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Poröse Filterkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung Neuere Untersuchungen
haben gezeigt. daß beispielsweise die Filtration von stauh-und/oder nebelhaltigen
Gasen oder Dämpfen mit Hilfe von porösen Filtern vorzugsweise so durchgeführt wird.
daß man einen besonders guten Abscheidungsgrad erhält, wenn man die Gase oder Dämpfe
mit einer solchen Geschwindigkeit durch das Filter hindurchschickt, die größer ist
als dem Knickpunkt im logarithmisch aufgetragenen Druckabfall-Geschwindigkeits-Diagramm
entspricht (vgl. deutsche Patentschrift 854 497). Diese \~orschrift läßt sich dann
am günstigsten in bezug auf den erforderlichen Druckabfall ausführen, wenn man möglichst
glatt ausgebildete Filterporen verwendet. Dies lsißt sich z. B. dadurch erreichen,
daß man Kugeln aus einem geeigneten Material, z. B. Glas, herstellt und eine Schüttung
in einer erforderlichen Dicke von beispielsweise einigen Zentimetern aufschüttet.
Auf diese Weise lassen sich jedoch nur einfach geformte Filterschüttungen herstellen,
und falls größere Filternächen erforderlich sind, tritt die Schwierigkeit der Anordnung
eines gleichmäßig dicken Filters auf. welches durch den Gasstrom nicht in Bewegung
gebracht wird.
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Es ist daher erwünscht, Filter mit ähnlich glatten Porenol) erflächen
bauen zu können, die nicht einfache Schiittungen darstellen, sondern aus gebundenem
Vlaterial bestehen, so daß man ihnen beliebige, auch von der einfachen Platte abweichende
Formen geben kann. Als solche Form hat sich beispielsweise die Kerzenform bewährt,
die nur sehr kompliziert als einfache Schiittung nachzubilden ist.
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Es ist hereits bekannt, Brunnenfilter so herzustellen, dal3 man Quarzkörner
mit einem Glasfilm umgiht und (liese Glasrilme miteinander durch Erhitzen verschweißt
(USA.-Patentschrift 2 008 327). Derartige \Vasserfilter unterscheiden sich von dem
Idealfall der losen Kugel schüttung sehr wesentlich dadurch, daß durch das Schmelzen
der Glasfilme ein wesentlicher Teil der Porenräume zugeschmolzen wird und auch die
Oberfläche der Poren, auf die es ja besonders ankommt, nicht die Gleichmäßigkeit
besitzt wie eine Kugeloberfläche. Außerdem sind Quarzkörner ja wohl abgerundete
Bruchstücke, weichen aber doch noch sehr weitgehend von der idealen Kugelform ab.
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Insbesondere besitzen Quarzkörner nicht abgerundete Flächen, die größere
Kittstellen abgeben, wodurch erst die Herstellung dieser mit Glas gekitteten Quarzfilter
möglich wird.
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Nach einem anderen bekannten Verfahren werden Filterkörper, insbesondere
Kiespackungskörper für Brunnenfilter, dadurch hergestellt, daß Quarzkörner mit einem
Klebemittel benetzt und in lockerster Packung aufgeschüttet und verklebt werden.
An Stelle von Quarzkörnern können auch Gerüststoffe Ver-
wendung finden, die z. B.
durch HeiBluft oder in heißen Flüssigkeiten verkittbar sind, beispielsweise Körper,
die aus Polyvinylchloriden gewonnen werden und durch Frittung oder Schmelzung miteinander
zum Haften gebracht werden (deutsche Patentschrift 813 992). Bei diesem Verfahren
soll die Porosität des Filters durch die lockerste Packung dem vorerwähnten USA.-Verfahren
gegenüber verbessert werden.
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Doch bereitet die Herstellung einer lockersten Packung erhebliche
Schwierigkeiten.
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Es ist außerdem ein Verfahren bekannt, bei dem hochporöse Kunststeinmassen
dadurch hergestellt werden, daß aus gemahlenem Quarz oder kieseläurehaltigem Material
und basischen Stoffen in Gegenwart großer Wassermengen durch Dampfbehandlung in
körniger bis stückiger Form erzeugte mikroporöse Kunststoffe mit bindend wirkenden
Stoffen zu Formkörpern bzw. formhaltenden Massen gebunden werden. Man erhält auf
diese Weise zwar sehr feinpori,, Material, aber die einzelnen Porenol) erflächen
weichen weitgehend von denen einer Kugelschüttung ab, Es ist auch weiterhin bekannt,
poröse Formkörper aus kleinen Kugeln aufzubauen, wobei man die Verfestigung durch
Erhitzen einer Schüttung aus einzelnen kugelförmigen Teilchen bei Temperaturen von
etwa 50 bis 200° C unterhalb des beginnenden Schmelzens der Masse erzielt. Die kugelförmigen
Teilchen werden dadurch erzeugt, daß feine Pulver durch eine Flamme geschickt werden,
wo sich flüssige Tröpfchen bilden, die nachträglich kugelförmig erstarren. Dieses
Verfahren hat aber den Nachteil, daß, wenn Kugeln größer als 1 mm Durchmesser benutzt
werden, sich die porösen Formkörper kaum ohne Spannungen herstellen lassen. Außerdem
erfolgt beirn
Erhitzen für den Sintervorgana stets cine Deformation
der einzelnen Kugeln. Bei kleinen Kugeln ist sic gering. Es ist aber kaum möglich,
die Kugelgestalt hei einem Durchmesser von 1 mm und mehr zu erhalten. Bei diesem
Deformationsvorgang werden dann die Poren weitgehend geschlossen, so daß man kein
brauchbares Material erhält.
