Трубчатый элемент фильтровально-сорбционного типа (варианты)

ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Трубчатый элемент фильтровально-сорбционного типа
Полезная модель относится к фильтровальным устройствам. Трубчатый элемент может быть использован для очищения разнообразных жидкостей, прежде всего питьевой воды, в промышленных и бытовых условиях.
За ближайший аналог принят патент России (11) 2019291 (54) ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ И ФИЛЬТРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ГЛУБОКОЙ ОЧИСТКИ ВОДЫ.
Этот фильтрующий элемент содержит перфорированный стержень с намотанным на нем в виде рулона фильтровальным материалом. Через каждые 46 слоя фильтрующий материал переложен дренажными прокладками, а своими торцами он нераздельно соединен с уплотняющими крышками.
Фильтрующий материал, примененный в элементе, представляет собой ткань или трикотаж, который изготовлен из волокон на основе активированного угля, поверхность которого покрыта пленкой диоксида кремния при следующем соотношении компонентов в мае. %: активированный уголь 90-99, ЗЮа 1-10.
Активированный уголь характеризуется пористой структурой со следующими параметрами: удельная поверхность 1800-2500 , объем микропор 0,5-0,75 , объем мезопор 0,3-0,55 .
Эти конструктивные особенности элемента и свойства использованного в нем фильтрующего материала являются общими признаками ближайшего аналога и заявляемого изобретения.
Недостатком ближайшего аналога является то, что при работе элемента загрязненная жидкость сразу поступает на фильтрующий материал с пористой сорбционной поверхностью и быстро ее закупоривает.
В особенности чувствительно это при фильтровании жидкостей, загрязненных большими органическими молекулами, характерными для поверхностно-активных веществ (ПАВ), что существенно снижает эффективность работы фильтрующего элемента и значительно сокращает срок его эксплуатации.
:2-; V/;v;/., r,;--2 /;--/.I..,,;. 3..--; );-.,: .о.---.-зЛ
МПК-7 B01D27/02, 29/48.
(варианты)
в основу заявляемой полезной модели поставлена задача создания конструкции трубчатого элемента фильтровально-сорбционного типа, способного задерживать практически все механические примеси, находящиеся в жидкости, прежде чем она попадет на поверхность на основе активированного угля и диоксида кремния, которой присуща эффективная сорбционная активность.
Это позволит защитить от механического загрязнения расположенные на поверхности сорбционного материала микропоры и мезопоры и тем самым значительно продлить время эксплуатации элемента и улучшить его сорбционные характеристики.
Поставленная задача решается путем создания конструкции трубчатого элемента фильтровально-сорбционного типа, который содержит изготовленные из полимерного материала внутренний плетеный дренажный каркас и внешнюю плетеную сетку, между которыми по направлению движения жидкости от внешнего каркаса к внутреннему расположены сначала нетканый полимерный материал из переплетенных ультратонких волокон, между которыми существуют поры, а затем сорбционный материал в виде последовательно намотанных и разделенных дренажными прокладками слоев ткани или трикотажа. Сорбционный материал изготовлен на основе активированного угля (90-99 масс. %), поверхность которого покрыта пленкой диоксида кремния (1-10 масс. %) На торцах элемента находятся уплотнительные крышки с резиновыми прокладками.
На фиг. 1 изображен первый вариант трубчатого элемента фильтровальносорбционного типа, который содержит:
-внутренний плетёный дренажный каркас 5 из полимерного материала;
-сорбционный материал 4 в виде намотанных на дренажный каркас 5 слоев ткани или трикотажа, которые разделены дренажными прокладками из полимерной сетки (дренажные прокладки условно не показаны);
-нетканый полимерный материал 3 из переплетенных ультратонких волокон, между которыми существуют поры;
-внешнюю плетеную сетку 1 из полимерного материала;
-уплотняющие крышки 6;
-резиновые прокладки 7.
Изображенный на фиг. 1 трубчатый элемент фильтровально-сорбционного типа для улучшения своих очистительных характеристик может иметь дополнительный или дополнительные слои нетканого пористого полимерного материала с иной - большей или меньшей тонкостью (градиентом) фильтрации.
Такой элемент, с двумя дополнительными слоями полимерного материала изображен на фиг. 2, как второй вариант полезной модели.
