CZ34798U1 - Filtrační zařízení - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

CZ 34798 UI

Filtrační zařízení

Oblast techniky

Předkládané technické řešení poskytuje filtrační zařízení vhodné pro využití při filtracích velkých obj emů j emných suspenzí.

Dosavadní stav techniky

Separace kapalina-pevná látka zahrnuje oddělení dvou fází, pevné a kapalné, ze suspenze. Využívá se v mnoha odvětvích, pro regeneraci pevné složky (likviduje se kapalina), zpětné získávání kapaliny (odstraňují se z kapaliny pevné látky), nebo pro zpětné získávání jak pevných, tak i kapalných složek.

Mezi několik základních typů separace kapalných látek od pevných patří filtrace, odstřeďování a dekantace. Velmi časté je kombinování vícero metod.

Nejjednodušší je dekantace, kde se pevná látka nechá vlivem gravitační síly usadit na dně nádoby a kapalnou fázi lze jednoduše odsát nebo odlít. Výhodou této metody je jednoduchost provedení a minimální technologická náročnost. Nevýhodou je ovšem to, že v pevné fázi se po dekantaci nachází nadbytek kapalné fáze a na druhou stranu část pevné fáze se může ztratit v odlité kapalné fázi.

Dalším typem separace je filtrace. Principem je dělení fází pomocí propustného materiálu. Nej častěji filtrační papír, nebo další porézní materiály jako například porézní keramika nebo sklo. Filtraci lze provádět i za zvýšeného nebo sníženého tlaku, čímž filtraci lze urychlit. Výhodou je jednoduchost provedení filtračních aparatur, ačkoliv manipulace s nimi může být v některých případech značně komplikovaná. Problémy pak nastávají, pokud je pevná fáze příliš jemná a použitý propustný materiál se pevnou fází zanese a filtrace se tím pádem výrazně prodlouží. Použití vhodného propustného materiálu je pro filtraci klíčové. K separování velmi malých částic se využívá mikrofiltrace v různých laboratorních provedeních a uspořádáních. Dostupné komerční mikrofiltrační přetlakové aparatury disponují velmi malým objemem, řádově stovky mililitrů, a malou filtrační plochou. To vede k častému ucpávání filtrů a potřebě jejich následné výměny, která je při velké vrstvě filtračního koláče komplikovaná. Filtrace velkých objemů suspenze (řádově jednotky až desítky litrů) je v těchto zařízeních velmi zdlouhavá. Zařízení nejsou vhodná pro použití v poloprovozním či provozním měřítku.

Poslední uvedenou metodou je odstřeďování. Principem je oddělení pevné a kapalné fáze na základě rozdílné hustoty. Výhodou je velká čistota separovaných složek, ta dosti závisí na povaze odstřeďovacích zařízení (centrifugy). Nevýhodou je ekonomická náročnost těchto zařízení, která velmi často disponují objemem desítek až stovek ml, což je nedostačující pro průmyslové aplikace.

V průmyslovém měřítku bývají často používány dvoufázové operace - zahušťování (usazovací nádrže, odkalovače) a následná separace (lisové filtry, vakuové bubnové filtry).

Podstata technického řešení

Předmětem předkládaného technického řešení je filtrační zařízení, které lze dimenzovat pro filtrované objemy odpovídající poloprovoznímu až provoznímu měřítku. Zároveň je toto zařízení vhodné i pro filtraci velmi jemných suspenzí.

-1 CZ 34798 UI

Filtrační zařízení podle technického řešení obsahuje kruhové dno osazené výpustí a nad výpustí plastovým držákem na fritu s odtokovými kanálky opatřeným těsněním pro utěsnění frity a filtračního papíru, přičemž v plastovém držáku je umístěna frita, a zařízení dále obsahuje válcový mezikus, a kruhové víko opatřené vstupem pro plynné médium, manometrem a pojistným tlakovým ventilem, přičemž spodní část válcového mezikusu a dno jsou opatřeny prvním rychlospojem pro plynotěsné spojení mezikusu a dna, a horní část válcového mezikusu a víko jsou opatřeny druhým rychlospojem pro plynotěsné spojení mezikusu a víka.

Spodní částí válcového mezikusu je míněna spodní polovina válcového mezikusu a horní částí válcového mezikusu je míněna horní polovina válcového mezikusu.

Plastový držák na frituje potřebný proto, že při natlakování filtrační aparatury plynným médiem je velké riziko prasknutí frity, kterému plastový držák na fritu předchází. Plastový držák zahrnuje dno držáku, které obsahuje odtokové kanálky a tvoří oporu pro fritu, a boční stěny výškou odpovídající 95 až 105 % výšky frity. Průměr dna držáku odpovídá 100 až 105 % průměru frity.

