RU2054300C1

RU2054300C1 - Method and apparatus for filtration of liquids

Info

Publication number: RU2054300C1
Authority: RU
Inventors: А.М. Нудель; С.Л. Никулин; В.Б. Брагин; Г.И. Перминов; В.П. Уфимцев; Е.Г. Дзекун
Original assignee: Свердловский научно-исследовательский институт химического машиностроения
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1996-02-20

Abstract

FIELD: cleaning of liquids. SUBSTANCE: method involves delivery of polluted liquid under upper layer of charge while filtering from top down and subsequent washing of the upper part of the layer with washing liquid is stopped when said liquid appears at the filter casing outlet. The filter comprises a layer of granular filtering charge disposed on lower drain device, middle distributing device and upper distributing device located in the charge layer at a distance of 0.3-0.8 m from the middle distributing device. The upper distributing device has the form of pipes with holes whose size is larger than that of the layer particles by at least 3 times. EFFECT: higher efficiency. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к способам отделения взвешенных частиц от жидкостей фильтрованием и осветлительным фильтром, которые могут быть использованы в любой области промышленности, где требуется в частности очистка высомутных суспензий. The invention relates to methods for separating suspended particles from liquids by filtration and a clarification filter, which can be used in any industry where, in particular, the purification of high-pressure suspensions is required.

Известен способ очистки жидкостей фильтрованием, включающий подачу очищаемой жидкости в корпус фильтра, пропускание ее в направлении сверху вниз через неподвижный слой фильтрующей зернистой загрузки, отвод осветленной жидкости из корпуса и обратную верхней части слоя путем подачи струй промывной жидкости, которыми верхний слой как бы переворачивается [1]
Недостатком этого известного способа является то, что все задержанные загрязнения остаются в загрузке, поэтому грязеемкость слоя увеличивается незначительно и последующая регенерация требует значительного расхода промывной жидкости.A known method of purification of liquids by filtration, comprising supplying the liquid to be cleaned into the filter housing, passing it in a downward direction through a fixed layer of filtering granular charge, draining the clarified liquid from the housing and returning the upper part of the layer by supplying jets of washing liquid with which the upper layer is turned over [ 1]
The disadvantage of this known method is that all delayed contaminants remain in the load, therefore, the dirt capacity of the layer increases slightly and subsequent regeneration requires a significant flow of washing liquid.

В указанном источнике информации раскрыта конструкция фильтра, являющегося прототипом к предлагаемому. Известный фильтр содержит вертикальный корпус, нижнее дренажное устройство, на котором размещен слой фильтрующей загрузки верхнее распределительное устройство в виде перфорированных труб и размещенное в слое загрузки среднее распределительное устройство. The specified source of information discloses the design of the filter, which is the prototype of the proposed. The known filter contains a vertical housing, a lower drainage device, on which a filter distribution layer is located on the top distribution device in the form of perforated pipes and a middle distribution device located in the loading layer.

Недостатками этого известного устройства является малая грязеемкость слоя и большой расход промывной жидкости. The disadvantages of this known device is the low dirt capacity of the layer and the high flow rate of the washing liquid.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков. The aim of the invention is to remedy these disadvantages.

На чертеже представлено схематическое изображение фильтра для осветления жидкостей. The drawing shows a schematic illustration of a filter for clarifying liquids.

Фильтр содержит вертикальный корпус 1 с расположенными в нем верхним распределительным устройством 2 и нижним дренажным (дренажно-распределительным) устройством 3. На устройстве 3 размещен слой зернистого фильтрующего материала 4, ниже свободной верхней границы которого установлены горизонтально расположенные распределительные элементы верхнего распределительного устройства 2. В слое же, на расстоянии 0,3-0,8 м от устройства 2, расположено среднее распределительное устройство 5. В верхней части фильтра, над слоем 4, выполнено устройство для отвода промывной жидкости (отводящее устройство) 6. The filter contains a vertical housing 1 with an upper distribution device 2 and a lower drainage (drainage distribution) device 3 located on it. A layer of granular filter material 4 is placed on the device 3, horizontally located distribution elements of the upper distribution device 2 are installed below the free upper boundary of which the layer, at a distance of 0.3-0.8 m from the device 2, is located the middle switchgear 5. In the upper part of the filter, above the layer 4, a device for flushing liquid outlet (diverting device) 6.

