WO1999051543A2 - Formstabiles, durchströmungsporöses fluidbehandlungselement, insbesondere heissfluid-filterelement - Google Patents

Formstabiles, durchströmungsporöses fluidbehandlungselement, insbesondere heissfluid-filterelement Download PDF

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WO1999051543A2
WO1999051543A2 PCT/EP1999/002326 EP9902326W WO9951543A2 WO 1999051543 A2 WO1999051543 A2 WO 1999051543A2 EP 9902326 W EP9902326 W EP 9902326W WO 9951543 A2 WO9951543 A2 WO 9951543A2
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solid particles
glass
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Walter Herding
Hans Joachim Burger
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Herding Gmbh Filtertechnik
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    • Y10S264/48—Processes of making filters

Definitions

  • the invention relates to a dimensionally stable, flow-porous fluid treatment element which is suitable for hot fluid treatment, in particular filter element, characterized by the following components: (a) inorganic solid particles with internal empty spaces;
  • the fluid treatment element according to the invention is characterized by a combination of excellent properties:
  • the fluid treatment element has, based on its volume, a low weight, which reduces the effort for raw material used and the technical effort for a possibly to be provided
  • the fluid treatment element is suitable for the treatment of fluids which are at an elevated temperature.
  • Solid particles selected from the following material group with internal empty spaces are preferably provided: foam glass particles; - expanded clay particles.
  • Foam glass particles have the advantage of excellent chemical resistance and are often made from recycled glass. They are available on the market and show a closed, in the first approximation spherical shell, which is crisscrossed by some walls inside, but is otherwise largely hollow. Compared to massive
  • Glass particles are specifically much lighter in foam glass particles with a not significantly reduced strength.
  • the internal empty spaces can be closed off from the surroundings of the solid particles concerned (as with the foam glass particles), but can also have all or part of a connection to the surroundings of the solid particles concerned.
  • Solid particles are preferably provided which for the most part have a size within the limits of 0.2 to 1 mm, preferably 0.3 to 0.7 mm.
  • the choice of particle size determines the pore size in the fluid treatment element.
  • "For the most part” means "more than 50% of the volume or weight of the solid particles", preferably “more than 90%”. However, if you B. a fluid treatment element with very large porosity between the
  • solid particles are desired, solid particles of larger size can also be used.
  • particles in the size of 1.0 to 2.0 mm are preferred as favorable.
  • the binder is preferably soda water glass, potassium water glass, lithium water glass or a mixture of at least two of the water glasses mentioned.
  • a mixture of sodium water glass and potassium water glass is particularly common.
  • the methods customary for such binders can be used to harden the water-glass-based binder, in particular gassing with CO 2 , promoting the absorption of CO 2 from the air by heating.
  • Long-term hardening at room temperature in air admixing one Metal oxide to the water glass, admixing an acid to the water glass, admixing an ester to the water glass.
  • a completely new way of hardening is particularly preferred, namely in that the raw fluid treatment element (ie the not yet hardened fluid treatment element) is contacted with an alcohol-based hardening liquid.
  • the hardening liquid preferably consists to a considerable extent of alcohol, with concrete limits preferably being at least 30% alcohol, more preferably at least 40% alcohol, even more preferably at least 50% alcohol, even more preferably at least 70% alcohol, even more preferably approximately 100 % Alcohol
  • the constituent responsible for the curing process is preferably a monohydric alcohol or a mixture of several monohydric alcohols.
  • the fluid treatment element can be brought from the raw, uncured state to the cured state without the use of a heating step and without the use of a longer curing time.
  • the main components of the fluid treatment element solid particles with internal empty spaces and hardened water-glass-based binder
  • other components are added to create the basic structure of the fluid treatment element.
  • a fastening component preferably in the form of a fiber fabric
  • the fiber scrim can be provided in particular on a surface of the fluid treatment element, but also as an inner fiber scrim. Fiber fabrics of conventional design can be used, in particular fabric mats. The usual fibers are considered as materials, in particular
  • Glass fibers but also carbon fibers, mineral fibers and others.
  • the mass from which the raw fluid treatment element consists can also contain further components in a minor amount, preferably selected from the following group, either one component from a group or several components from one group or several components from several Groups: one or more fillers, preferably talc or quartz powder; one or more adjuvants or additives;
  • Fibers to increase strength preferably glass fibers, but also other fibers as stated in the previous paragraph.
  • the fillers can make the mass supple for the raw
  • the fibers mentioned are normally mixed into the binder and are disordered in the mass to be molded. This is the difference to the fiber fabrics mentioned above.
