Способ фильтрования и разделения жидкостей “Молекулярный насос Слухаевского” и устройство для его осуществления

(51) 01 37/00 (2006.01) 02 1/40 (2006.01) 01 24/16 (2006.01) 01 24/18 (2006.01) 01 24/17 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ 2012/1256.1 26.11.2012 15.09.2014, бюл. 9 Слухаевский Сергей Павлович 11709 , 15.07.200254061 , 25.10.2010 Алексеев В.Н. Количественный анализ. М. Химия, 1972. с. 141, 14240912 , 27.04.20091390 , 15.12.19945415773 А, 16.05.199595/17939 А 2, 06.07.1995(54) СПОСОБ ФИЛЬТРОВАНИЯ И РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ МОЛЕКУЛЯРНЫЙ НАСОС СЛУХАЕВСКОГО И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к процессам химической, металлургической, горнодобывающей промышленности и является способам фильтрования и разделения жидкостей. Используя разницу сил молекулярного притяжения, фильтр самостоятельно извлекает нужные молекулы из раствора, что уменьшает его загрязнение и продлевает его использование. При разделении жидкостей фильтр так же извлекает, перемещает и отдат искомые молекулы,оставляя ненужные компоненты в растворе, и так же не загрязняется. Экологическая чистота, отсутствие механизмов и применение энергии молекул позволяют реализовывать изобретение в быту и иных непроизводственных местах,например,при устранении загрязнений окружающей среды. Изобретение относится к способам фильтрования и разделения жидкостей, и может быть применено при отделении воды, имеющей полярные молекулы, от находящихся в ней примесей с неполярными молекулами, например, от механических загрязнений и нефтепродуктов. Ограничено применимо для разделения взаиморастворимых жидкостей. Уровень техники Известен способ очистки жидкостей фильтрованием, состоящий в отделении тврдых частиц от текучей среды процеживанием через фильтрующую среду (как правило, пористый материал или материал, образующий поры, и используемый для отделения твердых частиц от текучей среды путем фильтрования), на что указано разъяснением терминов рубрики 01 37/00 классификатора МКТ редакции 2012 года. Общим признаком таких изобретений является то, что во время перемещения жидкости по телу фильтра тврдые частицы оседают на его порах, от чего их количество в жидкости уменьшается, чем жидкость очищается. Поскольку загрязнение фильтра является средством очистки жидкости, то в уменьшении загрязнения усматривается снижение эффективности фильтрования, в связи с чем, такие задачи не ставятся, и имеющимся уровнем техники не решаются. В то же время из факта наличия изобретений,направленных на последующую очистку самого фильтра, следует, что такой недостаток, как загрязнение фильтра, является существенным. В частности,известен автоматический самоочищающийся фильтр с регенерацией фильтроэлементов противоточной промывкой(Патент РФ 2064325, МПК В 01 37/04). Известен так же способ очистки сточных вод, включающий отстаивание, аэрирование воздухом и фильтрование через пористую загрузку с периодической ее промывкой (см. А.с. СССР 1000422, МПК 02 9/00, 1983 г.). Эти технические решения подтверждают, что в вопросах оптимизации фильтрования загрязнение фильтра принимается как неизбежный сопутствующий фактор, и технические решения в этой области направлены на устранение последствий его действия. Сущность изобретения Предлагаемое изобретение прямо и непосредственно решает задачу уменьшения загрязняемости фильтра. Оно основано на отказе от признака процеживания,то есть,от признака принудительного перемещения жидкости,непрерывно привносящего загрязнения,что предлагается заменить втягиванием жидкости в фильтр силами взаимодействия молекул фильтра с молекулами жидкости,т.