一种平面式过滤介质透水性能测试装置及测试方法

摘要

本发明公开了一种液固分离用平面式过滤介质透水性能测试的装置及方法，该装置的主要构件包括：支座底板、底板支脚、支座杆、出水口、下联接法兰、密封圈、支撑网板、过滤元件安装板、紧固卡箍、上联接法兰、筒体、进水口、进水口密封插头、排气加压口、进水分布板、溢流口定位杆、溢流出水环、溢流出口管、溢流口密封插头、溢流调节管、溢流口弯头和液位计等。使用本发明所述的测试装置及方法，既可在常压情况下，又可在真空或加压条件下，准确、快捷地测定平面式过滤介质的透水性能，为科学地评价以及选择、使用过滤介质提供依据。

说明书

技术领域

本发明涉及一种液固分离技术领域中测试过滤介质性能的装置和方法，具体地说，是涉及一种平面式过滤介质透水性能的测试装置及测试方法。

背景技术

液固分离过程中，过滤介质是单元操作中的核心组件，其性能的好坏将直接影响到分离效果的优劣。过滤介质的性能指标较多，其中透水性能是选择和使用过滤介质的一项重要的性能指标，采用透水速率和透水阻力进行衡量，透水速率是单位时间垂直通过单位面积过滤介质的纯水量，而透水阻力是纯水垂直通过单位面积过滤介质所受到的阻力。

过滤介质的透水性能可直接反应出液固分离过程中过滤介质过滤速率的大小，还可以根据过滤介质再生后透水性能的变化情况来预测该过滤介质的再生性能及对物料的适应性能等。

目前沿用的过滤介质透水性能测试方法，或是在常压、或是在真空或加压条件下，在平板过滤器上测定过滤介质的透水性能，存在准确性和针对性差等问题，尚无专用的测试装置和统一的测试方法，为此，研究一种有效的、准确的液固分离用过滤介质透水性能的测定装置和方法很有必要。

发明内容

针对目前沿用的过滤介质透水性能测试方法存在准确性和针对性差等问题，本发明旨在提供一种准确、快捷、有效的可用于测试液固分离的平面式过滤介质透水性能的测试装置和方法，该装置和方法既可在常压情况下，又可在真空或加压条件下进行测试，为科学地评价以及选用过滤介质提供依据。

本发明所述的平面式过滤介质透水性能测试装置，所述装置的部件包括：支座底板、底板支脚、联接螺钉、支座杆、出水口、下联接法兰、O型密封圈、过滤元件安装板、支撑网板、筒体密封垫片、上联接法兰、筒体、进水口、排气加压口、进水分布板、溢流口定位杆、溢流出水环、溢流出口、溢流调节管、溢流口弯头、液位计；此外，还包括将下联接法兰和上联接法兰紧固连接的紧固卡箍、用于替换进水口的进水口密封插头及用于替换溢流出口的溢流口密封插头。

所述的支座底板、底板支脚、联接螺钉、支座杆、出水口、下联接法兰、过滤元件安装板、支撑网板、上联接法兰、筒体、排气加压口、进水分布板采用不锈钢材料制造，其中筒体的直径选定约为80mm；O型密封圈和筒体密封垫片采用硅橡胶材质制造；溢流口定位杆、溢流出水环采用超高分子聚乙烯材料制造；进水口、进水口密封插头、溢流出口、溢流口密封插头、溢流调节管采用聚丙烯材料制造，通过更换溢流调节管的长度来改变溢流出口的高度，借以控制筒体内的液位高度，可调节的液位高度分别为50mm、100mm、150mm、200mm、250mm。溢流调节管的长度也可视测试试验所具体要求的筒体内液位高度来制造。下联接法兰设有安装支撑网板的凹面和放置O型密封圈的凹槽。

为了确保渗透液能顺畅地流出，所述的出水口的直径为10～30mm。所述的下联接法兰和上联接法兰采用快开式的紧固卡箍进行紧固连接，下联接法兰社有安装了支撑网板的凹面和放置了O型密封圈的凹槽。

