Двухступенчатая фильтрационная установка для очистки жидкостей со встроенной системой регенерации фильтрующих элементов
Полезная модель относится к устройствам для очистки жидкостей, содержащих микрочастицы, взвеси и т.п. и может найти применение при создании и реконструкции современных производств в пищевой, винодельческой и другой отраслях промышленности. Технический результат: повышение производительности работы фильтрационной установки, повышение ресурса работы фильтров, снижение расходов электроэнергии, снижение металлоемкости. Фильтрационная установка для очистки жидкостей включает: электронасос, контур фильтрации, состоящий из двух фильтров, управляющий микроконтроллер, контур регенерации, состоящий из демпфирующего устройства и системы клапанов, включающей клапан сброса давления. При частном случае реализации полезной модели, предусматривающем очистку жидкостей, содержащих большую долю взвеси и микрочастиц, например, вин и соков, фильтр-накопитель расположен в контуре регенерации и снабжен дополнительным клапаном. 1 нез.п. ф-лы, 2 фиг.
Заявляемая полезная модель относится к устройствам для очистки жидкостей, содержащих различного рода примеси в виде микрочастиц в форме осадков и взвесей, в частности, хозяйственной и технической воды, соков, вино-водочных изделий, различного рода растворов и может найти применение при создании и реконструкции современных производств систем водоподготовки, а также в пищевой, винодельческой и других отраслях промышленности.
В целом все современные фильтрационные установки, применяемые в указанной области, автоматизированы и состоят, как правило, из собственно фильтрационной установки и системы регенерации фильтрующих элементов. Ресурс работы фильтрующих элементов, применяемых в установках подобного типа, зависит от условий их эксплуатации, а именно: коллоидного индекса фильтруемой среды, ее температуры и вязкости, содержания твердых частиц, а также возможности своевременного проведения регенерации фильтрующих элементов. Регенерация фильтрующих элементов проводится, как правило, очищенной водой или регенерирующим раствором на основе очищенной воды с использованием сжатого воздуха в условиях полной остановки действующего оборудования. Особенно актуальна регенерация фильтров при использовании мембранных технологий.
Известен напорный двухступенчатый фильтр по патенту РФ №2256481 (опубл. 2005 г.), включающий напорный фильтр первой ступени, напорный фильтр второй ступени, коллектор, трубопровод для подачи исходной воды, трубопровод для подачи промывной воды, трубопровод для отвода фильтрата, трубопровод для отвода загрязненной промывной воды, датчик
давления и блок управления. Недостатком указанного устройства является технологическая громоздкость и высокая металлоемкость, обусловленная техническим решением системы регенерации фильтрующих элементов.
Известна установка «Каскад-У-8» (Журнал «Ликероводочное производство и виноделие», опубл. 2006 г.), включающая насос, двуступенчатый узел фильтрации, состоящий из 2-4 патронных фильтров, а также электронные датчики давления и частотный регулятор, контролирующий работу насоса. Недостатками известной установки являются: технологическая громоздкость, высокая металлоемкость, высокая энергоемкость установки при ее работе в режиме регенерации фильтрующих элементов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является установка серии «Абсолют-качество» (Журнал «Ликероводочное производство и виноделие», опубл. 2005 г.), включающая узел подачи, электронасос, контур фильтрации и узел розлива. Контур фильтрации выполнен в виде двух последовательно расположенных каскадов фильтров, каждый из которых снабжен датчиками давления на входе и на выходе, соединен замкнутым контуром с системой регенерации фильтрующих элементов в виде системы автоматической промывки; дополнительно установка включает микроконтроллер и систему защиты от импульса обратного давления, который образуется в результате резкого останова фильтруемой жидкости при регенерации фильтрующего элемента. Микроконтроллер следит за перепадом давления на фильтрах: при росте давления до максимально допустимого установка информирует о необходимости замены фильтров. Технической задачей решения по прототипу являлось повышение ресурса работы фильтрующих элементов за счет применения более мощного насоса, наличия в установке микроконтроллера, а также датчика давления на входе и выходе. Недостатками установки по прототипу являются: низкий ресурс работы фильтрующих элементов, высокая энерго- и металлоемкость установки, образование нежелательных импульсов в результате резкого повышения давления фильтруемой жидкости в системе в момент технических остановов, необходимость
применения большого количества воды и сжатого воздуха для регенерации фильтрующих элементов. Причиной, препятствующей достижению обозначенного ниже технического результата, является отсутствие в известной конструкции специального узла, способного аккумулировать и использовать нарастающее давление при останове установки при регенерации фильтрующих элементов.
