BRPI0715031A2 - filtro em bolsa e processo para a filtraÇço de um gÁs quente - Google Patents
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Abstract
FILTRO EM BOLSA E PROCESSO PARA A FILTRAÇçO DE UM GÁS QUENTE. A presente invenção se refere a um filtro em bolsa que possui uma seção tubular, uma extremidade fechada e uma extremidade aberta, a seção tubular possui um feltro não tecido que compreende uma mistura de fibra interna de 50 80 partes em peso de fibra de sulfeto de polifenileno e de 20 a 50 partes em peso de fibra de acrílico, com base no peso total do sulfeto de polifenileno e das fibras de acrílicos no feltro, em que a fibra de acrílico possui um denier por filamento igual ou inferior à fibra de sulfeto de polifenileno.
Description
"FILTRO EM BOLSA E PROCESSO PARA A FILTRAÇÃO DE UM GÁS
QUENTE" Campo da Invenção
A presente invenção se refere aos filtros em bolsa que possuem melhor desempenho de filtração. Tais filtros em bolsa são particularmente úteis na filtração de gases quentes, por exemplo, gases em temperaturas de 150° C ou até mesmo maiores. Em uma realização, os filtros em bolsa são particularmente úteis em estações de força para satisfazer os padrões de emissão.
Antecedentes da Invenção
Os filtros em bolsa de sulfeto de polifenileno para a filtração de gás quente, tal conforme descrito no pedido de patente EP 386.975 de Chapman et al., são conhecidos e são utilizados para proteger o ambiente do material particulado a partir de instalações de asfalto, instalações de carvão e outras preocupações industriais. Devido ao alto potencial de impacto ambiental de tais instalações, quaisquer aprimoramentos que possui o potencial de melhorar a captura do material particulado por unidade de peso do filtro em bolsa é desejado.
Descrição Resumida da Invenção
A presente invenção se refere a um filtro em bolsa que possui uma seção tubular, uma extremidade fechada e uma extremidade aberta, a seção tubular possui um feltro não tecido que compreende uma mistura de fibra interna de 50 a 80 partes em peso de fibra de sulfeto de polifenileno e de 20 a 50 partes em peso de fibra de acrílico, com base no peso total do sulfeto de polifenileno e das fibras de acrílico no feltro, em que a fibra de acrílico possui um denier por filamento igual ou inferior à fibra de sulfeto de polifenileno.
Breve Descrição das Figuras
A Figura ilustra uma realização do filtro em bolsa da presente invenção.
Descrição Detalhada da Invenção
A presente invenção se refere a um filtro de bolsa fabricado a partir de uma mistura de fibra interna de 50 a 80 partes em peso de fibra de sulfeto de polifenileno e de 20 a 50 partes em peso de fibra de acrílico, em que a fibra de acrílico possui um denier por filamento igual ou inferior ao da fibra de sulfeto de polifenileno. De modo surpreendente, o Depositantes descobriu que certas fibras de acrílico, que geralmente acredita-se não serem apropriadas para a utilização em ambientes de gás quente, podem aprimorar o desempenho de filtração dos filtros em bolsa. Acredita-se que as fibras de acrílico trabalham com as fibras de sulfeto de polifenileno em um filtro em bolsa para reter mais particulados sem afetar adversamente as propriedades mecânicas do filtro da bolsa.
A Figura ilustra uma realização do filtro em bolsa da presente invenção. O filtro em bolsa 1 possui uma extremidade fechada 2 e uma extremidade aberta 3 e uma seção tubular 4. Na realização representada, o filtro em bolsa também possui um anel de pressão metálico de aço em mola 5 ligado à extremidade aberta da bolsa. A seção tubular 4 desta bolsa é compreendida de um feltro de filtração que é sobreposta, formando a costura 6 costurada com ponto triplo 7. A extremidade fechada da bolsa da presente realização também é compreendida de um feltro de filtração que é costurado em 8 para a extremidade do feltro utilizado para a seção tubular. Enquanto a Figura representa uma realização preferida, outras construções potenciais, orientações e características dos filtros em bolsa podem ser utilizadas, tais como aquelas descritas nas patentes US 3.524.304 de Wittemeier et al.; US 4.056.374 de Hixenbaugh; US 4.310.336 de Peterson; US 4.481.022 de Reier; 4.490.253 de Tafara; e/ou 4.585.833 de Tafara.
