專利名稱：圓盤形過濾元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括上、下過濾介質(zhì)的圓盤形過濾元件，所述上、下過濾介質(zhì)中的每一個包括分層結(jié)構(gòu)。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(fā)明還涉及包括許多圓盤形過濾元件的過濾組件。
背景技術(shù)：
圓盤形過濾元件是本領(lǐng)域已知的。圓盤形過濾元件例如被用于過濾聚合物以生產(chǎn)聚合物纖維、聚合物薄膜和聚合物樹脂產(chǎn)品。在聚合物過濾中，過濾器一方面需要捕獲雜質(zhì)，另一方面需要剪切聚合物中含有的凝膠。
本領(lǐng)域中已知將數(shù)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(cè)到內(nèi)側(cè)地穿過圓盤形過濾元件而得到過濾，濾液經(jīng)由穿孔管排出。圓盤形過濾元件的實例例如在以下文獻(xiàn)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(zhì)的圓盤形過濾元件。EP284404描述了包含由多孔燒結(jié)金屬隔膜和多孔燒結(jié)金屬纖維隔膜構(gòu)成的過濾介質(zhì)的圓盤形過濾元件。與這種圓盤形過濾元件相關(guān)的問題是，在過濾過程中會形成優(yōu)選路徑。在經(jīng)過一段時間的使用之后，剪切效果將結(jié)束。優(yōu)選路徑的出現(xiàn)也意味著存在“死點”。死點是液態(tài)流體(諸如聚合物熔體)發(fā)生淤塞的淤塞區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種避免現(xiàn)有技術(shù)缺陷的圓盤形過濾元件。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種具有小的壓降的圓盤形過濾元件。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種圓盤形過濾元件，其使得過濾介質(zhì)能夠?qū)崿F(xiàn)通過過濾介質(zhì)的一致流速。本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種圓盤形過濾元件，從而在過濾過程中不形成優(yōu)選路徑，且因此不形成死點。本發(fā)明的又一目標(biāo)是提供一種包括許多圓盤形過濾元件的組件。根據(jù)本發(fā)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(zhì)和下部過濾介質(zhì)，所述上部過濾介質(zhì)和所述下部過濾介質(zhì)從所述轂沿徑向向外延伸。由上部過濾介質(zhì)和下部過濾介質(zhì)限定的空間限定了過濾元件的內(nèi)部。優(yōu)選地，從過濾元件的外側(cè)到過濾元件的內(nèi)側(cè)地完成過濾，例如聚合物的過濾。上部和下部過濾介質(zhì)包括分層結(jié)構(gòu)，其具有第一層和第二層。第一層包括金屬纖維網(wǎng)，第二層包括金屬粉末顆粒。第一層和第二層燒結(jié)在一起。優(yōu)選地，第一層包括非燒結(jié)的金屬纖維網(wǎng)。優(yōu)選地，第二層包括非燒結(jié)的金屬粉末顆粒層。在優(yōu)選實施例中，第一層包括非燒結(jié)的金屬纖維網(wǎng)，第二層包括非燒結(jié)的金屬粉末顆粒的層。上部和下部過濾介質(zhì)均包括分層結(jié)構(gòu)，其具有第一層和第二層。第一層包括非燒結(jié)的金屬纖維網(wǎng)，第二層包括非燒結(jié)的金屬粉末顆粒。第一和第二層燒結(jié)在一起。根據(jù)本發(fā)明的過濾介質(zhì)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(cè)，第二層(即，包含金屬粉末顆粒的層)位于過濾元件的流出側(cè)。第一層的功能是留下雜質(zhì)，并且允許所過濾的液體良好地分配在介質(zhì)上。第二層的功能是剪切聚合物凝膠。將第一和第二層燒結(jié)在一起對于本發(fā)明而言是必不可少的。通過將第一和第二層燒結(jié)在一起，避免了在第一和第二層之間形成優(yōu)選路徑。在現(xiàn)有技術(shù)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(jié)的介質(zhì)之間存在間隙。這種間隙例如是由單獨介質(zhì)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(xiàn)有技術(shù)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(yōu)選路徑，且因此形成死點。根據(jù)本發(fā)明的圓盤形過濾元件將不具有由這些優(yōu)選路徑帶來的問題。第一層第一層優(yōu)選包括非織造的金屬纖維網(wǎng)。這些纖維優(yōu)選具有0.5μπι — ΙΟΟμπι之間的等效直徑。更優(yōu)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(xiàn)有技術(shù)中已知的任何技術(shù)來獲得，它們可以例如通過集束拉伸或者通過箔削刮技術(shù)來獲得。該非織造的金屬纖維網(wǎng)優(yōu)選是非燒結(jié)的。可能地，非織造的金屬纖維網(wǎng)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(yōu)選高于50%，更優(yōu)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(yōu)選在O. 15 — O. 4mm之間，更優(yōu)選地在O. 2 —
O.25mm 之間。第一層可以由一個金屬纖維網(wǎng)構(gòu)成，或者可以包括一垛不同的金屬纖維網(wǎng)，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(yōu)選地，第一層中的各金屬纖維網(wǎng)不是單獨燒結(jié)的，并且這垛金屬纖維網(wǎng)是非燒結(jié)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(jīng)研磨的粉末顆?；蛘呓?jīng)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?；蛘呔哂胁灰?guī)則形狀的金屬粉末顆粒均適用。短金屬纖維的不規(guī)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(zhì)方面特別有效。
