RU159711U1

RU159711U1 - INSTALLATION OF CLEANING WATER-CONTAINING LIQUIDS BY NATURAL ZEOLITES

Info

Publication number: RU159711U1
Application number: RU2015112145/05U
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Кобелев; Кристина Николаевна Завалишина; Инга Анатольевна Авилова
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2016-02-20

Abstract

Установка очистки водосодержащих жидкостей природными цеолитами, содержащая адсорбционную колонку с соотношением диаметра и высоты колонки от 1:2 до 1:3, выполненную из химически стойкого полимерного материала и заполненную сорбентами, причем в качестве опорного слоя использован кварцевый песок или гравий с частицами величиной 5-10 мм при высоте слоя 0,3 м, первый слой шивыртуинского цеолита из частиц размером 3-4 мм, высота слоя 0,3 м, слой цеолита холинского месторождения выполнен из частиц размером 1,5-2,0 мм при высоте загрузки 1,5-2,0 м, кроме того, к колонке подключены системы подачи и отвода очищенной жидкости, отличающаяся тем, что дополнительный слой шивыртуинского цеолита расположен в корпусе, занимающем всю площадь выходного сечения колонки, который выполнен из внутренней и внешней решеток, кроме того, внешняя решетка представляет собой тело вращения, поверхность которого образована кривой, изменяющейся по синусоидальному закону с вершиной на общей оси колонки, а внутренняя решетка представляет собой соединение боковой поверхности корпуса и торцевой поверхности собственно решетки.Installation for cleaning aqueous liquids with natural zeolites, containing an adsorption column with a ratio of diameter and column height from 1: 2 to 1: 3, made of a chemically resistant polymer material and filled with sorbents, with quartz sand or gravel with particles of 5- 10 mm with a layer height of 0.3 m, the first layer of Shivyrtuinsky zeolite from particles of 3-4 mm in size, the layer height of 0.3 m, the zeolite layer of the Kholinsky deposit is made of particles with a size of 1.5-2.0 mm at a loading height of 1, 5-2.0 m, except tog , to the column are connected systems for supplying and discharging purified liquid, characterized in that the additional layer of Shivirtuinsky zeolite is located in the housing, which occupies the entire output section of the column, which is made of internal and external lattices, in addition, the external lattice is a body of revolution, the surface of which formed by a curve that varies sinusoidally with a vertex on the common axis of the column, and the inner lattice is a connection of the side surface of the housing and the end surface of the proper but lattice.

Description

Полезная модель относится к области пищевой промышленности, а именно к области приготовления пищевых продуктов, в состав которых входят водосодержащие жидкости, и может быть применена при обработке воды, молока и соков, используемых для приготовления различных продуктов питания.The utility model relates to the field of food industry, namely to the field of preparation of food products, which include water-containing liquids, and can be used in the processing of water, milk and juices used for the preparation of various food products.

Известен способ очистки жидкостей и устройство (варианты) для его осуществления (см. патент РФ №2075994, МПК B01D 15/00, опубл. 27.03.1997), содержащее корпус, в котором размещены сорбент и электроды, создающие поле электрического тока, причем электроды размещены в сорбенте, при этом электроды выполнены из материалов, образующих при контакте друг с другом химический источник тока, а частицы сорбента выполнены из материала, поляризующегося в поле электрического тока, причем размер частиц не превышает половины расстояния между соседними электродами. В качестве сорбента может быть использован и цеолит. Недостатком известного технического решения является его сложность.A known method for cleaning liquids and a device (options) for its implementation (see RF patent No. 2075994, IPC B01D 15/00, publ. 03/27/1997), comprising a housing in which a sorbent and electrodes that create an electric current field are placed, and the electrodes placed in a sorbent, while the electrodes are made of materials forming a chemical current source when in contact with each other, and the particles of the sorbent are made of material polarized in the electric current field, and the particle size does not exceed half the distance between adjacent electrodes. Zeolite can also be used as a sorbent. A disadvantage of the known technical solution is its complexity.