所述的快开式的紧固卡箍为一种连接组件，适用于小直径的压力管道和压力容器的连接和密封，构成要件包括：快开卡箍Ⅰ和快开卡箍Ⅱ，卡箍转动销轴以及用于紧固卡箍的环形螺母、活接螺栓和活接螺栓销轴。使用时将快开卡箍Ⅰ和快开卡箍Ⅱ张开，然后套在带有一定斜度的法兰边缘上，再扣上活接螺栓，最后拧紧环形螺母。在活接螺栓的作用力下，快开卡箍Ⅰ和快开卡箍Ⅱ逐渐收紧，螺栓载荷通过快开卡箍与法兰的锥角转换为轴向载荷，使得法兰密封垫压紧，起到密封作用。

所述的O型密封圈、过滤元件安装板、支撑网板及要测试的过滤介质和筒体密封垫片安装在下联接法兰和上联接法兰之间。

所述的进水口采用快开插头形式，在真空或加压操作时也可用进水口密封插头替换。进水口的直径宜为10～30mm，以确保进水顺畅，进水口密封插头在真空或加压条件下应密封良好。

所述的快开插头主要构件包括：接头主体、O型密封圈、弹性卡口及弹性卡口的按钮套环，使用时以弹性卡口按钮套环插入管子，使管子通过弹性卡口和密封圈后直抵接头主体根部，起到密封作用，拆卸时只需用手将弹性卡口按钮套环垂直按下即可拔出管子。

所述的进水分布板可以采用多孔板结构，其目的是使得进入筒体内的试验液均匀分布。其它可以达到该目的的液体分布元件也适用于本发明的装置。

所述的溢流调节管采用与上述相同的快开插头形式，插在所述的溢流口弯头上，并设有长度不同的溢流调节管，通过更换溢流调节管的长度来改变溢流出口的高度，借以控制筒体内的液位高度，可调节的液位高度分别为50mm、100mm、150mm、200mm、250mm。

所述的溢流出口也采用与上述相同的快开插头形式，在真空或加压操作时也可用溢流口密封插头替换。溢流出口直径宜为10～30mm，以确保溢流顺畅，溢流口密封插头在真空或加压条件下应密封良好。

所述的液位计最高液位位置应高于最高的溢流出口的位置。

测试过程中采用的试验液一般为蒸馏水。

使用本发明所述的过滤介质透水性能测试装置测试透水性能时，所述方法包括以下步骤：

(1)测试前选取无瑕疵、破损等缺陷的过滤介质试样，裁剪成直径为100mm圆形试样5个，对于织造形式的过滤介质试样，为避免脱丝，边缘需进行热处理，将所取过滤介质试样浸于去蒸馏水中，至试样因自重力下沉即可；

(2)将O型密封圈和支撑网板装入下联接法兰的凹槽和凹面内，安装过滤元件安装板，再把制备好的过滤介质试样平放于过滤元件安装板和支撑网板上，压上筒体密封垫片，再将上联接法兰和筒体轻轻压在上面，注意过程中不得使试样有所偏移、褶皱，最后用紧固卡箍将下联接法兰和上联接法兰进行紧固连接，要求确保密封，测试过程中透水面积为50cm²；

(3)对于透水阻力较小的过滤介质，可在常压下测定过滤介质的透水性能，使试验液经进水管进入筒体，通过液位计观察筒体内试验液的液位，更换不同长度的溢流调节管，改变筒体内试验液的液面高度，使试验液在压力差的作用下通过测试试样，记录试验液的液位高度；测试过程中应遵循一定的原则，既要使透过过滤介质的试验液有一定的流速，又不能使试验液的流速太快，也就是说，透过过滤介质试样的试验液的流速范围应控制在1mm/s～50mm/s范围内，对于渗透速率较慢的试样，30秒内累计的渗透液量较少，可根据情况适当地延长透水时间，透水时间延长2min～5min，这样一方面可以减少湍流对测定的影响，另一方面也便于透水时间和透水量的计量，待系统稳定后，称取约30秒内渗透液的质量，每一个试样进行五次测试，取平均值；

