кандидат технических наук;
candidate of technical sciences;
В настоящее время интенсификация процессов фильтрования в средах с высокой концентрацией твердых частиц по-прежнему вызывает большой интерес во многих секторах, таких как нефтедобыча, нефтепереработка, химическая, медицинская и пищевая промышленность. Одной из причин, препятствующих фильтрованию, может быть высокий уровень вязкости дисперсионной среды. Известно, что скорость фильтрации обратно пропорциональна вязкости. Поэтому фильтрация вязких жидкостей будет происходить намного медленнее. Кроме того, фильтровальная среда, характеризующаяся высокой концентрацией твердых частиц, приводит к более высоким затратам на создание движущей силы процесса, быстрому засорению пор фильтрующего материала и необходимости частой регенерации фильтрующего материала. Многие среды, характеризующиеся высокой вязкостью, такие как минеральные масла, растворы и расплавы полимеров, сильно загрязненные воды, имеют тенденцию к уменьшению проточного сечения канала пористого материала. В результате меняются гидравлические характеристики и затрудняется регенерация фильтрующего материала. Следовательно, требуется замена фильтрующего материала, что увеличивает затраты. Можно интенсифицировать процесс фильтрации, обеспечив предварительное приготовление суспензии, например, увеличив температуру среды или уменьшив вязкость суспензии, а также добавив подходящий растворитель. Во многих технологических процессах такие методы недопустимы. По-прежнему актуальной задачей остается проектирование, разработка и исследование устройств, позволяющих увеличить срок службы фильтрующего материала и снизить энергозатраты на создание необходимого градиента давления при сохранении компактности устройства и обеспечении необходимой тонкости фильтрования. В статье предлагается использовать фильтрацию в сочетании с очисткой в центробежных и вибрационных полях, создаваемых в гидродинамических фильтрах. Поле центробежных сил в гидродинамическом фильтре формируется за счет тангенциального ввода жидкости в аппарат и вращения цилиндрической пористой перегородки фильтра. Метод отличается от других технологий тем, что в кольцевой зоне аппарата создается потенциальный поток в поле центробежных сил. Такая организация потока позволяет очищать фильтруемую среду от загрязняющих веществ до 80% за счет механизма центробежной силы. Загрязняющие вещества удаляются из фильтра без осаждения на перегородке фильтра. Это снижает нагрузку на фильтрующий материал и увеличивает срок его службы. Предусмотренная в ее конструкции вибрация фильтрующей перегородки позволяет разрушать на ней слой осадка, и направлять осадок в поток фильтрата. Таким образом, предлагаемый гидродинамический фильтр обладает способностью к самочищению. Разработана математическая модель исследуемого процесса и проведено численное исследование эффективности отделения частиц. Экспериментально продемонстрирована возможность использования предложенного метода фильтрования при разделении высоковязких сред.
Currently, intensification of the filtering processes in media characterized by high concentration of solid particles remains of great interest in many sectors, such as oil production, oil refining, chemical, medical and food industries. One of the reasons that impede filtering could be the high viscosity level of the dispersion medium. It is known that the filtering rate is inversely proportional to viscosity; therefore, filtering of viscous liquids would be carried out much slower. In addition, filtering media characterized by high concentration of solid particles leads to higher costs for creating the process driving force, fast pores fouling in the filtering material and the need for frequent regeneration of the filtering material. Many media characterized by high viscosity, such as mineral oils, polymer solutions and melts, heavily polluted waters tend to reduce the flow section of the porous material channel; and, as a result, hydraulic characteristics are changing and regeneration of the filtering material is hampered. Therefore, replacement of the filtering material is required, which increases the costs. It is possible to intensify the filtering process by ensuring the suspension preliminarily preparing, for example, by increasing the medium temperature or decreasing the suspension viscosity, as well as adding a suitable solvent. In many technological processes such methods are unacceptable. Design, development and study of devices that allow increasing the filtering material service life and reducing energy consumption to create the required pressure gradient while maintaining the device compactness and ensuring the required fineness of filtration still remains a topical task. This paper is proposing to use filtering in combination with cleaning in centrifugal and vibration fields created in hydrodynamic filters. Centrifugal forces field in the hydrodynamic filter is formed due to liquid tangential introduction into the apparatus and rotation of the cylindrical porous filter partition. The method differs from other technologies by creating a potential flow in the apparatus annular zone within the centrifugal forces field. Such flow organization allows purging up to 80% of polluting substances from the media under cleaning by the centrifugal force mechanism; and such substances are removed from the filter without deposition on the filter partition. This would reduce the load on filter material and increase its service life. Vibration of the filtering partition provided for in its structure makes it possible to destroy the sediment layer thereon and to direct the sediment into the filtrate flow. Thus, the proposed hydrodynamic filter is provided with the self-regeneration ability.