Фильтр поточной линии для получения жидкофазных биологически активных средств
Полезная модель относится к сельскому хозяйству и может быть использована при переработке органических отходов для получения жидкофазных биологически активных средств с множеством направлений применения: в земледелии, в растениеводстве, в семеноводстве, а также при решении вопросов ликвидации антропогенно-техногенных нарушений земель. Технический результат, достигаемый полезной моделью, заключается в снижении себестоимости получаемого продукта. Поточная линия для получения жидкофазных биологически активных средств содержит последовательно установленные по ходу технологического процесса и технологически связанные между собой биореактор, экстрактор и фильтр. Фильтр выполнен в виде вертикального цилиндрического ротора 16 с перфорированными боковыми стенками и фильтровальным элементом в виде сетки 17 с размером ячеек в свету от 0,025 до 0,25 мм2 на внутренней его поверхности, установленного посредством опорного конуса 18 соосно в цилиндрическом неподвижном кожухе 19 на вертикальном валу 20, смонтированном на станине 21 с возможностью его вращения, при этом кожух 19 в верхней своей части снабжен съемной крышкой 24, а нижней полой частью сопряжен с дном 25 станины 21 с возможностью удаления из емкости, образованной сверху внутренней поверхностью опорного конуса 18, а снизу - дном 25 станины 21, фильтрата.
Полезная модель относится к сельскому хозяйству и может быть использована при переработке органических отходов для получения жидко-фазных биологически активных средств с множеством направлений применения: в земледелии, в растениеводстве, в семеноводстве, а также при решении вопросов ликвидации антропогенно-техногенных нарушений земель.
Известна поточная линия получения концентрированного биологически активного средства, обогащенного микроэлементами (Пат. на ПМ 
57276, Кл. 7 С05F 3/00, С05F 11/00, 2006), содержащая последовательно установленные и технологически связанные между собой биореактор, экстрактор, фильтр и смеситель.
Известна поточная линия получения жидкофазных биологически активных средств (Пат. на ПМ 71654, Кл. 7 С05F 3/00, С05F 11/00, 2007), содержащая последовательно установленные и технологически связанные между собой биореактор, экстрактор и фильтр.
Известна поточная линия для получения биологически активного средства в концентрированном виде (Пат. на ПМ 50530, Кл. 7 С05F 3/00, С05F 11/00, 2005, прототип) содержащая последовательно установленные и технологически связанные между собой биореактор, экстрактор и фильтр.
В процессе получения биологически активных средств используется фильтр, выполненный в виде резервуара с входными штуцерами для подачи фильтруемой суспензии и сжатого воздуха и дном со штуцером для удаления фильтрата, над которым установлено ложное дно с фильтровальной перегородкой.
Процесс фильтрования характеризуется сложной взаимозависимостью между свойствами суспензии и конструкцией фильтровальной перегородки. Готовую экстрагированную массу, образуемую в резервуаре экстрактора и предназначенную для поступления в резервуар фильтра, отличает достаточно высокое содержание твердой фазы с размерами частиц от мельчайших, невидимых невооруженным глазом, до частиц размером 1 см. Экспериментальным путем выявлено, что процесс разделения экстрагированной массы на жидкую и твердую фазы в фильтре, работающем под давлением, достаточно проблематичен. Процесс фильтрования затруднен, так как минимальный размер твердой частицы меньше размера поры в самом узком ее сечении, и частица может пройти через фильтровальную перегородку вместе с фильтратом. Кроме этого частица может задержаться внутри фильтровальной перегородки в результате адсорбции на стенках поры или механическом торможении на том ее участке, который имеет неправильную форму. Такая застрявшая частица уменьшает эффективное сечение поры, и вероятность задерживания в ней последующих твердых частиц увеличивается. Возможен также случай, когда отдельная твердая частица полностью закупоривает пору и делает ее непроходимой для других частиц. В результате скорость и эффективность фильтрования снижается, осадок на фильтровальной перегородке представляет собой сгущенную суспензию, уменьшается производительность фильтра и выход конечного продукта.
