Фільтр тонкого очищення
Формула / Реферат
1. Спосіб виготовлення напівсферичного або торосферичного блока фільтра тонкого очищення включає:
(a) змішування частинок розміром від 30 до 60 меш із зв'язуючою речовиною у присутності води для приготування вологої суміші для першого шару;
(b) окреме змішування частинок розміром від 60 до 200 меш із зв'язуючою для приготування суміші для другого шару;
(c) розміщення вологої суміші для першого шару в прес-форму відповідного розміру і відповідною півсферичної або торосферичної форми;
(d) втискування відкритої поверхні суміші для першого шару в прес-формі за допомогою неплоского штампа для створення зігнутої відкритої поверхні;
(e) розміщення суміші для другого шару в прес-форму на згадану зігнуту відкриту поверхню;
(f) нагрівання згаданої прес-форми до температури в діапазоні від 150 °C до 350 °C; і
(g) охолоджування і виймання з прес-форми згаданого фільтруючого блока.
який відрізняється тим, що перший шар містить менше 20 вагових відсотків частинок розміром менше 60 меш, а другий шар містить менше 20 вагових відсотків частинок розміром більше 60 меш.
2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вагове співвідношення води до згаданих частинок складає менше 4.
3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що форма зігнутої відкритої поверхні відповідає формі зігнутої поверхні прес-форми.
4. Півсферичний або торосферичний блок фільтра тонкого очищення, що містить:
(а) перший шар з частинок розміром від 30 до 60 меш, пов'язаних із зв'язуючою речовиною, причому згаданий перший шар нерозривно пов'язаний з
(b) другим шаром з частинок розміром від 60 до 200 меш, пов'язаних із зв'язуючою речовиною;
згаданий блок може бути отриманий з використанням способу за будь-яким з пп. 1-3, причому зовнішня поверхня першого шару більше зовнішньої поверхні другого шару.
5. Фільтруючий блок за п. 4, який відрізняється тим, що частинки є частинками з активованого вугілля.
6. Фільтруючий блок за п. 4 або 5, який відрізняється тим, що зв'язуючою речовиною є полімерна зв'язуюча речовина.
7. Фільтруючий блок за п. 6, який відрізняється тим, що полімерна зв'язуюча речовина має швидкість перебігу розплаву менше 5 г/10 хвилин.
8. Фільтруючий блок за будь-яким з пп. 4-7, який відрізняється тим, що співвідношення товщини першого шару до товщини другого шару знаходиться в діапазоні від 10:1 до 1:10.
9. Фільтруючий блок за будь-яким з пп. 4-8, який відрізняється тим, що вагове співвідношення другого шару до першого шару знаходиться в діапазоні від 1:3 до 1:10.
10. Фільтруючий блок за будь-яким з пп. 4-9, який відрізняється тим, що вагове співвідношення зв'язуючої речовини до частинок знаходиться в діапазоні від 1:1 до 1:20.
11. Фільтр для води, призначений для використання в самоплинних системах, який містить:
(a) фільтруючий блок за будь-яким з пп. 4-10, а також
(b) плиту основи з отвором для виходу води, з якою пов'язаний фільтр.
Текст
Реферат: Даний винахід належить до півсферичного або торосферичного блока фільтра тонкого очищення для фільтрації мікроскопічних забруднювачів, включаючи мікроорганізми, такі як цисти, бактерії і віруси, і забезпечує при цьому відносно високу витрату потоку протягом тривалого періоду часу. Винахід особливо ефективний при використанні в умовах самопливу у фільтрі для очищення води, який видаляє вищезазначені забруднювачі, крім хімічних забруднень. Зі всіх способів, відомих з рівня техніки, фільтрація є найбільш поширеною, оскільки вона відносно дешева і не вимагає постійної подачі електроенергії. Проте недолік фільтрів полягає в тому, що вони або не можуть видаляти всі забруднювачі, присутні у воді, або дуже швидко забиваються і вимагають заміни. Даний винахід спрямований на усунення даного недоліку. В зв'язку з цим винаходом пропонується півсферичний або торосферичний блок фільтра тонкого очищення, що містить перший шар частинок розміром від 30 до 60 меш, а також другий шар частинок розміром від 60 до 200 меш, нерозривно пов'язаний із зв'язуючою речовиною. UA 102110 C2 (12) UA 102110 C2 UA 102110 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузь техніки, до якої належить винахід Даний винахід відноситься до півсферичного або торосферичного блоку фільтру тонкого очищення для фільтрації мікроскопічних забруднювачів, включаючи мікроорганізми, такі як цисти, бактерії і віруси, і що забезпечує при цьому відносно високу витрату потоку протягом тривалого періоду часу. Винахід особливо ефективний при використанні у фільтрі для очищення води в умовах самопливу, який видаляє вищезазначені забруднювачі, крім хімічних забруднень. Рівень техніки Вода є одним з джерел життя для людини. Вода використовується для пиття, приготування їжі і виготовлення напоїв. Вода також грає важливу роль для очищення предметів, використовуваних в ужитку, таких як одяг, начиння і інших поверхонь, наявних в будинку, наприклад, підлог і верхніх поверхонь столів. Окрім цього, велика кількість води використовується для особистої гігієни у ванних кімнатах