е. втягиванием капиллярными силами, и при условии преодоления ими силы тяжести втягиваемой жидкости. А для организации дальнейшего продвижения жидкости и преодоления сил капиллярного взаимодействия,2 теперь уже препятствующих извлечению жидкости из фильтра, предлагается использовать собственный вес попавшей в капилляры жидкости, для чего отдающую часть фильтра следует расположить за пределами исходной жидкости и ниже е уровня. Полезный результат такого воздействия на исходную жидкость выразится следующим. В условиях, когда капиллярному поднятию подвержены только жидкости, находящиеся в ней тврдые частицы капиллярному поднятию подвергаться не будут, их поступление из жидкости в фильтр уменьшится, и он будет дольше оставаться чистым,а сама жидкость подвергнется дополнительной очистке капиллярными силами. Преодоление силы тяжести во втягивающей части фильтра необходимо для наджного исключения признака принудительности его наполнения и принудительности поступления в фильтр твердых части, а применение веса жидкости в отдающей части фильтра помимо удобства его освобождения и удобства сбора очищенной жидкости решает задачу согласования производительности втягивающей и отдающей частей фильтра. Такое сочетание позволяет так же поддерживать весь процесс фильтрации энергией молекул исходной жидкости. Таким образом, предложенное техническое решение уменьшает попадание тврдых частиц в фильтр на границе входа в него фильтруемой жидкости, что продлевает срок его эксплуатации, и устраняет необходимость продавливания фильтра исходной жидкостью. Кроме того, изобретение позволяет так же разделять жидкости по признаку взаимодействия с контактирующим материалом, которым, в данном случае, является материал самого фильтра. В этой части известно, что способы разделения жидкостей с применением контактирующих материалов отражены в рубрике В 01 17/022 классификатора МПК. Обзор технических решений этой рубрики показывает, что в многокомпонентную жидкость помещают контактирующие материалы, которые силами молекулярного взаимодействия присоединяют нужное вещество,затем контактирующие материалы с присоединившимся веществом извлекают, а достигнутый результат используют. При этом так же усматривается, что загрязнение контактирующего материала является средством достижения цели, и технические решения в этой области так же направлены на увеличение способности контактирующего материала к загрязнению под действием сил различной природы,что подтверждается рядом дополнительных рубрик классификатора МПК, в частности, 01/1706. Например, в способе, предложенном авторами А.В. Дминым и .Л. Бачурихиным в патенте РФ 2371232, поток очищаемой воды подвергают контакту с магнитным порошком. Затем поток очищаемой воды, содержащей магнитный порошок,обрабатывают переменным электромагнитным полем с последующим разделением полученной при этом суспензии на очищенную воду и магнитный порошок. Предложенное же изобретение так же позволяет разделять жидкости с использованием контактирующего материала, которым является материал фильтра. Но одновременно с этим изобретение решает и задачу сохранения чистоты контактирующего материала,поскольку извлечнная капиллярными силами составляющая без каких-либо внешних воздействий самостоятельно проходит внутри контактирующего материала, и самостоятельно освобождается от него,сохраняя его чистоту, что является новым результатом для разделения жидкостей с использованием контактирующего материала. Кроме того, изменением агрегатного состояния компонентов можно приводить исходную жидкость в состояние жидкости с тврдыми частицами, и использовать для разделения жидкостей ранее изложенным способом фильтрации, а не способом взаимодействия с контактирующим материалом, что расширяет границы применимости способа. Сведения о возможности реализации Изобретение реализуют следующим образом. Резервуар, например стакан с зауженным дном,заполняют исходной жидкостью, но не полностью, а на несколько миллиметров ниже его крав. Затем берут за уголок отрезок материала с разветвлнной сетью капилляров. Для случая вода-нефтепродукт это хлопчатобумажная ткань, сложенная в несколько слов без уплотнения (более крупные капилляры), для случая механических примесей в воде, например, глины, это может быть фильтровальная бумага, салфетка, или, что несколько хуже, полоска газеты (более мелкие капилляры). Неудобство использования газетной бумаги состоит в малой площади сечения фильтра,что ограничит производительность примерно стаканом в час. Для восприятия факта сохранения фильтром изначальной чистоты в исходную жидкость можно добавить чернила или марганцовку, при