Исполнение распределительных и дренажного устройств может быть различным, здесь будут представлены примеры конкретного исполнения. Нижнее дренажное устройство 3 содержит плоскую плиту, в отверстиях которой установлены дренажные элементы 7 с размером щелей, меньшим размера зерен фильтрующего материала. The design of distribution and drainage devices can be different, examples of specific performance will be presented here. The lower drainage device 3 comprises a flat plate, in the openings of which drainage elements 7 are installed with a gap size smaller than the grain size of the filter material.

Верхнее и среднее распределительные устройства 2 и 5 содержат коллектор, на котором установлены распределительные элементы 8 и 9, выполненные, например, в виде горизонтально расположенных перфорированных лучей. На лучи 9 устройства 5 для предотвращения поступления в них фильтрующего материала навита проволока с размером щелей между витками, меньшим размера зерен загрузки. Отверстия на лучах 8 устройства 2 выполнены открытыми, при этом их размер превышает размер наибольших частиц (зерен) фильтрующего материала не менее, чем в три раза. The upper and middle distribution devices 2 and 5 contain a collector on which the distribution elements 8 and 9 are installed, made, for example, in the form of horizontally arranged perforated beams. A wire with the size of the slots between the turns smaller than the size of the loading grains is wound on the beams 9 of the device 5 to prevent the filter material from entering them. The holes in the beams 8 of the device 2 are made open, while their size exceeds the size of the largest particles (grains) of the filter material by at least three times.

Отводящее устройство 6 представляет собой перфорированный полый тор с размером отверстий, достаточным для свободного прохождения через них вымываемых загрязнений. The diverting device 6 is a perforated hollow torus with a hole size sufficient for free passage of washable contaminants through them.

Кроме того, фильтр содержит патрубки подвода исходной суспензии 10 и промывной жидкости 11, отвода фильтрата 12 и промывной воды 13, подачи сжатого воздуха и сдувки 14. In addition, the filter contains nozzles for supplying the initial suspension 10 and washing liquid 11, for removing the filtrate 12 and washing water 13, for supplying compressed air and blowing 14.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

Исходную жидкость через патрубок 10 подают в распределительное устройство 2. Поскольку отверстия на распределительных элементах 8 этого устройства значительно больше размера зерен фильтрующего материала, последние при отсутствии подачи исходной суспензии через отверстия забивают распределительное устройство 2 и при подаче препятствуют ее поступлению в слой загрузки. Несмотря на то, что суспензия поступает в фильтр под определенным напором, она не может выдавить зерна загрузки из устройства 2 через отверстия на элементы 8, поскольку этому препятствует плотный, неподвижный слой загрузки. Поэтому одновременно или вслед за подачей исходной суспензии в корпус также подается промывная жидкость, поступающая через патрубок 11 в среднее распределительное устройство 5. Отверстия на распределительных элементах 9 устройства 5 перекрыты навитой проволокой с размером зазоров, меньшим размера частиц, поэтому промывная жидкость, не содержащая механических включений, свободно проходит в верхний слой и, двигаясь в восходящем направлении, взвешивает и расширяет его. При этом, если фильтр уже был заполнен жидкостью, отвод взрыхляющей воды осуществляют через отводящее устройство 6 и патрубок 13, если же свободное пространство фильтра не заполнено жидкостью, производится его частичное заполнение поступающей взрыхляющей жидкостью при открытом патрубке сдувки 14. При взрыхлении слоя порозность его в значительной мере увеличивается и он уже не препятствует выносу зерен из отверстий верхнего распределительного устройства 2, перемещаемых в слой под напором исходной суспензии. После очистки устройства 2, что может контролироваться, например, по падению давления на подающем трубопроводе, подача промывной жидкости прекращается и фильтр переключается на работу в режиме фильтрования. The source liquid is supplied through the nozzle 10 to the distribution device 2. Since the openings on the distribution elements 8 of this device are significantly larger than the grain size of the filter material, the latter clog the distribution device 2 in the absence of the initial suspension through the openings and, when supplied, prevent its entry into the loading layer. Despite the fact that the suspension enters the filter under a certain pressure, it cannot squeeze the loading grains from the device 2 through the openings onto the elements 8, since this is prevented by a dense, fixed loading layer. Therefore, at the same time or after the supply of the initial suspension, washing liquid is also fed into the casing through the pipe 11 to the middle switchgear 5. The openings on the distribution elements 9 of the device 5 are closed by a wound wire with a gap size smaller than the particle size, therefore, the washing liquid that does not contain mechanical inclusions, freely passes into the upper layer and, moving in an upward direction, weighs and expands it. Moreover, if the filter has already been filled with liquid, the loosening water is discharged through the exhaust device 6 and the nozzle 13, but if the free space of the filter is not filled with liquid, it is partially filled with the incoming loosening liquid when the blow-off nozzle is open 14. When the layer is loosened, its porosity in significantly increases and it no longer prevents the removal of grains from the holes of the upper distribution device 2, which are moved to the layer under the pressure of the initial suspension. After cleaning the device 2, which can be controlled, for example, by the pressure drop in the supply pipe, the supply of washing liquid is stopped and the filter switches to work in the filtering mode.

