Фильтрующий элемент для очистки и осушки газов

 

Изобретение предназначено для очистки с одновременной осушкой различных газов. Предлагаемый фильтрующий элемент состоит из концентрично установленных один в другом двух или более цилиндров, стенки которых выполнены из термоскрепленных в местах пересечений волокон термопластичного полимера, причем диаметр волокон, образующих первые цилиндры (по ходу движения очищаемого газа), больше, а плотность их укладки меньше, чем у последующих. Промежутки между цилиндрами заполнены зернистым влагопоглощающим материалом, размер частиц которого находится в пределах от 0,05 до 1 мм, а средний диаметр пор первого (по ходу движения очищаемого газа) цилиндра не более 0,05 мм для предотвращения просыпания зернистого материала. Суммарная толщина всех слоев с зернистым материалом, входящих в состав фильтрующего элемента, не менее 60 мм. В качестве термопластичного полимера может быть использован полиэтилен или полипропилен, а в качестве зернистого материала - силикагель или хлористый кальций. Срок службы таких фильтрующих элементов можно увеличивать путем замены первых цилиндров (по ходу движения очищаемого газа) и регенерации зернистого материала (прокаливания). Технический результат: высокая эффективность, длительный срок эксплуатации. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области техники очистки и осушки различных газов.

Известно множество фильтров, которые используются для очистки газов. Например, известен фильтр по патенту США N 5030037 /1/, который представляет собой пористую перегородку, с одной стороны которой размер пор значительно превышает размер пор с противоположной стороны. Изделие формуется как одно целое из пористого поликарбоната, полиэтилена или полиамида, причем плотность материала со стороны поверхности с более крупными порами меньше, чем со стороны поверхности с менее крупными порами.

Фильтрующий элемент объемного типа (пат. СССР N 1837937) /2/ содержит перфорированную трубку, фильтровальный материал и торцевые ограничители, закрепленные на перфорированной трубке. В фильтрующем элементе объемного типа фильтровальный материал выполнен многослойным, каждый слой которого состоит из трубчатого эластичного трикотажа уточного переплетения на базе ластик 1+1, где грунтовые петли образованы из эластомерных нитей, а дополнительные уточные нерастяжимые нити образуют ворсовые элементы с каждой стороны поверхности фильтровального материала. Для качественного фильтрования необходимо использовать не менее трех слоев фильтровального материала, надетого один на другой.

В патенте США 5961678 /3/ описан фильтрующий элемент для очистки газа от твердых частиц и капель, который образован перфорированным или сетчатым цилиндром, окруженным слоем фильтровального материала, расположенным между внутренним перфорированным или сетчатым цилиндром и таким же внешним цилиндром. Последний помешен внутри цилиндра, образованного из материала с открытыми порами, например полиэфирными волокнами, в котором происходит коалесценция капель. Снаружи поверхность этого цилиндра покрыта слоем пористого материала с вертикальными канавками, в которых происходит стекание задержанной жидкости под действием капиллярных сил и гравитации в нижнюю часть фильтрующего элемента, откуда она выводится через дренажное отверстие в корпусе фильтра. Подлежащий очистке газ вводится сверху в центральный канал и проходит в радиальном направлении через слой фильтрующего материала и пористого материала, где происходит коалесценция капель и стекание жидкости по канавкам внешнего слоя. Очищенный газ выводится из корпуса фильтра.

В патенте США 5897691 /4/ ,Телескопический фильтр, описан фильтр, в котором фильтрующий материал помещен в телескопический корпус. Предлагаемый фильтр может быть использован для очистки и осушки рабочей среды. В качестве фильтрующего материала могут быть использованы молекулярные сита, активированная окись алюминия или активированный уголь. Корпус фильтра содержит два цилиндрических элемента, допускающих взаимное их перемещение внутри друг друга.

Элемент, описанный в а.с. ЧССР 260521 /5/, образован не менее чем шестью волокнистыми слоями, из которых первый, средний и последний - несущие слои, отличающиеся повышенной жесткостью. Собственно фильтровальный слой выполнен из стекловолокон, диаметр которых постепенно уменьшается в направлении движения фильтруемой среды. Благодаря постепенному уменьшению среднего диаметра волокон снижается степень загрязнения первого собственно фильтровального слоя, а также уменьшаются потери давления при фильтровании.

