RU2047565C1

RU2047565C1 - Method and device for cleaning liquid using gas and steam

Info

Publication number: RU2047565C1
Authority: RU
Inventors: А.В. Загнитько; Е.А. Никулин; Н.М. Троценко; В.Н. Прусаков
Original assignee: Российский научный центр "Курчатовский институт"
Priority date: 1992-08-04
Filing date: 1992-08-04
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: liquid filtration. SUBSTANCE: method involves precipitating dispersive admixtures onto frontal filtering surface by making steam and gas mixture under cleaning pass through a cartridge composed of multilayer metal-ceramic filtering tubes with frontal filtering layer covering each filter surface. Filter resistance is measured. The filter resistance rising 5-10 times as high, the deposit is removed in turn from the frontal side of the filtering tube by means of reversed flow of filtered steam mixture ejected with gas cleared of dust. The gas is supplied through each filtering tube in the flow direction opposite to that of the steam and gas mixture to be cleaned. The device has steam producer, filtering module, reflux condenser and clean liquid tank. The filtering tube cartridge is mounted above the admixture deposit collector tank. Supersonic nozzles are mounted above each filtering tube in coaxial relation with it on the same side with the clean chamber. The nozzles are connected with the compressed gas source controlled by a device measuring resistance of the filtering tube. EFFECT: enhanced effectiveness of liquid filtration. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к очистке веществ от дисперсных микропримесей и может быть использовано для высокоэффективной фильтрации жидкостей в микроэлектронике, атомной промышленности, биотехнологии. The invention relates to the purification of substances from dispersed trace elements and can be used for highly efficient filtration of liquids in microelectronics, the nuclear industry, and biotechnology.

Известен способ парогазовой очистки жидкости, включающий ее нагрев с образованием парогазовой взвеси, пропускание паров с примесями через обогреваемый фильтрующий элемент для предотвращения образования конденсата в фильтре, последующее охлаждение паров и сбор конденсата. Устройство для осуществления способа содержит резервуар-испаритель очищаемой жидкости, с которым соединен паропровод с размещенным внутри него фильтрующим элементом с наружным обогревом для предотвращения образования конденсата в фильтре, обратный холодильник парогазовой смеси, связанный отводной трубкой с накопителем конденсата. A known method of gas-vapor purification of a liquid, including its heating with the formation of gas-vapor suspension, passing vapor with impurities through a heated filter element to prevent the formation of condensate in the filter, subsequent cooling of the vapor and collecting condensate. The device for implementing the method comprises a reservoir-evaporator of the liquid to be cleaned, to which a steam line is connected with an external heating filter element located inside it to prevent condensation in the filter, a steam-gas mixture reflux condenser connected by a drain pipe to the condensate accumulator.

Недостатком способа и устройства для его осуществления является отсутствие периодической регенерации фильтрующего элемента, вследствие чего фильтр забивается осадком примесей, возрастает его аэродинамическое сопротивление и соответственно уменьшается производительность, т.е. количество очищаемой жидкости. В результате приходится прерывать процесс фильтрации и разбирать устройство для замены забитого осадком примесей фильтрующего элемента на новый фильтр (без осадка примесей). The disadvantage of the method and device for its implementation is the lack of periodic regeneration of the filter element, as a result of which the filter becomes clogged by a precipitate of impurities, its aerodynamic resistance increases and, accordingly, productivity decreases, i.e. amount of fluid to be cleaned. As a result, it is necessary to interrupt the filtering process and disassemble the device to replace the filter element clogged with sediment with a new filter (without sediment impurities).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение производительности парогазовой очистки. The problem to which the invention is directed, is to increase the productivity of combined cycle cleaning.

Технический результат будет выражаться в уменьшении сопротивления фильтрующего элемента путем его эжекционной импульсной регенерации очищенным парогазовым потоком. The technical result will be expressed in a decrease in the resistance of the filter element by ejection pulsed regeneration of the purified vapor-gas stream.

