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Verwendung eines im wesentlichen aus Espartound,'oder Yuccafaser hergestellten
Filterpapiers als Abscheidermedium Die Erfindung bezieht sich auf das Abscheiden
von Wasser aus einem flüssigen Kohlenwasserstoff. Zu diesem Zweck kann die Erfindung
auf verschiedenen Gebieten der Technik verwendet werden, insbesondere um aus Kohlenwasserstoffen
bestehenden Kraftstoff, wie Vergaserbrennstoff und Düsenkraftstoff von Fahrzeugen,
vor allem Luftfahrzeugen, von Wasser zu befreien, bevor er in die Tanks eines Luftfahrzeuges
gepumpt wird.
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Es ist bekannt, daß Wasser als Luftfeuchtigkeit und aus anderen Quellen
in den Treibstoff eindringt. Wenn ein Flugzeug in großen Höhen geflogen wird, wo
die Temperatur weit unter Null liegt, so kann das Wasser in dem Treibstoff gefrieren.
Dies kann sehr gefährlich werden, denn wenn nur eine kleine Menge Wasser in dem
Treibstoff vorhanden ist und dieses Wasser gefriert, so kann es die Strömung des
Treibstoffes zu dem Motor oder sonstigem Triebwerk blockieren und bewirken, daß
das Triebwerk aussetzt.
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Die Flüssigkeitsabscheider, die zur Zeit allgemein verwendet werden,
um Vergaserbrennstoff und andere Treibstoffe von mit ihnen mechanisch vermengtem
Wasser zu befreien, weisen meist zwei Stufen auf: erstens einen Tröpfchenbildner,
der dazu dient, Schmutz aus dem Treibstoff zu entfernen und kleine Teilchen von
in dem Treibstoff enthaltenen Wasser zu großen Tröpfchen zusammenzuziehen, und zweitens
ein Abscheidermedium, das den Treibstoff durchläßt, jedoch die Wasserteilchen zurückhält.
Diese Abscheider oder Filter sind geeignet, um Vergaserbrennstoff von Wasser zu
befreien, und viele dieser Abscheider haben eine Durchströrngeschwindi2keit von
etwa ? 2?01/min oder mehr.
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Bei neuzeitlichen Flugzeugen wird jedoch an Stelle von Benzin Düsentreibstoff
verwendet, und Düsentreibstoff' ist schwerer von mechanisch mit ihm vermengtem Wasser
zu befreien. Daher arbeiten Abscheider, die nun zum Entfernen von Wasser aus Vergaserbrennstoff
verwendet werden, nicht zufriedenstellend, um Wasser schnell aus Düsenkraftstoff,
beispielsweise JP-5, zu entfernen.
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Die Erfindun- strebt demgegenüber insbesondere an, eine Durchfußgeschwindigkeit
beim Abscheiden von Wasser aus schwerem Treibstoff, beispielsweise JP-5, zu schaffen,
die wesentlich größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit pro Flächeneinheit des
bis jetzt besten, in Zweistufen-Flüssigkeitsabscheider verwendeten Filterpapiers,
um bei Flugzeugen und anderen Verbraucheranlagen, bei denen große Mengen Düsentreibstoff
verwendet werden, ein schnelles Nachtanken mit solchem Treibstoff zu ermöglichen.
Die z. B. in solchen Flüssigkeitsabscheidern verwendete erste Abscheider- oder Tröpfchenbildnerstufe
wirkt ziemlich zufriedenstellend sowohl bei Düsentreibstoff als auch bei Vergaserbrennstoff.
Die Schwierigkeiten treten bei den Elementen der zweiten Stufe auf, die den Treibstoff
durchlassen, jedoch das Wasser zurückhalten sollen, da diese Elemente der zweiten
Stufe den Düsenkraftstoff so langsam durchlassen, daß sie den heutigen Erfordernissen
des Nachtanl_ens nicht gerecht werden.
