BR0309648B1 - processo de fabricação de um meio filtrante, meio filtrante, e, filtro de saco. - Google Patents

processo de fabricação de um meio filtrante, meio filtrante, e, filtro de saco. Download PDF

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Description

"PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UM MEIO FILTRANTE, MEIO FILTRANTE, E, FILTRO DE SACO"
A invenção se refere a um meio filtrante para a realização de filtros notadamente um filtro de saco e a seu processo de fabricação. A invenção se refere notadamente aos filtros de saco ditos finos e de alta eficácia das classes F5 a F9 de acordo com a norma EN 779, para a filtração de gás e mais especialmente o ar (eliminação das partículas em suspensão no ar).
Sabe-se fazer filtros de saco ("pocket filters" em inglês) que respondem à norma acima citada a partir de meios filtrantes preparados pelo processo dito "Aerocor" de acordo com o qual fibras são estiradas na horizontal em uma chama horizontal de grande vazão gasosa a partir de bastonetes de vidro verticais. Depois de formação, as fibras são recolhidas em manta sobre uma esteira munida de orifícios, a dita esteira sendo inclinada em relação à horizontal. No entanto, procura-se melhorar a eficácia desses filtros e baixar a perda de carga que eles ocasionam.
O meio filtrante de acordo com a invenção é preparado por um processo que compreende as seguintes etapas:
- formação das fibras por um dispositivo que executa o processo dito de centrifugação interna, e depois
- pulverização de um precursor de um ligante sobre as fibras, e depois
- recepção das fibras sobre uma membrana, e depois
- tratamento térmico do conjunto que compreende as fibras e a membrana de acordo com uma espessura controlada de modo a transformar o precursor de ligante em ligante.
O meio filtrante assim obtido compreende um feltro que compreende as fibras minerais ligadas, o dito feltro sendo colado na membrana. O precursor de um ligante pulverizado justo após o estiramento das fibras se transforma em ligante por ocasião do tratamento térmico, o dito ligante servindo por um lado para ligar as fibras entre si para dar às mesmas uma estrutura de feltro, e servindo por outro lado para a colagem do feltro sobre a membrana.
Geralmente, para a recepção das fibras sobre a membrana, essa última é posicionada sobre uma tira permeável aos gases, as ditas fibras sendo dirigidas para a dita membrana graças a uma aspiração que é exercida através da dita membrana e da dita tira.
Para uma massa de superfície dada, o meio filtrante de acordo com a invenção opõe uma pequena perda de carga ao gás que o atravessa. O mesmo acontece com os filtros realizados com o meio filtrante de acordo com a invenção.
Além disso, para uma massa de superfície dada, o meio filtrante de acordo com a invenção apresenta uma grande capacidade de retenção (também chamada de capacidade de colmatagem) de partículas. Também é admitido que um filtro de saco está gasto (quer dizer obturado de modo muito importante pelas poeiras que ele filtrou) quando ele provoca uma perda de carga de 450 Pascais ao gás. A capacidade de retenção é portanto a massa de superfície de poeiras que o filtro contém quando ele provoca a dita perda de carga de 450 Pascais. Essa vantagem do meio filtrante de acordo com a invenção permite utilizar uma gramagem menor ao mesmo tempo em que se conserva uma grande capacidade de retenção e em que se ocasiona uma pequena perda de carga.
As notáveis propriedades do meio filtrante de acordo com a invenção provêm provavelmente da estrutura especial da rede de fibra. Notadamente, e sem que essa explicação possa limitar o alcance do presente pedido, as fibras poderiam apresentar uma orientação especialmente aleatória.
O princípio do processo de centrifugação interna é bem conhecido em si pelo profissional. Esquematicamente, esse processo consiste em introduzir um filete de matéria mineral fundida em um centrifugador, também chamado de prato de formação de fibras, que gira em grande velocidade e que é perfurado em sua periferia por um número muito grande de orifícios pelos quais a matéria fundida é projetada sob a forma de filamentos sob o efeito da força centrífuga. Esses filamentos são então submetidos aa ação de uma corrente anular de estiramento em temperatura e velocidade elevadas que passa ao longo da parede do centrifugador, corrente que os adelgaça e os transforma em fibras. As fibras formadas são arrastadas por essa corrente gasosa de estiramento na direção de um dispositivo de recepção geralmente constituído por uma tira permeável aos gases. Esse processo conhecido foi objeto de numerosos aperfeiçoamentos entre os quais notadamente aqueles ensinados pelos pedidos de patente europeu EP 0189534, EP 0519797 ou EP 1087912.
