ФИЛЬТРОВАЛЬНАЯ ТКАНЬ ДЛЯ ЛЕНТОЧНОГО ФИЛЬТРА Российский патент 2013 года по МПК B01D39/08 

Настоящее изобретение относится к фильтровальной ткани для ленточного фильтра, в частности для применения при гидротермальной кислотной регенерации.

При гидротермальной кислотной регенерации выпадают оксиды железа, в частности Fe₂O₃, из примерно 75%-ного водного раствора FeCl₃ при температуре около 170ºС, которые отфильтровывают.

Гидротермальную кислотную регенерацию применяют при обработке металлов, в частности, после травления металлических лент, чтобы регенерировать соляную кислоту, которая загрязнена FeCl₂. При этом осуществляют следующие стадии способа.

(1) Повышают концентрацию соляной кислоты, содержащей FeCl₂.

(2) Окисляют FeCl₂ кислородом (О₂) при температуре 150ºС и давлении 7 бар (0,7 МПа) до FeCl₃.

2FeCl₂+2HCl+1/2O₂ → 2FeCl₃+H₂O

(3) Fe₂O₃ осаждают в результате гидролиза при температуре 170ºС и атмосферном давлении. Получают 18-30%-ную соляную кислоту, пригодную к повторному использованию:

2FeCl₃+3H₂O → Fe₂O₃↓+6HCl↑

При промышленном производстве Fe₂O₃ отделяют из раствора через ленточный фильтр. Ленточный фильтр весьма полезен для отделения твердых веществ от жидкостей в условиях промышленного производства. Фильтруемую жидкость направляют на полотно из фильтрующего нетканого материала. Твердые частицы задерживаются фильтрующим нетканым материалом. Очищенная жидкость стекает в сборный резервуар и оттуда может быть отведена обратно для повторного использования или в отходы для утилизации. Остающийся на нетканом материале остаток образует фильтровальный осадок. Если плотность фильтровального осадка препятствует оптимальному оттоку жидкости, то фильтровальный осадок автоматически транспортируют в мусоросборник вместе с нетканым материалом. Весь процесс происходит непрерывно и полностью автоматически, без прерывания течения жидкости.

Было установлено, что известные фильтровальные полотна непригодны для применения в вакуумном ленточном фильтре.

Задача настоящего изобретения состоит в создании фильтровальной ткани для ленточного фильтра, которая удовлетворяет требованиям в отношении прочности и работоспособности ленточного фильтра для отделения оксидов железа от кислотных горячих растворов под вакуумом.

Задача настоящего изобретения решена с использованием фильтровальной ткани для ленточного фильтра, причем фильтровальная ткань имеет воздухопроницаемость от 100 л/(мин·дм²) до 350 л/(мин·дм²), и волокна фильтровальной ткани имеют толщину от 25 мкм до 35 мкм и содержат от 50 масс.% до 100 масс.% перфторалкоксиалкана (PFA).

В смысле изобретения воздухопроницаемость означает объем воздуха в литрах в течение времени в минутах и на площадь в дм², л/мин/дм², выраженная как л/(мин·дм²).

Соответствующая изобретению фильтровальная ткань благодаря устойчивости и работоспособности пригодна для ленточного фильтра, предназначенного для отделения оксидов железа от кислотных горячих растворов под вакуумом.

Перфторалкоксиалкан (PFA) представляет собой полностью фторированный полимер, сополимер из политетрафторэтилена (PTFE) и поли-(перфторвинилметилового простого эфира). PFA представляет собой термопластический материал и может быть переработан в условиях, например, литья под давлением или сварки полимеров. PFA имеет незначительную прочность и твердость.

Предпочтительным вариантом осуществления изобретения является фильтровальная ткань для ленточного фильтра, в которой волокна имеют толщину от 28 мкм до 32 мкм. В этом диапазоне толщины волокон получаются очень хорошие результаты. В особенности хорошие результаты для вакуумного ленточного фильтра достигают с монофиламентом из PFA с толщиной по меньшей мере около 30 мкм. Предпочтительным вариантом осуществления изобретения является фильтровальная ткань для ленточного фильтра, в которой волокна фильтровальной ткани содержат от 90 масс.% до 100 масс.% PFA. Наилучшие результаты достигнуты с волокнами, которые содержат PFA в диапазоне от 90 масс.% до 100 масс.%.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения представляет собой фильтровальную ткань для ленточного фильтра, причем фильтровальная ткань имеет воздухопроницаемость от 100 л/(мин·дм²) до 200 л/(мин·дм²). В этом диапазоне достигают очень хороших результатов фильтрования.