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Bei den obenerwähnten zweistufigen Flüssigkeitsabscheidern ist in
den bekannten Ausführ ungen als erste A'oscheiderstufe ein Filtermedium, meist aus
Glasfasern, vorgesehen, das nicht nur die Aufgabe hat, das Wasser aus dem durchgehenden
flüssigen Kohlenwasserstoff zu Tröpfchen zusammenzuziehen, sondern auch die Aufgabe,
Verunreinigungen aus der Strömung zu entfernen, die sich sonst auf der Oberfläche
des Filtermediums der zweiten Stufe stark störend absetzen würden. Erst wenn diese
Tropfenbildung
und Ausscheidung von Schmutzbestandteilen geschehen
ist, strömt der Kohlenwasserstoff bei den bekannten Ausführungen zu der zweiten
Filterstufe, einem sogenannten Abscheidereinsatz, der im allgemeinen aus einem gewöhnlichen
Papierfilter aus Cellulosefasern besteht und die Wassertröpfchen zurückhält, d.
h. nur noch den dann nun vollständig ge-und pro Quadratmeter Filteroberfläche) strebt
die reinigten Wasserstoff durchtreten läßt. Abgesehen von der obengenannten Begrenzung
der Durchströmgeschwindigkeit (Flüssigkeitsmenge pro Zeiteinheit Erfindung auch
an, diesen umständlichen zweistufigen Aufbau zu ersparen.
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Die beiden Ziele der Erfindung werden gleichzeitig durch Verwendung
eines Filtermaterials erreicht, das im wesentlichen aus Esparto- und/oder Yuccafasern
besteht, und zwar in einer besonderen, weiter unten behandelten Art der Verwendung.
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Es ist bekannt, ein aus diesen beiden Faserarten und gegebenenfalls
Zuschlägen von anderen Fasern hergestelltes Filterpapier, und zwar mit Faserdurchmessern,
die in einem Bereich von 6 bis 14 #t liegen, in einem Filter lediglich zum Abscheiden
von schwebenden Festkörperchen aus strömenden Gasen zu verwenden. Dabei waren die
Ziele der Erfindung für die Abscheidung von Wasser aus flüssigem Kohlenwasserstoff
weder gestellt, noch sind sie ohne Abweichungen von der Zusammensetzung und dem
Aufbau eines solchen Filterpapiers befriedigend erreichbar.
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Gegenüber der vorgenannten bekannten Art der Verwendung eines solchen
Filterpapiers, das im wesentlichen aus Esparto- und/oder Yuccafasern besteht, werden
die Ziele der Erfindung durch die Verwendung eines solchen Filterpapiers, jedoch
mit einem Faserdurchmesser von mindestens 8 und höchstens 12 1, und 1,5 mm Faserlänge,
das auf der Papiermaschine hergestellt und in an sich bekannter Weise wasserabstoßend
imprägniert ist und dessen Poren einen wirksamen Durchmesser von höchstens 50 #t
besitzen, als Abscheidermedium zum Abscheiden von Wasser aus einem hindurchgeleiteten
flüssigen Kohlenwasserstoff erreicht.
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Bei der bekannten Verwendung des im wesentlichen aus Esparto- und/oder
Yuccafasern bestehenden Filterpapiers und seiner Herstellung auf der Papiermaschine
wurden die genannten, innerhalb eines weiteren Bereichs von Faserdurchmesser liegenden
Fasern und auch die Porosität nach Maßgabe der gewünschten Abscheidung von schwebenden
Feststoffen aus strömenden Gasen gewählt. Für die Zwecke der Wasserabscheidung aus
flüssigem Kohlenwasserstoff hat sich jedoch gezeigt, daß gute Abscheidung bei gleichzeitig
großen Durchflußmengen nur dann erreichbar sind, wenn man die Faserdurchmesser auf
den Bereich von 8 bis 12 #t beschränkt, auch die Faserlänge beachtet und etwa in
der Größe von 1,5 mm wählt und vor allem auch die Porosität bei der Herstellung
des Papiers auf der Papiermaschine beachtet und auf einen wirksamen Durchmesser
von höchstens 50 R, einstellt. Ganz überraschenderweise hat sich gezeigt, daß bei
gleichzeitiger Innehaltung der vorgenannten Bedingungen - in Verbindung mit der
an sich bekannten wasserabstoßenden, bei der bekannten Verwendung eines solchen
Filterpapiers nicht vorgesehenen Imprägnierung - nicht nur eine sichere vollständige
Wasserabscheidung erreicht wird, sondern auch ein einziger Filtereinsatz aus solchem
Filterpapier an Stelle des vorgenannten üblichen zweistufigen Aufbaues für eine
gleichzeitige Abscheidung von Wasser und Verunreinigungsteilchen ausreicht und dennoch
eine Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kohlenwasserstoffes in Liter pro Flächeneinheit
und Minute erreichbar ist, die auch bei schweren Treibstoffen, wie JP-5, fünfmal
so groß ist wie bei den besten bisher verwendeten Zweistufen-Flüssigkeitsfiltern.
