Фильтрующее устройство и способ перемешивания, экстрагирования и/или разделения

Фильтрующее устройство и способ перемешивания, экстрагирования и/или разделения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию фильтрующего устройства и способа перемешивания состава твердой и жидкой фаз, разделения фаз и/или экстрагирования жидкости из состава. В частности, настоящее изобретение может быть использовано в процессе затирания солода в процедуре пивоварения.

Предпосылки к созданию изобретения

Процесс пивоварения, основанный на использовании зерна, обычно включает в себя операции соложения (осолаживания), помола (дробления, измельчения), затирания солода, фильтрования пивного сусла, варки, брожения, выдержки и фильтрации.

Затирание солода

Затирание солода представляет собой способ комбинирования смеси молотого зерна (типично, осолаженного ячменя с дополнительными зернами, такими как зерна кукурузы, сорго, ржи или пшеницы), известной как "баланс зерна в заторе", и воды, известной как "жидкость", и нагревания этой смеси в резервуаре, называемом "ферментер для приготовления пива из сусла" (заторный чан). Затирание солода позволяет ферментам в солоде превращать крахмал в зерне в сахара, типично в мальтозу, чтобы образовывать солодовую жидкость, называемую суслом. Обычно используют два основных способа затирания: настойный способ затирания, в котором зерна нагревают в одном резервуаре; и отварочный способ затирания, в котором долю зерен варят (кипятят) и затем возвращают в затор, повышая его температуру. Процесс затирания, который может предусматривать паузы при некоторых температурах, обычно осуществляют в "ферментере для приготовления пива из сусла", который представляет собой изолированный резервуар для пивоварения. Конечным продуктом процесса затирания так называемый "затор".

Исторически заторное весло (разрыхлитель затора) использовали в процессе затирания. Заторное весло представляет собой изготовленный из дерева инструмент с длинной ручкой, несколько похожий на весло для лодки, имеющий большие отверстия в лопасти. Заторное весло взбалтывает затор, так чтобы он был соответствующим образом перемешан и чтобы жидкость могла иметь доступ к твердому материалу, чтобы экстрагировать сахар из твердого материала. Современные пивовары для перемешивания затора используют разрыхлители с механическим приводом вместо традиционных ручных разрыхлителей затора.

Затирание солода обычно занимает от 1 до 2 часов, и в течение этого времени различные температурные паузы позволяют активизировать различные ферменты, в зависимости от типа солода, уровня модификации оборудования и желаний пивовара. Деятельность ферментов преобразует крахмалы зерен в декстрины и затем в способные производить брожение сахара, такие как мальтоза. Пауза затирания или перерыв при температурах между 49-55°C активизирует различные протеазы, которые переваривают протеины, чтобы избежать протеинового помутнения пива. Этот перерыв обычно используют только с недорастворенными солодами, которые становятся все менее популярными в ФРГ и Чешской Республике, или с не осолаженными зернами, такими как кукуруза и рис, которые широко используют в пивоварении в Северной Америке. Пауза затирания при температуре 60°C активизирует 3-глюконазу, которая переваривают вязкие 3-глюканы в заторе, что позволяет сахарам более свободно протекать позднее в процессе. Наконец, паузу затирания при температуре 65-71°C используют для преобразования крахмалов солода в сахар, который затем используется дрожжами при брожении в процессе пивоварения. Продолжительность пауз и изменение pH также воздействуют на композицию сахара полученного сусла.

Фильтрование пивного сусла

Фильтрование пивного сусла представляет собой разделение чистого жидкого сусла (содержащего сахара, экстрагированные во время затирания) и остаточного зерна.

Процесс фильтрования пивного сусла обычно содержит три операции, а именно майшаут, рециркуляция и барботаж.

Майшаут представляет собой операцию повышения температуры сусла ориентировочно до 77°C, которая останавливает ферментативное превращение крахмалов в способные производить брожение сахара, и делает затор и сусло более жидкими. Операция майшаут может быть осуществлена за счет использования внешней теплоты, или просто за счет добавления горячей воды.

Операция рециркуляции предусматривает отвод сусла со дна затора, и добавление его в верхнюю часть. Фильтрационный чан для пивного сусла типично имеет щелевое дно, что содействует процессу фильтрации. Сам по себе затор действует как песчаный фильтр, захватывая отходы и протеины. Эту операцию можно контролировать при помощи турбидиметра, позволяющего измерять содержание твердых веществ в жидком сусле по ее мутности.