Известна установка очистка воды, молока и соков природными цеолитами (см. патент РФ №89412, МПК B01D 15/00, опубл. 10.12.2009, Бюл. №34), которая содержит адсорбционную колонку с соотношениями диаметра и высоты колонки от 1:2 до 1:3, выполненную из химически стойкого полимерного материала и заполненную сорбентами, причем в качестве опорного слоя использован кварцевый песок или гравий с частицами величиной 5-10 мм при высоте слоя 0,3 м первый слой шивыртуинского цеолита из частиц размером 3-4 мм, высота слоя 0,3 м, слой цеолита холинского месторождения выполнен из частиц размером 1,5-2,0 мм при высоте загрузки 1,5-2,0 м, а дополнительный слой шивыртуинского цеолита выполнен из частиц размером 2-3 мм при высоте слоя 0,2 м, кроме того к колонке подключены системы подачи и отвода очищенной жидкости.A known installation for the purification of water, milk and juices with natural zeolites (see RF patent No. 89412, IPC B01D 15/00, publ. 10.12.2009, Bull. No. 34), which contains an adsorption column with ratios of the diameter and height of the column from 1: 2 up to 1: 3, made of a chemically resistant polymer material and filled with sorbents, with quartz sand or gravel with particles of 5-10 mm in size with a layer height of 0.3 m, the first layer of Shivyrtau zeolite from 3-4 mm particles was used as a support layer , the layer height is 0.3 m, the zeolite layer of the Kholinsky deposit is made of particles with a size of 1.5-2.0 mm with a loading height of 1.5-2.0 m, and an additional layer of Shivyrtuinsky zeolite is made of particles with a size of 2-3 mm with a layer height of 0.2 m, in addition, feed systems are connected to the column and drainage of the purified liquid.

Недостатком является энергоемкость очистки при длительной эксплуатации, обусловленная возрастающим гидравлическим сопротивлением дополнительного слоя шивыртуинского цеолита, выполненного из частиц размером 2-3 мм для обеспечения качественной итоговой по всему объему колонки очистки и подвергающегося более интенсивному закупориванию пористой активной поверхности. При этом заполнение предварительно подготовленными цеолитами осуществляется равномерно по всему объему (площади и высоте) части колонки, предназначенной для соответствующего слоя цеолита. Однако, как известно, (см. например, Серпионова Е.Н. Промышленная адсорбция газов и паров; М.; Высшая школа, 1969. - 388 с: ил.) процесс сорбции наиболее интенсивно протекает по мере перемещения очищаемого потока вблизи вертикальной оси колонки, т.е. в осевой зоне и в меньшей степени по периферии, что обусловлено эпюрой скорости жидкости по сечению колонки (адсорбционного аппарата).The disadvantage is the energy intensity of cleaning during long-term operation, due to the increasing hydraulic resistance of an additional layer of Shivyrtuinsky zeolite made of particles 2-3 mm in size to provide a high-quality final over the entire volume of the cleaning column and subjected to more intensive clogging of the porous active surface. In this case, filling with pre-prepared zeolites is carried out uniformly throughout the entire volume (area and height) of the part of the column intended for the corresponding zeolite layer. However, as is known, (see, for example, E. Serpionova, Industrial Adsorption of Gases and Vapors; M .; Higher School, 1969. - 388 s: ill.), The sorption process proceeds most intensively as the cleaned stream moves near the vertical axis of the column , i.e. in the axial zone and to a lesser extent on the periphery, which is due to the plot of the fluid velocity along the cross section of the column (adsorption apparatus).