В заявляемом способе парогазовой очистки жидкости осаждают фильтрат примесей на фронтальную фильтрующую поверхность, пропуская очищаемую парогазовую взвесь через набор параллельных многослойных металлокерамических фильтрующих патронов. Непрерывно измеряют их сопротивление и периодически осуществляют последовательное удаление осадка с фронтальной фильтрующей поверхности каждого патрона в сборник фильтрата примесей потоком смеси эжектируемого очищенного пара фильтруемой жидкости и сжатого обеспыленного газа, подаваемого последовательно через каждый фильтрующий патрон обратно потоку очищаемой парогазовой взвеси. Это обеспечивает в течение длительного времени непрерывный процесс фильтрации жидкости путем периодического, последовательного удаления осадка примесей с фронтальной поверхности каждого фильтрующего патрона за счет их последовательной и периодической регенерации очищенным парогазовым потоком фильтруемой жидкости с последующим удалением фильтрата примесей. In the inventive method of gas-vapor purification of a liquid, an impurity filtrate is deposited on a front filtering surface, passing a purified gas-vapor suspension through a set of parallel multilayer metal-ceramic filter cartridges. Their resistance is continuously measured and the sediment is periodically sequentially removed from the front filtering surface of each cartridge to the impurity filtrate collector by a stream of a mixture of ejected purified steam of the filtered liquid and compressed dust-free gas supplied sequentially through each filter cartridge back to the stream of cleaned gas-vapor suspension. This ensures for a long time a continuous process of filtering the liquid by periodically, sequentially removing the precipitate of impurities from the frontal surface of each filter cartridge due to their sequential and periodic regeneration by a clean vapor-gas stream of the filtered liquid with subsequent removal of the filtrate of impurities.

Задачей заявляемого устройства для осуществления способа парогазовой очистки жидкости является повышение производительности очистки. Для ее реализации в заявляемом устройстве для осуществления парогазовой очистки жидкости фильтрующий элемент установлен над сборником фильтрата примесей и собран из набора параллельных многослойных металлокерамических фильтрующих цилиндрических патронов с эжекторами, над которыми соосно установлены сверхзвуковые сопла, соединенные с источником сжатого газа, управляемые измерителем сопротивления фильтрующих патронов. The objective of the claimed device for implementing the method of gas-vapor treatment of liquid is to increase the cleaning performance. For its implementation in the inventive device for performing gas-vapor purification of a liquid, the filter element is mounted above the impurity filtrate collector and assembled from a set of parallel multilayer metal-ceramic filtering cylindrical cartridges with ejectors over which supersonic nozzles are connected coaxially, connected to a compressed gas source, controlled by a filter cartridge resistance meter.

В результате удается осуществить периодическую эжекционную регенерацию фильтрующих обогреваемых патронов в последовательном порядке (без проверки устройства для замены патронов) и таким образом обеспечить непрерывность процесса фильтрации жидкости и его интенсификацию за счет периодического удаления с фронтальной фильтрующей поверхности фильтрата примесей и уменьшения сопротивления обогреваемых фильтрующих патронов вследствие их последовательной эжекционной регенерации. As a result, it is possible to carry out periodic ejection regeneration of filtering heated cartridges in sequential order (without checking the device for replacing cartridges) and thus ensure the continuity of the liquid filtration process and its intensification by periodically removing impurities from the front filtering surface of the filtrate and reducing the resistance of the heated filter cartridges due to their sequential ejection regeneration.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для осуществления способа парогазовой очистки жидкости; на фиг.2 разрез многослойного металлокерамического фильтрующего цилиндрического патрона с эжектором. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a device for implementing the method of gas-vapor treatment of liquid; figure 2 section of a multilayer cermet filtering cylindrical cartridge with an ejector.

