КОРРОЗИЕСТОЙКИЙ ФИЛЬТРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ Российский патент 2005 года по МПК B01D29/01 B01D33/23 

Изобретение относится к фильтрующему элементу с повышенной коррозионной стойкостью и улучшенными структурными свойствами для фильтрации материалов, содержащих твердые вещества, и получения фильтрационной лепешки из твердого материала по меньшей мере на одной поверхности фильтрующего элемента.

Фильтрующие тела с мембранными покрытиями хорошо известны для специалистов в данной области техники. Например, в патенте США №5560874 раскрыта частично покрытая проницаемая керамическая подложка. В способе, согласно этому патенту, используют два покрытия, которые располагают на подложке. Фильтрующие тела часто используют также в узлах из фильтрующих пластин для капиллярных сушилок, как описано в патенте США №4981589.

Фильтрующие пластины, используемые в сушильных камерах, в частности в вакуумной сушилке, часто должны выдерживать агрессивное воздействие коррозионной окружающей среды. На них могут воздействовать концентрированные кислоты при повышенных температурах, например концентрированная серная кислота и концентрированная азотная кислота при температуре свыше 90°С. Воздействие таких кислот часто встречается в гидрометаллургических процессах. На фильтрующие пластины в гидрометаллургических процессах или в процессе изготовления бумаги также часто воздействует горячая каустическая сода. Кроме того, фильтрующие пластины используют для фильтрации потоков отходов, содержащих абразивные материалы.

Используемые в настоящее время фильтрующие пластины не имеют адекватной абразивной стойкости. Материалы, которые имеют достаточную пористость для обеспечения прохождения фильтрата, часто не имеют достаточной химической стойкости к фильтруемой жидкости. Один из вариантов решения этой проблемы описан в патенте США №5415775, в котором раскрыто, что "...концы опор или мембран выполнены герметичными с помощью тонкой пленки термопластичного или термоплавкого полимера... Полимер наносят с помощью любой подходящей для этого известной технологии, такой как покрытие полимерной суспензией, с помощью электростатического процесса или путем непосредственного нанесения псевдоожиженного слоя полимерного порошка с последующей тепловой обработкой."

Патент США №5415775 относится к пористой монолитной керамической опоре, и способ, согласно этому патенту, хорошо пригоден для применения в такой пористой монолитной керамической опоре. Однако, если попытаться использовать способ, согласно патенту США №5415775, для керамической опоры, которая не является монолитной, то это заканчивается неудачей. Полимерный материал не пристает в необходимой степени ко всем поверхностям опоры, на которые он наносится.

В основу данного изобретения положена задача устранения некоторых недостатков уровня техники и создания фильтрующего элемента с улучшенной и долговременной коррозионной и температурной стойкостью, который содержит на некоторых из своих поверхностей полимерный материал, прочно соединенный с ними. Существенные признаки изобретения приведены в прилагаемой формуле изобретения.

Согласно настоящему изобретению фильтрующий элемент является фильтром, предназначенным для фильтрации текучего материала, содержащего твердые вещества, для образования фильтрационной лепешки из твердого материала по меньшей мере в одной зоне наружной поверхности фильтрующего элемента. По меньшей мере одна часть зоны поверхности фильтрующего элемента, отдельная от зоны наружной поверхности для образования фильтрационной лепешки, снабжена по меньшей мере одним стойким к коррозии и к нагреву материалом на полимерной основе. Сам фильтрующий элемент может быть изготовлен из пористого керамического материала или, например, из металла или металлического сплава. Сам фильтрующий элемент может быть также изготовлен из углеродного материала. Фильтрующий элемент, согласно изобретению, можно предпочтительно применять, например, в вакуумной сушилке, снабженной мелкопористой всасывающей поверхностью, когда радиусы мелких пор всасывающей поверхности находятся в основном в диапазоне 0,5-2 микрон. Мелкопористая всасывающая поверхность является поверхностью для образования фильтрационной лепешки.

