专利名称：耐高压平板式ro膜切向过滤的实验系统及实验方法
技术领域：
本发明涉及平板式RO膜过滤实验装置，尤其涉及一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验系统，是实验室可行的平板式反渗透(RO)膜的过滤系统，以及一种在承受高压力下完成反渗透切向过滤介质的实验方法。
背景技术：
目前，公知的RO膜过滤装置大多采用卷式膜组件，选用卷状RO膜，并将其套入圆筒状的耐高压滤壳中组成卷式膜组件。卷式膜组件由于密闭在滤壳中，只能完成对介质的分离过滤，不利于随时研究观察膜表面的情况来控制膜污染的发生。只有在将卷式膜组件拆解开后方可取到膜进行观察，但这意味着膜组件报废。由于RO膜产品的自主化生产比例相当低，卷式膜组件(尤其是科研应用上特种性能的膜)费用昂贵，许多科研工作者无法支撑膜污染研究工作的开支，这也限制了我国膜技术和膜材料的发展。有人采用小型卷式膜组件进行实验室研究，但仍然无法随时观测膜上污染状况。 也有人采用平板式死端过滤器进行低压下超滤、微滤的过滤实验，其缺陷有二。首先死端式过滤技术已经为工程实例应用所淘汰，现普遍采用的是切向过滤以减缓浓差极化作用，若再采用死端过滤进行科研与实际不相符；其次，现有的平板式超滤、微滤过滤器一般由塑料制成，其只能在低压下进行试验(最大0. 5Mpa)，而进行反渗透膜的过滤则需要至少l_2Mpa 的压力条件，此类产品明显承压能力不足。另外，现有的平板式过滤器无法根据压力强度自由改变和调整过滤的速度，给实验带来很多的不便，也影响实验的准确性。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种耐高压平板式RO 膜切向过滤的实验系统，是一种在实验室可行的能承受RO平板膜切向过滤所需高压的实验系统，该系统包含了高压过滤所需的设备，可以承受高压完成反渗透过滤试验，按照该实验方法还能方便的观察过滤各阶段膜上污染情况，方便污染控制技术的研究。本发明的另一目的还在于提高一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验方法。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验系统，包括
进料罐，用于盛放料液；
压力泵，设于进料罐与平板式RO膜过滤装置之间，其两端通过管道与进料罐和平板式 RO膜过滤装置相连，以将进料罐中的料液输送至平板式RO膜过滤装置，同时提供过滤实验所需的高压力；
平板式RO膜过滤装置，用于分离料液中的物质，并将过滤后得到的液体分流；透过液通过管道输送至储存罐存储，浓缩液通过回流管道输回至进料罐；
储存罐，用于盛放分离出来的透过液；
压力表，该压力表为2个，第一压力表安装于压力泵与平板式RO膜过滤装置之间的管道上，第二压力表安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上，用于指示系统在操作过程中的实时压力，保证实验系统安全；
调节阀，安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上，且位于第二压力表与进料罐之间，用于调节浓缩液的流量从而调节系统的有效压力；
安全阀，其一端与进料罐相连通，另一端与压力泵和第一压力表之间的管道相连通，用于在系统压力失衡时释放过高的压力。进一步地，所述平板式RO膜过滤装置包括顶板、底板以及RO膜片，所述顶板和底板可拆卸连接；在底板和顶板相贴合的面的对应位置设置有矩形凹槽，形成廊道；所述RO 膜片设于顶板与底板之间，并将顶板与底板上的廊道隔开；
底板的廊道外侧设有绕其一周的内密封圈槽和外密封圈槽，在内、外密封圈槽内对应设有内密封圈与外密封圈；在底板的廊道内设有相互平行的进水狭缝和浓缩液出水狭缝； 底板的侧壁上设有分别与进水狭缝和浓缩液出水狭缝相连通的进水孔和浓缩液出水孔；在内、外密封圈槽之间的底板上设有导向柱，所述导向柱位于外密封圈槽内侧的四角处；
所述RO膜片的四角上分别设有一通孔，通过将通孔分别套在对应位置的导向柱上实现RO膜片的安装与定位；