этом по окончании процесса фильтрования осмотром фильтра можно будет непосредственно убедиться в том, что он не изменил своего цвета, то есть,сохранил свою чистоту. Держа материал за уголок, его погружают в стакан с исходной жидкостью, но не полностью, а оставляя уголок длиной несколько сантиметров в руках. Затем не погруженную часть материала перегибают через край стакана и свешивают наружу ниже уровня исходной жидкости. Затем под свешенным краем размещают примный сосуд. После этого место перегиба поливают жидкостью,которую предполагают извлечь. Такое смачивание не обязательно, однако оно балансирует вес поднимающейся и опускающейся жидкости, что улучшает запуск процесса в случаях, когда высота поднятия материла выбрана ошибочно, и превышает подъмные возможности капилляров. Вывешивание отдающего жидкость уголка именно воздухе так же не обязательно, и свешенный край может быть частично погружн в жидкость или касаться стенок примного сосуда, однако освобождение капилляров в таких условиях значительно облегчается. Поэтому необходимо дополнительно убедиться в том, что фильтр не преобразовался в автоматический сифон, для чего конечный продукт желательно подвергнуть хотя бы одной проверке. Воду при проверке удобно заморозить в зауженном к низу стакане, извлечь, и осмотреть пристеночный лд. При правильной реализации способа пристеночный лд будет иметь ярко выраженную прозрачность оптического стекла и походить на линзу, а переход в более мутную центральную область окажется плавным, и отчтливо растянутым. Частичное погружение отдающей части фильтра в жидкость примного сосуда менее удобно так же и тем, что изменение уровня жидкости примного сосуда изменяет рабочую высоту жидкости в отдающей части фильтра. А это оказывает влияние на производительность очистки, что может быть неудобно при использовании фильтров малого сечения, таких, как полоска газеты, поскольку в этом случае процесс идт очень медленно, и устройство приходится оставлять без внимания на несколько часов. Кроме этой нежелательной чувствительности собранное устройство имеет и вторую нежелательную чувствительность - к уровню исходной жидкости, и при малых исходных объмах, таких, как стакан, за уровнем необходимо наблюдать, и по мере снижения уровня доливать исходную жидкость. Для стабилизации уровня и избавления от такой процедуры в исходный стакан следует опустить переврнутую пластиковую бутылку, заполненную исходной жидкостью. А для ламинарного пополнения уровня следует опускать е в глубину стакана и так, чтобы специально не крепить, и она удерживалась сама. То есть, до упора. А в стенке бутылки на уровне крав стакана проделать отверстие, например, нагретой скрепкой или иголкой. Когда отверстие будет оголяться, через него в бутылку будет поступать воздух, который,поднимаясь вверх, будет вытеснять жидкость через горлышко бутылки вниз, но теперь уже в глубину стакана и ламинарно, сохраняя спокойствие поверхности жидкости в стакане. Такое устройство изображено на фиг.1, где 1 исходный сосуд, 2 - примный сосуд, 3 - фильтр, 4 переврнутой сосуд, имеющий отверстие 5. Работает устройство так. Исходная жидкость помещается в сосуд 4,откуда под действием силы тяжести истекает в сосуд 1 до момента, когда уровень жидкости сосуда 1 не закроет отверстие 5, после чего исходная жидкость будет удерживаться в сосуде 4 разряжением воздуха, находящегося в его верхней части. Далее, в результате работы фильтра,жидкость из сосуда 1 будет извлекаться, а уровень жидкости понижаться. Когда отверстие 5 оголится,часть столба жидкости в сосуде 4 между отверстием 5 и снизившимся уровнем вызовет в районе отверстия 5 дополнительное разряжение. Когда 3 отверстие 5 достаточно оголится, через него в сосуд 4 поступит воздух, который, поднимется вверх, и медленно и ламинарно вытеснит часть жидкости из сосуда 4, но теперь уже через его горлышко и в глубину сосуда 1. Поскольку площадь сечения горлышка,отдающего жидкость, несоизмеримо больше площади отверстия, через которое поступает воздух,скорость истечения жидкости так же будет несоизмеримо меньше скорости поступления воздуха в отверстие, благодаря