一种基于环形设计的吸附过滤结构及其使用方法与流程

1.本发明是一种基于环形设计的吸附过滤结构及其使用方法。


背景技术：

2.在化工生产中，以吸附材料为净化介质实现液体物料中溶解性杂质的净化工艺，其中吸附材料为固态固定相、待净化液体物料为液态流动相。该工艺使用的设备多采用化工行业常用的液体过滤器，以机械泵输送的流动相经过滤器入口进入、穿过固定相、从过滤器出口流出实现净化。
3.当吸附材料选定后，其吸附能力，即单位重量吸附剂可以净化的最大液体物料重量是固定的、有限的，当吸附材料达到吸附饱和后失去净化能力，那么在大量液体物料需要净化的场合，所使用液体过滤器中吸附材料的更换周期长短与该过滤器所填装的吸附剂总量多少成正相关。
4.而在吸附材料填装层厚度确定的前提下，按流动相穿越固定相的方向，最先与流动相接触的吸附层表面为表层，其余部分为内层。在吸附过程中，表层吸附材料首先达到饱和并逐步地内层也达到饱和。当吸附层达到一定厚度后，表层吸附饱和的吸附材料会对液体物料产生阻力，当该阻力达到液体过滤器的承受极限时，必须更换吸附材料，而内层未达到饱和的吸附材料的净化能力将被浪费。当阻力达到极限，而吸附材料全部达到吸附饱和时的填装层高为该吸附材料的临界层高。
5.在吸附材料和液体过滤器的尺寸确定后，按吸附材料的临界层高布置的固定相表层面积为有效过滤面积。那么在实际生产中就需要一种具有大有效过滤面积和大填装量双重优势的液体过滤器。
6.目前，可供该场合选择的化工液体过滤器依结构不同可分类如下：1.筒形过滤器2.袋式过滤器3.层式过滤器。筒形过滤器装填量大，但有效过滤面积小，吸附材料未按临界层高分布，有过多的浪费；袋式过滤器有效过滤面积和填装量均小；而层式过滤器在两方面均有优势，但每层均须设计成独立的筒体用法兰连接，结构复杂，易造成拆卸困难、泄漏等问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提供一种基于环形设计的吸附过滤结构及其使用方法。
8.一种基于环形设计的吸附过滤结构,包括主体，主体包括壳体、第一吸附层和第二吸附层；
9.所述的壳体为环形中空结构，所述第一吸附层和第二吸附层的横截面均为环形，第一吸附层和第二吸附层均包括包裹层和吸附材料，所述的吸附材料填充在包裹层内，第一吸附层和第二吸附层均位于壳体的内部，其中第二吸附层位于第一吸附层的内侧，所述的壳体、第一吸附层和第二吸附层同心；
10.所述的第一吸附层与第二吸附层之间设有进料通道，所述的第一吸附层与壳体之间设有第一出料通道，所述的第二吸附层内侧设有第二出料通道；
11.所述的吸附材料为吸附树脂，所述的吸附树脂在第一吸附层和第二吸附层中的厚度均为20cm。
12.本发明将传统的平铺层叠式过滤结构改进为同心环形嵌套式的结构，将第一吸附层和第二吸附层同心放置，需要进行过滤的液体从第一吸附层和第二吸附层之间输入，再从第一吸附层外侧和第二吸附层内侧流出，并且经过计算与实践证明将每一层吸附树脂的厚度控制在20cm左右，可以保持吸附能力与压降水平的均衡性。
13.为了方便更换吸附层，所述的壳体外侧面上设有多个通孔。
14.为了保证壳体内部的密封性，所述的壳体顶部设有上密封盖。
15.为了方便对壳体内部进行清理，所述的壳体底部设有下密封盖，所述的下密封盖为可开式结构，所述下密封盖通过液压控制开闭。
16.为了使吸附树脂的密度更大，提高过滤的效果，所述包裹层的材质为环保收纳袋，所述的第一吸附层和第二吸附层的顶部均设有弹性补偿件，所述弹性补偿件的一端固定，弹性补偿件的另一端与第一吸附层和第二吸附层内的吸附树脂相连。
17.本发明还包括一种基于环形设计的吸附过滤结构的使用方法，包括以下步骤：
18.s1：将需要过滤的液体从进料通道输入，并将上密封盖盖紧；
19.s2：在第一出料通道和第二出料通道的出口处将过滤完成的液体收集；
20.为了方便对吸附层进行更换，还包括换袋步骤，所述的换袋步骤包括以下步骤：
21.s3：从壳体外侧向壳体外侧面上的通孔内反向冲入气体，使第一吸附层与壳体分离，并将第一吸附层和第二吸附层取出；