(4)真空或加压条件下测定过滤介质的透水性能，多用于透水阻力较大的试样，由于过程中的推动力较大，试样表面的液体产生的压差可忽略；测试时将试验液通过进水管进入筒体，保持试验试样上一定量的试验液，一般取500mL，具体试验液的量视具体情况而定，用溢流口密封插头替换溢流出口进行密封，用进水口密封插头替换进水口进行密封，然后通过出水口连接真空系统进行真空过滤或通过排气加压口连接加压系统进行加压过滤，收集过程中的渗透液，记录过程压力和所需透水时间，每一个试样进行五次测试，取平均值；

(5)记录测定过程中试验液温度、试验压力(液位高度、真空度或压力)、透水面积、透水量和透水时间，由以下公式计算每个过滤介质试验的透水速率和透水阻力，再取多次测量值的平均结果，

透水速率：

式中，Q_i-试样在某压差下的透水率，m³/m².s；

W_i-试样在某压差下的透水量，kg；

t-试样在某压差下得到的透水量所用时间，s；

A-试样的透水面积，m²；

ρ-试验温度下试验液的密度，kg/m³；

透水阻力：

式中，R_i-透水阻力，m^-1；

ΔP-试样两侧压差，Pa；

μ-试验温度下试验液的黏度，Pa·s。

本发明的主要优点是：

1、使用本发明所述的过滤介质透水性能测试装置及方法，既可以常压下，又可在真空或加压条件下测定大多数过滤介质的透水性能，方便快捷，为科学地评价和选用过滤介质提供可靠依据。

2、本发明的装置采用卡箍连接的快开结构，使得过滤介质试样的安装过程方便快捷。

3、待测过滤介质试样下方设有支撑网板，对试样起到支撑作用，既防止过滤介质变形，又减小了支撑板的开孔情况影响透水速率，极大程度的减小了因试样形变和支撑板开孔情况对测试结果的影响。

附图说明

图1为本发明所述过滤介质透水性能测试装置的结构示意图；

图2为图1所示过滤介质透水性能测试装置的A点局部放大图；

图3为快开式紧固卡箍使用中的剖面示意图；

图4为快开式紧固卡箍的俯视结构示意图；

图5为快开插头剖视结构示意图。

图中标号为：

1-支座底板；2-底板支脚；3-联接螺钉；4-支座杆；5-出水口；6-下联接法兰；7-O型密封圈；8-过滤元件安装板；9-支撑网板；10-过滤介质试样；11-筒体密封垫片；12-紧固卡箍；13-上联接法兰；14-筒体；15-进水口；15′-进水口密封插头；16-排气加压口；17-进水分布板；18-溢流口定位杆；19-溢流出水环；20-溢流出口；20′-溢流口密封插头；21-溢流调节管；22-溢流口弯头；23-液位计；24-法兰密封垫床；25-快开卡箍Ⅰ；26-连接管道Ⅰ；27-快开卡箍Ⅱ；28-连接管道Ⅱ；29-环形螺母；30-活接螺栓；31-活接螺栓销轴；32-卡箍活动销轴；33-按钮套环；34-弹性卡口；35-O形密封圈；36-接头本体。

具体实施方式

下面列举实施例对本发明作进一步具体说明，但本发明决不局限于该实施例。

实施例

参见附图1、2、3、4和5，图1为所述的过滤介质透水性能测试装置的结构示意图；图2为图1所示过滤介质透水性能测试装置的A点局部放大图；图3为快开式紧固卡箍使用中的剖面示意图；图4为快开式紧固卡箍的俯视结构示意图；图5为快开插头剖视结构示意图。

