RU2584206C1 - Фильтрующий материал - Google Patents
Фильтрующий материал Download PDFInfo
- Publication number
- RU2584206C1 RU2584206C1 RU2015116766/05A RU2015116766A RU2584206C1 RU 2584206 C1 RU2584206 C1 RU 2584206C1 RU 2015116766/05 A RU2015116766/05 A RU 2015116766/05A RU 2015116766 A RU2015116766 A RU 2015116766A RU 2584206 C1 RU2584206 C1 RU 2584206C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sodium
- glass
- natural sand
- gas
- filters
- Prior art date
Links
Landscapes
- Filtering Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к прикладной химии, а именно к фильтрующим материалам (ФМ) на основе природного песка, предназначенным для изготовления фильтров очистки высокотемпературных газов от мелкодисперсных частиц и шлаковых образований в газогенераторах на твердых топливах. Предложенный ФМ содержит натриевое стекло (или смесь его с калиевым стеклом), натрий кремнефтористый и природный песок с размером частиц 0,5-1,0 мм. Фильтрующий материал отличается улучшенной воспроизводимостью основных характеристик, меньшим размером пор, большей прочностью, сохранением механических свойств при повышенной влажности воздуха, доступностью, дешевизной, обладает хорошими технологическими и эксплуатационными свойствами. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Предлагаемое изобретение относится к прикладной химии, а именно к фильтрующим материалам (ФМ) на основе природного песка, предназначенным для изготовления фильтров очистки высокотемпературных газов от мелкодисперсных частиц и шлаковых образований в газогенераторах на твердых топливах (ГГТТ), используемых в средствах оперативного наддува различных спасательных устройств, в качестве источника сжатого газа в различных исполнительных механизмах, в устройствах газового пожаротушения и во многих других областях.
Основными характеристиками указанных ФМ, определяющими работоспособность и эффективность фильтров и газогенераторов в целом, являются пористость, газопроницаемость и размер пор. Чем выше пористость и газопроницаемость материала (и, соответственно, ниже газодинамическое сопротивление) и меньше размер пор (и, соответственно, меньше размер улавливаемых им частиц в фильтруемом газе), тем эффективнее ФМ. Важную роль для ФМ, используемых в фильтрах ГГТТ, играют также такие характеристики, как термостойкость, прочность и деформативность. Чем выше температура плавления и разложения, чем больше прочность при сжатии и ниже деформативность, тем эффективнее ФМ. Это обусловлено особенностью функционирования фильтров в газогенераторах на твердых топливах, которая заключается в том, что они должны работать в условиях высоких температур фильтруемого газа (от 300 до 1000°C, а во многих случаях и выше), больших перепадов давления на фильтре (от единиц до десятков МПа) и относительно больших газорасходов (от единиц до сотен литров в секунду). Под действием указанных факторов в процессе работы ГГТТ используемые в фильтрах ФМ могут плавиться, разлагаться и деформироваться, соответственно, уменьшая размер пор, пористость и газопроницаемость фильтра, что может приводить к скачкам внутрикамерного давления, неуправляемым изменениям режима газорасхода и другим аномалиям в работе ГГТТ, а в некоторых случаях - к его разрыву. Для исключения таких эффектов ФМ должен иметь температуру плавления и разложения выше температуры фильтруемого газа и высокую прочность при отсутствии (или низкой величине) деформации при перепадах давления на фильтре, реализуемых в ГГТТ. Возможность применения ФМ в фильтрах твердотопливных газогенераторов зависит также от их стоимости, доступности сырья, технологичности, стабильности и ряда других факторов.
В настоящее время известен ряд ФМ на основе природного песка, применяемых в фильтрах моноблочного вида в газогенераторах на твердых топливах: свидетельство РФ на полезную модель №28223 (опубл. 10.03.2003 г.), заявка на изобретение РФ №2005137240 (опубл. 10.08.2007 г.), патент РФ №2429898 (опубл. 27.09.2011 г.).
Эти ФМ уступают в прочности наилучшим известным фильтроматериалам из стали, никеля, латуни и других металлов и сплавов (пористым проницаемым материалам (ППМ)). Но имеют преимущества по ряду других характеристик. В частности, они имеют больший уровень пористости и газопроницаемости при приемлемом размере пор. Важно отметить, что ФМ этого вида используются в применяемых в практике газогенераторах на твердых топливах и подтвердили свою работоспособность при воздействиях всего комплекса факторов присущих работе ГГТТ. Кроме того, они включают более доступные и на порядок более дешевые компоненты и существенно более технологичны, позволяя простыми способами изготавливать из них фильтры различных форм и размеров.
