Фильтрующий элемент и способ его изготовления

005913 Настоящее изобретение относится к керамическому фильтрующему элементу, предназначенному для отделения жидкости от твердой фазы, включающей в себя материал, подлежащий высушиванию в установке для обезвоживания, за счет отсасывания фильтрата через капиллярную структуру фильтрующего элемента, входящего в конструкцию установки так, что по меньшей мере на одной стороне фильтрующего элемента формируется осадок твердого материала. В патенте США 4981589 описаны конструкция фильтра и способ, относящиеся, в частности, к установкам обезвоживания. Конструкция известного фильтра включает первый слой фильтрующего материала, который является первым слоем на пути протекающей жидкости, и второй слой фильтрующего материала, выполненный из керамического материала, соединенный с первым слоем. Первый слой фильтрующего материала представляет собой собственно фильтрующий слой, а второй слой выполняет в конструкции фильтра роль опорной части (основы). Из патента США 4863656 известны способ изготовления микропористого плоского элемента и плоский фильтрующий элемент, полученный с помощью этого способа. В соответствии с описанным способом гипсовую форму заполняют формовочной массой, после чего из формовочной массы в гипс абсорбируется вода с образованием на внутренней поверхности гипсовой формы корки формовочного материала. После увеличения толщины корки до определенной величины оставшуюся формовочную массу удаляют из формы. Сформировавшиеся внутренние поверхности корки высыхают, после чего полость, образовавшуюся между противоположными стенками, сформированными из корки, заполняют гранулированным материалом, предпочтительно такого же состава, что и материал, из которого образовалась корка. Полученный плоский фильтрующий элемент содержит пару противоположных стенок, через которые осуществляют всасывание и между которыми образована полость, заполненная гранулированным материалом. В указанных патентах США 4863656 и 4981589 плоские керамические фильтрующие элементы содержат поверхностный микропористый слой с размером пор, составляющим от 0,5 до 2,0 мкм, и внутренний слой, служащий в качестве опоры конструкции. В опорном слое, кроме того, имеются участки с выемками, например, для отвода жидкости, отфильтрованной от материала, образующего осадок на микропористой поверхности плоского фильтрующего элемента. Обычно выемки выполняют на поверхности опорного слоя, и при окончательной сборке фильтра две противолежащие поверхности половин плоского фильтрующего элемента склеивают вместе. В результате плоский фильтрующий элемент, выполненный путем соединения двух прилежащих половинок, получается весьма ослабленным в месте стыка этих половинок. Кроме того, при таком выполнении характеристики плоского фильтрующего элемента в месте соединения значительно отличаются от аналогичных характеристик других участков фильтрующего элемента. Задача настоящего изобретения заключается в устранении недостатков, присущих известным аналогам, и обеспечении керамического фильтрующего элемента для отделения жидкости от твердой фазы,включающей материал, подлежащий высушиванию в установке обезвоживания и способа изготовления фильтрующего элемента, причем в элементе необходимые полости (образующие каналы для отвода жидкости) формируют при отсутствии стадии склеивания. Существенные признаки настоящего изобретения изложены в приложенной формуле изобретения. В соответствии с настоящим изобретением керамический фильтрующий элемент, предназначенный для отделения жидкости от твердой фазы, включающей в себя материал, подлежащий высушиванию в установке для обезвоживания, содержит микропористый слой с размером пор, составляющим менее 5 мкм, предпочтительно от 0,2 до 3,0 мкм, при этом опорой для микропористого слоя служит по меньшей мере одна основа фильтра. Основа выполнена со средствами, обеспечивающими отвод жидкости от микропористого поверхностного слоя в виде полости, сформированной по меньшей мере на одном участке внутри основы. Кроме того, фильтрующий элемент имеет соединительную поверхность, посредством которой основу фильтрующего элемента присоединяют к установке для обезвоживания. Остальная поверхность основы фильтрующего элемента предпочтительно покрыта по меньшей мере одним сплошным микропористым поверхностным слоем. Таким образом, керамический фильтрующий элемент содержит непрерывный фильтрующий слой на участках поверхности фильтрующего элемента, находящихся вне зоны его соединения с установкой для обезвоживания. Керамический фильтрующий элемент, изготовленный согласно данному изобретению, содержит внутренний слой, включающий в себя по меньшей мере одну основу, которая предпочтительно выполнена из керамического порошкообразного материала, такого, например, как окись алюминия, карбид кремния и двуокись титана. Кроме того, основа может быть выполнена из металла или металлического сплава, полимера или графита. В предпочтительном воплощении керамический материал смешивают со связывающим веществом и жидкостью таким образом, что полученная керамическая масса приемлема для дальнейшего проведения технологического процесса. Керамическую массу сначала загружают в форму так, чтобы форма была частично заполнена керамической массой. Затем на поверхности керамической массы, находящейся в форме, размещают стержневой материал, предназначенный для образования по меньшей