專利名稱：圓盤形過濾元件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種包括上、下過濾介質的圓盤形過濾元件，所述上、下過濾介質中的每一個包括分層結構。該圓盤形過濾元件適于過濾液體，特別適于過濾粘性液體，諸如聚合物。本發明還涉及包括許多圓盤形過濾元件的過濾組件。
背景技術：
圓盤形過濾元件是本領域已知的。圓盤形過濾元件例如被用于過濾聚合物以生產聚合物纖維、聚合物薄膜和聚合物樹脂產品。在聚合物過濾中，過濾器一方面需要捕獲雜質，另一方面需要剪切聚合物中含有的凝膠。
本領域中已知將數個圓盤形過濾元件同心地疊放在穿孔管上。帶有微粒的液體通過從外側到內側地穿過圓盤形過濾元件而得到過濾，濾液經由穿孔管排出。圓盤形過濾元件的實例例如在以下文獻中有所描述EP1862207 和 EP284404。EP1832207描述了具有包含金屬纖維的過濾介質的圓盤形過濾元件。EP284404描述了包含由多孔燒結金屬隔膜和多孔燒結金屬纖維隔膜構成的過濾介質的圓盤形過濾元件。與這種圓盤形過濾元件相關的問題是，在過濾過程中會形成優選路徑。在經過一段時間的使用之后，剪切效果將結束。優選路徑的出現也意味著存在“死點”。死點是液態流體(諸如聚合物熔體)發生淤塞的淤塞區域。
發明內容
本發明的目標是提供一種避免現有技術缺陷的圓盤形過濾元件。本發明的另一目標是提供一種具有小的壓降的圓盤形過濾元件。本發明的另一目標是提供一種圓盤形過濾元件，其使得過濾介質能夠實現通過過濾介質的一致流速。本發明的另一目標是提供一種圓盤形過濾元件，從而在過濾過程中不形成優選路徑，且因此不形成死點。本發明的又一目標是提供一種包括許多圓盤形過濾元件的組件。根據本發明的第一方面，提供了一種特別適于過濾聚合物的圓盤形過濾元件。該過濾元件包括轂，所述轂限定有貫穿其中的中心開口 ；上部過濾介質和下部過濾介質，所述上部過濾介質和所述下部過濾介質從所述轂沿徑向向外延伸。由上部過濾介質和下部過濾介質限定的空間限定了過濾元件的內部。優選地，從過濾元件的外側到過濾元件的內側地完成過濾，例如聚合物的過濾。上部和下部過濾介質包括分層結構，其具有第一層和第二層。第一層包括金屬纖維網，第二層包括金屬粉末顆粒。第一層和第二層燒結在一起。優選地，第一層包括非燒結的金屬纖維網。優選地，第二層包括非燒結的金屬粉末顆粒層。在優選實施例中，第一層包括非燒結的金屬纖維網，第二層包括非燒結的金屬粉末顆粒的層。上部和下部過濾介質均包括分層結構，其具有第一層和第二層。第一層包括非燒結的金屬纖維網，第二層包括非燒結的金屬粉末顆粒。第一和第二層燒結在一起。根據本發明的過濾介質包括至少兩個層，第一層(S卩，包含金屬纖維的層)位于過濾元件的流入側，第二層(即，包含金屬粉末顆粒的層)位于過濾元件的流出側。第一層的功能是留下雜質，并且允許所過濾的液體良好地分配在介質上。第二層的功能是剪切聚合物凝膠。將第一和第二層燒結在一起對于本發明而言是必不可少的。通過將第一和第二層燒結在一起，避免了在第一和第二層之間形成優選路徑。在現有技術的已知過濾元件中，例如，在EP284404公開的過濾元件中，在分開燒結的介質之間存在間隙。這種間隙例如是由單獨介質的不平和/或粗糙引起的。由于要過濾的聚合物將總是努力沿著阻力最小的路徑，因此聚合物將在不同層之間的間隙中流過。盡管現有技術的過濾器的間隙很小或者甚至非常小，但是這些小的間隙足以形成優選路徑，且因此形成死點。根據本發明的圓盤形過濾元件將不具有由這些優選路徑帶來的問題。第一層第一層優選包括非織造的金屬纖維網。這些纖維優選具有0.5μπι — ΙΟΟμπι之間的等效直徑。更優選地，等效直徑在O. 5 μ m — 50 μ m之間，例如在I μ m — 25 μ m之間，諸如為 2 μ m>4 μ m>8 μ m 12ym。這些金屬纖維可以通過現有技術中已知的任何技術來獲得，它們可以例如通過集束拉伸或者通過箔削刮技術來獲得。該非織造的金屬纖維網優選是非燒結的。可能地，非織造的金屬纖維網例如通過冷等靜壓操作被壓緊。第一層具有孔隙率Pp第一層的孔隙率P1優選高于50%，更優選地，第一層的孔隙率P1高于60%,例如70%或80%O第一層具有厚度1^。第一層的厚度1^優選在O. 15 — O. 4mm之間，更優選地在O. 2 —