Один дополнительный слой 8 полимерного материала расположен между внутренним плетеным полимерным дренажным каркасом 5 и сорбционным материалом 4, а второй дополнительный слой 2 - между внешней плетеной полимерной сеткой 1 и полимерным материалом 3.
Дополнительные слои 2 и 8 полимерного материала имеют по отношению к слою полимерного материала 3 другую тонкость (градиент) фильтрации, слой 8 имеет большую, а слой 2 - меньшую тонкость фильтрации.
Таким образом, во втором варианте элемента вместе с сорбционным материалом применены три слоя нетканого полимерного материала с разной тонкостью фильтрации, что позволяет обеспечить трёхградиентную очистку жидкости с постепенным, по мере уменьшения размера примесей, их отделением в соответствующих слоях элемента.
Возможно выполнение каждого слоя нетканого полимерного материала не только с определенным градиентом фильтрации, но и с плавным повышением тонкости (градиента) фильтрации в направлении движения жидкости сквозь слои элемента. Это технологически сложнее, однако существенно еффективнее.
В данном случае за счет того, что толщина полимерных волокон, а также размеры пор между ними в внешнем слое элемента являются наибольшими, крайняя (с наибольшим диаметром) часть внешнего слоя вместе с фильтровальной функцией успешно выполняет также и каркасную функцию внешней плетеной сетки из полимерного материала. То есть эта часть внешнего слоя полностью заменяет собою внешнюю плетеную сетку элемента.
Именно такой (третий) вариант элемента, где применен слой нетканого полимерного материала с плавным повышением тонкости фильтрации в направлении движения жидкости сквозь фильтрующие слои, и использованием крайней (с наибольшим диаметром) части внешнего слоя также в качестве внешней плетеной полимерной сетки элемента, изображен на фигурах 3 и 4. На фиг. 3 слой нетканого полимерного материала с плавным повышением тонкости
фильтрации обозначен цифрой 9, а внешняя часть этого слоя, который используется также в качестве плетеной сетки - цифрой 10.
На фиг. 4 изображена разновидность выполнения третьего варианта элемента с дополнительным слоем 8 нетканого полимерного материала между внутренним плетеным полимерным дренажным каркасом 5 и сорбционным материалом 4.
Работа трубчатого элемента фильтровально-сорбционного типа показана на примере второго варианта его конструю-ивного выполнения (фиг. 2), как более сложного. Работает элемент следующим образом.
Очистка жидкости осуществляется за счет ее фильтрации в радиальном направлении сквозь слои нетканого пористого материала 2 и 3 из ультратонких полимерных волокон, благодаря чему жидкость освобождается от механических примесей, ржавчины, ила, гидроксида трехвалентного железа.
Далее жидкость поступает на слои сорбционного материала 4, который сорбирует активный хлор, хлорорганические соединения, в том числе хлорфенолы и фенолы, тяжёлые металлы, поверхностно-активного вещества.
Потом жидкость поступает на слой из нетканого пористого материала 8 с диаметром пор 1-2 мкм, предотвращающий попадание в фильтрат механических примесей, которые прошли сквозь слои 2 и 3 нетканого пористого материала а также слой сорбционного материала 4, повышая тем самым эффективность, надежность и продолжительность работы элемента.
После фильтрации через слой 8 жидкость поступает непосредственно на плетеный полимерный дренажный каркас 5 и, через его канал и отверстие в уплотняющей крышке 6 с резиновой прокладкой 7 - потребителю.
Эффективность работы предложенной конструкции трубчатого элемента подтверждают его высокие характеристики, полученные при проведении лабораторных исследований и их сравнение с хара1сгеристиками, полученными во время испытания элемента, принятого за ближайший аналог.
На фиг. 5 изображен сравнительный график производительности одинакового размера предложенного и известного элементов в зависимости от объема отфильтрованной воды. На графике позицией 11 обозначена кривая линия, отображающая характеристику удельной производительности
ближайшего аналога, а позицией 12 - заявляемого трубчатого элемента. Сравнение этих характеристик убедительно свидетельствует о преимуществе предложенного элемента.