Предпочтительным вариантом осуществления изобретения является фильтровальная ткань для ленточного фильтра, причем фильтровальная ткань имеет от 25 до 35 нитей основы и от 15 до 25 уточных нитей на 1 см. В этих диапазонах для нитей основы и уточных нитей достигают хороших результатов для фильтровальной ткани.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения представляет собой фильтровальную ткань для ленточного фильтра, причем фильтровальная ткань имеет длину более 7000 мм, преимущественно от 7000 мм до 8000 мм, и ширину от 700 мм до 1800 мм. Ленточный фильтр с такими размерами является в особенности хорошо пригодным и эффективно применимым.

Еще одним аспектом изобретения является способ получения фильтровальной ткани для ленточного фильтра с воздухопроницаемостью от 100 л/(мин·дм²) до 350 л/(мин·дм²), при котором волокна с толщиной нитей от 25 мкм до 35 мкм и с содержанием от 50 масс.% до 100 масс.% PFA переплетают в фильтровальную ткань с плотностью от 25 до 35 нитей основы и от 15 до 25 уточных нитей на 1 см.

Еще один аспект изобретения представляет применение соответствующей изобретению фильтровальной ткани для ленточного фильтра, предназначенного для отделения твердых оксидов железа, в особенности Fe₂O₃, от кислотного горячего водного раствора FeCl₃, в особенности при гидротермальной регенерации кислоты.

Изобретение подробнее разъясняется с помощью чертежа и примера.

Как показано:

Фиг. 1 представляет вид сверху в перспективе соответствующей изобретению фильтровальной ткани.

Фиг. 2 представляет вид в перспективе в разобранном состоянии нутч-фильтра с крышкой.

Фиг. 3 представляет вид в перспективе лабораторной установки для испытания фильтровальной ткани.

Показанную в Фиг. 1 фильтровальную ткань получают из стандартных монофиламентных нитей PFA с толщиной около 27 мкм, с воздухопроницаемостью 100 л/(мин·дм²), 200 л/(мин·дм²) и 350 л/(мин·дм²). При этом уточные нити 2 и нити 3 основы переплетены с образованием фильтровальной ткани 1 с размерами 8000 мм в длину на ширину 800 мм при плотности 31 нити основы и 20 уточных нитей на 1 см. Вытканную фильтровальную ткань 1 подвергли трехкратному каландрованию для регулирования воздухопроницаемости. Тепло и давление подводили к ткани с помощью нагревательных и охлаждающих вальцов. При этом ткань подверглась усадке примерно на 10% при 31 нити на 0,7 см и до длины 7000 мм, а также ширины 700 мм.

Показанный в Фиг. 2 нутч-фильтр 4 с крышкой 5 представляют собой основные детали лабораторной установки для испытания фильтровальной ткани 1. Фильтровальную ткань 1 укладывают на нутч-фильтр 4 и к нутч-фильтру 4 привинчивают крышку 5. Нутч-фильтр 4 имеет в нижней части штуцер 6 для отсасывания. К штуцеру 6 для отсасывания подсоединяют вакуумный шланг 9.

На Фиг. 3 показана вся лабораторная установка для испытания фильтровальной ткани. Вакуумный шланг 9 проходит от штуцера 6 для отсасывания из нутч-фильтра 4 к сосуду 7 для выравнивания давления (колбе Бунзена). К сосуду 7 для выравнивания давления подсоединяют второй вакуумный шланг 8, который ведет непосредственно к вакуумному насосу 10.

Пример

Для возможности проведения экспертизы эффективности соответствующей изобретению фильтровальной ткани 1 приготовили три одинаковых по строению фильтра из различных материалов. Наряду с соответствующим изобретению перфторалкоксиалканом (PFA) испытывали дополнительные полифениленсульфид (PPS) и простой полиэфирэфиркетон (РЕЕК). Свойства трех фильтровальных тканей следуют из Таблицы 1.

Таблица 1 Свойства фильтровальных тканей Материал Толщина нити Плотность ткани на 1 см Воздухопроницаемость PFA 27 мкм 31 нитей основы
20 уточных нитей 350 л/(мин·дм²) PPS 27 мкм 31 нитей основы
20 уточных нитей 350 л/(мин·дм²) Peek 27 мкм 31 нитей основы
20 уточных нитей 350 л/(мин·дм²)

Экспериментальное фильтрование проводили следующим образом. 450 г FeCl₃ смешали с 60 г Fe₂O₃. Смесь твердых веществ разбавили 150 мл воды. Суспензию нагрели до температуры 170ºС при постоянном перемешивании в химическом стакане. При этом FeCl₃ перешел в раствор, и образовался 75%-ный раствор FeCl₃. Содержимое химического стакана одномоментно нанесли на фильтровальную ткань 1. В химическом стакане не осталось никакого остатка. Сразу же на нутч-фильтр 4 поместили крышку/чашеобразную насадку 5 и с нижней стороны фильтровальной ткани 1 через штуцер 6 для отсасывания создали вакуум с давлением 600 мбар (60 кПа). Осадок на фильтре образовался в течение времени от 10 сек до 15 сек. На фильтровальной ткани 1 не было обнаружено никаких изменений. Результаты и сравнение между соответствующим изобретению PFA и PPS, а также РЕЕК приведены в Таблице 2.

