ФИЛЬТРОВАЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ЖИДКИХ И ГАЗОВЫХ СРЕД Российский патент 2008 года по МПК B01D39/16 

Предлагаемое изобретение относится к области производства многослойных волокнистых фильтровальных элементов, к фильтрам-сепараторам для очистки газообразных и жидких сред от механических примесей, свободной влаги и аэрозолей, преимущественно природного газа и нефтепродуктов, и может найти применение в газотранспортных системах, нефтеперерабатывающей, авиационной и других отраслях промышленности.

Известны фильтровальные элементы, выполненные многослойными (заявка ФРГ №2600228, кл. B01D 27/06, международная заявка WO 2004/014517, кл. B01D 29/50, патент Германии №DE 69331102 Т2, кл. B01D 29/11, патент Германии №DE 69723714 Т2, кл. B01D 17/04, патент RU 22567484, кл. B01D 39/16).

Фильтровальные элементы, описанные в этих патентах, отличаясь конструктивными особенностями, содержат, как правило, три обязательных слоя: фильтрующий - для задержания механических примесей, коалесцентный или коагулирующий слой и водоотводящий или водоотталкивающий слой.

Известен многослойный фильтровальный элемент для фильтров-сепараторов, защищенный патентом Российской Федерации №2228785, кл. B01D 27/00, B01D 17/02, опуб. 2004.07.11, предназначенный для использования в газотранспортных системах, в нефтеперерабатывающей, авиационной и других отраслях промышленности для очистки фильтруемой среды от механических примесей и свободной воды.

Фильтровальный элемент содержит размещенные по ходу потока очищаемой среды фильтрующий, первый и второй коагулирующие слои, слой для укрупнения свободной воды в виде хлопчатобумажной трубки и водоотталкивающий слой.

Фильтрующий слой изготовлен из двух слоев бумаги с уменьшением размера пор по потоку топлива. Первый коагулирующий слой выполнен в виде мата из стекловолокон и обжат стекловолоконной сеткой. Второй коагулирующий слой изготовлен из иглопробивного материала.

Недостаток описанного фильтровального элемента заключается в его исключительно сложной конструкции и использовании различных материалов при его изготовлении, что приводит к удорожанию фильтра-сепаратора в целом. Кроме того, использование для изготовления фильтрующего слоя бумаги - материала невысокой механической прочности - может привести при фильтровании среды с высоким содержанием свободной воды к потере прочности и разрушению фильтрующего слоя.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому изобретению является многослойный волокнистый фильтровальный элемент, выполненный из волокон термопластичного полимера, в том числе и из полипропилена, описанный в патенте RU 2182509.

Фильтровальный элемент состоит из чередующихся между собой тонковолокнистых и толстоволокнистых слоев. Тонковолокнистые слои изготовлены из волокон диаметром 5-10 микрон, а толстоволокнистые слои - из волокон диаметром 10-30 микрон. Толщина толстоволокнистого слоя может составлять 12-254 микрона, а толщина тонковолокнистого - слоя 10-30 микрон. Фильтрующей средой являются тонковолокнистые слои, а толстоволокнистые слои выполняют роль прокладки между тонковолокнистыми слоями.

Фильтровальный элемент выполняется листовым. Из листа может быть сформирована складчатая структура или лист может быть "свернут" в трубу и в таком виде установлен в фильтр.

Недостатками фильтровального элемента по прототипу являются,

во-первых, его ограниченное применение - удаление твердых частиц из потока воздуха, подаваемого в кабины транспортных средств, к оборудованию силовых установок или из газовых потоков, направляемых в газовые турбины, т.е. речь идет о воздушных фильтрах и об относительно чистой фильтруемой среде. Такие фильтровальные элементы непригодны для фильтрации сильно загрязненных жидких и газовых сред с высоким содержанием механических примесей и свободной влаги, например природного газа;

во-вторых, эти фильтры относительно дороги, что объясняется многостадийностью технологии их изготовления. Технология включает в себя формирование подкладочного слоя из толстых волокон и осаждение на нем тонких волокон.

Задача предлагаемого изобретения - создание недорогого многослойного фильтровального элемента фильтра-сепаратора, обеспечивающего высокую степень очистки газообразных и жидких сред, таких как природный газ и жидкое топливо, как от механических примесей, так и от свободной влаги, содержащейся в фильтруемой среде в виде аэрозолей.

Поставленная задача решается благодаря тому, что известный многослойный фильтровальный элемент для жидких и газовых сред, изготовленный из волокон термопластичного полимера, преимущественно полипропилена, и состоящий из чередующихся между собой толстоволокнистых и тонковолокнистых слоев, выполнен методом экструзии в виде полого цилиндра с толстоволокнистым наружным слоем, причем толстоволокнистые слои состоят из волокон диаметром 100-150 микрон, а тонковолокнистые слои - из волокон диаметром 1-5 микрон.