22.s4：将吸附材料填充进包裹层中，并且采用气冲法使包裹层中吸附材料的密度变大，所述的气冲法为利用高压气体对包裹层中的吸附材料进行加压。
23.为了防止收纳袋损坏导致内部的吸附树脂漏出，而方便对壳体内部进行清理，还包括检修步骤，所述的检修步骤包括：
24.s5：将下密封盖打开，对壳体内部进行清理。
25.有益效果：与现有技术相比，本发明将传统的平铺层叠式过滤结构改进为同心环形嵌套式的结构，将第一吸附层和第二吸附层同心放置，需要进行过滤的液体从第一吸附层和第二吸附层之间输入，再从第一吸附层外侧和第二吸附层内侧流出；
26.根据数学公式可知，圆面积s＝rπr、圆周长l＝2πr，那么当圆的半径r＜2时，单从数值上讲，圆周长大于圆面积；那么具有相同半径、高度为h的圆筒，其表面积s
′
＝lh＝2hπr更是远大于圆面积。
27.实际工业生产中，此类过滤器由于承压的原因，筒体截面圆半径、筒体高度均小于2米，甚至很少大于1米。因此，在这种情况下，对环形筒体表面加以利用来提升有效过滤面积是非常好的思路。
28.假设，一台过滤器，其圆柱形筒体的截面圆的半径为0.8米、筒体高度为1.9米；吸附材料的临界层高为0.2米，以上四种类型结构的过滤器相关数据(不计壁厚)及说明如下：
29.1、筒形过滤器：
30.有效过滤面积＝截面圆面积s＝0.8*3.14*0.8＝2.01平方米；
31.截面圆周长l＝2*3.14*0.8＝5.02米；
32.筒体表面积s
′
＝lh＝5.02*1.9＝9.54平方米；
33.有效填装体积＝筒体体积v＝sh＝2.01*1.9＝3.82立方米。
34.实际上，筒形虽然有效填装体积很大，但有效过滤面积较小、吸附层高度远大于吸附材料的临界层高，造成浪费；且由于承压原因，尺寸很难做到这样大。
35.2、袋式过滤器：
36.袋式过滤器采用多个独立圆柱状柔性滤袋，顶端全部固定在筒体上端固定结构上，滤袋尺寸为φ360*1760mm，其截面圆面积为0.1平方米，滤袋填装体积为0.1*1.76＝0.176立方米；而在上述条件下，考虑到滤袋固定结构的承压能力，实际最多只能设置12个滤袋。
37.有效过滤面积＝滤袋截面圆面积*12＝0.1*12＝1.2平方米；
38.有效填装体积＝滤袋填装体积*12＝0.176*12＝2.11立方米；
39.数据看出，袋式过滤器在有效过滤面积和有效填装体积两方面均无优势，且实际上，滤袋中吸附材料也未按临界层高分布，上端吸附材料吸附饱和后，下端吸附材料失效。
40.3.层式过滤器：
41.在损失有效填装体积提升有效过滤面积的前提下，层式过滤器结构是最早考虑的类型；在上述条件下，吸附层厚度按临界层高设为0.2米，层间距设为0.2米，考虑到层间进出料口的配置，实际最多只能设置4层。
42.有效过滤面积＝截面圆面积s*4＝2.01*4＝8.04平方米；
43.有效填装体积＝截面圆面积s*临界层高*4＝2.01*0.2*4＝1.61立方米；
44.数据看出，层式过滤器有效过滤面积很高，虽然损失了很多有效填装体积，但提升了吸附材料的利用率，符合吸附场合要求；但是，由于吸附层间夹层为空腔区，吸附层承受很大的垂向压力，易变形失效，对机械材料的强度要求很高且每层均需要制造成独立的筒体分块结构再用法兰连接，结构十分复杂，不利于更换吸附材料和维护，还易造成密封不严导致物料泄漏；实际上，层式结构过滤器筒体截面圆半径也很难做到0.5米以上。
45.4.本发明：
46.环形过滤器为本发明提供的一种结构设计方案，同层式过滤器相似，采用牺牲有效填装体积来实现有效过滤面积的提升，不同的是环形过滤器采用筒形立面作为过滤面，其中设置双层环装结构吸附层。
47.按制造上实际可能实现的尺寸设置外层外环半径为0.675米、外层内环半径0.490米；设置内层外环半径为0.324米、内层内环半径为0.140米。
48.有效过滤面积＝(外层内环周长*h)+(内层内环周长*h)＝(2*3.14*0.490*1.9)+(2*3.14*0.140*1.9)＝5.84+1.67＝7.51平方米；
