CN106943878B - 一种液氨疏油疏水滤芯 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液氨疏油疏水滤芯，包括圆筒形内支撑架、圆筒形外支撑架和端盖，所述圆筒形外支撑架套接于圆筒形内支撑架外，圆筒形内支撑架和圆筒形外支撑架之间设有复合过滤结构层，所述复合过滤结构层由外到内依次包括外均布导流层、第一层预过滤膜、第二层超双疏微孔膜、第三层疏水膜和内均布导流层，所述端盖密封设于圆筒形内支撑架和圆筒形外支撑架两端，端盖上设有液氨出口。本发明属于液体过滤装置技术领域，具体是提供了一种能够去除液氨中的油分、水分及机械颗粒杂质的液氨疏油疏水滤芯，其具有过滤机械性颗粒杂质、超高效疏油、疏水的三重功能。
Description
技术领域
本发明属于液体过滤装置技术领域，具体是指一种液氨疏油疏水滤芯。
背景技术
液氨，又称为无水氨，是一种无色液体，有强烈刺激性气味，液氨国家标准《GB536-86》中质量指标分为三个等级，分别是优级品：(氨含量不小于99.90％，重量法残留物含量0.10％，水分不大于0.1％，油含量不大于5mg/kg，铁含量不大于1mg/kg)，一级品：(99.80％，重量法残留物含量0.20％)，合格品：(99.60％，重量法残留物含量0.40％)。氨作为一种重要的化工原料，应用广泛，在化学工业中，主要用于制造尿素、氯化铵、硝酸铵、硝酸、丙烯腈、冷冻剂等；在染料工业用于制造二氨基蒽醌系还原染料、分散染料、酸性染料等；在塑料工业用于制造尼龙1010、氨基塑料；在医药工业用于制造安乃近、氨基比林，在国防工业中，用于制造火箭、导弹的推进剂，将氨进行分解，分解成氢氮混合气体，这种混合气体是一种良好的保护气体，可广泛地应用于半导体工业、冶金工业以及需要保护气氛的其它工业和科学研究中，由于液氨在合成生产、成品储存、运输过程环节，会残留有油、水分、铁等其他杂质，水分会与铁屑作用生成铁皂，铁皂与液氨中的尘粒、胶质等污染物混合而生成油泥，水分还会吸收液氨中的含硫氧化物和低分子有机酸，加剧对金属的腐蚀，聚积在系统管道及各种仪表内壁上形成粘稠状混合物，造成系统堵塞，严重影响设备的正常运行。
目前公开的滤芯主要分为：空气滤芯、PP滤芯、线绕滤芯、折叠式滤芯、活性炭滤芯、双节滤芯、陶瓷滤芯、树脂滤芯、钛棒滤芯、RO逆渗透滤芯、不锈钢滤芯、波纹状滤芯，主要应用在：医药行业对各种抗菌素等药液的前置过滤，食品饮料业用于酒类、矿泉水、饮用水的过滤，石油工业用于油田注水过滤，电子工业用于高纯水前置过滤，化学工业用于各种有机溶剂、酸、碱液的过滤，冶金行业用于轧钢机、连铸机液压系统的过滤及各种润滑设备的过滤，纺织行业用于聚脂熔体在拉丝过程中的净化及均匀过滤，空压机的保护过滤，压缩气体的除油除水。
诸如上述的各类滤芯中，针对液氨这种特殊介质，对其中的油、水分及机械颗粒杂质具有去除效果的滤芯均未涉及。
发明内容
为解决上述现有难题，本发明针对液氨这种特殊介质提供了一种能够去除液氨中的油分、水分及机械颗粒杂质的液氨疏油疏水滤芯，其具有过滤机械性颗粒杂质、超高效疏油、疏水的三重功能。
本发明采取的技术方案如下：本发明液氨疏油疏水滤芯，包括圆筒形内支撑架、圆筒形外支撑架和端盖，所述圆筒形外支撑架套接于圆筒形内支撑架外，圆筒形内支撑架和圆筒形外支撑架之间设有复合过滤结构层，所述复合过滤结构层由外到内依次包括外均布导流层、第一层预过滤膜、第二层超双疏微孔膜、第三层疏水膜和内均布导流层，所述端盖密封设于圆筒形内支撑架和圆筒形外支撑架两端端盖上设有液氨出口。
圆筒形内支撑架和圆筒形外支撑架用于支撑复合过滤结构层，防止复合过滤结构层在液流冲击作用下变形损坏，保护复合过滤结构层的长期高效运行。
