一泵多用的全功能膜处理实验设备的制作方法

本实用新型涉及一泵多用的全功能膜处理实验设备，属于化工、环保、造纸、制药等行业组分截留、流体分离、水质净化等物理分离单元操作技术领域。

背景技术：

膜分离是在压力作用下，液体中的物质通过半透膜的筛分作用下分离的过程，膜分离技术具有分离高效、节能、无二次污染、操作方便、占地面积小等优点，是其他任何化工分离技术无法替代的，被公认为21世纪最有发展前途的十大高新技术之一。

膜分离技术一般分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、电渗析。它们的主要区别在于膜孔径的大小：微滤膜(MF)——孔径100～1000nm，操作压力0.01～0.4MPa，可除去相对分子质量10000以上的悬浮固形物。[1]允许所有的溶质分子通过，只截留悬浮物。近年来发展起来的MBR膜生物反应器就是利用微滤膜对悬浮物的截留作用取代了传统的二沉池，另外微滤还可作为超滤、纳滤、反渗透及其组合处理的预处理手段；去除悬浮物、胶体和细菌等杂质

超滤膜(UF)——孔径10～100nm，操作压力0.02～1MPa，可除去相对分子质量1000～10000的有机物和无机物。允许小的分子通过，可截留大分子的溶质及悬浮物。

纳滤膜(NF)——孔径1～10nm，操作压力0.3～2MPa，可除去相对分子质量100～1000的有机物与二价离子；反渗透膜(RO)——孔径小于1nm，操作压力1～10MPa，可除去相对分子质量25～100的有机物与一价离子，一般用于阻截除溶剂外所有的组分，包括溶解物及悬浮物，只允许溶剂通过，常用于水的纯化及脱盐。

随着各种抗污型膜材料的研制应用，膜材料生产成本的逐步下降，膜分离技术在化工、环保、制药、造纸、电镀、电子、食品等领域获得越来越多的应用。对某一物料进行膜分离效果评估需要实验研究，膜设备上马之前也需要预先实验确定膜通量、膜面积等工艺参数，这些数据的取得离不开实验设备的支持。诸如2009100882468，一种处理制浆造纸废水的多功能膜分离装置及分离方法；2017108740900，一种多功能膜分离中试实验设备；以及一种压力驱动的多功能膜分离装置及分离工艺；均是现有技术的发展。

一般高压膜组件指的是纳滤膜和反渗透膜，低压膜组件指的是微滤膜和超膜膜，由于不同的膜分离工艺操作压力各不相同，因此市面上的膜分离装置大都实现单一的膜分离功能。如果需要全功能的膜处理实验，装置设计得很复杂，成本很高并不利于实验室操作。专利“CN101934197B”公开了一种用于处理制浆造纸废水的多功能膜分离装置，其中每一个膜组件均设置有独立的贮存罐、泵、流量计等操作单元。系统流程较复杂，实际应用不便。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种采用全新结构设计，具有动力自给、不同类型滤膜自由切换功能，有效提高工作效率的膜处理过滤装置。

本实用新型为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本实用新型设计了一泵多用的全功能膜处理实验设备，包括样品进料罐、温度传感器、保安过滤器、电控驱动泵、第一压力计、安全阀、出水罐、第二压力计、流量计、背压阀和至少一组滤膜装置；

其中，温度传感器设置于样品进料罐中；样品进料罐底部设置出料口，该出料口通过管路对接保安过滤器的输入端，保安过滤器的输出端通过管路对接电控驱动泵的输入端；

各组滤膜装置分别均包括指定类型滤膜本体、入口阀门、滤液阀门和回流阀门；各组滤膜装置中，入口阀门的其中一端对接指定类型滤膜本体的输入端，指定类型滤膜本体的滤液输出端对接滤液阀门的其中一端，指定类型滤膜本体的回流端口对接回流阀门的其中一端；

各组滤膜装置中入口阀门的另一端通过管路汇聚连通，该汇聚位置经管路对接电控驱动泵的输出端，并且该汇聚位置与电控驱动泵输出端之间管路上的任意位置、通过管路对接安全阀的其中一端，安全阀的另一端通过管路通向样品进料罐的入口，以及该汇聚位置与电控驱动泵输出端之间管路上、该汇聚位置与对接安全阀的位置之间设置第一压力计；

各组滤膜装置中滤液阀门的另一端通过管路汇聚连通，并且该汇聚位置经管路通向出水罐的入口；

各组滤膜装置中回流阀门的另一端通过管路汇聚连通，并且该汇聚位置通过管路依次串联第二压力计和流量计，然后通过管路分别对接对接第三阀门的其中一端、背压阀的其中一端，第三阀门的另一端、背压阀的另一端通过管路汇聚连通，并且该汇聚位置通过管路通向样品进料罐的入口。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括第二阀门，所述保安过滤器的输出端通过管路与第二阀门的其中一端相对接，第二阀门的另一端通过管路对接所述电控驱动泵的输出端。