如图1所示，一种液固分离用过滤介质透水性能测试装置，其构成部件包括：支座底板1、底板支脚2、联接螺钉3、支座杆4、出水口5、下联接法兰6、O型密封圈7、过滤元件安装板8、支撑网板9、筒体密封垫片11、上联接法兰13、筒体14、进水口15、排气加压口16、进水分布板17、溢流口定位杆18、溢流出水环19、溢流出口20、溢流调节管21、溢流口弯头22、液位计23；此外，还包括将下联接法兰6和上联接法兰13紧固连接的紧固卡箍12、用于替换进水口15的进水口密封插头15′及用于替换溢流出口20的溢流口密封插头20′。

所述的支座底板1、底板支脚2、联接螺钉3、支座杆4、出水口5、下联接法兰6、过滤元件安装板8、支撑网板9、上联接法兰13、筒体14、排气加压口16、进水分布板17采用不锈钢材料制造，其中筒体14的直径选定约为80mm。O型密封圈7和筒体密封垫片11采用硅橡胶材质制造。溢流口定位杆18、溢流出水环19采用超高分子聚乙烯材料制造。进水口15、进水口密封插头15′、溢流出口20、溢流口密封插头20′、溢流调节管21采用聚丙烯材料制造。为了确保渗透液能顺畅地流出，所述的出水口5的直径为15mm。下联接法兰6和上联接法兰13采用快开式的紧固卡箍12进行紧固连接，下联接法兰6设有安装了支撑网板9的凹面和放置O型密封圈7的凹槽。所述的快开式的紧固卡箍12为一种连接组件，适用于小直径的压力管道和压力容器的连接和密封，构成要件如图3和4所示包括：快开卡箍Ⅰ25和快开卡箍Ⅱ27、卡箍转动销轴32以及用于紧固卡箍的环形螺母29、活接螺栓30和活接螺栓销轴31，使用时将快开卡箍Ⅰ和快开卡箍Ⅱ张开，然后套在带有一定斜度的法兰边缘上，再扣上活接螺栓，最后拧紧环形螺母。在活接螺栓的作用力下，快开卡箍Ⅰ和快开卡箍Ⅱ逐渐收紧，螺栓载荷通过快开卡箍与法兰的锥角转换为轴向载荷，使得法兰密封垫压紧，起到密封作用。O型密封圈7、过滤元件安装板8、支撑网板9及要测试的过滤介质和筒体密封垫片11安装在下联接法兰6和上联接法兰13之间。进水口15采用快开插头形式，在真空或加压操作时也可用进水口密封插头15′替换；进水口15的直径宜为15mm，以确保进水顺畅，进水口密封插头15′在真空或加压条件下应密封良好。所述的快开插头如图5所示，主要构件包括：接头主体36、O型密封圈35、弹性卡口34及弹性卡口的按钮套33，使用时以弹性卡口按钮套环插入管子，使管子通过弹性卡口和密封圈后直抵接头主体根部，起到密封作用，拆卸时只需用手将弹性卡口按钮套环垂直按下即可拔出管子。

所述的进水分布板17为多孔板结构，使得进入筒体内的蒸馏水分布均匀稳定。溢流调节管21采用与上面所述相同的快开插头形式，插在所述的溢流口弯头22上，并设有长度不同的溢流调节管21，通过更换不同长度的溢流调节管来改变溢流出口20的高度，借以控制筒体14内的液位高度，可调节的高度为分别为50mm、100mm、150mm、200mm、250mm。溢流出口20也采用与上面所述相同的快开插头形式，在真空或加压操作时也可用溢流口密封插头20′替换。溢流出口20直径宜为10～30mm，以确保溢流顺畅，溢流口密封插头20′在真空或加压条件下应密封良好。液位计23最高液位位置应高于最高的溢流出口20的位置。测试过程中采用的试验液为蒸馏水。

采用本发明的装置进行测试时，具体方法如下：

(1)测试前选取无瑕疵、破损等缺陷的过滤介质试样，裁剪直径为100mm圆形试样5个，对于织造形式的过滤介质试样，为避免脱丝边缘需进行热处理，将所取过滤介质试样浸于蒸馏水中，至试样因自重力下沉即可。