這些顆粒的顆粒大小優(yōu)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(yōu)選在5 - 40%之間，更優(yōu)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(yōu)選在O. 5 — 2mm之間，更優(yōu)選地在O. 8 —
I.2mm之間。優(yōu)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(yōu)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(dāng)分配層，并且在過濾過程中不會發(fā)生堵塞。因此，第一層優(yōu)選是薄的且多孔的，即，第一層優(yōu)選比第二層薄，第一層的孔隙率優(yōu)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(yōu)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F(xiàn)e、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(yōu)選第一層和第二層由相同材料制成。上部過濾介質(zhì)和下部過濾介質(zhì)優(yōu)選是相同的。轂優(yōu)選由金屬制成，諸如不銹鋼金屬。在優(yōu)選實施例中，轂包括管狀金屬部件，其上設(shè)有許多從管狀部件的外壁延伸至管狀部件的內(nèi)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(gòu)件。這些支撐構(gòu)件優(yōu)選支撐過濾介質(zhì)。支撐構(gòu)件優(yōu)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(gòu)件可以例如是帶有穿孔的或擴(kuò)展的板，諸如擴(kuò)展的或帶有穿孔的金屬板?；蛘?，支撐構(gòu)件可以是網(wǎng)，諸如由金屬絲紡織、編織、打結(jié)、針織或焊接而成的絲網(wǎng)。根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)地描述，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的圓盤形過濾元件的第一實施例的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的圓盤形過濾元件的替換實施例的示意圖3是根據(jù)本發(fā)明的過濾介質(zhì)的示意圖。
具體實施例方式下列術(shù)語只是用于幫助理解本發(fā)明。這些定義不應(yīng)當(dāng)被解釋成具有比本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所能理解的范圍小的范圍。纖維的術(shù)語“等效直徑”應(yīng)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(shù)語“孔隙率應(yīng)被理解成P=IOO* (Ι-d)，其中d= (Im3的燒結(jié)金屬纖維介質(zhì)的重量)/(SF)，其中SF=每立方米的用于提供燒結(jié)金屬纖維介質(zhì)的金屬纖維的合金的比重。術(shù)語“類似環(huán)狀”應(yīng)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(nèi) 邊緣包圍外邊緣的中心且通常與外邊緣同心，雖然內(nèi)邊緣不是必須為圓形。然而優(yōu)選圓形內(nèi)邊緣。本發(fā)明將關(guān)于具體實施例并且參照特定附圖來描述，但是本發(fā)明并不受其限制，而只由權(quán)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(fā)明的真實縮小相對應(yīng)。在圖I中示意性地給出了根據(jù)本發(fā)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(nèi)部空間13以及從空的內(nèi)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?yōu)檩灥倪B接裝置。許多通道12貫穿管狀部件的壁設(shè)置，從外壁14延伸至空的內(nèi)部空間13。該圓盤形過濾元件包括上部過濾介質(zhì)50和下部過濾介質(zhì)40。上部過濾介質(zhì)50和下部過濾介質(zhì)40均包括第一層和第二層。第一層包括非燒結(jié)的金屬纖維網(wǎng)，其由直徑在例如4-40 μ m之間的金屬纖維構(gòu)成。第二層包括非燒結(jié)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(jié)在一起。上部過濾介質(zhì)50和下部過濾介質(zhì)40都為近似環(huán)形且近似平坦的過濾介質(zhì)，它們的直徑近似相等。上部過濾介質(zhì)50和下部過濾介質(zhì)40的內(nèi)邊緣41或51優(yōu)選近似為圓形，并且優(yōu)