No processo de acordo com a invenção, os orifícios do prato devem apresentar um diâmetro suficientemente pequeno para que as fibras obtidas pelo processo de centrifugação interna apresente um índice de finura de no máximo 12 litros por minuto, de preferência de no máximo 10 litros por minuto, e geralmente de pelo menos 0,4 litro por minuto, o dito índice de finura sendo medido pela técnica descrita no pedido de patente francês FR 0206252 depositado em 22 de maio de 2002. Esse pedido de patente se refere de fato a um dispositivo de determinação do índice de finura de fibras que compreende um dispositivo de mensuração do índice de finura, o dito dispositivo de mensuração do índice de finura sendo provido por um lado, de pelo menos um primeiro orifício ligado a uma célula de medição adaptada para receber uma amostra constituída por uma pluralidade de fibras e por outro lado, de um segundo orifício ligado a um dispositivo de mensuração de uma pressão diferencial situada de um lado e de outro da dita amostra, o dito dispositivo de mensuração da pressão diferencial sendo destinado a ser ligado a um dispositivo de produção de escoamento de fluido, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de mensuração do índice de finura compreende pelo menos um medidor de vazão volumétrico do fluido que atravessa a dita célula. Esse dispositivo dá correspondências entre valores "micronaire" e litros por minuto, desde que a fibra é suficientemente espessa para que valores micronaire existam. Para fibras muito finas tais como as fibras utilizadas no âmbito da presente invenção, uma finura pode ser medida em l/min graças à técnica da patente mencionada acima quando nenhum valor "micronaire" existe.
Para obter as fibras na finura exigida, é possível notadamente utilizar como dispositivo que executa o processo de centrifugação interna o dispositivo descrito no pedido de patente N0 EP 1087912. Geralmente, os orifícios do prato apresentam um diâmetro que vai de 0,3 a 0,9 mm e mais geralmente que vai de 0,4 a 0,8 mm. Para um prato com diâmetro de 400 mm, esse último pode compreender de 1500 a 15000 orifícios. Esses orifícios podem ser dispostos na faixa periferia do prato em um grande número de fileiras horizontais que se sobrepõem, por exemplo 5 a 20 fileiras. O prato pode ter um diâmetro diferente de 400 mm, por exemplo 600 mm, e o número de orifícios varia em relação com o que a mudança de diâmetro implica na superfície da faixa periférica do prato, de modo que o número de orifícios por unidade de superfície permanece sensivelmente aquele que se tem no caso preciso dos 1500 a 15000 orifícios para um prato com diâmetro de 400 mm. Fibras mais finas são obtidas se o diâmetro dos orifícios do prato é diminuído e/ou se o estiramento das mesmas é aumentado.
De preferência, o dispositivo é munido de um queimador interno. De preferência, o dispositivo é regulado de modo a proporcionar uma pequena tiragem por orifício. Justo após a formação de fibras, as fibras são estiradas em um queimador, por exemplo um queimador de laço, notadamente do tipo queimador tangencial. De preferência, o dispositivo é munido de um queimador tangencial, quer dizer que apresenta uma componente tangencial que estira as fibras para chegar ao diâmetro final das mesmas (da ordem geralmente de cerca de 1 μπι), notadamente como descrito no pedido de patente N0 EP 0189354.
De preferência, a formação de fibras é regulada para que a tiragem vá de 0,1 a 1 kg por orifício de prato e por dia.
De preferência, o prato de formação de fibras é sem fundo e é combinado com um cesto como no pedido de patente N0 EP 0189354.
O processo de acordo com a invenção permite a fabricação de modo contínuo de tiras de meio filtrante de acordo com a invenção. Um tal processo consome uma pequena quantidade de combustível para uma produtividade grande, comparado com o processo dito Aerocor. Uma produtividade da ordem de 200 a 5000 kg por dia pode ser atingida. Uma produtividade de 1000 kg/dia para um consumo da ordem de 3 a 10 Nm3/h de gás combustível pode ser atingida, contra uma produtividade de 120 kg/dia e um consumo de 100 Nm /h de gás combustível no caso do processo Aerocor.