Фильтр для очистки воздуха, описанный в патенте 6004366 США /6/, состоит из вертикального цилиндрического корпуса, в который вставляется цилиндрический фильтрующий элемент. К открытому верхнему концу корпуса присоединяется на болтах цилиндрический колпак с перфорированной боковой поверхностью, через которую поступает воздух. Очищенный воздух выводится через боковой штуцер в средней части. Фильтрующий элемент образован 2 коаксиальными вертикальными цилиндрами с перфорированными стенками, между которыми находится фильтрующий материал - складчатая специальная бумага. Перфорированные цилиндры закреплены в верхней кольцевой крышке, открывающей доступ воздуху во внутренний цилиндр, и в нижней сплошной крышке в форме отлогой воронки с центральный отверстием для вывода влаги. Это отверстие связано с дренажным устройством на днище корпуса. Воздух из внутреннего цилиндра через перфорацию проходит в радиальном направлении сквозь фильтрующий материал и перфорированный внешний цилиндр и выводится через боковой штуцер корпуса.

Устройство для очистки воздуха, описанное в патенте России 92014661 "Устройство для очистки газов от аэрозолей" /7/, представляет собой фильтр с несколькими наклонными фильтрующими ячейками, установленными ярусами в несколько рядов. Ячейки изолированы горизонтальными перегородками и состоят из нескольких слоев фильтрующего зернистого материала, разделенных сеткой. Это позволяет регулировать сопротивление прохождению воздуха путем удаления при загрязнении фильтра поверхностного слоя фильтрующего материала с первой по ходу газа сетки.

Известен фильтр для очистки воздуха, описанный в патенте России N 93057276 /8/. Он состоит из опорного слоя, выполненого из высокопористого проницаемого ячеистого материала с сетчато-стержневой структурой, и фильтрующего слоя из мелкодисперсного порошка. Фильтрующий слой нанесен по всей внешней поверхности опорного слоя, имеющей профиль с чередующимися выступами и впадинами. В центре фильтра выполнено отверстие, предназначенное для отвода сжатого воздуха, поступающего в него после прохождения по сетчато-ячеистому опорному слою.

Наиболее близким из числа известных по технической сущности и достигаемому результату является фильтр для очистки воздуха /9/, включающий коаксиально расположенные перфорированные цилиндры, образующие кольцевой зазор, заполненный зернистым сорбентом, крышку, дно и выходной патрубок, причем с целью осуществления непрерывности очистки воздуха сорбент снабжен гидрофильными фитилями, закрепленными одними концами в верхней части, другими опущенными в емкость с регенерирующим раствором, установленную на дне.

Цель настоящего изобретения - создание эффективного фильтра с длительным сроком эксплуатации, с помощью которого можно осуществлять также осушку очищаемого газа.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый фильтрующий элемент состоит из концентрично установленных один в другом двух или более цилиндров, стенки которых выполнены из термоскрепленных в местах пересечении волокон термопластичного полимера. Диаметр волокон уменьшается, а плотность их укладки увеличивается по ходу движения очищаемого и осушаемого газа. Промежутки между цилиндрами заполнены зернистым влагопоглощающим материалом, причем размер частиц зернистого материала находится в пределах от 0,05 до 1 мм. Средний размер пор в первом цилиндре (по ходу движения очищаемого газа) не превышает 0,05 мм. Это необходимое условие для предотвращения просыпания зернистого материала через стенку этого цилиндра, имеющего самые большие поры из всех цилиндров, образующих фильтрующий элемент. Зернистый материал выполняет функцию фильтра и поглотителя влаги, т.е. служит для очистки и осушки газа.

В качестве термопластичного полимера может быть использован полипропилен или полиэтилен, а в качестве зернистого материала силикагель или хлористый кальций.

