Устройство для уменьшения попадания наночастиц активированного угля в смесь воды и этилового спирта

Полезная модель относится к способам очистки, а именно очистке от нежелательных примесей смесей воды и этилового спирта и может быть использована в медицине, пищевой промышленности. Технической задачей полезной модели является уменьшение вероятности попадания в спиртоводную смесь наночастиц активированного угля, применяемого для очистки от химических загрязнений спирта и воды, используемых затем для приготовления смеси в заданной концентрации, а также для очистки полученной спиртоводной смеси от посторонних химических примесей. Поставленная техническая задача достигается за счет того, что устройство для уменьшения попадания наночастиц активированного угля в смесь воды и этилового спирта представляет собой вертикально установленный герметичный разъемный цилиндрический пластмассовый цилиндр - адсорбер. В нижний и верхний торцы адсорбера вмонтированы два штуцера, в которых установлены мембранные фильтры. Верхний штуцер дополнительно снабжен гидровибратором, нижний - вибратором.

Полезная модель относится к устройствам для очистки жидкостей, а именно очистке от нежелательных примесей смесей воды и этилового спирта и может быть использована в медицине, пищевой промышленности.

Этиловый спирт, используемый в пищевой промышленности и в медицине, получается путем дрожжевого брожения и ферментации сахаров, содержащихся в корнеплодах картофеля, свеклы, в зернах пшеницы и кукурузы. Предельная концентрация этилового спирта в воде в результате такого брожения не превышает 7-12%. Для повышения концентрации этилового спирта и удаления ряда нежелательных примесей используют многократную повторную дистилляцию. Количество этапов выполнения повторной дистилляции ограничено соображениями экономии энергии и необходимостью сохранения вкусовых качеств спиртосодержащих продуктов. В связи с этим дальнейшее удаление примесей осуществляется путем фильтрации спиртоводной смеси.

Подавляющее большинство современных технологий приготовления спиртоводных смесей, используемых в пищевой и медицинской промышленности, предусматривают применение активированного угля для удаления из раствора этилового спирта нежелательных примесей. Высокая эффективность активированного угля как адсорбента обусловлена тем, что гранулы угля содержат поры, значительно увеличивающую общую его сорбционную площадь. Общая площадь наружной поверхности гранул угля составляет от 10 до 20 см²/г. Площадь внутренних пор примерно на 6 порядков превышает площадь наружной поверхности и достигает 500-1500 м²/г. По своему диаметру поры принято разделять на микропоры (диаметр меньше 2 нм), мезопоры (диаметр от 2 до 50 нм), и макропоры (диаметр более 50 нм). Для повышения эффективности очистки в известных технологиях очистки спиртоводных смесей принято сочетать различные типы активированного угля, отличающиеся по диаметру пор. В патенте РФ 2107679 (МПК 6 С07С 31/08, С07С 29/76, С12С 3/08, С12Н 1/04) приведены примеры различных сочетаний объемов слоев активированного угля, используемого в адсорберах для очистки спиртоводных смесей.

Наиболее близким по сути к заявляемой полезной модели является «СПОСОБ ОБРАБОТКИ СПИРТО-ВОДНОЙ СМЕСИ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ВОДКИ» (патент РФ 2142502, МПК 6 C12G 3/08, С12Н 1/04). В известном способе обработки спиртоводной смеси для обработки водки предусмотрена подача исходной спиртоводной смеси на фильтрующий элемент, выполненный в виде сильфона, стенки которого изготовлены из пористого гофрированного в поперечном направлении материала толщиной 6,5 мм. Диаметр пор переменный и со стороны входа жидкости изменяется в пределах от 4 мкм до 2 мкм, а на выходе обработанной смеси диаметр пор составляет 0,7 мкм. Поры заполнены порошком активированного угля и полиаминоэпихлоргидриновой смолой. Основным недостатком фильтрующего элемента известного способа является то, что в нем не предусмотрено мер для предотвращения попадания наночастиц активированного угля диаметром менее 0,7 мкм в очищаемую спиртоводную смесь.