49.有效填装体积＝(外环面积*h)+(内环面积*h)＝[3.14*(0.6752-0.4902)*1.9]+[3.14*(0.3242-0.1402)*1.9]＝(3.14*0.216*1.9)+(3.14*0.085*1.9)＝1.289+0.507＝1.796立方米；
[0050]
数据说明，环形过滤器与层式过滤器在有效过滤面积和有效填装体积上并无太大差距，但环形过滤器结构简单，筒体为一个整体，吸附材料更换和维护方便、法兰连接结构少，不易出现密封不严导致物料泄漏的情况。
[0051]
并且为了防止内部的吸附树脂在重力的作用下塌缩或是产生局部的空包现象，我们在顶部加装一个弹力补偿部件，在袋子的顶部一直压住吸附树脂，从而迫使吸附树脂压紧，以保证吸附的稳定运行；
[0052]
同时，在换袋子的时候，在出料口处反冲入气体，以减少袋子与罐壁之间的接触，从而减少摩擦力，以方便将袋子整体取出；
[0053]
不仅如此，为了防止袋子破裂，从而导致内部的树脂溢出，下盖设置为液压开闭式的，从而便于将下盖打开，从而对装置进行大修；
[0054]
而且为了将树脂颗粒充填饱满，采用气冲法的方式，在高压气体的共同作用下，将树脂颗粒充填在袋子中；
[0055]
同时，每一层吸附树脂的厚度控制在20cm左右，可以保持吸附能力与压降水平的均衡性。
[0056]
比起传统的筒式过滤器、袋式过滤器和层式过滤器，本发明兼具有效过滤面积大和装填量大的优点，同时结构简单、拆装方便，且不易造成泄漏。
附图说明
[0057]
图1是一种基于环形设计的吸附过滤结构的内部示意图；
[0058]
图2是一种基于环形设计的吸附过滤结构的外部示意图；
[0059]
图中，1、壳体，2、第一出料通道，3、第一吸附层，4、进料通道，5、第二吸附层，6、第二出料通道，7、弹性补偿件，8、上密封盖，9、下密封盖。
具体实施方式
[0060]
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
[0061]
如图1所示，壳体1，第一出料通道2，第一吸附层3，进料通道4，第二吸附层5，第二出料通道6，弹性补偿件7，上密封盖8，下密封盖9；
[0062]
一种基于环形设计的吸附过滤结构,包括主体，主体包括壳体1、第一吸附层3和第二吸附层5；
[0063]
所述的壳体1为环形中空结构，所述的第一吸附层3和第二吸附层5均为环形的中结构，第一吸附层3和第二吸附层5均包括包裹层和吸附材料，所述的吸附材料填充在包裹层内，第一吸附层3和第二吸附层5均位于壳体1的内部，其中第二吸附层5位于第一吸附层3的内侧，所述的壳体1、第一吸附层3和第二吸附层5同心；
[0064]
所述的第一吸附层3与第二吸附层5之间设有进料通道4，所述的第一吸附层3与壳体1之间设有第一出料通道2，所述的第二吸附层5内侧设有第二出料通道6；
[0065]
所述的吸附材料为吸附树脂，所述的吸附树脂在第一吸附层3和第二吸附层5中的厚度均为20cm。
[0066]
于本实施例中，所述的壳体1外侧面上设有多个通孔。
[0067]
于本实施例中，所述的壳体1顶部设有上密封盖7。
[0068]
于本实施例中，所述的壳体1底部设有下密封盖8，所述的下密封盖8为可开式结构，所述下密封盖8通过液压控制开闭。
[0069]
于本实施例中，所述包裹层的材质为环保收纳袋，所述的第一吸附层3和第二吸附层5的顶部均设有弹性补偿件，所述弹性补偿件的一端固定，弹性补偿件的另一端与第一吸附层3和第二吸附层5内的吸附树脂相连。
[0070]
本发明还包括一种基于环形设计的吸附过滤结构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0071]
s1：将需要过滤的液体从进料通道4输入，并将上密封盖7盖紧；
[0072]
s2：在第一出料通道2和第二出料通道6的出口处将过滤完成的液体收集；
[0073]
于本实施例中，还包括换袋步骤，所述的换袋步骤包括以下步骤：
[0074]