На фиг. 6 изображен сравнительный график изменения количества железа в исходной и отфильтрованной жидкостях для заявляемого элемента и ближайшего аналога в зависимости от количества железа в исходной жидкости и объема отфильтрованной жидкости. Для заявляемого элемента изменение количества железа (до и после фильтрации) характеризуют кривые линии 13 и 14, а для ближайшего аналога - соответственно 15 и 16. Пунктирной линией 17 на фиг. 6 обозначено предельно допустимое количество железа в отфильтрованной воде, которое не должно превышать 0,3 мг/дм. Из графика видно, что по этой характеристике предложенный элемент эффективнее своего аналога приблизительно втрое.
На фиг. 7 изображен сравнительный график общей грязеёмкости заявляемого элемента и ближайшего аналога. На графике грязеёмкость ближайшего аналога показана в двойной рамке, заштрихована встречными штрихами и обозначена позицией 18. Грязеёмкость трубчатого элемента фильтровально-сорбционного типа показана в одинарной рамке, заштрихована косыми штрихами и обозначена позицией 19. График показывает, что и этот показатель у предложенного элемента гораздо лучше, чем у своего ближайшего аналога.
Приведенные сравнительные характеристики свидетельствуют, что заявляемый элемент по всем показателям значительно превышает свой ближайший аналог.
Перечень фигур чертежей. Фиг. 1 - первый вариант трубчатого элемента фильтровально-сорбционного
Фиг. 2 - второй вариант трубчатого элемента фильтровально-сорбционного
Фиг. 3 - третий вариант трубчатого элемента фильтровально-сорбционного
Фиг. 5 - сравнительный график удельной производительности трубчатого элемента фильтровально-сорбционного типа (второй вариант) и ближайшего аналога.
Фиг. 6 - сравнительный график изменения количества железа в исходной и отфильтрованной жидкостях для трубчатого элемента фильтровальносорбционного типа (второй вариант) и ближайшего аналога.
Фиг. 7 - сравнительный график общей грязеёмкости трубчатого элемента фильтровально-сорбционного типа (второй вариант) и ближайшего аналога.
Цифрами на фигурах обозначены:
1- внешняя плетеная полимерная сетка;
2- нетканый полимерный материал с меньшей тонкостью (градиентом) фильтрации;
3- нетканый полимерный материал;
4- сорбционный материал;
5- внутренний плетеный полимерный дренажный каркас;
6- уплотняющая крышка;
7- резиновая прокладка;
8- нетканый полимерный материал с большей тонкостью фильтрации;
9- нетканый полимерный материал с тонкостью фильтрации, которая плавно повышается.
10- внешняя часть материала 9, используемая в качестве внешней плетеной сетки 1;
11- удельная производительность ближайшего аналога;
12- удельная производительность трубчатого элемента фильтровальносорбционного типа;
13- общее количество железа в жидкости до её прохождения сквозь трубчатый элемент фильтровально-сорбционного типа;
14- общее количество железа в жидкости после её прохождения сквозь трубчатый элемент фильтровально-сорбционного типа;
15- общее количество железа в жидкости до её прохождения сквозь ближайший аналог;
17- предельно допустимое количество железа в отфильтрованной воде;
18- общая грязеёмкость ближайшего аналога;
19- общая грязеёмкость трубчатого элемента фильтровально-сорбционного типа.
Изготовление трубчатого элемента фильтровально-сорбционного типа осуществляется следующим образом (приводится пример изготовления второго варианта конструкции элемента, как более сложного).
На трубчатой оправке методом пневмоэкструзии расплава полимера формируют внутренний плетеный дренажный каркас 5 трубчатоТ формы, на который тем же методом наносят слой нетканого полимерного пористого материала 8 с размером пор 1-2 мкм.
Потом на слой 8 наматывают слои сорбционного материала 4 с дренажными прокладками из полимерной сетки.
Дале методом пневмоэкструзии расплава полимера формируют слои нетканого пористого полимерного материала 3 и 2 а также внешнюю плетеную полимерную сетку 1.
На торцы трубчатого элемента для герметизации устанавливают уплотнительные крышки 6, с которыми торцы всех элементов конструкции соединены нераздельно.
Нераздельность и герметизацию соединения обеспечивают путем нанесения на шероховатую внутреннюю поверхность крышек перед их установкой расплавленного полимера. На каждый из внешних торцов крышек накладывают резиновую прокладку 7.
По доверенности, патентный поверенный Украины/I . Л. Кистерский (