Фильтровальное устройство

 

Сущность изобретения: фильтровальное устройство включает цилиндрический корпус со съемной крышкой и днищем, соединенными между собой запорным устройством, коллектор для сбора и отвода фильтрата в виде установленной на оси корпуса перфорированной трубы и размещенный вокруг нее фильтрующий элемент в виде пакета плоских фильтрующих перегородок, расположенных между потокораспределительными и дренажными элементами, содержащими проницаемую основу и выполненными в виде кольцевых дисков. Каждый потокораспределительный и дренажный элемент снабжен жестко скрепленными с проницаемой основой герметизирующей прокладкой из полимерного материала и кольбцевыми накладками, причем в потокораспределительном элементе герметизирующая прокладка размещена по внутреннему периметру, а кольцевые прокладки установлены с двух сторон внешнего периметра кольцевого диска, тогда как в дренажном элементе их расположение обратное. Высота герметизирующих прокладок равна сумме высот двух накладок и проницаемой основы. Проницаемая основа преимущественно выполнена в виде металлической сетки тканевого переплетения. 4 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технике фильтрования, в частности к фильтровальным устройствам, содержащим плоские микропористые мембранные фильтровальные перегородки, и может быть использовано при стерилизующей фильтрации жидкостей в фармакологической, микробиологической, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности.

Развитие современных и перспективных мембранных технологий производства лекарственных и пищевых продуктов, стерилизация которых осуществляется фильтрованием через микропористые мембраны со стерилизующим размером пор, требует разработки и совершенствования фильтровальных устройств, которые бы сочетали в себе одновременно наибольшую производительность, определяемую наибольшей площадью поверхности мембран, одновременно участвующих в процессе фильтрующей стерилизации, и наименьшим гидравлическим сопротивлением каналов и элементов, составляющих фильтровальное устройство.

Таким образом, общая техническая проблема заключается в разработке и создании такой конструкции устройства, в которой при наименьших габаритных размерах была бы осуществлена максимальная производительность путем увеличения площади поверхности мембран и уменьшения гидравлического сопротивления устройства.

Известен мембранный аппарат для разделения смесей, содержащий два фланца со штуцерами ввода исходной смеси и вывода продуктов, пакет мембранных элементов, состоящих из дренажной пластины и двух полупроницаемых мембран, в которых выполнены отверстия для образования коллектора исходной смеси, а также прокладок, каждая из которых выполнена в виде рамки с отверстиями для образования коллектора исходной смеси и с каналами, соединяющими коллекторные отверстия с внутренним пространством рамки, и в котором каждая прокладка выполнена из двух одинаковых складываемых нижней и верхней частей, а каналы в соприкасающихся поверхностях образованы размещенными в них рядами опорных выступов (авт. св. СССР N 1118388, кл. В 01 D 63/08, 1983).

Недостатком этого устройства является повышенное гидравлическое сопротивление во входных каналах, что снижает производительность устройства при фильтровании.

Наиболее близким к предлагаемому является фильтр для очистки жидкости, содержащий вертикальный корпус с крышкой и днищем, коллектор для сбора и отвода фильтрата в виде установленной по оси корпуса трубы с отверстиями и размещенный вокруг нее фильтрующий элемент в виде пакета плоских фильтрующих перегородок, расположенных на поддерживающих дисках и цилиндрических колец, с радиальными отверстиями для прохода очищаемой жидкости и фильтрата, и в котором отверстия в цилиндрических кольцах в горизонтальном сечении имеют вид двух сопряженных выпуклыми сторонами сегментов, а радиальные отверстия выполнены в одной плоскости с поддерживающими дисками, при этом отношение радиусов сегментов составляет 2-1 и больший из них обращен навстречу потоку жидкости.