мере одной необходимой полости. После этого в форму загружают остальную часть керамической массы. В зависимости от конфигурации и количества необходимых внутренних полостей загрузка-1 005913 керамической массы в форму может быть разделена на три или более стадии. Когда вся приготовленная керамическая масса загружена в форму, ее прессуют, превращая в сырец. Полученный после прессования сырец спекают при температуре 1150-1550 С. Во время стадии спекания сырца материал стержня, с помощью которого формируют полости, выжигают через пористую структуру керамической массы. В результате вместо стержневого материала внутри основы образуется полость или полости с конфигурацией, соответствующей конфигурации стержневого материала. После завершения стадии спекания основы, в которой образована необходимая внутренняя полость или полости, основу снаружи покрывают по меньшей мере одним микропористым слоем. Процесс покрытия предпочтительно проводят путем погружения основы в ванну с материалом, который образует микропористый слой. Процесс покрытия, кроме того, может осуществляться, например, посредством напыления или ленточного литья керамического микропористого слоя материала на поверхность основы. Слой микропористого материала, помимо того, может быть выполнен из металла или металлического сплава, полимера или графита. По окончании стадии покрытия основу вместе со слоем микропористого материала спекают при температуре 1150- 1550 С. Если необходимо наличие еще одного керамического микропористого слоя, операции покрытия и последующего спекания повторяют. После спекания микропористого слоя фильтрующий элемент получается монолитным, с иерархической структурой и, по существу, готов для механической обработки. Механическая обработка включает процесс сверления отверстий в фильтрующем элементе, если отверстие или отверстия, необходимые для ввода элемента крепления, не сформованы с использованием стержневого материала (формовочного стержня) во время предыдущей стадии формования с тем, чтобы при необходимости присоединить к фильтрующему элементу средства крепления. С помощью средств крепления и отверстия (или отверстий) фильтрующий элемент может быть присоединен к установке для обезвоживания материала, осуществляемого путем его фильтрования, при этом обезвоженный материал образует осадок на фильтрующей поверхности фильтрующего элемента. В качестве материала стержня, используемого для образования полости, при изготовлении фильтрующего элемента согласно данному изобретению может быть использован органический или неорганический материал, который придает фильтрующему элементу жесткость в тех случаях, когда основу прессуют при давлении в интервале от 10 до 150 бар, предпочтительно 50-80 бар, при этом после выжигания стержня содержание шлака составляет около 5 вес.% от общего веса стержневого материала. Материалом стержня предпочтительно может быть, например, микрокристаллический воск, цитронелловый воск,пчелиный воск или парафин, биологический материал, такой как древесина, тростник и камыш; полимерный материал, такой как пластмассы или графит. Стержневым материалом для образования полости может, кроме того, служить комбинация по меньшей мере двух из указанных материалов. Стержневым материалом для формирования полости может быть также вещество, которое плавится, сублимируется или испаряется при температуре ниже температуры спекания керамической массы. Такими веществами являются, например, лед, сухой лед (СО 2), металлы или металлические сплавы с низкой температурой плавления. Анализируя экономические аспекты, следует отметить, что при использовании способа в соответствии с данным изобретением для изготовления керамического фильтровального элемента продолжительность времени, затрачиваемого на изготовление фильтра, включающее операции формирования подложки, спекания, нанесения микропористого слоя, и все манипуляции на этих стадиях могут быть существенным образом сокращены по сравнению с известными способами. К тому же, более эффективным становится использование тепловой нагрузки печи, в которой проводят спекание. Кроме того, может быть исключена стадия сборки фильтрующего элемента. С точки зрения технических характеристик монолитная керамическая структура фильтрующего элемента, согласно настоящему изобретению, обеспечивает преимущества в виде получения более жесткой конструкции, повышенной термостойкости, лучшей стабильности размеров в отношении, например,плоскостности и толщины по сравнению с известными аналогами, имеющими слоистую структуру, выполненную со склеенными частями. Кроме того, упрощение процесса изготовления позволяет легко реализовать модификации исполнения внутренних полостей фильтровального элемента без применения затратных технологий. Различные модификации исполнения полостей могут потребоваться в случае особых характеристик текущей жидкости или оптимизированных отношений объема материала основы и объема внутренних полостей. Ниже приводится описание изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых фиг. 1 - вид сбоку в разрезе предпочтительного воплощения настоящего изобретения; фиг. 2 - график последовательности технологических операций предпочтительного воплощения настоящего изобретения. Как показано на фиг. 1, внутри основы фильтрующего элемента выполнены полости 2 для протекания жидкости, отделенной от обезвоживаемого материала. Обезвоживаемый материал