При этом недостатком аналогов по свидетельству РФ на ПМ №28223 и патенту РФ №2429898 является низкая температура разложения (на уровне 400-420°C), что ограничивает область применения газогенераторов с использованием таких фильтрующих материалов. При использовании в ТТГГ газогенерирующих составов с более высокими температурами выделяемого при горении газа (а это наиболее широкий в настоящее время класс газогенерирующих топливных составов) применяемые в фильтрах материалы-аналоги могут разлагаться, резко снижая прочность, деформироваться, уменьшать размер пор и газопроницаемость. Это может приводить к непрогнозируемым изменениям режима работы и другим аномалиям в работе ГГТТ.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является ФМ по заявке на изобретение РФ №2005137240 (опубл. 10.06.2007 г.), принятый за прототип, включающий природный песок и натриевое стекло.
Известный ФМ, по сравнению с другими аналогами, имеет преимущество: существенно более высокую температуру разложения (на уровне 900°C) и, соответственно, сохраняет свои основные характеристики неизменными до указанного уровня температуры. Это позволяет использовать в ГГТТ с фильтрами из такого ФМ газогенерирующие составы с существенно более высокими температурами выделяемого при горении газа.
Однако прототип обладает рядом недостатков. Изготавливаемые из него фильтры имеют большие разбросы основных характеристик: пористости, газопроницаемости, размеров пор и прочности. Кроме того, прочность изготовленных из него фильтров существенно снижается в условиях повышенной относительной влажности воздуха. Указанные выше недостатки приводят к большим разбросам основных характеристик ГГТТ, непрогнозируемым изменениям режимов работы и различным аномалиям в их работе.
Следует отметить, что помимо натриевого стекла промышленностью выпускается значительное количество марок жидкого стекла, представляющих собой водные растворы силикатов натрия и калия в различных соотношениях. В прототипе в качестве связующего используется только один вид жидкого стекла - натриевое, что сужает сырьевую базу.
Применение ФМ по прототипу в фильтрах ГГТТ в указанных выше областях применения ведет к увеличению массогабаритных параметров ГГТТ и устройств на их основе, создает опасность невоспроизводимости основных характеристик средств спасения, исполнительных механизмов и средств пожаротушения, несанкционированных режимов работы этих устройств и их ненадежности, а разрыв ГГТТ от скачка давления приводит не только к несрабатыванию указанных средств, но и к дополнительной угрозе жизни людей, прибегшим в аварийной ситуации к этим средствам.
Указанные обстоятельства делают невозможным использование ФМ по прототипу во многих областях применения либо приводят к ухудшению основных показателей устройств на базе такого ФМ в областях, где возможно его применение. В целом это ведет к сужению диапазона областей применения фильтрующего материала.
Задачей предлагаемого изобретения является создание имеющего высокие эксплуатационные свойства и обеспечивающего расширение диапазона областей его применения и номенклатуры устройств, в которых он может применяться, фильтрующего материала на основе природного песка и натриевого песка, за счет существенного снижения разбросов основных характеристик, расширения номенклатуры связующих, увеличения прочности и снижения отрицательного влияния на нее влажности при одновременном сохранении достоинств ФМ на уровне прототипа в части повышенной температуры разложения и пористости.
Поставленная задача решается предлагаемым составом фильтрующего материала, который содержит природный песок и натриевое стекло. Особенность заключается в том, что в состав введен натрий кремнефтористый, а размер частиц природного песка составляет 0,5-1,0 мм, при следующем соотношении компонентов, мас. %:
натриевое стекло | 4,0-6,0 |
натрий кремнефтористый | 0,6-1,0 |
природный песок с размером частиц | |
0,5-1,0 мм | остальное |
В частности, фильтрующий материал содержит смесь натриевого и калиевого стекла в соотношении от 99,9:0,1 до 90,0:10,0.
Природный песок является твердым, дисперсным наполнителем, в основном, обеспечивающим построение матрицы пористой структуры фильтрующего материала с определенным уровнем профилирующих характеристик: пористости, размера пор и газопроницаемости.
Натриевое стекло или смесь натриевого и калиевого стекол в рецептуре выполняют роль связующего, обеспечивающего, в основном, технологические и механические свойства ФМ. При значительном содержании этого компонента в рецептуре, его количество начинает влиять также на газопроницаемость и размер пор.
Натрий кремнефтористый является отвердителем жидкого натриевого и калиевого стекла.
Технология приготовления заявляемого ФМ и изготовления из него фильтров использует широко применяемые в технике способы и оборудование. Она включает в себя следующие основные операции: очистку от инородных примесей, сушку и выделение на ситах требуемой фракции природного песка, приготовление смеси жидкого стекла и отвердителя в требуемом по рецептуре соотношении, смешение песка с приготовленной смесью жидкого стекла и отвердителя в требуемом по рецептуре соотношении, формование навески приготовленной смеси компонентов в пресс-форме при небольшом давлении и нормальной температуре, отверждение изделия в пресс-форме по ступенчатому режиму: сначала при температуре 80-100°C и затем - при более высокой температуре под небольшим вакуумом (оптимальные давление подпрессовки при формовании и режимы отверждения зависят от качества компонентов, массы и размеров изделия и подбираются опытным путем для каждого вида изделия) и выпрессовку изделия из пресс-формы.