Операция барботажа представляет собой просачивание воды через зерно, чтобы экстрагировать сахара. Эта операция является очень чувствительной к условиям температуры и рН, так как эти параметры могут приводить к экстрагированию танинов из шелухи зерна, что в результате дает горькое пиво. Барботаж типично проводят в фильтрационном чане.

На многих промышленных пивоварнях барботаж осуществляют в непрерывном процессе, так что когда сусло доходит до желательного уровня выше слоя осажденного зерна, воду добавляют с той же самой низкой скоростью, что и дренируемое сусло. Таким образом, сусло постепенно становится все слабее и слабее, и в некоторый момент добавление воды прекращают.

Процесс фильтрования пивного сусла обычно осуществляют в ферментере для приготовления пива из сусла (в заторном чане), снабженном ложным дном, в заторном фильтре или чаще всего в фильтрационном чане для пивного сусла.

Фильтрационный чан представляет собой традиционный резервуар, который используют для разделения экстрагированного сусла. Несмотря на то, что базовый принцип его работы остается неизменным с его первого использования, технологический прогресс привел к улучшению конструкции фильтрационного чана, что позволяет быстрее и более полно производить экстрагирование сахаров из зерна.

Ложное дно в фильтрационном чане имеет узкие щели, позволяющие удерживать твердые вещества и проходить жидкостям через них. Осажденные твердые вещества лучше, чем ложное дно, образуют средство фильтрации и удерживают мелкие твердые частицы, что позволяет выпускать из фильтрационного чана не мутный затор (мутное сусло), а чистую жидкость.

Выпускные трубы равномерно распределены по дну, причем одна труба обслуживает около 1 м² площади дна. Типично, эти трубы имеют широкие, мелкие конусы вокруг, чтобы предотвратить уплотнение зерна непосредственно над выпуском. Традиционно, выпускные трубы проходят через s-образные клапаны в накопитель сусла (грант). Эта система ведет к чрезмерному захвату кислорода, и поэтому эти системы постепенно заменяют центральным резервуаром для накопления сусла или устройством с выпускными отверстиями в концентрических зонах, причем каждая зона имеет кольцевую накопительную трубу. Однако общественные пивоваренные заводы часто сохраняют s-образные клапаны и грант для визуального эффекта.

Качественный фильтрационный чан имеет вращающиеся рычаги весел с центральным блоком привода. В зависимости от размера фильтрационного чана, может быть от двух до шести рычагов весел. Режущие лопасти свешиваются от этих рычагов. Лопасть обычно является волнистой и имеет ножку в виде струга. Каждая лопасть имеет свою собственную траекторию внутри чана, а весь узел весел может быть поднят и опущен.

К каждому из этих рычагов прикреплена створка, которая может быть понята и опущена для выталкивания использованных зерен из чана. Пивовар, или лучше автоматизированная система, может поднимать и опускать рычаги весел в зависимости от мутности жидкости и плотности слоя зерна, измеренной при помощи перепада давлений между верхней частью и основанием слоя зерна.

Предусмотрена система для введения воды для барботажа в фильтрационный чан. В большинстве таких систем имеется кольцо распылительных головок, которые обеспечивают равномерное и мягкое введение воды для барботажа. Система подачи воды не должна создавать удар воды в слой зерна и образовывать канал.

На больших пивоваренных заводах часто имеют самозакрывающиеся впуски на дне ферментера, через которые затор переводят в фильтрационный чан, и один выпуск, также на дне ферментера, в который падают использованные зерна после завершения процесса фильтрования пивного сусла.

На некоторых небольших пивоваренных заводах используют комбинацию ферментера для приготовления пива из сусла/ фильтрационного чана, в которой не может быть использована система весел, так как механизм перемешивания для затирания имеет большее значение. Перемешивающие лопатки могут быть использованы в качестве весла, однако типично они не могут быть перемещены вверх и вниз, причем дополнительно они могут разрушать слой зерна там, где они заходят в него слишком глубоко.

