УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ФИЛЬТРАЦИИ ПОЛИМЕРНОГО РАСПЛАВА
POLYMER MELT FILTRATION DEVICE AND METHOD

Изобретение относится к устройству для фильтрации полимерного расплава.
Известны устройства для фильтрации, в частности фильтрации больших поверхностей, полимерного расплава, у которых для фильтрации полимерного расплава используется расположенная в фильтровальном баке фильтровальная свеча, причем такая фильтровальная свеча образована, как правило, посредством держателя фильтра и фильтровального чулка в качестве фильтрующей среды. Такое устройство внедрено в большинстве случае в непрерывный процесс, при котором полимерный расплав с высоким содержанием вторичного сырья снова преобразовывается в высококачественный исходный продукт, например, полимерный гранулят. Для того чтобы была возможность обеспечивать постоянное высокое качество исходного продукта и для того чтобы предотвращать блокировку фильтровальной свечи, фильтровальный чулок фильтровальной свечи должен регулярно заменяться, что приводит к регулярному прерыванию процесса и влечет за собой дополнительные трудозатраты для персонала.
Вышеописанное устройство известно, например, из патентной заявки CN 102241125 В, причем устройство, известное из CN 102241125 В, имеет две фильтровальные свечи, которые расположены соответственно в независимых друг от друга фильтровальных баках. Фильтровальные баки присоединены соответственно через один канал расплава к впускному клапану, причем через впускной клапан полимерный расплав может подаваться лишь соответственно в один из обоих фильтровальных баков. Таким образом, в режиме фильтрации устройства лишь всегда один фильтровальный бак нагружается полимерным расплавом, а другой фильтровальный бак, который не нагружается полимерным расплавом, может в это время очищаться, и фильтровальный чулок фильтровальной свечи может заменяться.
У устройства, известного из патентной заявки CN 102241125 В, недостатком оказалось то, что устройство должно выполняться очень большим, для того чтобы получать достаточно большую поверхность фильтрации для фильтрации полимерного расплава, чтобы интервалы замены фильтровального чулка фильтровальных свечей, расположенных в фильтровальном баке, находились как можно дальше друг от друга. Однако благодаря величине устройства требуется очень много установочного пространства, и оказалось затруднительным располагать устройство как часть большей установки таким образом, что имеется в распоряжении достаточное пространство, для того чтобы была возможность быстро и эффективно заменять фильтровальные чулки. И хотя посредством устройства может достигаться непрерывная фильтрация полимерного расплава, тем не менее благодаря малой поверхности фильтрации устройства и требующей много времени замене фильтровальных чулок при сильно загрязненном полимерном расплаве может иметь место то, что один человек для обеспечения непрерывной фильтрации занят только тем, чтобы поочередно заменять фильтровальные чулки фильтровальных свечей в фильтровальных баках.
Кроме этого, известны устройства для фильтрации полимерных расплавов, которые имеют множество расположенных в одном фильтровальном баке фильтровальных свечей. Такое устройство известно, например, из DE 19636067 Al, JP H10 244576 А и WO 02/056997 А1.
Дальнейшие устройства для фильтрации различных сред известны из US 5,279,733 A, US 5,462,653 A, US 4,921,607 A, WO 02/42054 A1, US 3,670,895 А и US 2,440,487 А.
US 3,896,029 А раскрывает клапан, который делает возможным переключение между двумя отдельными фильтрами, без того чтобы доходило до прерывания потока материала на выходе фильтров.
US 3,940,222 раскрывает клапанный блок смены фильтров для управления подачей расплава в фильтрующие среды.
Задачей данного изобретения является предоставление устройства, у которого трудозатраты персонала по удержанию устройства в режиме фильтрации очень низки, а нефильтрованные отходы предотвращаются.