A energia total para formar 1 kg de fibras de fibras de vidro é da ordem de 20 kW/h com o processo de centrifugação interna, enquanto que ela é de 85 kW/h para o processo Aerocor.
O precursor do ligante pulverizado pode ser do tipo fenólico ou acrílico ou epóxi. De acordo com sua natureza, esse precursor pode ser pulverizado sob a forma de uma solução ou de uma emulsão. A massa pulverizada contém geralmente uma grande proporção de água, por exemplo que vai de 70 a 98% de água, notadamente da ordem de 90% de água. O resto da massa pulverizada compreende o precursor do ligante e eventualmente um óleo e eventualmente aditivos como por exemplo um silano para otimizar a interface entre a fibra e o ligante, ou um biocida. A soma das quantidades de óleo e de aditivo vai geralmente de 0 a 5% em peso da massa de precursor, notadamente de 1 a 3% em peso da massa de precursor. O óleo pode notadamente ser o óleo de marca Mulrex 88 comercializado pela sociedade Exxon Mobil.
A matéria mineral que é transformada em fibra é geralmente o vidro. Qualquer tipo de vidro transformável pelo processo dito de centrifugação interna pode convir. Pode notadamente se tratar de um vidro borossilicocálcico, e notadamente um vidro biossolúvel.
A membrana é geralmente feita de poliéster ou feita de polipropileno ou feita de vidro e apresenta geralmente uma massa de superfície (ou gramagem) que vai de 5 a 100 g/m .
O tratamento térmico serve para transformar o precursor de ligante em ligante provocando-se para isso as reações químicas de solidificação (reticulação ou polimerização) e evaporando-se para isso as espécies voláteis (solvente, produtos de reação, etc.). No final desse tratamento térmico, as fibras estão ligadas entre si no feltro e o feltro está ligado com a membrana. Essa operação é realizada com manutenção da espessura do meio filtrante durante a reação de solidificação, o que é geralmente realizado mantendo-se para isso o conjunto feltro/membrana entre duas esteiras que se deslocam posicionadas a distância constante uma da outra, a dita distância correspondendo à distância desejada para a espessura total do meio filtrante. Essa espessura pode por exemplo ir de 4 a 12 mm, por exemplo cerca de 7 mm.
O meio filtrante final, que pode estar sob a forma de tira e ser constituído pelo feltro que compreende as fibras minerais, pela membrana e por ligante compreende geralmente:
- 10 a 25% em peso de ligante + óleo (se for o caso) + aditivo(s) (se for o caso),
-10 a 50% em peso de membrana,
- 25 a 80% em peso de matéria mineral, geralmente vidro.
De acordo com o que acaba de ser escrito, a soma da massa de ligante, de óleo e de aditivo pode representar 10 a 25% em peso da massa do meio filtrante.
O meio filtrante final é geralmente fabricado de modo contínuo caso no qual ele aparece em tira que pode ser enrolada e sua massa de superfície pode ir de 30 a 110 g/m2 e mais geralmente de 50 a 90 g/m2. A largura da tira pode ir por exemplo de 1 a 3 metros. A tira de meio filtrante pode em seguida ser cortada em quadrados ou retângulos, que são em seguida unidos de modo conhecido pelo profissional para realizar filtros de saco.
A figura 1 representa o processo de acordo com a invenção de modo esquemático. Um filete de matéria mineral fundida 1 cai no centro da árvore vazada 2 do centrifugador, toca o cesto 3, e depois a dita matéria é projetada por centrifugação na direção do prato de formação de fibras 4 munido de orifícios. A matéria fundida atravessa os orifícios sob a forma de fibras e essas fibras são em seguida estiradas com o auxílio dos queimadores tangenciais 5. Os bicos de pulverização 6 projetam o precursor do ligante sobre as fibras, fibras essas que são em seguida recepcionadas sobre a membrana 7, ela própria acionada por uma tira 8 permeável aos gases. Uma aspiração não representada na figura 1, age através da tira para atrair e manter as fibras na superfície da membrana. O conjunto fibras/membrana é em seguida arrastado para dentro de uma estufa 9 para a transformação do precursor de ligante em ligante. Dentro dessa estufa, o meio filtrante é encerrado entre duas esteiras que se deslocam IOe 11, distantes uma da outra da distância desejada para a espessura final do meio filtrante. Depois de solidificação do ligante, o meio de acordo com a invenção pode ser enrolado em 12. O queimador interno não está representado e estira as fibras na saída do prato de formação de fibras 4.