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Man mißt diese Durchlässigkeit zwecks entsprechender Einstellung der
Papiermaschine im allgemeinen als Durchlässigkeit des Filterpapiers für Luft nach
den von F r a z i e r aufgestellten Normen nach den ASTM-Standards 1952, Tei17,
in Liter pro Minute und Quadratmeter Filterpapierfläche. In analoger Weise kann
man für die Zwecke der Wasserabscheidung die Durchlässigkeit des erfindungsgemäß
verwendeten Filterpapiers für einen flüssigen Kohlenwasserstoff bei gegebenem Differenzdruck
beiderseits des Filterpapiers, für den ein Filter eingestellt ist, untersuchen,
und erhält dann für das erfindungsgemäße Filterpapier und für Durchtritt von Treibstoff
JP-5 eine Durchlässigkeit von mehr als 8101/min/m= bis zu etwa 9501/min/m'.
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Bei der Herstellung eines solchen Filterpapiers aus Esparto- und/oder
Yuccafasern können diese mittels übflicher Einrichtungen aus einer wäßrigen Aufschwemmung
durch Entwässern und Zuführung eines Luftstromes in Form eines Papierbogens oder
einer fortlaufenden Faserbahn möglichst gleichmäßiger Dicke mit der gewünschten
maximalen Porengröße niedergeschlagen werden. Dabei ist die Dicke dieser Faserschicht
nicht von kritischer Bedeutung, und es braucht das herzustellende Papier nicht dicker
zu sein als er erforderlich ist, um ihm die gewünschte Festigkeit und Porosität
zu verleihen, z. B. zwischen 0,25 bis 8 mm, vorzugsweise etwa 0,5 mm. Die Ausgangsfasermasse
kann zu der Esparto- und/oder Yuccafaser gewünschtenfalls bis zu 30 Gewichtsprozent
Zuschlagsfasern anderer Art enthalten, vorzugsweise aber weniger, weil mit der Menge
der Zuschlagfasern die Durchlässigkeit des Filterpapiers abnimmt. Solche Zuschlagsfasern
können z. B. Baumwollinterfasern oder Holzfasern sein, die zur Verstärkung des Papiers
auch größere Länge und/oder größeren Durchmesser als die Esparto- und/oder Yuccafasern
haben können. Die Durchflußeigenschaften des Papiers können wie üblich verbessert
werden, indem man die letztgenannten Fasern kaustifiziert, so daß sie eine bleibende
Kräuselung erhalten und dadurch die Porosität in dem vorgeschriebenen Rahmen erhöht
wird.
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Die wasserabstoßende Imprägnierung des von der Papiermaschine in üblicher
Weise erhaltenen Filterpapiers geschieht gleichfalls in üblicher Weise, z. B. durch
Behandlung mit Phenolformaldehyd oder mit einem Epoxyharz oder einem sontigen geeigneten
Kunstharz, z. B. Silicon bw. Siliconharz, wobei die Faserbahn zugleich erhöhte Festigkeitseigenschaften
erhält. Man kann für diese Behandlung etwa 0,5 bis 3 % Silicon und etwa 15 bis 30
% Phenolformaldehyd oder sonstiges Harz verwenden, bezogen auf das Gesamtfertiggewicht
der Faserbahn. Das verwendete Harz soll in Wasser und in dem mit dem Filterpapier
in Berührung kommenden flüssigen Kohlenwasserstoff praktisch unlöslich sein. Das
Siliconharz trägt dazu bei, die am Filterpapier zusammengezogenen Wassertröpfchen
unter der Wirkung ihres Eigenge-
Wichtes und unter der Waschwirkung
des zu filternden Flüssigkeitsstromes leicht von der Faserbahn abzulösen.
