(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21 ) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B1 (51) IntCl7 B01D 29/03 (54)Urządzenie do separacji strumienia płynu zawierającego substancję rozproszoną (62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie: (73) Uprawniony z patentu: Niedzielski Krzysztof Jan, Pabianice, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 22/95 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 06/01 (72) Twórcy wynalazku: Krzysztof Jan Niedzielski, Pabianice, PL PL B1 (5 7 ) 1. Urządzenie do separacji strumienia płynu zawierającego substancję rozproszoną zawierające obudowę z króćcami oraz porowatą przegrodę o dobranej powierzchni, znamienne tym, że z obudową (1), poza konstrukcyjnymi przegrodami (5), połączone są zasilający króciec (2) wielofazowego strumienia płynu i króciec odbioru koncentratu (3) a pomiędzy konstrukcyjnymi przegrodami (5) króciec odbioru filtratu (4) natomiast wewnątrz obudowy (1 ), pomiędzy konstrukcyjnymi przegrodami (5), usytuowane są przepływowe przewody (6), które montowane są w przeznaczonych do tego gniazdach konstrukcyjnych przegród (5), urządzenie ma zamontowany co najmniej jeden przewód z przewodów przepływowych (6), ścianki przewodów przepływowych (6) wykonane są z porowatej przegrody o zamkniętym przekroju, dla którego zastępcza średnica korzystnie większa jest od iloczynu charakterystycznej największej średnicy porów w ściance przepływowego przewodu (6) i liczby 200, lub dla przekroju kołowego, dla którego średnica wewnętrzna korzystnie większa jest od iloczynu charakterystycznej największej średnicy porów w ściance przepływowego przewodu (6) i liczby 200,... Fig. 1 Fig. 2

2 Urządzenie do separacji strumienia płynu zawierającego substancję rozproszoną Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do separacji strumienia płynu zawierającego substancję rozproszoną, zawierające obudowę z króćcami oraz porowatą przegrodę o dobranej powierzchni, znamienne tym, że z obudową (1), poza konstrukcyjnymi przegrodami (5), połączone są zasilający króciec (2) wielofazowego strumienia płynu i króciec odbioru koncentratu (3) a pomiędzy konstrukcyjnymi przegrodami (5) króciec odbioru filtratu (4) natomiast wewnątrz obudowy (1), pomiędzy konstrukcyjnymi przegrodami (5), usytuowane są przepływowe przewody (6), które montowane są w przeznaczonych do tego gniazdach konstrukcyjnych przegród (5), urządzenie ma zamontowany co najmniej jeden przewód z przewodów przepływowych (6), ścianki przewodów przepływowych (6) wykonane są z porowatej przegrody o zamkniętym przekroju, dla którego zastępcza średnica korzystnie większa jest od iloczynu charakterystycznej największej średnicy porów w ściance przepływowego przewodu (6) i liczby 200, lub dla przekroju kołowego, dla którego średnica wewnętrzna korzystnie większa jest od iloczynu charakterystycznej największej średnicy porów w ściance przepływowego przewodu (6) i liczby 200, ścianki przewodów przepływowych (6) wykonane są z porowatej przegrody o korzystnie zmiennej porowatości, przy czym ścianka przepływowego przewodu (6) ma korzystnie trzy warstwy (10, 11, 12) o różnej porowatości takie jak wewnętrzną warstwę (10), zewnętrzną warstwę (11) i środkową warstwę (12) korzystnie o najmniejszej porowatości, a długość przewodu dla przewodów przepływowych (6) jest większa od iloczynu jego średnicy lub średnicy zastępczej i liczby 10, przy czym korzystnie wewnątrz zamontowanego przewodu z przewodów przepływowych (6) umieszczony jest mieszacz (7) o długości mniejszej od długości przepływowego przewodu (6). 