Экспериментальная установка для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме

Авторы патента:

Полезная модель относится к технике лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред с использованием трубчатых мембранных фильтров и может быть использовано в пивоваренной, безалкогольной, молочной и других отраслях промышленности.

Технической задачей полезной модели является регулирование и контроль процесса мембранного разделения пищевых сред, а также обеспечение надежной герметизации в процессе работы и удобной разборки для технического обслуживания.

Техническая задача полезной модели достигается тем, что в экспериментальной установке для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме, состоящей из циркуляционной емкости, снабженной манометром, уровнемером, термометром, предохранительным клапаном, краном создания противодавления, фильтрационного аппарата, состоящего из цилиндрической обечайки, снабженной штуцерами для присоединения крана вывода фильтрата и манометра и с размещенным внутри нее мембранным модулем, который состоит из двух трубных решеток, по оси отверстий которых через прокладки установлены трубчатые мембранные фильтры, верхней крышки со штуцером для ввода разделяемой пищевой среды, соединенным трубопроводом с краном выхода разделяемой пищевой среды из циркуляционной емкости, снабженным центробежным насосом, манометром и расходомером, и нижней крышки со штуцером вывода концентрата разделяемой пищевой среды, соединенным трубопроводом с краном входа разделяемой пищевой среды в циркуляционную емкость, оснащенным манометром и расходомером, новым является то, что фильтрационный аппарат расположен вертикально, верхняя и нижняя крышки которого имеют сложный профиль с цилиндрическим выступом, причем верхняя крышка контактирует с диском, установленным с возможностью прижатия его к трубной решетке через прокладки сложного профиля, огибающие входные верхние концы трубчатых мембранных фильтров, причем их выходные нижние концы установлены в прокладках, выполненных по внешней стороне в виде усеченных конусов и установленные в конусообразных отверстиях трубной решетки, расположенной на диске, контактирующим через прокладку с выступом цилиндрической обечайки, при этом центробежный насос имеет частотный преобразователь, установка дополнительно снабжена системой безразборной мойки.

Технический результат полезной модели заключается в том, что она позволяет:

- регулировать и контролировать процесс мембранного разделения пищевых сред путем включения в контур циркуляции разделяемой пищевой среды центробежного насоса, оснащенного частотным преобразователем;

- обеспечить надежную герметизацию в процессе работы и удобную разборку для технического обслуживания благодаря тому, что фильтрационный аппарат состоит из цилиндрической обечайки, снабженной штуцерами для присоединения крана вывода фильтрата и манометра, двух крышек, снабженных штуцерами для ввода и вывода разделяемой пищевой среды, при этом верхняя крышка имеет сложный профиль с цилиндрическим выступом, который контактирует с диском, установленного с возможностью прижатия его к трубной решетке через прокладки сложного профиля, огибающие входные верхние концы трубчатых мембранных фильтров, причем их выходные нижние концы установлены в прокладках, выполненных по внешней стороне в виде усеченных конусов и установленные в конусообразных отверстиях трубной решетки;

- осуществлять быструю и безопасную мойку прямо на месте, благодаря предусмотренной системе безразборной мойки;

- осуществлять централизованное наблюдение за параметрами технологического процесса, благодаря тому, что предусмотрена возможность передачи информации с электронных приборов непосредственно на компьютер.