Фильтрационный чан описан в патенте США 3,782,551, в котором сусло приготавливают за счет фильтрования затора (сусла) в резервуаре с фильтрующим рукавом, прикрепленным к резервуару. Сусло, полученное при помощи резервуара, может быть отведено в отдельных потоках, причем, кроме того, мешалку используют для перемешивания воды и затора (сусла).

Другое решение относительно разделения сусла из затора описано в патенте США 4,844,932, в котором затирание осуществляют за счет использования разделительного фильтра поперечного потока, причем указанный фильтр может иметь оболочку, в которой установлен трубчатый фильтр. Сусло приготавливают в четырех операциях процесса разделения, причем противоток может быть использован в тех случаях, когда частицы осаждаются на фильтре или забивают ячейки фильтра.

В публикации WO 98/20956 (Performance Pool Products Ltd) раскрыта фильтрующая вставка для устройства фильтрации воды. Эта вставка жестко закреплена внутри большого контейнера. Вода может нагнетаться в фильтрующую вставку и отводиться наружу из нее. Поток может быть реверсирован (см. фиг. 5а и 5b этой публикации). Эта вставка не может перемещаться внутри контейнера и не может быть извлечена без открывания контейнера.

В патенте США 3,782,551 (Soldan) раскрыт фильтрационный чан с фильтрующей вставкой. Фильтр закреплен внутри фильтрационного чана и образует внутренний объем, который почти равен внутреннему объему фильтрационного чана.

В патенте США 4,793,243 (Lenz и Lenz) раскрыт фильтрационный чан с фильтрующими вставками, которые могут быть опушены в фильтрационный чан. Затор находится снаружи от фильтрующих вставок. Более того, фильтрующие вставки имеют открытое дно. Во время фильтрования пивного сусла, жидкость всасывается в фильтрующие вставки и через затор на дне фильтрационного чана. Фильтрующие вставки позволяют увеличить площадь фильтрации.

В патенте ФРГ 10 2008 039 374 (Krones AG) раскрыт фильтрационный чан с вставными трубами, имеющими перфорации или фильтрующие стенки. Вставные трубы служат для всасывания фильтрованной жидкости из фильтрационного чана. Давление прикладывают к фильтрационному чану для того, чтобы повысить скорость экстрагирования. Затор находится снаружи от фильтрующих вставок. Вероятно, жидкость может циркулировать через фильтрационный чан.

В патенте Великобритании 1,149,476 раскрыт осветляющий чан для фильтрации пивного сусла, имеющий контейнер с наклонными стенками, причем контейнер может быть опушен в фильтрационный чан, так что наклонные стенки контейнера будут расположены в заторе фильтрационного чана для пивного сусла. Сусло элюируют через выпускную трубу на верхней стороне фильтрационного чана.

Краткое описание изобретения

Как и во многих производственных процессах, в пивоварении важным аспектом является интенсивность и скорость экстрагирования состава из твердой фазы. В пивоварении осуществляют экстрагирование Сахаров. Это также относится к выработке этанола. Таким образом, составом могут быть углеводы, содержащие сахара и пектин; полипептиды, содержащие ферменты и антитела; гликосилированные и негликосилированные протеины и пептиды. Твердой фазой может быть растительное сырье, песок, гравий или грунт. В соответствии с настоящим изобретением предлагаются новые устройство и способ для экстрагирования вещества из твердой фазы. В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, предлагается фильтрующее устройство, которое содержит первую секцию фильтра, содержащую первую группу фильтрующих узлов, и вторую секцию фильтра, содержащую вторую группу фильтрующих узлов, систему труб, обеспечивающую протекание жидкости по трубам между секциями фильтра и между секцией фильтра и соответствующей группой фильтрующих узлов указанной секции фильтра, причем система труб сконфигурирована так, что фильтрующие узлы образуют отверстия фильтрованной жидкости фильтрующего устройства, и средство циркуляции, сконфигурированное для прохождения жидкости в прямотоке и/или в противотоке между секциями фильтра. В дополнение к фильтрующим свойствам заявленного фильтрующего устройства, которое подходит для разделения жидкой и твердой фаз, следует указать, что в нем интенсивность и/или скорость экстрагирования вещества из твердой фазы могут быть увеличены. Следует иметь в виду, что любые повышения интенсивности и/или скорости экстрагирования могут непосредственно привести к снижению издержек производства.