  • the mass from which the raw fluid treatment element is to be formed preferably has the following weight percent ranges, based on the total weight:
  • the weight percent range given relates to commercially available water glass, which is usually one
  • Filter element for gases or liquids
  • Particulate filters for exhaust systems of diesel engines Base body with catalytic coating for catalytic exhaust gas detoxification systems (e.g. those as known from the exhaust system of motor vehicles).
  • the fluid treatment element according to the invention is a technical element that can be used at elevated temperature due to its design, it can of course also be used in fluid treatment at non-elevated temperatures.
  • the structure of the fluid treatment element according to the invention in particular in the case of solid particles in the form of foam glass particles or
  • Expanded clay particles ensures that they can be used at a continuous operating temperature of over 200 ° C, but also much higher continuous operating temperatures do not pose a fundamental problem. Particular attention should be paid to the possibility of filtration or the catalytic treatment of combustion gases in the
  • the fluid treatment element according to the invention is a filter element, in the ready-to-use final state it preferably has a surface filtration layer with a smaller one on its inflow surface
  • Filter elements with a surface filtration layer have the particular advantages that the filter element can be cleaned well by backflow and that the pores in the interior of the filter element do not become clogged, which
  • a surface filtration layer made of fibers, preferably glass fibers or mineral fibers, or of inorganic solid particles is particularly preferred.
  • the fluid treatment element according to the invention can be produced by a method which is characterized in (a) that the components for the raw fluid treatment element are mixed to form an imageable or flowable mass; (b) the mass is placed in a mold;
  • Form can be removed and has good initial shape stability, then often follows a final drying and post-curing, especially at room temperature or at an elevated temperature of preferably 100 to 150 ° C.
  • the hardening of the binder with the hardening liquid mentioned allows the shaped body to be removed after a short time
  • Time preferably after less than 60s, most preferably after less than 30s, from the mold. It is cheap from which
  • the shape in which the molded body is produced can have a very simple shape (for example cuboid for the manufacture of plate-like products), but also a more complicated shape.
  • the mold can preferably also contain mold cores, so that a molded body with at least one inner cavity is produced, which is closed to the outside or has a connection to the outside. In most cases, it is advantageous to provide a single-split or a multiple-split shape. Depending on the consistency of the molding compound, it is possible to work with flowing into the mold, but also introducing it with subsequent application of a certain compression pressure, or also introducing and supporting the filling of the mold by vibration or the like. The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments:
  • FIG. 1 shows a top view of a first production mold
  • FIG. 2 shows a horizontal cross section of a fluid treatment element after removal from the first production mold; 3 shows a top view of a second production mold; 4 shows a top view of a third production mold;
  • Fig. 5 shows a vertical cross section through a "lying"
  • FIG. 6 shows in section an enlarged detail of a fluid treatment element at point A in FIG. 5, produced in the fourth production mold; finally, a composition example is carried out.
  • the first production mold 2 shown in FIG. 1 has the shape of a relatively flat, internally hollow cuboid, which is closed on five sides and is open on the sixth side. There are three from the open side
  • Mold cores 4 which are spaced apart and each have a rectangular cross section, are used; the mold cores 4 can be seen in section in FIG. 1 because they protrude upward from the open mold.
  • FIG. 2 shows the fluid treatment element 6 produced in the first production mold according to FIG. 1 after removal from the production mold 2. It can in particular be used in such a way that the outer surface 8 represents the inflow surface of the fluid treatment element 6, while the clean gas or the clean liquid is drawn off from the chambers 10 upwards.
  • the second production mold 2 shown in FIG. 3 has a cylindrical mold cavity in which a cylindrical core 4 of smaller diameter is arranged.
  • a fluid treatment element that has the shape of a pipe section.
  • the third production mold 2 shown in FIG. 4 has a mold cavity which, in a modification of the mold cavity of the second production mold, is corrugated-cylindrical.
  • the core 4 has an outer contour which follows this corrugation at a distance.
  • first, the second and the third production mold 2 can either be provided in such a way that the cores 4 in the production mold 2 extend to the lower end thereof; then the inner cavity of the fluid treatment elements 6 produced is open at the lower end and at the upper end.
  • the lower end face of the cores 4 can be arranged at a distance from the lower end of the mold cavity; then fluid treatment elements 6 are produced, the cavities of which are closed at the bottom and are only open at the top.
  • FIG. 5 shows a fourth production mold 2 with a somewhat more complicated geometric shape.
  • a “lying”, upper mold half 2b is analogously profiled on its lower side with wave crests and wave troughs.