A figura 2 representa o meio filtrante de acordo com a invenção, meio filtrante esse que compreende uma membrana 13, sobre a qual um feltro de fibras 14 é colado.
A eficácia de um filtro de saco é caracterizada pelas classes F5 a F9 da norma EN 779.
A invenção permite notadamente a realização de filtros de saco que apresentam uma eficácia espectral média que vai de 80 a 90% e que apresentam uma capacidade de retenção tal como medida de acordo com a norma EN 779 com uma eficácia espectral média a 0,6 μπι, de pelo menos 45 g/m2, e mesmo de pelo menos 50 g/m2, e até mesmo de pelo menos 60 g/m2, e isso para um meio filtrante que tem uma massa de superfície que vai de 60 a 70 g/m2.
A invenção permite também a realização de filtros de saco que apresentam uma eficácia espectral média que vai de 60 a 80% e que apresentam uma capacidade de retenção tal como medida de acordo com a norma EN 779 com uma eficácia espectral média a 0,6 μm, de pelo menos 50 g/m2, e mesmo de pelo menos 60 g/m2, e até mesmo de pelo menos 70 g/m2, e isso para um meio filtrante que tem uma massa de superfície que vai de 70 a 90 g/m2.
A invenção permite também a realização de filtros de saco que apresentam uma eficácia espectral média que vai de 40 a 60% e que apresentam uma capacidade de retenção tal como medida de acordo com a norma EN 779 com uma eficácia espectral média a 0,6 μm, de pelo menos 60 g/m2, e mesmo de pelo menos 70 g/m2, e isso para um meio filtrante que tem uma massa de superfície que vai de 80 a 100 g/m2.
Exemplos
Tiras de meio filtrante de acordo com a invenção foram preparadas de modo contínuo. As características do processo de formação de fibras por centrifugação interna (que utiliza, como em EP 0189354, um queimador tangencial, um prato com diâmetro de 400 mm sem fundo e com cesto) e dos meios filtrantes obtidos foram reunidas na tabela 1. Nessa tabela 1, foi notadamente mencionado:
- a tiragem que é a massa de vidro transformada em toneladas por dia,
- a pressão do queimador tangencial, em mm de coluna de água (anotada mmCE),
- a finura das fibras medida de acordo com a técnica descrita no pedido de patente francês n° 0206252,
- a massa de superfície do meio filtrante.
As tiras de meio filtrante foram em seguida cortadas e transformadas em filtros de saco. As propriedades desses filtros de saco, todos testados com uma velocidade de ar de 0,13 metro por segundo, foram reunidas na tabela 2. Nessa tabela 2 foi notadamente mencionado:
- o rendimento opacimétrico inicial e médio, medido de acordo com a norma EN 779,
- a eficácia espectral inicial e média medida de acordo com a norma EN 779,
- a capacidade de retenção e a classe, medidas ambas de acordo com a norma EN 779.
As propriedades desses filtros foram comparadas com as propriedades de filtros similares e que apresentam uma densidade de superfície equivalente mas que são preparados de acordo com o processo dito Aerocor.
A tabela 3 compara a eficácia dos dois tipos de filtros no plano da capacidade de retenção. É visto que em cada classe de filtro (F5, F6, F7), os filtros de acordo com a invenção apresentam uma capacidade de retenção superior a seu filtro de comparação do tipo Aerocor, apesar das densidades de superfície equivalentes.
Uma classe de filtro F8 a 90-95% de eficácia espectral também foi obtida. Essa classe apresenta uma massa de superfície de 80 g/m2, uma capacidade de retenção de 55 g/m e uma eficácia espectral média de 90%.
Uma classe de filtro F9 poderia manifestamente também ser atingida com o processo de acordo com a invenção.
Para a centrifugação interna, os valores são calculados com as incertezas seguintes:
- para a massa de superfície: ± 2% relativa;
- para a capacidade de retenção: ± 10% relativa;
- para a eficácia espectral média: ± 5% relativa.