顶板上设有与底板上的外密封圈槽相对应的上密封圈槽，在上密封圈槽内设有上密封圈；顶板的廊道中部设有透过液出水狭缝，所述透过液出水狭缝与底板廊道内的进水狭缝和浓缩液出水狭缝平行，在顶板的侧壁上设有与透过液出水狭缝相连通的透过液出水孔； 在顶板上设有与导向柱对应的导向柱插槽；底板与顶板通过导向柱与导向柱插槽定位； 在底板与顶板的四角处还对应开设有螺孔，底板与顶板通过螺栓紧固在一起。进一步地，所述顶板和底板采用钢板制成。从而保证了整个平板式RO膜过滤装置承受:闻压的能力。进一步地,在底板的廊道内还设有垫片。通过铺设垫片来改变底板流道的截面积， 从而可以进行不同切向流速下的膜过滤试验。一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验方法，采用上述实验系统，包括如下步骤
1)在顶板和底板之间安置RO膜片，并用螺栓将顶板和底板紧固在一起；
2)连接各设备进料罐利用管道通过压力泵与平板式RO膜过滤装置的进水孔相连，平板式RO膜过滤装置的浓缩液出水孔通过回流管道输回至进料罐，平板式RO膜过滤装置的透过液出水孔通过管道与存储罐相连；第一压力表安装于压力泵与平板式RO膜过滤装置之间的管道上，第二压力表安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上；调节阀安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上，且位于第二压力表与进料罐之间；安全阀的一端与进料罐相连通，另一端与压力泵和第一压力表之间的管道相连通；
3)保持安全阀关闭，调节阀开启，启动高压泵；
4)逐步调小调节阀的开启度，使平板式RO膜过滤装置的进液压力升高直至经过膜片的料液流出；5)完成过滤后的料液收集，停泵，调节阀和安全阀全部打开泄压。待实验完毕后，通过拆卸平板式RO膜过滤装置四角上的螺栓将平板式RO膜过滤装置拆开，从而将RO膜片取下以观察其受污染程度。由于装置为平板式，因而拆下来的RO 膜片不会被损坏，在污染程度不影响继续使用的情况下，可以将RO膜片重复使用。与现有技术相比，本发明的优点在于完整的耐高压平板式RO膜切向过滤的实验系统，充分满足了各种实验设备的需要，可以承受高压而完成反渗透平板膜过滤介质的实验分析，安全可靠，降低造价，简单易行；
该平板式过滤系统能够有效模拟现普遍推广应用的切向过滤技术的操作方式，使得基于该套过滤系统的科研工作有较高的实际意义和参考价值；
在过滤装置中加工狭缝和廊道，保证液体流动通畅、均匀，且廊道内可以选择不同厚度的垫片铺设，按照流量计算方法，达到了自由改变、调整切向过滤滤速的目的；
按照该实验方法可以简便的启停实验，拆装膜片方便，易于观察膜的使用情况尤其是过滤各阶段膜上污染情况，方便污染控制技术的研究。
图I为本发明实验系统的结构框图2为平板式RO膜过滤装置的分解结构示意图3为底板的俯视图4底板的侧视图5为图3沿A— A线的剖视图6为顶板的仰视图7为顶板的侧视图8为图6沿B— B线的剖视图。
具体实施例方式下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。实施例参见图I至图8，一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验系统，包括 进料罐I，用于盛放料液；
压力泵2，设于进料罐与平板式RO膜过滤装置之间，其两端通过管道与进料罐和平板式RO膜过滤装置相连，以将进料罐中的料液输送至平板式RO膜过滤装置，同时提供过滤实验所需的闻压力；
平板式RO膜过滤装置3，用于分离料液中的物质，并将过滤后得到的液体分流；透过液 (即透过RO膜的液体)通过管道输送至储存罐存储，浓缩液(即未透过RO膜的液体)通过回流管道输回至进料罐；
储存罐4，用于盛放分离出来的透过膜的料液；
压力表，该压力表为2个，第一压力表51安装于压力泵与平板式RO膜过滤装置之间的管道上，第二压力表52安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上，用于指示系统在操作过程中的实时压力，保证实验系统安全；
调节阀6，安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上，且位于第二压力表与进料罐之间，用于调节浓缩液的流量从而调节系统的有效压力；