Следует отметить, что расширение слоя является необходимым условием для освобождения устройства 2 от зерен фильтрующего материала, но недостаточным. Как показали эксперименты, при размере отверстий элементов 8, меньшем трех диаметров наибольших частиц загрузки, "затекшие" внутрь устройства 2 при остановке фильтра зерна при попытке их удаления потоком исходной суспензии, через отверстия практически не выносились. Так, при размере зерен фильтрующего материала 0,4-0,65 минимальный диаметр отверстий, при котором устройство 2 освобождалось от фильтрующего материала, был равен 2,0 мм, для зерен размером 0,5-1,0 мм минимальный диаметр составил величину 3,0 мм, а для зерен 1,0-1,6 мм соответственно 5,0 мм. При значениях диаметра отверстий, меньших указанных, разгрузка устройства 2 не происходила, при равных или больших значениях устройство 2 быстро освобождалось от попавших в него зерен. Следовательно, можно сделать вывод, что для нормального функционирования фильтра, в котором исходная суспензия подается внутрь фильтрующего слоя, необходимы два условия, не предусмотренные в известных аналогах: обязательное взрыхление слоя через среднее распределительное устройство (которое в известных аналогах с подачей суспензии внутрь слоя отсутствует) и заявленное соотношение размеров отверстий верхнего распредустройства и зерен загрузки. Оба эти условия предусмотрены как отличительные признаки в заявляемых решениях. It should be noted that the expansion of the layer is a necessary condition for the release of the device 2 from the grains of the filter material, but insufficient. As experiments have shown, when the hole size of the elements 8 is less than three diameters of the largest particles of the load, "flowed" into the device 2 when the grain filter stopped while trying to remove them by the flow of the initial suspension, practically were not carried out through the holes. So, when the grain size of the filter material was 0.4-0.65, the minimum diameter of the holes at which the device 2 was freed from the filter material was 2.0 mm, for grains with a size of 0.5-1.0 mm, the minimum diameter was 3 , 0 mm, and for grains 1.0-1.6 mm, respectively 5.0 mm. When the values of the diameter of the holes less than the indicated, the unloading of the device 2 did not occur, with equal or large values, the device 2 was quickly released from the grains that got into it. Therefore, we can conclude that for the normal functioning of the filter, in which the initial suspension is supplied inside the filter layer, two conditions are necessary that are not provided for in the known analogues: mandatory loosening of the layer through the middle distribution device (which is absent in the known analogues with the suspension inside the layer) and the claimed ratio of the size of the openings of the upper switchgear and grain loading. Both of these conditions are provided as distinctive features in the claimed solutions.

Описанная картина забивки и разгрузки устройства 2 объясняется следующим. The described pattern of driving and unloading the device 2 is explained as follows.