Em algumas realizações, a extremidade fechada 2 do filtro em 3
bolsa, conforme mostrado na Figura, é um disco de material de filtro costurado na seção tubular. Em outras realizações, a extremidade fechada pode ser realizada de algum outro material, por exemplo, em algumas situações uma extremidade fechada metálica pode ser necessária. Em outras realizações, a extremidade fechada pode ser costurada ultrasonicamente, adesivamente ou a quente ou selada de alguma outra maneira do que a costura. Ainda em outra realização, o feltro utilizado na seção tubular da bolsa pode ser franzido ou dobrado e então selado, para formar a extremidade fechada.
Em algumas realizações, a extremidade aberta 3 da bolsa pode ser fornecida com hardware para ligar a bolsa à placa da célula. Em algumas outras realizações, a extremidade aberta da bolsa pode ser dimensionada, tal que um ajuste acomodado é realizado ao deslizar a bolsa sobre uma placa celular especialmente projetada.
Em algumas realizações da presente invenção, o material de filtração utilizado na seção tubular 4 e, opcionalmente, na extremidade fechada 2 é um tecido não tecido ou feltro. O tecido não tecido ou feltro pode ser fabricado pelos processos de formação de folha não tecida convencionais, incluindo os processos para a fabricação de não tecido de deposição ao ar, não tecido de deposição úmida ou não tecido fabricados a partir do equipamento de cardagem; e tais folhas formadas podem ser consolidadas em tecidos por meio de entrelaçado, hidroentrelaçado, perfuração com agulha ou outros processos que podem gerar uma folha não tecida. Os processos entrelaçados descritos nas patentes US 3.508.308 e US 3.797.074; e os processos de perfuração com agulha descritos em US 2.910.763 e US 3.684.284 são exemplos de métodos convencionais bem conhecidos no estado da técnica que são úteis na fabricação de tecidos não tecidos e feltro.
Em algumas realizações preferidas, o feltro não tecido é um feltro perfurado com agulha; em algumas outras realizações preferidas o feltro não tecido é um feltro entrelaçado. O peso de base de feltro é tipicamente cerca de 8 a 16 onças por jardas quadradas, e em uma realização preferida é de 12 a 14 onças por jarda quadrada.
Em algumas realizações, a seção tubular 4 opcionalmente na extremidade fechada 2 do filtro em bolsa da presente invenção é uma camada única do material de filtração. Em algumas realizações, a seção tubular é fabricada de um material de filtração sustentado por um scrim ou pano de reforço que fornece estabilidade durante o pulso da bolsa. Em algumas realizações preferidas, o não tecido inclui um scrim tecido de suporte que é fabricado com fibras que são compatíveis com as fibras descontínuas no feltro. Este tipo de feltro pode ser fabricado utilizando a cardagem padrão e o equipamento de dobras transversais para converter as fibras descontínuas em aglomerados dobrados transversalmente possuindo pesos de base de cerca de 4 a 8 onças por jardas quadradas (135 a 270 gramas por metro quadrado), de preferência, cerca de 6 onças por jardas quadradas (200 gramas por metro quadrado). Caso desejado, os aglomerados podem ser aderidos ou levemente consolidados, por exemplo, em uma máquina de perfuração com agulha padrão. Dois ou mais destes aglomerados podem, então, ser posicionados em um lado de um scrim tecido possuindo um peso de base de cerca de 1 a 4 onças por jardas quadradas (34 a 135 gramas por metro quadrado), de preferência, cerca de 2 onças por jardas quadradas (70 gramas por metro quadrado), e as três camadas são perfurados por agulha diversas vezes em ambos os lados para produzir os feltros de filtração. Em algumas realizações preferidas, o tecido scrim compreende as fibras de sulfeto de polifenileno, as fibras de meta-aramida, ou suas misturas.