В результате наблюдается неравномерность накопления загрязнений на пористой активной поверхности цеолита с возрастанием гидравлического сопротивления движущейся очищаемой жидкости, а это требует дополнительных энергозатрат на перемещение потока т.е увеличение мощности, в том числе и миникомпрессора, для регулирования давления воздуха. По мере загрязнения очищаемой жидкостью осевой зоны шивыртуинского цеолита качество очистки конечной стадии не соответствует заданным качественным параметрам, что приводит к необходимости замены всего дополнительного слоя цеолита, в то же время периферийная зона еще способна активно сорбировать загрязнения, следовательно, демонтажные работы по замене неравномерно загрязненного дополнительного слоя шивыртуинского цеолита увеличивает стоимость очистки готового продукта с качественными параметрами: воды, молока и соков.As a result, there is an uneven accumulation of contaminants on the porous active surface of the zeolite with an increase in the hydraulic resistance of the moving cleaned liquid, and this requires additional energy consumption for moving the flow, i.e., an increase in power, including the minicompressor, to regulate air pressure. As the axial zone of the Shivyrtuino zeolite becomes contaminated with liquid, the quality of the final stage cleaning does not correspond to the specified quality parameters, which leads to the need to replace the entire additional layer of zeolite, while the peripheral zone is still able to actively absorb pollution, therefore, dismantling works to replace non-uniformly contaminated additional a layer of Shivirtuinsky zeolite increases the cost of cleaning the finished product with quality parameters: water, milk and juices.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является поддержание нормативных энергозатрат на очистку природными цеолитами при получении улучшенного качества молока и молочных продуктов, в том числе и сокосодержащих, путем устранения необходимости использования сверхнормативной мощности на преодоление возросшего гидравлического сопротивления осевой зоны колонки в процессе сорбции, за счет выполнения равномерного распределения эпюры скоростей очищаемой жидкости как по площади, так и по высоте дополнительного слоя шивыртуинского цеолита.The technical task of the proposed utility model is the maintenance of standard energy consumption for cleaning with natural zeolites when obtaining improved quality of milk and dairy products, including juice products, by eliminating the need to use excess power to overcome the increased hydraulic resistance of the axial zone of the column during the sorption process, by performing uniform distribution of the plot of the velocities of the liquid being cleaned both over the area and over the height of the additional layer of shivirtuins th zeolite.

Технический результат достигается за счет того, что установка очистки водосодержащих жидкостей природными цеолитами содержит адсорбционную колонку с соотношением диаметра и высоты колонки от 1:2 до 1:3, выполненную из химически стойкого полимерного материала и заполненную сорбентами, причем в качестве опорного слоя использован кварцевый песок или гравий с частицами величиной 5-10 мм при высоте слоя 0,3 м первый слой шивыртуинского цеолита из частиц размером 3-4 мм, высота слоя 0,3 м, слой цеолита холинского месторождения выполнен из частиц размером 1,5-2,0 мм при высоте загрузки 1,5-2,0 м, кроме того к колонке подключены системы подачи и отвода очищенной жидкости, отличающийся тем, что дополнительный слой шивыртуинского цеолита расположен в корпусе, занимающем всю площадь выходного сечения колонки, который выполнен из внутренней и внешней решеток, кроме того внешняя решетка представляет собой тело вращения, поверхность которого образована кривой, изменяющейся по синусоидальному закону с вершиной на общей оси колонки, а внутренняя решетка представляет собой соединение боковой поверхности корпуса и торцевой поверхности собственно решетки.The technical result is achieved due to the fact that the installation for cleaning water-containing liquids with natural zeolites contains an adsorption column with a ratio of the diameter and height of the column from 1: 2 to 1: 3 made of chemically resistant polymer material and filled with sorbents, and quartz sand is used as a support layer or gravel with particles of 5-10 mm in size with a layer height of 0.3 m, the first layer of Shivyrtuinsky zeolite from particles of 3-4 mm in size, a layer height of 0.3 m, a layer of zeolite from the Kholinsky deposit is made of particles once eryom 1.5-2.0 mm with a loading height of 1.5-2.0 m, in addition to the column are connected systems for supplying and discharging purified liquid, characterized in that an additional layer of Shivirtuinsky zeolite is located in the housing, which occupies the entire output section the column, which is made of internal and external lattices, in addition, the external lattice is a body of revolution, the surface of which is formed by a curve that varies in a sinusoidal manner with a vertex on the common axis of the column, and the internal lattice is a connection of the lateral surface ited housing and the end surface of the actual grating.

