СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФИЛЬТРУЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ДЛЯ ОЧИСТКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И СПОСОБ ОЧИСТКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
METHOD FOR MAKING FILTRATION ELEMENT FOR FLUID CLEANING AND METHOD OF FLUID CLEANING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к фильтрующим элементам для очистки текучей среды и способам изготовления названных фильтрующих элементов, более конкретно описываются фильтрующие элементы для тонкой очистки молока, в частности холодного молока, и способы его изготовления.
Уровень техники
Известен фильтрационный аппарат для очистки молока (см. патент RU 2054299, кл. B01D 24/10, опубл. 20.02.1996), 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 названного решения является ограниченность до применения только с молоком, конструктивная сложность, дороговизна, сниженные возможности по полному удалению бактериологических примесей, что негативно сказывается на качестве фильтрации.
Названному фильтрационному аппарату необходима профилактическая разборка с целью осмотра состояния его внутренних полостей и в случае необходимости промывка проницаемых перегородок от накапливаемых с течением времени остатков грязевых примесей.
Разборка проводится после 2-3 месяцев эксплуатации аппарата (после 150-250 фильтроциклов). Процесс разборки и сборки является достаточно сложным, требует специальной квалифицированной подготовки и усложняет эксплуатацию аппарата.
Другим известным решением является фильтр для очистки жидких сред (см. патент RU 2242266, кл. B01D 27/08, опубл. 20.12.2004), содержащий вертикальный цилиндрический корпус с входным патрубком, выходными патрубками и фильтрующим элементом, установленным с кольцевым зазором относительно корпуса. В кольцевом зазоре выполнен накопительно-распределительный отсек с одним или двумя каналами для распределения жидкости. При этом отсек соединен с входным патрубком, а канал или каналы - с полостью корпуса. Накопительно-распределительный отсек и канал для распределения жидкости образованы внутренней поверхностью корпуса и установленной в корпусе вертикальной направляющей криволинейного профиля, ограниченной сверху и снизу пластинами.
В этом устройстве существенным недостатком является сложная конструкция устройства, которая к тому же является дорогостоящей и низкоэффективной из-за возможности накопления в многочисленных сложных элементах конструкции бактериологических примесей и перехода их в фильтрат. Устройство также неудобно в эксплуатации из-за сложности его сборки и разборки, а также требует специальных приспособлений для извлечения из аппарата фильтрующего элемента, подлежащего замене.
Из уровня техники известен фильтрующий элемент для тонкой очистки сырого молока, выполненный в виде трубчатого патрона из пищевого полимерного материала, образованного дискретными рядами полученных методом аэродинамической экструзии волокон с уменьшающимися в радиальном направлении от периферии к центру размерами пор (см. патент RU 53585, кл. B01D 27/08, опубл. 27.05.2006).
Недостатком известного устройства является то, что оно ограничено только очисткой молока, не позволяет очищать молоко от мелкодисперсных примесей и малая площадь работы фильтрующего элемента. Фильтрация осуществляется по принципу: если частица меньше пропускного канала фильтрующего элемента, то она пропускается, если больше - задерживается. Подобные устройства очищают сырое молоко только от примесей большего размера, чем молочно-жировой «шарик», более мелкие примеси свободно проникают в отфильтрованное сырое молоко и осеменяют его. Кроме того, особенность установки такого фильтра, заключающегося в установке его так, как это показано на фиг.1, не позволяет работать всей площади фильтрующего элемента. Фильтрующий элемент осуществляет фильтрацию только в нижней своей части и быстро загрязняется в ней, что негативно сказывается на качестве очистки и рациональности использования.
Настоящее изобретение направлено на решение проблем уровня техники и позволяет эффективно использовать фильтрующий элемент и способ его изготовления в промышленных масштабах и применять его в производстве.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение описывает способ изготовления фильтрующего элемента для очистки текучей среды, включающий закладку полипропилена в дозатор экструдера, расплавление до текучего состояния, подачу полипропилена в текучем состоянии к аэродинамической головке экструдера, подачу воздуха к головке экструдера, формирование по меньшей мере одной нити, намотку указанной нити с формированием трубчатой поверхности, по меньшей мере одной резьбообразной поверхности, имеющей большую плотность намотки нити на ребрах резьбообразной поверхности, и группы каналов, проходящих от внешней поверхности к внутренней поверхности трубчатой конструкции по спирали внутри трубчатой конструкции.
В одном из вариантов осуществления вышеназванного способа формируют группу каналов с уменьшающимся размером в радиальном направлении от периферийной к центральной области трубчатой конструкции.
Дополнительно может быть сформирована нить толщиной 0,005-0,03 мм.