і туалетах. Якість води, використовуваної для кожної з цих цілей, різна. Найбільш висока якість повинна бути у питної води. У подібній воді, для забезпечення здоров'я споживача подібної води, по суті, не повинно бути шкідливих мікроорганізмів і інших забруднювачів, таких як пил, органічні і неорганічні домішки, а також підвищений вміст розчинних солей. Вода для жителів сучасних міст поступає з великих водосховищ по мережі водопроводів, тоді як частина жителів сільської місцевості бере воду безпосередньо з джерел води, таких як колодязі, озера, річки і свердловини. Вода, що набирається безпосередньо з подібних поверхневих і підземних джерел зазвичай менш чиста в порівнянні з міською водопровідною водою, яка проходить додаткову обробку. Проте додатково оброблена міська вода також іноді забруднюється через пошкодження водопроводів. Тому більшість людей вважають за краще додатково очищати водопровідну воду у себе удома безпосередньо перед її вживанням. В даний час найбільш надійним способом очищення води є її кип'ятіння. Проте кип’ятіння дороге і вимагає використання палива, такого як вугілля, газ, дрова або електрика. Запаси подібних видів палива стрімко скорочуються. Існують також і інші способи очищення води, наприклад, фільтрація, зокрема фільтрація через тканину/сітчастий фільтр, а також з використанням звичайних фільтрів для води, також відомих як свічкові фільтри, оснащені фільтруючим елементом. Подібні способи направлені на видалення зважених мікроскопічних забруднювачів. З іншого боку, відомі також різні способи хімічного очищення води, які включають хлорування і іонітне водоочищення, особливо з використанням йодованих іонообмінних смол. Інші способи передбачають використання ультрафіолетових ламп і, останнім часом, мембранних фільтрів. Подібні способи допомагають видаляти і усувати або вбивати присутні у воді мікроорганізми. З вищеописаних способів фільтрація є дуже зручним способом, оскільки вона відносно дешева і не вимагає постійної подачі електроенергії. Проте недолік фільтрів полягає в тому, що вони або не можуть видаляти всі забруднювачі, наявні у воді, або дуже швидко забиваються і вимагають заміни. Тому йде безперервний процес підвищення якості і вдосконалення конструкції фільтрів, здатних видаляти щоразу більшу і більшу кількість забруднювачів, маючи при цьому термін служби, що дозволяє очищати необхідні об'єми води. Одними з найбільш ефективних фільтрів єфільтруючі блоки, в яких тверді частинки сформовані в блоки за допомогою зв’язуючої речовини. Прикладами зазвичай використовуваних твердих частинок є пісок, глина, активоване вугілля, диатоміт або керамічний матеріал. Прикладами зазвичай використовуваних зв’язуючих речовин є полімери, неорганічні зв’язуючі речовини, такі як білий цемент або смоли. Фільтруючі елементи на основі хімічно чистого вугілля найбільш ефективні для очищення води. Способи і пристрої, що зазвичай використовуються для очищення води в побуті, можна класифікувати залежно від того чи поступає вода під тиском, наприклад при великій висоті натиску з бака на даху, або ж вода поступає в незначному об'ємі, наприклад всього лише декілька літрів, в цьому випадку натиск води близький до самопливу. Фільтрація води в першому випадку відноситься до систем прямої фільтрації, в яких для здійснення фільтрації використовується натиск води і які, тому, як правило не мають проблем із забезпеченням витрати потоку, відповідаючи основним вимогам по ефективній фільтрації. Останній випадок відноситься до замкнутих систем, в яких обробка води здійснюється порціями при малому гідростатичному натиску. Видалення небажаних забруднювачів при такому малому гідростатичному натиску і забезпечення достатньої витрати потоку є важкоздійснюваним завданням. Тому коли фільтри, призначені для використання в системах прямої фільтрації, використовуються в самоплинних системах, вони не можуть створювати необхідну постійну витрату потоку протягом тривалого часу і часто засмічуються після 1 UA 102110 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 пропускання всього лише декількох літрів, викликаючи необхідність їх заміни або очищення. Таким чином, створення ефективних фільтрів для замкнутих систем, здатних працювати практично в умовах гідростатичного натиску, з одного боку підтримуючи необхідну витрату потоку і в той же час забезпечуючи таке необхідне видалення мікроскопічних забруднювачів, включаючи біологічні забруднювачі, наприклад цисти простих, такі як криптоспоридії і навіть ще дрібніші бактерії і віруси, крім видалення розчинних у воді хімікатів, таких як хлор, органіка і пестициди стійко, впродовж тривалого періоду часу, завжди було важкоздійснюваним завданням. Одним із способів досягнення цієї мети є використання так званого градієнтного фільтру, зовнішній шар якого має крупніші частини/пористість для уловлювання крупніших частинок, а внутрішній шар має дрібніші частини/пористість для уловлювання дрібніших частинок. У US4753728 (Amway, 1988 рік) розкривається один з