Em uma realização preferida mostrada na Figura, o material de filtração é sobreposto para formar um cilindro do material de filtro possuindo uma costura 6 que é costurada com um fio em alta temperatura, tal como um » 5
fio possuindo 3 ou 6 pregas de filamentos da fibra de aramida, fibra de fluoropolímero, fibra de vidro ou suas combinações e misturas. Em outras realizações, a costura sobreposta pode ser selada pelos métodos de costura ultrassônico, adesivo, por aquecimento ou algumas combinação de todos eles. Em outras realizações, a costura sobreposta pode ser selada pelos métodos de costura ultrassônico, adesivo, por aquecimento ou algumas combinação de todos eles.
Uma característica do filtro em bolsa da presente invenção é que inclui um feltro não tecido que compreende uma mistura da fibra interna de 50 a 80 partes em peso da fibra de sulfeto de polifenileno e de 20 a 50 partes em peso de fibra de acrílico, com base no peso total do sulfeto de polifenileno e fibras de acrílico no feltro. Em uma realização preferida, a mistura de fibra interna compreende 65 a 75 partes em peso de fibra de sulfeto de polifenileno. Em outra realização preferida, a fibra interna compreende de 25 a 35 partes em peso de fibra de acrílico. As fibras estão dispostas no feltro como uma mistura interna, significando que o sulfeto de polifenileno e as fibras de acrílico são misturados uniformemente e distribuídas no feltro. Isto forma uma mistura uniforme no feltro de modo a evitar pontos quentes ou áreas localizadas causadas por possuir uma alta concentração da fibra de acrílico em uma
porção do feltro.
A mistura de fibra interna pode ser formada por métodos convencionais. Por exemplo, em uma realização, os pedaços de fibras descontínuas pregadas obtidas a partir dos fardos de fibra podem ser abertos por um dispositivo, tal como um selecionador e então misturadas por qualquer método disponível, tal como transporte por ar, para formar uma mistura mais uniforme. Em uma realização alternativa, as fibras podem ser misturadas para formar uma mistura uniforme antes da abertura da fibra no selecionados. Ainda, em outra realização possível, as fibras podem ser misturadas e * 6
cortadas, isto é, estopas de diversos tipos de fibras podem ser combinadas e então cortadas em fibra descontínua. A mistura de fibras pode, então ser convertida em um tecido não tecido ou feltro utilizando os métodos convencionais conforme mencionado previamente. Em geral, isto envolve a formação de uma rede fibrosa pela utilização de um dispositivo, tal como uma carda, embora outros métodos, tais como deposição ao ar ou deposição a úmido das fibras possam ser utilizados. Caso desejado, a rede fibrosa pode ser então enviada por meio de um transportador a um dispositivo, tal como um dobrador transversal para criar uma estrutura sobreposta ao depositar em camada as redes individuais uma em cima da outra em uma estrutura do tipo zigue-zague.
Outra característica do filtro em bolsa da presente invenção é que a fibra acrílica possui um filamento por denier igual ou inferior, ou densidade linear por filamento, do que a fibra de sulfeto de polifenileno para melhorar a retenção de partícula no feltro e melhorar o desempenho do filtro em bolsa. Em algumas realizações, a fibra de sulfeto de polifenileno possui uma densidade linear de cerca de 1,5 a 3 filamentos por denier (1,7 a 3,3 decitex por filamento) e a fibra acrílica possui uma densidade linear de cerca de 0,5 a 3 denier por filamento (0,6 a 3,3 decitex por filamento). Em uma realização preferida, a densidade linear da fibra de sulfeto de polifenileno é superior a 1,8 denier por filamento (2,0 decitex por filamento) até cerca de 2,2 denier por filamento (2,4 decitex por filamento); e a fibra acrílica possui uma densidade linear de cerca de 0,9 denier por filamento (1,0 decitex por filamento) até 1,8 denier por filamento (2,0 decitex por filamento). As fibras utilizadas na presente invenção possuem, de preferência, um comprimento do corte de cerca de 1,5 a 3 polegadas (38 a 76 mm) e são pregadas, possuindo uma freqüência de prega de cerca de 4 a 10 pregas por polegada (1,5 a 4 pregas por centímetro).