На фиг. 1 представлен корпус для размещения дополнительного слоя шивыртуинского цеолита, расположенный в установке очистки водосодержащих жидкостей природными цеолитами.In FIG. 1 shows a housing for accommodating an additional layer of Shivyrtuinsky zeolite located in a unit for purifying aqueous liquids with natural zeolites.

Корпус 1, занимающий всю площадь выходного сечения колонки 2 выполнен из внутренней 3 и внешней 4 решеток с боковой поверхностью 5. При этом внешняя решетка 4 представляет собой тело вращения, поверхность которого образована кривой, изменяющейся по синусоидальному закону с вершиной на общей оси 6 колонки 2, а внутренняя решетка 3 представляет собой соединение боковой поверхности 5 корпуса 1 и торцевой поверхности 7 собственно решетки 3.The housing 1, which occupies the entire output section of column 2, is made of internal 3 and external 4 gratings with a side surface 5. In this case, the external grating 4 is a body of revolution, the surface of which is formed by a curve that varies sinusoidally with a vertex on the common axis 6 of column 2 and the inner lattice 3 is a connection of the side surface 5 of the housing 1 and the end surface 7 of the actual lattice 3.

Установка очистки водосодержащих жидкостей природными цеолитами работает следующим образом. Колонку, выполненную из химически стойкого полимерного материала с соотношениями диаметра и высоты от 1:2 до 1:3 заполняют предварительно подготовленным сорбентами в следующем порядке расположения слоев. Опорный слой кварцевого песка или гравия с частицами величиной 5-10 мм засыпается до высоты 0,3 м. Первый слой шивыртуинского цеолита из частиц размером 3-4 мм с высотой 0,3 м. Следом происходит наполнение колонки слоем цеолита Холинского месторождения, выполненного из частиц размером 1,5-3,0 мм до высоты загрузки 1,5-2,0 м.Installation purification of aqueous liquids with natural zeolites works as follows. A column made of chemically resistant polymer material with ratios of diameter and height from 1: 2 to 1: 3 is filled with pre-prepared sorbents in the following order of layers. The supporting layer of quartz sand or gravel with particles of 5-10 mm in size is filled up to a height of 0.3 m. The first layer of Shivyrtuinsky zeolite is made of particles 3-4 mm in size with a height of 0.3 m. Next, the column is filled with a layer of zeolite from the Kholinsky deposit made of particles with a size of 1.5-3.0 mm to a loading height of 1.5-2.0 m

Учитывая значимость использования дополнительного слоя шивыртуинского цеолита для получения качественной очистки воды, молока и соков предлагается осуществлять замену лишь данного слоя по мере насыщения его загрязнениями при начальных признаках ухудшения качественных параметров вместо выполнения трудоемких работ, которые осуществляют в данном случае, по полной промывке всей установки, что при снижении энергозатрат, обеспечивает достижение нормативных показателей готового продукта. Для этого дополнительный слой шивыртуинского цеолита располагается в корпусе с диаметром, обеспечивающим свободное размещение внутри адсорбционной колонки с достижением ее внутренней поверхности и занимающим всю площадь выходного сечения установки. При этом корпус 1 выполнен из внутренней 3 и внешней 4 решеток. Внешняя решетка 4 представляет собой тело вращения, поверхность которого образована кривой, изменяющейся по синусоидальному закону с вершиной на общей оси 6 колонки 2, а внутренняя решетка 3 представляет собой соединение боковой поверхности 5 корпуса 1 и торцевой поверхности 7 собственно решетки 3.Given the importance of using an additional layer of Shivirtuinsky zeolite to obtain high-quality purification of water, milk and juices, it is proposed to replace only this layer as it becomes saturated with contaminants at the initial signs of deterioration in quality parameters instead of performing the labor-intensive work that is carried out in this case to completely flush the entire installation, that while reducing energy consumption, ensures the achievement of normative indicators of the finished product. For this, an additional layer of Shivirtuinsky zeolite is located in a housing with a diameter that provides free placement inside the adsorption column with the achievement of its inner surface and occupies the entire area of the outlet section of the installation. In this case, the housing 1 is made of inner 3 and outer 4 gratings. The external lattice 4 is a body of revolution, the surface of which is formed by a curve that varies in a sinusoidal fashion with a vertex on the common axis 6 of column 2, and the internal lattice 3 is a connection of the side surface 5 of the housing 1 and the end surface 7 of the lattice 3 itself.

