УСТАНОВКА ОЧИСТКИ ВОДОСОДЕРЖАЩИХ ЖИДКОСТЕЙ ПРИРОДНЫМИ ЦЕОЛИТАМИ

Полезная модель относится к области пищевой промышленности, а именно к области приготовления пищевых продуктов, в состав которых входят водосодержащие жидкости, и может быть применена при обработке воды, молока и соков, используемых для приготовления различных продуктов питания.
Известен способ очистки жидкостей и устройство (варианты) для его осуществления (см. патент РФ №2075994, МПК B01D 15/00, опубл. 27.03.1997), содержащее корпус, в котором размещены сорбент и электроды, создающие поле электрического тока, причем электроды размещены в сорбенте, при этом электроды выполнены из материалов, образующих при контакте друг с другом химический источник тока, а частицы сорбента выполнены из материала, поляризующегося в поле электрического тока, причем размер частиц не превышает половины расстояния между соседними электродами. В качестве сорбента может быть использован и цеолит. Недостатком известного технического решения является его сложность.
Известна установка очистка воды, молока и соков природными цеолитами (см. патент РФ №89412, МПК B01D 15/00, опубл. 10.12.2009, Бюл. №34), которая содержит адсорбционную колонку с соотношениями диаметра и высоты колонки от 1:2 до 1:3, выполненную из химически стойкого полимерного материала и заполненную сорбентами, причем в качестве опорного слоя использован кварцевый песок или гравий с частицами величиной 5-10 мм при высоте слоя 0,3 м первый слой шивыртуинского цеолита из частиц размером 3-4 мм, высота слоя 0,3 м, слой цеолита холинского месторождения выполнен из частиц размером 1,5-2,0 мм при высоте загрузки 1,5-2,0 м, а дополнительный слой шивыртуинского цеолита выполнен из частиц размером 2-3 мм при высоте слоя 0,2 м, кроме того к колонке подключены системы подачи и отвода очищенной жидкости.
Недостатком является энергоемкость очистки при длительной эксплуатации, обусловленная возрастающим гидравлическим сопротивлением дополнительного слоя шивыртуинского цеолита, выполненного из частиц размером 2-3 мм для обеспечения качественной итоговой по всему объему колонки очистки и подвергающегося более интенсивному закупориванию пористой активной поверхности. При этом заполнение предварительно подготовленными цеолитами осуществляется равномерно по всему объему (площади и высоте) части колонки, предназначенной для соответствующего слоя цеолита. Однако, как известно, (см. например, Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров; М.; Высшая школа, 1969. - 388 с: ил.) процесс сорбции наиболее интенсивно протекает по мере перемещения очищаемого потока вблизи вертикальной оси колонки, т.е. в осевой зоне и в меньшей степени по периферии, что обусловлено эпюрой скорости жидкости по сечению колонки (адсорбционного аппарата).
В результате наблюдается неравномерность накопления загрязнений на пористой активной поверхности цеолита с возрастанием гидравлического сопротивления движущейся очищаемой жидкости, а это требует дополнительных энергозатрат на перемещение потока т.е увеличение мощности, в том числе и миникомпрессора, для регулирования давления воздуха. По мере загрязнения очищаемой жидкостью осевой зоны шивыртуинского цеолита качество очистки конечной стадии не соответствует заданным качественным параметрам, что приводит к необходимости замены всего дополнительного слоя цеолита, в то же время периферийная зона еще способна активно сорбировать загрязнения, следовательно, демонтажные работы по замене неравномерно загрязненного дополнительного слоя шивыртуинского цеолита увеличивает стоимость очистки готового продукта с качественными параметрами: воды, молока и соков.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является поддержание нормативных энергозатрат на очистку природными цеолитами при получении улучшенного качества молока и молочных продуктов, в том числе и сокосодержащих, путем устранения необходимости использования сверхнормативной мощности на преодоление возросшего гидравлического сопротивления осевой зоны колонки в процессе сорбции, за счет выполнения равномерного распределения эпюры скоростей очищаемой жидкости как по площади, так и по высоте дополнительного слоя шивыртуинского цеолита.
Технический результат достигается за счет того, что установка очистки водосодержащих жидкостей природными цеолитами содержит адсорбционную колонку с соотношением диаметра и высоты колонки от 1:2 до 1:3, выполненную из химически стойкого полимерного материала и заполненную сорбентами, причем в качестве опорного слоя использован кварцевый песок или гравий с частицами величиной 5-10 мм при высоте слоя 0,3 м первый слой шивыртуинского цеолита из частиц размером 3-4 мм, высота слоя 0,3 м, слой цеолита холинского месторождения выполнен из частиц размером 1,5-2,0 мм при высоте загрузки 1,5-2,0 м, кроме того к колонке подключены системы подачи и отвода очищенной жидкости, отличающийся тем, что дополнительный слой шивыртуинского цеолита расположен в корпусе, занимающем всю площадь выходного сечения колонки, который выполнен из внутренней и внешней решеток, кроме того внешняя решетка представляет собой тело вращения, поверхность которого образована кривой, изменяющейся по синусоидальному закону с вершиной на общей оси колонки, а внутренняя решетка представляет собой соединение боковой поверхности корпуса и торцевой поверхности собственно решетки.
На фиг. 1 представлен корпус для размещения дополнительного слоя шивыртуинского цеолита, расположенный в установке очистки водосодержащих жидкостей природными цеолитами.