作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括第一阀门和第四阀门，所述样品进料罐底部出料口与保安过滤器输入端之间的管路上连接支路管路，且第一阀门设置于该支路管路上；所述流量计与第三阀门之间的管路上连接支路管路，且第四阀门设置于该支路管路上。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述电控驱动泵包括多柱塞式往复泵、主动轮、随动轮、驱动电机和皮带，其中，所述保安过滤器的输出端通过管路对接多柱塞式往复泵的输入端，所述各组滤膜装置中入口阀门另一端通过管路相连通的汇聚位置、经管路对接多柱塞式往复泵的输出端，多柱塞式往复泵上驱动杆的端部与随动轮中心位置相垂直固定连接，主动轮与随动轮经皮带联动，驱动电机的转动杆与主动轮中心位置相垂直固定连接。

作为本实用新型的一种优选技术方案：所述多柱塞式往复泵为三柱塞式往复泵。

本实用新型所述一泵多用的全功能膜处理实验设备采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本实用新型设计的膜处理过滤装置，调节量大，采用一泵驱动各种膜组件，需要的压力可调节范围很宽范，具体通过调节带动三柱塞式往复泵的电机的频率和更换泵的皮带盘轮径与电机皮带盘的轮径比例既可以调节过膜流速，也可以调节膜操作压力，当过膜流速一定时，也可以调节背压阀，也可以调节回流阀门实现操作压力调节；

（2）本实用新型设计的膜处理过滤装置，切换方便，指定类型滤膜本体包含有微滤滤膜本体、超滤滤膜本体、纳滤滤膜本体、反渗透滤膜本体等，可根据需要截留的分子量大小和极性选择膜组件，操作方式非常简便，只需要开关部分阀门即可以实现，因此一台机器即可进行全功能膜分离实验；

（3）本实用新型设计的膜处理过滤装置，工艺调节方便，该一泵多用的全功能膜处理实验设备安装有流量、压力及温度调节，在进行膜分离实验时，可以很方便地进行工艺参数设置与调节；

（4）本实用新型设计的膜处理过滤装置，节约设备，采用一台高压三柱塞式往复泵，而非一泵一膜组件的设计方式，节省操作设备，并能节约操作空间。

附图说明

图1是本实用新型所设计膜处理过滤装置的结构示意图。

其中，1. 样品进料罐，2. 温度传感器，3. 保安过滤器，4. 第一压力计，5. 安全阀，6. 出水罐，7. 第二压力计，8. 流量计，9. 背压阀，10. 指定类型滤膜本体，11. 入口阀门，12. 滤液阀门，13. 回流阀门，14. 第三阀门，15. 多柱塞式往复泵，16. 主动轮，17. 随动轮，18. 驱动电机，19. 皮带,20. 第二阀门,21. 第一阀门,22. 第四阀门。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图1所示，本实用新型设计了一泵多用的全功能膜处理实验设备，实际应用中，具体包括样品进料罐1、温度传感器2、保安过滤器3、电控驱动泵、第一压力计4、安全阀5、出水罐6、第二压力计7、流量计8、背压阀9、第二阀门20、第一阀门21、第四阀门22和至少一组滤膜装置。

其中，温度传感器2设置于样品进料罐1中；样品进料罐1底部设置出料口，该出料口通过管路对接保安过滤器3的输入端，样品进料罐1底部出料口与保安过滤器3输入端之间的管路上连接支路管路，且第一阀门21设置于该支路管路上，保安过滤器3的输出端通过管路对接电控驱动泵的输入端，同时，保安过滤器3的输出端通过管路与第二阀门20的其中一端相对接。

各组滤膜装置分别均包括指定类型滤膜本体10、入口阀门11、滤液阀门12和回流阀门13；各组滤膜装置中，入口阀门11的其中一端对接指定类型滤膜本体10的输入端，指定类型滤膜本体10的滤液输出端对接滤液阀门12的其中一端，指定类型滤膜本体10的回流端口对接回流阀门13的其中一端。

实际应用中，具体设计滤膜装置的组数为四组，各组滤膜装置中的指定类型滤膜本体10分别为微滤滤膜本体、超滤滤膜本体、纳滤滤膜本体、反渗透滤膜本体。

各组滤膜装置中入口阀门11的另一端通过管路汇聚连通，该汇聚位置经管路对接电控驱动泵的输出端，并且该汇聚位置与电控驱动泵输出端之间管路上的任意位置、通过管路对接安全阀5的其中一端，同时，第二阀门20的另一端通过管路对接电控驱动泵的输出端，安全阀5的另一端通过管路通向样品进料罐1的入口，以及该汇聚位置与电控驱动泵输出端之间管路上、该汇聚位置与对接安全阀5的位置之间设置第一压力计4。