Фильтрующие узлы могут образовывать единственные отверстия для впуска жидкости фильтрующего устройства, так что жидкость втекает в данное фильтрующее устройство преимущественно через отверстия фильтрованной жидкости в фильтрующих узлах. Соответствующие фильтрующие узлы могут образовывать единственные отверстия для впуска жидкости фильтрующего устройства. Однако, в соответствии с дополнительным вариантом осуществления, выпуск жидкости из данного фильтрующего устройства может быть обеспечен через выпускные отверстия нефильтрованной жидкости. Выпускное отверстие нефильтрованной жидкости может быть предусмотрено в секциях фильтра. Более того, каждая секция фильтра может иметь коллектор, такой как трубный коллектор, для распределения жидкости по соответствующим фильтрующим узлам.

Следует иметь в виду, что средство циркуляции может быть выполнено так, чтобы пропускать жидкость в периодически изменяющихся (чередующихся) направлениях.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ перемешивания состава, содержащего твердую фазу и жидкую фазу, и экстрагирования жидкости из указанного состава, причем указанный способ включает в себя следующие операции:

a) отбор жидкости из состава в систему труб через первую группу отверстий фильтрованной жидкости в указанной системе труб, причем указанная первая группа отверстий фильтрованной жидкости расположена рядом с первым положением в составе,

b) направление жидкости через систему труб во второе положение в составе,

c) подача жидкости в состав

- через вторую группу отверстий фильтрованной жидкости в указанной системе труб, расположенных рядом с указанным вторым положением в составе, или

- через одно или несколько вторых выпускных отверстий нефильтрованной жидкости системы труб, расположенных рядом с указанным вторым положением в составе,

d) факультативно, повтор операций а)-с) в течение предписанного периода времени и

e) экстрагирование жидкости из системы труб.

Например, способ может быть использован для всасывания жидкости со дна резервуара, содержащего состав, причем жидкость фильтруют через отверстия фильтрованной жидкости, и подают фильтрованной ее в верхнюю часть состава в резервуаре, или подают жидкость через отверстия нефильтрованной жидкости. Это позволяет улучшить перемешивание жидкой и твердой фаз и, возможно, позволяет экстрагировать вещества, такие как сахара, из твердой фазы в жидкую фазу.

Еще один связанный вариант осуществления настоящего изобретения имеет отношение к созданию способа перемешивания состава, содержащего твердую фазу и жидкую фазу, и экстрагирования жидкости из указанного состава, причем указанный способ включает в себя следующие операции:

a) отбор жидкости из состава в систему труб через первую группу отверстий фильтрованной жидкости в указанной системе труб, причем указанная первая группа отверстий фильтрованной жидкости расположена рядом с первым положением в составе,

b) направление жидкости через систему труб во второе положение в составе,

c) подача жидкости в состав

- через вторую группу отверстий фильтрованной жидкости в указанной системе труб, расположенных рядом с указанным вторым положением в составе, или

- через одно или несколько вторых выпускных отверстий нефильтрованной жидкости системы труб, расположенных рядом с указанным вторым положением в составе,

f) периодическое изменение направления жидкости в системе труб, за счет чего всасывание жидкости в систему труб через вторую группу отверстий фильтрованной жидкости, направление жидкости через систему труб в первое положение в составе и подача жидкости в состав

- через первую группу отверстий фильтрованной жидкости, или

- через одно или несколько первых выпускных отверстий нефильтрованной жидкости системы труб, расположенных рядом с указанным первым положением в составе,

d) факультативно, повтор операций а)-с), в течение предписанного периода времени, и

e) экстрагирование жидкости из системы труб.

Первое и второе положения могут быть вертикально смещены друг от друга, например, первое положение может находиться у дна состава, в то время как второе положение может находиться поблизости от верхней части состава. Более того, первое положение и/или второе положение могут быть смещены друг от друга и/или смещены относительно состава, например, могут быть перемещены вверх и вниз в составе. Для дополнительного улучшения перемешивания между жидкой и твердой фазами, первая групп отверстий фильтрованной жидкости и/или вторая группа отверстий фильтрованной жидкости могут быть приведены во вращение относительно состава, при этом они дополнительно работают как мешалки.