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że mieszacz (7) połączony jest z napędowym układem (8), który wewnątrz zamontowanego przewodu z przewodów przepływowych (6) wywołuje ruch obrotowy mieszacza (7). 3. Urządzenie według zastrz. 2, znamienne tym, że wewnątrz zamontowanego przewodu z przewodów przepływowych (6) znajduje się porowata przegroda (9), wewnątrz której znajduje się mieszacz (7). * * * Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do separacji strumienia płynu zawierającego substancję rozproszoną w postaci fazy stałej i/lub ciekłej przeznaczone do separacji lub filtracji zawiesin i/lub separacji aerozoli i/lub odpylania gazów. W związku z tym, że separacja fazy rozproszonej dotyczy szerszego zakresu zjawisk niż filtracja, która jest nazwą operacji jednostkowych powszechnie używaną w literaturze przedmiotu w opisie wynalazku będzie ona występowała w celu zilustrowania stanu techniki. Znane są urządzenia do filtracji zawiesin wodnych i rozdzielania aerozoli stosujące porowate przegrody do separacji zawiesin lub oddzielania aerozoli. W przypadku oddzielania zawiesin z fazy ciekłej stosuje się porowate przegrody w tych urządzeniach a prowadzony na nich proces nosi nazwę filtracji lub filtracji objętościowej. Znane są również urządzenia, które stosują proces filtracji dynamicznej, w którym zawiesina przepływa w kierunku równoległym do przegrody filtracyjnej a przesącz prostopadle do przegrody, proces taki prowadzony jest jednak w aparatach tarczowych o dużych pojemnościach, w których prowadzi się intensywne mieszanie tarczą mechaniczną w bezpośredniej bliskości przegrody filtracyjnej lub w przestrzeni otwartej do atmosfery.

3 Znane są również urządzenia do filtracji molekularnej za pomocą separacji membranowej o wielkości makrocząsteczki rzędu mniejszej niż 0.1 μm. Urządzenia do filtracji molekularnej mają moduły filtracyjne, w których średnica przewodu filtracyjnego jest rzędu 50 μm a grubość efektywnej ścianki filtracyjnej tego samego rzędu. W urządzeniach separacyjnych prowadzony jest również proces ultrafiltracji, gdzie w rurowych membranach o nawiniętych powłokach materiału separacyjnego. Proces taki charakteryzuje się jednak małymi wydajnościami i znacznymi oporami filtracji nawet 3-10 MPa dla procesu odwróconej osmozy. W przypadku filtracji zawiesin prędkość przepływu filtratu (przesączu) jest prostopadła do przegrody filtracyjnej, nie występuje tutaj przepływ koncentratu lub przepływ koncentratu odbywa się w przestrzeni otwartej lub porównywalnej do otwartej. Urządzenia do filtracji zanieczyszczeń gazowych najczęściej pyłów mają z reguły również porowate przegrody jako materiały filtracyjne takie jak tkaniny, włókniny, maty, taśmy, siatki metalowe, porowate wyroby ceramiczne lub metalurgiczne itp. Stosuje się również wkłady filtracyjne w postaci tzw. filtrów świecowych do urządzeń do filtracji wgłębnej fazy rozproszonej w przepływającym płynie, gdzie płyn występuje w układzie dwufazowym i zawiera substancję rozproszoną w postaci fazy stałej zawierające obok płynnego nośnika transportowego wyodrębnioną powierzchnią rozdziału faz dodatkową substancję, rozproszoną o charakterystycznej wielkości rozproszenia ziarna wyznaczonej średnicą zastępczą ziarna lub kropli cieczy nie rozpuszczonej w płynie mieszczącą się w przedziale wielkości od maksimum: rząd kilku dziesiątych części mm dla małego rozproszenia fazy stałej w gazie ( mm) do minimum: wielkości rzędu 0.1 μm dla rozproszenia fazy stałej w cieczy np. zawiesiny wodnej lub podobnej wielkości