В отличие от прототипа предлагаемое изобретение позволяет создать недорогой эффективно работающий фильтровальный элемент за счет

- выполнения фильтровального элемента в виде полого цилиндра методом экструзии (в прототипе трубчатый фильтровальный элемент получают сворачиванием предварительно изготовленного многослойного листа сложной структуры);

- исполнения слоя со стороны входа фильтруемой среды толстоволокнистым, забирающим на себя грубые механические примеси (в прототипе роль фильтрующих слоев исполняют тонковолокнистые слои, а толстоволокнистые слои служат прокладкой между ними. Основное их назначение, как следует из описания, - служить подкладкой для тонковолокнистого слоя при его формировании);

- чередования слоев одинаковой плотности из волокна диаметром 100-150 микрон со слоями, плотность которых уменьшается по ходу движения фильтруемой среды, и которые изготовлены из волокна диаметром 1-5 микрон.

Сущность предлагаемого изобретения иллюстрируется следующим примером.

Пример.

Из волокон полипропилена методом экструзии формовали фильтровальный элемент в виде полого цилиндра, состоящий из семи слоев. Характеристика слоев приведена в таблице.

При прохождении первого толстоволокнистого слоя, выполненного из волокна диаметром 100-150 микрон, имеющего плотность 0,20 г/куб.см и толщину, которая составляет 20% от толщины фильтровального элемента, фильтруемая среда/природный газ или жидкое топливо освобождается от грубых механических примесей. В следующем, тонковолокнистом слое, плотность которого 0,40 г/куб.см и диаметр волокна составляет 1-5 микрон, происходит процесс более тонкой очистки, а также укрупнение капель воды, содержащейся в фильтруемой среде в виде аэрозолей, и образование водяных пленок. При выходе фильтруемой среды из тонковолокнистого слоя в толстоволокнистый слой ламинарный процесс переходит в турбулентный, что сопровождается значительной потерей кинетической энергии, особенно более тяжелыми фракциями фильтруемой среды (воды и содержащимися в ней примесями). При этом под действием сил гравитации происходит частичное дренирование тяжелых фракций в нижнюю часть фильтровального элемента и из фильтруемой среды удаляется около 70% капельной воды.

Этому способствует изменение турбулентного процесса на ламинарный при вхождении фильтруемой среды в более плотный тонковолокнистый слой плотностью 030 г/куб.см (четвертый по ходу движения). В этот слой частично попадают капли воды, не успевшие достичь нижней части фильтровального элемента.

Каждый раз, когда фильтруемая среда переходит из тонковолокнистого слоя в толстоволокнистый слой (из более плотного слоя в менее плотный), ламинарный процесс переходит в турбулентный и происходит укрупнение капель воды и удаление воды из фильтруемой среды. Плотность тонковолокнистых слоев уменьшается по ходу движения фильтруемой среды, тогда как плотность толстоволокнистых слоев остается постоянной.

Предлагаемая конструкция обеспечивает практически полное удаление механических примесей и позволяет очистить природный газ или жидкие нефтепродукты от капельной воды на 97-98%.

ТаблицаТолщина слоя в %Плотность слоя г/куб.смДиаметр волокна мкм200,20100-150150,401-57,50,20100-150150,301-57,50,20100-150150,251-5200,20100-150

Многослойная волокнистая структура предложенного фильтровального элемента обеспечивает эффективную очистку жидких и газовых сред от механических примесей и свободной воды, присутствующей в фильтруемой среде в виде аэрозолей. Использование волокон из термопластичного полимера, преимущественно из полимера, придает фильтровальному элементу высокую химическую стойкость к широкому спектру химических веществ.

По сравнению с прототипом предлагаемый фильтровальный элемент имеет невысокую стоимость, легко монтируется и демонтируется.

Фильтровальный элемент к фильтрам-сепараторам предназначен для очистки газообразных и жидких сред от механических примесей и свободной влаги в виде аэрозолей и может найти применение в нефтеперерабатывающей, авиационной и других отраслях промышленности. Фильтровальный элемент для жидких и газовых сред содержит размещенные по потоку фильтруемой среды фильтрующий и коагулирующие слои, выполнен из волокон термопластичного полимера, преимущественно полипропилена, причем коагулирующие слои изготовлены из тонких волокон и разделены между собой слоем из грубых волокон, при этом плотность коагулирующих слоев со стороны входа фильтруемой среды больше, чем со стороны выхода. Изобретение позволяет упростить и удешевить конструкцию фильтра. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Фильтровальный элемент для жидких и газовых сред, содержащий размещенные по потоку фильтруемой среды чередующиеся фильтрующие грубоволокнистые и коагулирующие тонковолокнистые слои, изготовленные из волокон термопластичного полимера, отличающийся тем, что фильтровальный элемент трубчатого типа изготовлен методом экструзии, наружные фильтрующие слои состоят из волокон диаметром 100-150 мкм, а коагулирующие слои из волокон диаметром 1-5 мкм, при этом плотность коагулирующих слоев со стороны входа фильтруемой среды больше, чем со стороны выхода.2. Фильтровальный элемент по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из волокон полипропилена.