Согласно изобретению эта задача решается с помощью устройства, которое имеет впускной клапан, выпускной клапан и фильтровальный бак. В фильтровальном баке выполнена полость, которая может закрываться съемной крышкой. В полость входит канал расплава, причем в полости расположено множество фильтровальных свечей. Фильтровальные свечи образованы соответственно посредством держателя фильтра и фильтровального чулка, причем держатель фильтра закреплен анкерным креплением в фильтровальном баке и включает в себя стенку с множеством отверстий, которая задает внутреннее пространство, которое через выпуск впадает в сборный канал. Фильтровальный чулок выполнен таким образом, что он перекрывает отверстия держателя фильтра, причем отдельные фильтровальные чулки зафиксированы крышкой на держателях фильтров. Предпочтительно и стенка держателя фильтра, и фильтровальный чулок выполнены в виде полых цилиндров. Канал расплава примыкает к впускному клапану и может при помощи впускного клапана соединяться с прохождением текучей среды с впускным каналом. Сборный канал примыкает к выпускному клапану и может при помощи выпускного клапана соединяться с прохождением текучей среды с выпускным каналом. Устройство имеет сообщающийся с впускным клапаном вентиляционный канал и сообщающийся с выпускным клапаном дренажный канал, причем канал расплава может соединяться впускным клапаном с вентиляционным каналом, а сборный канал может соединяться выпускным клапаном с дренажным каналом.
Это имеет то преимущество, что полость фильтровального бака может перед заменой фильтровальных чулок продуваться газом, в частности воздухом. Продувка полости облегчает замену фильтровальных свечей, и предотвращается то, что благодаря замене неочищенный материал покидает устройство через выпускной канал.
Благодаря исполнению множества фильтровальных свечей в одной единственной полости фильтровального бака получено то преимущество, что поверхность фильтрации устройства повышается, и вследствие этого устройство остается пригодным к эксплуатации в течение более длительного промежутка времени, причем фильтровальный бак может при большей по сравнению с обычными фильтровальными устройствами поверхности фильтрации выполняться таким же или даже меньшим. Вследствие этого период между заменой фильтровальных чулок становится больше, и таким образом трудозатраты персонала по удержанию устройства в режиме фильтрации становятся меньше.
Кроме этого, в данном изобретении все фильтровальные чулки расположенных в полости фильтровального бака фильтровальных свечей зафиксированы крышкой на держателях фильтров. Для замены фильтровальных свечей должна вследствие этого лишь сниматься крышка, вследствие чего фильтровальные чулки свободно доступны в полости и могут при помощи инструмента или вручную, само собой разумеется при соблюдении соответствующих мер защиты, просто стягиваться или сниматься с держателей фильтров. Таким образом, продолжительность замены множества фильтровальных чулок фильтровальных свечей очень низка.
В наиболее предпочтительном варианте осуществления устройство может бесконтактным образом обогреваться окружающим фильтровальный бак на расстоянии нагревательным стаканом. Вследствие этого получено то преимущество, что фильтровальный бак может обогреваться на большой области, и, несмотря на это, благодаря простому снятию нагревательного стакана возможна быстрая замена фильтровальных свечей.
Предпочтительно впускной клапан и выпускной клапан образованы посредством поворотных и/или скользящих клапанов. Вследствие этого обеспечено преимущество простого управления подводом полимерного расплава в полость и отводом полимерного расплава из сборного канала. Наиболее предпочтительно впускной клапан и выпускной клапан могут управляться электронным образом.
Предпочтительно канал расплава и сборный канал выполнены, по меньшей мере, в одной стенке фильтровального бака в области боковой стороны фильтровального бака. Вследствие этого сквозь полость фильтровального бака и внутренне пространство держателей фильтров полимерный расплав протекает в режиме фильтрации по существу в противоположном направлении, то есть в противотоке. Из этого следует то преимущество, что устройство в целом может выполняться более компактным. Одновременно возникает вследствие этого также лучшая доступность к фильтрующей среде или фильтровальным чулкам, так как выполненный для подвода расплава или отвода расплава канал не препятствует простому доступу.
Целесообразно фильтровальный чулок образован из металла, пластика или керамики, причем фильтровальные свечи выполнены предпочтительно таким образом, что отфильтровываются частицы по существу больше чем 36 мкм, предпочтительно по существу больше чем 25 мкм или далее предпочтительно больше чем 15 мкм, из полимерного расплава в режиме фильтрации устройства.