  • the mass can be introduced into the lower one
  • Form half 2a a fiber fabric, in particular a glass fiber fabric mat, are inserted, alternatively, a part of the mass is first filled into the lower mold half 2a and then the fiber fabric is placed on.
  • Fig. 6 is shown in an enlarged view how the
  • Fluid treatment element half 6 looks in detail.
  • the fiber fabric 16 in the area of a surface of the fluid treatment element half 6 ' is double
  • Fluid treatment element 6 in front of itself which is closed on five sides and open to the cavities on the sixth side.
  • a mass of the following composition was produced: - 32% by weight of commercially available water glass (mixture of
  • the mass was poured into a mold as shown in FIG. 1, the cuboid mold cavity (with the cores removed) enclosing approximately the size 30 cm ⁇ 20 cm ⁇ 5 cm.
  • the shape and cores were made of metal.
  • Partition level otherwise from thin liquid outlet openings
  • the molded body was then post-cured in an oven at 120 ° C. for 1 hour.

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Abstract

Formstabiles, durchströmungsporöses Fluidbehandlungselement, das für Heißfluidbehandlung geeignet ist, insbesondere Filterelement, gekennzeichnet durch folgende Komponenten: (a) anorganische Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen; (b) und gehärteter Binder auf Wasserglasbasis; (c) wobei der Binder die Feststoffteilchen zu dem durchströmungsporösen Fluidbehandlungselement zusammenhält.

Description

FORMSTABILES, DURCHSTROMUNGSPOROSES FLUIDBEHANDLUNGSELEMENT, INSBESONDERE HEISSFLUID-FILTERELEMENT
Gegenstand der Erfindung ist ein formstabiles, durchströmungsporöses Fluidbehandlungselement, das für Heißfluidbehandlung geeignet ist, insbesondere Filterelement, gekennzeichent durch folgende Komponenten: (a) anorganische Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen;
(b) und gehärteter Binder auf Wasserglasbasis,
(c) wobei der Binder die Feststoffteilchen zu dem durchströmungsporösen Fluidbehandlungselement zusammenhält.
Derartige Fluidbehandlungselemente sind mit einer großen Vielfalt von
Feststoffteilchen und einer großen Vielzahl von Bindern bekannt geworden.
Gegenüber den bekannten Fluidbehandlungselementen zeichnet sich das erfindungsgemäße Fluidbehandlungselement durch eine Kombination hervorragender Eigenschaften aus:
Es können relativ preiswerte Ausgangsmaterialien eingesetzt werden; die Herstellung ist einfach und preisgünstig; - das Fluidbehandlungselement hat, bezogen auf sein Volumen, ein niedriges Gewicht, was den Aufwand für eingesetztes Rohmaterial verringert und den technischen Aufwand für eine ggf. vorzusehende
Tragstruktur für das Fluidbehandlungselement verringert; das Fluidbehandlungselement ist für die Behandlung von Fluiden, die sich auf erhöhter Temperatur befinden, geeignet.
Vorzugsweise sind aus der folgenden Materialgruppe ausgewählte Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen vorgesehen: - Schaumglasteilchen; - Blähtonteilchen. Schaumglasteilchen haben den Vorteil hervorragender chemischer Beständigkeit und werden häufig aus recyceltem Glas hergestellt. Sie sind am Markt erhältlich und zeigen eine geschlossene, in erster Näherung kugelförmige Hülle, die im Inneren von einigen Wänden durchzogen, aber ansonsten großenteils hohl ist. Gegenüber massiven
Glasteilchen sind Schaumglasteilchen bei nicht wesentlich verringerter Festigkeit spezifisch sehr viel leichter. Bei den erfindungsgemäß eingesetzten Feststoffteilchen können die inneren Leerräume gegenüber der Umgebung des betreffenden Feststoffteilchens abgeschlossen sein (wie bei den Schaumglasteilchen), können aber auch alle oder teilweise eine Verbindung zur Umgebung des betreffenden Feststoffteilchens haben.
Vorzugsweise sind Feststoffteilchen vorgesehen, die zum größten Teil eine Größe in den Grenzen 0,2 bis 1 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,7 mm, haben. Die Wahl der Teilchengröße bestimmt die Porengröße in dem Fluidbehandlungselement. "Zum größten Teil" bedeutet "zu mehr als 50% des Volumens oder Gewichts der Feststoffteilchen" , vorzugsweise "zu mehr als 90% " . Wenn man jedoch z. B. ein Fluidbehandlungselement mit sehr großer Porosität zwischen den
Feststoffteilchen wünscht, kann man auch Feststoffteilchen größerer Größe einsetzen. Insbesondere bei Formkörpern als Katalysatorträger in Abgasanlagen sind Teilchen in der Größe 1,0 bis 2,0 mm als günstig bevorzugt.