подібних вугільних фільтрів тонкого очищення, що містить внутрішню оболонку з частинок вугілля розміром від 80 до 400 меш (від 177 до 37 µm) зв'язаних один з одним, а також зовнішню оболонку з частинок вугілля розміром від 20 до 80 меш (від 841 до 177 µm), пов'язаних один з одним і із згаданою внутрішньою оболонкою, за рахунок чого виходить збірний, цілісний вугільний фільтр з двох оболонок. Описаний вище градієнтний фільтр є фільтром циліндрового типу. Для його виготовлення використовується циліндрова прес-форма, розділена на два кільцеподібні циліндри за допомогою розділової муфти. Вугільні частинки і частинки полімерного зв’язуючого матеріалу певного розміру засипають у відповідні циліндри. Потім розділова муфта виймається безпосередньо перед етапом нагріву, під час якого блок спікається в єдиний литий вугільний блок. Патентна публікація US4753728 обмежена фільтром з двох оболонок, у якого зовнішній кільцеподібний циліндр нероз'ємно накладений на внутрішній кільцеподібний циліндр. Автори даного винаходу встановили, що подібна конструкція/форма не забезпечує всіх необхідних параметрів фільтрації води в умовах фактично гідростатичного натиску. Вони також з'ясували, що використання дуже дрібних частинок (від 80 до 400 меш) (від 177 до 37 µm) лише посилює проблему, а фільтр, розкритий в US'728 забивається через дуже короткий час. Автори даного винаходу протягом декількох років проводили інтенсивні дослідження, намагаючись зрозуміти технологію фільтрації. Під час подібного вивчення вони прийшли до висновку, що існує декілька чинників, виконання яких є обов'язковою умовою для отримання фільтру з покращеними характеристиками. По-перше, були проведені обширні дослідження, при яких було встановлено, що для збільшення тонкості відсіву і збільшення терміну служби фільтру необхідно ретельніше підбирати розмір частинок для першого і другого шарів. Окрім цього, автори даного винаходу з'ясували, що для забезпечення оптимального використання фільтруючого носія площа зовнішньої поверхні першого шару фільтру повинна бути більше зовнішньої поверхні другого шару. Інший дуже важливий критерій, встановлений авторами даного винаходу в ході їх спроб поліпшити продуктивність фільтру, полягає в тому, що довжина найбільш короткого шляху, по якому слідує вода від будь-якої точки на впускній поверхні до випускної поверхні, повинна бути, по суті, рівною. Поліпшення показників фільтру в плані тонкості його відсіву і терміну служби можливо лише при дотриманні всіх з вказаних вище критеріїв. Були досліджені сотні можливих комбінацій форм фільтрів, конструкцій, розмірів вугільних частинок в першому шарі і другому шарі, а також їх кількісне співвідношення, при цьому кожен з цих параметрів доводилося оптимізувати перш ніж вдалося прийти до даного винаходу. За перші декілька років підготовки даного винаходу винахідники поліпшили деякі аспекти рівня техніки і подали патентну заявку, яка була опублікована під номером WO2005094966. У ній заявляється фільтруючий носій з вугільного блоку, що призначений для використання в самоплинних фільтрах, складається (а) з порошкового активованого вугілля (ПАУ) з розміром частинок, підібраних таким чином, що 95 вагових відсотків частинок проходять через сито в 50 меш (297 µm) і не більше 12% проходять через сито в 200 меш (74 µm), а (b) опір текучості зв’язуючого (MFR) матеріалу менше 5. По даному винаходу фільтруючий носій переважно містить від 55 до 80 вагових відсотків частинок ПАУ з розміром частинок в діапазоні від 100 до 200 меш (від 149 до 74 µm) в нижніх 50 об'ємних відсотках вугільного блоку фільтру. Це досягалося за рахунок використання вугільних частинок всього діапазону розмірів і вібрації прес-форми під час процесу виготовлення для осадження частини дрібніших частинок в нижній половині фільтруючого носія. Автори винаходу WO2005094966 вважали, що подібне осадження частинок під дією вібрації створить певний градієнт у розмірі частинок. Проте за останні декілька років вони зрозуміли, що, хоча їм вдалося знайти одну з найбільш оптимальних форм фільтру (півсферичну) і зразковий діапазон розміру частинок, їм не вдалося добитися необхідної ефективності в плані видалення частинок і терміну служби фільтру. Спосіб, 2 UA 102110 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 запропонований в US4753728, використання розділової муфти для відділення частинок певного розміру і видалення розділової муфти безпосередньо перед нагріванням не може бути використаний для фільтрів, що мають півсферичну або торосферичну форму. У кожного з тривимірних об'єктів є три взаємно ортогональні січні площини. У циліндрового градієнтного фільтру є, щонайменше, одна подібна січна площина, що утворюється прямими (не зігнутими) лініями. У півсферичного або торосферичного фільтру всі січні площини утворені зігнутими, а не прямими лініями. Тому спосіб, запропонований US4753728, який передбачає видалення розділової муфти, не порушуючи форми завантажених частинок, не може бути використаний при створенні