ziarna pyłu aerozolowego od wielkości 0.05 μm rozproszonego w powietrzu. Filtry te posiadają porowatą przegrodę, gdzie wielkość porów ɸp w materiale przegrody porowatej do separacji płynu z fazą rozproszoną jest w przybliżeniu równa wielkości średnicy dp największego ziarna jakie przechodzi przez porowatą przegrodę, przy czym przegroda ta nazywana jest wkładem lub filtrem świecowym i występuje najczęściej w formie walca zakończonego z jednej strony wejściem lub wyjściem a z drugiej denkiem. Znane urządzenie do separacji strumienia płynu zawierającego substancję rozproszoną ma obudowę z króćcami wlotowym dla zasilającego strumienia i wylotowym dla odbioru filtratu, na dole obudowy filtra często ma króciec spustowy. Wewnątrz obudowy filtra umieszczona jest konstrukcyjna przegroda, w której zamocowany jest świecowy wkład filtracyjny. Strumień zasilający kierowany jest do wnętrza obudowy filtra i po przejściu przez ścianki filtra w postaci filtratu odbierany jest króćcem wylotowym. Świecowy wkład filtracyjny wymaga częstych wymian z powodu jego zablokowania, gdy ilość osadu w strumieniu zasilającym ma większy udział wpływający niekorzystnie na pracę filtra. Celem wynalazku było opracowanie urządzenia do separacji fazy rozproszonej w płynie. Urządzenie według wynalazku ma służyć do separacji fazy rozproszonej w przepływającym płynie, gdzie płyn występuje w układzie wielofazowym i zawiera substancję rozproszoną w postaci fazy stałej i/lub ciekłej w ośrodku płynnym o zdecydowanej przewadze ilościowej określonym jako separowane medium zawierające obok płynnego nośnika transportowego wyodrębnioną powierzchnią rozdziału faz dodatkową substancję rozproszoną o charakterystycznej wielkości rozproszenia ziarna lub kropli wyznaczonej średnicą zastępczą ziarna lub kropli cieczy nie rozpuszczonej w płynie, przy czym udział objętościowy fazy stałej jest na tyle duży, że zastosowanie np. filtrów świecowych jest nieuzasadnione ekonomiczne a separacja na hydrocyklonach jest technologicznie niewystarczająca. Istota urządzenia do separacji strumienia płynu zawierającego substancję rozproszoną, zawierające obudowę z króćcami oraz porowatą przegrodę o dobranej powierzchni polega na tym, że z obudową poza konstrukcyjnymi przegrodami połączone są zasilający króciec wielofazowego strumienia płynu i króciec odbioru koncentratu a pomiędzy konstrukcyjnymi przegrodami króciec odbioru filtratu natomiast wewnątrz obudowy, pomiędzy konstrukcyjnymi przegrodami, usytuowane są przepływowe przewody, które montowane są w przeznaczonych do tego gniazdach konstrukcyjnych przegród. Urządzenie ma zamontowany co najmniej jeden przewód z przewodów przepływowych. Ścianki przewodów przepływowych wykonane są

4 z porowatej przegrody o zamkniętym przekroju, dla którego zastępcza średnica korzystnie większa jest od iloczynu charakterystycznej największej średnicy porów w ściance przepływowego przewodu i liczby 200, lub dla przekroju kołowego, dla którego średnica wewnętrzna korzystnie większa jest od iloczynu charakterystycznej największej średnicy porów w ściance przepływowego przewodu i liczby 200. Ścianki przewodów przepływowych wykonane są z porowatej przegrody o korzystnie zmiennej porowatości. Ścianka przepływowego przewodu ma korzystnie trzy warstwy o różnej porowatości takie jak wewnętrzną warstwę, zewnętrzną warstwę i środkową warstwę korzystnie o najmniejszej porowatości. Długość przewodu dla przewodów przepływowych jest większa od iloczynu jego średnicy lub średnicy zastępczej i liczby 10. Korzystnie wewnątrz zamontowanego przewodu