В таблице приведены характеристики заявляемого ФМ для различного процентного содержания компонентов, при введении добавки калиевого стекла и при разной дисперсности фракций песка в сравнении с прототипом.
Рецептуры №№2, 3, 4 показали оптимальные результаты.
Расширение используемой фракции песка в сторону уменьшения нижней границы допустимых размеров частиц (менее 0,5 мм) ведет к значительному снижению размера пор. При этом существенно уменьшается газопроницаемость и значительно увеличиваются разбросы размеров пор и газопроницаемости (таблица). Увеличение верхней границы допустимых размеров частиц (более 1,0 мм) приводит к росту газопроницаемости. Однако при этом существенно увеличиваются верхний предел размера пор и разбросы как этих характеристик, так и прочности ФМ (таблица).
Уменьшение содержания стекла в рецептуре менее 4% вызывает существенное ухудшение прочности материала и значительное увеличение разбросов этого показателя (таблица). При этом резко ухудшаются технологические свойства материала. Увеличение его содержания свыше 6,0% незначительно увеличивает прочность ФМ, но ведет к существенному увеличению относительной деформации и снижению коэффициента газопроницаемости и уменьшению размера пор (таблица). Введение калиевого стекла вместо части (до 10% от всего количества стекла) натриевого стекла не ухудшает характеристики ФМ (таблица).
Уменьшение содержания натрия кремнефтористого в рецептуре менее 0,6% приводит к значительному снижению прочности материала. Увеличение его содержания более 1,0% нецелесообразно ввиду того, что при этом прочность ФМ практически не повышается (таблица), то есть происходит насыщение рецептуры отвердителем.
Сравнение заявляемого ФМ с прототипом показывает, что они содержат два одинаковых компонента: природный песок и натриевое стекло. Но заявляемый ФМ дополнительно включает новый компонент - натрий кремнефтористый, имеет существенно отличающийся фракционный состав природного песка и может дополнительно (до 10%) включать калиевое стекло.
Преимуществами заявляемого ФМ по сравнению с прототипом являются: более высокие уровни прочности и механических характеристик при повышенной влажности воздуха, существенно меньший верхний предел размера пор, существенно меньшие разбросы основных и механических характеристик и возможность использования в рецептуре смеси натриевого и калиевого стекол вместо чистого натриевого стекла. По остальным характеристикам он находится на том же уровне.
Сравнение заявляемого ФМ с прототипом и известными аналогами показывает, что в технике отсутствует фильтрующий материал, в котором имело бы место предложенное сочетание компонентов. Но именно такое их сочетание обусловило решение поставленной задачи по созданию фильтрующего материала на основе природного песка, обеспечивающего высокие эксплуатационные свойства и расширение диапазона областей его применения и номенклатуры устройств, в которых он может быть использован, за счет существенного снижения разбросов основных характеристик, уменьшения размера пор, повышения прочности и сохранения уровня этого показателя при повышенной влажности, возможности использования в рецептуре смеси натриевого и калиевого стекол вместо чистого натриевого стекла, при одновременном сохранении достоинств прототипа в части температуры разложения и пористости.
Использование предлагаемого ФМ в фильтрах ГГТТ позволяет существенно уменьшить разбросы основных характеристик (внутрикамерного давления, режимов газорасхода, времени выхода на режим, основного времени работы и других характеристик), уменьшить массогабаритные параметры газогенераторов, повысить удельную газопроизводительность с единицы массы и объема, повысить надежность и безопасность ГГТТ и устройств на их базе и тем самым - значительно расширить диапазон областей применения и номенклатуру устройств, в которых он может использоваться.
Заявляемый фильтрующий материал не вызывает затруднений при изготовлении из него фильтров. Используемый в нем песок широко распространен в природе, а все другие компоненты производятся промышленностью, доступны и дешевы.
Фильтры из заявляемого ФМ прошли огневые испытания в ряде модельных газогенераторов и подтвердили свою эффективность.
Таким образом, предлагаемое техническое решение практически реализуемо и удовлетворяет существующую потребность в дешевом и доступном фильтрующем материале с широким диапазоном областей применения.