进一步地，所述端盖的内表面设有环形凹槽，圆筒形内支撑架、复合过滤结构层和圆筒形外支撑架的端部设于环形凹槽内。作为优选地，圆环形卡合凹槽的深5mm、宽5mm时，过滤性能最优。圆筒形内支撑架、复合过滤结构层和圆筒形外支撑架的端部边缘采用超声波热熔在环形凹槽内，将内支撑架、复合过滤结构层和圆筒形外支撑架固定成一个整体，结构简单，安装方便，配置不同型号的端盖，满足不同设备安装的需求，同时还增强滤芯整体抗压强度。当然圆筒形内支撑架、复合过滤结构层和圆筒形外支撑架还可用其它方式固定，例如粘结、铆接或螺纹接等。
进一步地，所述第一层预过滤膜、第二层超双疏微孔膜、第三层疏水膜从上到下呈折叠状结构，第一层预过滤膜、第二层超双疏微孔膜、第三层疏水膜沿圆筒形内支撑架外缘呈折叠状结构。
进一步地，所述第一层预过滤膜为静电纺聚砜纳米纤维膜，第二层超双疏微孔膜为超疏水疏油双疏微孔膜/纤维，第三层疏水膜是由聚丙烯(PP)、聚醚风(PES)聚合而成的超高效疏水聚合过滤膜。
第一层预过滤膜，厚度为0.2-0.4mm，主要是减轻后续过滤膜的负荷，预过滤膜有极大的内表面积，能除去大部分的机械杂质和颗粒污染物，使后续过滤膜能延长时间更换，能够滤除绝大部分的颗粒物杂质。
第二层超双疏微孔膜，厚度为0.2-0.4mm，由以含氟高分子聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)为重点材料，以聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维为辅助材复合而成，其显著特点是超疏油、疏水性能，即使如表面张力为23的无水乙醇也无法湿润，因此具有十分优越的抗污染能力，疏油等级可达到8级标准，(AATCC118-2007)，具备高的过滤效率、低的压差、优异的化学相容性和温度适应性，膜的孔径范围0.1-1.0um，呈近似正态分布，能够将分散的油从液氨中备拦截。
第三层疏水膜，厚度为0.2-0.4mm，由聚丙烯(PP)、聚醚风(PES)聚合而成的过滤膜，其疏水特性由材料的疏水化学组分、微观结构和表面形貌等决定，聚合过滤膜有足够的表面粗糙度和特殊的微观结构是疏水的关键，和孔隙率密切相关，使得水的接触角远大于90°，凸显水的表面张力。较好的透气性和疏水性得以统一，就像水鸟羽毛一样，从而获到一种疏水性、疏油性、抗污染、自清洁的纳米特性表面。
进一步地，所述内均布导流层和外均布导流层采用亲水性聚丙烯PP/CHA熔喷非织造布制成。内均布导流层和外均布导流层等效孔径O90(O95)0.2-1.0mm，厚度为0.25mm，具有更高的机械强度，更高的耐温性，更好的耐低温性，柔韧性、抗撕裂性、耐用性良好。一方面起着均布导流的作用，另一方面，其亲水性会产生如下两个有益效果：一是分离过程无需较大的驱动力；二是不易产生吸附污染，颗粒性杂质很容易滑落，使膜通量和截留率两项主要分离指标稳定，膜的使用寿命延长，起到了预过滤作用。
内均布导流层和外均布导流层的亲水性聚丙烯(Polypropylene，简称PP)，是经亲水改性剂CHA亲水改性后的一种半结晶的热塑性塑料。具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。经CHA改性后的PP熔喷非织造布的基本性能也得到了改善，由于面密度和厚度的增加,其断裂强力、断裂伸长和通透量也增加了。由于纤维细度的减小,其非织造布的过滤效率增加了1倍，另外，经CHA改性后非织造布表面电阻下降了五个数量级,抗静电性相对于未改性的非织造布得到极大改善。
经过验证，当外均布导流层、第一层预过滤膜、第二层超双疏微孔膜、第三层疏水膜和内均布导流层叠加的总厚度和等于1.5mm时，厚度小、阻力小、流通量大、截留效果好，使用寿命长，过滤效果最优。
