簡易高粘度液體增壓抽濾裝置

吳 瀟，周 彬，袁加成

?

簡易高粘度液體增壓抽濾裝置

吳 瀟1，周 彬*2，袁加成1

（1. 遼寧工業(yè)大學(xué)， 遼寧 錦州 121000； 2. 錦州開元石化有限責(zé)任公司， 遼寧 錦州 121000）

主要研究簡易高粘度液體增壓抽濾裝置。裝置采用上加壓、下抽濾的原理，可利用任何惰性氣體加壓，若加壓要求不高時也可利用普通打氣筒打氣實現(xiàn)，液體儲罐內(nèi)的壓力與下方抽真空的儲罐之間形成較大壓差，促進高粘度液體的過濾，解決了實驗室小試實驗高粘度液體的過濾難題，裝置的支架高度還可根據(jù)要求進行調(diào)整。本裝置可用于高校的實驗室及科研機構(gòu)實驗室小試中高粘度液體的過濾。

高粘度液體；實驗室； 增壓； 抽濾裝置

在石油、化工、筑養(yǎng)路等行業(yè)中，原料半成品及成品大多為高粘度稠液，隨著我國合成橡膠、合成塑料、合成纖維、涂料、油漆、日用化工等工業(yè)的發(fā)展，高粘度液體的輸送工藝操作日益增多[1]。高粘度液體與低粘度液體在過濾過程中表現(xiàn)出了不同的特性[2]。因此，在工業(yè)生產(chǎn)及實驗室小試實驗中，如何過濾高粘度液體成為人們關(guān)注的焦點[3]。高粘度液體抽濾裝置主要用于高粘度液體的輸送和增壓[4]。工廠中卷筒式過濾機、單卷筒式（燭式過濾機）、碟盤式過濾機的使用，使高粘度液體的過濾趨向于簡單化、高效化[5]。然而，大型實驗設(shè)備普遍存在著體積過于龐大、笨重以及操作步驟繁瑣等問題，而推進式過濾離心機、臥式螺旋卸料過濾離心機等雖然體積小、分離效率高卻價格較為昂貴，并且這些小型過濾裝置最低過濾液體量也達數(shù)十升，致使它們并不適合在實驗室應(yīng)用[6]。開發(fā)一種既能滿足實驗室高粘度液體的過濾，又操作簡單、簡便易攜的實驗室抽濾過濾裝置成為人們關(guān)注的焦點[7]。所以本文研究了一種適合實驗室應(yīng)用的簡易高粘度液體增壓抽濾裝置，主要是滿足實驗室小試試驗對高粘度液體的過濾需求。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及主要儀器

實驗原料：高堿值磺酸鈣清凈劑（T106）；中堿值磺酸鈣清凈劑產(chǎn)品（T105）。

主要儀器：（1）氮氣瓶一個；（2）打氣筒一個；（3）壓力表一個；（4） 抽濾裝置一套；（5）簡易高粘度液體增壓抽濾裝置；（6）濾布。

1.2 實驗步驟

1.2.1 技術(shù)路線

圖1 技術(shù)路線圖

（1）實驗操作：對實驗裝置進行密封后加入高粘度液體，利用上加壓、下抽濾的原理，用高壓氣瓶加壓，若加壓要求不高時也可利用普通打氣筒打氣實現(xiàn)，下面同時進行抽濾，在罐體內(nèi)形成高壓，以滿足高粘度液體過濾對壓力的要求。