Как известно, мелкозернистые материалы при определенном содержании межпоровой жидкости становятся жидкотекучими и способны проникать в различные щели и отверстия. При поступлении зерен на отверстие между стенками последнего и зернами возникают распорные силы, способствующие образованию над отверстием свода из зерен. Причем, прочность образующего свода, препятствующего заходу зерен в отверстие, прямо пропорционально воздействующему на свод усилию. Поэтому при остановке фильтра, где движущей силой перемещения зерен в отверстия устройства 2 является очень небольшая по величине гравитационная сила, усилия в образующемся сводике минимальны, он непрочен, то создается, то разрушается, и при его разрушениях зерна поступают внутрь устройства 2. As is known, fine-grained materials at a certain content of inter-pore fluid become fluid and can penetrate into various gaps and openings. When grains enter the hole between the walls of the latter and the grains, spacer forces arise, which contribute to the formation of a grain arch above the hole. Moreover, the strength of the forming arch, preventing the entry of grains into the hole, is directly proportional to the force acting on the arch. Therefore, when the filter stops, where the driving force for moving the grains into the openings of the device 2 is a very small gravitational force, the forces in the resulting vault are minimal, it is unstable, it is created, it is destroyed, and when it breaks down, the grains enter the device 2.

Иная картина при разгрузке верхнего устройства, когда на находящийся внутри него материал воздействует достаточно высокий напор исходной суспензии. Образующие сводики имеют прочную структуру, не разрушаются и препятствуют выносу материала. The situation is different when unloading the upper device, when a sufficiently high pressure of the initial suspension acts on the material inside it. The forming vaults have a strong structure, are not destroyed and prevent the removal of material.

Однако структурная прочность сводика определяется не только усилием, но и количеством частиц в образующемся своде, то есть зависит от соотношения размеров отверстия и зерен. Эксперименты показали, что достаточно непрочная структура, не оказывающая препятствий для выхода зерен, образуется уже при соотношении размеров отверстия и зерен, равному трем с дальнейшим разупрочнением при увеличении соотношения. However, the structural strength of the vault is determined not only by the force, but also by the number of particles in the resulting arch, that is, it depends on the ratio of the size of the hole and the grains. The experiments showed that a rather fragile structure, which does not interfere with the grain exit, is formed even at a ratio of the hole and grain sizes equal to three with further softening with an increase in the ratio.

Таким образом, при заявленном соотношении размеров зерна свободно поступают внутрь верхнего распределительного устройства 2 и также свободно удаляются через них при подаче исходной суспензии с одновременным взрыхлением слоя. Thus, with the claimed ratio of grain sizes freely enter the upper distribution device 2 and also freely removed through them when applying the original suspension with simultaneous loosening of the layer.

Аппарат переведен в режим фильтрования, при этом подаваемая внутрь, под верхнюю границу слоя исходная суспензия в нисходящем направлении проходит через весь находящийся ниже устройства 2 слой, где очищается от примесей, а осветленная жидкость через щели дренажного устройства и патрубок 12 выводится из фильтра. The apparatus is switched to the filtering mode, while the initial suspension is supplied inward, under the upper boundary of the layer, in a downward direction through the entire layer below the device 2, where it is cleaned of impurities, and the clarified liquid is removed from the filter through the slots of the drainage device and pipe 12.

Исходная суспензия подается под свободную поверхность слоя,где находятся отклассифицировавшиеся наименьшие зерна и их осколки, поэтому, начальное гидросопротивление слоя относительно невелико, что обеспечивает большую продолжительность фильтроцикла с соответствующим увеличением грязеемкости, находящейся в фильтре загрузки. Увеличению грязеемкости также способствует энергия жидкостных струй, поступающих непосредственно в фильтрующий слой и как бы проталкивающих загрязнения в его глубь. The initial suspension is fed under the free surface of the layer where the smallest grains classified and their fragments are located, therefore, the initial hydroresistance of the layer is relatively small, which ensures a longer filter cycle with a corresponding increase in the dirt capacity in the loading filter. The energy of the liquid jets entering directly into the filtering layer and, as it were, pushing the pollution into its depth also contributes to the increase in dirt capacity.

При фильтровании содержащиеся в очищаемой жидкости взвеси отделяются в слое фильтрующего материала и постепенно забивают его межзерновое пространство. Причем сначала забиваются (насыщаются) верхние, первые по ходу движения потока исходной суспензии слои с постепенным перемещением границы насыщенного и чистого слоев вниз, внутрь фильтрующего слоя. When filtering, the suspensions contained in the liquid being cleaned are separated in the layer of filtering material and its intergranular space is gradually clogged. First, the upper layers, which are first clogged (saturated) in the direction of the flow of the initial suspension, are first clogged (the boundary of the saturated and clean layers is gradually moved downward into the filter layer).