півсферичного або торосферичного градієнтного фільтру. Автори даного винаходу вважають, що саме з цієї причини за декілька років, що пройшли після публікації US4753728, не було розроблено жодного півсферичного або торосферичного градієнтного фільтру. У даному винаході вперше за весь час пропонується градієнтний фільтр для усунення недоліків, що є на поточному рівні техніки, і внесення удосконалень. Таким чином, метою даного винаходу є поліпшення або усунення, щонайменше, одного з недоліків відомих фільтруючих блоків, описаних вище. Інша мета даного винаходу полягає в тому, щоб запропонувати фільтруючий блок, який забезпечує видалення цист до 3-го порядку зниження (3-log) безперервно, протягом тривалого періоду часу. Ще одна мета даного винаходу полягає в тому, щоб запропонувати шаруватий фільтруючий блок, який простий, зручний і недорогий, проте при цьому володіє високими параметрами фільтрування. Суть винаходу По першому аспекту даного винаходу пропонується півсферичний або торосферичний блок фільтру тонкого очищення складається з: (а) першого шару частинок розміром від 30 до 60 меш (від 595 до 250 µm) пов'язаних з зв’язуючою речовиною, причому згаданий перший шар нерозривно пов'язаний з (b)другим шаром частинок розміром від 60 до 200 меш (250 до 74 µm), пов'язаних зі зв’язуючою речовиною; причому перший шар містить менше 20 вагових відсотків частинок розміром менше 60 меш (250 µm), а другий шар містить менше 20 вагових відсотків частинок розміром більше 60 меш (250 µm). Переважно, щоб частинки були частинками з активованого вугілля. Переважно, щоб зв’язуючий матеріал, був полімерним зв’язуючим матеріалом. Особливо переважно, щоб полімерна зв’язуюча речовина мала швидкість перебігу розплаву менше 5 г/10 хвилин. По іншому аспекту даного винаходу пропонується спосіб виготовлення півсферичного або торосферичного блоку фільтру тонкого очищення, що складається з етапів: (a) змішування частинок розміром від 30 до 60 меш (від 595 до 250 µm) з зв’язуючою речовиною у присутності води для приготування вологої суміші для першого шару; (b) окреме змішування частинок розміром від 60 до 200 меш (250 до 74 µm) з зв’язуючою речовиною для приготування суміші для другого шару; (c) приміщення вологої суміші для першого шару в прес-форму відповідного розміру і відповідною півсферичною або торосферичною формою; (d) втискування відкритої поверхні суміші для першого шару в прес-форму за допомогою неплоского штампу для створення зігнутої відкритої поверхні; (e) приміщення суміші для другого шару в прес-форму на згадану зігнуту відкриту поверхню 0 0 (f) нагрівання згаданої прес-форми до температури в діапазоні від 150 С до 350 С; і (g) охолоджування і витягання з прес-форми згаданого фільтруючого блоку. Особливо переважно, щоб вагове співвідношення води до частинок, використовуваних для приготування вологої суміші для першого шару, було менше 4. Докладний опис винаходу Винаходом пропонується фільтруючий блок, що володіє покращеними фільтруючими характеристиками в порівнянні з аналогічними фільтрами з попереднього рівня при використанні для фільтрації води з гідростатичним натиском. Подібний фільтр дозволяє досягти подібних покращених фільтруючих характеристик завдяки поєднанню декількох чинників. По-перше, фільтруючий блок має півсферичну або торосферичну форму. Подібна форма забезпечує необхідну рівну довжину траєкторії і необхідний коефіцієнт співвідношення між площею впускної поверхні першого шару і площею поверхні другого шару, що у поєднанні з вибраним розміром частинок першого і другого шарів дозволяє поліпшити фільтрацію і збільшити термін служби фільтру. 3 UA 102110 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Під першим шаром розуміється шар, через який вода проходить, перш ніж вона потрапляє в другий шар. Перший шар переважно містить більше 80% частинок розміром від 30 до 60 меш (від 595 до 250 µm). Другий шар переважно містить більше 80% частинок з активованого вугілля розміром від 60 до 200 меш (від 250 до 74 µm). Частинки переважно є частинками з активованого вугілля, діатоміту, піску, глини або керамічного матеріалу. Більш підходять частинки з піску або активованого вугілля, найбільш переважне активоване вугілля. Частинки з активованого вугілля переважно вибираються з одного або декількох наступних речовин: бітумінозне вугілля, шкаралупа кокосового горіха, дерево або гудрон. Площа поверхні 2 2 частинок з активованого вугілля переважно перевищує 500 м /г, переважніше 1000 м /г. Переважно, щоб коефіцієнт однорідності розміру частинок активованого вугілля був менше 2, переважніше менше 1.5. Кількість тетрахлориду вуглецю складає понад 50%, переважніше понад 60%. Активоване вугілля переважно має йодне число більше 800, найпереважніше більше 1000. Частинки в першому шарі і в другому шарі можуть складатися з одного і того ж матеріалу або різних матеріалів, наприклад, перший шар може бути з піску, тоді як другий шар може бути з активованого вугілля. Як варіант, обидва шари, і перший і