RO120954B1 - Procedeu de separare a particulelor microscopice din lichide - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de separare aparticulelor microscopice din lichide, utilizat la separarea ultrasonică, electrostatică a concentratelor chimice de uraniu din fază lichidă, lacurăţarea uleiurilor hidraulice, a celor lubrifiante ?i a celor uzate, la purificarea ?i dezodorizarea uleiurilor vegetale, precum ?i la purificarea ?i sterilizarea apei potabile. Procedeul conform invenţiei prevede o tratare termică prealabilă, într-un bazin de alimentare (19), prin încălzirea lichidului la o temperatură de referinţă, urmată de tratarea ultrasonică, într-un dispozitiv ultrasonic (1) tip coloană, prin propagarea unei radiaţii ultrasonore, în acela?i sens cu acela al circulaţiei lichidului, concomitentă cu dispersia cavitaţională a soluţiei de reactiv chimic, care circulă în sensul invers propagării radiaţiei ultrasonice, urmată de decantarea gravitaţională a lichidului ultrasonat ?i tratarea prin membrana semipermeabilă, aflată în câmp electrostatic, a lichidului decantat, într-un filtru electrostatic (3), în câmp electric neuniform, format între o membrană metalică semipermeabilă ?i un electrod de înaltă tensiune, plat, între care se află umplutura cu corpuri ceramice sferice, prin trecerea lichidului într-un flux paralel cu liniile de câmp electrostatic, ?i apoi decantarea lichidului tratat electrostatic ?i filtrarea finală de finisare a lichidului rezultat, prin trecerea acestuia printr-un set de membrane cilindrice, concentrice, cu porozitate calibrată progresiv, aflate într-un filtru compact (17).

Description

Invenția se referă la un procedeu de separare al particulelor microscopice din lichide, utilizat la separarea ultrasonică, electrostatică a concentratelor chimice de uraniu din fază lichidă, la curățirea uleiurilor hidraulice, a celor lubrifiante și a celor uzate, la purificarea și dezodorizarea uleiurilor vegetale, precum și la purificarea și sterilizarea apei potabile.

Sunt cunoscute procedee electrostatice, care fac apel la atracția forței electrostatice asupra particulelor microscopice din lichide (US 3852178/1974; 4066526/1978, Wakeman, R.J.-Membrane Fouling Preventionin Crossflow Microfiltration, Chemical Engineering Science, voi. 42, nr. 4/1987, p. 829-842, Manouchehri, H.R., Review of Electrica! Separation Methods, Minerals &Metallurgical Processing, voi. 17, nr. 1 /2000, p. 23-36). Aceste procedee prezintă dezavantajul unor debite mici și al unui randament de separare scăzut.

Mai sunt cunoscute procedee ultrasonice, care fac apel la propagarea undelor ultrasonice prin lichide, în scopul degazării acestora sau pentru diferite aplicații sonochimice (Mason, T.J., Advances in Sonochemistry, JAJ Press, London, UK, 1996, Austin, J.C. ș.a., Ultrasonic Propagation through Aqueous Kaolin Suspension during Degassing, Ultrasonics, voi. 37, 1999, p. 299-302).

Aceste procedee prezintă dezavantajul unor randamente de proces mici și al unor efecte secundare care dăunează calității produselor ultrasonate.

De asemenea, sunt cunoscute procedee mecano-chimice de separare, care fac apel la forțe mecanice și la acțiunea reactivilor chimici, în scopul separării unor substanțe (Jinescu, V.V., Utilaj tehnologic pentru industrii de proces, Editura Tehnică, București, 1989, Lendrum, F.C., NewTrends in Canadian Uranium Ore Processing, IAEA, Vienna, 1976). Și aceste procedee prezintă dezavantajul unor randamente de separare mici.