Эта граница носит название фронта фильтрования или фронта осадка. При этом сначала происходит формирование этого фронта в начальном слое загрузки высотой (толщиной) Х_о, а затем начинается собственно перемещение фронта параллельно самому себе со скоростью V. Формирование фронта происходит в течение времени τ_о, продолжительность фильтроцикла τ опрепделяется либо временным регламентом, либо предельным перепадом давления на фильтре или проскоком примесей в фильтрат.This boundary is called the filtration front or sediment front. First, this front forms in the initial loading layer with a height (thickness) X _о , and then the front actually moves parallel to itself with a speed V. The formation of the front occurs over time τ _о , the duration of the filter cycle τ is determined either by the time limit or by the limit pressure drop across the filter or leakage of impurities into the filtrate.

По окончании фильтрования, определяемом ростом перепада давления, фронт осадка останавливается на определенном расстоянии от верхнего распределительного устройства 2. Как показали эксперименты, это расстояние, то есть высота максимального загрязненного фильтрующего слоя, в зависимости от конкретных условий, варьируется в пределах 300-800 мм. Поскольку в этом слое задерживается основная масса загрязнений; но не все, ниже него обычно располагается так называемый контрольный слой, доочищающий жидкость и загрязняющийся окончательно лишь через несколько (4-10) фильтроциклов. At the end of the filtration, determined by the increase in pressure drop, the sediment front stops at a certain distance from the upper switchgear 2. As shown by experiments, this distance, that is, the height of the maximum contaminated filter layer, depending on specific conditions, varies between 300-800 mm. Since the bulk of the contaminants is retained in this layer; but not all, below it is usually located the so-called control layer, which purifies the liquid and becomes completely contaminated only after a few (4-10) filter cycles.

Поэтому в большинстве фильтроциклов целесообразна промывка не всего слоя, а лишь его лобовой, верхней части высотой от уровня устройства 2 (300-800) мм и очистки всего слоя по прошествии нескольких фильтроциклов. Therefore, in most filter cycles, it is advisable to flush not the entire layer, but only its frontal, upper part with a height of 2 (300-800) mm from the device and cleaning the entire layer after several filter cycles.

Для этого в заявляемом фильтре среднее дренажное устройство 5, предназначенное для подачи промывной воды, и устанавливается на расстоянии (300-800 мм) от верхнего распределительного устройства 2. Это позволяет промывать лишь верхний, загрязненный слой, не перемешивая его с нижним, чистым слоем. Такой прием обеспечивает снижение расхода промывной жидкости и времени промывки (так как требуется промывка слоя, в 1,5-2,0 раза меньшего, чем полный объем загрузки), и повышение качества фильтрата (за счет предотвращения загрязнения нижних, чистых слоев загрязнениями из верхнего слоя). To do this, in the inventive filter, the average drainage device 5, designed to supply washing water, is installed at a distance (300-800 mm) from the upper distribution device 2. This allows you to rinse only the upper, contaminated layer, without mixing it with a lower, clean layer. This technique provides a reduction in the flow rate of the washing liquid and the washing time (since a layer washing is required, which is 1.5-2.0 times less than the total volume of the load), and the filtrate quality is improved (by preventing contamination of the lower, clean layers with contaminants from the upper layer).

Более точно расстояние между двумя распределительными устройствами может быть определено экспериментально с использованием формулы
LX_o + (τ-τ_о)·V причем 0,3≅L≅0,8 м.More precisely, the distance between the two switchgears can be determined experimentally using the formula
LX _o + (τ-τ _о ) · V with 0.3≅L≅0.8 m.

Представленные здесь обозначения величин объяснены выше. The designations presented here are explained above.

Физический смысл формулы состоит в том, что расстояние между устройствами, равное высоте загрязненного слоя, складывается из высот начального слоя, в котором формируется фронт осадка, и слоя, в котором в течение фильтроцикла перемещается стационарный, сформировавшийся фронт. The physical meaning of the formula is that the distance between the devices, equal to the height of the contaminated layer, consists of the heights of the initial layer in which the precipitate front is formed, and the layer in which a stationary, formed front moves during the filter cycle.