O polímero acrílico possui uma gravidade específica mais baixa k 7
(cerca de 1,16) do que o polímero de sulfeto de polifenileno (cerca de 1,34 a 1,38), significando que para as fibras que possuem deniers iguais, o diâmetro do filamento de uma fibra de acrílico será maior do que o diâmetro do filamento de uma fibra de sulfeto de polifenileno e por unidade de peso da área de superfície da fibra de acrílico é maior do que da fibra de sulfeto de polifenileno. Portanto, quando o filtro em bolsa fabricado a partir de um feltro de fibra acrílica e a fibra de sulfeto de polifenileno possuindo o mesmo filamento denier é comparado com um filtro em bolsa a partir de um feltro de fibra de sulfeto de polifenileno do mesmo filamento denier, as bolsas possuirão unidade em peso idênticas; entretanto, o filtro em bolsa de sulfeto de polifenileno/ acrílico possuirão mais área de superfície da fibra que pode capturar partículas. Quando a fibra de acrílico possui um filamento de denier mais baixo do que a fibra de sulfeto de polifenileno, mais fibras de acrílico podem ser incorporadas no filtro em bolsa por unidade em peso, resultando novamente no desempenho de filtração aprimorado devido à cobertura da superfície aprimorada pelo maior número de filamentos. Por outro lado, se o filamento denier da fibra de acrílico for apreciavelmente maior do que o filamento de denier da fibra de sulfeto de polifenileno, a fibra de acrílico possui maior área de superfície, mas em uma base por unidade de peso, menos fibras acrílicas devem ser utilizadas, resultando em um filtro em bolsa que, acredita-se possuir uma eficiência de filtração ruim.
A fibra de acrílico útil na presente invenção inclui unidades de acrilonitrila que são, pelo menos 85% em peso da fibra de acrílico total. Uma unidade de acrilonitrila é -(CH2-CHCN)-. A fibra de acrílico pode ser fabricada a partir dos polímeros acrílicos fabricados de 85% em peso ou mais de acrilonitrila com 15% em peso ou menos de um monômero etilênico copolimerizável com acrilonitrila e as misturas de dois ou mais destes polímeros acrílicos. Os exemplos do monômero etilênico copolimerizável com acrilonitrila incluem o ácido acrílico, ácido metacrílico e seus ésteres (acrilato de metila, acrilato de etila, metacrilato de metila, metacrilato de etila, etc), acetato de vinila, cloreto de vinila, cloreto de vinilideno, acrilamida, metacrilamida, metacrilonitrila, ácido alilsulfônico, ácido metanossulfônico e ácido estirenossulfônico. Um método ilustrativo da fabricação de polímeros e fibras de acrílico é descrito na patente US 3.047.455. As fibras de acrílico foram fabricadas comercialmente por uma série de companhias incluindo a Solutia1 Inc. and Bayer Inc.; uma fibra de acrílico particularmente preferida está disponível comercialmente pela Sterling Fibers, Inc. of Pace, FL. As fibra de sulfeto de polifenileno úteis na presente invenção
possuem boa resistencia ao calor, resistencia química e resistencia à hidrólise e pelo menos 90% das unidades constituintes das fibras são de um polímero que possui unidades estruturais de sulfeto de fenileno de -(C6H4-S)-. A fibra de sulfeto de polifenileno é comercializada com os nomes comerciais, tais como Toray PPS®, Forton®, Ryton® e Procon® por companhias tais como Toray Industries Inc., Kureha Chemical Industry Co., e Toyobo Co.