作为优选地，所述圆筒形内支撑架和圆筒形外支撑架为不锈钢方形冲孔板制成。不锈钢冲孔板刚度大，能更好地对复合过滤结构层起到很好的支撑作用，保证液氨顺利通过。不锈钢优选为304不锈钢，圆筒形内支撑架和圆筒形外支撑架厚度优选为2.0mm。方形冲孔板采用计算机程序定位，一次成型，整体性强、网孔均匀、网面平滑，方孔的优势是可以提供更大的开孔率。经反复试验，方形冲孔板的方孔为5mm×5mm、间隔2mm，能充分保证疏油疏水滤芯2.5Mpa的抗压性和最大流通量，同时兼顾初级均流作用。
进一步地，所述端盖的外表面设有密封圈卡合部，所述密封圈卡合部包括圆环形卡合凸起和圆环形卡合凹槽。该液氨疏油疏水滤芯在安装到过滤设备内时，该液氨疏油疏水滤芯相对于过滤设备壳体内壁的过滤区(腔)和过滤后区(腔)需要相对密封，因此在该液氨疏油疏水滤芯两端盖外，还设有密封圈，密封圈为圆环形状，并固定在端盖外表面的密封圈卡合部上，为了方便固定密封圈，将密封圈嵌入圆环形卡合凹槽内并通过卡合凸起稳固而达到密封效果。该圆环形卡合凸起和圆环形卡合凹槽可根据实际工艺需要设置一组或多组。
采用上述结构本发明取得的有益效果如下：本方案液氨疏油疏水滤芯结构简单，设计合理，能够有效去除液氨中的油分、水分及机械颗粒杂质，具有高效过滤机械性颗粒杂质及高效疏油疏水的三重功能，对颗粒性杂质的过滤精度是≥5μm、能够达到99.5％以上的机械杂质过滤效率，油性污染物透过率≤0.01％，即油性污染物的过滤效率≥99.99％，具有像水鸟羽毛一样的疏水性，水分的透过率≤0.01％，即水分拦截率≥99.99％，能有效避免液氨中杂质对相关的设备、管道、阀门、仪表等元件的堵塞。
附图说明
图1为本发明液氨疏油疏水滤芯剖视结构示意图；
图2为本发明液氨疏油疏水滤芯的过滤示意图；
图3为图2的A-A剖面图；
图4为本发明液氨疏油疏水滤芯的端盖图。
其中，1、圆筒形内支撑架，2、圆筒形外支撑架，3、端盖，4、复合过滤结构层，5、机械颗粒性杂质，301、液氨出口，302、环形凹槽，303、密封圈卡合部，304、圆环形卡合凸起，305、圆环形卡合凹槽，401、外均布导流层，402、第一层预过滤膜，403、第二层超双疏微孔膜，404、第三层疏水膜，405、内均布导流层，111、颗粒物杂质。
具体实施方式
下面结合附图和实例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-4所示，本发明液氨疏油疏水滤芯，其特征在于：它包括圆筒形内支撑架1、圆筒形外支撑架2和端盖3，所述圆筒形外支撑架2套接于圆筒形内支撑架1外，圆筒形内支撑架1和圆筒形外支撑架2之间设有复合过滤结构层4，所述复合过滤结构层4由外到内依次包括外均布导流层401、第一层预过滤膜402、第二层超双疏微孔膜403、第三层疏水膜404和内均布导流层405，所述端盖3密封设于圆筒形内支撑架1和圆筒形外支撑架2两端，端盖3上设有液氨出口301。
其中，端盖3的内表面设有环形凹槽302，圆筒形内支撑架1、复合过滤结构层4和圆筒形外支撑架2的端部设于环形凹槽302内。第一层预过滤膜402、第二层超双疏微孔膜403、第三层疏水膜404从上到下呈折叠状结构，第一层预过滤膜402、第二层超双疏微孔膜403、第三层疏水膜404沿圆筒形内支撑架1外缘呈折叠状结构。第一层预过滤膜402为静电纺聚砜纳米纤维膜，第二层超双疏微孔膜403为超疏水疏油双疏微孔膜/纤维，第三层疏水膜404是由聚丙烯、聚醚风聚合而成的超高效疏水聚合过滤膜。内均布导流层405和外均布导流层401采用亲水性聚丙烯PP/CHA熔喷非织造布制成，内均布导流层405和外均布导流层401兼作疏油疏水滤芯的预处理，它亲水而不粘油，防止大的颗粒杂质瞬间堵塞复合过滤结构层4，保护复合过滤结构层4的长期高效运行。圆筒形内支撑架1和圆筒形外支撑架2为不锈钢方形冲孔板制成。端盖3的外表面设有密封圈卡合部303，所述密封圈卡合部303包括圆环形卡合凸起304和圆环形卡合凹槽305。
