В.Б. Крапухин, С.А. Кулюхин, В.А. Лавриков

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина Российской академии наук (ИФХЭ РАН), Россия,

In work essentially new spiral filtering elements (SFE) and some equipment on their basis are submitted. Main advantage SFE and their difference from known filtering materials and filtering elements is an opportunity of carrying out of indefinitely plenty of cycles "filtration - regeneration" due to exception irreversible clogging of pores filtering surface which is provided with design features of filtering surface SFE.

Известно, что после проведения ряда циклов «фильтрация - регенерация» поры фильтрующих материалов, в качестве которых обычно используются картоны, ткани и т.п., необратимо закупориваются частичками твердой фазы, поэтому, в конце концов, фильтрующие элементы должны быть извлечены из аппаратов и заменены на новые. Извлеченные из аппаратов фильтрующие материалы превращаются в отходы. Постоянная необходимость закупать новые фильтрующие материалы, процедура их замены, а затем последующее их захоронение требуют непроизводительных затрат времени и средств. Отрицательные качества использования фильтрующих материалов, склонных к необратимому закупориванию пор, многократно усиливаются, когда это связано с фильтрацией токсичных или радиоактивных жидких и газовых сред. В работе приведены результаты испытаний принципиально нового спирального фильтрующего элемента (СФЭ) [1-6]. Главными преимуществами СФЭ по сравнению со стандартными фильтрующими материалами явились его высокие регенерационные качества.

Общий вид спирального фильтрующего элемента (СФЭ) показан на рис.1. Он состоит из фильтрующей перегородки 1, крышки 2, штуцера 3, каркаса 4 и пружинки 5.

Фильтрующая поверхность 1 выполняется из нержавеющей проволоки с диаметром от 0,6 до 0,8 мм и представляет собой винтовую цилиндрическую спираль, между витками которой специальным образом выполняются фильтрующие зазоры: их величина может быть от 7 до 300 микрон; диаметр фильтрующей перегородки - 16 мм; её длина - до 370 мм. С одного конца фильтрующая перегородка заглушена крышкой 2, а с другого - имеет штуцер 3 с наружной резьбой М16х1,5. Соосность витков 1 обеспечивается каркасом 4. Шестьдесят СФЭ составляют 1 м2 фильтрующей поверхности. Габаритные диаметр и длина СФЭ составляют соответственно 25 мм и 415 мм. СФЭ устанавливаются вертикально штуцерами вверх или вниз.

Чтобы убедится в преимуществах СФЭ перед другими фильтрующими материалами, были проведены сравнительные испытания фильтрующих свойств СФЭ и металлокерамического элемента (МКФ). Результаты испытаний показаны на рис.2. Каждая точка на графике есть усредненный результат по одному циклу фильтрования, причем последующий результат получен после проведения регенерации фильтра обратным потоком жидкости. Как видно из зависимости скорости фильтрования (W) от удельной нагрузки (q), т.е. от объема отфильтрованной жидкости, отнесенного к единице фильтрующей поверхности, скорость фильтрования МКФ непрерывно падает, в то время как у СФЭ скорость фильтрования остается практически постоянной и не зависит от числа проведенных циклов фильтрации и регенерации.

Аналогичное соотношение мы неоднократно получали, когда проводили сравнение с другими фильтрующими материалами и элементами, при фильтровании различных жидких и газовых сред [1-6].

Рис 1. Общий вид фильтрующего элемента (1 - фильтрующая перегородка, 2 - крышка, 3 - штуцер, 4 - каркас, 5 - пружинка). Рис.2. Зависимость скорости фильтрования (W) от объема отфильтрованной жидкости, отнесенного к единице поверхности фильтрующего элемента (q.).

Фильтрующий элемент, обладающий таким уникальным свойством как отсутствие необратимого закупоривания пор, позволяет как реконструировать существующее фильтрующее оборудование, так и создавать принципиально новое. По нашему мнению, для гидрометаллургической переработки сырья будет весьма полезен вариант исполнения фильтра, где решаются вопросы не только фильтрования, когда в качестве конечных продуктов получают фильтрат и сгущенную суспензию, сбрасываемую из фильтра, но и получение полусухого (обезвоженного) продукта. Схема такой установки показана на рис. 3.

Как видно из схемы, установка состоит из двух переделов. Сначала исходная суспензия очищается на фильтре 1. Периодически из этого фильтра сбрасывается твердая фаза, собранная на внешней поверхности СФЭ. Эта процедура производится следующим образом. Не прекращая подачи суспензии в фильтр 1, перекрывается выход фильтрата. При этом воздух, находящийся в ресивере фильтра сжимается до давления, которое способен создать насос, подающий суспензию в фильтр. Затем закрывается вход в фильтр 1 и открывается клапан фильтра.

