керамический фильтрующий элемент для очистки жидкостей и газов
Классы МПК: | B01D39/14 прочие, не нуждающиеся в подложке, фильтрующие материалы |
Автор(ы): | Бердичевский И.М., Иманов Г.М., Кожевников О.А. |
Патентообладатель(и): | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Электрокерамика" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-07-10 публикация патента:
20.09.2000 |
Изобретение предназначено для фильтрации и касается конструкции фильтрующего элемента для очистки жидкостей и газов от возможных примесей. Керамический фильтрующий элемент для очистки жидкостей и газов имеет основную часть с крупными порами, которая со всех сторон, кроме стороны выхода потока, снабжена поверхностным слоем с мелкими порами. При этом удельная воздухопроницаемость материала основной части в 50-750 раз больше удельной воздухопроницаемости материала поверхностного слоя. Основная часть фильтрующего элемента может иметь форму прямоугольного параллелепипеда. Основная часть элемента может иметь форму правильного тела вращения, которое может быть снабжено центральным отверстием. Основная часть элемента может иметь внутренние пустоты в виде равномерно размещенных тупиковых углублений правильной формы. Поверхность упомянутых пустот может быть покрыта поверхностным слоем с мелкими порами. Изобретение решает задачу повышения прочности и эффективности фильтрующего элемента, а также снижения трудоемкости проектирования на его основе фильтрационных систем. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5
Формула изобретения
1. Керамический фильтрующий элемент для очистки жидкостей и газов, имеющий основную часть с крупными порами, которая снабжена поверхностным слоем с мелкими порами со всех сторон, кроме стороны выхода потока, отличающийся тем, что основная часть фильтрующего элемента выполнена в формах прямоугольного параллелепипеда или тела вращения, причем удельная воздухопроницаемость материала основной части в 50 - 750 раз больше удельной воздухопроницаемости материала поверхностного слоя. 2. Керамический фильтрующий элемент по п.1, имеющий основную часть в форме прямоугольного параллелепипеда, отличающийся тем, что он имеет внутренние пустоты в виде равномерно размещенных тупиковых углублений правильной формы. 3. Керамический фильтрующий элемент по п.1, имеющий основную часть в форме тела вращения, отличающийся тем, что он имеет центральное отверстие.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технике фильтрации и касается конструкции фильтрующего элемента для очистки жидкостей и газов от возможных примесей. Фильтрующий элемент для очистки жидкостей и газов предназначен для монтажа в фильтрующие пакеты в качестве их взаимозаменяемых конструкционных составных частей и может быть использован в любых отраслях промышленности, где необходимо применение конструкционных фильтрующих систем, выполняющих функцию очистки рабочих жидкостей или газов, например воды, топлива или масел, природного газа или воздуха, а также при решении технических и экологических проблем. Среди известных фильтрующих элементов наибольшее применение получила керамическая пористая плита, имеющая форму прямоугольного параллелепипеда или круглой пластины. Известен фильтрующий элемент, имеющий форму прямоугольного параллелепипеда, применяющийся в качестве сменной детали пневмотранспортного желоба, изготовленный из однородного пористого материала [1]. Однако известная конструкция имеет следующие недостатки. При фильтрации загрязненной жидкости и газа через поры элемента частицы загрязнения попадают внутрь пор и поэтому степень регенерации такого фильтрующего элемента низка, а срок службы невелик. Для обеспечения необходимой прочности при эксплуатации такой фильтрующий элемент необходимо изготавливать значительной толщины. Это не обеспечивает необходимой удельной производительности при постоянной фильтрационной поверхности. С целью увеличения этой производительности при рациональной толщине приходится увеличивать размер пор материала фильтра. Это ухудшает его очистительные свойства, уменьшает прочность и снижает срок службы, вследствие забивания пор частицами загрязнений в объеме фильтра. При крупных порах материала фильтра последний склонен также к выветриванию, вымываемости и выкрашиваемости, а особенности в тех его частях, где имеются острые края и углы. Известны также керамические многослойные фильтрующие элементы, предназначенные для набора в пакет, имеющие форму тел вращения с торцами сложного профиля и центральным отверстием, на поверхность которых со стороны выхода жидкости или газа нанесен слой материала с меньшими порами, чем у материала, расположенного со стороны входа потока [2]. Однако подобный многослойный фильтрующий элемент осуществляет ступенчатую очистку и так же, как и однослойный, плохо регенерируется из-за проникновения частиц загрязнений в его поры. Поэтому срок службы такого фильтрующего элемента невелик. Наиболее близким к заявляемому изобретению является фильтрующий элемент [3] , принятый за прототип. Он предназначен для отделения твердых частиц из газообразных и жидких сред и имеет стабильную по форме основную часть из проницаемого для газа и жидкости материала, которая по меньшей мере со стороны подачи потока снабжена слоем материала с меньшими порами. Однако эта конструкция имеет ряд недостатков. Не уточняется форма фильтрующего элемента и требования к параметрам материала его слоев, а также рациональное расположение слоев с малыми