Способ изготовления зернистого жесткого фильтрующего материала Советский патент 1991 года по МПК B01D39/20 

Изобретение относится к области очистки газов и жидкостей от взвешенных частиц и может быть широко использовано в пылеулавливающих аппаратах при обеспыливании пылегазовых выбросов и очистке различных стоков нефтехимической, химической, металлургической, рудодобываю- щей промышленностей, промышленности строительных материалов, водного транспорта и др.

Целью изобретения является увеличение открытой пористости и повышение технологичности изготовления зернистого жесткого фильтрующего материала.

Спекание стеклошариков складывается из диффузионного и жидкостного механизмов. Диффузионный механизм обусловлен наличием в структуре стеклошариков дефектов, которыми являются микротрещины и неравномерность распределения плотности по объему стекла. При температурах раз- мягчения происходит залечивание микротрещин и диффузионное перераспределение плотности в микрообьемах, чем и определяется свободная энергия системы. Разность свободных энергий контактирующих поверхностей стеклошариков является движущей силой и энергетическим источниVJ

О

CJ

ком переноса вещества при диффузионном спекании. Одинаковый размер (диаметр) стеклошариков сводит к минимуму диффузионную составляющую механизма спекания. В этом случае основную роль играет жидкостная составляющая.

В процессе жидкостного спекания происходит как бы склеивание отдельных зерен спекающегося конгломерата за счет образования зон контакта. Площадь последних будет определяться упругими деформациями сил поверхностного натяжения соприкасающихся размягченных стеклошариков и их силами тяжести. Величина упругих деформаций сил поверхностного натяжения на контактных структурных мостиках определяется выражением

Al 1,5|;t,

где о- поверхностное натяжение;

1 - вязкость стекла при температуре размягчения t.

Поскольку вязкость стекла при постоянной температуре - константа, то она не оказывает существенного влияния на спекание. Основным параметром поэтому служит величина поверхностного натяжения, которая зависит от состава газовой фазы, находящейся в полостях между шарами. Например, поверхностное натяжение (дин/см) стекла составляет: в атмосфере сухого воздуха 305, в S02 230 и водяного пара 205.

Меняя состав газовой фазы, можно регулировать величину упругих деформаций сил поверхностного натяжения.

Наибольшее влияние на величину упругих деформаций сил поверхностного натяжения оказывают силы тяжести стеклошариков.способствующие их сплющиванию и увеличению объема зон контакта. По мере роста последнего происходит частично перемещение и выжимание пор за пределы спекаемого тела, а также захват пор спекающимся конгломератом с образованием закрытой пористости.

Для получения зернистого жесткого фильтрующего материала с максимально возможной открытой пористостью необходимо уравновесить силы тяжести стеклошариков и их упругие деформации сил поверхностного натяжения. Уравновешивание можно осуществить созданием скоростного газового потока либо спекание вести в расплавах неорганических солей, причем температура кипения этого расплава должна быть выше соответствующей температуры спекания стеклошариков не более чем на 5°С, В этом случае выталкивающие силы расплава компенсируют действие газового

потока, поскольку силы тяжести в расплаве всегда меньше сил тяжести в газовой среде.

Для температур спекания в интервале

380-700°С возможно использование эвтектической смеси системы LiCI - KCI; для 700- 1000°С смесь NaCI + KCI и для 805-1400°С чистый расплав NaCI.

Примеры использования предлагаемо0 го способа.

Пример, Изготавливается зернистый жесткий фильтрующий материал с размерами пор 1,21 мм для очистки промышленных выбросов от дробилок в цемен5 тном производстве с открытой пористостью 40%, Наполнитель (стеклянные шарики диаметром 3 мм) засыпается в металлическую оправку на сетку с диаметром отверстий 1 мм. Высота засыпки соответствует тре0 буемой толщине фильтра, определяемой областью применения (величинами нагрузки по газу, скоростью фильтрации и запыленностью промышленных выбросов). Наполнитель изготавливается из сортового

5 состава стекла Гусевского хрустального завода, мас.%: 510273,2; А12Оз5; СаО7,3; МдО 2; Na20 14,5; taO 2 и 50з 0,5. Плотность стекла 2480 кг/м3.

Металлическая оправка вместе с напол0 нителем нагревается в печи, в которой создается динамический газовый поток со скоростью 1,2-1,8 м/с. Температурный режим состоит из подъема температуры до температуры спекания 630-650°С и выдер5 жкой при этой температуре в течение 20 мин.

П р и м е р 2. Изготавливается зернистый жесткий фильтрующий материал с размерами пор 0,41 мм, открытой пористостью

0 40% для очистки промышленных выбросов ТЭЦ. Наполнитель (стеклянные шарики диаметром 1 мм) засыпается в металлическую оправку на сетку с диаметром отверстий в 0,2 мм. Высота засыпки соответствует тре5 буемой толщине фильтра, а именно 20 мм. Наполнитель изготовлен из термометрического состава стекла (г. Клин), мас.%: SI02 67,5; 2,5; В20з 2; Na20 14; СаО 7; ZnO 7. Плотность стекла 2800 кг/м3. Металличе0 екая оправка вместе с наполнителем нагревается в печи, в которой создается динамический газовый поток. Скорость газового (воздушного) потока составляет 1,2- 0,65 м/с. Температурный режим состоит из

5 подъема температуры до температуры спекания 715-725°С и выдержки при максимальной температуре 20 мин.

П р и м е р 3. Изготавливается зернистый жесткий конструкционный материал с размерами пор 0,2 мм открытой пористостью 40% для очистки сточных вод от твердых взвешенных частиц в условиях металлургического производства. Наполнитель (стеклянные шарики диаметром 0,5 мм), выполненный из сортового состава стекла Гу- севского хрустального завода, в оправке опускается на подвеске в расплав эвтектической смеси системы LICI-KCI. Поднимается температура до 630-650°С и выдерживается 20 мин, после выдержки оправка вынимается из расплава, остывает на воздухе, промывается проточной водой от избытка эвтектической смеси.

Формула изобретения 1. Способ изготовления зернистого жесткого фильтрующего материала путем спе0

кания стеклошариков, отличающийся тем, что, с целью увеличения открытой пористости и повышения технологичности изготовления, спекают шарики одного диаметра в газовом потоке при температуре размягчения, при этом скорость потока выбирают из условия уравновешивания силы тяжести стеклошариков и упругих деформаций сил поверхностного натяжения в зонах контакта.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что спекание ведут в расплавах неорганических солей, при этом температура кипе- ния расплава превышает температуру спекания стеклошариков не более чем на 5°С.

Изобретение относится к области очистки газов и жидкостей от взвешенных частиц и может быть использовано в пылеулавливающих аппаратах при обеспыливании пылегазовых выбросов в различных областях промышленности. Целью изобретения является увеличение открытой пористости фильтрующего материала и повышение технологичности изготовления. Способ реализуется путем спекания последних при температурах размягчения соответствующих выбранным составам стекол в динамическом газовом потоке. Для получения максимально возможной открытой пористости материала скорости газовых потоков подбираются так, чтобы они уравновесили силы тяжести стеклошариков и их упругие деформации сил поверхностного натяжения в точках контакта. Указанное равновесие сил можно достичь также спеканием стеклянных шариков в расплавах солей, температуры кипения которых выше температур спекания. 1 з.п. ф-лы. ел С