Фильтрующий элемент для очистки жидкости, преимущественно молока

Полезная модель относится к фильтровальной технике в пищевой промышленности, а именно к устройствам фильтрации жидкости, преимущественно молока от механических и биологических примесей.
Одним из наиболее важных показателей качества жидкости является степень чистоты. В частности, в молочной промышленности важнейшими показателями при определении сортности молока являются степень очистки молока, бактериальная обсемененность и содержание соматических клеток. От этих показателей зависит сортность молока. Поэтому в хозяйствах, занятых производством молока, большое внимание уделяется процессу фильтрации молока. Создание надежного, удобного в эксплуатации, высокоэффективного устройства для фильтрации жидкости, преимущественно молока, является актуальной задачей.
Широко известны различные конструкции фильтровальных устройств.
Из достаточно часто применяемых на молочных фермах известны жидкостные мешочные фильтры из тканых и нетканых материалов, которые устанавливают непосредственно в систему очистки (Аржаментов А.Г. Совершенствование первичной обработки молока. М.: ВО Агропромиздат, 1990, с. 21-22). Мешочные фильтры представляют собой двухслойный очиститель, наружный слой которого выполнен из лавсана, а внутренний тонкопористый из полипропилена, что обеспечивает более тонкую фильтрацию. Мешочные фильтры обычно надевают на стержневой фильтродержатель.
Существенным недостатком этих фильтров является то, что они быстро забиваются механическими примесями, а это влечет за собой частую замену фильтра и может привести к потере герметичности из-за разрыва фильтрующего материала. Применение таких фильтров в производстве малоэффективно из-за низкой надежности их в эксплуатации и низкого качества фильтрации.
Известен достаточно эффективный фильтрационный аппарат для очистки пищевых жидкостей, преимущественно молока (Патент РФ на изобретение №2054299, МПК: B01D 24/10, опубл. 1996.02.20), включающий корпус с патрубком подвода исходной жидкости и отвода фильтрата, установленную в корпусе проницаемую перегородку с образованием по его высоте верхней и нижней секций для размещения в них гранулированной фильтрующей засыпки, размер фракции которой в верхней секции превышает размер фракции в нижней секции.
Фильтрующий элемент состоит из засыпки твердых гранул, выполненных из оксидов алюминия, или титана, или циркония, или их сплавов с открытой пористостью, не превышающей 0,1% диаметра гранулы.
Недостатками этой конструкции является следующие. Известный фильтрационный аппарат является конструктивно сложным, достаточно дорогим и неудобным в эксплуатации, со сниженными возможностями по полному удалению бактериологических примесей, что значительно снижает его эффективность. Для этого устройства необходима профилактическая разборка фильтрационного аппарата с целью осмотра состояния его внутренних полостей и в случае необходимости промывка проницаемых перегородок от накапливаемых с течением времени остатков грязевых примесей.
Из уровня техники также известен фильтрующий элемент, выполненный в виде трубчатого патрона, содержащего более плотный внутренний цилиндрический каркас, образованный дискретными рядами волокон из пищевого полимерного материала, полученных методом аэродинамической экструзии, и менее плотную внешнюю фильтрующую оболочку (Патент РФ на полезную модель №118874, МПК: B01D 27/00, опубл. 10.08.2012). Технической проблемой является невозможность варьирования свойств фильтрующего элемента, а также то, что при очистке особо загрязненных жидкостей, в частности сырого молока, пропускная способность фильтрующего элемента снижается в разы и его необходимо очень часто менять.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является фильтрующий элемент для очистки жидкостей, преимущественно молока, выполненный в виде волокнисто-пористого нетканого материала из синтетических волокон, соединенных между собой в местах контакта, при этом фильтрующий элемент выполнен в виде полого бескаркасного цилиндра с возможностью удержания формы, а в качестве синтетических волокон выбраны полимерные волокна, полученные методом пневмоэкструзии. Патент РБ на ПМ №6031, МПК B01D 27/00, опубл. 28.02.2010 г.
Недостатками вышеуказанного технического решения являются низкая прочность, малая пропускная способность, быстрое загрязнение и, как следствие, необходимость замены фильтрующих элементов во время дойки, сложность замены фильтрующих элементов, недостаточно длительный срок эксплуатации фильтрующего элемента при использовании в различных системах фильтрации.
Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в создании фильтрующего элемента для очистки жидкостей, преимущественно молока, простой, компактной и недорогой конструкцией с усиленными прочностными характеристиками, обладающей высокой эффективностью фильтрации за счет повышенных возможностей полного удаления как механических, так и бактериологических примесей, а также за счет значительно упрощенного и удобного обслуживания, не требующего специальной квалификации или подготовки, обладающей возможностями легкой и быстрой сборки/разборки и надежной его монтируемостью в различные системы фильтрации молока, в том числе в систему очистки молока на молочных фермах в процессе дойки коров.