O.25mm 之間。第一層可以由一個金屬纖維網構成，或者可以包括一垛不同的金屬纖維網，其中每個絨頭織物包括具有特定等效直徑、纖維密度和層重的纖維。層重用g/m2來表示，并且在下文中將被稱作“層重比”。優選地，第一層中的各金屬纖維網不是單獨燒結的，并且這垛金屬纖維網是非燒結的。第二層第二層包括金屬粉末顆粒。任何已知的金屬粉末顆粒(諸如經研磨的粉末顆粒或者經粉碎的粉末顆粒)均可被用作金屬粉末顆粒。具有矩形、球形形狀的金屬粉末顆粒或者具有不規則形狀的金屬粉末顆粒均適用。短金屬纖維的不規則形狀和/或尖銳邊緣在剪切聚合物凝膠以及從聚合物熔體中去除雜質方面特別有效。
這些顆粒的顆粒大小優選在20 - 500 μ m之間，例如在20 — 300 μ m之間，在20 —IOOym之間或者在30 — 50 μ m之間。第二層具有孔隙率P2。第二層的孔隙率P2低于第一層的孔隙率P”第二層的孔隙率P2優選在5 - 40%之間，更優選地在5 - 20%之間，例如在10 - 20%之間。第二層具有厚度t2。第二層的厚度t2優選在O. 5 — 2mm之間，更優選地在O. 8 —
I.2mm之間。優選地，第二層的厚度t2大于第一層的厚度tp此外,第一層的孔隙率P1優選大于第二層的孔隙率P2。第一層(即，包含金屬纖維的層)充當分配層，并且在過濾過程中不會發生堵塞。因此，第一層優選是薄的且多孔的，即，第一層優選比第二層薄，第一層的孔隙率優選大于第二層的孔隙率。任何類型的金屬或金屬合金均可以被用于提供第一層的纖維或者第二層的金屬粉末顆粒。金屬纖維和/或顆粒例如由鋼(諸如不銹鋼)制成。優選的不銹鋼合金為AISI300或AISI400系列合金(諸如AISI316L或AISI347)，或者使用包含Fe、Al和Cr的合金，包含鉻、鋁和/或鎳以及0.05 — O. 3%重量的釔、鈰、鑭、鉿或鈦的不銹鋼(稱作Fecral丨oy )。金屬纖維或金屬粉末顆粒也可以由鎳或鎳合金制成。第一層的金屬纖維和第二層的金屬粉末顆粒可以由相同的金屬或金屬合金制成，或者可以由不同的金屬或金屬合金制成。第一層和第二層可以由不同材料制成。然而，優選第一層和第二層由相同材料制成。上部過濾介質和下部過濾介質優選是相同的。轂優選由金屬制成，諸如不銹鋼金屬。在優選實施例中，轂包括管狀金屬部件，其上設有許多從管狀部件的外壁延伸至管狀部件的內部空間的通道。圓盤形過濾元件可以包括一個或多個支撐構件。這些支撐構件優選支撐過濾介質。支撐構件優選為液體可滲透的，即，液體可以從一個表面流到另一個表面，反之亦然。支撐構件可以例如是帶有穿孔的或擴展的板，諸如擴展的或帶有穿孔的金屬板。或者，支撐構件可以是網，諸如由金屬絲紡織、編織、打結、針織或焊接而成的絲網。根據本發明的第二方面，提供了一種過濾組件，其包括至少一個如上所述的圓盤形過濾元件。過濾組件包括通過其將過濾液體送走的中心管。圓盤形過濾元件被裝配在所述中心軸線上。根據本發明的第三方面，提供了圓盤形過濾元件在聚合物過濾方面的使用。
現在將參考附圖對本發明進行更為詳細地描述，其中圖I是根據本發明的圓盤形過濾元件的第一實施例的示意圖；圖2是根據本發明的圓盤形過濾元件的替換實施例的示意圖3是根據本發明的過濾介質的示意圖。