Технической задачей полезной модели является уменьшение вероятности попадания в спиртоводную смесь наночастиц активированного угля, применяемого для очистки от химических загрязнений спирта и воды, используемых затем для приготовления смеси в заданной концентрации, а также для очистки полученной спиртоводной смеси от посторонних химических примесей.

Поставленная техническая задача достигается за счет того, что устройство для уменьшения попадания наночастиц активированного угля в смесь воды и этилового спирта представляет собой вертикально установленный герметичный разъемный цилиндрический пластмассовый цилиндр - адсорбер. В нижний и верхний торцы адсорбера вмонтированы два штуцера, в которых установлены мембранные фильтры. Верхний штуцер дополнительно снабжен гидровибратором, нижний - вибратором.

Находящийся в адсорбере гранулированный или толченный активированный уголь, непосредственно перед его использованием подвергают сепарации по размерам с целью вымывания из него гранул или частиц с размерами, меньшими 1 мкм, при этом промывочную жидкость подают в верхнюю часть колонны адсорбера через гидровибратор, формирующий в потоке промывочной жидкости продольные гидроакустические волны в широкой полосе частот, а использованную промывочную жидкость отводят из нижней части колонны адсорбера через мембранный фильтр, имеющий поры порядка 1÷3 мкм, кроме этого, скорость потока промывочной жидкости устанавливают большей в 10÷100 раз по сравнению со скоростью потока спиртоводной смеси во время ее фильтрации в адсорбере в рабочем режиме. Наличие продольных гидроакустических волн и высокая скорость промывочной жидкости способствуют активации наночастиц (разрыв механических связей за счет сил Ван-дер-Ваальса) и более эффективному их вымыванию.

Поставленная техническая задача также достигается за счет того, что в процессе промывки активированного угля в колонне адсорбера корпус последнего подвергают дополнительным ударным вибрационным воздействиям и встряхивнию в вертикальном направлении амплитудой 2÷10 мм и частотой 0.25-1 Гц.

Поставленная техническая задача также достигается за счет того, что в процессе промывки активированного угля в колонне адсорбера мембранный фильтр подвергают вибрационным воздействиям частотой 10-400 Гц амплитудой 1÷3 мм в перпендикулярном направлении к плоскости мембранного фильтра. Подобная мера способствует очистке пор фильтра от застрявших в них частиц угля [Гончаревич И.Ф., Урьев Н.Б., Талейсник М.А. Вибрационная техника в пищевой промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 1977. - 278 с.].

Реализация полезной модели поясняется следующим примером.

Лабораторный адсорбер (Фиг.1) представляет собой герметичный разъемный цилиндрический пластмассовый сосуд 1 высотой 15 см, установленный вертикально. В нижний и верхний торцы адсорбера вмонтированы штуцеры 2 с установленными в них мембранными фильтрами 3. Диаметр пор в мембранных фильтрах составляет 3 мкм. В адсорбер засыпают 1 кг порошкового березового активированного угля 4 марки БАУ-А. Спиртоводная смесь, предназначенная для фильтрации, подается в адсорбер под давлением через нижний штуцер 2н. Скорость фильтрации спиртоводной смеси в рабочем режиме устанавливают равной 0.2 л/мин.

Промывочная вода подается в адсорбер через гидровибратор 5 и через верхний штуцер 2в. Во время промывки угля скорость потока промывочной воды через адсорбер устанавливают равной 2 л/мин.

Для предотвращения засорения пор фильтра 3н частицами активированного угля в нижнюю часть адсорбера установлен вибратор 6, выполненный, например, в виде закрепленной на корпусе адсорбера катушки электромагнита и подвижного ферромагнитного сердечника, жестко связанного с фильтром 3н. В процессе промывки адсорбера на катушку вибратора 6 подают синусоидальное напряжение частотой 10-400 Гц.

Устройство для уменьшения попадания наночастиц активированного угля в смесь воды и этилового спирта, состоящее из корпуса, верхнего и нижнего штуцеров, отличающееся тем, что в нижний и верхний штуцеры вмонтированы мембранные фильтры, при этом верхний штуцер дополнительно снабжен гидровибратором, нижний - вибратором.