Vorzugsweise ist der Binder Natronwasserglas, Kaliumwasserglas, Lithiumwasserglas oder eine Mischung aus mindestens zwei der genannten Wassergläser. Besonders handelsüblich ist ein Gemisch aus Natronwasserglas und Kaliumwasserglas.
Zum Härten des Wasserglasbasis-Binders können die für derartige Binder gängigen Methoden eingesetzt werden, insbesondere Begasen mit CO2, Förderung der CO2-Aufnahme aus der Luft durch Erwärmen. Langzeiterhärtung bei Raumtemperatur an der Luft, Zumischen eines Metalloxids zu dem Wasserglas, Zumischen einer Säure zu dem Wasserglas, Zumischen eines Esters zu dem Wasserglas. Besonders bevorzugt ist jedoch ein ganz neuartiger Weg der Härtung, nämlich indem das rohe Fluidbehandlungselement (d. h. das noch nicht gehärtete Fluidbehandlungselement) mit einer Härtungsflüssigkeit auf Alkoholbasis kontaktiert wird. Vorzugsweise besteht die Härtungsflüssigkeit zu einem erheblichen Teil aus Alkohol, wobei als konkrete Grenzen vorzugsweise mindestens 30% Alkohol, stärker bevorzugt minestens 40% Alkohol, noch stärker bevorzugt mindestens 50% Alkohol, noch stärker bevorzugt mindestens 70% Alkohol, noch stärker bevorzugt ca. 100% Alkohol
(wie handelsüblich erhältlich). Vorzugsweise ist der für den Härtungsvorgang verantwortliche Bestandteil ein einwertiger Alkohol oder auch eine Mischung mehrerer einwertiger Alkohole. Besonders brauchbare und leicht und kostengünstig erhältliche Alkohole sind Äthanol, Methanol, Isopropanol, Brennspiritus (= vergällter Äthanol).
Wegen der porösen Struktur des rohen Fluidbehandlungselements ist es vom technischen Ablauf her einfach, den Binder auf Wasserglasbasis in dem gesamten rohen Fluidbehandlungselement im erforderlichen Ausmaß mit der Härtungsflüssigkeit zu kontaktieren. Es hat sich überraschend gezeigt, daß dieses Kontaktieren zu einer spontanen, in sehr kurzer Zeit
(im wesentlichen schon in wenigen Sekunden) ablaufenden Härtung des Binders führt. Es ist ein für die Produktion immenser Vorteil, daß das Fluidbehandlungselement ohne den Einsatz eines Erwärmungsschritts und ohne den Einsatz einer längeren Härtungszeit von dem rohen, ungehärteten Zustand in den gehärteten Zustand gebracht werden kann.
Da mit der Härtungsflüssigkeit auf Alkoholbasis der Härtungsvorgang sehr rasch abläuft, handelt es sich wohl nicht um eine chemische Reaktion mit dem Binder, vielmehr scheint ein physikalischer Vorgang vorzuliegen, der wahrscheinlich Wasserentzug aus dem Binder als wichtigen Effekt aufweist.
Zu den b i sher genannte n H auptkomp onenten de s Fluidbehandlungselements (Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen und gehärteter Binder auf Wasserglasbasis) müssen in der Regel keine weiteren Komponenten hinzutreten, um den grundsätzlichen Aufbau des Fluidbehandlungselements zu schaffen. Es wird allerdings darauf hingewiesen, daß es insbesondere in den Fällen, in denen relativ hohe Festigkeit des Fluidbehandlungselements gefordert wird, das Vorsehen einer Festigungskomponente, vorzugsweise in Form eines Fasergeleges, als günstig bevorzugt sein kann. Das Fasergelege kann insbesondere an einer Oberfläche des Fluidbehandlungselements vorgesehen sein, aber auch als inneres Fasergelege. Es können Fasergelege üblicher Ausbildung eingesetzt werden, insbesondere Gewebematten. Als Materialien kommen die üblichen Fasern in Betracht, insbesondere
Glasfasern, aber auch Kohlefasern, Mineralfasern und andere.
Außer den bisher angesprochenen Komponenten kann die Masse, aus der das rohe Fluidbehandlungselement besteht, noch weitere Komponenten in untergeordneter Menge enthalten, vorzugsweise ausgewählt aus der folgenden Gruppe, und zwar entweder eine Komponente aus einer Gruppe oder mehrere Komponenten aus einer Gruppe oder mehrere Komponenten aus mehreren Gruppen: einen oder mehrere Füllstoffe, vorzugsweise Talkum oder Quarzmehl; einen oder mehrere Hilfsstoffe oder Additive;
Fasern zur Festigkeitserhöhung, vorzugsweise Glasfasern, aber auch andere Fasern wie im vorstehenden Absatz ausgeführt.
