气设备提供的气体压力达到P1值，则所述反冲洗罐内液体经所述溢流管流出所述反冲洗罐。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述补液操作在所述过滤操作过程中进行。
9.一种生产系统，包括反应器，其特征在于：所述生产系统还包括权利要求1~6中任一项所述自动反冲洗过滤装置，所述生产系统还包括两端分别与所述反应器连通的循环管，所述生产系统具有反应工作状态，当所述生产系统处于反应工作状态时，所述反应器内物料通过所述循环管循环进入所述反应器内。
10.根据权利要求9所述生产系统，其特征在于：所述循环管的两端部分别与所述第一管道和第二管道连接。
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