Těsnění pro fritu má tvar mezikruží a je umístěno mezi plastovým držákem a deskou dna. Těsnění pro filtrační papír je umístěno mezi držákem na fritu, resp. po vložení filtračního papíru mezi filtračním papírem, a válcovým mezikusem, těsnění má tvar mezikruží.

Válcový mezikus je s výhodou ze skla. Vhodným sklem je např. odolné sklo SIMAX, které může odolávat tlakům až 2,5 baru (0,25 MPa). Je-li válcový mezikus ze skla, je možné snadno sledovat průběh filtrace. Alternativně může být válcový mezikus vyroben např. z plastu či kovu.

Manometr dovoluje kontrolovat tlak v aparatuře a prostřednictvím ovládání přívodu plynného média jej dle potřeby upravovat. Protože jednotlivé díly aparatury mají omezenou odolnost vůči tlakům (např. skleněná frita či skleněný válec), pojistný tlakový ventil zajišťuje ochranu těchto součástí. Při dosažení hraničního tlaku se pojistný ventil otevře a ochrání tak citlivé části aparatury před poškozením.

Rychlospoje mohou být například příruby pro šroubové spojení.

Filtrační aparatura je navržena tak, aby bylo možné ji snadno vyrábět v různých velikostech dle požadavků. Velikosti by měl být přizpůsoben materiál zejména válcového mezikusu - například sklo či plast je možno použít jen do určitých rozměrů a očekávaných tlaků v aparatuře. Rovněž je navržena tak, aby bylo snadné jednotlivé části vyměnit při jejich poškození, a aby mohla být snadno otevřena v případě havárie nebo problémů.

Filtrační aparatura může být s výhodou upevněna v pojízdné nosné trubkové konstrukci. Alespoň dvě pojezdová kolečka pojízdné konstrukce mohou být s výhodou opatřena brzdami.

Objasnění výkresů

Obr. 1 ukazuje celkový pohled na aparaturu v pojízdném stojanu.

Obr. 2 ukazuje řez aparaturou v místě dna a spodní části válcového mezikusu.

Příklad uskutečnění technického řešení

V tomto příkladu je popsána velkoobjemová přetlaková mikrofiltrační aparatura pro filtrování velmi jemných prekurzorů ve formě suspenze či gelu, které se využívají pro výrobu nanopráškových produktů. Aparatura je znázorněna na obrázcích 1 a 2. Tato aparatura je schopna pracovat v objemech řádově jednotky litrů. Na jednu dávku lze přefiltrovat až 5 1 roztoku. Filtrační aparatura disponuje kruhovou filtrační plochou o průměru 150 mm. Dobu filtrace lze tedy pomocí

- 2 CZ 34798 UI této aparatury výrazně snížit na řádově jednotky až desítky minut, např. filtrace 5 1 jemné suspenze proběhne do 15 minut. Manipulace s roztokem a filtračním koláčem je mnohem snadnější díky celkově větší a robustnější konstrukci.

Filtrační aparatura podle tohoto příkladu obsahuje jako válcový mezikus 2 válec ze skla SIMAX vysoký 300 mm, o vnitřním průměru 150 mm. Dále obsahuje víko 3 se třemi koncovkami, které jsou osazeny: olivkou o průměru 11 mm, která slouží jako vstup 31 plynného média pro přetlakovou filtraci, manometrem 32 do 4 barů (0,4 MPa) a pojistným ventilem 33 do 2,5 baru (0,25 MPa). Dále je zařízení opatřeno dnem 1 osazených výpustí 11 a plastovým držákem 12 na fritu s odtokovými kanálky. Skleněná frita 13 o průměru 175 mm je vsazena do plastového držáku 12 s odtokovými kanálky. Držák 12 s fritou 13 je za pomoci dvou gumových těsnění 14. 15 ve tvaru mezikruží uchycen v desce dna. Plastový držák 12 s odtokovými kanálky je nutný z důvodu, že na fritu 13 při provozu filtrační aparatury působí velký tlak a bez tohoto držáku 12 by frita 13 okamžitě praskla. Víko 3 je s horní částí válcového mezikusu 2 spojeno přírubovým šroubovacím rychlospojem 5, a rovněž dno 1 je se spodní částí válcového mezikusu 2 spojeno přírubovým šroubovacím rychlospojem 4. Sestava je umístěna v pojízdné nosné konstrukci 6 z nerezových trubek, která zaujímá prostor 507 x 675 x 980 mm při výpustné výšce 500 mm. Celková výška sestavy je 1250 mm. Spojovací materiál přírubových spojů 4, 5 je pozinkovaný. Pojezdová kolečka 61 mají gumovou obruč s průměrem 100 mm, jsou otočná kolem svislé osy a dvě mají brzdu.

