ИОНООБМЕННЫЙ ФИЛЬТР ДЛЯ ОЧИСТКИ ЭТАНОЛА

Полезная модель относится к области пищевой и химической технологии и может быть применена для очистки жидкостей, преимущественно этанола и водноэтанольных растворов, а также питьевой и технической воды.
При ионообменной очистке жидкостей чаще всего используется вертикальный закрытый цилиндрический резервуар, заполненный смолой (катионитом или анионитом), контактирующей с устройством для сбора обработанной жидкости, состоящим либо из колпачков, равномерно рассредоточенных по поверхности днища, либо из системы перфорированных труб. Ионообменная смола может быть уложена на поддерживающие слои из инертного гранулированного материала (силекс, антрацит или пластмасса); отвод очищенного спирта осуществляется дренажной системой.
Известен катионитовый фильтр, представляющий собой цилиндрический корпус с верхним и нижним сферическим днищем, в который сверху вниз через воронку подается очищаемая жидкость, а фильтрат отводится через дренажное устройство, представляющее собой коллектор с прикрепленными к нему дренажными трубами, помещенное на бетонную подушку; во избежание уноса мелких частиц катионита сверху дренажа насыпается слой кварцевого песка. (Технологическое оборудование предприятий бродильной промышленности/ В.И.Попов, И.Т.Кретов, В.Н.Стабников, В.К.Предтеченский. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. - С. 246). Однако этот аппарат не обеспечивает эффективного равномерного по всему объему выделения примесей, требуется большой расход промывной воды, операции регенерации достаточно сложны, а для обеспечения непрерывности производства все фильтрационное оборудование должно быть продублировано.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции является картриджный фильтр для очистки воды, содержащий цилиндрический корпус с верхней крышкой, цилиндрический картридж, установленный соосно внутри корпуса и выполненный в виде коаксиально расположенных внутренней и внешней сетчатых обечаек, верхнюю заглушку с центральным отверстием и нижнюю заглушку, с которыми соединены торцы обеих обечаек, фильтрующий материал, патрубок подачи воды и патрубок отвода воды, причем фильтр дополнительно содержит еще один или более цилиндрических картриджей, выполненных аналогично первому и расположенных непосредственно друг над другом, а корпус снабжен нижней крышкой с центральным отверстием, с которым соединен патрубок отвода воды, при этом нижняя заглушка каждого картриджа выполнена глухой и снабжена прикрепленным к ней и установленным соосно корпусу перфорированным патрубком. (Патент РФ 2366485 МПК, 2009).
Однако в данном фильтре предусмотрено последовательное прохождение очищаемой жидкости по каждой из секций фильтра, при этом распределение фильтруемой среды по объему аппарата неравномерное, что снижает эффективность извлечения примесей. Кроме того, для очистки больших объемов указанный аппарат будет иметь значительные габариты, что затрудняет его обслуживание.
Задача полезной модели - разработка конструкции аппарата, реакторная зона которого содержит несколько типов фильтрующих сред (например, катионит и анионит).
Технический результат - больший объемом эффективно используемых фильтрующих сред, удобство в эксплуатации (быстрая смена фильтрующей среды при минимальном времени простоя и без слива фильтруемой жидкости из полостей аппарата).
Технический результат достигается тем, что ионнообменный фильтр для очистки этанола состоит из цилиндрического корпуса, днища, крышки, горизонтальной и вертикальной перегородок, гильз и фильтр-кассет, горизонтальная перегородка установлена внутри корпуса на некотором расстоянии от крышки и параллельно ей вертикальная перегородка разделяет внутренний объем на две полуцилиндрические части, корпус, крышка, горизонтальная и вертикальная перегородки образуют две коллекторно-распределительные секции, корпус, днище, горизонтальная и вертикальная перегородки, образуют две реакторные секции, крышка и горизонтальная перегородка имеют ряд соосных отверстий, в которых герметично укреплены гильзы с фильтр-кассетами, в той части каждой гильзы, которая находится в коллекторно-распределительной секции имеются отверстия для забора жидкости, каждая фильтр-кассета фиксируется герметично в гильзе с помощью пробки, коллекторно-распределительные и реакторные секции снабжены соответственно входными и выходными штуцерами.