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Es wurde nun gefunden, daß man auf besonders günstige Weise Filterkörper
beliebiger Form dadurch herstellen kann. daß man pulverförmiges Ausgangsmaterial,
gegebenenfalls unter Zusatz von flüssigem Bindemittel, durch einen Granulierungsprozeß
zu Isugeln formt, welche durch Verkleben oder durch Zusammenschweißen zu einem gasdurchlässigen
Körper vereinigt werden. Eine solche Herstellungsweise von porösen Filterkörpern
gestattet die Auswahl des Filtermaterials in größtmöglicher Abstimmung auf den jeweiligen
Anwendungszweck. Man kann daher als pulverförmiges ausgangsmaterial ein Material
verwenden, das für den jeweiligen anwendungszweck genügend chemische Beständigkeit
bzw. Hitzebeständigkeit besitzt. Es ist z. r,. möglich, silikatische Materialien
als Grundsul) stanz zu nehmen, wenn es sich darum handelt, starke Säuren aus einem
Gas abzuscheiden. Man kann gepulverte Kohle oder Graphit verwenden, wenn die zu
nitrierenden Substanzen Flußsäure enthalten. Durch die Wahl der pulverformigen Ausgangsprodukte
erhält man durch Granulieren kugeliger Körper, die sowohl in sich eine mikroporöse
Struktur als auch eine der Korngröße des Ausgangspulvers entsprechende feinaufgerauhte
Oberfläche besitzen. Das erleichtert die Verkittung oder Vcrschweißung der einzelnen
Granulatkugeln außerordentlich, und es gelingt mit diesem Verfahren tatsächlich,
kleinstnächige Kittstellen zu erhalten. Das entstehende abgebundene Haufwerk hat
dadurch außerordentlich glatte, der idealen Kugelschüttung entsprechende Poren,
wobei für die Porenausbildun, die Mikrorauhigkeit der C) herfläehe zu vernachlässigen
ist.
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Es lassen sich auf diese Weise Filter mit außerordentlich hohem Hohlraumvolumen
erzielen, ohne daß man künstlich die lockerste Lagerung mit ihren groben Nachteilen
fiir die Festigkeit des Filters anstreben muß.
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Die beim Granulieren anzustrebenden Kugeldurchmesser richten sich
nach dem Verwendungszweck des Filters. Sollen Nebet aus Gasen nitriert werden, dann
strebt man Filter an. die vorzugsweise einen effektiven I'orenclurchlllesser von
50 bis 200 µ besitzen. Unter effektivem Porendurchmesser ist dabei jener hypo thetische
Wert verstanden, den man z. B. aus der @ Durchnußgeschwindigkeit von Wasser durch
das Filter erhält, wenn man den gesamten Porenhohlraum in Form von parallelen Kapillaren
sich angeordnet denkt, und aus der Abhängigkeit der durchfließendden Wassermenge
vom druckverlust den Kapillarenradius nach dem Poiseuilleschen Gesetz berechnet.
Zum Aufbau solcher Filter benutzt man Kugeln von 0. 5 bis 5 nllll Durchmesser. Zum
Filtern von staubhaltigen Gasen unter Bespülung des Filers können auch grobporige
Filter. die aus entspreched größeren Kugeln bestehen, benutzt werden. Alle diese
Filter lassen sich auch zur Filtration von Flüssigkeiten verwenden.
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Ebenso können die Filter zum Verteilen von Gasen in Flüssigkeiten
Verwedung finden.
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Zur Granulierung der pulverförmigen Ausgangsstoffe können die bekannten
Verfahren eingesetzt werden. Es ist z. B. möglich, über einen Drehteller zu granulicren
und die anzuwendende Korngröße durch
Sieben auszuklassieren. aber auch Trommelgranulatoren
lassen sich ohne weiteres einsetzen. Besonders vorteilhaft für die Erzengung kleiner,
gleichmäßiger Granulats bespielsweisc mit Durchmessern um 1 mm. hat sich die Granulierung
im Wirbelbett bewährt. insbesondere ween man die Wirbelschicht in einem diffusorartigen
Raum aufbaut, können außerodentlich gleichmäßige Granulate gewonnen werden.