Для повышения производительности фильтра необходимо стремиться к возможно быстрому удалению осадка с фильтровальной перегородки. Для этого целесообразно как можно чаще повторять циклы работы фильтра, подавая на фильтровальную перегородку по возможности небольшие порции суспензии. Однако частое повторение циклов работы фильтра обусловливает столь же частое повторение вспомогательных операций, когда основные операции прерываются, что приводит к еще большему снижению производительности фильтра и поточной линии в целом.
Необходимо особо отметить, что закупоривание пор фильтровальной перегородки сильно осложняет ее регенерацию, а увеличение циклов работы фильтра еще и влечет за собой дополнительные расходы на замену фильтровальной перегородки.
Помимо этого, описанная конструкция фильтра предполагает обязательное наличие компрессора, ресивера, шлангов или труб высокого давления и регулятора давления для создания и поддержки постоянной разности давлений, что требует определенных затрат на их приобретение и обслуживание. Вышеуказанные недостатки конструкции фильтра и сложности при проведении процесса фильтрования влекут за собой увеличение себестоимости конечного продукта.
Задача, решаемая данной полезной моделью, заключается в повышении эффективности фильтра поточной линии для получения жидкофазных биологически активных средств.
Технический результат от решения поставленной задачи заключается в повышении производительности поточной линии, увеличении выхода конечного продукта и снижении его себестоимости.
Поставленная задача решена путем разработки конструкции фильтра поточной линии для получения жидкофазных биологически активных средств, расположенного в поточной линии по ходу технологического процесса за биореактором и экстрактором и выполненного в виде вертикального цилиндрического ротора с перфорированными боковыми стенками и фильтровальной сеткой с размером ячеек в свету от 0,025 до 0,25 мм2 на его внутренней поверхности, причем цилиндрический ротор установлен посредством опорного конуса соосно в цилиндрическом неподвижном кожухе на вертикальном валу, смонтированном на станине, кроме того, кожух в верхней своей части имеет съемную крышку для подачи готовой экстрагированной массы из экстрактора в цилиндрический ротор, а нижней полой частью сопряжен с дном станины, внутренняя поверхность опорного конуса и дно станины образуют емкость для отвода жидкой фракции отфильтрованной в роторе суспензии - фильтрата, а отвод фильтрата осуществляется посредством патрубка, установленного в дне станины. Кроме того, станина с установленными на ней ротором, приводом и кожухом подвешена посредством вертикальных тяг с шаровыми головками на трех расположенных под углом 120° колонках.
В заявленной конструкции фильтра осуществляется процесс разделения готовой экстрагированной массы по принципу работы фильтрующей центрифуги, причем вместо разности давлений используется действие центробежной силы на частицы суспензии. В заявленной конструкции фильтра разделяемая экстрагированная масса отбрасывается центробежной силой к стенкам ротора, и фазы разделяются; при этом жидкая фаза проходит сквозь фильтровальную сетку в кожух и отводится из него, твердая фаза в виде осадка задерживается на внутренней стороне сетки, а затем удаляется из ротора. Действие центробежной силы, достигающей значительной величины при центрифугировании, эффективнее, чем разность давлений при фильтровании, при этом происходит наиболее полное разделение экстрагированной массы. В поле центробежных сил на осадок действуют значительные сжимающие усилия: давление в жидкости в 3 раза больше, чем в фильтре, работающем под давлением (А.Г. Касаткин Основные процессы и аппараты химической технологии, Москва, 1971 г., с.227). Это обстоятельство помогает избежать проблем с контактом мельчайших частиц экстрагированной массы и фильтровальной перегородки, обнаруженных при использовании фильтра, работающего под давлением. В заявленной конструкции фильтра в качестве фильтровального элемента выбрана сетка с размером ячеек в свету 0,025 до 0,25 мм2, что обусловлено требованиями, предъявляемыми к готовому продукту.