Система подачи очищаемой жидкости представляет собой штуцер, соединенный шлангом из силиконовой резины с резервуаром, в который наливают очищаемую жидкость. Система отвода очищенной жидкости представляет собой штуцер с краном, соединенным шлангом из силиконовой резины с емкостью для очищенной жидкости. Для побуждения движения жидкости через колонку используется миникомпрессор, выполненный с возможностью регулирования давления воздуха, выход которого подключен к регулятору с очищаемой жидкостью.The system for supplying the cleaned liquid is a fitting connected by a silicone rubber hose to the reservoir into which the cleaned liquid is poured. The purified liquid drainage system is a fitting with a tap connected by a silicone rubber hose to a container for purified liquid. To induce the movement of fluid through the column, a minicompressor is used, configured to control the air pressure, the output of which is connected to the regulator with the liquid being cleaned.

Установка очистки водосодержащих жидкостей природными цеолитами работает следующим образом. Очищаемый поток жидкости (воды, молока и соков) перемещается по адсорбционной колонке, проходя последовательно опорный слой, первый слой шивыртуинского цеолита и цеолита Холинского месторождения, очищается от соответствующих загрязнений и через внутреннюю решетку 3 вступает в контакт с дополнительным слоем шивыртуинского цеолита. В связи с тем, что расположение дополнительного слоя шивыртуинского цеолита обусловлено конечной стадией очистки в адсорбционной колонке, то гидравлическое сопротивление движущейся очищаемой жидкости определяется лишь массовым весом данного слоя и эпюры скоростей ламинарно перемещающегося потока имеет вид кривой, изменяющейся по синусоидальному закону, т.е. характеризуется изменением скорости во всех точках объема корпуса по сечению внутренней решетки 3, причем максимум абсолютного значения приходится на осевую составляющую. Поэтому объем дополнительного слоя цеолита выбирается таким образом, чтобы обеспечивалась эффективная очистка при заданной скорости осевого потока. Однако наполнение сорбента из расчета максимальной осевой скорости приводит к нерациональному процессу очистки и увеличению общего гидравлического сопротивления дополнительного слоя цеолита. А это способствует нерациональным энергозатратам, связанным с перемещением очищаемой жидкости и непроизводительному расходу цеолита.Installation purification of aqueous liquids with natural zeolites works as follows. The purified flow of liquid (water, milk and juice) moves along the adsorption column, passing through the support layer, the first layer of the Shivyrtuinsky zeolite and zeolite of the Kholinsky deposit, is purified from the corresponding impurities and comes into contact with an additional layer of Shivyrtuinsky zeolite. Due to the fact that the location of the additional layer of Shivyrtau zeolite is due to the final stage of purification in the adsorption column, the hydraulic resistance of the moving cleaned liquid is determined only by the mass weight of this layer and the velocity diagram of the laminar moving flow has the form of a curve that varies according to a sinusoidal law, i.e. characterized by a change in speed at all points of the body volume along the cross-section of the inner lattice 3, and the maximum absolute value falls on the axial component. Therefore, the volume of the additional zeolite layer is selected in such a way as to ensure efficient cleaning at a given axial flow rate. However, filling the sorbent based on the maximum axial velocity leads to an irrational cleaning process and an increase in the total hydraulic resistance of the additional zeolite layer. And this contributes to wasteful energy costs associated with the movement of the liquid being cleaned and the unproductive consumption of zeolite.