Устройство включает резеруар-испаритель с очищаемой жидкостью 1, обогреваемый паропровод 2, обогреваемые многослойные металлокерамические фильтрующие цилиндрические параллельные патроны 3, эжекторы 4, установленные на выходе каждого фильтрующего патрона, обратный холодильник для конденсации очищенных паров жидкости 5, накопитель чистой жидкости 6, дифференциальный датчик сопротивления многослойных металлокерамических фильтрующих патронов 7, соединенный для управления и подачи импульсов сжатого обеспыленного газа от источника 8 через клапан 9 и свеpхзвуковые сопла 10 с целью периодической регенерации фильтрующих патронов, сборник фильтрата примесей 11. The device includes a reservoir-evaporator with the liquid being cleaned 1, a heated steam line 2, heated multilayer metal-ceramic filtering cylindrical parallel cartridges 3, ejectors 4 installed at the outlet of each filter cartridge, a reflux condenser for condensing the cleaned liquid vapor 5, a pure liquid storage device 6, a differential resistance sensor multilayer cermet filter cartridges 7, connected to control and supply pulses of compressed dust-free gas from a source 8 through svephzvukovye valve 9 and nozzle 10 for the purpose of periodically regenerating the filter cartridges, the collection of impurities filtrate 11.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. The proposed method is as follows.

Очищаемую жидкость помещают в резервуар-испаритель 1 и нагревают для образования парогазовой взвеси. Далее через обогреваемый паропровод 2 парогазовую смесь пропускают через фронтальную поверхность фильтрующего элемента, состоящего из набора многослойных параллельных металлокерамических фильтрующих цилиндрических патронов 3. При этом происходит отделение дисперсных микропримесей от паров очищаемой жидкости. Твердые микродисперсные частицы (взвесь, суспензия, коллоиды) осаждаются на передней фронтальной поверхности фильтрующих металлокерамических патронов, а пары жидкости проходят через пористую металлокерамику и не конденсируются в порах, поскольку фильтрующие патроны непрерывно обогревают. Осаждение частиц на фронтальную поверхность происходит вследствие того, что используются фильтрующие патроны с многослойной структурой, состоящей из грубопористой основы (спеченный порошок) с размером пор несколько десятков микрон и толщиной 2-3 мм, на переднюю поверхность которой нанесен тонкий слой спеченных, твердых, металлокерамических частиц тонкодисперсного порошка с размером пор до одного микрона и толщиной около десяти микрон (см. фиг.2). Именно в тонком слое на его поверхности за счет в основном ситового эффекта и диффузионного осаждения происходит улавливание дисперсных примесей, а внутри грубого, толстого слоя дисперсные микропримеси практически не осаждаются, т.е. фильтрат осадка осаждают на фронтальную поверхность тонкого слоя и внутри фильтрующий патрон практически не забивается. Очищенный пар далее поступает в обратный холодильник 5, конденсируется, и отфильтрованная (очищенная) жидкость поступает в накопитель 6. В процессе работы возрастает сопротивление фильтрующих патронов из-за увеличения объема фильтрата осадка на фронтальной фильтрующей поверхности (тонкий слой, фиг.2), вследствие чего уменьшается производительность очистки и количество очищенной жидкости. Изменение газодинамического сопротивления фильтрующих патронов Δ Р измеряется датчиком давления 7, и при увеличении Δ Р в 5-10 раз, т.е. 2/20 мм Нs, датчик давления выдает команду на электроклапан 9, запирающий источник сжатого обеспыленного газа 8, после чего импульс сжатого обеспыленного газа через сверхзвуковое сопло 10 и эжектор 4 эжектирует очищенный пар и подает его внутрь пор фильтра и далее наружу патрона 3. В результате поток сжатого газа и эжектированного очищенного пара отрывает и сбрасывает фильтрат осадка с фронтальной поверхности тонкого слоя фильтрующего патрона. Осадок далее под действием силы тяжести и конвективного газопарового переноса поступает в сборник фильтрата примесей. При этом, как показывают экспериментальные данные, именно очистка обогреваемой поверхности фильтрующего патрона нагретым эжектируемым паром и обеспыленным газом приводит к положительному эффекту; отрыву фильтрата осадка и существенному при этом уменьшению сопротивления фильтрующего патрона. Таким образом, обогрев фильтрующего элемента с фильтратом не только препятствует конденсации паров, но и увеличивает эффективность отрыва фильтрата осадка с поверхности патрона смесью сжатого газа и эжектированного горячего очищенного пара, вследствие уменьшения силы адгезии между фронтальной фильтрующей поверхностью и дисперсными микропримесями осадка. The cleaned liquid is placed in the tank-evaporator 1 and heated to form a vapor-gas suspension. Then, through the heated steam line 2, the gas-vapor mixture is passed through the frontal surface of the filter element, consisting of a set of multilayer parallel metal-ceramic filtering cylindrical cartridges 3. In this case, the dispersed microimpurities are separated from the vapors of the liquid being cleaned. Solid microdispersed particles (suspension, suspension, colloids) are deposited on the front front surface of the filtering ceramic-metal cartridges, and liquid vapor passes through porous ceramic-metal and does not condense in the pores, since the filtering cartridges are continuously heated. Particles are deposited on the front surface due to the use of filter cartridges with a multilayer structure consisting of a coarse-porous base (sintered powder) with a pore size of several tens of microns and a thickness of 2-3 mm, on the front surface of which a thin layer of sintered, solid, cermet is applied fine powder particles with a pore size of up to one micron and a thickness of about ten microns (see figure 2). It is in a thin layer on its surface that, due mainly to the sieve effect and diffusion deposition, dispersed impurities are captured, and dispersed microimpurities are practically not deposited inside the coarse, thick layer, i.e. the precipitate filtrate is deposited on the front surface of a thin layer and inside the filter cartridge is practically not clogged. The purified steam then enters the reflux condenser 5, condenses, and the filtered (purified) liquid enters the accumulator 6. During operation, the resistance of the filter cartridges increases due to the increase in the volume of the filtrate of the sediment on the front filter surface (thin layer, Fig. 2), due to which decreases the cleaning performance and the amount of purified liquid. The change in the gas-dynamic resistance of the filter cartridges Δ P is measured by a pressure sensor 7, and with an increase in Δ P by 5-10 times, i.e. 2/20 mm Нs, the pressure sensor gives a command to the electrovalve 9, which shuts off the source of compressed dedusted gas 8, after which a pulse of compressed dedusted gas ejects the cleaned steam through the supersonic nozzle 10 and ejector 4 and passes it inside the filter pores and then on to the outside of cartridge 3. B As a result, the flow of compressed gas and ejected purified steam tears off and discharges the precipitate filtrate from the front surface of a thin layer of filter cartridge. The precipitate is then under the influence of gravity and convective gas-vapor transfer enters the collection of impurity filtrate. Moreover, as experimental data show, it is the cleaning of the heated surface of the filter cartridge with heated ejected steam and dust-free gas that leads to a positive effect; separation of the filtrate of the precipitate and a substantial decrease in the resistance of the filter cartridge. Thus, heating the filter element with the filtrate not only prevents vapor condensation, but also increases the efficiency of the separation of the precipitate of the precipitate from the surface of the cartridge with a mixture of compressed gas and ejected hot purified steam, due to a decrease in the adhesion force between the front filter surface and dispersed microimpurities of the precipitate.