Недостатками данного устройства являются, во-первых, недостаточная надежность герметизации в местах сочленения колец, обусловленная тем, что для уменьшения гидравлических сопротивлений необходимо уменьшение ширины кольца, вызывающее соответствующее уменьшение надежности герметизации, во-вторых, наибольшая скважность (отношение площади отверстий к боковой площади поверхности входной щели) из условий прочности составляет менее 50% что вызывает повышенное гидравлическое сопротивление на входе радиального потока жидкости и снижает производительность устройства.

Таким образом, общим недостатком устройства являются повышенное гидравлическое сопротивление на входе в фильтр, что снижает эффективность устройства.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности работы устройства.

Цель достигается тем, что согласно изобретению в фильтровальном устройстве каждый потокораспределительный и дренажный элемент содержит герметизирующую кольцевую прокладку из полимерного материала, жестко закрепленную с пористой основой и противоположно размещенные с двух сторон кольцевые накладки, жестко скрепленные с пористой основой, причем в потокораспределительном элементе герметизирующая прокладка размещена по внутреннему периметру кольцевого диска, а в дренажных элементах по его наружному периметру, при этом высота герметизирующих прокладок равна сумме высот двух накладок и пористой основы, которая выполнена в виде металлической сетки тканевого переплетения, а герметизирующая прокладка выполнена из полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата, полиамида, фторопласта или каучуксодержащих полимеров, и каждая фильтрующая перегородка в виде трековой мембраны.

Совокупность вышеуказанных отличительных признаков позволяет обеспечить в предлагаемом устройстве открытую входную щель в виде кольца с наибольшим периметром, образованную двумя жесткозакрепленными и попарнорасположенными кольцевыми накладками потокораспределительного элемента. При этом скважность входной щели составляет более 60% и не зависит от толщины накладок, что обуславливает одновременное снижение гидравлического сопротивления на входе радиального потока при соответствующем повышении надежности герметизации в месте сопряжения пористых перегородок и полимерных прокладок, чем обеспечивается повышение эффективности работы устройства. Кроме того, жесткое закрепление полимерных прокладок и кольцевых накладок исключают вероятность смещения указанных элементов при сборке устройства и при его работе, что также увеличивает надежность работы устройства.

Существенно, что предлагаемая совокупность признаков позволяет уменьшить высоты потокораспределительных и дренажных элементов, что позволяет при аналогичных с прототипом габаритных размерах обеспечить в предлагаемом увеличение количества плоских фильтрующих элементов и произвести соответственное увеличение площади поверхности мембран, одновременно задействованных в процессе стерилизующей фильтрации, чем обуславливается повышение производительности.

Таким образом очевидно, что предлагаемая конструкция в совокупности новых существенных признаков обеспечивает в устройстве достижение поставленной цели, не ухудшая при этом других технико-экономических показателей.

На фиг. 1 представлено устройство, разрез; на фиг. 2 существенная часть пакета фильтрующего элемента; на фиг. 3 дренажный элемент; на фиг. 4 потокораспределительный элемент.

Фильтровальное устройство содержит цилиндрический корпус со съемной крышкой 1 и днищем 2, которые соединены между собой при помощи запорного устройства 3. Плоскость сопряжения этих двух деталей корпуса герметизирована прокладкой 4. Внутри корпуса по его оси размещен коллектор для сбора и отвода фильтрата, выполненный в виде перфорированной трубы 5. Вокруг перфорированной трубы 5 размещен фильтрующий элемент в виде пакета 6 плоских фильтрующих перегородок 7, расположенных между потокораспределительными элементами 8 и дренажными элементами 9. Указанные элементы содержат одинаковую пористую основу 10 и выполнены в виде кольцевых дисков. Каждый потокораспределительный элемент 8 содержит герметизирующую прокладку 11 в виде кольца из полимерного материала, которая жестко скреплена с пористой основой 10.

Герметизирующая прокладка 11 расположена вокруг внутреннего периметра элемента 8, выполненного в виде диска. На противоположной стороне по кольцевому периметру размещены с двух сторон пористой основы 10 кольцевые накладки 12, которые также жестко скреплены с пористой основой 10.