（2）實驗現(xiàn)象觀察：觀察緩緩流入抽濾瓶的液體、真空表讀數(shù)及溫度計的溫度,記錄濾液量、真空表讀數(shù)和溫度計讀數(shù)。

本裝置經(jīng)進料口（見圖2 中②）注入液體后，通過上部閥門的開關(guān)來保證進料口和進氣口的密封性良好；在濾布墊片（見圖3 a）上放好濾布后，擰緊法蘭的四個螺栓使其上、下兩個光滑接觸面嚴(yán)密閉合，其密閉性得到充分保證。利用上加壓、下抽真空同時進行的原理使儲罐內(nèi)壓力增大，在罐內(nèi)產(chǎn)生較高壓力，抽濾瓶中產(chǎn)生一定的真空度，在濾布上下壓差的作用下，罐內(nèi)高粘度液體通過帶有小孔的圓盤的上層的濾布，緩緩流入抽濾瓶中，此時罐體上方的壓力表可準(zhǔn)確測量此時的壓力、測溫孔中的溫度計顯示出此時的溫度，罐體上方的加壓可用裝有惰性氣體的高壓氣瓶經(jīng)進氣口進氣來實現(xiàn)，加壓要求不高時更換氣嘴（見圖1 中③及圖2 b中的進氣口）后也可利用普通打氣筒打氣實現(xiàn)，用這種方法既節(jié)約了能源又能滿足不同的高粘度液體對于過濾壓差的要求。

罐體上方用裝有惰性氣體的高壓氣瓶（或打氣筒）進行加壓，下面同時進 行抽濾，在罐體內(nèi)形成壓差，滿足高粘度液體過濾對壓力的要求。加快過濾速度，減少過濾時間。罐體的壓力表能夠清晰明了的顯示液體過濾時的壓力、測溫孔的溫度計則顯示溫度，由所測得的壓力、抽濾瓶的真空度及溫度可對液體的過濾情況進行定性定量的分析。裝置的支架長度可調(diào)，滿足不同抽濾瓶對裝置高度的要求。裝置的支架長度可調(diào)（見圖2中9及8），滿足不同抽濾瓶對裝置高度的要求。

圖 2 簡易高粘度液體增壓抽濾裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 裝置局部實物照片

1.2.2 數(shù)據(jù)分析

為了檢驗簡易高粘度液體增壓抽濾裝置對不同粘度液體的過濾效果，并考察該裝置定性定量研究液體的過濾情況，以超高堿值磺酸鈣清凈劑產(chǎn)品（T106）和中堿值磺酸鈣清凈劑產(chǎn)品（T105）為介質(zhì)詳細研究了簡易高粘度液體增壓抽濾裝置的各方面性能。

圖4 常規(guī)抽濾和加壓抽濾及溫度對過濾時間的影響

（過濾介質(zhì)T106；粘度45 mm2/s；介質(zhì)用量：500 mL）

對T106分別進行真空度為0.085 MPa的常規(guī)抽濾和壓強為0.5 MPa、真空度為0.085 MPa的增壓抽濾。由圖4可知，在以T106為過濾介質(zhì)的常規(guī)過濾中，隨著溫度的升高，T106粘度減小，過濾時間減少。尤其在14 ℃和50 ℃之間，過濾時間下降較快。50 ℃后，隨著溫度的升高，過濾時間減少，但減少的趨勢逐漸變緩；在相同的溫度下，加壓至0.5 MPa、真空度為0.085 MPa的增壓抽濾所需時間遠遠小于真空度為0.085 MPa的常壓抽濾。并且，在溫度較低時，即液體粘度較大時，增壓抽濾對過濾時間的改善尤其明顯。由此得出，相同條件下增壓過濾所需時間更短，極大方便了實驗室小試對高粘度液體的過濾和研究。

圖5 壓差對過濾時間的影響

（過濾介質(zhì)T106；粘度45 mm2/s；介質(zhì)用量：500 mL）

實驗中對T106在室溫下進行了壓差不同的抽濾過濾實驗，由圖5可知，在常規(guī)過濾中（壓差為0.9 atm），過濾時間達到70 min。當(dāng)壓差增加到3.2 atm時，過濾時間急劇減少到23 min。隨著壓差的增大，過濾時間逐漸減少，但減少的趨勢逐漸變緩。這說明，加壓抽濾對過濾有較好的改進效果，在較一定程度時，改進效果不明顯。低的壓差約4 atm以下時，效果較明顯，當(dāng)加壓到在實驗室小試實驗的過濾過程中，應(yīng)根據(jù)液體粘度及過濾的具體要求確定加壓范圍。