Итак, фильтр отключается на промывку лобового слоя, для чего подача исходной жидкости прекращается, а через среднее распределительное устройство 5 в фильтрующий слой подается промывная жидкость. Возможны два варианта осуществления промывки. So, the filter is turned off for washing the frontal layer, for which the supply of the initial liquid is stopped, and through the middle switchgear 5, the washing liquid is supplied to the filter layer. Two flushing options are possible.

По первому фильтр, по крайней мере, до уровня устройства 5 предварительно, до подачи промывной жидкости, опорожняется (с помощью сжатого воздуха или самотеком). Подаваемая затем жидкость взвешивает лобовой слой и постепенно заполняет свободное пространство фильтра, вынося туда отмытые загрязнения. При подаче эта жидкость вытесняет находящуюся в фильтре жидкость через устройство 6 и патрубок 13. Подача жидкости на промывку прекращается при ее появлении на выходе из фильтра, что определяется по анализу пробы или расчетным путем (по объему свободного пространства фильтра плюс межзерновой объем загрязненной части фильтрующего слоя). According to the first, the filter, at least to the level of device 5, is pre-emptied (using compressed air or by gravity) before the wash liquid is supplied. The liquid supplied then weighs the frontal layer and gradually fills the free space of the filter, taking out the washed dirt there. When supplied, this liquid displaces the liquid in the filter through the device 6 and nozzle 13. The supply of liquid to the washing is stopped when it appears at the outlet of the filter, which is determined by the analysis of the sample or by calculation (by the volume of the free space of the filter plus the intergranular volume of the contaminated part of the filter layer )

При осуществлении обоих вариантов промывания жидкость выносит вымытые из слоя загрязнения в свободное пространство фильтра, где они с восходящим потоком жидкости поднимаются вверх и постепенно распределяются по всему свободному пространству. Поскольку подача промывной жидкости производится до момента появления ее на сливе из фильтра, вымытые загрязнения из фильтра не выходят и после прекращения подачи осаждаются на свободную поверхность фильтрующего слоя. Поскольку толщина верхнего, промываемого слоя составляет 30-70% от общей толщины слоя, примерно пропорционально сокращается расход жидкости по сравнению с промывкой всего слоя. In the implementation of both washing options, the liquid carries out the impurities washed out of the pollution layer into the free space of the filter, where they rise upward and are gradually distributed throughout the free space with an upward flow of liquid. Since the washing liquid is supplied until it appears on the drain from the filter, the washed dirt does not come out of the filter and, after the supply is stopped, are deposited on the free surface of the filter layer. Since the thickness of the upper, washable layer is 30-70% of the total thickness of the layer, liquid consumption is approximately proportionally reduced compared to washing the entire layer.

После промывки в фильтр с использованием вышеописанного приема вновь подается исходная суспензия. Так как она поступает под свободную поверхность слоя с осевшими на ней загрязнениями, последние не препятствуют ее перемещению и не снижают продолжительность фильтроцикла. After washing, the initial suspension is again fed to the filter using the above-described method. Since it enters under the free surface of the layer with impurities settled on it, the latter do not impede its movement and do not reduce the duration of the filter cycle.

При загрязнении верхнего слоя вновь производится его промывка с последующим переключением аппарата на режим фильтрования. В дальнейшем описанные режимы работы повторяются. If the top layer is contaminated, it is washed again with the subsequent switching of the apparatus to the filtering mode. Further, the described operating modes are repeated.

Как показали эксперименты, целесообразно проведение 4-5 промывок без выноса загрязнений из фильтра. Затем, при очередной промывке, все накопленные загрязнения удаляются из фильтра. As experiments showed, it is advisable to carry out 4-5 washes without removing contaminants from the filter. Then, during the next flushing, all accumulated contaminants are removed from the filter.

В лобовом слое задерживается основная масса загрязнений, остальные улавливаются в нижнем, контрольном слое, расположенном ниже среднего устройства 5. Этот слой постепенно загрязняется, потому через 4-10 промывок лобового слоя производится промывка всего фильтрующего материала. The main mass of contaminants is retained in the frontal layer, the rest is trapped in the lower, control layer, located below the middle device 5. This layer is gradually contaminated, therefore, after 4-10 washes of the frontal layer, the entire filtering material is washed.

Рассмотрим пример конкретного осуществления способа. Consider an example of a specific implementation of the method.