Суть полезной модели заключается в следующем.
Технической задачей, на решение которой направлено данное техническое решение, является разработка высокопроизводительной установки для фильтрации жидкостей, содержащих микрочастицы, взвеси, коллоиды со встроенной системой регенерации фильтрующих элементов.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение ресурса работы фильтрующих элементов, снижение расходов электроэнергии, снижение энерго- и металлоемкости установки, отсутствие расхода сжатого воздуха, очищенной воды.
В основу принципа работы заявленной фильтрационной установки заложен принцип самоочистки фильтрующего элемента путем формирования и использования обратного импульса, образуемого резким скачком давления фильтруемой жидкости при ее останове в процессе регенерации фильтрующих элементов. В процессе фильтрации управляющий микроконтроллер автоматически поддерживает заданное давление на выходе фильтрующей установки. При плановом останове установки наблюдается скачок роста давления фильтруемой жидкости. Учитывая несжимаемость жидкостей и сжимаемость газов, для генерирования и использования образующейся энергии и осуществления технической идеи, положенной в основу работы фильтрационной установки, авторы предлагают использовать демпфирующее устройство. Используемое для осуществления полезной модели демпфирующее устройство представляет собой замкнутую металлическую емкость с патрубком внизу, заполненное газом до двух третей объема (как, правило, воздухом, при частном случае осуществления - любым инертным газом, преимущественно,
азотом, используемым для предотвращения окисления фильтруемых жидкостей: соков, вин и т.п.). Достижение давления в фильтруемой жидкости в системе, выше допустимого, приводит к повышению давления в демпфирующем устройстве и сжатию наполняющего его газа. Под воздействием энергии сжатого газа, которым заполнено демпфирующее устройство, образуется обратный импульс, который направляет поток фильтруемой жидкости в обратном направлении: образовавшиеся в порах материала фильтрующего элемента загрязнения взрыхляются, а частицы фильтрата выбиваются из фильтрующего элемента, не разрушая его. Подобные обратные импульсы возникают с заданным интервалом, их формированием руководит специальный клапан установки, обеспечивая тем самым режим саморегенерации фильтрующего элемента, не допуская глубокого проникновения микрочастиц в поры фильтрующего материала, и, как следствие, максимальную эффективность восстановления эксплуатационных характеристик используемых фильтрующих элементов.
На фиг.1 представлена принципиальная схема двухступенчатой фильтрационной установки для очистки жидкостей со встроенной системой регенерации фильтрующих элементов.
Заявляемая установка для очистки жидкостей включает: узел подачи 1; транспортирующий трубопровод 2; управляющий микроконтроллер - 3, соединенный с электронасосом 4, клапаном сброса давления 5 и датчиком давления на выходе 6; первый фильтр, он же - фильтр-накопитель 7; обратный клапан (запирающий) 8, второй фильтр - фильтр тонкой очистки 9; демпфирующее устройство 10, клапан на выходе 11.
На фиг.2 представлена принципиальная схема заявляемой фильтрационной установки при частном случае ее реализации, которая включает узел подачи 1; транспортирующий трубопровод 2; управляющий микроконтроллер - 3, соединенный с электронасосом 4, клапаном сброса давления 5 и датчиком давления на выходе 6; первый фильтр, он же - фильтр-накопитель 7; обратный клапан (запирающий) 8, второй фильтр - фильтр тонкой очистки
9; демпфирующее устройство 10, клапан на выходе 11 и дополнительный клапан 12.
Частный случай реализации заявляемой фильтрационной установки, предназначен для очистки жидкостей, содержащих большое количество микрочастиц и взвесей, при этом первый фильтр расположен в контуре регенерации параллельно второму фильтру, при этом второй фильтр выполнен двуслойным.
Двухступенчатая фильтрационная установка для очистки жидкостей со встроенной системой регенерации фильтрующих элементов работает в двух режимах: в режиме фильтрации и в режиме регенерации фильтрующих элементов.