Die Füllstoffe können die Geschmeidigkeit der Masse für das rohe
Fluidbehandlungselement erhöhen und so die Verarbeitbarkeit dieser Masse verbessern. Außerdem erhöht sich die Festigkeit und verringert sich die Schwindung bei der Härtung vom rohen F l u i d b e h an d l u n g s e l e m e nt zu m fe r t i g g e f o r m t e n Fluidbehandlungselement. Die genannten Fasern werden normalerweise dem Binder hinzugemischt und liegen in der zu formenden Masse ungeordnet vor. Hier liegt der Unterschied zu den weiter vorn angesprochenen Fasergelegen. Von den genannten, ergänzenden Komponenten zu unterscheiden sind Komponenten, die gewünschtenfalls dem Fluidbehandlungselement nach der Härtung hinzugefügt werden, z. B. bestimmte Oberflächenschichten, Imprägnierungen und dergleichen.
Vorzugsweise weist die Masse, aus welcher das rohe Fluidbehandlungselement geformt werden soll, bezogen auf das Gesamtgewicht die folgenden Gewichtsprozent-Bereiche auf:
10 - 50% Wasserglas
0 - 5 % Füllstoff oder Füllstoffe
0 - 5% Hilfsstoffe oder Additive
0 - 5 % Fasern
35 - 90% Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen (als Rest).
Bei dem Wasserglas bezieht sich der angegebene Gewichtsprozent- Bereich auf handelsübliches Wasserglas, das üblicherweise einen
Feststoffgehalt in der Gegend von 50% , auch etwas darunter, Rest
Wasser hat. Ferner wird darauf hingewiesen, daß viele Füllstoffe, insbesondere auch das bereits genannte Talkum oder das bereits genannte Quarzmehl, viele Hilfsstoffe und/oder Additive, und auch in die Masse verteilt eingebrachte Fasern spezifisch sehr leicht sind; trotz der angegebenen, niedrigen Gewichtsprozent-Bereiche dieser
Komponenten können diese Komponenten jeweils einen deutlich höheren
Anteil des Volumens der zu formenden Rohmasse ausmachen.
Schließlich wird darauf hingewiesen, daß bei dem Bezugsgewicht von 100% der zu formenden Masse ein etwaiges Fasergelege zur
Festigkeitserhöhung nicht einbezogen war.
Für das erfindungsgemäße Fluidbehandlungselement gibt es eine Fülle technischer Einsatz- und Verwendungsmöglichkeiten. Einige dieser Möglichkeiten seien als besonders bevorzugt genannt und herausgestellt:
Filterelement für Gase oder Flüssigkeiten;
Filterelement für die Rauchgase von Verbrennungsanlagen;
Partikelfilter für Abgasanlagen von Dieselmotoren; Basiskörper mit katalytischer Beschichtung für katalytische Abgasentgiftungsanlagen (z. B. solche, wie man sie aus dem Abgastrakt von Kraftfahrzeugen kennt).
Wiewohl das erfindungsgemäße Fluidbehandlungselement aufgrund seiner Ausbildung ein bei erhöhter Temperatur einsetzbares technisches Element ist, kann man es selbstverständlich auch bei der Fluidbehandlung bei nicht-erhöhten Temperaturen einsetzen. Der erfindungsgemäße Aufbau des Fluidbehandlungselements, insbesondere bei Feststoffteilchen in Form von Schaumglasteilchen oder
Blähtonteilchen, stellt die Einsatzfähigkeit bei einer Dauerbetriebstemperatur von über 200 °C sicher, aber auch noch sehr viel höhere Dauerbetriebstemperaturen stellen kein grundsätzliches Problem dar. Ganz besonders sei auf die Möglichkeit der Filtration oder der katalytischen Behandlung von Verbrennungsabgasen im
Temperaturbereich von 200 bis 950 °C hingewiesen.
Wenn das erfindungsgemäße Fluidbehandlungselement ein Filterelement ist, besitzt es im einsatzfähigen Endzustand vorzugsweise an seiner Zuströmoberfläche eine Oberflächenfiltrationsschicht mit kleinerer
P o re ng röß e al s im F i lte re lement unte rhalb de r Ob e r fl äc he nfiltr at io ns s c hic ht . F ilte r e le me nte m i t Oberflächenfiltrationsschicht haben insbesondere die Vorteile, daß sich das Filterelement durch Rückströmen gut abreinigen läßt und daß sich die Poren im Inneren des Filterelements nicht zusetzen, was den
Durchströmungswiderstand des Filterelements auf die Dauer immer weiter erhöhen würde. Besonders bevorzugt ist eine Oberflächenfiltrationsschicht aus Fasern, vorzugsweise Glasfasern oder Mineralfasern, oder aus anorganischen Feststoff teilchen.