z przewodów przepływowych umieszczony jest mieszacz o długości mniejszej od długości przepływowego przewodu. Również istota urządzenia do separacji strumienia płynu zawierającego substancję rozproszoną, zawierające obudowę z króćcami oraz przegrodę porowatą o dobranej powierzchni polega na tym, że mieszacz połączony jest z napędowym układem, który wewnątrz zamontowanego przewodu z przewodów przepływowych wywołuje ruch obrotowy mieszacza. Również istota urządzenia do separacji strumienia płynu zawierającego substancję rozproszoną, zawierające obudowę z króćcami oraz przegrodę porowatą o dobranej powierzchni polega na tym, że wewnątrz zamontowanego przewodu z przewodów przepływowych znajduje się porowata przegroda, wewnątrz której znajduje się mieszacz. Urządzenie do separacji strumienia płynu zawierającego substancję rozproszoną umożliwia według wynalazku utrzymywanie wypadkowej prędkości przepływu separowanego medium równolegle do powierzchni przegrody porowatej co powoduje utrzymanie burzliwości przepływu medium w procesie separacji w wyniku tego wyeliminowane lub ograniczone zostaje zjawisko powstawania placka filtracyjnego. Brak naturalnego dławienia przez placek filtracyjny procesu przepływu medium przez przepływowy przewód umożliwia intensyfikację procesu separacji, przez co maleją koszty eksploatacyjne procesu separacji i zmniejszają się koszty inwestycyjne, gdyż aparatura procesowa ulega zmniejszeniu. Wykorzystanie zjawiska aglomeracji cząstek w wyniku dużej burzliwości przepływu poprawia sprawność procesu separacji i powiększa stężenie separowanej fazy w koncentracie. Korzystne skutki wynalazku najlepiej można zauważyć, gdy urządzenie pracuje w płynie, który zawiera fazę rozproszoną w postaci ziarna a wielkość separowanego ziarna właściwa dla urządzenia mieści się w przedziale wielkości od maksimum: rząd kilku dziesiątych części mm dla małego rozproszenia fazy stałej w gazie ( mm) do minimum: wielkości rzędu 0.1 μm dla rozproszenia fazy stałej w cieczy np. zawiesiny wodnej lub podobnej wielkości ziarna pyłu aerozolowego od wielkości 0.05 μm rozproszonego w powietrzu, posiadającego porowatą przegrodę, gdzie wielkość porów ɸp w materiale przegrody porowatej do separacji płynu z fazą rozproszoną jest w przybliżeniu równa wielkości średnicy dp największego ziarna lub kropli jaka przechodzi przez przegrodę porowatą o dobranej długości, przy czym przegroda porowata występuje tutaj w postaci przepływowego przewodu, którego ścianki wykonane są z porowatego materiału np. włókniny polipropylenowej, poliamidowej lub kombinacji tkaniny filtracyjnej z włókniną. Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat urządzenia: fig. 1 przedstawia schematycznie separator - urządzenie do separacji w przekroju osiowym, a fig. 2 przedstawia je w przekroju poprzecznym w płaszczyźnie A-A pokazanej na fig. 1. Przykład wykonania urządzenia. Do obudowy separatora 1 dołączone są króćce 2, 3, 4 obsługujące proces separacji, podanie zasilania następuje króćcem 2, odbiór koncentratu następuje króćcem odbioru koncentratu 3, odbiór filtratu następuje króćcem odbioru filtratu 4. Wewnątrz obudowy 1 są usytuowane dwie konstrukcyjne przegrody 5, które spełniają zadanie podobne do funkcji dna sitowego z gniazdami do zamontowania przepływowego przewodu 6 o ściankach z trójwarstwowej, porowatej przegrody separacyjnej. Konstrukcyjne przegrody 5 z ulokowanymi w nich gniazdami służą do szczelnego zamocowanego montowanego przepływowego przewodu 6 zakończonego końcówkami z uszczelnieniem typu o-ring w wyodrębnionej komorze.

