Способ очистки воздушных потоков Советский патент 1981 года по МПК B01D46/54 

(54) СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ

Изобретение относится к очистке воздушных потоков от микроорганизмов,-которые используют при аэробном культивировании микроорганизмов-продуцентов биологически активных веществ, в- частности при очистке и филь рации технологического воздуха в микробиологической промьшшенности при производстве ферментов. Для зффективной очистки технологических вентиляционных воздушных потоков необходимо жестко ограничить зараженность микроорганизмами додаваемого на аэраци(о воздуха. Ижестен способ ош1стки воздушных потоке путем пропускания их через фильтроэлемеисгы, шеченнью из металлиэдских зерен tb Недостатком .известного способа является то, что размер задерживаемых частиц близок к среднему размеру поровых каналов в ,стен ке фильтроэлемента, в результате чего мишмальиый размер задерживаемых частиц составляет 2-20 мкм, т.е. задержка имеет ситовой хар.:ктер. Следовательно, обычно при фильтровании не обеспечивают 100%-ной очистки воз духа, поэтому в ферментер попадают посторойкие 1 оисроорганизмы, которые развиваясь вместе с рабочими про о центами выделяют в среду различные микробиологические яды, угнетаюицке рост и биосинтез биологически-активных веществ; Цель Изобретения - улавливание микроорганизмов, диаметр которых на поряпок я более отличается от среднего диаметра поровых каналов за счет возникновения ультразвуковых колебаний. Указанная цель достигается тем, что воз душный поток пропускают со скоростью прохождения 6000-100000 эффективных зе-рен в секунду. Сущность предлагаемого изобретения заклк чается в такой взаимо(жязи между формой поровых кавалов, возникающей при послойной укладке металпичесюсх зерен в пористой стенке фильтроэлемента, и задаваемой скоростью воздушного потока через зтя каналы, чтобы в asM при движении воздуха попеременно возникали последовательные расширения я сжатия потока с ультразвуковой частотой (или близкой к ней величине). В фазе рашшреивя . потока при увеличении сечения канала происходит конденсация пара из воздуха, приводящая к появлению или укрупнению капельного аэрозоля вокруг клетки микроорганизма, а в фазе сжатия потока при уменьшении сечения канала имеет место столкновение и коагуляция аэрозолей - с последующим инерционным осаждением их на стенках фильтроэлемента. Ультразвуковая частота колебаний при амплиту де 1-5 мкм и более достаточна для возникновения сил, превосходящих поверхностное натяжение вода (или масла), в сзязи с чем происходит дробление возникающих капель жидкости на брызги размером несколько .микрон. Это в свою очередь вовлекает новые бактериальные клетки из фильтруемого воздушного потока в движение, приводящее; в конечном счете, к осаждению их в виде аэрозоля на стенки фильтроэлемента. Таким образом, вследствие неситового харак тера фильтрации быстрых воздугиных потоков согласно настоящему способу осуществляют их очистку от частиц размером 0.3-0,5 мкм в стенках фильтроэлемента со средним диаметром поровых каналов 12-18 мкм (при определенной фракции металлических зерен, из которых спекают ф1шьтроэлемейт). При спекании фильт.роэлемента порощок выбирают настолько мелкозернистый, (диаметр зерен Ф ) чтобы при достаточной протяженности фильтрующей стенки число расщирений и сжатий потока превысило 16000 в секунду, т.