Das erfindungsgemäße Fluidbehandlungselement läßt sich nach einem Verfahren herstellen, das dadurch gekennzeichnet ist, (a) daß die Komponenten für das rohe Fluidbehandlungselement zu einer bildsamen oder fließfähigen Masse vermischt werden; (b) daß die Masse in eine Form eingebracht wird;
(c) daß der Forminhalt gehärtet wird, vorzugsweise durch Zuführen einer Härtungsflüssigkeit auf Alkoholbasis in einer derartigen Menge, daß der Binder mindestens nahezu vollständig von der Härtungsflüssigkeit kontaktiert wird;
(d) und daß das gehärtete Fluidbehandlungselement aus der Form entnommen wird.
Obwohl das Kontaktieren mit der Härtungsflüssigkeit zu einer so weitgehenden, spontanen Härtung des Formkörpers führt, daß er der
Form entnommen werden kann und eine gute Anfangsformstabilität hat, schließt sich häufig eine abschließende Austrocknung und Nachhärtung an, insbesondere bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur von vorzugsweise 100 bis 150°C. Die Härtung des Binders mit der genannten Härtungsflüssigkeit erlaubt es, den Formkörper nach kurzer
Zeit, vorzugsweise nach weniger als 60s, höchst vorzugsweise nach weniger als 30s, der Form zu entnehmen. Es ist günstig, aus dem
Formkörper entweder vor Entnahme aus der Form oder nach Entnahme aus der Form überschüssige Härtungsflüssigkeit zu entfernen, z. B. durch Abtropfenlassen, Abschleudern, Durchblasen, Durchsaugen,
Verdunstenlassen.
Die Form, in der der Formkörper hergestellt wird, kann eine sehr einfache Gestalt (z. B. quaderförmig für die Herstellung von plattenartigen Produkten) haben, aber auch eine kompliziertere Gestalt.
Die Form kann vorzugsweise auch Formkerne enthalten, so daß ein Formkörper mit mindestens einem Innenhohlraum hergestellt wird, der nach außen abgeschlossen ist oder eine Verbindung nach außen hat. In den meisten Fällen ist es günstig, eine einfach geteilte oder auch eine mehrfach geteilte Form vorzusehen. Je nach Konsistenz der Formmasse kann man mit Einfließen in die Form, aber auch Einbringen mit anschließender Aufbringung eines gewissen Verdichtungsdrucks, oder auch Einbringen und Unterstützen der Füllung der Form durch Vibrieren oder dergleichen arbeiten. Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert:
Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine erste Herstellungsform;
Fig. 2 zeigt in einem horizontalen Querschnitt ein Fluidbehandlungselement nach Entnahme aus der ersten Herstellungsform; Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine zweite Herstellungsform; Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf eine dritte Herstellungsform;
Fig. 5 zeigt einen vertikalen Querschnitt durch eine "liegende", vierte
Herstellungsform; Fig. 6 zeigt im Schnitt ein vergrößertes Detail eines Fluidbehandlungselements an der Stelle A in Fig. 5, hergestellt in der vierten Herstellungsform; schließlich wird ein Zusammensetzungsbeispiel ausgeführt.
Die in Fig. 1 dargestellte, erste Herstellungsform 2 hat die Gestalt eines relativ flachen, innen hohlen Quaders, der an fünf Seiten geschlossen ist und an der sechsten Seite offen ist. Von der offenen Seite her sind drei
Formkerne 4, die voneinander beabstandet sind und jeweils rechteckigen Querschnitt haben, eingesetzt; die Formkerne 4 sieht man in Fig. 1 im Schnitt, weil sie nach oben aus der offenen Form herausragen.
In Fig. 2 ist das in der ersten Herstellungsform gemäß Fig. 1 hergestellte Fluidbehandlungselement 6 nach Entnahme aus der Herstellungsform 2 dargestellt. Es läßt sich insbesondere so einsetzen, daß die Außenoberfläche 8 die Zuströmoberfläche des Fluidbehandiungselements 6 darstellt, während das Reingas oder die Reinflüssigkeit aus den Kammern 10 nach oben abgezogen wird.