Суммарная толщина слоев с зернистым материалом фильтрующего элемента не должна быть меньше 60 мм. Это связано с тем, что при работе фильтра должны быть уравнены скорости сорбции влаги и фильтрации.

Слой зернистого материала, состоящий из частиц с размером более 1 мм, не обладает высокими фильтровальными свойствами и как осушитель газа он неэффективен, т.к. суммарная поверхность частиц с увеличением их размера уменьшается, что ведет к уменьшению сорбционных свойств.

Например, если сравнить свойства двух фильтров, образованных тремя одинаковыми по структуре и толщине цилиндрами, но в одном для засыпки использован зернистый материал с размером частиц 0,05-1 мм, а в другом 1-3 мм, то результаты работы таких фильтров будут разными (см. таблицу в конце описания).

Как видно из таблицы, фильтрующий элемент с зернистым материалом фракции 1-3 мм хуже осушает воздух. И, кроме того, последний (по ходу движения очищаемой среды) цилиндр фильтрующего элемента с зернистым материалом размером 1-3 мм оказался практически полностью забит механическими включениями. Следовательно, срок службы фильтра с более крупной зернистой загрузкой меньше.

Суммарная толщина слоев с зернистым материалом должна быть больше 60 мм, в противном случае осушающий эффект фильтра - несущественный. Так, если первоначальная влажность очищаемого воздуха была 85% и его пропускали через фильтрующие элементы, образованные тремя одинаковыми по структуре цилиндрами с одинаковой толщиной стенок, а толщина зернистого слоя в одном случае была 50 мм, во втором 80 мм. Влажность очищенного воздуха в первом случае составляла 70%, во втором 15%.

Предлагаемый фильтрующий элемент можно легко регенерировать путем замены первого (по ходу движения газа) цилиндра и насыщенного влагой зернистого слоя (который подвергается регенерации путем прокаливания) на новые. Срок эксплуатации фильтра при этом увеличивается на 40-60%.

Источники информации 1. Патент США 5030037, кл. В 65 G 53/38, заявл. 19.12.88, опубл. 09.07.91.

2. Патент 1837937 СССР, кл. В 01 D 29/11, заявл. 11.12.89, опубл. 30.08.93.

3. Патент США 5961678, кл. В 01 D 29/15, В 01 D 46/02, заявл. 03.11.97, опубл. 05.10.99.

4. Патент США 5897691, кл. В 01 D 46/30, заявл. 14.10.97, опубл. 27.04.99.

5. А.с. ЧССР 260521, кл. В 02 D 25/06, заявл. 03.12.86, опубл. 14.04.89.

6. Патент США 6004366, кл. В 01 D 46/00, заявл. 24.11.98, опубл. 21.12.99.

7. Патент России 92014661, кл. В 01 D 46/30, заявл. 25.12.92, опубл. 20.01.96.

8. Патент России 93057276, кл. В 03 С 3/08, В 03 С 3/12, В 03 С 3/14, заявл. 24.12.93, опубл. 09.07.95.

9. А. с. СССР 521913, кл. В 01 D 53/04; В 01 J 1/22, заявл. 30.08.74, опубл. 1976 г. (прототип).

Формула изобретения

1. Фильтрующий элемент для очистки и осушки газов, состоящий из концентрично установленных один в другом двух или более цилиндров, промежутки между которыми заполнены зернистым влагопоглощающим материалом, отличающийся тем, что стенки цилиндров выполнены из термоскрепленных в местах пересечений волокон термопластичного полимера, причем диаметр волокон, образующих первые по ходу движения очищаемого газа цилиндры, больше, а плотность их укладки меньше, чем у последующих, при этом средний диаметр пор первого по ходу движения очищаемого газа цилиндра не более 0,05 мм, а размер частиц зернистого материала находится в пределах от 0,05 до 1 мм, суммарная толщина слоев с зернистым материалом не меньше 60 мм.

2. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве термопластичного полимера используют полипропилен или полиэтилен.

3. Фильтрующий элемент по п.1, отличающийся тем, что в качестве зернистого влагопоглощающего материала используют силикагель или хлористый кальций.

РИСУНКИ

Рисунок 1