другий можуть складатися з активованого вугілля. Частинки в першому шарі фільтруючого блоку і в другому шарі фільтруючого блоку зв'язані один з одним за допомогою зв’язуючої речовини. Відповідними зв'язуючими речовинами є полімери, неорганічні зв’язуючі речовини, такі як білий цемент і смоли. Полімерні зв’язуючі речовини найбільш переважні. Окрім цього найбільш переважні полімерні зв’язуючі речовини мають швидкість перебігу розплаву (MFR) менше 5 г/10 хвилин. За даним винаходом перший шар і другий шар також нерозривно зв'язані один з одним за допомогою зв’язуючого матеріалу, переважно полімерного, такого, що має коефіцієнт MFR менше 5 г/10 хвилин. Зв’язуючий матеріал переважно має коефіцієнт MFR менше 2 г/10 хвилин, переважніше менше 1 г/10 хвилин. Найбільш оптимально, щоб коефіцієнт MFR був рівний нулю. Швидкість перебігу розплаву (MFR) вимірюється відповідно до умов стандарту ASTM D 1238 (ISO 1133). Під час випробувань заміряється потік розплавленого полімеру, що проходить через пластометр при певній температурі і режимі навантаження. Видавлюючий пластометр складається з вертикального циліндра з невеликою матрицею розміром в 2 мм знизу і висувним поршнем зверху. Порція матеріалу поміщається в циліндр і протягом декількох хвилин заздалегідь нагрівається. Поршень піднімається до верхньої частини розплавленого полімеру і під його вагою полімер проходить через матрицю, на накопичувальну плиту. Тривалість циклу випробувань складає від 15 секунд до 15 хвилин з урахуванням різної в'язкості пластика. 0 0 Використовувана температура складає 190, 220, 250 і 300 С (428, 482 і 572 за Фаренгейтом). Використовується навантаження 1.2, 5, 10 і 15 кг Відповідно до даного винаходу випробування 0 проводяться при 190 С і 15 кг навантаження. Полімер, що збирається після кожного конкретного циклу, зважується і нормалізується до кількості грам, які повинні бути видавлені протягом 10 хвилин: швидкість перебігу розплаву виражається в грамах за одиницю часу. Зв’язуюча речовина переважно є описаним вище термопластичним полімером з низьким значенням MFR. Відповідні приклади речовин включають полімери з надвисокою молекулярною масою, переважно поліетилен, поліпропілен і їх поєднання, що мають подібні низькі значення 6 9 MFR. Молекулярна вага переважно знаходиться в діапазоні від 10 до 10 грам-моль. Зв’язуючі речовини подібного класу є у продажу під торговими марками HOSTALEN фірми Tycona GMBH, GUR, Sunfine (фірми Asahi, Японія), Hizex (фірми Mitsubishi) і фірми Brasken Corp (Бразилія). До інших відповідних зв’язуючих речовин відноситься ПЕПН, пропонований під маркою Lupolen (фірми Basel Polyolefins) і ЛПЕНП фірми Qunos (Австралія). Об'ємна щільність зв’язуючого матеріалу, використовуваного у винаході, переважно складає 2 2 менш або рівна 0.6 г/см , переважніше менш або рівна 0.5 г/см і найпереважніше менш або 2 рівна 0.25 г/см . Кількість зв’язуючого матеріалу може бути виміряна з використанням будьякого відомого методу, але переважно вимірюється за допомогою термогравіметричного аналізу. Коефіцієнт співвідношення товщини першого шару до товщини другого шару переважно знаходиться в діапазоні від 10:1 до 1:10, переважніше в діапазоні від 5:1 до 1:5. Коефіцієнт вагового співвідношення другого шару до ваги першого шару переважно знаходиться в діапазоні від 1:3 до 1:10, переважніше в діапазоні від 1:4 до 1:8. І в першому і в другому шарах переважно, щоб коефіцієнт вагового співвідношення 4 UA 102110 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зв’язуючого матеріалу до ваги частинок був приблизно однаковим. Коефіцієнт вагового співвідношення зв’язуючого матеріалу до ваги частинок переважно знаходиться в діапазоні від 1:1 до 1:20, переважніше в діапазоні від 1:2 до 1:10. Хоча форма, при якій фільтруючий блок даного винаходу показує покращену продуктивність, є півсферичною або торосферичною, переважно, щоб форма була півсферичною. Розкритий вище литий фільтр по винаходу дозволяє видаляти хімічні забруднювачі і, що важливіше, забезпечує ефективне видалення, щонайменше, до 3-го порядку зниження (3-log), тобто 99.9% цист, таких як лямблія кишкова (Giardia lamblia), криптоспоридія парвум (Cryptosporidium parvum) і дизентерійна амеба (Entamoeba histolica). Іншими словами, якщо у воді на вході міститься 1000 цист, то у воді на виході міститься не більше 1 цисти. По переважному аспекту даного винаходу пропонується фільтр для води, що використовується в самоплинних системах, містить (а) фільтруючий блок по першому аспекту винаходу і (b) плиту основи з отвором для виходу води, з якою пов'язаний фільтруючий блок. Фільтр для води подібної конструкції необов'язково може містити по ходу перед вугільним фільтруючим блоком облягаючий фільтр, що промивається або змінний, для видалення тонкого пилу і інших мікрочастинок розміром, в цілому, більше 3 мікрон. Окрім цього, фільтр для води може містити зйомну кришку, що закриває фільтр для води як єдине ціле. По переважному аспекту даного винаходу пропонується спосіб виготовлення