Предлагается корпус 1 по размещению дополнительного слоя шивыртуинского цеолита выполнить с объемопрофилем, который изменяется в соответствии с эпюрой скоростей, т.е. поверхность внешней решетки 4 представляет собой тело вращения, поверхность которого образована кривой, изменяющейся по синусоидальному закону. Кроме того, корпус заполняют дополнительным шивыртуинским цеолитом, он легко монтируется при наличии контроля насыщенности загрязнениями, влияющими на качественные параметры готового продукта, без выполнения демонтажных работ по промывке всего объема сорбентов адсорбционной колонки. Монтаж корпуса осуществляется следующим образом. Внутренняя решетка 3 устанавливается вертикально так, чтобы внизу находилась сетчатая часть (например, круг с множеством отверстий), а боковая поверхность 5 находится под сетчатой частью и заполняется цеолитом до уровня, соответствующего профилю наружной решетки 4, после чего последняя надевается сверху на боковую поверхность 5. Связь внутренней 3 и внешней 4 решеток посредством боковой поверхности корпуса 1 осуществляется одним из известных способов, например резьбовым соединением.It is proposed that building 1 for placing an additional layer of Shivyrtau zeolite be made with a volume profile that changes in accordance with the velocity diagram, i.e. the surface of the external lattice 4 is a body of revolution, the surface of which is formed by a curve that varies according to a sinusoidal law. In addition, the casing is filled with additional Shivyrtuinsky zeolite, it is easy to install if there is a control of saturation with contaminants that affect the quality parameters of the finished product, without dismantling to wash the entire volume of sorbents of the adsorption column. Mounting the housing as follows. The inner grill 3 is mounted vertically so that there is a mesh part at the bottom (for example, a circle with many holes), and the side surface 5 is under the mesh part and is filled with zeolite to a level corresponding to the profile of the external grill 4, after which the latter is worn on top of the side surface 5 The connection of the inner 3 and outer 4 gratings by means of the side surface of the housing 1 is carried out by one of the known methods, for example a threaded connection.

Оригинальность предлагаемой полезной модели заключается в том, что снижение энергозатрат при очистке водосодержащих жидкостей природными цеолитами достигается путем оптимизации заполнения дополнительного слоя шивыртуинского цеолита в корпус с объемопрофилем, который помещается в адсорбционную колонку как необходимый элемент получения качественного готового продукта. Кроме того, использование независимого, легко заменяющегося контейнера, позволяет осуществлять замену или регенерацию (промывку) дополнительного слоя шивыртуинского цеолита, по мере снижения качества готового продукта, без осуществления промывки всей колонки, что, в конечном счете, снижает энергоемкость работы установки в целом.The originality of the proposed utility model lies in the fact that the reduction of energy consumption during the purification of water-containing liquids by natural zeolites is achieved by optimizing the filling of an additional layer of Shivirtuinsky zeolite in a body with a volume profile, which is placed in the adsorption column as a necessary element for obtaining a high-quality finished product. In addition, the use of an independent, easily replaceable container allows the replacement or regeneration (washing) of an additional layer of Shivirtuinsky zeolite, as the quality of the finished product decreases, without washing the entire column, which ultimately reduces the energy consumption of the installation as a whole.

Claims

A plant for cleaning water-containing liquids with natural zeolites, containing an adsorption column with a ratio of the diameter and height of the column from 1: 2 to 1: 3, made of a chemically resistant polymer material and filled with sorbents, with quartz sand or gravel with particles of 5- 10 mm with a layer height of 0.3 m, the first layer of Shivyrtau zeolite from particles of 3-4 mm in size, the layer height of 0.3 m, the zeolite layer of the Kholinsky deposit is made of particles with a size of 1.5-2.0 mm at a loading height of 1, 5-2.0 m, except tog , to the column are connected systems for supplying and discharging purified liquid, characterized in that the additional layer of Shivirtuinsky zeolite is located in the housing, which occupies the entire output section of the column, which is made of internal and external lattices, in addition, the external lattice is a body of revolution, the surface of which formed by a curve that varies sinusoidally with a vertex on the common axis of the column, and the inner lattice is a connection of the side surface of the housing and the end surface of the proper but lattice.