Как и в предыдущем случае, способ может быть использован для всасывания фильтрованной жидкости со дна резервуара и подачи ее в верхнюю часть резервуара. Однако в данном случае способ дополнительно предусматривает возможность изменения направления потока, так что, например, фильтрованная жидкость может всасываться из верхней части резервуара и может быть подана в его нижнюю часть. Таким образом, отверстия фильтрованной жидкости типично могут работать как впуски и выпуски системы труб, в то время как выпускные отверстия нефильтрованной жидкости типично могут работать только как выпуски системы труб. За счет этого может быть обеспечено поступление в систему труб только фильтрованной жидкости. Само собой разумеется, что заявленный способ перемешивания и экстрагирования может быть обеспечен при помощи описанного здесь фильтрующего устройства.

Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть использован в пивоварении, при этом он содержит три основные операции, а именно перемешивание жидкой и твердой фаз, затирание солода и окончательная фильтрация, причем затирание солода осуществляют в течение всего процесса при условиях фильтрования, при этом окончательную фильтрацию производят после того, как сусло получает желательную мутность.

Стандартные способы с использованием систем современных фильтр-прессов (пламенных фильтров) обладают недостатками, связанными с тем, что твердый материал, такой как солод или ячмень, должен быть размолот в мелкую муку, чтобы исключить интенсивное забивание фильтра. Помол в такие мелкие частицы как мука отрицательно влияет на вкус и повышает мутность. Чтобы исключить эти проблемы, часто используют ферменты и осветлители.

Когда используют устройство и способ в соответствии с настоящим изобретением в процессе пивоварения, зерна солода или ячменя обычно расщепляют на половинки или четвертушки. Несмотря на то, что частицы такого размера быстро забивают фильтры стандартной системы, такой как система пламенного фильтра, никакого такого забивания не происходит в устройстве в соответствии с настоящим изобретением, что связано с его особой конструкцией и, возможно, с использованием периодически изменяющихся направлений течения жидкости.

За счет этого можно избежать занимающей много времени промывки забитых фильтров. Кроме того, в процессе пивоварения можно избежать использования осветляющих добавок и влияющих на вкус добавок. Все это вместе позволяет за счет использования настоящего изобретения создать более дешевый процесс пивоварения и получать не содержащее добавок чистое пиво.

Несмотря на то, что настоящее изобретение особенно хорошо подходит для использования в процессе пивоварения, в принципе оно может быть использовано для разделения других органических и неорганических материалов, таких как различные виды растительного сырья, гравий, грунт и песок, которые подвергают пропитке, например, для экстрагирования составов из твердого органического или неорганического материала.

В соответствии с одним аспектом осуществления, настоящее изобретение имеет отношение к созданию способа разделения и/или экстрагирования, в котором используют описанное здесь выше устройство, причем указанный способ включает в себя следующие операции:

а Установка фильтрующего устройство в резервуаре (1) при помощи средства установки,

b. Введение жидкой фазы в резервуар,

c. Включение средства (5) циркуляции для создания прямого потока (прямотока) или противотока между секциями фильтра, и

d Факультативно, регулировка pH и температуры циркулирующей жидкости,

e. Введение твердой фазы в резервуар, и

f. Факультативно, регулировка pH и температуры циркулирующей жидкости,

g. Включение средства (5) циркуляции для создания потока в периодически изменяющихся направлениях между секциями фильтра, и

h. Факультативно, регулировка pH и температуры циркулирующей жидкости,

i. Повтор операций g и h до достижения желательной мутности жидкой фазы,

j. Элюирование фильтрованной жидкой фазы из резервуара (1), и

k. Сбор элюированной фильтрованной жидкой фазы.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана базовая система с первой секцией (13) фильтра и второй секцией (14) фильтра. В показанном примере, каждая секция фильтра может быть перемещена вдоль соответствующей оси A₁ или A₂ и может быть приведена во вращение вокруг нее. Каждая секция фильтра содержит один или несколько фильтрующих узлов (2) и (3), которые также могут быть приведены во вращение вокруг их соответствующих осей B₁, B₂…B_n или C₁, C₂…C_n. Фильтрующие узлы (2, 3) показаны как перфорированные цилиндры, так что жидкость входит в фильтрующее устройство (и, возможно, выходит из него) через перфорированные цилиндры, которые функционируют как фильтры. Секции фильтра соединены при помощи системы (4) труб со средством (5) циркуляции, способным производить циркуляцию жидкости в периодически изменяющихся (чередующихся) направлениях между секциями фильтра. Трубный коллектор распределяет жидкость между фильтрующим узлом (2, 3) и его соответствующей секцией (13, 14) фильтра.