具體實施例方式下列術語只是用于幫助理解本發明。這些定義不應當被解釋成具有比本領域普通技術人員所能理解的范圍小的范圍。纖維的術語“等效直徑”應被理解成其表面與纖維徑向橫截面的平均表面相同的假想圓的直徑。術語“孔隙率應被理解成P=IOO* (Ι-d)，其中d= (Im3的燒結金屬纖維介質的重量)/(SF)，其中SF=每立方米的用于提供燒結金屬纖維介質的金屬纖維的合金的比重。術語“類似環狀”應被理解成具有這樣的形狀，其具有近似圓形的外邊緣，并且內 邊緣包圍外邊緣的中心且通常與外邊緣同心，雖然內邊緣不是必須為圓形。然而優選圓形內邊緣。本發明將關于具體實施例并且參照特定附圖來描述，但是本發明并不受其限制，而只由權利要求限定。所描述的附圖只是示意性的，而非限制性的。在附圖中，出于說明性目的，一些元件的尺寸可能被放大，并且不成比例。尺寸和相對尺寸不與實施本發明的真實縮小相對應。在圖I中示意性地給出了根據本發明的圓盤形過濾元件100的第一實施例。圓盤形過濾元件100包括轂10。轂10具有外壁14、空的內部空間13以及從空的內部空間13延伸至外壁14的至少一個通道12。如圖I所示，轂10為具有中心軸線15的管狀金屬部件。該管狀金屬部件的外壁14具有兩個輪緣16和17，它們為轂的連接裝置。許多通道12貫穿管狀部件的壁設置，從外壁14延伸至空的內部空間13。該圓盤形過濾元件包括上部過濾介質50和下部過濾介質40。上部過濾介質50和下部過濾介質40均包括第一層和第二層。第一層包括非燒結的金屬纖維網，其由直徑在例如4-40 μ m之間的金屬纖維構成。第二層包括非燒結的金屬粉末顆粒，其顆粒大小在例如20 - 500 μ m之間。第一層例如具有O. 25mm的厚度&，第二層具有例如I. 2mm的厚度t2。在替換實施例中，第二層具有O. 6mm的厚度t2。第一層和第二層燒結在一起。上部過濾介質50和下部過濾介質40都為近似環形且近似平坦的過濾介質，它們的直徑近似相等。上部過濾介質50和下部過濾介質40的內邊緣41或51優選近似為圓形，并且優
選與轂的壁14的直徑一致。優選地，上部過濾介質和下部過濾介質由支撐構件20和30支撐。支撐構件20和30例如為第一和第二近似具有相同環形形狀且近似平坦的液體可滲透的支撐構件。支撐構件為液體可滲透的支撐構件，即，液體可以從支撐構件的一個表面流到支撐構件的另一側。可選地，支撐構件可以為帶有穿孔的或擴展的板，諸如擴展的或帶有穿孔的金屬板，或者可以是網，諸如由金屬絲紡織、編織、打結、針織或焊接而成的絲網。在圖I中使用的支撐構件為液體可滲透的板，優選為不銹鋼板，并且優選厚度在O. 5mm - Imm之間。這些板中的每一個上設有開口，諸如近似矩形的狹槽，它們的長邊近似沿圓盤的徑向方向。
支撐構件20和30的內邊緣21和31優選近似為圓形，并且與沿著輪緣的轂10的
壁14的直徑一致。上部過濾介質50與第一支撐構件30的表面發生接觸。下部過濾介質40與支撐構件20的表面發生接觸。然后通過使上部過濾介質50的內邊緣41和第一支撐構件30的內邊緣21接觸輪緣16將上部過濾介質50和第一支撐構件30的組合裝配到轂上。然后通過使第二過濾隔膜50的內邊緣51和第二支撐構件30的內邊緣31接觸輪緣17將下部過濾介質40和第二支撐構件20的組合裝配到轂10上。現在，第一過濾隔膜10的內邊緣41和第一支撐構件的內邊緣21在輪緣16處以液體密封的方式與轂10相連。通過類似的方式，第二過濾隔膜50的內邊緣51和第一支撐構件的內邊緣31在連接裝置處以液體密封的方式與轂10相連。這種連接可以通過任何合適的連接技術(例如，通過膠粘或焊接)來完成。在本實例中，這種連接通過TIG焊接來實現。設有焊接連接部61或62。作為替換，也可以使用其它焊接方法，諸如對接熔焊、電容放電焊接、電阻焊接、超聲波焊接、微等離子體焊接或激光焊接。作為另一種替換方式，可以使用軟焊(諸如高溫軟焊)或燒結、或者銅焊、或者聚合物材料的擠出、流體密封折疊或膠粘來連接轂、過濾隔膜和支撐構件。在后續步驟中，上部過濾介質50、下部過濾介質40、第一支撐構件30和第二支撐構件20的外邊緣22、32、42和52朝向彼此彎曲，并且以流體密封的方式相互固定。這種流體密封固定可以通過任何合適的連接技術來實現，例如優選通過焊接(優選TIG焊接)的方·式實現。設有焊接連接部63。作為替換，也可以使用其它焊接方法，諸如對接焊接、電容放電焊接、電阻焊接、超聲波焊接、微等離子體焊接或激光焊接。作為另一種替換方式，可以使用軟焊(諸如高溫軟焊)或燒結、或者銅焊、或者聚合物材料的擠出、流體密封折疊或膠粘來連接第一過濾隔膜40和第二過濾隔膜50。