Накладки 12 образуют кольцевую входную щель 13 для радиального потока жидкости с наибольшей скважностью потокораспределительного элемента. Каждый дренажный элемент 9 содержит герметизирующую кольцевую прокладку 14 из полимерного материала, жестко соединенную с пористой основой 10 и расположенную по внешнему периметру элемента 9, выполненного в виде диска. По внутреннему периметру противоположно наружному с двух сторон пористой основы 10 размещены кольцевые накладки 15, также жестко скрепленные с пористой основой 10 и образующие кольцевую щель 16 для выхода отфильтрованной и стерильной жидкости. Высота герметизирующих прокладок 11 и 14 равна сумме высот соответствующих двух накладок 12 и 15 и пористой основы 10 для повышения надежности герметизации.

Пористая основа 10 выполняется в виде металлической сетки тканевого переплетения, обеспечивающей равномерное поступление жидкости по всей фильтрующей перегородке и равномерную ее загрузку. Герметизирующие прокладки выполняются из эластичных полимеров, таких как полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, полиамид, фторопласт или каучуксодержащие полимеры, а каждая фильтрующая перегородка выполнена в виде трековой мембраны, обеспечивающей достижение стерилизующего эффекта при фильтровании жидкостей. Пакет фильтрующих перегородок, потокораспределительных и дренажных элементов с герметизирующими прокладками и размещенный между верхней плитой 17 и нижней плитой 18 стягивается уплотнительным устройством 19. Для герметизации уплотнительное устройство содержит эластичную прокладку 20. Для подачи жидкости в устройство днище 2 соединено с патрубком 21.

Устройство работает следующим образом.

Предназначенная для фильтрующей стерилизации жидкость поступает через патрубок 21 во внутреннюю полость корпуса, образованную крышкой 1 и днищем 2, и далее во входные кольцевые щели 13, образованные накладками 12, размещенными попарно на обеих сторонах пористой основы 10 потокораспределительного элемента 8. Проходя сквозь пористую основу 10 потокораспределительных элементов 8, жидкость распределяется по всей поверхности фильтрующих перегородок 7 и, профильтровываясь через последние, поступает через пористую основу 10 и кольцевую щель 16 дренажных элементов 9 в перфорированный коллектор 5 для отвода фильтрата. Таким образом происходит процесс фильтрации и стерилизации исходной жидкости.

В связи с тем, что входные отверстия выполнены в виде кольцевой щели с максимальной скважностью, гидравлическое сопротивление радиальному потоку жидкости уменьшается и, следовательно, повышается эффективность устройства.

Формула изобретения

1. ФИЛЬТРОВАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, включающее цилиндрический корпус со съемной крышкой и днищем, соединенными между собой запорным устройством, коллектор для сбора и отвода фильтрата в виде установленной по оси корпуса перфорированной трубы и размещенный вокруг нее фильтрующий элемент в виде пакета плоских фильтрующих перегородок, расположенных между потокораспределительными и дренажными элементами, содержащими проницаемую основу и выполненными в виде кольцевых дисков, отличающееся тем, что каждый потокораспределительный и дренажный элемент снабжен жестко скрепленными с проницаемой основой герметизирующей прокладкой из полимерного материала и кольцевыми накладками, причем в потокораспределительном элементе герметизирующая прокладка размещена по внутреннему периметру, а кольцевые накладки установлены с двух сторон внешнего периметра кольцевого диска, тогда как в дренажном элементе герметизирующая прокладка размещена по внешнему периметру, а кольцевые накладки с двух сторон внутреннего периметра кольцевого диска.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высота герметизирующих прокладок равна сумме высот двух накладок и проницаемой основы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что проницаемая основа выполнена в виде металлической сетки тканевого переплетения.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что герметизирующая прокладка выполнена из полиэтилена, полипропилена, полиэтилентерефталата, полиамида, фторопласта или каучуксодержащих полимеров.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая фильтрующая перегородка выполнена в виде трековой мембраны.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4