Кроме того, эжектирование пара обеспыленным газом увеличивает его ударный (кинетический) импульс при разрушении отрыве и сбросе осадка примесей с фронтальной поверхности цилиндрического патрона, поскольку осадок разрушается и отделяется от поверхности не только под воздействием газодинамического потока молекул обеспыленного газа, но и под воздействием импульса потока молекул пара с большой концентрацией. Для обеспечения непрерывности процесса очистки жидкости от дисперсных частиц сброс осадка и регенерацию патронов проводят последовательно (по очереди) и периодически по мере накопления фильтрата и соответственно существенного увеличения сопротивления фильтрующего элемента (в 5-10 раз). In addition, steam ejection with a dust-free gas increases its shock (kinetic) momentum upon separation separation and impurity sediment discharge from the front surface of the cylindrical cartridge, since the precipitate is destroyed and separated from the surface not only under the influence of the gas-dynamic flow of dust-free gas molecules, but also under the influence of a flow pulse high concentration steam molecules. To ensure the continuity of the process of cleaning liquid from dispersed particles, sludge discharge and cartridge regeneration are carried out sequentially (in turn) and periodically as the filtrate accumulates and, accordingly, a significant increase in the resistance of the filter element (5-10 times).

Пример работы устройства для осуществления способа парогазовой очистки жидкости. An example of the operation of the device for implementing the method of gas-vapor treatment of liquid.