Также настоящее изобретение описывает способ очистки текучей среды, включающий установку в корпус очистной камеры фильтрующего элемента, выполненного в виде трубчатой конструкции, снабженного по меньшей мере одной нитью, выполненной из пищевого полимерного материала, образующей по меньшей мере одну группу резьбообразных поверхностей, имеющих большую плотность намотки нити на ребрах резьбообразной поверхности, и группу каналов, проходящих от внешней поверхности к внутренней поверхности трубчатой конструкции по спирали внутри трубчатой конструкции, подачу текучей среды в очистную камеру, пропускание текучей среды через группу каналов фильтрующего элемента и вывод текучей среды из очистной камеры.
В одном из вариантов могут устанавливать фильтрующий элемент, имеющий группу каналов с уменьшающимся размером в радиальном направлении от периферийной к центральной области трубчатой конструкции.
При осуществлении названного способа в качестве текучей среды может быть использовано молоко.
Дополнительно может быть использовано холодное и/или сырое молоко.
Еще в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения в качестве текучей среды может быть использована вода.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение эффективности использования фильтрующего элемента, а именно: повышение площади фильтрующей поверхности, равномерное распределение фильтруемого молока по поверхности фильтрующего элемента, увеличение пути прохождения текучей среды внутри фильтрующего элемента, повышение скорости фильтрации при использовании фильтра, упрощение его установки и контроля состояния.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение и уровень техники поясняются нижеследующими чертежами:
Фиг.1 - фильтрующий элемент по патенту RU53585, установленный в корпус.
Фиг.2 - фильтрующий элемент согласно настоящему изобретению.
Специалист в данной области техники, используя настоящее описание и чертежи, может осуществить изобретение так, как оно заявлено в формуле изобретения.
Осуществление изобретения
Настоящее изобретение описывает фильтрующий элемент для очистки текучих сред, имеющих плотность меньшую или равную плотности воды, в частности молока, более конкретно сырого и холодного молока, и представляет собой цилиндр, выполненный из по меньшей мере одного полимерного материала. Фильтрующий элемент имеет волокна или нити, нанесенные последовательными слоями друг на друга. Нити наносятся так, чтобы образовывать резьбообразные поверхности, позволяющие равномерно рассеивать фильтруемую текучую среду по поверхности фильтра.
В одном из вариантов осуществления изобретения нити выполнены из пищевого полипропилена, в частности из полипропилена марки 01030, широко применяемого в настоящей области техники. Названый материал имеет высокую стойкость к агрессивным средам и позволяет образовывать нити толщиной около 0,005-0,03 мм при температуре плавления около 190-200°С.
Нити наносятся методом аэродинамической экструзии с изменением расстояния между ними так, что пропускающие каналы, образованные между нитями, имеют большие размеры у периферийной области фильтрующего элемента и меньшие у центральных областей фильтрующего элемента.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения тонкие сильно прижатые друг к другу нити образуют каркас фильтрующего элемента и образуют каркас, сохраняющий геометрию фильтрующего элемента под давлением, образующимся при очистке текучей среды, в частности молока. Резьбообразная поверхность образуется в местах плотного прижатия нитей друг к другу. Очищаемая текучая среда проходит через фильтрующий элемент в тех областях, где плотность уложенных нитей меньше.
Фильтрующий элемент имеет трубчатую конструкцию с ровной внутренней поверхностью и резьбообразной внешней. Фильтрующий элемент, выполненный согласно одному из вариантов настоящего изобретения, показан на фиг.2. Фильтрующий элемент имеет поверхность, аналогичную резьбовой поверхности, и имеет меньшую плотность намотки нити в области 1 и большую плотность в области 2. Соответственно, очищаемая текучая среда проходит преимущественно через область 1, т.е. там, где имеется меньшая плотность намотки нити.
Резьбообразная поверхность имеет двойное значение в настоящем решении. Ребра поверхности создают каркас фильтрующего элемента и придают ему необходимую жесткость. Одновременно ребра закручивают поток очищаемой жидкости и создают «эффект воронки», увеличивая путь очищаемой жидкости внутри фильтра, равномерно распределяя текучую среду по поверхности фильтрующего элемента и повышая степень очистки текучей среды. Внешняя поверхность фильтрующего элемента выполнена резьбообразной, что создает вихревые потоки при очистке текучей среды.
Фильтрующий элемент, осуществленный по настоящему изобретению, увеличивает путь прохождения текучей среды, например, в обычном фильтре текучая среда проходит приблизительно вдоль всей высоты фильтра, а в настоящем фильтре текучая среда проходит приблизительно путь в 2 или 3 раза длиннее, что увеличивает степень очистки текучей среды.
Вышеназванное расположение нитей позволяет эффективно очищать текучие среды, как от крупных, так и от мелких примесей и обеспечивает беспрепятственное прохождение молочно-жировых шариков через фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент имеет неоднородную структуру, а кроме того, спиралеобразные каналы для равномерного распределения текучей среды по поверхности фильтрующего элемента.