Наиболее близкими по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является экспериментальная установка для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме, [Патент 85835 (Российская Федерация), МКИ B01D 27/00 Экспериментальная установка для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме / И.Т.Кретов, С.В.Шахов, А.И.Потапов, Е.С.Попов, Д.С.Попов, Марков А.А. - опубл. в Б.И., 2009 23], состоящая из циркуляционной емкости, снабженной манометром, предохранительным клапаном и краном для создания противодавления, фильтрационного аппарата, состоящего из цилиндрической обечайки, снабженной штуцерами для присоединения крана вывода фильтрата и манометра, двух крышек, снабженных штуцерами для ввода и вывода разделяемой пищевой среды, причем штуцер для ввода разделяемой пищевой среды соединен трубопроводом с краном выхода разделяемой пищевой среды из циркуляционной емкости, снабженным центробежным насосом и расходомером, а штуцер для вывода разделяемой пищевой среды соединен трубопроводом с краном входа разделяемой пищевой среды в циркуляционную емкость, оснащенным манометром, при этом крышки имеют пазы, выполненные в виде двух концентрических окружностей с размещенными в них прокладками, контактирующие с цилиндрической обечайкой и мембранным модулем, цилиндрические торцы которых входят в пазы крышек, которые стянуты между собой шпильками с болтовым соединением, причем мембранный модуль, размещенный внутри цилиндрической обечайки, состоит из двух трубных решеток, по оси отверстий которых через прокладки установлено восемь трубчатых мембранных фильтров, а по центральной оси мембранного модуля расположен стягивающий трубчатые мембранные фильтры и трубные решетки шток, имеющий болтовое соединение.

Недостатком известной экспериментальной установки для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме являются ограниченные функциональные возможности моделирования технологических процессов фильтрации пищевых сред, так как отсутствует возможность независимого управления расходом и давлением, недостаточная герметизация за счет несовершенства конструкции, отсутствие возможности централизованного наблюдения за параметрами технологического процесса, ввиду того, что показания с приборов можно снимать только непосредственно в местах измерений, необходимость затрачивать большое количество времени для очистки экспериментальной установки после проведения технологического процесса.

Технический результат полезной модели заключается в регулировании и контроле процесса мембранного разделения пищевых сред, а также обеспечении надежной герметизации в процессе работы и удобной разборки для технического обслуживания.

На фиг.1 показана трехмерная модель экспериментальной установки для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме, на фиг.2 - трехмерная модель фильтрационного аппарата с разрезом, на фиг.3 - схема экспериментальной установки для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме, на фиг.4 - разрез фильтрационного аппарата.

Экспериментальная установка для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме (фиг.1-4) содержит циркуляционную емкость 9, снабженную уровнемером 1, термометром 2 и манометром 3, предохранительным клапаном 12 и краном для создания противодавления 14, фильтрационный аппарат 8, состоящий из мембранного модуля, расположенного внутри цилиндрической обечайки 29 (фиг.2, 4), снабженной штуцером 36, 44 для присоединения трубопровода вывода фильтрата и манометра, снабженных прокладками 41 и 45, двух крышек 28, 35, снабженных штуцерами для ввода и вывода разделяемой пищевой среды 46, 47, причем верхняя крышка 35 снабжена штуцером 43 с прокладкой 42 для подключения манометра. Штуцер для ввода разделяемой пищевой среды 46 соединен трубопроводом с циркуляционной емкостью 9, снабженным центробежным насосом 7 с частотным преобразователем 4, манометром 5 и расходомером 6, а штуцер для вывода концентрата разделяемой пищевой среды 47 соединен трубопроводом с входом концентрата разделяемой пищевой среды в циркуляционную емкость 9, оснащенным расходомером 10 и манометром 11, причем трубопровод ввода разделяемой пищевой среды снабжен креплениями 26. При этом крышка 35 фильтрационного аппарата имеет цилиндрический выступ с размещенной в ней прокладкой 37, контактирующей с цилиндрической пластиной 34, контактирующей с трубной решеткой 32. Причем мембранный модуль, размещенный внутри цилиндрической обечайки 29, состоит из двух трубных решеток 31, 32, по оси отверстий которых через прокладки 38, 39, установлены трубчатые мембранные фильтры 33. При этом крышка 28 имеет цилиндрический выступ с размещенной в ней прокладкой 40, контактирующей с цилиндрической пластиной 30, которая в свою очередь контактирует при помощи прокладки 40 с трубной решеткой 31. Контроль за ходом процесса осуществляется при помощи блока управления 27.

Предложенная экспериментальная установка для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме работает следующим образом.