Mai este cunoscut un procedeu de prevaporizare, care face apel la acțiunile combinate ale câmpului termic și membranei semipermeabile, pentru purificarea lichidelor (Voilley, A., Lapervaporationetsesapplications, Industrieagro-alimentaire, nr. 10/1989, p. 881-888). Acest procedeu prezintă dezavantajul colmatării rapide a membranei semipermeabile și cel al unui randament de separare scăzut.

în general, toate aceste procedee cunoscute mai prezintă dezavantajele unor operații și construcții complicate, ce implică recirculări ale produselor și consumuri mari de energie.

Problema tehnică a invenției constă în elaborarea unui procedeu complex, care să conducă la o succesiune de operații de separare ce combină acțiunea vibrațiilor ultrasonice, a câmpului electrostatic, a câmpului gravitațional, a câmpului termic și a membranei semipermeabile, astfel încât să se obțină un ansamblu care să funcționeze, în principal, fără organe mecanice în mișcare și care să fie multifuncțional.

Procedeul conform invenției prevede o tratare termică prealabilă, prin încălzirea lichidului la o temperatură de referință, urmată de tratarea ultrasonică, prin propagarea unei radiații ultrasonore în același sens cu acela al circulației lichidului, concomitentă cu dispersia cavitațională a soluției de reactiv chimic, care circulă în sensul invers propagării radiației ultrasonice, urmată de decantarea gravitațională a lichidului ultrasonat și tratarea electrostatică a lichidului decantat în câmp electric neuniform, formatîntre o membrană metalică semipermeabilă și un electrod de înaltă tensiune plat, între care se află o umplutură cu corpuri ceramice sferice, prin trecerea lichidului într-un flux paralel cu liniile de câmp electrostatic, apoi urmând decantarea lichidului tratat electrostatic și filtrarea finală de finisare a lichidului rezultat, prin trecerea acestuia printr-un set de membrane cilindrice concentrice, cu porozitate calibrată progresiv.

Se dă, în continuare, un exemplu de rezolvare a problemei tehnice și de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1 și 2, care reprezintă:

- fig. 1, instalație de separare a particulelor microscopice din lichide utilizat la aplicarea procedeului ultrasonic și electrostatic de separare;

- fig. 2, vedere de sus a instalației utilizate la aplicarea procedeului de separare.

RO 120954 Β1

Procedeul conform invenției constă într-o tratare termică prealabilă a soluției urani- 1 fere, la o temperatură cuprinsă între 40 și 75°C, în scopul micșorării viscozității, în bazinul de alimentare 19, compus din două compartimente, unul pentru soluția uraniferă și celălalt pen- 3 tru soluția cu reactiv chimic. Soluția lichidă preîncălzită și reactivul chimic se trec prin dispozitivul ultrasonic 1 tip coloană, unde, sub acțiunea ultrasunetelor cu frecvența între 20-40 kHz 5 și de intensitate 2-3 W/cm², se formează o dispersie fină de reactiv chimicîn soluția uraniferă și are loc omogenizarea ultrasonică a soluției. în dispozitivul ultrasonic 1 are loc precipitarea 7 sonochimică a uraniului, procesul chimic de precipitare având loc în câmp de ultrasunete, ceea ce determină intensificarea reacției chimice, respectiv micșorarea duratei de precipitare 9 și scăderea consumurilor de reactivi și de energie. Materialul care se evacuează prin conducta 26 ajunge în vasul de colectare 8, unde se definitivează reacția de precipitare și are 11 loco decantare gravitațională. Sedimentul grosier se evacuează pe la racordul inferior și este introdus în bazinul de alimentare 19. Suspensia lichidă astfel tratată, este pompată, cu 13 pompa 5 în filtrul electrostatic cu membrană și bile ceramice 3, unde se asociază forței de presiune și membranei semipermeabile, acțiunea forței electrostatice, asigurată cu un câmp 15 electrostatic de intensitate maximă 1000 kV/m, ceea ce conduce la extragerea mai rapidă a lichidului din suspensia uraniferă, pe seama comportamentului polar al lichidului și la reține- 17 rea particulelor de uraniu, care se concentrează, astfel, între cei doi electrozi. în situația colmatării membranei semipermeabile, aceasta se autocurăță, fără demontarea filtrului, prin 19 inversarea automată a polarității membranei, ceea ce are ca efect respingerea particulelor depuse în porii membranari, pe seama faptului că aceste particule au sarcina electrică de 21 același semn cu polaritatea inversată a membranei. Concentratul chimic de uraniu, astfel desecat, se evacuează printr-un racord inferior lateral, cu care este prevăzut filtrul electro- 23 static 3. Lichidul rezultat în urma filtrării electrostatice, este introdus în vasul de acumulare 10, unde are loc, încă o decantare gravitațională, sedimentul fiind evacuat prin racordul aflat 25 pe fundul vasului, iar lichidul fiind circulat cu pompa 13, în filtrul compact 17. Acest filtru este prevăzut cu un set de mai multe membrane cilindrice concentrice, cu porozitate calibrată pro- 27 gresiv, valorile mari ale porilor membranari (100 pm) fiind la intrarea în setul menționat (spre exterior), iar cele mici (0,01 pm) fiind la ieșire (spre interior). în filtrul compact 17 lichidul 29 traversează radial și de la exterior spre interior, membranele cilindrice concentrice, astfel încât lichidul pur se evacuează printr-un racord axial aflat pe fundul filtrului, iar concentratul 31 cu particule de uraniu rămase se evacuează printr-un racord lateral exterior, amplasat pe fundul filtrului, într-o zonă corespondentă spațiului dintre peretele exterior al corpului filtrant 33 și peretele interior al carcasei filtrului.