Предпочтительно, по меньшей мере, два соответствующих изобретению устройства объединены в одну систему, причем система имеет блок управления, который управляет впускными клапанами и выпускными клапанами устройств. Вследствие этого получено то преимущество, что в то время как одно устройство используется для фильтрации полимерного расплава, другое устройство может очищаться. Благодаря находящимся далеко друг от друга интервалам замены фильтровальных чулок фильтровальных свечей из-за высокой поверхности фильтрации множества фильтровальных чулок и благодаря коротким временам замены фильтровальных чулок полимерный расплав может непрерывно очищаться системой без высоких трудозатрат персонала. У такой системы, в частности у системы с более чем двумя устройствами, существует также возможность, что устройства эксплуатируются одновременно, или что посредством включения отдельного устройства или выключения отдельных устройств общая поверхность фильтрации системы изменяется. Вследствие этого общая поверхность фильтрации может адаптироваться к степени загрязнения и высоте поданного в устройство объемного потока полимерного расплава. Устройства целесообразно ориентированы параллельно друг к другу, вследствие чего получено то преимущество, что полости фильтровальных баков доступны с одной стороны, и таким образом облегчается замена фильтровальных свечей.
Предпочтительно замена фильтровальных чулок фильтровальных свечей соответствующего изобретению устройства осуществляется посредством следующих шагов:
- прерывание подачи полимерного расплава в устройство посредством переключения впускного клапана из соединяющего впускной канал и канал расплава положения в соединяющее вентиляционный канал и канал расплава положение;
- переключение выпускного клапана из соединяющего выпускной канал и сборный канал положения в соединяющее дренажный канал и сборный канал положение;
- продувка устройства посредством подачи газа через вентиляционный канал, причем газ предпочтительно находится под давлением;
- открытие крышки и в случае необходимости ручная очистка еще находящихся в фильтровальном баке остатков расплава выполненным в соответствии с размерами фильтров инструментом для очистки;
- замена фильтровальных чулок;
- закрытие крышки;
- переключение впускного клапана в положение, в котором соединены впускной канал и канал расплава; и
- после выхода еще находящегося в полости газа через дренажный канал переключение выпускного клапана в положение, в котором соединены выпускной канал и сборный канал.
Дальнейшие предпочтительные варианты осуществления соответствующего изобретению устройства разъясняются в дальнейшем более подробно на основе чертежа. На чертеже показаны:
фиг. 1 - вариант осуществления соответствующего изобретению устройства на схематичном изображении в разрезе в режиме фильтрации;
фиг. 2 - вариант осуществления устройства согласно фиг. 1 вдоль разреза А-А;
фиг. 3 - вариант осуществления устройства согласно фиг. 1 вдоль разреза В-В;
фиг. 4 по 7 - вариант осуществления устройства согласно фиг. 1 в различных состояниях при замене фильтровальных чулок на схематичных изображениях в разрезе;
фиг. 8 - вариант осуществления устройства согласно фиг. 1 при снятой крышке на виде снизу; и
фиг. 9 - вариант осуществления соответствующей изобретению системы с восемью устройствами согласно фиг. 1 на схематичном изображении.