чему истечение будет ламинарным, а поверхность стабилизируемого уровня сосуда 1 всегда будет оставаться спокойной. Процесс пополнения при этом будет происходить до тех пор, пока отверстие 5 вновь не закроется, после чего пополнение будет происходить циклически. Поступающая при этом из сосуда 4 в сосуд 1 жидкость будет втягиваться капиллярами фильтра 3,перемещаться капиллярными силами по его телу в примный сосуд 2, где будет отделяться от фильтра под действием собственного веса и накапливаться в виде конечного продукта. При использовании в качестве сосуда с отверстием пластиковой бутылки е удобно вначале наполнить исходной жидкостью, затем накрыть стаканом со вставленным концом фильтра, после чего перевернуть. А свесившийся конец фильтра расправить и поместить в примный сосуд. Такой процесс не потребует наблюдения и окончится автоматически, когда уровень жидкости примного сосуда приблизится к уровню исходной жидкости. Таким образом, применение только двух стаканов, соединнных опущенной в них ленточкой фильтровального материала и развитой сетью капилляров позволяет опробовать работоспособность способа, а дополнительное применение в отдающем стакане переврнутой бутылки с отверстием на уровне края стакана позволяет использовать способ уже для практических целей в качестве бытового фильтра с пониженной загрязняемостью. Понижение загрязняемости расширяет область применения фильтрации и позволяет очищать воду от глины и нефтепродуктов, извлекать обеззараженную воду из раствора марганцовки, и решать иные нетипичные для фильтрации задачи без применения сменных картриджей. В части применения способа при разделении взаиморастворимых жидкостей следует отметить,что в соответствующих температурных условиях происходит постепенная кристаллизация растворов с выделением твердой фазы, аналогичной кристаллам из насыщенных растворов. Химический состав кристаллов отличен от состава исходного раствора,и данное свойство кристаллов используется при разделении веществ, при тонкой очистке и разделении суспензий, при изменении концентрации растворов. Возникающие технические задачи решаются мембранными или иными технологиями,отмеченными, например, в патенте РФ 2278717 Способ и устройство для непрерывной кристаллизации жидкостей путем замораживания. Применение данного изобретения существенно упрощает обращение с такими растворами и позволяет производить разделение взаиморастворимых жидкостей,практически неразличимых по признаку смачиваемости. Кроме того,предложенный способ предусматривает создание у фильтра трх функциональных частей втягивающей,перемещающей, и отдающей, что создат аналогию с насосом,работающим под действием молекулярных сил. В этом качестве капиллярногравитационное перемещение жидкости,достигнутое в данном изобретении, может применяться так же и вне зависимости от надобности в очистке или разделении жидкостей. Например,при орошении дозированным количеством жидкости, при отведении влаги с низин плоских крыш, организации автоматических сифонов, при решении иных задач, требующих аналогичной функциональности. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ фильтрования и разделения жидкостей, состоящий в продавливании жидкости через фильтр, на порах которого оседают примеси,отличающийся тем, что подачу жидкости осуществляют из открытого сосуда с постоянным уровнем жидкости и опущенным в него изогнутым фильтром, по которому жидкость капиллярными силами поднимается снизу вверх,по горизонтальному направлению фильтра перемещается к месту сбора, где наполняет фильтр сверху вниз, и под действием собственного веса стекает в приемный сосуд. 2. Устройство фильтрования и разделения жидкостей, состоящее из источника жидкости под давлением фильтра и приемного сосуда,отличающееся тем, что источник жидкости представляет собой перевернутую бутыль,имеющую горлышко с боковым отверстием,опущенную в промежуточный сосуд на глубину до бокового отверстия, через которое в бутыль поступает атмосферный воздух, вытесняет из нее жидкость в промежуточный сосуд и пополняет его до постоянного уровня, а изогнутый фильтр находится между промежуточным и приемным сосудом.