Фильтрующий элемент согласно настоящему изобретению является элементом, состоящим из одной части, или же фильтрующим элементом, содержащим по меньшей мере две соединенные друг с другом части. При использовании состоящего из одной части элемента в качестве фильтрующего элемента согласно настоящему изобретению фильтрующий элемент предпочтительно покрыт стойким к коррозии и к нагреву покрытием из материала на полимерной основе в зоне наружной поверхности, за исключением части наружной поверхности, где образуется фильтрационная лепешка. Таким образом, устойчивое к коррозии и к нагреву покрытие из материала покрывает части зоны наружной поверхности, которые находятся в контакте с рамой фильтрующего элемента для прижатия рамы к фильтрующему элементу. Фильтрующий элемент может быть также снабжен стойким к коррозии и к нагреву материалом на полимерной основе на частях фильтрующего элемента, которые окружают зону наружной поверхности для образования фильтрационной лепешки.

Фильтрующий элемент согласно настоящему изобретению может быть также изготовлен из по меньшей мере двух частей, которые соединены друг с другом механически или химически. Между частями может находится пространство, в котором проходит фильтруемая среда, с целью удаления фильтруемой среды из фильтрующего элемента. Границы между этими частями фильтрующего элемента являются чувствительными к коррозии и нагреву, поэтому граничащие друг с другом поверхности фильтрующих элементов снабжены материалом на полимерной основе, имеющим хорошую стойкость к коррозии и к нагреву. Материал на полимерной основе можно также использовать для прижатия частей фильтрующего элемента, а также для прижатия фильтрующего элемента к раме для фильтрующего элемента, то есть он может быть сжимаемым.

Материал на полимерной основе, используемый в настоящем изобретении, состоит по существу из термопластичного полимерного материала, фторпластичного полимерного материала и/или термоплавкого полимерного материала. Предпочтительно использовать термопластичные полимерные материалы. Среди используемых термопластичных полимерных материалов предпочтительными полимерами являются не обязательно привитые галогенированные или пергалогенированные полиолефины. В одном варианте выполнения предпочтительным являются привитые фторированные и перфорированные полиолефины. Фторопластики являются классом парафиновых полимеров, в которых некоторые или все атомы водорода замещены фтором. Такие фторопластичные материалы включают тетрафторэтилен (FTE), фторированный этиленпропилен (FEP), сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE), перфторалкоксиполимер (PFA) и сополимер этилена и хлортрифторэтилена (ECTFE).

В соответствии со способом согласно настоящему изобретению состоящие из термопластичного материала структуры образуют с помощью обычных средств. Таким образом, например, термопластичный полимер в виде порошка помещают в форму и нагревают. После помещения частей структуры, подлежащих изготовлению из термопластичного материала, в предусмотренные для них места, они могут быть подвергнуты нагреву или давлению для соединения их с проницаемой керамической подложкой.

В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения используют сополимер этилена и тетрафторэтилена (ETFE). Как известно для специалистов в данной области техники, EFTE является преимущественно чередующимся 1:1 сополимером этилена и тетрафторэтилена, который образует линейные цепочки, имеет температуру плавления 270°С и плотность 1,70 грамм на кубический сантиметр.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения используют поливинилиденфторид (PVDF). Материал является имеющим большой молекулярный вес полимером винилиденфторида. Это кристаллический материал с температурой плавления 170°С и плотностью 1,78 грамм на кубический сантиметр.

При изготовлении фильтрующего элемента согласно настоящему изобретению можно использовать направляющее средство, такое как оправка или аналогичное, для прикрепления структуры термопластичного материала к подложке фильтра. В предпочтительном варианте выполнения используют нагруженные пружинами пальцы для удерживания на месте узла подложки фильтра при одновременном приложении к нему давления и нагревании узла. Можно также использовать гидравлические, пневматические или электрические средства для удержания подложки фильтра на месте узла. Очевидно, что весь узел внутри направляющего средства можно поместить в подходящую печь.

Ниже приводится подробное описание изобретения со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей, на которых:

фиг.1 изображает в изометрической проекции предпочтительный фильтрующий элемент согласно настоящему изобретению;

фиг.2 - в разрезе фильтрующий элемент по фиг.1;

фиг.3 - устройство для прикрепления термопластичного рукава к керамическому фильтрующему элементу.