Фиг. 1 показывает вариант осуществления соответствующего изобретению устройства 1 на схематичном изображении в разрезе в режиме фильтрации. Устройство 1 включает в себя чашеобразный фильтровальный бак 2, в котором выполнена цилиндрическая полость 3, и который закрыт крышкой 4. В полости 3 расположены шесть фильтровальных свечей 5, которые 5 образованы соответственно посредством держателя 6 фильтра и фильтровального чулка 7. Держатели 6 фильтров закреплены анкерным креплением в фильтровальном баке 2 и имеют цилиндрическую стенку, которая образована из перфорированного листового материала и таким образом имеет множество отверстий. Отверстия по причинам наглядности не изображены на фигурах. Стенка каждого держателя 6 фильтра задает цилиндрическое внутреннее пространство 8, которое через выпуск 9 впадает в выполненный в стенке 31 фильтровального бака 2 сборный канал 10. Фильтровальные чулки 7 имеют форму толстостенного полого цилиндра и образованы из пластика. В дальнейшем варианте осуществления фильтровальные чулки 7 образованы из металла, в частности металлизированного нетканого материала, или из керамики. Крышка 4 может сниматься с фильтровального бака 2, причем крышка 4 привинчена несколькими неизображенными винтами к фильтровальному баку 2. Крышка 4 фиксирует в привинченном состоянии фильтровальные чулки 7 на держателях 6 фильтров, причем для предотвращения негерметичности между внутренними пространствами 8 и полостью 3 выполнены уплотнения 11 между каждой стенкой держателей 6 фильтров и крышкой 4. Уплотнения 11 изображены на фиг. 5. Вокруг фильтровального бака 2 расположен на расстоянии от него 2 нагревательный стакан 12, который выполнен для бесконтактного обогрева фильтровального бака 2. В стенке 31 фильтровального бака 2 выполнен далее канал 20 расплава, который по центру входит в цилиндрическую полость 3. Вследствие этого получено то преимущество, что все шесть фильтровальных свечей 5 расположены в полости 3 равномерно относительно выходного отверстия 24 канала 20 расплава.
Далее устройство 1 имеет корпус 13 распределения расплава, который прилегает к стенке 31 фильтровального бака 2 и свинчен с ним неизображенными винтами. В корпусе 13 распределения расплава выполнен впускной клапан 14 и выпускной клапан 15, причем впускной клапан 14 является скользящим клапаном, и выпускной клапан 15 является скользящим клапаном. Впускной клапан 14 примыкает через канал 32 подвода непосредственно к каналу 20 расплава, а выпускной клапан 15 примыкает через канал 33 отвода непосредственно к сборному каналу 10. Кроме этого, в корпусе 13 распределения расплава выполнен впускной канал 16, который из первого присоединительного элемента 17 входит во впускной клапан 14, и выпускной канал 18, который из второго присоединительного элемента 19 входит в выпускной клапан 15. Кроме того, в корпусе 13 распределения расплава выполнен вентиляционный канал 21 и дренажный канал 22, причем вентиляционный канал 21 входит во впускной клапан 14, а дренажный канал 22 в выпускной клапан 15.
На фиг. 1 впускной клапан 14 и выпускной клапан 15 находятся в положении, которое соответствует режиму фильтрации устройства 1. В режиме фильтрации через впускной канал 16 фильтруемый полимерный расплав подается в устройство 1, вследствие чего образуется фильтрационный поток через впускной клапан 14, канал 32 подвода, канал 20 расплава, полость 3, далее сквозь фильтровальные чулки 7 и отверстия стенок держателей 6 фильтров и далее через сборный канал 10, канал 33 отвода и выпускной клапан 15 в выпускной канал 18, причем фильтрация полимерного расплава осуществляется при прохождении полимерного расплава сквозь фильтровальные чулки 7. Фильтрационный поток через один фильтровальный чулок 7 и отверстия стенки держателя 6 фильтра обозначен на фиг. 1 стрелкой 23. Так как и сборный канал 10, и канал 20 расплава выполнены в стенке 31, полимерный расплав протекает через полость 3 в режиме фильтрации по существу в обратном направлении к внутренним пространствам 8 фильтровальных свечей 5. Вследствие этого устройство 1 эксплуатируется в противотоке и таким образом может выполняться очень компактным. В режиме фильтрации фильтровальный бак. 2 поддерживается нагревательным стаканом 12 на постоянной температуре, для того чтобы обеспечивать минимально возможную вязкость полимерного расплава.