各组滤膜装置中滤液阀门12的另一端通过管路汇聚连通，并且该汇聚位置经管路通向出水罐6的入口。

各组滤膜装置中回流阀门13的另一端通过管路汇聚连通，并且该汇聚位置通过管路依次串联第二压力计7和流量计8，然后通过管路分别对接对接第三阀门14的其中一端、背压阀9的其中一端，第三阀门14的另一端、背压阀9的另一端通过管路汇聚连通，并且该汇聚位置通过管路通向样品进料罐1的入口，流量计8与第三阀门14之间的管路上连接支路管路，且第四阀门22设置于该支路管路上。

针对电控驱动泵，进一步设计电控驱动泵，具体包括多柱塞式往复泵15、主动轮16、随动轮17、驱动电机18和皮带19，其中，所述保安过滤器3的输出端通过管路对接多柱塞式往复泵15的输入端，所述各组滤膜装置中入口阀门11另一端通过管路相连通的汇聚位置、经管路对接多柱塞式往复泵15的输出端，多柱塞式往复泵15上驱动杆的端部与随动轮17中心位置相垂直固定连接，主动轮16与随动轮17经皮带19联动，驱动电机18的转动杆与主动轮16中心位置相垂直固定连接，并且实际应用中，针对多柱塞式往复泵15，具体设计采用三柱塞式往复泵。

将上述所设计膜处理过滤装置，应用到实际操作当中，设置于样品进料罐1中的温度传感器2的量程范围是-50℃~200℃，基于温度传感器2所测样品进料罐1中液体的实时温度，调节二沉池出水直至需要的温度，过滤应用中，关闭第一阀门21，打开第三阀门14，并根据需要开关第二阀门20，以及打开所设计应用指定类型滤膜对应的入口阀门11、滤液阀门12和回流阀门13，其余阀门均处于关闭状态，其中，若不需要引入电控驱动泵进行驱动应用时，则打开第二阀门20，样品进料罐1中的液体经保安过滤器3后，通过第二阀门20流向滤膜装置；若需要引入电控驱动泵进行驱动应用时，则关闭第二阀门20，样品进料罐1中的液体经保安过滤器3流入电控驱动泵中多柱塞式往复泵15的输入端，在驱动电机18通过皮带19，经主动轮16、随动轮17联动的驱动下，由多柱塞式往复泵15针对流入液体进行驱动，进而将流入多柱塞式往复泵15中的液体向滤膜装置进行输送。并且实际应用中，操作人员可以向驱动电机18发送驱动信号，进而实现对驱动电机18功率的调节，影响多柱塞式往复泵15实际的驱动力输出。

针对流向滤膜装置的液体，根据需求，选择指定类型滤膜进行处理，这里就包括微滤滤膜本体、超滤滤膜本体、纳滤滤膜本体、反渗透滤膜本体的选择，诸如当选择纳滤滤膜本体进行操作时，即纳滤滤膜本体所对应的入口阀门11、滤液阀门12和回流阀门13处于连通状态，流向滤膜装置的液体，由纳滤滤膜本体所对应的入口阀门11进入到纳滤滤膜本体进行过滤，过滤后所获的滤液经滤液阀门12流向出水罐6进行收集，纳滤滤膜本体中残余的液体经回流阀门13，通过相并联结构的第三阀门14与背压阀9回流至样品进料罐1中，这过程中，根据第二压力计7、流量计8的实时测量结果，调节背压阀9的开度，实现纳滤滤膜本体回流端口处的压力达到预设值；如此，实际应用中，根据需要选择微滤滤膜本体、超滤滤膜本体、纳滤滤膜本体、反渗透滤膜本体进行不同应用。

在实际的应用中，第一压力计4实时获得所设位置的压力检测结果，并根据结果做相应操作，其中，当操作失误或者所应用指定类型滤膜对应的入口阀门11被关，造成压力突然不正常升高时，即由第一压力计4的压力检测结果获知，则随即打开安全阀5，则流向滤膜装置的液体经安全阀5回流至样品进料罐1中，保证所设计装置整体在实际工作中的安全性与稳定性。

基于上述所设计膜处理过滤装置，在实际的过滤操作，对于过滤前，二沉池各项指标如下表1所示。

表1

经过上述所设计膜处理过滤装置进行过滤后，所获液体的各项指标如下表2所示。

表2

上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。