півсферичного або торосферичного блоку фільтру тонкого очищення що складається з етапів: (а) змішування частинок розміром від 30 до 60 меш (від 595 до 250 µm) із зв’язуючою речовиною у присутності води для приготування вологої суміші для першого шару; (b) окреме змішування частинок розміром від 60 до 200 меш (250 до 74 µm) із зв’язуючою речовиною для приготування суміші для другого шару; (с) приміщення вологої суміші для першого шару в прес-форму відповідного розміру і відповідною півсферичною або торосферичною формою; (d) втискування відкритої поверхні суміші для першого шару в прес-форму за допомогою неплоского штампу для створення зігнутої відкритої поверхні; (е) розміщення в прес-форму суміші для другого шару на згадану зігнуту відкриту поверхню; (f) нагрівання згаданої прес-форми до температури в 0 0 ; діапазоні від 150 С до 350 С і (g) охолоджування і виймання з прес-форми згаданого фільтруючого блоку. Під час здійснення описаного вище способу перший шар переважно містить менше 20 вагових відсотків частинок розміром менше 60 меш (250 µm), а другий шар переважно містить менше 20 вагових відсотків частинок розміром більше 60 меш (250 µm). Описаний вище спосіб може використовуватися для виготовлення фільтруючого блоку по першому аспекту даного винаходу. Таким чином, в описаному вище способі можуть використовуватися відповідні частинки з активованого вугілля, діатоміту, піску, глини або керамічного матеріалу. Більш підходять частинки з піску або активованого вугілля, активоване вугілля найбільш переважне. Відповідними зв’язуючими речовинами для першого шару і другого шару в описаному вище способі є полімери, неорганічні зв’язуючі речовини такі як білий цемент і смоли. Полімерні зв’язуючі речовини найбільш переважні. Переважні полімерні зв’язуючі речовини мають швидкість перебігу розплаву (MFR) менше 5 г/10 хвилин, переважніші речовини із значенням MFR менше 2 г/10 хвилин, найбільш переважні речовини із значенням MFR менше 1 г/10 хвилин. Таким чином, переважними зв’язуючими речовинами, використовуваними у вказаному вище способі, є полімери з надвисокою молекулярною масою, переважно поліетилен, поліпропілен і їх поєднання, що мають подібні низькі значення MFR. Молекулярна вага переважно знаходиться в діапазоні від 106 до 109 грам-моль. Змішування зв’язуючих частинок речовини і води, якщо необхідно, переважно здійснюється в ємкостях, обладнаних мішалкою, міксером з тупими лопатками, стрічково-гвинтовою мішалкою, барабанним змішувачем, шнековими мішалками або будь-якими іншими видами мішалок з малими зсувними зусиллями, які істотно не міняють розподіл частинок за розміром. Перемішування здійснюється для отримання однорідної суміші для фільтруючого носія. Час перемішування переважно складає від 0.5 до 30 хвилин. Переважна кількість згаданої води, використовуваної для приготування вологого першого шару, не перевищує об'єм частинок більш ніж в 4 рази, переважніше не більше ніж в 3 рази. Оптимальна кількість використовуваної води перевищує вагу частинок від 0.5 до 1.5 разів. Потім у вищезазначену суміш додається зв’язуюча речовина і продовжується перемішування. Найбільш переважним типом мішалки є шнекова мішалка. Необов'язково другий шар також може перемішуватися з деякою кількістю води, перед розміщенням в прес-форму. При приготуванні вологого другого шару, кількість води, що додається, не повинна перевищувати об'єму частинок більш ніж в 4 рази, переважно більш ніж в 5 UA 102110 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 3 рази. Оптимальна кількість використовуваної води перевищує вагу частинок від 0.5 до 1.5 разів. В даному випадку вологий другий шар також може вдавлюватися за допомогою другого неплоского штампу для створення зігнутої відкритої поверхні в другому шарі перед нагріванням згаданої прес-форми. По переважному аспекту способу другий штамп знаходиться у фільтруючому блоці при нагріванні прес-форми, другий штамп виймається з прес-форми лише після того, як фільтруючий блок сформований після етапу нагріву. Переважно форма зігнутої відкритої поверхні відповідає формі зігнутої поверхні прес-форми. Таким чином, якщо переважною формою фільтруючого блоку є півсферична форма, то і прес-форма і неплоский штамп, а також переважно другий неплоский штамп мають півсферичну форму. Переважне вагове співвідношення зв’язуючого матеріалу і частинок активованого вугілля і в першому шарі і в другому шарі знаходиться в діапазоні від 1:1 до 1:20. Переважний коефіцієнт співвідношення площі впускної поверхні першого шару до площі впускної поверхні другого шару знаходиться в діапазоні від 1:1 до 100:1. Матеріал в прес-формі перед нагрівом переважно спресовується. Ступінь спресовування 2 може знаходитися в межах від 0 до 15 кг/см . Припустимі ступені спресовування не повинні 2 2 перевищувати 12 кг/см , переважно складають від 3 до 10 кг/см , найпереважніше від 4 до 8 2 кг/см . Спресовування переважно створюється за допомогою гідравлічного або пневматичного преса, найпереважніше, за допомогою гідравлічного преса. Прес-форма виготовляється з алюмінію, чавуну, сталі або будь-якого іншого матеріалу, 0 здатного витримувати температуру понад 400 С. На внутрішню поверхню прес-форми переважно наноситься антиадгезив. Як антиадгезив переважно використовується силіконова олія або алюмінієва фольга, або на прес-форму може бути нанесене відповідне покриття, таке як Teflon або будь-який інший антиадгезив, що наявний в продажі, погано прилипає або не прилипає до фільтруючого носія. 