Фиг. 2 показывает вариант осуществления устройства 1 согласно фиг. 1 вдоль разреза А-А;
Фиг. 3 показывает вариант осуществления устройства 1 согласно фиг. 1 вдоль разреза В-В;
Фиг. 4 по 7 показывают вариант осуществления устройства 1 согласно фиг. 1 в различных состояниях при замене фильтровальных чулок 7 на схематичных изображениях в разрезе. Сначала для замены фильтровальных чулок 7 снимается нагревательный стакан 12 с фильтровального бака 2. Далее прерывается подача полимерного расплава в устройство 1 и таким образом режим фильтрации посредством переключения впускного клапана 14 из соединяющего впускной канал 16 и канал 20 расплава положения в соединяющее вентиляционный канал 21 и канал 20 расплава положение. На следующем шаге выпускной клапан 15 переключается из соединяющего выпускной канал 18 и сборный канал 10 положения в соединяющее дренажный канал 22 и сборный канал 10 положение. Это показано на фиг. 4. Переключение впускного клапана 14 и выпускного клапана 15 может также осуществляться одновременно. Благодаря подаче газа под давлением, например, воздуха, через вентиляционный канал 21 полость 3 и внутренние пространства 8 фильтровальных свечей 5 продуваются, причем полимерный расплав выдавливается из дренажного канала 22 в присоединенный к дренажному каналу 22 напрямую или через линию неизображенный разгрузочный контейнер.
Далее крышка 4 отвинчивается от фильтровального бака 2 и снимается, вследствие чего фильтровальные чулки 7 больше не зафиксированы на держателях 6 фильтров и могут при помощи инструмента 26 стягиваться в осевом направлении в направлении стрелки 25 с держателей 6 фильтров и извлекаться из полости 3. Это показано на фиг. 5 и фиг. 6. Уплотнения 11 удаляются либо с фильтровальных чулок 7 сразу после снятия крышки 4, либо одновременно с фильтровальными чулками 7 при помощи инструмента 26. Если необходимо, в этом состоянии может дополнительно осуществляться очистка полости 3. Затем новые или очищенные фильтровальные чулки 7 надеваются на держатели 6 фильтров при помощи инструмента 26. Предпочтительно фильтровальные чулки 7 надеваются в предварительно нагретом состоянии на держатели 6 фильтров при помощи инструмента 26.
После надевания новых или очищенных фильтровальных чулок 7 новые или очищенные уплотнения 11 располагаются на фильтровальных чулках 7 или в крышке 4 в соответствующих неизображенных пазах, и уплотнения 11 и фильтровальные чулки 7 снова фиксируются посредством установки крышки 4 между крышкой 4 и держателями 6 фильтров. Это показано на фиг. 7. Далее впускной клапан 14 снова переключается в положение, в котором соединены впускной канал 16 и канал 20 расплава, и полость 3 снова наполняется полимерным расплавом. Как только фильтрованный полимерный расплав выходит наружу из дренажного канала 22, использованный в устройстве 1 для продувки полости 3 и внутренних пространств 8 фильтровальных свечей 5 газ устранен, и выпускной клапан 15 переключается в положение, в котором соединены выпускной канал 18 и сборный канал 10. Устройство 1 снова находится в режиме фильтрации.
Фиг. 8 показывает вариант осуществления устройства 1 согласно фиг. 1 при удаленном нагревательном стакане 12 и снятой крышке 4 на виде снизу, причем инструментом 26 уже был снят один фильтровальный чулок 7 с держателя 6 фильтра.
Фиг. 9 показывает вариант осуществления соответствующей изобретению системы 27 с восемью устройствами 1 согласно фиг. 1 на схематичном изображении. Система 27 включает в себя далее образованный посредством компьютера или микроконтроллера блок 28 управления, который соединен со всеми восемью устройствами 1 для обмена данными. Все впускные каналы 16 устройств 1 соединены с линией 29 подвода, а все выпускные каналы 18 устройств 1 соединены с линией 30 отвода. Также вентиляционные каналы 21 и дренажные каналы 22 соединены соответственно линией друг с другом, причем линии не изображены на фиг. 9 по причинам лучшей наглядности. Блок 28 управления контролирует деятельность впускных клапанов 14 и выпускных клапанов 15 устройств 1 и управляет ими предпочтительно во время работы системы 27 полностью автоматически. Под управлением блока 28 управления отдельные устройства 1 могут включаться или выключаться. Это происходит либо для очистки отдельных устройств 1, либо для того чтобы адаптировать общую поверхность фильтрации системы 27 к объемному потоку и степени загрязнения полимерного расплава. По причинам наглядности также нагревательные стаканы 12 отдельных устройств 1 не изображены на фиг. 9.