На фиг. 2 показан вариант осуществления изобретения, в котором показанное на фиг.1 устройство дополнительно имеет несколько характеристик, полезных, например, в процессе пивоварения. Здесь предусмотрено средство (10) регулирования температуры, использованное для регулировки температуры жидкости. Манометры (15) и (16) измеряют давление на обеих сторонах средства циркуляции и могут быть использованы для того, чтобы указывать, когда следует изменить направление потока при помощи рабочего средства циркуляции в противоположном направлении. Частицы могут быть добавлены через дробилку (12). Чтобы элюировать, системный клапан (6) открывают, а клапан (7) закрывают. Использованное зерно может быть барботировано через клапан (11).

На фиг. 3 показано устройство с секциями фильтра, введенными в резервуар (1).

На фиг. 4 показана система, показанная на фиг. 3, но в которой секции (13) и (14) фильтра могут быть приведены во вращение вокруг их соответствующих осей A₁ и A₂.

На фиг. 5 показана система, показанная на фиг. 4, но в которой секции (13) и (14) фильтра дополнительно могут быть перемещены вверх и вниз вдоль их соответствующих осей A₁ и A₂.

На фиг. 6 показана система, показанная на фиг. 5, с секциями фильтра, введенными внутрь резервуара (1), в котором создано повышенное давление.

На фиг. 7 показана система, показанная на фиг. 6, дополнительно снабженная скребком (18), чтобы соскребать использованное зерно и удалять его через люк (17).

На фиг. 8 показана система, показанная на фиг. 5, но в которой использованы фильтрующие узлы (2) и (3), имеющие плоскую конфигурацию.

На фиг. 9 показана система, показанная на фиг. 6 и/или 7, но в которой фильтрующие узлы (2) и (3) вращаются вокруг их соответствующих осей B₁, B₂…B_n и C₁, C₂…C_n.

На фиг. 10 показана система, показанная на фиг. 6 и/или 7, но с первой (верхней) секцией (13) фильтра, которая вращается вокруг своей оси A₁. Это является полезным при барботаже, чтобы лучше распределять барботирующую воду, при сохранении нижней секции (14) фильтра неподвижной.

На фиг. 11 показана система, показанная на фиг. 6 и/или 7, но в которой все трубы входят в резервуар (1) через крышку. Это полезно для переоснащения старых танков.

На фиг. 12 показана система, показанная на фиг. 11, но в открытом резервуаре (1).

На фиг. 13 показана система, показанная на фиг. 3, но в которой днища (18) установлены на фильтрующих узлах при помощи эластичной и/или упругой подвески (19).

Подробное описание изобретения

Определения

Затирание солода: Использованный здесь термин затирание солода относится к способу комбинирования смеси молотого зерна (типично, осолаженного ячменя с дополнительными зернами, такими как зерна кукурузы, сорго, ржи или пшеницы), известной как "баланс зерна в заторе", и воды, известной как "жидкость", и нагревания этой смеси в резервуаре.

Резервуар: Использованный здесь термин резервуар следует понимать как полую посуду, такую как чаша, ваза, колба, трубчатый резервуар, бадья, бочка, кувшин, танк, контейнер, конический резервуар и бак, использованную как контейнер, в особенности для жидкостей или твердых материалов, содержащих жидкости.

Сусло: Использованный здесь термин сусло относится к жидкости, экстрагированной из процесса затирания во время варки, например, пива или виски. Сусло содержит сахара, которые будут сброжены при помощи пивных дрожжей, чтобы получить спирт.