Procedeul conform invenției mai poate fi utilizat la purificarea uleiurilor minerale sau 35 vegetale și constă într-o tratare termică prealabilă, prin încălzirea uleiului impur la o temperatură de referință, cuprinsă între 40 și 60’0, în bazinul de alimentare 19 compus din două 37 compartimente, unul pentru ulei și celălalt pentru o soluție de sodă caustică. Uleiul preîncălzit și soluția de sodă caustică se trec prin dispozitivul ultrasonic 1, unde, sub acțiunea ultrasu- 39 netelor cu frecvență de 40 kHz și de intensitate de 2-3 W /cm², se formează o dispersie fină de soluție caustică în ulei. Uleiul astfel tratat, trece în vasul de colectare 8, unde staționează 41 la decantare un anumit timp, cuprins între 15 și 20 min. După aceasta, uleiul limpezit este pompat în filtrul electrostatic 3, unde sunt reținute impuritățile fine și urmele de umiditate. Din 43 filtrul electrostatic 3, uleiul ajunge în vasul de acumulare 10, de unde, după o scurtă staționare la decantare, timp de 5-10 min, este pompat în filtrul compact 17, unde are loc filtrarea 45 de finisare.

RO 120954 Β1

Procedeul conform invențieipoate fi utilizat, de asemenea, la purificarea și sterilizarea apei potabile și constă într-o tratare termică prealabilă, prin încălzirea apei impure la o temperatură de referință, cuprinsă între 50 și 75°C, în bazinul de alimentare 19, compus din două compartimente, unul pentru apă și celălalt pentru o soluție cu ioni de argint. Apa preîncălzită și soluția cu ioni de argint se trec prin dispozitivul ultrasonic 1, unde, sub acțiunea ultrasunetelor cu frecvență de 20 kHz și de intensitate de 2-3 W/cm², se formează o dispersie fină de soluție cu ioni de argint în apă. Prin propagarea radiației ultrasonice în apă și a acțiunii ionilor de argint, are loc precipitarea rapidă a particulelor grosiere (10-100 pm) și distrugerea majorității microorganismelor, pe seama permeabilizării ultrasonice a membranei celulare și a inactivării biologice cu ioni de argint. Apa astfel tratată, trece în vasul de colectare 8, unde staționează la decantare un anumit timp, cuprins între 20 și 25 min. După aceasta, apa limpezită este pompată în filtrul electrostatic 3, unde sunt reținute impuritățile fine și microorganismele moarte, având loc, totodată, distrugerea electrostatică a microorganismelor rămase active, datorită efectului letal al depolarizării membranei celulare. Din filtrul electrostatic 3, apa ajunge în vasul de acumulare 10, de unde, după o scurtă staționare la decantare, timp de 5-10 min, este pompată în filtrul compact 17, unde are loc filtrarea finală de finisare.