Métodos de Teste A eficiência de filtração para os filtros em bolsa pode ser medida utilizando a norma ASTM D 6830; o teste do estouro de Mullen pode ser medido de acordo com a norma ASTM D 461; e a resistência à ruptura e a elongação podem ser medidas utilizando a norma ASTM D 5035.
Exemplo 1
Uma mistura de fibra interna contendo 67 partes em peso de uma fibra de sulfeto de polifenileno de 2 denier por filamento (2,2 decitex por filamento) possuindo um comprimento de corte de 2 polegadas (50 mm) e 33 partes em peso de uma fibra de acrílico de 0,9 denier por filamento (1,0 decitex por filamento) possuindo um comprimento de corte de 2 polegadas (50 mm) é produzida pela combinação e pela mistura das fibras descontínuas dos fardos. - ft 9
Utilizando a cardagem padrão e o equipamento de dobrada transversal, estas fibras são convertidas em aglomerados dobrados transversalmente possuindo um peso de base de cerca de 6 onças por jardas quadradas (200 gramas por metro quadrado) que são então aderidos ou levemente consolidadas em uma maquina de perfuração com agulha pad rão. Dois destes aglomerados são posicionados em um lado de um scrim tecido possuindo um peso de base de cerca de 2 onças por jarda quadrada (70 gramas por metro quadrado) e consistindo inteiramente de fios fiados de sulfeto de polifenileno e as três camadas são perfurados com agulha diversas vezes em ambos os lados para produzir um feltro de filtração de 14 onças por jarda quadrada (475 gramas por metro quadrado). Os feltros podem, então, ser fabricados em filtros em bolsa que são de cerca de 120 polegadas (305 mm) de comprimento possuindo uma largura da dobra plana de 15 polegadas (13 cm) acima do anel de pressão. A bolsa também pode possuir ponto triplo na costura.
Claims (11)
1. FILTRO EM BOLSA, que possui uma seção tubular, uma extremidade fechada e uma extremidade aberta, a seção tubular possui um feltro não tecido que compreende uma mistura de fibra interna de: (a) 50 a 80 partes em peso de fibra de sulfeto de polifenileno e (b) de 20 a 50 partes em peso de fibra de acrílico, com base no peso total do sulfeto de polifenileno e das fibras de acrílico no feltro, - em que a fibra de acrílico possui um denier por filamento igual ou inferior à fibra de sulfeto de polifenileno.
2. FILTRO EM BOLSA, de acordo com a reivindicação 1, que compreende de 65 a 75 partes em peso da fibra de sulfeto de polifenileno.
3. FILTRO EM BOLSA, de acordo com a reivindicação 1, que compreende de 25 a 35 partes em peso da fibra de acrílico.
4. FILTRO EM BOLSA, de acordo com a reivindicação 1, em que o feltro não tecido é um feltro perfurado por agulha.
5. FILTRO EM BOLSA, de acordo com a reivindicação 1, em que o feltro não tecido é um feltro entrelaçado.
6. FILTRO EM BOLSA, de acordo com a reivindicação 1, em que o denier por filamento da fibra de sulfeto de polifenileno é de 1,5 a 3,0.
7. FILTRO EM BOLSA, de acordo com a reivindicação 1, em que o denier por filamento da fibra acrílica é de 0,5 a 3,0.
8. FILTRO EM BOLSA, de acordo com a reivindicação 1, em que a extremidade fechada também compreende a mistura de fibra interna.
9. FILTRO EM BOLSA, de acordo com a reivindicação 1, em que o peso de base do feltro é de 8 a 16 onças por jardas quadradas.
10. FILTRO EM BOLSA, de acordo com a reivindicação 9, em que o peso de base do feltro é de 12 a 14 onças por jardas quadradas.
11. PROCESSO PARA A FILTRAÇÃO DE UM GÁS QUENTE, que compreende passar um gás aquecido em uma temperatura de pelo 150° C através do filtro em bolsa conforme descrito na reivindicação 1.
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