s3：从壳体1外侧向壳体1外侧面上的通孔内冲入气体，使第一吸附层3与壳体1分离，并将第一吸附层3和第二吸附层5取出；
[0075]
s4：将吸附材料填充进包裹层中，并且采用气冲法使包裹层中吸附材料的密度变大，所述的气冲法为利用高压力气体对包裹层中的吸附材料进行加压。
[0076]
于本实施例中，还包括检修步骤，所述的检修步骤包括：
[0077]
s5：将下密封盖8打开，对壳体1内部进行清理。
[0078]
使用方式：将需要进行过滤的液体从第一吸附层3和第二吸附层5之间的进料通道4输入，再从第一出料通道2和第二出料通道6的出口处收集过滤完成的液体。
[0079]
通过实际测试，得出以下数据：
[0080][0081][0082]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于环形设计的吸附过滤结构,包括主体，其特征在于，主体包括壳体、第一吸附层和第二吸附层；所述的壳体为环形中空结构，所述第一吸附层和第二吸附层的横截面均为环形，第一吸附层和第二吸附层均包括包裹层和吸附材料，所述的吸附材料填充在包裹层内，第一吸附层和第二吸附层均位于壳体的内部，其中第二吸附层位于第一吸附层的内侧，所述的壳体、第一吸附层和第二吸附层同心；所述的第一吸附层与第二吸附层之间设有进料通道，所述的第一吸附层与壳体之间设有第一出料通道，所述的第二吸附层内侧设有第二出料通道。2.根据权利要求1所述的一种基于环形设计的吸附过滤结构,其特征在于，所述的壳体外侧面上设有多个通孔，所述的吸附材料为吸附树脂，所述的吸附树脂在第一吸附层和第二吸附层中的厚度均为20cm。3.根据权利要求1所述的一种基于环形设计的吸附过滤结构,其特征在于，所述的壳体顶部设有上密封盖。4.根据权利要求1所述的一种基于环形设计的吸附过滤结构,其特征在于，所述的壳体底部设有下密封盖，所述的下密封盖为可开式结构，所述下密封盖通过液压控制开闭。5.根据权利要求1所述的一种基于环形设计的吸附过滤结构,其特征在于，所述的第一吸附层和第二吸附层的顶部均设有弹性补偿件，所述弹性补偿件的一端固定，弹性补偿件的另一端与第一吸附层和第二吸附层内的吸附树脂相连。6.一种基于环形设计的吸附过滤结构的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将需要过滤的液体从进料通道输入，并将上密封盖盖紧；s2：在第一出料通道和第二出料通道的出口处将过滤完成的液体收集。7.根据权利要求6所述的一种基于环形设计的吸附过滤结构的使用方法，其特征在于，还包括换袋步骤，所述的换袋步骤包括以下步骤：s3：从壳体外侧向壳体外侧面上的通孔内反向冲入气体，使第一吸附层与壳体分离，并将第一吸附层和第二吸附层取出；s4：将吸附材料填充进包裹层中，并且采用气冲法使包裹层中吸附材料的密度变大，所述的气冲法为利用高压气体对包裹层中的吸附材料进行加压。8.根据权利要求6所述的一种基于环形设计的吸附过滤结构的使用方法，其特征在于，还包括检修步骤，所述的检修步骤包括：s5：将下密封盖打开，对壳体内部进行清理。

技术总结
本发明公开了一种基于环形设计的吸附过滤结构,一并整合了流体进料、弹性补偿密封、反吹脱离、防短路隔断、下封头快开的过滤一体机；本发明包括壳体、第一吸附层和第二吸附层；壳体为环形中空结构，第一吸附层和第二吸附层的横截面均为环形，第一吸附层和第二吸附层均包括包裹层和吸附材料，吸附材料填充在包裹层内，第一吸附层和第二吸附层均位于壳体的内部，其中第二吸附层位于第一吸附层的内侧，壳体、第一吸附层和第二吸附层同心；第一吸附层与第二吸附层之间设有进料通道，第一吸附层与壳体之间设有第一出料通道，第二吸附层内侧设有第二出料通道；吸附材料为吸附树脂，吸附树脂在第一吸附层和第二吸附层中的厚度均为20cm。20cm。20cm。


技术研发人员：王舜 孟庆曦 胡晓晖 薛晓丽 王勇 李显同 卞正冬 孙洁
受保护的技术使用者：镇江江南化工有限公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/7/18