Режим фильтрации заключается в традиционном прохождении фильтруемой жидкости через контур фильтрации, образованный последовательно расположенными и соединенными посредством транспортирующего трубопровода 2, узлом подачи 1, электронасосом 4, первым фильтром 7, обеспечивающим грубую очистку, открытым обратным клапаном 8, вторым фильтром 9,обеспечивающим тонкую очистку.
Режим регенерации фильтрующих элементов заключается в прохождении фильтруемой жидкости через контур регенерации, образованный демпфирующим устройством 10, датчиком давления на выходе 6, вторым фильтром 9, клапаном обратного давления 8, соединенными посредством транспортирующего трубопровода 2, а также управляющим микроконтроллером 3. Датчик давления 6 контролирует давление, создаваемое фильтруемой жидкостью, на выходе фильтрационной установки, информация об этом поступает на микроконтроллер 3. Через автоматически заданный промежуток времени выключается клапан 11, давление в фильтруемой жидкости резко возрастает, что фиксируется датчиком давления на выходе 6, срабатывает управляющий микроконтроллер, который одновременно открывает клапан сброса давления 5, отключает электронасос 4, в результате чего происходит останов жидкости. Газ (воздух, инертный газ), которым наполнено
демпфирующее устройство 10 резко сжимается, на участке транспортирующего трубопровода, примыкающем к демпфирующему устройству 10, в отфильтрованной жидкости образуется обратный импульс, который выталкивает фильтруемую жидкость в направлении, обратном направлению фильтрации. В результате часть очищенной жидкости по транспортирующему трубопроводу 2 попадает во второй фильтр 9, унося осадок, образовавшийся на поверхности материала фильтрующего элемента, в первый фильтр 7, где происходит его накопление. По окончании осуществления режима регенерации фильтрационная установка вновь начинает работать в режиме фильтрации.
При частном случае реализации полезной модели, предназначенной для очистки сильнозагрязненных или содержащих большое количество взвесей жидкостей (например, соков, вин и т.п.) первый фильтр расположен параллельно второму фильтру и снабжен дополнительным клапаном 12, и выполняет функцию фильтра-накопителя. В этом случае режим регенерации осуществляется следующим образом. Фильтруемая жидкость по транспортирующему трубопроводу 2 поступает сразу во второй фильтр 9. При выключении клапана 11, повышении давления, срабатывании управляющего микроконтроллера 3, отключении электронасоса 4, останове фильтруемой жидкости, срабатывании демпфирующего устройства 10, после чего жидкость возвращается вновь по технологическому контуру в фильтр 9, в направлении, обратном направлению фильтрации. Далее через клапан сброса давления 5, электронасос 4 и клапан 12 смытые фильтруемой жидкостью загрязнения попадают на фильтр 7.
В этом случае целесообразно выполнение используемого фильтрующего материала второго фильтра двуслойным, т.к. технологический режим фильтрации для указанного фильтра ужесточается.
В качестве фильтров могут быть использованы рукавные фильтры, насыпные фильтры, однако, наилучшие результаты достигаются при использовании патронных фильтров.
В качестве фильтрующих материалов могут быть использованы традиционно применяемые в данной области техники нетканые полотна, выполненные из полипропиленового, лавсанового и целлюлозного волокон, однако, наилучшие результаты достигаются при использовании полимерных полупроницаемых мембран.
Конкретные режимы работы заявляемой фильтрационной установки, а именно максимальное давление в демпфирующем устройстве, интервал времени между возникновением обратных импульсов зависят от заданных технологических режимов, типа фильтрующего элемента, мощности фильтрационной установки.
Повышение ресурса работы фильтрующих элементов при использовании заявляемой полезной модели иллюстрируется следующими показателями:
При использовании патронного фильтра высотой 250 мм, снабженного полупроницаемой полимерной мембраной, выполненной из полиамида, ресурс работы фильтра составляет:
- при очистке водопроводной воды - 7-8 м3 (при использовании решения прототипа - 3 м3);
- при получении воды для инъекций для фармацевтической промышленности - 10 м 3 (при использовании решения прототипа - 6 м 3);
- при производстве водки - 62 м 3 (при использовании решения прототипа - 16 м 3);
- при производстве вина и соков - 20 м 3 (при использовании решения прототипа - 8 м 3): в данном случае был использован частный случай реализации полезной модели, предусматривающий расположение первого фильтра в контуре регенерации параллельно второму фильтру, при этом демпфирующее устройство наполнено азотом.