Устройство

Как уже было описано здесь выше, устройство в соответствии с настоящим изобретением подходит для экстрагирования составов, таких как углеводы, из твердой фазы, такой как растительное сырье, например, солод, в жидкую фазу, такую как вода. В частности, устройство позволяет повысить интенсивность и/или скорость этого процесса экстрагирования ранее осуществления конечной фильтрации. Это обеспечено за счет увеличения потока жидкости вокруг твердого материала. Две (или несколько) секций фильтра, каждая из которых содержит группу фильтрующих узлов, имеют жидкостную связь друг с другом через систему труб. Средство циркуляции, такое как насос, позволяет всасывать жидкость в систему труб через фильтрующие узлы. Средство циркуляции позволяет создавать поток в двух направлениях (то есть в прямом и обратном направлениях) в системе труб. При протекании в одном направлении, жидкость всасывается в систему труб фильтрующего устройства через фильтрующие узлы в первой секции фильтра и вытекает из фильтрующего устройства через фильтрующие узлы во второй секции фильтра. Если направление потока реверсировано, то жидкость соответственно всасывается в систему труб фильтрующего устройства через фильтрующие узлы во второй секции фильтра и вытекает из фильтрующего устройства через фильтрующие узлы в первой секции фильтра. Устройство может быть выполнено так, что жидкость всасывается в систему труб через отверстие фильтрованной жидкости, но вновь откачивается через выпуск/ отверстие нефильтрованной жидкости. Это может быть обеспечено при помощи некой системы клапанов, или же фильтрующие узлы могут быть выполнены так, что они открываются, когда жидкость вытекает из соответствующей секции фильтра.

Фильтрующее устройство преимущественно выполнено так, что оно может быть по меньшей мере частично встроено в резервуар. Если резервуар содержит жидкую и твердую фазы и состав должен быть экстрагирован из твердой фазы в жидкую фазу, то фильтрующее устройство позволяет увеличить поток жидкости вокруг твердого материала и за счет этого повысить интенсивность и/или скорость экстрагирования состава из твердой фазы в жидкость. Более того, за счет (периодического) изменения направления потока в системе труб, перемешивание между жидкостью и твердой фазой дополнительно повышается и забивание (засорение) фильтра может быть снижено. Если секции фильтра расположены соответственно сверху и снизу от жидкой/ твердой фазы, то фильтрующее устройство позволяет перемещать жидкость между верхней и нижней частями. Если секции фильтра и/или фильтрующие узлы дополнительно являются вращаемыми и/или перемещаемыми, то перемешивание дополнительно повышается и забивание фильтра может быть снижено.

Устройство в его базовой форме может содержать первую и вторую секции фильтра, соединенные при помощи средства соединения, такого как труба или трубка. Средство циркуляции, такое как насос, обеспечивает циркуляцию жидкой фазы между секциями фильтра. Каждая секция фильтра содержит по меньшей мере один фильтрующий узел, который может иметь форму колоколообразного или плоского фильтра. Каждая секция фильтра может быть приведена во вращение вокруг своей собственной центральной оси. Более того, секция фильтра может поступательно перемещаться вдоль той же самой оси. При таком построении, устройство в соответствии с настоящим изобретением полезно для разделения твердой и жидкой фаз, в особенности когда твердая фаза может осаждаться в жидкой фазе, образуя при этом слой твердого материала.

В соответствии с другим вариантом осуществления, настоящее изобретение имеет отношение к созданию фильтрующего устройства для разделения жидкой фазы и твердой фазы, и/или для экстрагирования состава из твердой фазы в жидкую фазу, причем указанное фильтрующее устройство содержит

- вращаемые и/или перемещаемые первую секцию (13) и вторую секцию (14) фильтра, содержащие один или несколько фильтрующих узлов (2, 3),

- систему труб, обеспечивающую протекание жидкости между секциями фильтра, и

- средство циркуляции (5) циркуляции, сконфигурированное для прохождения жидкости в прямотоке (8) и/или в противотоке (9) между секциями фильтра.

Во время процесса разделения и/или экстрагирования, часто необходимо принудительно воздействовать на твердую фазу, чтобы образовать слой осажденного материала. Устройство позволяет достичь этого за счет периодического изменения направления потока и одновременно за счет вращения и/или поступательного перемещения его секции фильтра.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения:

- первая секция (13) фильтра выполнена с возможностью вращения вокруг оси A₁ и/или поступательного перемещения вдоль оси A₁ и

- вторая секция (14) фильтра выполнена с возможностью вращения вокруг оси A₂ и/или поступательного перемещения вдоль оси A₂.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения ось A₁ совпадает с осью A₂ или параллельна оси A₂.

