УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2000 года по МПК B01D24/10 

Изобретение относится к устройствам для очистки жидкостей в потоке, в частности воды и водных растворов с использованием различных сорбентов.

Предлагаемое устройство может найти применение везде, где требуются жидкости высокой степени очистки: в микроэлектронике, фармацевтике, медицине, в химических и биологических лабораториях, в быту для очистки питьевой воды и т.д.

Подобные устройства широко известны и представляют собой фильтры, состоящие из цилиндрического или конусного стакана (корпуса) с размещенными слоями сорбентов (патент РФ 2098356, C 02 F 1/42, 1997 г.; патент РФ 2038316, C 02 F 1/28, 1995 г.; патент Франции 2617773, C 02 F 9/00). Слои сорбентов могут содержать различные активированные угли, ионообменные смолы, дезинфицирующие материалы и т.д. Одной из существенных проблем такого рода устройств является то, что при прохождении жидкости через слои сорбентов некоторая часть очищаемой жидкости проскакивает между сорбентом и стенкой корпуса и выходит неочищенной (так называемый пристенный эффект). В результате этого степень очистки и ресурс устройства существенно снижаются. Для уменьшения пристенного эффекта используются различные приемы.

В частности, известно устройство, выбранное в качестве ближайшего аналога, которое по технической сущности наиболее близко к предлагаемому и представляет собой устройство для очистки воды (патент РФ 2084265, B 02 D 24/28, опубл. Б. И. N 20, 1997 г.). Указанное устройство содержит корпус, входной и выходной патрубки, многослойную сорбционную загрузку. Для исключения пристенного эффекта в этом устройстве применяются специальные разделители зон, выполненные в виде колец, на которых герметично закреплен фильтрующе-разделительный материал, при этом на внешней боковой поверхности колец в углублении размещен эластичный уплотнительный материал. Описанное устройство позволяет в значительной степени преодолеть влияние пристенного эффекта в условиях, когда поддерживается постоянное гидродинамическое сопротивление внутри корпуса фильтра. Однако, в реальных условиях гидродинамическое сопротивление может резко изменяться.

Целью изобретения является такое усовершенствование конструкции устройства, которое позволило бы повысить эффективность очистки путем стабилизации гидродинамического сопротивления в условиях сорбции в потоке.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве, содержащем корпус, патрубки для подачи очищаемой жидкости и отвода очищенной жидкости, распределенную по зонам сорбционную загрузку и разделители зон, дополнительно установлен губчатый проницаемый материал, частично сжатый по толщине.

Этот губчатый материал может быть установлен в любом месте по высоте устройства. Для удобства эксплуатации целесообразно губчатый материал размещать внизу и вверху сорбционной загрузки. Степень сжатия составляет, как правило, 30-60% от первоначального объема.

Дополнительно для лучшего распределения движущегося потока и снижения гидродинамического сопротивления за последней по потоку зоной может быть установлена плетеная сетка.

Как уже было упомянуто выше, гидродинамическое сопротивление внутри корпуса в процессе очистки меняется, и обусловлено это в первую очередь изменением геометрических объемов сорбентов при взаимодействии с очищаемой водой. Так, например, гранулы анионитов уменьшаются в размере при переходе из OH^- формы в Cl^- или другие солевые формы. Катиониты также уменьшаются в размерах при переходе из H⁺- формы в Na⁺, K⁺ или другие солевые формы. Кроме того, некоторые типы волокнистых активированных углей набухают в воде или водно-спиртовых растворах. При сорбции через слои гранулированных углей из последних вымывается мелкая фракция. Указанные эффекты в конечном итоге приводят к существенному нарушению гидродинамических условий очистки. В зонах, где частицы сорбента уменьшаются в размерах, поток устремляется к стенке. В зонах, где материал набухает, возникает перенапряжение и увеличение гидродинамического сопротивления.

Губчатый материал должен иметь высокую проницаемость и свободно сжиматься и разжиматься в процессе фильтрации без изменения гидродинамического сопротивления. В этом случае любые изменения геометрических размеров гранул или волокон сорбентов и соответствующее расслабление или набухание зон будут автоматически скомпенсированы разжиманием или сжатием губчатого материала. Таким образом может быть исключен пристенный эффект и перенапряжение зон. В качестве губчатого материала может быть использован губчатый материал из пенополиуретана толщиной 20-40 мм с размером пор 0,3-0,6 мм.

Установка плетеной сетки, действующей как коллектор, позволяет обеспечить фильтрацию по всему сечению корпуса, что значительно повышает производительность устройства. Целесообразно использовать в качестве сетки капроновую или лавсановую сетку полотняного плетения с размером ячеек 0,5-1,2 мм (cм. , например, Малиновская Т.А. Разделение суспензии в промышленности органического синтеза, М. Химия, 1971 г., стр. 166-167).

На чертеже схематично изображено устройство для очистки жидкости. Оно содержит корпус 1 в виде цилиндрического или конического стакана ( показан конический стакан) с входным патрубком 2 для подвода очищаемой жидкости и выводным патрубком 3 для отвода очищенной жидкости. Внутри корпуса 1 размещена сорбционная загрузка 4, перегородки 5 и губчатый материал 6. Принципиально этот материал может располагаться в любом месте по высоте корпуса. На чертеже показан вариант размещения губчатого материала вверху и внизу сорбционной сборки. Дополнительно для снижения гидродинамического сопротивления за последней по движению потока жидкости зоной может быть установлена плетеная сетка 7.

Устройство работает следующим образом. Устройство подсоединяют к потоку очищаемой жидкости через переходник и направляют поток через него. Подача жидкости может осуществляться либо сверху вниз или снизу вверх.

В прилагаемых таблицах приведены данные по очистке воды предлагаемым устройством. В табл.1 приведены данные по очистке воды от ионов (опреснение), в табл. 2 приведены данные по очистке водопроводной питьевой воды.

Сравнение данных по очистке воды для устройств, не содержащих губчатый материал и плетеную сетку, с устройствами, содержащими эти элементы, показывают высокую эффективность их применения по всем показателям очищенной воды.

Устройство предназначено для очистки жидкости в различных областях промышленности и в быту. Устройство содержит корпус, сорбционную загрузку, размещенную в корпусе слоями, разделенными перегородками, губчатый материал, частично сжатый по толщине, который может быть размещен в любом месте по высоте загрузки, в частности внизу и вверху слоев, и плетеную сетку, установленную за последней зоной очистки. Изобретение позволяет повысить производительность устройства и исключить вредное влияние на качество очистки жидкости пристеночного эффекта. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Устройство для очистки жидкости, содержащее корпус, входной и выходной патрубки для подвода очищаемой и отвода очищенной жидкости, сорбционную загрузку, размещенную слоями, разделенными между собой перегородками, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит губчатый материал, частично сжатый по толщине, а за последней по потоку жидкости зоной размещена плетеная сетка. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что губчатый материал размещен внизу и вверху сорбционной загрузки.