находится вокруг фильтрующего элемента, и в процессе высушивания на поверхности фильтрующего элемента образуется осадок материала. Основа 1 покрыта микропористым слоем 3. Размер пор микропористого слоя составляет от 0,2 до 3 мкм и обеспечивает прохождение через микропористый слой 3 только отфильтрованной-2 005913 жидкости. При изготовлении фильтрующего элемента с использованием способа, предлагаемого согласно данному изобретению, основа 1 и микропористый слой 3 получаются монолитными и однородным при отсутствии в конструкции каких-либо поверхностей для склеивания элементов, образующих указанные слои. Фиг. 2 иллюстрирует последовательность изготовления керамического фильтрующего элемента. Прежде всего формуют керамическую массу (стадия 11). Часть этой керамической массы загружают в форму (стадия 12) и добавляют в форму стержневой материал для последующего формирования полости или полостей (стадия 13). Остальную часть керамической массы загружают в форму (стадия 14). Если необходимо, то стадии 13 и 14 повторяют. Путем прессования (стадия 15) и спекания (стадия 16) получают заготовку для основы, из которой затем выжигают стержневой материал. Охлажденную основу погружают в микропористый керамический материал (стадия 17), после чего основу и микропористый слой спекают вместе (стадия 18). Если необходимо наличие более чем одного микропористого слоя, повторяют стадии 17 и 18 соответственно. После этого, при необходимости, в керамическом фильтрующем элементе высверливают отверстия (стадия 19) для создания участков присоединения фильтрующего элемента к установке обезвоживания, осуществляемого за счет отсасывания фильтрата через капиллярный слой под действием вакуума. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ изготовления фильтрующего элемента для отделения жидкости от твердой фазы, содержащей вещество, высушиваемое в установке для обезвоживания при отсасывании жидкости через капиллярную структуру, причем фильтрующий элемент содержит микропористый керамический слой с размером пор около 5 мкм и покрывает внутренний керамический слой, имеющий внутренние полости для протекания жидкости, согласно которому при изготовлении осуществляют следующие стадии: загружают в форму часть керамической массы для получения основы,в керамическую массу добавляют стержневой материал, по меньшей мере, для образования одной внутренней полости,в форму загружают остальную часть керамической массы для внутреннего слоя,керамическую массу прессуют со стержневым материалом,для формирования внутреннего слоя керамическую массу вместе со стержневым материалом спекают при температуре, находящейся в интервале от 1150 до 1550 С,внутренний слой покрывают микропористым керамическим материалом без шва,внутренний слой, покрытый микропористым керамическим материалом, спекают при температуре в диапазоне 1150-1550 С для образования фильтрующего элемента. 2. Способ по п.1, в котором внутренний слой покрывают микропористым материалом путем погружения его в микропористый материал. 3. Способ по п.1, в котором внутренний слой покрывают микропористым материалом путем напыления на поверхность внутреннего слоя микропористого материала. 4. Способ по п.1, в котором внутренний слой покрывают микропористым материалом посредством пленочного литья микропористого материала на поверхность внутреннего слоя. 5. Способ по п.1, в котором в качестве материала стержня, предназначенного для образования во внутреннем слое внутренних полостей, используют воск. 6. Способ по п.5, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют парафин. 7. Способ по п.1, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют пчелиный воск. 8. Способ по п.5, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют микрокристаллический воск. 9. Способ по п.1, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют цитронелловый воск. 10. Способ по п.5, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют биологический материал. 11. Способ по п.10, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют древесину. 12. Способ по п.10, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют камыш. 13. Способ по п.10, отличающийся тем, что в качестве стержневого материала для образования полостей используют тростник. 14. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве стержневого материала для образования полостей используют полимерный материал. 15. Способ по п.14, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют пластмассы.-3 005913 16. Способ по п.1, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют графит. 17. Способ по п.1, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют лед. 18. Способ по п.1, в котором в качестве стержневого материала для образования полостей используют сухой лед. 19. Способ по п.1, в котором в качестве стержневого материала для формирования полостей используют комбинацию по меньшей мере двух материалов. 20. Фильтрующий элемент, полученный способом по пп.1-19. 21. Фильтрующий элемент по п.20, в котором одна из поверхностей имеет средства соединения, посредством которой внутренний слой фильтрующего элемента присоединяется к установке для обезвоживания. 22. Фильтрующий элемент по п.20 или 21, в котором соединительная часть образована поверхностью с выемками. 23. Фильтрующий элемент по п.20 или 21, в котором соединительная часть образована путем сверления отверстий в фильтрующем элементе.