порами. Это практически исключает возможность применения заложенной в прототипе идеи для практической реализации и расчета параметров фильтрующих систем, где эти фильтрующие элементы могут быть применены. Для получения таких данных с учетом свойств прототипа необходима постановка специальных эмпирических исследований по оценке параметров фильтрующего элемента при его рациональной форме. Это значительно увеличивает трудоемкость проектирования фильтрующих систем. Предъявляемое в прототипе требование к фильтрующему элементу по ограничению расположения слоя с мелкими порами по меньшей мере со стороны подачи жидкости или газа не является достаточным, так как но обеспечивает прочностных свойств фильтрующего элемента при оптимизации его эксплуатационным параметров по производительности и сроку службы. Дело в том, что оптимальной будет такая конструкция фильтрующего элемента, которая при минимальном гидравлическом сопротивлении будет достаточно механически прочной. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы удельная воздухопроницаемость основного тела, а следовательно, и размер пор его материала во много раз превосходили воздухопроницаемость и размер пор слоя с мелкими порами. В то же время толщины основного слоя и слоя материала с мелкими порами также должны удовлетворять условиям, обеспечивающим, с одной стороны, исключение разрушения фильтрующего элемента при эксплуатации, с другой стороны, исключение значительного проникновения частиц загрязнений в глубину слоя с малыми порами. Это, в свою очередь, обеспечивает высокую степень регенерации фильтрующего элемента, что значительно увеличивает срок его службы. Выполнить эти условия при расположении слоя с малыми порами только со стороны подачи потока практически невозможно, так как края такого фильтрующего элемента, где имеются острые углы при крупнопористой структуре материала его основной части, особенно подвержены выкрашиваемости, выветриванию и другим видам разрушения в процессе эксплуатации. Кроме того, сам крупнопористый фильтрующий элемент при недостаточной толщине слоя с мелкими порами, который по сути является упрочняющим и толщину которого необходимо уменьшать до предела по причинам, изложенным выше, склонен к растрескиванию при механических воздействиях, в особенности в процессе монтажа в пакет или кассету. В связи с вышеизложенным для исключения такого растрескивания необходимо увеличивать толщину слоя с мелкими порами в прототипе. Это приводит, с одной стороны, к уменьшению общей производительности фильтрующего элемента, с другой стороны, к уменьшению степени регенерации прототипа обратным током ввиду проникновения частиц загрязнений на достаточно большую глубину слоя с меньшими порами. Задачей данного изобретения является повышение прочности и эффективности фильтрующего элемента, а также снижение трудоемкости проектирования на его основе фильтрационных систем. Поставленная задача решается за счет того, что в керамическом фильтрующем элементе для очистки жидкостей и газов, имеющем основную часть с крупными порами, которая по меньшей мере со стороны подачи потока снабжена поверхностным слоем с мелкими порами, в соответствии с изобретением основная часть элемента снабжена поверхностным слоем с мелкими порами со всех сторон, кроме стороны выхода потока, причем удельная воздухопроницаемость материала основной части в 50 - 750 раз больше удельной воздухопроницаемости материала поверхностного слоя. Основная часть элемента может иметь форму прямоугольного параллелепипеда или правильного тела вращения, которое может быть снабжено центральным отверстием. В целях снижения веса фильтрующего элемента, дополнительного повышения производительности и жесткости конструкции за счет уменьшения толщины основной его части, а также рационального распределения массы последней по объему основная часть фильтрующего элемента может иметь геометрическую пористость в виде равномерно размещенных замкнутых пустот правильной геометрической формы, открытых с одной стороны. Поверхность этик пустот может быть покрыта поверхностным слоем с мелкими порами. Параметры воздухопроницаемости основного и мелкопористого слоев выбраны, исходя из следующих соображений. Заявляемые фильтрующие элементы в эксплуатации наиболее рационально использовать после предварительной грубой или промежуточной очистки жидкостей или газов. Преимущественные размеры частиц загрязнений после грубой очистки находятся в пределах 60 - 10 мкм. Для осаждения таких частиц в виде осадка мелкопористый слой, согласно эмпирическим данным, должен иметь размер пор в пределах 10 - 15 мкм. Такой пористый материал при пористости 40% имеет воздухопроницаемость порядка![керамический фильтрующий элемент для очистки жидкостей и газов, патент № 2156153](/images/patents/315/2156153/2156153-2t.gif)
![керамический фильтрующий элемент для очистки жидкостей и газов, патент № 2156153](/images/patents/315/2156153/2156153-3t.gif)
![керамический фильтрующий элемент для очистки жидкостей и газов, патент № 2156153](/images/patents/315/2156153/2156153-4t.gif)
![керамический фильтрующий элемент для очистки жидкостей и газов, патент № 2156153](/images/patents/315/2156153/2156153-5t.gif)
1. Смирнова К.А. Пористая керамика для фильтрации и аэрации. Литература по строительству, Москва, 1968 г., с. 156. 2. А.с. СССР 323137, B 01 D 39/20, заявл. 1969 г. 3. Патент ФРГ 3844199, B 01 D 39/00, 1991 г.
Класс B01D39/14 прочие, не нуждающиеся в подложке, фильтрующие материалы