ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТЕЙ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО МОЛОКА

Техническое решение относится к области производства нетканых волокнисто-полимерных материалов и изделий, используемых в качестве фильтров для очистки различных жидких сред и может быть использовано в молочной промышленности.
Известно, что для обеспечения высокого качества молока необходимо производить его тщательную очистку от механических и биологических примесей.
Известен фильтр для очистки жидкости, преимущественно молока, содержащий герметичный разъемный корпус с патрубками для входа и выхода и установленный в нем фильтрующий элемент патронного типа в виде каркаса, на который навита фильтрующая поверхность в виде пружины из нержавеющей проволоки с фильтрующим зазором между витками пружины. Корпус выполнен в виде соединенных между собой быстросъемным соединением стакана и основания в форме чашки с фланцем и патрубками для входа и выхода, а фильтрующий элемент выполнен двухступенчатым в виде двух фильтрующих патронов, размещенных один в другом и установленных на общем основании, выполненном в виде кольца, каждый из патронов снабжен герметичной крышкой, закрепленной на входном патрубке, выполненном в виде трубы, пропущенной через фильтрующий элемент в полость, расположенную между дном стакана и крышкой наружного фильтрующего патрона (патент РФ №2229795, МПК A01J 9/02, B01D 27/06, опубл. 10.06.04 г.).
Известный фильтр является конструктивно сложным, достаточно дорогим и неудобным в эксплуатации, со сниженными возможностями по полному удалению бактериологических примесей, что значительно снижает его эффективность.
Известно множество фильтров для очистки жидкостей. Например, фильтр, описанный в [Патент СССР 618056, МПК D04Н 3/03, 1973]. Он состоит из концентрично расположенных цилиндрических слоев хаотически уложенных волокон синтетического органического полимерного материала. Плотность такого фильтра составляет от 5 до 50% от плотности полимера, при этом отклонение по плотности между двумя любыми точками по толщине фильтра составляет не более 10%. Наибольшей плотностью обладает его внутренний слой.
Известен также фильтрующий элемент, описанный в (Патент ПНР 140382, МПК В01D 27/00, 1983), представляет собой цилиндрическую многослойную гильзу, состоящую из последовательно навитых слоев сетки, ткани или волокнистых материалов, причем слои материала подбирают таким образом, что размеры фильтрующих ячеек уменьшаются по ходу протекания фильтруемой жидкости. В качестве фильтровального материала могут быть использованы натуральные или синтетические волокнистые материалы типа полиэфирных, полиамидных, полипропиленовых или стеклянных волокон различного размера. Собранный патрон крепится на пустотелой перфорированной втулке, изготовленной из металла или полимера. Навивка слоев ткани или сетки производится крестообразно в противоположных направлениях.
Наличие в структуре фильтрующего элемента каркасных волокон ведет к увеличению прочностных характеристик элемента, но при этом ухудшаются его фильтрационные свойства. Это объясняется увеличением размера пор в структуре элемента.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является фильтрующий элемент, описанный в (А.с. ЧССР 260521, МПК В02D 25/06, 1986 (прототип). Этот элемент образован не менее чем шестью волокнистыми слоями, из которых первый, средний и последний - несущие слои, отличающиеся повышенной жесткостью. Собственно фильтровальный слой выполнен из стекловолокон, диаметр которых постепенно уменьшается в направлении движения фильтруемой среды. Благодаря постепенному уменьшению среднего диаметра волокон снижается степень загрязнения первого собственно фильтровального слоя, а также уменьшаются потери давления при фильтровании.
Практически все известные волокнисто-пористые фильтрующие элементы снабжены опорным каркасом или, как фильтр, описанный в [А.с. ЧССР 260521, МПК В02D 25/06, 1986 (прототип)], содержат в своем составе несущие слои, служащие каркасом. Первые сложны в изготовлении и дорогостоящи, вторые с течением времени могут расслаиваться. Все эти элементы состоят, как правило, из прямых волокон, диаметр которых и плотность укладки могут быть как постоянными по толщине элемента, так и переменными.
Задачей полезной модели является создание простого по конструкции, прочного бескаркасного и дешевого в изготовлении фильтрующего элемента длительного пользования, предназначенного преимущественно для высококачественной очистки молока.
Поставленная задача решается тем, что фильтрующий элемент для очистки жидкостей, преимущественно молока выполнен в виде волокнисто-пористого нетканого материала из синтетических волокон, соединенных между собой в местах контакта, при этом в качестве синтетических волокон используют полимерные волокна, полученные методом пневмоэкструзии, которые наносят на охлаждаемую формообразующую подложку путем направленного газополимерного потока, с возможностью подбора необходимой пористости и плотности при укладке волокон, а также с возможностью получения безкаркасного фильтрующего элемента в виде полого цилиндра с удержанием формы, сохраняя при этом прочностные и фильтрационные характеристики.
Получают фильтрующий элемент следующим образом. Исходное полимерное сырье (гранулированный термопластичный материал) загружают в приемное устройство генератора волокон и далее транспортируется через обогреваемые зоны гильзы к формующей головке. В процессе транспортировки полимерное сырье разогревается до вязкотекучего 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 газоволокнистый "факел". Волокна в "факеле", находясь в вязкотекучем состоянии, наслаиваются на охлажденную формообразующую оправку, совершающую вращение и возвратно-поступательное перемещение. При этом на поверхности оправки происходит формирование 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 фильтроэлемента. Путем варьирования температурно-динамических режимов распыления расплавов можно изготавливать элементы различной формы и структуры.
После охлаждения волокнисто-пористой массы до требуемой температуры, осуществляли ее съем с формообразующей оправки и разрезку на цилиндрические элементы. Изготавливали волокнистые фильтрующие элементы в виде полых цилиндрических элементов из полимерных материалов, например, пищевого полипропилена или полиэтилена. 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, вначале задерживаются крупные частицы, затем мелкие. Такой процесс фильтрации обеспечивается увеличением плотности фильтрующего элемента и уменьшением среднего диаметра образующих его волокон по ходу протекания очищаемой жидкости. За счет этого уменьшаются потери давления при фильтровании, увеличивается грязеемкость и, соответственно, срок эксплуатации фильтрующего элемента.
По результатам бактериологических анализов отмечено также улучшение качества молока по микробиологическим показателям после фильтрации с использованием предлагаемого устройства. В частности, в молоке уменьшилось количество стафиллококов, не обнаружены ингибирующие вещества, уменьшилась общая обсемененность. В смывах, взятых с фильтрующего материала непосредственно после фильтрации, обнаружили наличие бактерий. Это свидетельствует о том, что бактерии вместе с другими примесями удерживаются фильтрующим элементом.
Фильтрующий элемент достаточно просто регенерировать путем обработки водяным паром, в процессе которой конструкционные волокнистые элементы не теряют своей формы и жесткости.
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;
- легкое, безопасное и удобное обслуживание, не требующее специальной подготовки;
- легкая и быстрая замена отработавшего фильтрующего элемента без дополнительных приспособлений;
- повышение эффективности фильтрации за счет полного удаления механических и бактериологических примесей и улучшение микробиологических показателей отфильтрованного молока;
- универсальность использования за счет обеспечения монтируемости в различные системы фильтрации жидкости, в частности молока;