Исходная суспензия (раствор азотной кислоты + сажа) концентрацией твердого (сажи) 1,2 г/л подавалась на фильтр диаметром 500 мм, в котором располагался слой зернистого фильтрующего материала высотой 1100 мм. The initial suspension (nitric acid solution + carbon black) with a solid (carbon black) concentration of 1.2 g / l was fed to a filter with a diameter of 500 mm, in which a layer of granular filter material with a height of 1100 mm was located.

Фильтрующий слой состоял из двух частей, при этом нижняя часть высотой 500 мм состояла из слоя шариков из нержавеющей стали диаметром 0,2-0,4 мм, а верхняя содержала гранулы электрокорунда диаметром 0,5-1,0 мм. The filter layer consisted of two parts, while the lower part, 500 mm high, consisted of a layer of stainless steel balls with a diameter of 0.2-0.4 mm, and the upper one contained granules of electrocorundum with a diameter of 0.5-1.0 mm.

На расстоянии 100 м от верхней границы слоя располагалось верхнее распределительное устройство лучевого типа, размер отверстий в котором был равен 3,0 мм. Ниже этого устройства на расстоянии от него 600 мм (и на 100 мм ниже границы двух фильтрующих слоев), было установлено среднее распределительное устройство. Толщина нижнего, контрольного слоя составляла 400 мм. At a distance of 100 m from the upper boundary of the layer was located the upper beam-type switchgear, the size of the holes in which was 3.0 mm. Below this device at a distance of 600 mm from it (and 100 mm below the border of the two filter layers), a medium distribution device was installed. The thickness of the lower control layer was 400 mm.

Фильтрование производилось со скоростью5 м/ч (расход 1,0 м³/ч) до максимального перепада давления на фильтре 0,3 МПа. При этом было профильтровано 8 м³ суспензии, расчетная грязеемкость (на весь слой) составила 45-50 г/л.Filtering was performed at a speed of ⁵ m / h (flow rate 1.0 m ³ / h) to a maximum pressure drop across the filter of 0.3 MPa. At the same time, 8 m ^{3 of the} suspension was filtered, the estimated dirt capacity (over the entire layer) was 45-50 g / l.

По окончании фильтрования в аппарат через среднее распредустройство была подана промывная жидкость (азотная кислота), при этом фильтр был предварительно подопорожнен. Для промывки было использовано ≈250 л промывной жидкости, после заполнения фильтра промывка была прекращена, вымытые загрязнения остались в свободном пространстве аппарата. At the end of the filtration, a washing liquid (nitric acid) was supplied to the apparatus through the middle switchgear, while the filter was previously emptied. For washing, ≈250 L of washing liquid was used, after filling the filter, washing was stopped, the washed dirt remained in the free space of the apparatus.

При повторной подаче исходной суспензии из-за частичного загрязнения неотмытой нижней части фильтрующего слоя начальный перепад давления возрос, что позволило профильтровать уже не 8, а 4,0 м³суспензии. Уловленные загрязнения вновь через среднее устройство были вымыты в свободный объем фильтра.When re-supplying the initial suspension due to partial contamination of the unwashed lower part of the filter layer, the initial pressure drop increased, which made it possible to filter not 8, but 4.0 m ^{3 of the} suspension. The collected contaminants were again washed through the middle device into the free volume of the filter.

Затем были проведены еще два цикла с очисткой в каждом по 2,0 м³суспензии и выносом отмытых загрязнений после третьего цикла в верхнюю часть фильтра.Then two more cycles were carried out with each purification of 2.0 m ^{3 of} suspension and removal of washed impurities after the third cycle to the top of the filter.

По окончании четвертого цикла был промыт весь фильтрующий слой с выносом всех ранее уловленных взвесей из аппарата. В первых трех циклах было использовано 0,75 м³ промывной жидкости, в последнем 0,4 м³. Всего на 16 м³ очищенной суспензии было израсходовано 1,15 м³ промывной жидкости, что составляет расход жидкости на собственные нужды фильтра 7% Общая расчетная грязеемкость находящегося в фильтре слоя (за четыре цикла, до полной промывки слоя) составила 90 г/л загрузки.At the end of the fourth cycle, the entire filter layer was washed with the removal of all previously caught suspensions from the apparatus. In the first three cycles, 0.75 m ^{3 of} washing liquid was used, in the last 0.4 m ³ . A total of 1.15 m ^{3 of} washing liquid was consumed for 16 m ^{3 of the} purified suspension, which is a liquid consumption of 7% for the filter’s own needs. The total estimated dirt capacity of the layer in the filter (for four cycles, until the layer is completely washed) was 90 g / l of charge .