Очистке подвергался раствор, имитирующий морскую воду, с общим содержанием примесей ≈ 4% из них коллоидных частиц состава Fe(OH)₃ и ZnО с размером менее 0,2 мкм не более 0,3% Для очистки раствора использовали четыре двухслойных фильтрующих цилиндрических патрона 3 из нержавеющей стали с диаметром пор тонкого слоя до 1 мкм (см. фиг.2). Температура нагрева раствора 80-90^оС. Последовательную регенерацию фильтрующих патронов осуществляли сжатым азотом особой чистоты через электроклапан 9. Сборник фильтрата примесей 11 изготовлен из нержавеющей стали с фильтром из частиц нержавеющего порошка с размером пор 5-10 мкм.A solution simulating sea water with a total impurity content of ≈ 4% of them colloidal particles of the composition Fe (OH) ₃ and ZnО with a size of less than 0.2 μm no more than 0.3% was subjected to cleaning. Four two-layer filtering cylindrical cartridges 3 were used to clean the solution stainless steel with a pore diameter of a thin layer up to 1 μm (see figure 2). The heating temperature of the solution to 80-90 ° ^C. The sequential regeneration of the filter cartridges carried purity compressed nitrogen through the solenoid valve 9. filtrate collection impurities 11 is made of stainless steel with a stainless filter of the particles of the powder having a pore size of 5-10 microns.

Дистилляцией раствора с последующей фильтрацией пароводяной взвеси через обогреваемый металлокерамический фильтрующий элемент удалось достигнуть эффективности очистки более 99,9% по счетной концентрации дисперсных микропримесей. (Эффективность очистки воды определялась по величине ее электропроводности и с помощью счетчика дисперсных частиц Культера). Многократные циклы регенерации фильтрующего элемента (свыше 15 циклов) с восстановлением его сопротивления, близкого по величине к исходному значению Δ Р незабитого фильтра, позволяет сделать вывод о возможности осуществления непрерывной работы фильтрующего элемента (за счет последовательной регенерации фильтрующих двухслойных металлокерамических цилиндрических патронов эжектируемым очищенным паром и сжатым газом) и таким образом увеличить производительность и количество очищаемой жидкости. By distilling the solution, followed by filtering the steam-water suspension through a heated cermet filter element, it was possible to achieve a cleaning efficiency of more than 99.9% based on the calculated concentration of dispersed microimpurities. (The efficiency of water purification was determined by the value of its electrical conductivity and using a Coulter particle dispersion counter). Repeated cycles of regeneration of the filter element (over 15 cycles) with the restoration of its resistance, close in magnitude to the initial value Δ P of an unbroken filter, allows us to conclude that it is possible to continuously operate the filter element (due to the sequential regeneration of filtering two-layer metal-ceramic cylindrical cartridges with ejected purified steam and compressed gas) and thus increase the productivity and amount of cleaned liquid.

Claims

1. A method of gas-vapor cleaning of a liquid, including heating it with the formation of gas-vapor suspension, passing vapors with dispersed impurities through a heated filter element, subsequent cooling of the vapors and collecting condensate, characterized in that the filtrate of dispersed impurities is deposited on the front filtering surface, passing the cleaned gas-vapor suspension through a set of parallel multilayer cermet filter cartridges with a thin layer of finely dispersed cermet particles on the front surface, not They continuously measure their resistance and, when it increases by a factor of 5–10, periodically sequentially remove the sediment from the front filtering surface of each cartridge into the impurity filtrate collector by a stream of a mixture of compressed dedusted gas supplied sequentially through a set of filter cartridges back to the stream of cleaned gas-vapor suspension and purified steam ejected by it filtered fluid.

2. A device for gas-vapor cleaning of liquid, including a tank-evaporator with a liquid to be cleaned, connected to an external heating filter element to prevent condensation in the steam line and filter, a reflux condenser installed after the filter element and docked with the purified liquid storage, characterized in that the filter element is mounted above the impurity filtrate collector introduced into the device and assembled from a set of parallel multilayer ceramic-metal filter cylinders cartridges with ejectors, over which coaxially mounted supersonic nozzles are connected to a source of compressed gas, controlled by a resistance meter for filter cartridges.