Корпус 1, занимающий всю площадь выходного сечения колонки 2 выполнен из внутренней 3 и внешней 4 решеток с боковой поверхностью 5. При этом внешняя решетка 4 представляет собой тело вращения, поверхность которого образована кривой, изменяющейся по синусоидальному закону с вершиной на общей оси 6 колонки 2, а внутренняя решетка 3 представляет собой соединение боковой поверхности 5 корпуса 1 и торцевой поверхности 7 собственно решетки 3.
Установка очистки водосодержащих жидкостей природными цеолитами работает следующим образом. Колонку, выполненную из химически стойкого полимерного материала с соотношениями диаметра и высоты от 1:2 до 1:3 заполняют предварительно подготовленным сорбентами в следующем порядке расположения слоев. Опорный слой кварцевого песка или гравия с частицами величиной 5-10 мм засыпается до высоты 0,3 м. Первый слой шивыртуинского цеолита из частиц размером 3-4 мм с высотой 0,3 м. Следом происходит наполнение колонки слоем цеолита Холинского месторождения, выполненного из частиц размером 1,5-3,0 мм до высоты загрузки 1,5-2,0 м.
Учитывая значимость использования дополнительного слоя шивыртуинского цеолита для получения качественной очистки воды, молока и соков предлагается осуществлять замену лишь данного слоя по мере насыщения его загрязнениями при начальных признаках ухудшения качественных параметров вместо выполнения трудоемких работ, которые осуществляют в данном случае, по полной промывке всей установки, что при снижении энергозатрат, обеспечивает достижение нормативных показателей готового продукта. Для этого дополнительный слой шивыртуинского цеолита располагается в корпусе с диаметром, обеспечивающим свободное размещение внутри адсорбционной колонки с достижением ее внутренней поверхности и занимающим всю площадь выходного сечения установки. При этом корпус 1 выполнен из внутренней 3 и внешней 4 решеток. Внешняя решетка 4 представляет собой тело вращения, поверхность которого образована кривой, изменяющейся по синусоидальному закону с вершиной на общей оси 6 колонки 2, а внутренняя решетка 3 представляет собой соединение боковой поверхности 5 корпуса 1 и торцевой поверхности 7 собственно решетки 3.
Система подачи очищаемой жидкости представляет собой штуцер, соединенный шлангом из силиконовой резины с резервуаром, в который наливают очищаемую жидкость. Система отвода очищенной жидкости представляет собой штуцер с краном, соединенным шлангом из силиконовой резины с емкостью для очищенной жидкости. Для побуждения движения жидкости через колонку используется миникомпрессор, выполненный с возможностью регулирования давления воздуха, выход которого подключен к регулятору с очищаемой жидкостью.
Установка очистки водосодержащих жидкостей природными цеолитами работает следующим образом. Очищаемый поток жидкости (воды, молока и соков) перемещается по адсорбционной колонке, проходя последовательно опорный слой, первый слой шивыртуинского цеолита и цеолита Холинского месторождения, очищается от соответствующих загрязнений и через внутреннюю решетку 3 вступает в контакт с дополнительным слоем шивыртуинского цеолита. В связи с тем, что расположение дополнительного слоя шивыртуинского цеолита обусловлено конечной стадией очистки в адсорбционной колонке, то гидравлическое сопротивление движущейся очищаемой жидкости определяется лишь массовым весом данного слоя и эпюры скоростей ламинарно перемещающегося потока имеет вид кривой, изменяющейся по синусоидальному закону, т.е. характеризуется изменением скорости во всех точках объема корпуса по сечению внутренней решетки 3, причем максимум абсолютного значения приходится на осевую составляющую. Поэтому объем дополнительного слоя цеолита выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась эффективная очистка при заданной скорости осевого потока. Однако наполнение сорбента из расчета максимальной осевой скорости приводит к нерациональному процессу очистки и увеличению общего гидравлического сопротивления дополнительного слоя цеолита. А это способствует нерациональным энергозатратам, связанным с перемещением очищаемой жидкости и непроизводительному расходу цеолита.
Предлагается корпус 1 по размещению дополнительного слоя шивыртуинского цеолита выполнить с объемопрофилем, который изменяется в соответствии с эпюрой скоростей, т.е. поверхность внешней решетки 4 представляет собой тело вращения, поверхность которого образована кривой, изменяющейся по синусоидальному закону. Кроме того, корпус заполняют дополнительным шивыртуинским цеолитом, он легко монтируется при наличии контроля насыщенности загрязнениями, влияющими на качественные параметры готового продукта, без выполнения демонтажных работ по промывке всего объема сорбентов адсорбционной колонки. Монтаж корпуса осуществляется следующим образом. Внутренняя решетка 3 устанавливается вертикально так, чтобы внизу находилась сетчатая часть (например, круг с множеством отверстий), а боковая поверхность 5 находится под сетчатой частью и заполняется цеолитом до уровня, соответствующего профилю наружной решетки 4, после чего последняя надевается сверху на боковую поверхность 5. Связь внутренней 3 и внешней 4 решеток посредством боковой поверхности корпуса 1 осуществляется одним из известных способов, например резьбовым соединением.
Оригинальность предлагаемой полезной модели заключается в том, что снижение энергозатрат при очистке водосодержащих жидкостей природными цеолитами достигается путем оптимизации заполнения дополнительного слоя шивыртуинского цеолита в корпус с объемопрофилем, который помещается в адсорбционную колонку как необходимый элемент получения качественного готового продукта. Кроме того, использование независимого, легко заменяющегося контейнера, позволяет осуществлять замену или регенерацию (промывку) дополнительного слоя шивыртуинского цеолита, по мере снижения качества готового продукта, без осуществления промывки всей колонки, что, в конечном счете, снижает энергоемкость работы установки в целом.