Die in Fig. 3 dargestellte, zweite Herstellungsform 2 hat einen zylindrischen Formhohlraum, in dem ein zylindrischer Kern 4 kleineren Durchmessers angeordnet ist. Somit läßt sich in der Herstellungsform 2 ein Fluidbehandlungselement herstellen, das die Gestalt eines Rohrabschnitts hat.
Die in Fig. 4 dargestellte, dritte Herstellungsform 2 hat einen Formhohlraum, der in Abwandlung des Formhohlraums der zweiten Herstellungsform gewellt-zylindrisch ist. Der Kern 4 hat eine Außenkontur, die dieser Wellung beabstandet folgt. Mit der dritten Herstellungsform läßt sich somit ein Fluidbehandlungselement herstellen, das die Gestalt eines Wellrohrabschnitts hat.
Es wird darauf hingewiesen, daß die erste, die zweite und die dritte Herstellungsform 2 entweder so vorgesehen sein können, daß sich die Kerne 4 in der Herstellungsform 2 bis zu deren unterem Abschluß erstrecken; dann ist der innere Hohlraum der hergestellten Fluidbehandlungselemente 6 am unteren Ende und am oberen Ende offen. Alternativ kann man die Kerne 4 mit ihrem unteren Stirnende mit Abstand vom unteren Abschluß des Formhohlraums anordnen; dann werden Fluidbehandlungselemente 6 erzeugt, deren Hohlräume unten abgeschlossen sind und nur nach oben hin offen sind.
In Fig. 5 ist eine vierte Herstellungsform 2 mit etwas komplizierterer geometrischer Gestalt dargestellt. Es gibt eine "liegende", untere Formhälfte 2a, die eine Abfolge parallel verlaufender "Wellenberge" und "Wellentäler" hat. Eine "liegende", obere Formhälfte 2b ist an ihrer unteren Seite analog mit Wellenbergen und Wellentälern profiliert.
Wenn die untere Formhälfte 2a und die obere Formhälfte 2b an der Formteilungshälfte 12 zusammengesetzt sind, wie in Fig. 5 gezeigt, begrenzen sie einen Formhohlraum 14, der wie ein dickes Wellblech gestaltet ist.
Zur Herstellung einer Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' wird bei geöffneter Herstellungsform 2 eine dosierte Menge an aus den Komponenten gemischter Masse in die untere Formhälfte 2a eingefüllt. Dann wird die obere Formhälfte 2b in Richtung auf die untere Formhälfte 2a abgesenkt und so stark angepreßt, daß ein Verdichtungsdruck auf den Forminhalt ausgeübt wird.
Wenn zur Festigkeitssteigerung der Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' gewünscht, kann vor dem Einbringen der Masse in die untere
Formhälfte 2a ein Fasergelege, insbesondere eine Glasfasergewebematte, eingelegt werden, alternativ auch erst ein Teil der Masse in die untere Formhälfte 2a eingefüllt und dann das Fasergelege aufgelegt werden.
In Fig. 6 ist in vergrößerter Darstellung veranschaulicht, wie die
Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' im Detail aussieht. Der poröse Aufbau aus anorganischen Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen, die durch gehärteten Binder auf Wasserglasbasis zusammengehalten sind, ist durch Punktierung angedeutet. Das Fasergelege 16 im Bereich einer Oberfläche der Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' ist mit doppelter
Schraffur angedeutet. Außerdem ist veranschaulicht, daß man auf der Außenseite der Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' anschließend eine Oberflächenfiltrationsschicht 18, angedeutet durch doppelte Schraffur, aufbringen kann.
Wenn man sich eine zweite Fluidbehandlungselement-Hälfte 6" spiegelbildlich von unten her gegen die in der Herstellungsform 2 von Fig. 5 hergestellte, erste Fluidbehandlungselement-Hälfte 6' angesetzt und an den Stellen 20 mit ihr verbunden denkt (vorzugsweise mit Hilfe von Wasserglas-Binder), hat man wiederum ein, grob gesprochen, gewellt-flachquaderförmiges Fluidbehandlungselement mit Hohlräumen vor sich. Man kann wiederum entweder so arbeiten, daß die Hohlräume jeweils an ihren zwei Enden offen sind. Alternativ kann die vierte Herstellungsform 2 an einer Seite so gestaltet sein, daß die Hohlräume einseitig geschlossen sind; dann hat man ein gewellt-flachquaderförmiges
Fluidbehandlungselement 6 vor sich, das an fünf Seiten geschlossen und an der sechsten Seite zu den Hohlräumen offen ist. Zusammensetzungsbeispiel
Es wurde eine Masse folgender Zusammensetzung hergestellt: - 32 Gew% handelsübliches Wasserglas (Mischung aus
Natronwasserglas und Kalium Wasserglas, Feststoff gehalt 45%); 3 Gew% Talkum 65 Gew% Schaumglasteilchen (0,25 bis 0,5 mm ).