После наполнения циркуляционной емкости 9 разделяемой пищевой средой открывают краны 17, 18 и 25, в результате чего происходит заполнение системы разделяемой пищевой средой. После этого разделяемая пищевая среда с помощью центробежного насоса 7 нагнетается в фильтрационный аппарат 8, проходит через манометр 5 и расходомер 6, где определяется ее давление и расход, и затем поступает в мембранный модуль. Здесь разделяемая пищевая среда движется тангенциально, т.е. параллельно фильтрующей поверхности трубчатых мембранных фильтров 33. При этом пищевая среда фильтруется через мембранные фильтры 33 и фильтрат поступает во внутреннюю кольцевую полость между цилиндрической обечайкой 29 и трубчатыми мембранными фильтрами, давление в которой контролируется манометром 13, откуда он вытесняется через кран вывода фильтрата 24 в мерную колбу. Концентрат разделяемой пищевой среды отводится из фильтрационного аппарата 8 через трубопровод, расход в котором контролируется расходомером 10, а давление - манометром 11, тангенциально в циркуляционную емкость 9, после чего цикл повторяется до достижения в концентрате разделяемой пищевой среды заданного содержания сухих веществ. После окончания процесса фильтрации открывают краны 22 и 23 и, благодаря уклону в трубопроводе, концентрат разделяемой пищевой среды отводится из системы через кран 23. Для осуществления процесса безразборной мойки, когда система освобождена от концентрата разделяемой пищевой среды, открывают краны 17, 19 и 22, при закрытых кранах 23 и 24, наполняют систему раствором щелочи из емкости 15 через кран 20, после чего закрывают краны 19 и 22, включают насос. После выключения насоса, закрывают краны 18 и 19, открывают кран 22 и возвращают раствор щелочи в емкость 15. После этого открывают краны 17, 19 и 22, при закрытых кранах 23 и 24, наполняют систему раствором кислоты из емкости 16 через кран 21, после чего закрывают краны 19 и 22, включают насос. После выключения насоса, закрывают краны 18 и 19, открывают кран 22 и возвращают раствор кислоты в емкость 16 после чего закрывают кран 21. После осуществления процесса мойки открывают кран 23 и сливают остатки моющего раствора.

Предложенная экспериментальная установка для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме позволяет:

Экспериментальная установка для лабораторных исследований процесса мембранного разделения пищевых сред в тангенциальном режиме, состоящая из циркуляционной емкости, снабженной манометром, уровнемером, термометром, предохранительным клапаном, краном создания противодавления, фильтрационного аппарата, состоящего из цилиндрической обечайки, снабженной штуцерами для присоединения крана вывода фильтрата и манометра и с размещенным внутри нее мембранным модулем, который состоит из двух трубных решеток, по оси отверстий которых через прокладки установлены трубчатые мембранные фильтры, верхней крышки со штуцером для ввода разделяемой пищевой среды, соединенным трубопроводом с краном выхода разделяемой пищевой среды из циркуляционной емкости, снабженным центробежным насосом, манометром и расходомером, и нижней крышки со штуцером вывода концентрата разделяемой пищевой среды, соединенным трубопроводом с краном входа разделяемой пищевой среды в циркуляционную емкость, оснащенным манометром и расходомером, отличающаяся тем, что фильтрационный аппарат расположен вертикально, верхняя и нижняя крышки аппарата выполнены с цилиндрическим выступом, причем верхняя крышка контактирует с диском, установленным с возможностью прижатия его к трубной решетке через прокладки, огибающие входные концы трубчатых мембранных фильтров, причем их выходные концы установлены в прокладках, выполненных по внешней стороне в виде усеченных конусов и установленных в конусообразных отверстиях трубной решетки, расположенной на диске, контактирующем через прокладку с выступом цилиндрической обечайки, при этом центробежный насос имеет частотный преобразователь, установка дополнительно снабжена системой безразборной мойки в виде емкостей, насоса и кранов.