5 Przestrzeń wewnątrz obudowy 1 pomiędzy konstrukcyjnymi przegrodami 5 tworzy komorę do separacji, w której zamontowany jest przepływowy przewód 6 o przekroju kołowym. Wewnątrz przepływowego przewodu 6 znajduje się mieszacz 7 oddzielony od przepływowego przewodu 6 porowatą przegrodą 9. Mieszacz 7 powoduje podział strugi w przepływającym medium i zwiększa burzliwość (turbulencję) przepływu. Mieszacz 7 połączony jest z napędowym układem 8, który powoduje ruch obrotowy mieszacza 7 wewnątrz przepływowego przewodu 6. Dodatkowa porowata przegroda 9, wewnątrz której obraca się mieszacz 7 zabezpiecza ścianę przepływowego przewodu 6. Przepływowy przewód 6 ma ścianę, która zbudowana jest z trzech warstw 10, 11, 12. Ścianka składa się z trzech warstw: wewnętrzna warstwa 10 wykonana jest z tkaniny filtracyjnej, zewnętrzna warstwa 11 wykonana jest z tkaniny filtracyjnej, a środkowa warstwa 12 wykonana jest z włókniny z polipropylenu. Budowa ścianki jest taka, że włóknina z polipropylenu od wewnątrz i od zewnątrz pokryta jest tkaniną filtracyjną. Warstwy ściany przepływowego przewodu 10, 11, 12 różnią się między sobą zastosowaną porowatością materiału a przykładowym wykonaniu porowatość warstwy 12 jest najmniejsza. Działanie urządzenia polega na tym, że zanieczyszczone medium takie jak woda zawierająca zawiesinę pod wpływem ruchu wymuszonego z zewnętrznej pompy zasilającej o znacznej burzliwości wchodzi jako zasilanie do separatora i w trakcie przepływu przez przepływowy przewód 6 częściowo przechodzi przez ściankę przepływowego przewodu 6 i wychodzi przez króciec odbioru koncentratu 3. Uzyskany na wyjściu króćca 4 filtrat charakteryzuje się obniżoną zawartością ziarna większego od charakterystyki przegrody porowatej ścianki przepływowego przewodu 6, natomiast na wyjściu króćca 3 z separatora uzyskuje się koncentrat o zwiększonej zawartości fazy stałej. W trakcie przepływu przez przewód 6 nie powstaje w ogóle na nim placek filtracyjny lub czas jego powstania lub okres zablokowania filtra jest wydłużony. Obudowa separatora 1 jest rozbieralna, wykonana jest z rury stalowej, na której zastosowano dwa połączenia kołnierzowe, konstrukcyjne przegrody 5 mocowane są pomiędzy kołnierzami, komora do separacji znajduje się pomiędzy połączeniami kołnierzowymi. Pomiędzy konstrukcyjnymi przegrodami 5 występuje jeden przepływowy przewód 6, który mocowany jest pomiędzy przegrodami 5, które mają tuleje. Poprzez osadzenie końcówek przepływowego przewodu 6 w tulejach konstrukcyjnych przegród 5 następuje zamocowanie przewodu w separatorze. Uszczelnienie przewodu w tulejach przegrody 5 następuje poprzez wprowadzenie uszczelnienia typu o-ring na końcówkach przepływowego przewodu 6. Doprowadzony do separatora przez pompę zasilający strumień na skutek porowatości przepływowego przewodu 6 ulega rozdziałowi, na filtrat przechodzący przez porowatą ściankę przepływowego przewodu 6 oraz koncentrat transportowany wewnątrz przepływowego przewodu 6 wzdłuż jego ścianki do króćca odbioru koncentratu 3.

6 Fig. 1 Fig. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.