在圖2中示意性示出了圓盤形過濾元件200的替換實施例。相同的附圖標號指示圖I中的相同特征。在兩個支撐構件20和30之間在空的空間70中設有另外的間隔裝置80。該間隔裝置可以是一個或者可選地多個絲網。該間隔裝置優選由金屬制成。間隔裝置的實例包括不銹鋼絲構成的絲網。 參見圖3，根據本發明的過濾介質30包括具有第一層32和第二層34的分層結構。第一層包括非燒結且非織造的金屬纖維網。第一層的金屬纖維具有例如12μπι的等效直徑。第一層的孔徑大小為40 μ m。第一層具有例如O. 25mm的厚度。第一層的制造方法具體如下通過集束拉伸形成鋼纖維。然后借助例如在GB 1190844中公開的隨機進料設備生產非織造的金屬纖維網。第二層包括非燒結的金屬粉末顆粒層。金屬粉末顆粒的顆粒大小例如在20 —500μπι之間，例如在20 - 40μπι之間。第二層的孔徑大小例如為20 μ m。第二層的厚度例如為1.2mm。所使用的金屬粉末顆粒例如是經研磨的粉末顆粒。在聚合物過濾過程中，第一層保留雜質，并且允許所過濾的液體良好地分配在過濾的介質上，而第二層允許剪切聚合物凝膠。根據本發明的過濾介質的重要優點是，在過濾過程中不形成優選路徑。由于無優選路徑形成，因此在過濾介質中不形成死點。應當理解，盡管在本文中已經針對根據本發明的裝置討論了優選的實施例、具體構造和配置、以及材料，然而可以在不脫離本發明的范圍和精神的情況下在形式和細節方面進行各種改變和修改。
權利要求
1.一種圓盤形過濾元件，用于從所述過濾元件的外側到內側地過濾液體，所述過濾元件包括轂，所述轂限定有貫穿所述轂的中心開口；上部過濾介質和下部過濾介質,所述上部過濾介質和所述下部過濾介質從所述轂沿徑向向外延伸，所述上部過濾介質和所述下部過濾介質包括具有第一層和第二層的分層結構，所述第一層包括非燒結的金屬纖維網，所述第二層包括非燒結的金屬粉末顆粒層，所述第一層和所述第二層燒結在一起。
2.如權利要求I所述的圓盤形過濾元件，其特征在于，所述第一層包含等效直徑在O.5 μ m — 100 μ m之間的金屬纖維。
3.如權利要求I或2所述的圓盤形過濾元件，其特征在于，所述第二層包含顆粒尺寸在20 - 500 μ m之間的金屬粉末顆粒。
4.如前述權利要求中任一項所述所述的圓盤形過濾元件，其特征在于，所述第一層具有厚度h，所述第二層具有厚度t2，所述第二層的所述厚度t2大于所述第一層的所述厚度
5.如前述權利要求中任一項所述的圓盤形過濾元件，其特征在于，所述第一層具有孔隙率P1，所述第二層具有孔隙率P2，所述第一層的所述孔隙率P1大于所述第二層的所述孔隙率p2。
6.如前述權利要求中任一項所述的圓盤形過濾元件，其特征在于，所述第一層的厚度在O. 15 — O. 4mm之間，所述第二層的厚度在O. 5 — 2mm之間。
7.如前述權利要求中任一項所述的圓盤形過濾元件，其特征在于，所述過濾介質由至少一個液體可滲透的支撐構件支撐。
8.如權利要求7所述的圓盤形過濾元件，其特征在于，所述支撐構件包括帶有穿孔的板或網。
9.一種過濾組件，其包括中心管和多個如權利要求I 一 8中任一項所述的圓盤形過濾元件，所述圓盤形過濾元件被裝配在所述中心管上，被過濾的液體通過所述中心軸線被帶走。
10.一種用于制造如權利要求I 一 8中任一項所述的圓盤形過濾元件的方法。
全文摘要
本發明涉及一種用于過濾液體(諸如聚合物)的圓盤形過濾元件。該過濾元件包括轂，所述轂限定有貫穿其中的中心開口；上部過濾介質和下部過濾介質，所述上部過濾介質和所述下部過濾介質從所述轂沿徑向向外延伸。上部過濾介質和下部過濾介質包括具有第一層和第二層的分層結構。第一層包括非燒結的金屬纖維網，第二層包括非燒結的金屬粉末顆粒的層。第一層和第二層燒結在一起。
文檔編號B01D29/01GK102933275SQ201180027254
公開日2013年2月13日 申請日期2011年6月16日 優先權日2010年7月9日
發明者I·席爾德曼斯, S·萬登迪克, M·源 申請人:貝卡爾特公司