安全阀7，其一端与进料罐相连通，另一端与压力泵和第一压力表之间的管道相连通， 用于在系统压力失衡时释放过高的压力，从而保证整个系统的安全。所述平板式RO膜过滤装置3包括顶板8、底板9以及RO膜片10，所述顶板8和底板9可拆卸连接；在底板9和顶板8相贴合的面的对应位置设置有矩形凹槽，形成廊道11 ； 所述RO膜片10设于顶板与底板之间，并将顶板与底板上的廊道隔开；所述顶板和底板采用钢板制成，从而保证了整个平板式RO膜过滤装置承受高压的能力。底板9的廊道外侧设有绕其一周的内密封圈槽12和外密封圈槽13，在内、外密封圈槽内对应设有内密封圈14与外密封圈15 ;在底板的廊道内设有相互平行的进水狭缝16 和浓缩液出水狭缝17 ;底板的侧壁上设有分别与进水狭缝和浓缩液出水狭缝相连通的进水孔18和浓缩液出水孔19 ;实验时，进水孔通过管道与高压泵的出水端相连，浓缩液出水孔通过回流管道与进料罐相连通。在内、外密封圈槽之间的底板上设有导向柱20，所述导向柱20位于外密封圈槽内侧的四角处；所述RO膜片10的四角上分别设有一通孔21，通过将通孔21分别套在对应位置的导向柱20上实现RO膜片10的安装与定位。顶板8上设有与底板上的外密封圈槽13相对应的上密封圈槽22，在上密封圈槽内设有上密封圈23 ;通过顶板上的上密封圈和底板上的外密封圈配合，将整个廊道密封，避免料液外溢。顶板的廊道中部设有透过液出水狭缝24，所述透过液出水狭缝24与底板廊道内的进水狭缝和浓缩液出水狭缝平行，在顶板的侧壁上设有与透过液出水狭缝相连通的透过液出水孔25 ;透过液出水孔通过管道连接至储存罐。在顶板上设有与导向柱对应的导向柱插槽26;底板与顶板通过导向柱与导向柱插槽定位；在底板与顶板的四角处还对应开设有螺孔27，底板与顶板通过导向柱与导向柱插槽定位后，再利用螺栓紧固在一起；通过螺栓固定，能够满足装置整体需承受的压力，并且拆卸方便。系统运行时,可通过在底板的廊道内垫不同厚度规格的垫片，从而改变底板流道的截面积，所述垫片的形状与廊道形状一致，并能够使料液通过。这样在流量一定的条件下可以达到改变切向流速的目的，从而可以进行不同切向流速下的膜过滤试验。工作过程料液由进水孔进入，从进水狭缝向上涌入底板上的有效廊道内并向另一端流动。由于膜片拦截，无法透过的液体将在廊道的另一端向下进入浓缩液出水狭缝，并最终从浓缩液出水孔流出。透过膜片的液体则进入顶板上的廊道，汇集到透过液出水狭缝中，从透过液出水口流出。一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验方法，包括如下步骤
1)在顶板和底板之间安置RO膜片，并用螺栓将顶板和底板紧固在一起；
2)连接各设备进料罐利用管道通过压力泵与平板式RO膜过滤装置的进水孔相连，平板式RO膜过滤装置的浓缩液出水孔通过回流管道输回至进料罐，平板式RO膜过滤装置的透过液出水孔通过管道与存储罐相连；第一压力表安装于压力泵与平板式RO膜过滤装置之间的管道上，第二压力表安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上；调节阀安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上，且位于第二压力表与进料罐之间；安全阀的一端与进料罐相连通，另一端与压力泵和第一压力表之间的管道相连通；
3)保持安全阀关闭，调节阀开启，启动高压泵；
4)逐步调小调节阀的开启度，使平板式RO膜过滤装置的进液压力升高直至经过膜片的料液流出；
5)完成过滤后的料液收集，停泵，调节阀和安全阀全部打开泄压。待实验完毕后，通过拆卸平板式RO膜过滤装置四角上的螺栓将平板式RO膜过滤装置拆开，从而将RO膜片取下以观察其受污染程度。由于装置为平板式，因而拆下来的RO 膜片不会被损坏，在污染程度不影响继续使用的情况下，可以将RO膜片重复使用。最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围， 均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验系统，其特征在于包括进料罐，用于盛放料液；压力泵，设于进料罐与平板式RO膜过滤装置之间，其两端通过管道与进料罐和平板式 RO膜过滤装置相连，以将进料罐中的料液输送至平板式RO膜过滤装置，同时提供过滤实验所需的高压力；平板式RO膜过滤装置，用于分离料液中的物质，并将过滤后得到的液体分流；透过液通过管道输送至储存罐存储，浓缩液通过回流管道输回至进料罐；储存罐，用于盛放分离出来的透过液；压力表，该压力表为2个，第一压力表安装于压力泵与平板式RO膜过滤装置之间的管道上，第二压力表安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上，用于指示系统在操作过程中的实时压力，保证实验系统安全；调节阀，安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上，且位于第二压力表与进料罐之间，用于调节浓缩液的流量从而调节系统的有效压力；安全阀，其一端与进料罐相连通，另一端与压力泵和第一压力表之间的管道相连通，用于在系统压力失衡时释放过高的压力。
2.根据权利要求I所述的一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验系统，其特征在于 所述平板式RO膜过滤装置包括顶板、底板以及RO膜片，所述顶板和底板可拆卸连接；在底板和顶板相贴合的面的对应位置设置有矩形凹槽，形成廊道；所述RO膜片设于顶板与底板之间，并将顶板与底板上的廊道隔开；底板的廊道外侧设有绕其一周的内密封圈槽和外密封圈槽，在内、外密封圈槽内对应设有内密封圈与外密封圈；在底板的廊道内设有相互平行的进水狭缝和浓缩液出水狭缝； 底板的侧壁上设有分别与进水狭缝和浓缩液出水狭缝相连通的进水孔和浓缩液出水孔；在内、外密封圈槽之间的底板上设有导向柱，所述导向柱位于外密封圈槽内侧的四角处；所述RO膜片的四角上分别设有一通孔，通过将通孔分别套在对应位置的导向柱上实现RO膜片的安装与定位；顶板上设有与底板上的外密封圈槽相对应的上密封圈槽，在上密封圈槽内设有上密封圈；顶板的廊道中部设有透过液出水狭缝，所述透过液出水狭缝与底板廊道内的进水狭缝和浓缩液出水狭缝平行，在顶板的侧壁上设有与透过液出水狭缝相连通的透过液出水孔； 在顶板上设有与导向柱对应的导向柱插槽；底板与顶板通过导向柱与导向柱插槽定位； 在底板与顶板的四角处还对应开设有螺孔，底板与顶板通过螺栓紧固在一起。
3.根据权利要求2所述的一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验系统，其特征在于 所述顶板和底板采用钢板制成。
4.根据权利要求2所述的一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验系统，其特征在于 在底板的廊道内还设有垫片。
5.一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验方法，采用权利要求2至4中任一权利要求所述的实验系统，其特征在于包括如下步骤1)在顶板和底板之间安置RO膜片，并用螺栓将顶板和底板紧固在一起；2)连接各设备进料罐利用管道通过压力泵与平板式RO膜过滤装置的进水孔相连，平板式RO膜过滤装置的浓缩液出水孔通过回流管道输回至进料罐，平板式RO膜过滤装置的透过液出水孔通过管道与存储罐相连；第一压力表安装于压力泵与平板式RO膜过滤装置之间的管道上，第二压力表安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上；调节阀安装于平板式RO膜过滤装置与进料罐之间的回流管道上，且位于第二压力表与进料罐之间；安全阀的一端与进料罐相连通，另一端与压力泵和第一压力表之间的管道相连通；3)保持安全阀关闭，调节阀开启，启动高压泵；4)逐步调小调节阀的开启度，使平板式RO膜过滤装置的进液压力升高直至经过膜片的料液流出；5)完成过滤后的料液收集，停泵，调节阀和安全阀全部打开泄压。
全文摘要
本发明公开了一种耐高压平板式RO膜切向过滤的实验系统及实验方法，包括进料罐，压力泵，平板式RO膜过滤装置，储存罐，压力表，调节阀，安全阀；实验方法如下1)在顶板和底板之间安置RO膜片，并用螺栓将顶板和底板紧固在一起；2)连接各设备；3)保持安全阀关闭，调节阀开启，启动高压泵；4)逐步调小调节阀的开启度，使平板式RO膜过滤装置的进液压力升高直至经过膜片的料液流出；5)完成过滤后的料液收集，停泵，调节阀和安全阀全部打开泄压。本发明是一种在实验室可行的能承受RO平板膜切向过滤所需高压的实验系统，该系统可以承受高压完成反渗透过滤试验，按照该实验方法还能方便的观察过滤各阶段膜上污染情况，方便污染控制技术的研究。
文档编号B01D61/00GK102580533SQ20121003816
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者丁文川, 刘娇, 刘建栋, 曾晓岚, 李仲, 韩乐 申请人:重庆大学