Для сравнения фильтрование указанной суспензии было произведено на фильтре обычной конструкции с аналогичной фильтрующей загрузкой с подачей суспензии на поверхность фильтрующего слоя и с промывкой всего его объема. При этом за фильтроцикл (до достижения предельного перепада давления на фильтре 0,3 МПа) было обработано 2,0 м³ суспензии, грязеемкость слоя составила 12 г/л, для обработки 16 м³ суспензии (сколько ее обработано в предлагаемом фильтре за один полный фильтроцикл) понадобилось проведение 8 фильтроциклов с восьмью промывками. Причем, на каждую промывку было израсходовано 0,4 м³жидкости, а всего ≈3,2 м³. Расход промжидкости на собственные нужды фильтра составил 20%
Как видно, предлагаемое решение позволило примерно в 3 раза снизить расход промывной жидкости.For comparison, the filtering of the specified suspension was carried out on a filter of a conventional design with a similar filter load, feeding the suspension to the surface of the filter layer and washing its entire volume. At the same time, for a filter cycle (before reaching the maximum pressure drop across the filter of 0.3 MPa), 2.0 m ^{3 of} suspension was processed, the dirt capacity of the layer was 12 g / l, for processing 16 m ^{3 of} suspension (how much it was processed in the proposed filter in one full filter cycle) it was necessary to carry out 8 filter cycles with eight washes. Moreover, 0.4 m ^{3 of} liquid was consumed for each washing, and a total of ≈3.2 m ³ . The fluid consumption for the filter’s own needs was 20%
As you can see, the proposed solution allowed approximately 3 times to reduce the flow rate of the wash fluid.

Учитывая эти результаты, на предлагаемом фильтре была произведена очистка суспензии с концентрацией сажи 3,0 г/л. Было проведено 2 цикла: первый без выноса вымытых загрязнений из фильтра, второй с удалением всех загрязнений с отмывкой всего слоя. При этом было обработано 4,5 м³суспензии (3,0 м³ в первом цикле и 1,5 м³ во втором). На проведение промывок использовано 0,65 м³ промывной жидкости, или 14% от объема обработанной суспензии Это, в принципе, вполне приемлемое соотношение, что позволяет значительно расширить сферу применения насыпных фильтров по предельно допустимой концентрации взвесей в исходной суспензии и рекомендовать их использование при концентрации твердого до 3 г/л.Considering these results, the suspension was cleaned with a soot concentration of 3.0 g / l on the proposed filter. 2 cycles were carried out: the first without removing the washed out impurities from the filter, the second with the removal of all impurities with washing the entire layer. In this case, 4.5 m ^{3 of} suspension were processed (3.0 m ³ in the first cycle and 1.5 m ³ in the second). For washing, 0.65 m ^{3 of} washing liquid, or 14% of the volume of the treated suspension, was used. This, in principle, is an acceptable ratio, which can significantly expand the scope of bulk filters according to the maximum permissible concentration of suspensions in the initial suspension and recommend their use at a concentration solid up to 3 g / l.

Claims

1. A method of purifying a liquid by filtration, including supplying a liquid to be cleaned into the filter housing, passing it from top to bottom through a fixed layer of filtering granular charge, draining the clarified liquid from the housing, and backwashing the upper part of the washing liquid layer, characterized in that, the dirt capacity of the layer and reduce the flow rate of the washing liquid, the cleaned liquid is supplied under the upper part of the loading layer and is produced until it appears at the outlet of the filter housing.

2. A device for cleaning liquids by filtration, comprising a vertical housing, a lower drainage device with a granular loading layer placed on it, an upper distribution device in the form of perforated elements and a middle distribution device located in the loading layer, characterized in that, in order to increase the dirt capacity of the layer and reducing the flow rate of washing liquid, the upper distribution device is placed in the loading layer at a distance from the average 0.3 - 0.8 m and the size of the perforations in it is made in excess Dimensions particle layer is not less than three times.