Поставленная задача и технический результат заключается в том, что фильтрующий элемент для очистки жидкости, преимущественно молока выполнен в виде полого бескаркасного цилиндра с возможностью удержания формы из волокнисто-пористого нетканого материала из полимерных волокон, полученных пневмоэкструзией, соединенных между собой в местах контакта, при этом полимерное волокно, образующее фильтрующий элемент, имеет объемность и прочностную структуру за счет формирования многослойных последовательно расположенных, не имеющих выраженных границ чередующихся слоев с образованием проводящих каналов, причем один свободный конец фильтрующего элемента выполнен с заглушенной торцевой поверхностью.
Предпочтительно заглушенная торцевая поверхность образована путем сплющивания термической сваркой.
Предпочтительно заглушенная торцевая поверхность имеет съемную крышку.
Предпочтительно полимерное волокно, образующее фильтрующий элемент, имеет стабильный технологический электретный заряд за счет объемного характера поляризации.
На рисунке показан фильтрующий элемент для очистки жидкости, преимущественно молока.
Фильтрующий элемент подходит для всех установок с рукавными фильтрами.
Получают фильтрующий элемент для очистки жидкости, преимущественно молока следующим образом. Исходное полимерное сырье (гранулированный пищевой полипропилен) загружают в приемное устройство генератора волокон, и далее оно транспортируется через обогреваемые зоны генератора волокон к формующей головке. В процессе транспортировки полимерное сырье разогревается до вязко-текучего состояния. Этот переход обусловлен как приложенным внешним температурным воздействием, так и высвобождением тепловой энергии за счет сил трения, возникающих при движении полимера. На выходе из формующей головки расплав подхватывается подаваемой струей горячего воздуха, формируя газо-волокнистый "факел". Волокна в "факеле", находясь в вязко-текучем состоянии, наслаиваются на охлажденную формообразующую оправку, совершающую вращение и возвратно-поступательное перемещение. При этом на поверхности оправки происходит формирование многослойного волокнисто-пористого изделия цилиндрической формы за счет сплавления волокон в местах их контактов.
Причем, настраивая технологические параметры процесса (давление струи воздуха, расстояние между фильерой и формообразующей оправкой и т.д.), по заданной программе формируют изделия требуемой структуры. Путем установки определенного температурного режима формируют "факел", позволяющий получить волокна, обеспечивающие как фильтрационную, так и прочностную структуру фильтрующего элемента.
Путем варьирования температурно-динамических режимов распыления расплавов можно изготавливать элементы различной структуры.
-19
При получении таким способом получаемые волокна фильтрующего элемента несут технологический электретный заряд, что фиксируется на спектрах термостимулированных токов. Максимальная величина остаточного заряда электрета Q, отнесенная к 1 кг материала (т.е. «удельного остаточного электретного заряда») составила 2,8×10 Кл/г.
Экспериментально установленная эффективность фильтрующего элемента по отношению к загрязняющим молоко соматическим и микробным клеткам обусловлена ролью близкодействующих электретных сил, источником которых является технологический заряд в волокнах, стабильный за счет объемного характера поляризации.
После охлаждения волокнисто-пористой массы до требуемой температуры осуществляют ее съем с формообразующей оправки и разрезку на цилиндрические элементы.
Размеры фильтрующего элемента подобраны таким образом, что подходят практически ко всем существующим устройствам для очистки молока на всех существующих доильных систем без какой-либо переделки или доработки.
Один конец фильтрующего элемента выполняли с заглушенной торцевой поверхностью путем термического сплющивания его торцевой поверхности, что позволяет усилить прочность и жесткость конструкции, а также увеличить площадь фильтрации молока. Заглушенная торцевая поверхность может иметь съемную крышку.
Изготавливали волокнистые фильтрующие элементы в виде полых цилиндрических элементов из полимерных материалов, например пищевого полипропилена. Материал является однородным, в силу чего демонстрирует хорошую воспроизводимость основных характеристик и линейность их изменения.
Предлагаемый фильтрующий элемент можно использовать в различных системах фильтрации жидкостей или молока.
Загрязненная жидкость (молоко), проходя через предлагаемый фильтрующий элемент, очищается от частиц механической примеси. Такой процесс объемной фильтрации обеспечивается наложением фильтрующих слоев указанного фильтрующего элемента необходимой плотности и диаметра образующих его волокон. За счет этого уменьшаются потери давления при фильтровании, увеличивается грязеемкость и соответственно срок эксплуатации фильтрующего элемента.
По результатам анализов отмечено также улучшение качества молока по микробиологическим показателям после фильтрации с использованием предлагаемого устройства. В частности, в молоке уменьшилось количество микробных и соматических клеток, не обнаружены ингибирующие вещества, уменьшилась общая обсемененность.
Таким образом, заявляемый фильтрующий элемент для пищевых жидкостей, преимущественно молока, позволяет обеспечить следующие преимущества по сравнению с известными решениями:
высокая надежность и длительный срок службы при компактности и простоте конструкции устройства;
возможности использования с доильным оборудованием любого типа, при этом не нужно останавливать дойку, чтобы поменять фильтрующий элемент;
за счет многослойности и (объемности) фильтрующий элемент обладает высокой грязеемкостью, благодаря чему давление в системе остается стабильным, а насос не перегружается.
Полезная модель может найти применение в молочной промышленности, животноводстве, а также на предприятиях, специализирующихся на выпуске полимерной продукции для этих отраслей.