(2)将O型密封圈7和支撑网板9装入下联接法兰6的凹槽和凹面内，安装过滤元件安装板8，再把制备好的过滤介质试样10平放于滤元件安装板8和支撑网板9上，压上筒体密封垫片11，再将上联接法兰13和筒体14轻轻压在上面，注意过程中不得使试样有所偏移、褶皱，最后用紧固卡箍12将下联接法兰6和上联接法兰13进行紧固连接，要求确保密封，测试过程中透水面积为50cm²。

(3)对于透水阻力较小的过滤介质，可在常压下测定过滤介质的透水性能，使试验液经进水管15进入筒体14，通过液位计23观察筒体14内试验液的液位，通过更换不同长度的溢流调节管21，来改变筒体14内试验液的液面高度，使试验液在压力差的作用下通过测试试样，记录试验液的液位高度。测试过程中应遵循一定的原则，既要使透过过滤介质试样10的试验液有一定的流速，又不能使试验液的流速太快，这样一方面可以减少湍流对测定的影响，另一方面也便于透水时间和透水量的计量。待系统稳定后，称取约30秒内渗透液的质量，每一个试样进行五次测试，取平均值。对于渗透速率较慢的试样，如果30秒内累计的渗透液量较少，误差较大，可根据情况，适当的延长累计时间。

(4)真空或加压条件下测定过滤介质的透水性能，多用于透水阻力较大的试样，由于过程中的推动力较大，试样表面的液体产生的压差可忽略。测试时将试验液通过进水管15进入筒体14，保持试验试样上一定量的试验液(一般取500mL，具体试验液的量视具体情况而定)，用溢流口密封插头20′替换溢流出口20进行密封，用进水口密封插头15′替换进水口15进行密封，然后通过出水口5连接真空系统进行真空过滤或通过排气加压口16连接加压系统进行加压过滤，收集过程中的渗透液，记录过程压力和所需透水时间，每一个试样进行五次测试，取平均值。

(5)记录测定过程中试验液温度、试验压力(液位高度、真空度和压力)、透水面积、透水量和透水时间，由以下公式计算每个过滤介质试验的透水速率和透水阻力，再取多次测量值的平均结果。

透水速率：

式中，Q_i-试样在某压差下的透水率，m³/m².s；

W_i-试样在某压差下的透水量，kg；

t-试样在某压差下得到的透水量所用时间，s；

A-试样的透水面积，m²；

ρ-试验温度下试验液的密度，kg/m³；

透水阻力：

式中，R_i-透水阻力，m^-1；

ΔP-试样两侧压差，Pa；

μ-试验温度下试验液的黏度，Pa·s。

使用本发明所述的测试装置和方法，可对液固分离过程用平板式过滤介质的透水性能进行较科学的测试和评价，为液固分离用过滤介质的选用、设计、加工及研发等工作提供有效的参考依据，进而可改进和优化过滤分离过程，使过滤介质能更高效地应用在实际生产中。

表1中所列数据为本发明人选用常用过滤介质，采用本发明的装置及测试方法进行过滤介质透水性能测试后得到的试验数据。试验温度为20℃。

表1常用过滤介质透水性能

  科目  试样1  试样2  试样3  试样4  试样5  过滤介质  丙纶750B  涤纶621  尼龙301  棉帆布  尼龙帆布  透水量W_i×10³  (kg)  4030.85  302.46  330.91  42.69  39.37  透水时间t  (s)  30  30  30  30  30  试样透水面积A  (m²)  0.005  0.005  0.005  0.005  0.005

  科目  试样1  试样2  试样3  试样4  试样5  试验液密度ρ  (kg/m³)  998.23  998.23  998.23  998.23  998.23  试样两侧压差ΔP  (Pa)  2000  2500  1000  2500  2500  试验液黏度μ×10³  (Pa·s)  1.002  1.002  1.002  1.002  1.002  透水速率Q_i×10⁵  (m³/m²·s)  2692.00  202.00  221.00  28.51  26.29  透水阻力R_i×10⁸  (m^-1)  0.74  12.35  4.52  87.51  94.90