Claims (2)
1. Фильтрующий материал, включающий природный песок и натриевое стекло, отличающийся тем, что дополнительно содержит натрий кремнефтористый, а размер частиц природного песка составляет 0,5-1,0 мм, при следующем соотношении компонентов, % мас.:
натриевое стекло 4,0-6,0
натрий кремнефтористый 0,6-1,0
природный песок с размером частиц
0,5-1,0 мм остальное
2. Фильтрующий материал по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит калиевое стекло, при этом соотношение натриевого и калиевого стекла в их смеси составляет от 99,9:0,1 до 90,0:10,0.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015116766/05A RU2584206C1 (ru) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | Фильтрующий материал |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015116766/05A RU2584206C1 (ru) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | Фильтрующий материал |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2584206C1 true RU2584206C1 (ru) | 2016-05-20 |
Family
ID=56012006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015116766/05A RU2584206C1 (ru) | 2015-04-30 | 2015-04-30 | Фильтрующий материал |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2584206C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU139512A1 (ru) * | 1960-12-29 | 1961-11-30 | Р.И. Авдюшина | Керамический фильтр дл очистки, например, бензина |
SU1754163A1 (ru) * | 1990-10-03 | 1992-08-15 | Харьковский Институт Механизации И Электрификации Сельского Хозяйства | Фильтрующий материал на основе кварца |
RU2184600C2 (ru) * | 2000-08-24 | 2002-07-10 | Уфимский государственный нефтяной технический университет | Активный обезжелезивающий фильтрующий материал |
RU2005137240A (ru) * | 2005-12-01 | 2007-06-10 | ООО "Научно-производственное предпри тие "Системыбезопасности" (RU) | Способ пожаротушения, устройство и распылитель (варианты) для его реализации |
-
2015
- 2015-04-30 RU RU2015116766/05A patent/RU2584206C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU139512A1 (ru) * | 1960-12-29 | 1961-11-30 | Р.И. Авдюшина | Керамический фильтр дл очистки, например, бензина |
SU1754163A1 (ru) * | 1990-10-03 | 1992-08-15 | Харьковский Институт Механизации И Электрификации Сельского Хозяйства | Фильтрующий материал на основе кварца |
RU2184600C2 (ru) * | 2000-08-24 | 2002-07-10 | Уфимский государственный нефтяной технический университет | Активный обезжелезивающий фильтрующий материал |
RU2005137240A (ru) * | 2005-12-01 | 2007-06-10 | ООО "Научно-производственное предпри тие "Системыбезопасности" (RU) | Способ пожаротушения, устройство и распылитель (варианты) для его реализации |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE112005000638B4 (de) | Verfahren zur Herstellung eines porösen keramischen Körpers | |
Zhu et al. | Coal fly ash industrial waste recycling for fabrication of mullite-whisker-structured porous ceramic membrane supports | |
RU2017144428A (ru) | Способ изготовления пористых тел с улучшенными свойствами | |
JP2014510836A (ja) | 焼結された粉末および金属繊維の多孔質金属膜 | |
UA102217C2 (ru) | Композитный материал с высокой прочностью сцепления, способ получения и применения, в частности, в сигаретных фильтрах | |
CN104894418A (zh) | 一种原位合成尖晶石晶须增强铝基复合泡沫及其制备方法 | |
EA200702434A1 (ru) | Носитель катализатора (варианты) и способ его получения | |
UA101024C2 (ru) | Композитный материал с высокой прочностью сцепления, способ получения и применения, в частности в папиросных фильтрах | |
ES2663267T3 (es) | Polvo de metal prealeado, proceso para obtenerlo, y herramientas de corte producidas con el mismo | |
RU2584206C1 (ru) | Фильтрующий материал | |
Jaroniec et al. | Evaluation of energetic heterogeneity and microporosity of activated carbon fibers on the basis of gas adsorption isotherms | |
RU2010106233A (ru) | Композиции для литья, отливки из нее и способы изготовления отливки | |
CN102633532B (zh) | 一种高温高压无机过滤膜及其制备方法 | |
Nurjaya et al. | Thermal effect on flexural strength of geopolymer matrix composite with alumina and wollastonite as fillers | |
Salvini et al. | High temperature Al2O3-CA6 insulating foamed ceramics: processing and properties | |
RU2429898C1 (ru) | Фильтрующий материал | |
CN110191867B (zh) | 煤灰的改性方法及混凝土混合材料用粉煤灰的制造方法 | |
RU2488566C1 (ru) | Керамическая масса | |
KR20190113502A (ko) | 콘크리트 조성물 및 그 제조방법 | |
JP2016034633A (ja) | ハロゲン化物吸収剤 | |
RU2507057C1 (ru) | Полизернистая масса для изготовления высокоструктурного абразивного инструмента | |
RU2013151117A (ru) | Способ изготовления фильтрующего материала | |
US8992651B2 (en) | Ceramic filter and method for manufacturing the same | |
RU2536576C2 (ru) | Состав абразивной массы для изготовления высокоструктурного абразивного инструмента | |
RU2493956C1 (ru) | Состав абразивной массы для изготовления высокоструктурного инструмента |