При работе фильтрующего элемента текучая среда протекает через область 1, т.к. в этих местах плотность намотки нити ниже. Соответственно, эти области загрязняются в первую очередь. Уменьшение пропускания текучей среды в межреберном пространстве приводит к тому, что текучая среда начинает проходить через ребра резьбообразной поверхности фильтра. При этом важным моментом является то, что качество очистки текучей среды не снижается.
Проведенные сравнительные испытания показали, что фильтр, имеющий равномерную намотку нити и ровную поверхность, способен очистить около 100 литров воды. В то же время фильтр, выполненный по настоящему изобретению, способен очистить около 130 литров воды, причем степень очистки воды выше, чем у известных фильтров.
Внутренний диаметр фильтрующего элемента выбирают в зависимости от конструкции очистной камеры, требованиям по пропускной способности и другим параметрам. Предпочтительно выбирать внутренний диаметр из ряда 25, 32, 38 и 50 мм для унификации фильтрующих элементов и возможности использовать их с любыми используемыми сегодня установками по очистке текучих сред.
Длину фильтра выбирают также в зависимости от конструкции очистной камеры, требованиям по пропускной способности и другим параметрам. Предпочтительно выбирать длину фильтра 75-500 мм, наиболее предпочтительным вариантом является длина в 125 мм.
Резьбообразная поверхность фильтрующего элемента предпочтительно имеет шаг (расстояние между ребрами), равный 0,3-3 см. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения фильтрующий элемент содержит два, три, четыре, пять или шесть ребер, аналогично количеству заходов резьбовых деталей общего конструирования. Наличие нескольких резьбообразных поверхностей позволяет увеличить пропускную способность и равномерность использования всех поверхностей фильтрующего элемента. Для получения нескольких ребер резьбообразной поверхности предпочтительно использовать соответствующее количество нитей.
Фильтрующий элемент изготавливают на оборудовании, состоящем из экструдера и каретки. В дозатор экструдера закладывают полипропилен, например, в виде гранул. При помощи шнекового механизма полипропилен подается в по меньшей мере одну плавильную камеру. Плавильные камеры могут состоять из группы ступеней, предпочтительно из двух ступеней. На первой ступени полипропилен измельчают и расплавляют до вязкотекучего состояния. На второй ступени вязкий полипропилен расплавляют до текучего состояния и приобретения им пластично-однородной массы. Пластично-однородную массу посредством шнекового механизма подают в аэродинамическую головку экструдера.
К аэродинамической головке экструдера подают под давлением разогретый, закрученный по спирали газ, в частности воздух. Посредством разогретого воздуха раздувают пластично-однородную массу полипропилена с образованием нитей, которые располагают преимущественно по спирали вдоль трубчатой конструкции фильтрующего элемента, образую резьбообразную поверхность.
Под действием аэродинамического потока воздуха нить закручивают в спираль сначала в одном направлении, а затем в противоположном, так, чтобы образованная поверхность позволяла равномерно распределять текучую среду по поверхности фильтрующего элемента.
Нить наматывается в горячем состоянии и при вращении оправки, на которую наматывают нить, сама нить натягивается, что позволяет повысить плотность фильтра. Намотанная нить представляет собой спираль, намотанную сначала в одном направлении, а затем - в обратном. Таким образом, каналы для пропускания очищаемой жидкости выполнены по спирали внутри трубчатой конструкции фильтрующего элемента. В настоящем описании и приложенной формуле термин «внутри» следует понимать как между внешней поверхностью трубчатой конструкции фильтрующего элемента и внутренней поверхностью.
Намотка нити в прямом и обратных направлениях создает поочередные слои фильтра, что создает каналы змееобразной формы, т.е. жидкость, проходя по вышеназванным каналам, проходит одновременно по спирали внутри фильтра, а также по змеевидной поверхности. Змеевидную поверхность можно сравнивать с синусоидой. Такое выполнение каналов позволяет увеличить путь прохождения текучей среды в несколько раз (приблизительно в 2-4 раза).
В одном из вариантов осуществления настоящего решения нить образует электрет, т.е. диэлектрик, длительное время сохраняющий поляризованное состояние после снятия внешнего воздействия, которое привело к поляризации (или заряжению) этого диэлектрика, и создающий в окружающем пространстве квазипостоянное электрическое поле. Фильтры, выполненные согласно настоящему описанию, являются механоэлектретами, т.е. электретная составляющая в них появляется за счет механического воздействия на нить, а именно за счет натяжения разогретой нити во время ее намотки на оправку.
Описанный фильтрующий элемент может быть использован для фильтрации сырого молока, холодного молока и других его форм, а также других текучих сред, например таких как вода, минеральная вода, сок, вино или другие текучие среды.