Устройство в соответствии с настоящим изобретением может быть введено в любую среду, в которой оно выполняет свои задачи, и выведено из нее. Преимущественно, такой средой является содержащая жидкость среда, такая как водный источник или содержащий жидкость резервуар. Причем, в одном варианте осуществления устройство установлено с возможностью отсоединения в содержащей жидкость среде.

В дополнительном варианте осуществления, содержащая жидкость среда выбрана (но без ограничения) из группы, в которую входят водный источник, такой как озеро, море, река и бухта; и шламбассейн, который содержит, взвесь удобрений; и описанный здесь резервуар, причем устройство выполнено так, что жидкость может циркулировать.

Секции фильтра и фильтрующие узлы

Описанное здесь выше устройство в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере первую и вторую секции фильтра, причем каждая секция фильтра содержит по меньшей мере один фильтрующий узел, а преимущественно содержит группу фильтрующих узлов, например, по меньшей мере 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 или по меньшей мере 15 фильтрующих узлов. Фильтрующий узел преимущественно по существу является фильтром, предназначенным для фильтрации жидкой фазы, за счет чего происходит разделение жидкой фазы, проходящей через фильтрующий узел, от твердой фазы, которая не может пройти через фильтрующий узел.

Фильтрующий узел может содержать контейнер. Кроме того, фильтрующий узел может содержать один или несколько фильтрующих элементов, так что реальная фильтрация обеспечивается при помощи фильтрующего элемента (фильтрующих элементов). Контейнером может быть колоколообразный, цилиндрический или трубчатый контейнер. Примерами фильтрующих элементов являются поверхностные фильтры, мембранные фильтры, колоколообразные фильтры или плоские фильтры. Фильтрующий элемент может быть согласован с поперечным сечением контейнера. В одном варианте осуществления изобретения, один или несколько или каждый из указанных фильтрующих узлов содержит фильтрующий элемент, который образует дно или одну или несколько стенок фильтрующего узла.

В одном варианте осуществления изобретения, фильтрующий узел представляет собой перфорированный контейнер, такой как перфорированная труба или перфорированный удлиненный цилиндр или перфорированная удлиненная труба, имеющий перфорированное или неперфорированное дно. Фильтрующая функция фильтрующего узла обеспечена за счет перфораций, и, как в обычном плоском фильтре, фильтрующий эффект определяется числом и размером перфораций. Фильтрующий узел может быть изготовлен из стали, например, из нержавеющей стали. По сравнению с обычным поверхностным фильтром, прочность фильтра, изготовленного из перфорированной трубы, намного больше, так что фильтр, выполненный в виде перфорированной трубы, позволяет выдерживать очень высокое давление. При использовании множества перфорированных труб, полная площадь фильтрации каждой секции фильтра может быть во много раз больше по сравнению с обычными плоскими фильтрами. Таким образом, секция фильтра может иметь трубный коллектор, идущий к множеству удлиненных перфорированных труб, снабженных перфорированными или неперфорированными днищами, то есть к множеству фильтрующих узлов.

Каждая секция фильтра может быть вращаема вокруг своей центральной оси (A₁ или A₂) и/или перемещаема вдоль нее. Дополнительно, каждый фильтрующий узел может, факультативно, вращаться вокруг своей центральной оси (B₁, B₂…B_n и C₁, C₂…C_n.).

Таким образом, в одном варианте осуществления устройства в соответствии с настоящим изобретением, по меньшей мере один фильтрующий узел первой секции фильтра является вращаемым вокруг оси B₁, B₂…B_n, и/или по меньшей мере один фильтрующий узел второй секции фильтра является вращаемым вокруг оси C₁, C₂…C_n, причем n равно числу фильтрующих узлов.

Фильтрующий элемент (то есть фильтр) фильтрующего узла или фильтрующих узлов может иметь любую подходящую форму. В одном варианте осуществления, фильтрующий элемент устройства представляет собой колоколообразный фильтр или плоский фильтр.

Индивидуальные фильтрующие элементы каждой секции фильтра могут быть различными, так что одна секция фильтра может одновременно содержать один или несколько плоских фильтров и один или несколько колоколообразных фильтров.

Колоколообразные фильт