При использовании рукавного фильтра высотой 250 мм, выполненного из нетканых материалов, ресурс работы фильтра составляет:
- при очистке водопроводной воды - 22 м3 (при использовании решения прототипа - 10 м3);
- при получении воды для инъекций для фармацевтической промышленности - 40 м 3 (при использовании решения прототипа - 15 м 3);
- при производстве водки - 130 м 3 (при использовании решения прототипа - 60 м 3);
- при производстве вина и соков - 40 м 3 (при использовании решения прототипа - 22 м 3): в данном случае был использован частный случай реализации полезной модели, предусматривающий расположение первого фильтра в контуре регенерации параллельно второму фильтру, при этом демпфирующее устройство наполнено азотом.
При использовании насыпного фильтра высотой 250 мм ресурс работы фильтра составляет:
- при очистке водопроводной воды - 30 м3 (при использовании решения прототипа - 15 м3 );
- при получении воды для инъекций для фармацевтической промышленности - 100 м3 (при использовании решения прототипа - 60 м3);
- при производстве водки - 160 м3 (при использовании решения прототипа - 90 м3);
- при производстве вина и соков - 40 м3 (при использовании решения прототипа - 22 м3 ): в данном случае был использован частный случай реализации полезной модели, предусматривающий расположение первого фильтра в контуре регенерации параллельно второму фильтру, при этом демпфирующее устройство наполнено азотом.
Преимущество заявляемой полезной модели состоит в том, что возможность реализации фильтрационной установки существенно повышает
технологические возможности фильтрации жидкостей, а именно: существенно снижает металлоемкость и энергозатраты, увеличивает производительность, сохраняя при этом качественные показатели фильтрации, в частности, получаемых напитков. Отсутствие в установке специального узла, предназначенного для регенерации фильтрующих элементов в режиме промывки, снижает металлоемкость установки, ее энергоемкость, не предусматривает применение расхода воды и сжатого воздуха.
Библиографические данные
1. Патент РФ №2256481, опубл. 2005 г.
2. «Осветление сильно концентрированных суспензий» опубл. в журн. «Ликероводочное производство и виноделие» №11 2006 г.
3. «Установки серии «Абсолют-качество». Автоматизированное управление процессами фильтрации» опубл. в журн. «Ликероводочное производство и виноделие» №8(68) 2005 г.
1. Двухступенчатая фильтрационная установка для очистки жидкостей со встроенной системой регенерации фильтрующих элементов, включающая электронасос, контур фильтрации, состоящий из двух фильтров, управляющий микроконтроллер, контур регенерации и датчик давления на выходе, отличающаяся тем, что контур регенерации представляет демпфирующее устройство и систему клапанов, включающую клапан сброса давления, а управляющий микроконтроллер выполнен замкнутым с клапаном обратного давления, электронасосом и датчиком давления на выходе.
2. Двухступенчатая фильтрационная установка для очистки жидкостей со встроенной системой регенерации фильтрующих элементов по п.1, отличающаяся тем, что первый фильтр расположен параллельно второму фильтру и снабжен дополнительным клапаном.
3. Двухступенчатая фильтрационная установка для очистки жидкостей со встроенной системой регенерации фильтрующих элементов по п.2, отличающаяся тем, что используемый фильтрующий материал второго фильтра выполнен двуслойным.
4. Двухступенчатая фильтрационная установка для очистки жидкостей со встроенной системой регенерации фильтрующих элементов по п.2, отличающаяся тем, что демпфирующее устройство заполнено инертным газом.
5. Двухступенчатая фильтрационная установка для очистки жидкостей со встроенной системой регенерации фильтрующих элементов по п.1, отличающаяся тем, что фильтры являются патронными фильтрами.
6. Двухступенчатая фильтрационная установка для очистки жидкостей со встроенной системой регенерации фильтрующих элементов по п.5, отличающаяся тем, что патронные фильтры содержит полупроницаемые мембраны.