На фиг.1 представлен вертикальный разрез предлагаемого устройства; на фиг.2 - фрагмент устройства с видом на распределительную систему; на фиг.3 таблица показателей процесса очистки с использованием прототипа и предлагаемого устройства.
Ионообменный фильтр состоит из цилиндрического корпуса 1, в верхний и нижний торцы которого вварены крышка 2 с рядом отверстий и днище 3, на некотором расстоянии от крышки параллельно ей внутри корпуса установлена горизонтальная перегородка 4 с рядом отверстий, пространство, ограниченное данной перегородкой, крышкой и корпус является коллекторно-распределительной секцией, при помощи которого фильтруемая жидкость равномерно распределяется между сменными взаимозаменяемыми фильтр-кассетами 5. Пространств, ограниченное корпусом, днищем и горизонтальной перегородкой является реакционной секцией. Перегородка 4 установлена таким образом, что отверстия в ней оказываются соосными с аналогичными отверстиями в крышке 2. Отверстия предназначены для установки в них гильз 6, в которые, в свою очередь устанавливаются фильтр-кассеты 5 (катионитные и анионитные), верхние и нижние торцы гильз 6 приварены к крышке 2 и перегородке 4 фильтра, в боковой части каждой гильзы выполнены, например, прямоугольные отверстия для забора жидкости, на каждой фильтр-кассете 5 в верхней ее части выполнен упорный буртик, при помощи которого происходит обжим эластичной прокладки 7, прижатой другой своей стороной к внутреннему торцу гильзы 6, чем обеспечивается герметизация и разделение коллекторно-распределительного и реакторного секций фильтра. Прижимающие усилия создаются воздействием на торец фильтр-кассеты путем ввинчивания пробки 8 в гильзу 6, уплотнение пробки осуществляется прокладкой 7. Фильтр также имеет вертикальную перегородку 9, которая разделяет коллекторно-распределительную и реакционную секции на две части. Приток, отток и переток жидкости (из одного объема в другой) осуществляется через входные 10 и выходные 11 штуцера посредством внешних трубопроводов, снабженных запорной арматурой, позволяющей использовать как устройство в целом, так и любую из его частей в отдельности, а также производить промывку и регенерацию любой из них (при этом вторая может находиться в рабочем состоянии). Устройство фильтр-кассет 5 является стандартным: между двумя коаксиальными перфорированными цилиндрическими оболочками (из сетки), помещается фильтрующая среда. Нормальное рабочее положение фильтра: пробками блоков фильтр-кассет вверх.
Работа устройства осуществляется следующим образом: фильтруемая жидкость поступает в одну из частей коллекторно-распределительной секции через входной штуцер 10 и далее в центральный канал фильтр-кассеты 5, нижний конец которого заглушен, просачивается через фильтр в радиальных направлениях равномерно по всей высоте кассеты, попадая при этом в реакционную секцию, ограниченную цилиндрическим корпусом 1, перегородкой 4, перегородкой 9 и днищем 3, где осуществляется сбор и смешивание потоков из всех фильтр-кассет 5; далее через штуцер 11 жидкость выводится из устройства либо поступает в соседнюю часть коллекторно-распределительной секции, т.е. обе половины реактора конструктивно устроены одинаково и отличаются только фильтрующей средой внутри фильтр-кассет 5. Нормальное рабочее положение фильтра: пробками блоков фильтр-кассет вверх, что дает возможность заменять любую из кассет, сняв давление на входе или разрежение на выходе, не сливая жидкость из реакторной секции.
Показатели процесса очистки с использованием прототипа и предлагаемого устройства представлены в таблице. Как следует из данных таблицы, предлагаемое устройство позволяет осуществить выделение примесей, отрицательно влияющих на органолептические показатели этанола (органических кислот, азотистых соединений и пр.).