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Die Erfindung sei an Hand zweier Beispiele noch nager crläutert.
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1. Herstellung eines filters ohne bindematerial Eine übliche Porzellanrohmasse
wurde trocken einem Granulicrteller aufgegeben. Gleichzeitig wurde mittels einer
Düse Wasser auf den Granuliertellcr in einem solchen Verhältis aufgespritzt, daß
der Feststoff 10% Feuchtigkeit aufnahm, Durch die Drehbewegung des Granuliertellers
bildeten sich kleine Kügedlchen. die man innerhalb eines Bereiches von 1, 8 bis
2, 6 mm erzeu,, kann. Diese Kügelchen wurden getrocknet, in Filterformen geschiittet
und bei Temperaturen um 1200°C gebrannt. Man kann auf diese Weise poröse Formkörper
mit Porenvoiumina um 45°/o erzeugen. Die Festigkeit ist außerordentlich groß, und
es gelingt. Schichten bis zu einer minimalen Dicke von 5 mm zu erzeugen, so dal,
praktisch nur drei Kugellagen für den Filterkörper verwendet werden müssen.
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2. Herstellung eines kerzenfilters unter Verwendung eines Bindematerials
Ein Kerzenfilter mit einer effektiven Porenweite von 170 µ und einer Gasdurchlässigkeit
von 8000 m3/m2 filterfläche pro Stunde und Zentimeter Filterdicke bei 100 mm Druckverlust
wurde beispielsweise wie folgt hergestellt : Schamotte wurde auf eine Korngröße
von unter 100 vermahlen. Dieses Pulver wurde mit 5 Gewichtsprozent Wasser in einer
Doppelmesserschnecke gemischt. Es resultierte ein schwach plastisches, kriimeliges
\-orprodukt. Dieses wurde in einen diftusorförmigen Schacht, den ein nach ol) en
gerichteter warmer Luftstrom durchzog, von ober her eingetragen. Die Luftgeschwindigkeit
wurde so eingestellt, daß sich eine frei schwebende wirbelnde Suspension ausbildet.
Hierbei bilden sich kugelige Teilchen, cleren Durchmesser zwischen 0. 5 und 4 mm
liegt. Der Hauptanteil (85%) liegt zwischen 1 und 2, 5 mini. Diese werden ausgesiebt
und das Über- und Unterkorn in den Prozeß zuriickgegel) en.
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Das Granulat, das mit etwa 0.5% Feuchtigkeit anfiel wurde nun 1 Stunde
lang bei 500° C in einer Drehtrommel erliitzt. Hierl) ei diffundierten nieclrigschmelzende
dkaliumhaltige Silikate an die Oberfläche der 1sugeln. Die vorerhitzten Kugeln wurden
nun in Graphitformen geschüttet. Die Graphitformen waren so aufgebaut, daß ihre
die Kugeln aufnehmende Aussparung die Form einer Filterkerze besaß. In diescr Graphitform
wurde die Schuttung auf etwa 1340° C erhitzt, wodurch die an der Oberfläche angereicherten
niedrigschmelzenden Silikate an der Berührungsstelle der Kugel) zum fritten kamen.
Nach dem Abkuhlen ließ sich die Form ohne weiteres ablosen, und man erhielt ein
außerodentlich stabiles Kerzenfilter. Auf dieseWeisekonntenbeispielsweiseKerzenvoneinem
Außendurchmesser bis zu 500 mm. einer Wandstkrke von nur 10 mm und einer Länge von
l m erhalten werden. Mit einer einzigen solchen Kerze ließen sich z. B. 10 000 m3
Gas pro Stunde vollkommen entnebeln.
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Sie genügte z. B.. um das Abgas einer 100-Tagestonnen-Schwefelsaureanlage
bis auf geringe Spuren
von H2SO4-Nebeln zu reinigen. Wie dieses
Beispiel zeigt. ist es also möglich, durch den Granulierprozeß auch das Bindemittel
mit in die Kugeln einzuarbeiten und durch einen Diffusionsprozeß nachträglich and
die Oberfläche treten zu lassen. Es ist aber auch möglich, das Bindemittel nachträglich
aufzubringen, beispielsweise aufxupudern.WederinderWahldesAusgangsproduktes noch
in der Wahl des Bindemittels sind irgendwelche Grenzen gesetzt. Man kann organische
und anorganische Produkte in gleicher B'eise verwenden. Auch für die nachträgliche
Aufbringung des Bindemittels ist die Mikrorauhigkeit, weche durch den Herstellungsprozeß
aus feinem Pulver bedingt ist. von großem Vortei).