0 0 Після цього прес-форма нагрівається до температури від 150 С до 350 С, переважно в 0 0 діапазоні від 200 С до 300 С. Прес-форма витримується в нагрітому стані понад 60 хвилин, переважно від 90 до 300 хвилин. Прес-форма переважно нагрівається в печі без конвекції, конвекційної печі з примусовою вентиляцією повітря або примусовою вентиляцією інертного газу. Потім прес-форма охолоджується, а сформований фільтр виймається з прес-форми. Автори виявили, що розроблений ними спосіб даного винаходу володіє дивовижними перевагами. З одного боку вода, що додається для виготовлення вологого першого шару, дозволяє рівномірно перемішувати частинки із зв’язуючою речовиною, роблячи пори у фільтруючому блоці рівномірними, а з іншого боку вологість першого мокрого шару сприяє збереженню форми після етапу втискування, що необхідно перед приміщенням суміші для другого шару. Фільтруючий блок винаходу дозволяє отримувати середню витрату потоку відфільтрованої води в діапазоні від 10 до 500 мл/хв., при середній висоті натиску 10 см, без погіршення властивостей по видаленню частинок, включаючи мікроорганізми і хімічні забруднювачі. Проте також допустима середня витрата потоку в діапазоні від 50 до 200 мл/хв. Додаткові деталі винаходу, його цілі і переваги розглядаються нижче детальніше з посиланням на наступні необмежуючі приклади. Фахівцям в даній галузі техніки буде очевидно, що можливо безліч інших подібних прикладів, а приведені нижче приклади використовуються виключно в ілюстративних цілях. Вони не повинні розглядатися як такі, що обмежують в тій чи іншій мірі обсяг даного винаходу. Короткий опис креслень На Фіг. 1 схематично представлений вугільний блок винаходу, на Фіг. 1А показаний вид фільтру спереду, а на Фіг. 1В – вигляд в перспективі, знизу. Докладний опис фігур На Фіг. 1А представлений вид спереду вугільного блоку винаходу. Вугільний блок містить перший шар (FL), а також другий шар (SL), які нерозривно пов'язані один з одним. Вугільний блок також може бути пов'язаний з плитою (BP) основи, в якій є носик (N) для направлення потоку відфільтрованої води з вугільного блоку. При використанні вода потрапляє у вугільний блок в напрямку (IN), показаному на Фіг. 1А, проходить через перший шар (FL), потім через другий шар (SL) і виходить з фільтру через носик (N), розташований в плиті основи в напрямку (OUT), як це показано на Фіг. 1А. Відомості, підтверджуючі можливість здійснення винаходу Приклад 1 136 грам частинок активованого вугілля з розміром частинок від 30 до 60 меш (від 595 до 250 µm) і 28 грам поліетилену (GUR 2122) з надвисокою молекулярною масою в якості 6 UA 102110 C2 5 10 15 20 зв’язуючого матеріалу, має швидкість перебігу розплаву практично рівну нуль г/10 хв. були змішані з 136 грамами води для приготування вологої суміші для першого шару. Процентний зміст частинок вугілля розміром менше 60 меш (250 µm) в суміші для першого шару складало 11.5%. 25 грам частинок активованого вугілля з розміром частинок від 60 до 200 меш (від 250 до 74 µm) було змішано з водою і тією ж полімерною зв’язуючою речовиною, в такій же пропорції, як і у вологому першому шарі, для приготування суміші для другого шару, окремо від вологої суміші для першого шару. Процентний зміст частинок вугілля розміром більше 60 меш (250 µm) в суміші для другого шару складало 14%. Волога суміш для першого шару була поміщена в прес-форму відповідного розміру і відповідної півсферичної форми. Подібна суміш втиснула для отримання зігнутої відкритої поверхні. Потім в прес-форму на згадану зігнуту відкриту поверхню була поміщена суміш для другого шару. Прес-форма була нагріта до температури в діапазоні 0 0 від 150 С до 350 С і охолоджена, після чого сформований фільтр був вийнятий з прес-форми. Креслення виготовленого так само фільтру показане на Фіг. 1А і 1В. Приклад 2 Активоване вугілля, що використалося для зовнішнього шару і внутрішнього шару і зв’язуюча речовина з такими ж параметрами, що і в прикладі 1, були змішані між собою для приготування єдиної суміші, яка була використана для отримання вугільного фільтру за способом, описаним в публікації WO2005094966. Спосіб включав етап розміщення матеріалів в півсферичну прес-форму, яка була закрита і піддана вібрації, як це описано в WO2005094966. Прес-форма була нагріта таким же чином як це було здійснено при виготовленні фільтру в прикладі 1, після чого прес-форма була остуджена, а фільтр був вийнятий з прес-форми. Фільтри, виготовлені відповідно до прикладу 1 і прикладом 2, були використані для фільтрації проб води, підготовленої відповідно до складу, приведеного в таблиці 1, в умовах самопливу. 