ФИЛЬТРУЮЩИЙ СЕПАРАЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2006 года по МПК B01D39/16 

Изобретение относится к материалам, предназначенным для удаления посторонних механических примесей и мелкодисперсных водяных капель из эмульсии типа "вода в масле", например углеводородных топлив.

Известен фильтрующий водоотделяющий элемент марки ЭФВ-60, состоящий из 3 перегородок, расположенных изнутри наружу по направлению потока нефтепродукта в следующей последовательности: фильтрующая перегородка из двух слоев нетканого материала и двух гофрированных слоев ткани, коагулирующая перегородка из 4 слоев стекловолокна (диаметр 1,5÷2 мкм) с пропиткой формальдегидной смолой и слоя открытого пористого поролона; водоотделяющая перегородка из металлической сетки, покрытой фторпластовой пленкой (см. книгу В.П.Коваленко, В.Е.Турчанинов "Очистка нефтепродуктов от загрязнений". М.: Недра, серия "Экономика топлива и электроэнергии", 1990, с.152-153).

Недостаток известного элемента состоит в том, что под воздействием гидравлического потока меняется пористая структура стекловолокнистых слоев коагулирующей перегородки, поскольку стекловолокна легко разрушаются от любых силовых воздействий и в виде мелких частиц с потоком топлива уносятся в фильтрат.

Попадая в двигатель внутреннего сгорания эти частицы являются абразивным материалом, который приводит к износу рабочих деталей двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и забиванию форсунок, распыляющих топливо.

В совокупности эти причины способствуют сокращению ресурса работы двигателя.

По большинству сходных существенных признаков и назначению наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является фильтрующий сепарационный материал, описанный в патенте Японии по кл. МПК: B 01 D 39/16, 17/04, 35/02, D 04 H 1/45 №4313312, опубл. 05.11.1992 г.

Этот материал представляет собой трехмерную структуру, выполненную по меньшей мере из двух слоев волокнистых полотен, содержащих синтетические волокна диаметром 0,1-10 мкм с плотностью упаковки 10-70%, механически перепутанных между собой в трехмерное состояние.

Задачей изобретения является создание волокнистого нетканого материала, обладающего сепарирующе-коалисцирующими свойствами с целью обезвоживания топлива с эффективностью не ниже 95% с одновременной очисткой его от механических загрязнений.

При решении этой задачи неожиданно был обнаружен эффект разделения с высокой эффективностью при использовании других диаметров волокон.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в фильтрующем сепарационном материале, включающем два слоя волокнистых полотен из штапельных синтетических термопластичных волокон определенных диаметров, скрепленных путем их перепутывания в трехмерное состояние и термообработки, диаметр этих волокон составляет 19 мкм в одном полотне, объемная плотность которого 0,34 г/см³, и 60 мкм в другом полотне с объемной плотностью 0,057 г/см³ при соотношении размера пор первого материала ко второму 1:22.

Углеводородное топливо, представляющее собой эмульсию типа "вода в масле" с размером частиц воды 3÷3,5 мкм и скоростью потока до 3 м/с, соприкасаясь с лобовой поверхностью первого слоя сепарирующе-фильтрующего материала, разбивается на мелкие потоки для облегчения дальнейшего разделения эмульсии "масло в воде". При последующем движении через пористую структуру первого полотна из-за разности углов смачивания углеводородного топлива и воды потоки эмульсии "масло в воде" сепарируется на углеводородное топливо и воду. Углеводородное топливо дальше легко проходит слой второго полотна фильтрующе-сепарирующего материала и подается в ДВС.

Капли воды оседают в слое первого полотна фильтрующе-сепарирующего материала и, постепенно заполняя его поры, коалисцируют. Затем в соответствии с законом сообщающихся сосудов укрупненные капли воды с потоком передаются в слой второго полотна фильтрующе-сепарирующего материала и продавливаются сквозь него. Под воздействием сил поверхностного натяжения они удерживаются на поверхности до тех пор, пока сохраняется условие:

F₁=F₂,

где F₁ - сила поверхностного натяжения;

F₂ - гравитационная сила.

При нарушении этого равенства капля падает вниз в специальный сборник для воды.

Экспериментальные исследования проводились на стенде, установленном в НАТИ (г. Москва). Схема стенда представлена на фиг.1.

Конструкция топливного стенда позволяет изменять начальную обводненность топлива (0,2÷0,6%), дисперсность эмульсии (0,5÷5 мкм), скорость прокачки (0,3÷1,0 м/с). Кроме этого можно контролировать изменение перепада давления, эффективность водоотделения и проводить визуальную оценку мутности топлива до и после фрагмента пакета.

Сущность изобретения поясняется примером.

Пример.

В качестве сырьевого состава использовалось полипропиленовые волокна линейных плотностей 0,33÷2,0 текс, длиной резки 65-70 мм. Из штапельных волокон каждого текса изготавливались иглопробивные полотна.

Первое полотно-сепаратор фильтрующе-сепарационного материала изготавливалось из волокон линейной плотности 0,33 текс, а второе полотно-коагулянт из волокон 2,0 текс. После скрепления полотна подвергались термообработке. При этом достигался следующий размер пор:

1-е полотно-сепаратор5,8 мкм2-е полотно-коагулянт132 мкм

(см. фиг.2-5).

Изобретение относится к материалам для удаления механических примесей и водяных капель из эмульсий типа "вода в масле". Материал выполнен из двухслойного полотна из штапельных термопластичных волокон, при этом размер пор во втором слое в 22 раза превышает размер пор в первом слое. Изобретение обеспечивает эффективность обезвоживания углеводородного топлива не ниже 95%. 5 ил.

Фильтрующий сепарационный материал, включающий два волокнистых полотна из штапельных синтетических волокон определенных диаметров, переведенных путем перепутывания в трехмерное состояние, отличающийся тем, что первый слой содержит штапельные термопластичные синтетические волокна диаметром 19 мкм с объемной плотностью 0,34 г/см³, второй слой содержит штапельные термопластичные синтетические волокна диаметром 60 мкм с объемной плотностью 0,057 г/см³, при соотношении размера пор в первом слое к второму слою 1:22.