Происходит интенсивный сброс твердой фазы с внешних поверхностей СФЭ и опорожнение фильтра: сгущенная суспензия сливается в контейнер 3. На фильтре 1 возобновляется процесс фильтрования очередной порции суспензии, а на второй части установки производится процедура обезвоживания сгущенной суспензии с помощью фильтрующей сборки 2, присоединенной через гибкий шланг к ресиверу 4, в котором предварительно создается разрежение с помощью вакуумного насоса 5. Сборка 2 при работающем насосе опускается в контейнер с суспензией и находится в нем до тех пор, пока на поверхности СФЭ не наберется значительный слой осадка (он может достигать толщины 50-70 мм).

После этого, сборка поднимается вверх выше контейнера (при этом насос не выключается) и остается на воздухе то время, какое необходимо, чтобы получить заданную степень влажности полученного осадка. После этого осадок сбрасывается с поверхности СФЭ при встряхивании или сжатым воздухом (линии сжатого воздуха не показаны). Аналогичным образом может быть решен вопрос о модернизации действующего оборудования, предназначенного для получения сгущенной суспензии и её последующего обезвоживания, когда используются карусельные, роторные, барабанные и им подобные фильтры.

Рис. 3. Схема установки для фильтрования и получения сгущенной суспензии, а также для обезвоживания полученной суспензии и получения полусухого продукта

Таким образом, в заключение можно отметить, что спиральные фильтрующие элементы имеют существенное преимущество перед металлокерамическими элементами, т.к. после регенерации их фильтрующие характеристики восстанавливаются практически полностью. Им не свойственно закупоривание пор частицами, содержащимися в воде. Использование СФЭ позволит не только исключить трудоемкие и экологически опасные операции по замене фильтрующих элементов в процессе их эксплуатации, но и позволит иметь практически неограниченный ресурс работы фильтрационного оборудования.

Литература

1. С.А.Кулюхин, Н.Б.Михеев, А.Н.Каменская, И.А.Румер, Н.А.Коновалова, В.Б.Крапухин, В.А.Лавриков Исследование процесса окислительного гидролиза радиоаэрозолей CsI в паровоздушной среде с использованием фильтрующих элементов // Радиохимия. 2005. Т. 47, № 2. С.171 ﷓ 176.
2. В.Б.Крапухин, С.А.Кулюхин, В.А.Лавриков, В.В.Кулемин Новый спиральный фильтрующий элемент для очистки газовых выбросов от твердых примесей // Серия. Критические технологии. Мембраны. 2005, т. 4, № 28, с. 46 ﷓ 49.
3. В.Б.Крапухин, С.А.Кулюхин, В.А.Лавриков, В.В.Кулемин Новый спиральный фильтрующий элемент для очистки газовых выбросов от твердых примесей // Тезисы докладов. Межд. конф. "Фундаментальная наука в интересах развития критических технологий", 12-14 сентября, 2005. Владимир, Россия, CD-ROM. С.98 - 99.
4. С.А.Кулюхин, Н.Б.Михеев, А.Н.Каменская, В.Б.Крапухин, Н.А.Коновалова, И.А.Румер, Е.Н.Богачев, В.В.Сергеев Новая система очистки газовых выбросов // Тезисы докладов. Межд. конф. "Фундаментальная наука в интересах развития критических технологий", 12-14 сентября, 2005. Владимир, Россия, CD-ROM. С.321 - 322.
5. I.A.Rumer, S.A.Kulyukhin, N.B.Mikheev, A.N.Kamenskaya, N.A.Konovalova, E.N.Bogachev, V.B.Krapukhin, V.A.Lavrikov A study of the oxidation hydrolysis of CsI radioaerosols in a steam-air medium using filtering units // Abstracts. 3rd Asia-Pacific Symp. on Radiochemistry "APSORC-05", October 17-21, 2005. Beijing, China, p. 298.
6. С.А.Кулюхин, Н.Б.Михеев, А.Н.Каменская, И.В.Мелихов, В.Б.Крапухин, Е.Н.Богачев Новый метод очистки газовых выбросов от радиоактивных аэрозолей // Тезисы докладов. Межд. научно-практическая конф. "Аэрозоли и безопасность 2005", 24﷓28 октября, 2005. Обнинск, Россия. С.242 - 243.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья