于设定值，则通过装有PLC 的控制柜117将信号传送至比例调节阀105,以调低过滤压力;反之亦然。
[0019] 图4(a)和图4(b)是定速模式时流速与压力随时间变化的实验结果一例。从图4(a) 可知，采用截留分子量为lkDa的超滤膜进行死端膜过滤，设定流速为0.70cm/h，过滤样品为 超纯水时，通过该膜过滤自动控制装置能够实现恒定流速，即定速模式；同样地，当设定流 速为0.51 c m / h，过滤样品为2g/ L的海藻酸钠（分子量：1 . 2~8万）溶液时，流速保持在 0 ? 51〇11/]1丨旦定不变。
[0020] 如前所述，该发明提供的一种一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置可对过 滤压力实现实时监测，因此过滤压力随时间的变化亦能够获得，实验结果如图4(b)所示。从 图中可知，过滤样品为超纯水时，过滤压力基本保持不变，说明过滤膜没有被污染;相反，过 滤样品为海藻酸钠溶液时，为了维持恒定流速，以抵消膜面上形成滤饼所带来膜阻抗的增 加而降低的流速，过滤压力必须不断地增加。
[0021] 实施例3
[0022]在工控主机中的人机交互面板中，导入一个记录有过滤时间与压力关系的EXCEL 表文件，实现变压变速膜过滤。当过滤时间达到该EXCEL表中某一时间时，在逻辑控制器的 作用下经比例调节阀105过滤压力升高或减低至表中对应的数值，该过程等同于一系列前 述实施例1中的定压膜过滤模式，但在该模式下能够实现连续的自动控制。
[0023] 如下表1所示，为当采用膜孔径为lkDa的超滤膜进行死端膜过滤、过滤样品为超纯 水时，输入压力表及输出压力时间段。
[0024] 表 1
[0025]实验结果如图5所示，从压力随时间的变化可知，实验值和输入EXCEL表格基本一 致，表明该膜过程自动控制装置能够精确实现膜过滤的变压变速模式。并且，由于过滤样品 为超纯水，几乎不存在膜过滤阻抗，故在每一压力时间段内，流速基本维持在某一恒定值。 [0026]如下表2所示，为当采用膜孔径为lkDa的超滤膜进行死端膜过滤、过滤样品为2g/L 的海藻酸钠(分子量:1.2~8万)溶液时，输入压力表及输出压力时间段。
[0027] 表 2
[0028] 实验结果如图6所示，压力变化的实验值和输入表格中数值基本一致，表明该膜过 滤自动控制装置能够精确实现膜过滤的变压变速模式。但是，由于过滤样品为海藻酸钠溶 液，如前述实施例1和2所示，随着膜过滤的进行，膜污染加剧，过滤阻抗不断增加，在每一压 力过滤时间段内，流速均呈下降趋势。
[0029] 实施例4
[0030] 采用截留分子量为lkDa的超滤膜对2g/L的海藻酸钠(分子量：1.2~8万)溶液进行 死端定压膜过滤，设定过滤压力为300kPa，在过滤时间为300min时开启搅拌器，搅拌转速为 250rpm。过滤压力与流速随时间变化如图7所示。由图可知，由于设定的模式为定压过滤，过 滤压力基本恒定在300kPa;在0~300min时间内，由于超滤膜面上堆积的膜污染(滤饼)不断 加剧，膜过滤流速不断减小。但是，在300min后由于开启搅拌器，使得膜表面上堆积的膜污 染(滤饼)被连续不断地剥离开来，滤饼的厚度渐渐变薄，从而膜污染减小，膜过滤阻抗相应 减小，过滤速度(滤液流速)不断增加，直至达到一个平衡值，如图7中所示，约为0.8cm/h。 [0031]最后应说明的是：以上的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依 然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等 同替换;而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的 范围。
【主权项】
1. 一种一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置，其特征在于:包括由支撑框架组 成的柜体，所述柜体前端面设置有左柜门和右柜门，其中： 所述柜体上表面一侧设置有工控机，所述柜体上表面另一侧设置有储液罐、搅拌器以 及过滤器，所述搅拌器设置在所述过滤器底部； 所述柜体内中部设置有支撑板，所述柜体内还设置有液氮压力罐，所述液氮压力罐贯 穿所述支撑板设置在所述柜体内部的一侧，所述液氮压力罐上端贯穿所述柜体上表面且向 外延伸，所述液氮压力罐通过压力输出管与设置在其外部一侧的两联件、比例调节阀相连； 所述储液罐上端设置有进气管，所述进气管另一端通过比例调节阀、两联件及压力输 出管与所述液氮压力罐相连通，所述液氮压力罐中的加压氮气经压力输出管传送至两联 件、比例调节阀以及进气管向储液罐加压； 所述柜体内支撑板上设置有电子天平，所述电子天平位于所述搅拌器下方，且其上设 置有锥形瓶，所述储液罐通过其上端设置的液体传输管与过滤器相连通，所述过滤器下部 一侧设置有出液管，所述出液管的末端设置在所述电子天平上设置的锥形瓶上方，所述储 液罐中的溶液或悬浊液经过液体传输管输送至过滤器中，经所述过滤器中设置的过滤膜的 分离作用后，滤液经出液管滴入所述电子天平上的锥形瓶中； 所述柜体内位于所述支撑板的下方设置有控制柜，所述控制柜内设置有控制器，所述 比例调节阀与所述控制器电连接，所述控制器、两联件以及比例调节阀分别与所述工控机 电连接。2. 根据权利要求1所述的一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置，其特征在于，所 述左柜门和右柜门分别通过铰链与所述柜体铰接。3. 根据权利要求1所述的一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置，其特征在于，所 述控制器为PLC。4. 根据权利要求1所述的一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置，其特征在于，所 述比例调节阀与所述储液罐之间的管路上设置有压力传感器，所述压力传感器与所述控制 器电连接，所述压力传感器设置在所述柜体内且位于所述比例调节阀一侧。5. 根据权利要求4所述的一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置，其特征在于，所 述柜体上表面一侧还设置有压力表，所述压力表与所述进气管相连通，用于检测并显示进 气管中的压力。6. 根据权利要求1所述的一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置，其特征在于，所 述柜体的长宽高分别为60~100cm、40~80cm和60~100cm，所述柜体底部四角分别设置有 一滚轮。7. 根据权利要求1所述的一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置，其特征在于，所 述柜体的支撑框架为不锈钢板。8. 根据权利要求1所述的一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置，其特征在于，所 述柜体内壁一侧设置有日光灯。9. 根据权利要求1所述的一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置，其特征在于，所 述储液罐底部设置有排液管，所述排液管末端的排液口设置在所述柜体侧壁上。10. 根据权利要求1所述的一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置，其特征在于， 所述过滤器包括壳体，壳体的上部一侧设置有进液管，壳体下部一侧设置有出液管，壳体内 设置有磁力搅拌子以及设置在其上的搅拌轴，该壳体内上部固定设置有固定杆，该搅拌轴 的上端设置在该固定杆中心，壳体内位于磁力搅拌子下方由上至下依次设置有过滤膜以及 配有导流槽的支撑板，该支撑板设置在壳体内底部，所述出液管与支撑板上的导流槽相连 通。
【专利摘要】本发明涉及一种一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置,包括由支撑框架组成的柜体，柜体前端面设置有左柜门和右柜门，柜体上表面一侧设置有工控机，柜体上表面另一侧设置有储液罐、搅拌器以及过滤器，过滤器设置在搅拌器上，柜体内中部设置有支撑板，柜体内还设置有液氮压力罐，柜体内位于支撑板的下方设置有控制柜，控制柜内设置有控制器，比例调节阀与控制器电连接。本发明的有益效果在于，提供一种结构简单且操作方便的一体化膜过滤特性评价与自动控制实验装置,既节约实验台空间，又对膜过滤过程实现自动控制。
【IPC分类】B01D65/00, B01D65/10
【公开号】CN105727750
【申请号】CN201610256415
【发明人】曹达啟, 郝晓地, 入谷英司, 片桐诚之, 李焕平, 李文钊, 张岩磊
【申请人】北京建筑大学
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2016年4月22日