具体使用时，将本液氨疏油疏水滤芯安装于过滤设备内，该液氨疏油疏水滤芯相对于过滤设备壳体内壁的过滤区(腔)和过滤后区(腔)需要相对密封，因此在该液氨疏油疏水滤芯两端盖3外，还设有密封圈，密封圈为圆环形状，并固定在端盖3外表面的密封圈卡合部303上，为了方便固定密封圈，将密封圈嵌入圆环形卡合凹槽305内并通过圆环形卡合凸304起稳固而达到密封效果；如图2所示，待过滤液氨从本液氨疏油疏水滤芯外侧依次通过圆筒形外支撑架2、外均布导流层401、第一层预过滤膜402、第二层超双疏微孔膜403、第三层疏水膜404、内均布导流层405、圆筒形内支撑架1经过层层过滤进入圆筒形内支撑架1内，通过端盖3上设有的液氨出口301将过滤后的液氨输出即可。
该液氨疏油疏水滤芯兼有过滤机械颗粒性杂质5与高效疏油疏水的三重功能，对液氨中0.5um以上的机械颗粒性杂质5过滤效率在99.5％以上，油雾的过滤效率99.99％，水的过滤效率99.99％。
下面结合本发明在“滤芯性能检测装置”上的实验结果进一步说明本发明液氨疏油疏水滤芯的效果。
“滤芯性能检测装置”，它主要由滤芯试验系统、污染物注入系统、颗粒计数器及其配套的稀释系统所组成。
通过“滤芯性能检测装置”的污染物注入系统配制含油、水、Fe2O3颗粒性机械杂质的液氨，对配置的含污染物的液氨取样并进行含油量、含水量和颗粒度检测，通过“滤芯性能检测装置”的试验系统过滤后的液氨进行取样，进行含油量、含水量和颗粒度检测，检测结果如下：
1.颗粒度检测
本发明液氨疏油疏水滤芯数据：
2.含油量检测(重量法)
本发明液氨疏油疏水滤芯数据：
3.水分检测(％≤)
本发明液氨疏油疏水滤芯数据：
通过“滤芯性能检测装置”检测的以上数据表明，本发明液氨疏油疏水滤芯，能有效滤除液氨中的颗粒杂质、水和油质污染物，提高液氨的清洁度。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种液氨疏油疏水滤芯，其特征在于：它包括圆筒形内支撑架、圆筒形外支撑架和端盖，所述圆筒形外支撑架套接于圆筒形内支撑架外，圆筒形内支撑架和圆筒形外支撑架之间设有复合过滤结构层，所述复合过滤结构层由外到内依次包括外均布导流层、第一层预过滤膜、第二层超双疏微孔膜、第三层疏水膜和内均布导流层，所述端盖密封设于圆筒形内支撑架和圆筒形外支撑架两端，端盖上设有液氨出口；所述端盖的内表面设有环形凹槽，圆筒形内支撑架、复合过滤结构层和圆筒形外支撑架的端部设于环形凹槽内；所述端盖的外表面设有密封圈卡合部，所述密封圈卡合部包括圆环形卡合凸起和圆环形卡合凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种液氨疏油疏水滤芯，其特征在于：所述第一层预过滤膜、第二层超双疏微孔膜、第三层疏水膜从上到下呈折叠状结构，第一层预过滤膜、第二层超双疏微孔膜、第三层疏水膜沿圆筒形内支撑架外缘呈折叠状结构。
3.根据权利要求1所述的一种液氨疏油疏水滤芯，其特征在于：所述第一层预过滤膜为静电纺聚砜纳米纤维膜，第二层超双疏微孔膜为超疏水疏油双疏微孔膜/纤维，第三层疏水膜是由聚丙烯、聚醚风聚合而成的超高效疏水聚合过滤膜。
4.根据权利要求1所述的一种液氨疏油疏水滤芯，其特征在于：所述内均布导流层和外均布导流层采用亲水性聚丙烯PP/CHA熔喷非织造布制成。
5.根据权利要求1所述的一种液氨疏油疏水滤芯，其特征在于：所述圆筒形内支撑架和圆筒形外支撑架为不锈钢方形冲孔板制成。
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