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Die Konzentration der wäßrigen kaustischen oder Beizlösung, die zum
Kaustifizieren der Espartofasern verwendet wird, kann zwischen 18 und 22 Gewichtsprozent
schwanken, während die Temperatur, bei der die Kaustifizierung ausgeführt wird,
zwischen 15 und 30,5° C liegt. Die Dauer der Kaustifizierung besitzt keine kritische
Bedeutung. Die Behandlung ist im allgemeinen nach 3 Stunden beendet; es können jedoch
auch längere Behandlungsdauern angewendet werden. Der Waschvorgang kann fortgesetzt
werden, bis der pH-Wert des Breis auf unter 9 gesunken ist. Dieser Vorgang kann
durch Verwendung einer kleinen Menge Säure beschleunigt werden, unter der Bedingung,
daß der endgültige pH-Wert der Pülpe nicht geringer als etwa 6 ist.
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Lediglich zur Veranschaulichung der an sich bekannten Herstellung
eines für die Zwecke der erfindungsgemäßen Verwendung geeigneten Filterpapiers sei
das nachstehende Beispiel angegeben. Beispiel Ein drehbarer Zellstoffkocher wurde
mit etwa 1225 kg an der Luft getrockneter Espartopülpe gefüllt. Dann wurden
etwa 1700 150 %iges Beiz- oder Kaustifizierungsmittel (liquid caustic) (gleich etwa
1310 kg trockenem Kaustifizierungsmittel) und etwa 3 9751 Wasser in den Kocher
eingebracht. Der Kocher wurde dann bei Zimmertemperatur 3 Stunden in Drehung versetzt
und das kaustifizierte Material herausgenommen.
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Von der so hergestellten kaustifizierten Espartomasse wurden etwa
544 kg (Trockengewicht) in einen Mahlholländer gegeben und mit warmem Wasser bis
zu einem pH-Wert von 7 bis 9 gewaschen. Den gewaschenen kaustifizierten Espartofasern
wurden etwa 61 kg (Trockengewicht) Baumwollinterpülpe (in Schichtform) zugesetzt
und in dem Holländer zerkleinert, wobei sich dessen Mahlwalze in angehobener Stellung
befand. Der erhaltene Faserbrei wurde dann durch eine Jordanmaschine, deren Stopfen
entfernt war, und auf den Draht einer Fourdriniermaschine geleitet, wo ein Band
aus ineinander verfilzten, ungeordnet verteilten Espartofasern hergestellt wurde,
das ungefähr 0,4 mm dick war und ein Grundgewicht von etwa 100 g/m= (500 Faserblätter
in der Größe von 61 - 92 cm) besaß. Das Produkt enthielt 90 Gewichtsprozent kaustifizierte
Espartofasern und 10 Gewichtsprozent Baumwollinterfasern.
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Das vorstehend beschriebene Faserblatt wurde dann mit einer Phenolharzlösung
behandelt, die Siliconharz enthielt, um das Faserblatt hydrophob zu machen. Dabei
wurde eine übliche Sättigungsapparatur verwendet. Das Band kann dabei durch ein
Sättigungsbad, durch eine Umkehrsättigungswalze oder eine sonstige Sättigungsvorrichtung
geführt werden. Das wärmehärtende Phenol-Formaldehydharz, das unter dem Namen Synco
262 BD in Form einer konzentrierten Alkohollösung im Handel ist, wurde bis zu der
angemessenen Sättigungskonzentration mit 91%igem Isopropylalkohol verdünnt. Das
Siliconharz, ein Methyl-Wasserstoff-Polysiloxan, das von der Firma Advance Coatings
unter dem Namen Silicon 5345 in Form einer 50% Feststoffe enthaltenden Emulsion
in Wasser in den Handel gebracht wird, wurde der verdünnten Phenolharzlösung direkt
zugesetzt. Nach der Sättigung wurde das gesättigte Band in einem mit heißer Luft
betriebenen Druckluftofen getrocknet, bis der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen
5 bis 10% betrug. Eine in der vorstehenden Weise behandelte Faserbahn enthält 20
bis 2511/o Phenol-Formaldehydharz und 2 bis i % Silicon.