Diese Masse hatte eine Konsistenz vergleichbar der Konsistenz feuchter
Erde. Die Masse wurde in eine Form wie in Fig. 1 dargestellt eingefüllt, wobei der quaderförmige Formhohlraum (bei weggedachten Kernen) etwa die Größe 30 cm x 20 cm x 5 cm umschloß. Die Form und die Kerne bestanden aus Metall. Beim Einfüllen der beschriebenen Masse wurde mit einem Art Stempel auf den Forminhalt gedrückt, um ihn mäßig zu verdichten.
Dann wurden von oben her 100 ml Brennspiritus verteilt in den Forminhalt gegossen. Ein Heraustropfen von überschüssigem Brennspiritus unten aus der Form (bei geteilter Form aus der
Teilungsebene, sonst aus dünnen Flüssigkeitsaustrittsöffnungen) zeigte an, daß der Forminhalt in erforderlicher Vollständigkeit mit dem Brennspiritus kontaktiert worden war. Nach sehr kurzer Zeit (10-20 s) konnte mit Fingerdruck auf die Oberseite des Forminhalts festgestellt werden, daß Härtung eingetreten war. Danach konnte der Formkörper entnommen werden.
Der Formkörper wurde anschließend für 1 Stunde bei 120 °C in einem Ofen nachgehärtet.
Mit einer Masse gleicher Zusammensetzung konnte analog in den Herstellungsformen gemäß Fig. 3, 4 und 5 gearbeitet werden.

Claims

Ansprüche
1. Formstabiles, durchströmungsporöses Fluidbehandlungselement, das für Heißfluidbehandlung geeignet ist, insbesondere Filterelement, gekennzeichent durch folgende Komponenten: (a) anorganische Feststoffteilchen mit inneren Leerräumen; (b) und gehärteter Binder auf Wasserglasbasis,
(c) wobei der Binder die Feststoffteilchen zu dem durchströmungsporösen Fluidbehandlungselement zusammenhält.
2. Fluidbehandlungselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß aus der folgenden Materialgruppe ausgewählte Feststoffteilchen vorgesehen sind:
Schaumglasteilchen,
Blähtonteilchen.
3. Fluidbehandlungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffteilchen zum größten Teil eine Größe in den Grenzen 0,2 bis 1 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,7 mm, haben.
4. Fluidbehandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder Natronwasserglas, Kaliumwasserglas, Lithiumwasserglas oder eine Mischung aus mindestens zwei der genannten Wassergläser ist.
5. Fluidbehandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Binder durch Kontaktieren des rohen Formkörpers mit einer Härtungsflüssigkeit auf Alkoholbasis gehärtet ist.
6. Fluidbehandlungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Härtungsflüssigkeit auf der Basis eines oder mehrerer einwertiger Alkohole vorgesehen ist.
7. Fluidbehandlungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Äthanol, Methanol, Isopropanol, Brennspiritus oder eine Mischung aus mehreren dieser Stoffe vorgesehen ist.
8. Fluidbehandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluidbehandlungselement außerdem, einzeln oder in Kombination mehrerer, enthält: einen oder mehrere Füllstoffe, vorzugweise Talkum oder Quarzmehl; einen oder mehrere Hilfsstoffe oder Additive;
Fasern zur Festigkeitserhöhung, vorzugsweise Glasfasern.
9. Fluidbehandlungselement nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden Komponenten in folgenden Gewichtsprozent-Bereichen, bezogen auf das Gewicht des rohen Fluidbehandlungselements, vorhanden sind:
10 bis 50 % Wasserglas 0 bis 5 % Füllstoff oder Füllstoffe
0 bis 5 % Hilfsstoffe und/oder Additive
0 bis 5 % Fasern
35 bis 90 % Feststoffteilchen (als Rest)
10. Fluidbehandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Fasergelege, vorzugsweise eine Glasfasergewebematte, zur Festigkeitserhöhung enthält.
11. Fluidbehandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß an seiner Zuströmoberfläche eine Oberflächenfiltrationsschicht mit kleinerer Porengröße als im Fluidbehandlungselement unterhalb der Oberflächenfiltrationsschicht i vorgesehen ist.
12. Fluidbehandlungselement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit Fasern, vorzugsweise Glasfasern, aufgebaute Oberflächenfiltrationsschicht vorgesehen ist.
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