Использование заявленной конструкции фильтра позволяет увеличить выход конечного продукта, уменьшить влажность осадка (что существенно облегчает его удаление), увеличить срок службы фильтровального элемента, избежать необходимости увеличения количества циклов, исключить расходы на приобретение дополнительных структурных единиц и их обслуживание, что, в конечном счете, благодаря эффективности работы фильтра, увеличивает производительность всей поточной линии и выход конечного продукта, приводящие к снижению его себестоимости.
Полезная модель иллюстрируется чертежом.
На фиг. 1 представлена поточная линия для получения жидкофазных биологически активных средств, принципиальная схема; на фиг. 2 - фильтр для разделения экстрагированной массы.
Поточная линия для получения жидкофазных биологически активных средств включает последовательно установленные по ходу технологического процесса и технологически связанные между собой биореактор, экстрактор и фильтр.
Биореактор содержит корпус 1 с крышкой 2 и размещенные в нем барботажную сетку 3 с приспособлением 4 для ее вытягивания, воздуховоды с поперечной 5 и продольной 6 аэрацией и приборы контроля 7. Дно 8 корпуса 1 биореактора выполнено в виде воронки с заслонками 9 и 10 на ее входном и выходном отверстиях соответственно. Заслонка 9 представляет собой еще и барботажную сетку для осуществления операции продольной аэрации в технологическом процессе получения биологически активного средства в биореакторе.
Экстрактор выполнен в виде n-го количества параллельных вертикально установленных и последовательно соединенных между собой труб 11. На входе первой по ходу технологического процесса трубы 11 последовательно установлены сопряженные между собой смеситель 12 и насос 13. На входе экстрактора установлен питающий транспортер 14, а на выходе - накопительная емкость 15.
Фильтр выполнен в виде вертикального цилиндрического ротора 16 с перфорированными боковыми стенками и фильтровальной сеткой 17 с размером ячеек в свету 0,025 до 0,25 мм2 на внутренней его поверхности, установленного посредством опорного конуса 18 соосно в цилиндрическом неподвижном кожухе 19 на вертикальном валу 20, смонтированном на станине 21. Вал приводится во вращение от электродвигателя 22 посредством привода 23, размещенного на станине 21. Неподвижный кожух 19 в верхней своей части снабжен съемной крышкой 24 для подачи готовой экстрагированной массы из экстрактора в цилиндрический ротор 16 фильтра, а нижней полой частью - плотно сопряжен с дном 25 станины 21. Внутренняя поверхность опорного конуса 18 и дно 25 станины 21 образуют емкость, в которую отводится жидкая фракция отфильтрованной в цилиндрическом роторе 16 суспензии - фильтрат. Посредством патрубка 26, установленного в дне 25 станины 21, жидкая фракция удаляется из фильтра. Для ускоренной остановки вращения ротора в конструкции фильтра предусмотрен тормоз 27, который приводится в действие при помощи рычажного механизма 28 и представляет собой металлическое кольцо, охватывающее шкив на вертикальном валу 20. Для смягчения воздействия вибраций ротора 16 и фильтра в целом на фундамент здания, в котором размещена поточная линия, станина 21 с укрепленными не ней ротором 16, приводом 23 и кожухом 19 подвешена посредством вертикальных тяг 29 с шаровыми головками на трех расположенных под углом 120° колонках 30.
Поточная линия работает следующим образом.
Исходную смесь из навоза и торфа, обогащенную биостимулятором, загружают в биореактор на барботажную сетку 9. Сверху устанавливают посредством приспособления 4 барботажную сетку 3, а также крышку 2 с воздуховодами 5 и 6 и приборами контроля 7. Воздуховоды 5 и 6 подключают к трубе, по которой нагнетается воздух.
Процесс приготовления биологически активного средства осуществляют в биореакторе согласно конкретной технологии. Готовый продукт - биологически активное средство, является твердым сыпучим материалом, позволяющим его выгружать из биореактора через дно 8 корпуса 1 биореактора, которое выполнено в виде воронки с заслонками 9 и 10. Заслонку 9, являющуюся одновременно и барботажной сеткой, выдвигают из корпуса 1, и готовый продукт полностью заполняет собой воронку (дно 8). Посредством заслонки 10 он получает возможность выхода из корпуса 1 биореактора. Заслонка 10 является своего рода регулятором выпуска готового продукта, позволяющим связать между собой по производительности биореактор и экстрактор.