選與轂的壁14的直徑一致。優(yōu)選地，上部過濾介質(zhì)和下部過濾介質(zhì)由支撐構(gòu)件20和30支撐。支撐構(gòu)件20和30例如為第一和第二近似具有相同環(huán)形形狀且近似平坦的液體可滲透的支撐構(gòu)件。支撐構(gòu)件為液體可滲透的支撐構(gòu)件，即，液體可以從支撐構(gòu)件的一個表面流到支撐構(gòu)件的另一側(cè)。可選地，支撐構(gòu)件可以為帶有穿孔的或擴(kuò)展的板，諸如擴(kuò)展的或帶有穿孔的金屬板，或者可以是網(wǎng)，諸如由金屬絲紡織、編織、打結(jié)、針織或焊接而成的絲網(wǎng)。在圖I中使用的支撐構(gòu)件為液體可滲透的板，優(yōu)選為不銹鋼板，并且優(yōu)選厚度在O. 5mm - Imm之間。這些板中的每一個上設(shè)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(gòu)件20和30的內(nèi)邊緣21和31優(yōu)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(zhì)50與第一支撐構(gòu)件30的表面發(fā)生接觸。下部過濾介質(zhì)40與支撐構(gòu)件20的表面發(fā)生接觸。然后通過使上部過濾介質(zhì)50的內(nèi)邊緣41和第一支撐構(gòu)件30的內(nèi)邊緣21接觸輪緣16將上部過濾介質(zhì)50和第一支撐構(gòu)件30的組合裝配到轂上。然后通過使第二過濾隔膜50的內(nèi)邊緣51和第二支撐構(gòu)件30的內(nèi)邊緣31接觸輪緣17將下部過濾介質(zhì)40和第二支撐構(gòu)件20的組合裝配到轂10上?，F(xiàn)在，第一過濾隔膜10的內(nèi)邊緣41和第一支撐構(gòu)件的內(nèi)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(nèi)邊緣51和第一支撐構(gòu)件的內(nèi)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(shù)(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(xiàn)。設(shè)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(jié)、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(gòu)件。在后續(xù)步驟中，上部過濾介質(zhì)50、下部過濾介質(zhì)40、第一支撐構(gòu)件30和第二支撐構(gòu)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(shù)來實現(xiàn)，例如優(yōu)選通過焊接(優(yōu)選TIG焊接)的方·式實現(xiàn)。設(shè)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(jié)、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(biāo)號指示圖I中的相同特征。在兩個支撐構(gòu)件20和30之間在空的空間70中設(shè)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(wǎng)。該間隔裝置優(yōu)選由金屬制成。間隔裝置的實例包括不銹鋼絲構(gòu)成的絲網(wǎng)。 參見圖3，根據(jù)本發(fā)明的過濾介質(zhì)30包括具有第一層32和第二層34的分層結(jié)構(gòu)。第一層包括非燒結(jié)且非織造的金屬纖維網(wǎng)。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(jī)進(jìn)料設(shè)備生產(chǎn)非織造的金屬纖維網(wǎng)。第二層包括非燒結(jié)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(jīng)研磨的粉末顆粒。在聚合物過濾過程中，第一層保留雜質(zhì)，并且允許所過濾的液體良好地分配在過濾的介質(zhì)上，而第二層允許剪切聚合物凝膠。根據(jù)本發(fā)明的過濾介質(zhì)的重要優(yōu)點是，在過濾過程中不形成優(yōu)選路徑。由于無優(yōu)選路徑形成，因此在過濾介質(zhì)中不形成死點。應(yīng)當(dāng)理解，盡管在本文中已經(jīng)針對根據(jù)本發(fā)明的裝置討論了優(yōu)選的實施例、具體構(gòu)造和配置、以及材料，然而可以在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下在形式和細(xì)節(jié)方面進(jìn)行各種改變和修改。
權(quán)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(cè)到內(nèi)側(cè)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(zhì)和下部過濾介質(zhì),所述上部過濾介質(zhì)和所述下部過濾介質(zhì)從所述轂沿徑向向外延伸，所述上部過濾介質(zhì)和所述下部過濾介質(zhì)包括具有第一層和第二層的分層結(jié)構(gòu)，所述第一層包括非燒結(jié)的金屬纖維網(wǎng)，所述第二層包括非燒結(jié)的金屬粉末顆粒層，所述第一層和所述第二層燒結(jié)在一起。
2.如權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(zhì)由至少一個液體可滲透的支撐構(gòu)件支撐。
8.如權(quán)利要求7所述的圓盤形過濾元件，其特征在于，所述支撐構(gòu)件包括帶有穿孔的板或網(wǎng)。
9.一種過濾組件，其包括中心管和多個如權(quán)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(quán)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(fā)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(zhì)和下部過濾介質(zhì)，所述上部過濾介質(zhì)和所述下部過濾介質(zhì)從所述轂沿徑向向外延伸。上部過濾介質(zhì)和下部過濾介質(zhì)包括具有第一層和第二層的分層結(jié)構(gòu)。第一層包括非燒結(jié)的金屬纖維網(wǎng)，第二層包括非燒結(jié)的金屬粉末顆粒的層。第一層和第二層燒結(jié)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(yōu)先權(quán)日2010年7月9日
發(fā)明者I·席爾德曼斯, S·萬登迪克, M·源 申請人:貝卡爾特公司