25 Таблиця 1 Матеріал Хлорид кальцію Хлорид магнію Сульфат натрію Сульфат магнію Сульфат заліза Сульфат алюмінію Бікарбонат натрію Гумінова кислота Пил 30 35 Концентрація ppm (частин на мільйон) 392 173 80 119 3 6 826 2.5 15 Обидва вугільні блоки забезпечили фільтрацію проб води для отримання відфільтрованої води із загальним змістом кількості зважених частинок (TSS) менше 0.1 NTU (нефелометрична одиниця каламутності) при початковому рівні води в 6-9 NTU. Дані по витраті потоку відфільтрованої води показані на графіці по Фіг. 2. На графіці по Фіг. 2 показано зменшення витрати потоку до певної крапки (~ 100 мл/хвилину), після чого крива знов йде вгору. Точка перегину кривої пояснюється механічним втручанням під час зняття фільтру для промивки і його повторної установки в систему для продовження фільтрації. Як видно з Фіг. 2, для вугільного блоку з прикладу 2 було потрібно 4 втручання за час очищення перших 300 л, тоді як для вугільного фільтру з прикладу 1, який був виготовлений відповідно до винаходу, було потрібно лише одне втручання. Це наочно демонструє переваги використання вугільного блоку даного винаходу порівняно із зразком з попереднього рівня техніки. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 1. Спосіб виготовлення напівсферичного або торосферичного блока фільтра тонкого очищення включає: (a) змішування частинок розміром від 30 до 60 меш із зв'язуючою речовиною у присутності води для приготування вологої суміші для першого шару; (b) окреме змішування частинок розміром від 60 до 200 меш із зв'язуючою для приготування суміші для другого шару; 7 UA 102110 C2 5 10 15 20 25 30 35 (c) розміщення вологої суміші для першого шару в прес-форму відповідного розміру і відповідної півсферичної або торосферичної форми; (d) втискування відкритої поверхні суміші для першого шару в прес-формі за допомогою неплоского штампа для створення зігнутої відкритої поверхні; (e) розміщення суміші для другого шару в прес-форму на згадану зігнуту відкриту поверхню; (f) нагрівання згаданої прес-форми до температури в діапазоні від 150 °C до 350 °C; і (g) охолоджування і виймання з прес-форми згаданого фільтруючого блока, який відрізняється тим, що перший шар містить менше 20 вагових відсотків частинок розміром менше 60 меш, а другий шар містить менше 20 вагових відсотків частинок розміром більше 60 меш. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вагове співвідношення води до згаданих частинок складає менше 4. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що форма зігнутої відкритої поверхні відповідає формі зігнутої поверхні прес-форми. 4. Півсферичний або торосферичний блок фільтра тонкого очищення, що містить: (а) перший шар з частинок розміром від 30 до 60 меш, пов'язаних із зв'язуючою речовиною, причому згаданий перший шар нерозривно пов'язаний з (b) другим шаром з частинок розміром від 60 до 200 меш, пов'язаних із зв'язуючою речовиною; згаданий блок може бути отриманий з використанням способу за будь-яким з пп. 1-3, причому зовнішня поверхня першого шару більше зовнішньої поверхні другого шару. 5. Фільтруючий блок за п. 4, який відрізняється тим, що частинки є частинками з активованого вугілля. 6. Фільтруючий блок за п. 4 або 5, який відрізняється тим, що зв'язуючою речовиною є полімерна зв'язуюча речовина. 7. Фільтруючий блок за п. 6, який відрізняється тим, що полімерна зв'язуюча речовина має швидкість перебігу розплаву менше 5 г/10 хвилин. 8. Фільтруючий блок за будь-яким з пп. 4-7, який відрізняється тим, що співвідношення товщини першого шару до товщини другого шару знаходиться в діапазоні від 10:1 до 1:10. 9. Фільтруючий блок за будь-яким з пп. 4-8, який відрізняється тим, що вагове співвідношення другого шару до першого шару знаходиться в діапазоні від 1:3 до 1:10. 10. Фільтруючий блок за будь-яким з пп. 4-9, який відрізняється тим, що вагове співвідношення зв'язуючої речовини до частинок знаходиться в діапазоні від 1:1 до 1:20. 11. Фільтр для води, призначений для використання в самоплинних системах, який містить: (a) фільтруючий блок за будь-яким з пп. 4-10, а також (b) плиту основи з отвором для виходу води, з якою пов'язаний фільтр. 8 UA 102110 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюFine filter
Автори англійськоюChatterjee, Jaideep, Gupta, Santosh, K
Назва патенту російськоюФильтр тонкой очистки
Автори російськоюЧатерджи Джайдип, Гупта Сантош К
МПК / Мітки
МПК: B01J 20/28, C02F 1/28, B01D 39/20
Мітки: очищення, фільтр, тонкого
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/11-102110-filtr-tonkogo-ochishhennya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Фільтр тонкого очищення</a>
Попередній патент: Підшипникова опора
Наступний патент: Фармацевтична композиція у вигляді разової пероральної дози, що містить леводопу, карбідопу і ентакапон або їх солі
Випадковий патент: Пристрій для дихання гіпоксичними сумішами "гіпокситрон"