Postup filtrace je s použitím této filtrační aparatury velice jednoduchý. Nejprve je nutno do filtrační aparatury vložit filtrační papír 16, např. filtrační papír s velikostí pórů 0,45 pm. Pomocí spodního rychlospoje 4 u dna j_zařízení se odejme válcový mezikus 2 s víkem 3. Dále je potřeba sundat gumové těsnění 15. které slouží pro utěsnění mezi válcovým mezikusem 2 a plastovým držákem 12 pro fritu. Poté lze na fritu 13 umístit filtrační papír 16. Pro správné provedení následné filtrace by průměr filtračního papíru 16 měl dosahovat velikosti průměru plastového držáku 12 frity. Poté je na filtrační papír 16 umístěno zpátky gumové těsnění 15. na něj položen válcový mezikus 2 a pomocí rychlospoje 4 je vše dostatečně utaženo. Následně se pomocí rychlospoje 5 oddělí víko 3 od válcového mezikusu 2. Tím vzniká dostatečný prostor na vpravení filtrovaného roztoku do aparatury. Po vpravení filtrovaného roztoku do aparatury se opět připevní pomocí rychlospoje 5 víko 3. Do jedné vstupu 31 plynného média ve víku se přivádí hnací plyn, který zajišťuje přetlakovou filtraci. Přefiltrovaný roztok (kapalná fáze) odtéká skrz fritu 13 a kanálky plastového držáku 12 a následně z výpusti 11 dna 1 filtrační aparatury. Díky pojízdné nosné konstrukci 6 je mezi výpustí 11 a podlahou výška 500 mm, do které lze umístit záchytnou nádobu pro zfiltrovaný roztok. Vzhledem k povaze skleněného válcového mezikusu 2 nesmí tlak v aparatuře přesáhnout 2,5 bar (0,25 MPa), jinak hrozí poškození aparatury a prasknutí skleněného válcového mezikusu 2. Z tohoto důvodu je na víku 3 umístěn pojistný ventil 33. Jakmile výpustí 11 nepřetéká žádný zfiltrovaný roztok, lze filtraci ukončit odstavením hnacího plynu od filtrační aparatury. Na filtračním papíře 16 vzniká filtrační koláč, který je snadno přístupný oddělením válcového mezikusu 2 s víkem 3 od dna 1 zařízení pomocí uvolnění rychlospoje 4.

Pokud by bylo potřeba filtrační aparaturu modifikovat pro větší objemy, bylo by vhodné použít jiných materiálů pro konstrukci filtrační aparatury. Použitý skleněný válcový mezikus vyrobený z boritokřemičitého skla 3,3 - SIMAX splňující požadavky ČSN ISO 3585 lze bezpečně užívat pouze do tlaků cca 2,5 bar (0,25 MPa). Při větším průměru válce už nelze do tohoto tlaku použít tento materiál. Bylo by nutné tedy použít jiných materiálů, které by při takovémto průměru vydržely potřebné tlaky.

Claims (6)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Filtrační zařízení, vyznačující se tím, že obsahuje kruhové dno (1) osazené výpustí (11) anad výpustí (11) plastovým držákem (12) na fritu s odtokovými kanálky opatřeným těsněním (14, 15) pro utěsnění držáku (12) frity a filtračního papíru (16), přičemž v plastovém držáku (12) je umístěna frita (13), a zařízení dále obsahuje válcový mezikus (2) a kruhové víko (3) opatřené vstupem (31) pro plynné médium, manometrem (32) a pojistným tlakovým ventilem (33), přičemž spodní část válcového mezikusu (2) a dno (1) jsou opatřeny prvním rychlospojem (4) pro plynotěsné spojení mezikusu (2) a dna (2), a horní část válcového mezikusu (2) a víko (3) jsou opatřeny druhým rychlospojem (5) pro plynotěsné spojení mezikusu (2) a víka (3).
2. 2. Filtrační zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že plastový držák (12) zahrnuje dno držáku, které obsahuje odtokové kanálky a tvoří oporu pro fritu (13), a boční stěny výškou odpovídající 95 až 105 % výšky frity (13), a průměr dna držáku (12) odpovídá 100 až 105 % průměru frity (13).
3. 3. Filtrační zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že válcový mezikus (2) je ze skla, plastu či kovu.
4. 4. Filtrační zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že rychlospoji (4, 5) jsou šroubové přírubové rychlospoje.
5. 5. Filtrační zařízení podle kteréhokoliv z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že dále zahrnuje pojízdnou nosnou trubkovou konstrukci (6).
6. 6. Filtrační zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že alespoň dvě pojezdová kolečka (61) pojízdné konstrukce (6) jsou opatřena brzdami.