е. имело частоту, близкую к ультразвуковой Поскольку протяженность слоя в стенке фильт роэлемента с учетом степени укладки зерен Ку (обычно 0,8) можно представить как ФКу и в пределах каждого слоя направление деформации потока меняется дважды, то услови осуществления предлагаемого способа имеет вид У 16000, ije. для осушествления способа нужно, чтоб - 6000. Кроме того, воздушный поток прт очистке пропускагат через фильтроэлемент, спеченный из зерен, со скоростью прохождени 6000-1000000 эффективных зерен в секун;;у. При большей скорости наступает нежелательна турбулентность. iic;iM зерна порошка, из которого спекают фильтроэлемеит, имеют на своей поверхности выстут и впади1{Ы одного порядка с поперечником зерен (например у дендритных порошков), то эффективный размер зерна становится меньп1е поперечника и соответственно снижается предельная скорость воз лушных потоков необходимая д. начала самовозбужде1О1я в них при фильтрации ультразвуковых колебаюш (иля близких к ним по 24 частоте). Обычно в ферментной промыщле}шости применяют скорости фильтрации от нескольких десятков см/с. Пример. Цилиндрический фильтроэлемент размером 40 х035 х 500 мм прессуют при 1500 кг/см из порощка нержавеющей стали Х18Н15, полученного методом совместного восстановления. Коэффициент щероховатости зерен 10-12. Для пшхтовки применяется фракция порощка 63-80 мкм. СпеканиеПроводят в камерной печи в атмосфере водорода при 1250°С. Пористость элемента достигает 26-50%. Максимальный размер пор составляет 20 мкм, средний размер 16 мкм, гидравлическое сопротивление 55 мм вод. ст. В качестве загрязнителя воздуха используют монодисперсный масляный туман с размером капель 0,3 мкм. Ковдентрация его равняется 350 мг/м, что при массе капли 362.10- мг составляет Ш-J-H A-, т.е. .м в 10 миллиардов раз выще естественной загрязненности воздуха микробиальными аэрозолями. При испытании скорость воздушного потока 4 см/с. При этом соотношение последней к эффективному j3a3Mepy частиц порощка ; составляет 4 6400. В приведенных 6340-. условиях коэффициент проскока по масляному туману с диаметром капель 0,3 мкм не превышает 4,54%, что является хорошим показателем для предварительной очистки воздуха от аз.розолей, например в ферментной промышленности.. Пример 2. Цилиндрический элемент тех же размеров прессуют при 1250 кг/см из поро1ш а титана ПТС следующего фракционного состава: мкм 74% по массе, 45-100 мкм 25%, 100-280 мкм 1%. Соответственно, средневзвешенный размер зерен составляет 0,74-25 + 0,25- 75 + 0,01.190 40мкм. Коэффициент щероховатости частиц 8-10. Спекание осуществляют индукционным методом в аргоне в течение 4,5 мин при 1500 С. Пористость элемента составляет 30-50%. Максимальный размер пор 30 мкм, средний размер 17 мкм, гидравлическое сопротивление воздуха соответствовало следующему отношению скорости воздушного потока к эффективному размер зерен порошка 4 « 9000. 40-10- см Коэффициент проскока по масляному туману . с диаметром капель 0,3 мкм не превышает 5,71% несмотря на то, что поперечник аэрозоля почти в 60 раз меньше среднего диаметра поровых каналов. Эффективность iipe,uutraeMOio н.эобретения определяется появлением ( уливмиваий микроорганизмов, диаметр которых на порядок и более отличается от среднего диаметра поровых каналов фильтроэлемента. При ЛОМ обеспечивают задержку кй{кро6иальиых аэрозолей при больших удельных расходах воздуха, подаваемого на аэрацию, повьпиают микробиологическую надежность фильтрационной аппаратуры, предотвращают попадание . в среду посторонней микрофлоры и снижают количейтво нестерильных операций, в результате чего повышают выход биологически-активных веществ, а также снижают расходы питательной среды, пара и электроэнергии, появля- . ется возможность увелимть объем производства без увеличения основного технологического оборудования.

Формула изобретения Способ очистки воздушных потоков путем пропускания их через фильтроэлеметы, спеченньге из металлических зерен, отличающийся тем, что, с целью возможности улавливания микроорганизмов, диаметр которых на порядок и более, отличается от среднего дааметра поровых каналов, за счет возникновения ультразвуковых колебаний, воздушшлй поток пропускают со скоростью прохождения 6000-100000 эффективных зерен в секунду.

Истояники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. иЬбряев Б. Ф.,- Павловская Е. И. Металлокерамические ф. льтрующие элементы. М., Машиностроение, 1972, с, 6-26.