Componența instalației este următoarea:

1. Dispozitiv ultrasonic tip coloană	17. Filtru compact
2. Șurub M8x10	18. Șurub M18x30
3. Filtru electrostatic cu membrană și bile ceramice	19. Bazin de alimentare
4. Șurub M6x10	20. Șurub M8x10
5. Pompă	21. Cadru suport
6. Șurub M8x10	22. Racord I
7. Șaibă A10	23. Șurub M4x10
8. Vas de colectare	24. Șurub M4x8
9. Șurub M10x10	25. Racord II
10. Vas de acumulare	26. Conductă de evacuare
11. Șurub M12x14	27. Conductă de aspirație
12. Șaibă A12	28. Racord intrare
13. Pompă	29. Conductă ieșire
14. Șurub M10x15	30. Conductă
15. Șaibă A10	31. Conductă filtru
16. Piuliță M10 1

Revendicări

Claims (6)

1. Procedeu de separare a particulelor microscopice din lichide, care utilizează efectul câmpului electrostatic de a genera forțe electrostatice, al ultrasunetelor, al câmpului gravitațional, al temperaturii și al membranei semipermeabile, caracterizat prin aceea că prevede o tratare termică prealabilă, prin încălzirea lichidului la o temperatură de referință, într-un bazin de alimentare (19), tratarea ultrasonică a lichidului cuplată cu tratarea chimică, într-un dispozitiv ultrasonic (1) tip coloană, decantarea gravitațională într-un vas de colectare (8) și tratarea lichidului decantat, într-un filtru electrostatic (3) cu membrană semipermeabilă metalică și bile ceramice, lichidul astfel tratat fiind supus, în final, operației de filtrare de finisare, prin trecerea acestuia printr-un filtru compact (17) compus dintr-un set de membrane cilindrice concentrice.

RO 120954 Β1

2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că tratarea ultrasonică 1 constă în propagarea unei radiații ultrasonice în același sens cu acela al circulației lichidului, concomitentă cu dispersia cavitațională fină a soluției de reactiv chimic, care circulă în sensul 3 invers propagării radiației ultrasonice.

3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că tratarea electrosta- 5 tică constă în trecerea lichidului printr-un câmp electric neuniform format între o membrană metalică semipermeabilă și un electrod plan de înaltă tensiune, între care se află umplutură 7 cu corpuri ceramice sferice, prin trecerea lichidului într-un flux paralel cu liniile de câmp electrostatic. 9

4. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în situația colmatării membranei metalice semipermeabile, aceasta se auto-curăță, fără demontarea filtrului, prin 11 inversarea automată a polarității membranei, ceea ce are ca efect respingerea particulelor depuse în porii membranari, pe seama faptului că aceste particule au sarcina electrică de 13 același semn cu polaritatea inversată a membranei.

5. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că filtrarea finală de fini- 15 sare constă în trecerea lichidului printr-un set de membrane cilindrice concentrice, cu porozi- tate calibrată succesiv, astfel, încât valorile mari ale porilor membranari sunt la intrarea în se- 17 tul cu membrane, iar cele mici, la ieșirea din acestea.

6. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că distrugerea microor- 19 ganismelor existente în lichid are loc prin permeabilizarea ultrasonică a membranei celulare, prin depolarizarea electrică a acesteia și prin inactivarea biologică cu ioni de argint, cu efect 21 letal asupra microorganismelor și reținerea acestora pe suprafețele membranelor filtrante, operație ce are loc în timpul tratării electrostatice a lichidului și în etapa de filtrare finală. 23