Таблица 2 Сравнение результатов экспериментального фильтрования Материал Результат Содержание на
фильтре Время PFA Фильтровальный осадок на фильтре 58,5 г Fe₂O₃ 15 секунд PPS Фильтр забился Остаток на фильтре и суспензия 8 секунд Peek Фильтр забился Остаток на фильтре и суспензия 8 секунд

Соответствующий изобретению фильтровальный материал 1 PFA оказался неповрежденным. Даже при повторении экспериментального фильтрования не было обнаружено никаких изменений фильтровальной ткани 1 из PFA. Сравнительные фильтры из PPS и РЕЕК вышли из строя при фильтровании и оказались поврежденными.

Анализ осадка на фильтре в случае соответствующего изобретению фильтра 1 показал, что размер частиц Fe₂O₃ составлял от 10 мкм до 50 мкм.

Провели испытания соответствующих изобретению фильтровальных тканей 1 из PFA с величиной воздухопроницаемости 200 л/(мин·дм²) и 100 л/(мин·дм²). В результате эксперимента было установлено, что по мере уменьшения воздухопроницаемости также усиливалось задерживание самых мелких частиц без значительного увеличения продолжительности фильтрования. На фильтре только образовывался фильтровальный осадок, и степень фильтрования определялась размером частиц.

Полученные результаты были непредсказуемыми и неожиданными для специалистов.

Список ссылочных позиций

(1) Фильтровальная ткань/фильтровальное полотно/фильтр

(2) Уточные нити/уточные волокна

(3) Нити основы/волокна основы

(4) Нутч-фильтр

(5) Крышка/чашеобразная насадка

(6) Штуцер для отсасывания

(7) Вакуумная ловушка/сосуд для выравнивания давления

(8) Вакуумный шланг

(9) Вакуумный шланг

(10) Вакуумный насос

Настоящее изобретение относится к фильтровальной ткани для ленточного фильтра. Фильтровальная ткань имеет воздухопроницаемость от 100 л/(мин·дм²) до 350 л/(мин·дм²). Волокна фильтровальной ткани имеют толщину от 25 мкм до 35 мкм и содержат от 50 масс.% до 100 масс.% перфторалкоксиалкана (PFA). Фильтровальная ткань имеет от 25 до 35 нитей основы и от 15 до 25 уточных нитей на 1 см. Технический результат заключается в повышении прочности ткани при обеспечении возможности ее использования для фильтрования кислых горячих растворов. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Фильтровальная ткань для ленточного фильтра, причем фильтровальная ткань (1) имеет воздухопроницаемость от 100 л/(мин·дм²) до 350 л/(мин·дм²), и волокна фильтровальной ткани (1) имеют толщину нитей от 25 мкм до 35 мкм и содержат от 50 мас.% до 100 мас.% перфторалкоксиалкана (PFA).

2. Фильтровальная ткань для ленточного фильтра по п.1, в которой волокна имеют толщину от 28 мкм до 32 мкм.

3. Фильтровальная ткань для ленточного фильтра по п.1 или 2, в которой волокна фильтровальной ткани содержат от 90 мас.% до 100 мас.% перфторалкоксиалкана (PFA).

4. Фильтровальная ткань для ленточного фильтра по п.1 или 2, причем фильтровальная ткань (1) имеет воздухопроницаемость от 100 л/(мин·дм²) до 200 л/(мин·дм²).

5. Фильтровальная ткань для ленточного фильтра по п.3, причем фильтровальная ткань (1) имеет воздухопроницаемость от 100 л/(мин·дм²) до 200 л/(мин·дм²).

6. Фильтровальная ткань для ленточного фильтра по п.1, причем фильтровальная ткань (1) имеет от 25 до 35 нитей (3) основы и от 15 до 25 уточных нитей (2) на 1 см.

7. Фильтровальная ткань для ленточного фильтра по п.1 или 6, причем фильтровальная ткань (1) имеет длину от 7000 мм до 8000 мм и ширину от 700 мм до 800 мм.

8. Способ получения фильтровальной ткани для ленточного фильтра с воздухопроницаемостью от 100 л/(мин·дм²) до 350 л/(мин·дм²), при котором волокна с толщиной от 25 мкм до 35 мкм и содержанием от 50 мас.% до 100 мас.% перфторалкоксиалкана (PFA) переплетают в фильтровальную ткань (1).

9. Применение фильтровальной ткани для ленточного фильтра по одному из пп.1-7 для отделения Fe₂O₃ из кислотного горячего водного раствора Fe₂Cl₃.

10. Применение фильтровальной ткани для ленточного фильтра по одному из пп.1-7 для отделения Fe₂O₃ при гидротермальной кислотной регенерации.