На фиг.1 изображен в изометрической проекции предпочтительный фильтрующий элемент 21. Можно видеть, что фильтрующий элемент 21 образован из снабженной покрытием керамической подложки 22, краевого уплотнения 24, краевого уплотнения 26, краевого уплотнения 28 и краевого уплотнения 38, базового уплотнения 30 и отверстия 32. Краевые уплотнения 24, 26, 28 и 38 и нижнее уплотнение 30 состоят по существу из термопластичного материала. Как показано на фиг.2, фильтрующий элемент 21 содержит также камеру 40 повышенного давления, керамическую подложку 42, керамическую подложку 44 и покрытия 46, 48, 50 и 52.

К предварительно сформированным полимерным структурам прикладывают давление для прижатия их к керамической подложке при одновременном нагревании всего узла до температуры, достаточной для плавления термопластика. Обычно прикладывают давление, равное по меньшей мере 0,5 бар/м², по меньшей мере к краевым уплотнителям 24, 26, 28 и 38 и предпочтительно к нижней поверхности.

Используемая температура достаточна для расплавления по меньшей мере части термопластичных деталей. Обычно необходима температура по меньшей мере около 120°С, предпочтительно использовать температуру по меньшей мере около 150°С. В одном варианте выполнения используют температуру со значением в диапазоне от около 240°С до 270°С.

На фиг.3 изображен вид сверху оправки 60, которую можно использовать для прикрепления структур из термопластичного материала к керамической подложке. Подпружиненные пальцы 62, 64, 66, 68, 70, 72, 74 и 76 выполнены с возможностью удерживания на месте узла керамической подложки при одновременном приложении давления к нему и нагревании узла. Согласно настоящему изобретению весь узел в сборе внутри оправки можно помещать в подходящую печь.

Изобретение предназначено для фильтрования и относится к фильтрующему элементу для использования в вакуумной сушилке для фильтрации содержащих твердые вещества материалов и получения фильтрационной лепешки из твердого материала по меньшей мере в одной зоне наружной поверхности фильтрующего элемента. Согласно изобретению, по меньшей мере, одна часть зоны наружной поверхности фильтрующего элемента, отдельной от зоны наружной поверхности для образования фильтрационной лепешки, снабжена по меньшей мере одним устойчивым к коррозии и к нагреву материалом на полимерной основе. Технический результат: улучшение стойкости к коррозии, нагреву и структурных свойств фильтрующего элемента. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фильтрующий элемент с улучшенными структурными свойствами и стойкостью к коррозии и нагреву для использования для фильтрации содержащих твердые вещества материалов в вакуумной сушилке и получения фильтрационной лепешки из твердого материала по меньшей мере на одной зоне наружной поверхности фильтрующего элемента, в котором по меньшей мере одна часть наружной поверхности фильтрующего элемента, отдельная от указанной зоны наружной поверхности для образования фильтрационной лепешки, снабжена по меньшей мере одним устойчивым к коррозии и к нагреву покрытием из материала на полимерной основе.2. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что материал на полимерной основе является сжимаемым материалом, обеспечивающим прижатие рамы вакуумной сушилки к фильтрующему элементу.3. Фильтрующий элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что материал на полимерной основе является соединительным материалом для отдельных частей фильтрующего элемента, содержащего по меньшей мере две подлежащие соединению части.4. Фильтрующий элемент по п.1, 2 или 3, отличающийся тем, что материал на полимерной основе состоит, по существу, из термопластичного полимерного материала.5. Фильтрующий элемент по п.1, 2 или 3, отличающийся тем, что материал на полимерной основе состоит, по существу, из привитых галогенированных полиолефинов.6. Фильтрующий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что материал на полимерной основе состоит, по существу, из привитых пергалогенированных полиолефинов.7. Фильтрующий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что материал на полимерной основе состоит, по существу, из фторпластичного материала.8. Фильтрующий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что материал на полимерной основе состоит, по существу, из термоплавкого полимерного материала.9. Фильтрующий элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что материал на полимерной основе состоит, по существу, из фторпластичных материалов.10. Фильтрующий элемент по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что фильтрующий элемент изготовлен из керамического материала.11. Фильтрующий элемент по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что фильтрующий элемент изготовлен из металлического материала.12. Фильтрующий элемент по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что фильтрующий элемент изготовлен из углеродного материала.