Биологически активное средство в виде твердого сыпучего материала из биореактора посредством питающего транспортера 14 поступает в смеситель 12 экстрактора, куда одновременно подают растворитель. Из смесителя 12 с помощью насоса 13 жидкость со взвешенными в ней мелкими твердыми частицами биологически активного средства прокачивается через последовательно соединенные трубы 11. Ускорение процесса экстракции достигается вследствие того, что твердые частицы взаимодействуют с растворителем, находясь во взвешенном состоянии, поэтому экстрактор работает в условиях, приближающихся к режиму идеального вытеснения.
Из экстрактора суспензия через накопительную емкость 15, являющуюся связующим устройством между экстрактором и фильтром по производительности, поступает через съемную крышку 24 неподвижного кожуха 19, установленного на станине 21, в вертикальный цилиндрический ротор 16 с перфорированными боковыми стенками и фильтровальной сеткой 17 на внутренней его поверхности, укрепленный при помощи опорного конуса 18 на вертикальном валу 20. От электродвигателя 22 посредством привода 23 вал 20 приводится во вращательное движение. Суспензия отбрасывается центробежной силой к перфорированным боковым стенкам ротора 16 на фильтровальную сетку 17, разделяется на жидкую (фильтрат) и твердую фазы. Жидкая фаза - готовое жидкофазное биологически активное средство проходит сквозь фильтровальную сетку 17 и отверстия в стенке ротора 16, собирается в емкости, образованной сверху внутренней поверхностью опорного конуса 18, а снизу - дном станины 23, из которой далее готовое жидкофазное биологически активное средство удаляется через патрубок 26, смонтированный в дне станины 25. Твердая фаза в виде плотного осадка задерживается на фильтровальной сетке 17. После выключения электродвигателя 22 тормоз 27 при помощи рычажного механизма 28 обеспечивает ускоренную остановку вращения ротора 16. После этого открывают съемную крышку 24 неподвижного кожуха 19, и осадок извлекают, например, при помощи лопатки.
Поточная линия промышленно осуществима. Благодаря заявленной конструкции фильтра повышается эффективность фильтрования, что позволяет увеличить не только производительность самого фильтра, но и увеличить производительность всей поточной линии и выход конечного продукта приблизительно в 1,4 раза, что, в конечном счете, способствует снижению себестоимости получаемых жидкофазных биологически активных средств, при этом энергозатраты на стадии разделения экстрагированной массы на жидкую и твердую фазы в поточной линии с новым фильтром не превышают энергозатраты в поточной линии-прототипе.
1. Фильтр поточной линии для получения жидкофазных биологически активных средств, характеризующийся тем, что он расположен в поточной линии по ходу технологического процесса за биореактором и экстрактором и выполнен в виде вертикального цилиндрического ротора с перфорированными боковыми стенками и фильтровальной сеткой с размером ячеек в свету от 0,025 до 0,25 мм2 на его внутренней поверхности, причем цилиндрический ротор установлен посредством опорного конуса соосно в цилиндрическом неподвижном кожухе на вертикальном валу, смонтированном на станине, кроме того, кожух в верхней своей части имеет съемную крышку для подачи готовой экстрагированной массы из экстрактора в цилиндрический ротор, а нижней полой частью сопряжен с дном станины, внутренняя поверхность опорного конуса и дно станины образуют емкость для отвода жидкой фракции отфильтрованной в роторе суспензии - фильтрата, а отвод фильтрата осуществляется посредством патрубка, установленного в дне станины.
2. Фильтр поточной линии по п.1, отличающийся тем, что станина с установленными на ней ротором, приводом и кожухом подвешена посредством вертикальных тяг с шаровыми головками на трех расположенных под углом 120° колонках.