Apesar dessas incertezas, o interesse da presente invenção em relação ao processo da técnica anterior dito Aerocor é manifesto. <table>table see original document page 12</column></row><table> <table>table see original document page 13</column></row><table> Tabela 3
<table>table see original document page 14</column></row><table>

Claims (23)

1. Processo de fabricação de um meio filtrante que compreende um feltro de fibras minerais ligado a uma membrana, compreendendo as etapas de: - formar as fibras por um dispositivo que executa o processo dito de centrifugação interna que compreende um prato de formação de fibras; e depois, - pulverizar um precursor de um ligante sobre as fibras; e depois, - receber as fibras sobre a membrana; e depois, - tratar termicamente o conjunto que compreende as fibras e a membrana de acordo com uma espessura controlada de modo a transformar o precursor de ligante em ligante, caracterizado pelo fato de que a etapa de formar as fibras é realizada com um prato de formação de fibras tendo orifícios com diâmetro tal que as fibras obtidas apresentam um índice de finura de no máximo 12 litros por minuto.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a membrana é posicionada sobre uma tira permeável aos gases, as fibras sendo dirigidas para a membrana graças a uma aspiração que é exercida através da membrana e da tira.
3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as fibras apresentam um índice de finura de no máximo 10 litros por minuto.
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que as fibras apresentam um índice de finura de pelo menos 0,4 litro por minuto.
5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o prato compreende orifícios que apresentam um diâmetro na faixa de 0,3 a 0,9 mm.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que os orifícios do prato apresentam um diâmetro na faixa de 0,4 a -0,8 mm.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende um queimador interno.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo compreende um queimador tangencial.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que o prato de formação de fibras é sem fundo e é combinado com um cesto.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -9, caracterizado pelo fato de que o precursor do ligante é fenólico ou acrílico ou epóxi.
11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a -10, caracterizado pelo fato de que a espessura controlada vai de 4 a 12 mm.
12. Meio filtrante, notadamente meio filtrante para a realização de filtro(s) de saco, compreendendo um feltro de fibras minerais ligado a uma membrana, caracterizado pelo fato de que é fabricado pelo processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11.
13. Meio filtrante de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende: -10 a 25% em peso de ligante + óleo + aditivo(s), - 10 a 50% em peso de membrana, - 25 a 80% em peso de matéria mineral.
14. Meio filtrante de acordo com qualquer uma das reivindicações -12 ou 13, caracterizado pelo fato de que a massa de superfície do meio filtrante fica na faixa de 30 a 110 g/m2.
15. Meio filtrante de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a massa de superfície do meio filtrante fica na faixa de 50 a 90 g/m .
16. Filtro de saco realizado com o meio filtrante definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado pelo fato de que apresenta uma eficácia espectral média na faixa de 80 a 90%; e, uma capacidade de retenção tal como medida de acordo com a norma EN 779 de pelo menos 45 g/m do qual o meio filtrante tem uma massa de superfície na faixa de 60 a 70 g/m .
17. Filtro de saco de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que sua capacidade de retenção é de pelo menos 50 g/m .
18. Filtro de saco de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que sua capacidade de retenção é de pelo menos 60 g/m .
19. Filtro de saco realizado com o meio filtrante definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado pelo fato de que apresenta: uma eficácia espectral média na faixa de 60 a 80%; e, uma capacidade de retenção tal como medida de acordo com a norma EN 779 de pelo menos 50 g/m do qual o meio filtrante tem uma massa de superfície na faixa de 70 a 90 g/m .
20. Filtro de saco de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que sua capacidade de retenção é de pelo menos 60 g/m .
21. Filtro de saco de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que sua capacidade de retenção é de pelo menos 70 g/m .
22. Filtro de saco realizado com o meio filtrante definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado pelo fato de que apresenta: uma eficácia espectral média na faixa de 40 a 60%; e, uma capacidade de retenção tal como medida de acordo com a norma EN 779 de pelo menos 60 g/m do qual o meio filtrante tem uma massa de superfície na faixa de 80 a 100 g/m .
23. Filtro de saco de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que sua capacidade de retenção é de pelo menos 70 g/m2.
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