為了對比簡易高粘度液體增壓抽濾裝置對不同粘度液體的增壓過濾效果，實驗以粘度為20.5 mm2/s的中堿值磺酸鈣清凈劑產(chǎn)品（T105）為介質(zhì)分別進行了真空度為0.085 MPa的常規(guī)抽濾和壓強為0.5 MPa真空度為0.085 MPa的增壓抽濾，結(jié)果見圖6。

圖6 常規(guī)抽濾和加壓抽濾對過濾時間的影響

（過濾介質(zhì)T105；粘度20.5 mm2/s；介質(zhì)用量：500 mL）

由圖6可知，在常規(guī)過濾中，隨著溫度升高，粘度減小，過濾時間減少。尤其在14 ℃和50 ℃的過濾時間對比最為明顯。50 ℃后，隨著溫度的升高，過濾時間減少，但減少的趨勢逐漸變緩；在相同的溫度下，加壓至0.5 MPa、真空度為0.085 MPa的增壓過濾所需時間遠遠小于真空度為0.085 MPa的常規(guī)過濾。增壓抽濾時，對于T105產(chǎn)品升高到一定溫度，即使不用加壓過濾速度也非常快。與圖4以粘度較高的T106為介質(zhì)的過濾研究結(jié)果相比，相同條件下，粘度越大的液體使用本裝置過濾效率提高的越多。所以本裝置更適用于實驗室小試試驗時對較高粘度液體的過濾。

2 結(jié) 論

經(jīng)過對以上不同介質(zhì)的過濾研究，結(jié)果表明，簡易高粘度液體增壓抽濾裝置對較高粘度液體的增壓抽濾效果良好，裝置操作簡便、簡單易攜，解決了實驗室小試實驗過程中一些較高粘度液體無法過濾的問題。同時，該裝置能夠在一定程度上定性、定量的研究不同粘度液體過濾時的過濾壓差、過濾溫度和過濾時間之間的關(guān)系，可為相關(guān)液體工業(yè)生產(chǎn)中的過濾操作提供詳實的數(shù)據(jù)及一定的指導(dǎo)作用。

[1] 朱俊. 漫談多孔陶瓷材料及其過濾技術(shù)[J]. 2011, (3): 30-36.

[2] 徐新陽, 李海波, 羅茜. 高粘度液體的過濾[D]. 東北大學(xué)土木與工程學(xué)院: 2003, 64-67.

[3] 鄭三龍. 典型醫(yī)藥中間體的過濾性能試驗研究[D]. 浙江: 浙江工業(yè)大學(xué), 2003.

[4] 祝海林, 裴俊峰. 新型高粘度齒輪泵及其參數(shù)優(yōu)化[J]. 江蘇: 江蘇工業(yè)學(xué)院所學(xué)報, 2005, (4): 23-26.

[5] 張旭東. 采用試驗法進行高粘度齒輪泵系列化設(shè)計[D] . 鄭州機械研究: 2006

[6] 張慧玉, 王禮柱. SSXGL型高粘度管式過濾機在鈦白廢硫酸回收中的應(yīng)用[J]. 上海化工, 2009, 34(7): 20-22.

[7] 楊延安, 張文彥, 白文峰等. 多層復(fù)合絲網(wǎng)過濾效率的研究[J]. 過濾與分離. 2006, 16, (3): 8-10.相變自然對流數(shù)值模擬[J].工程熱物理學(xué)報，2005，26：167-176．

Simple Pressurized Suction Filtration Device for High Viscosity Liquid

1*21

（1. Liaoning University of Technology, Liaoning Jinzhou 121000, China; 2. Jinzhou Kaiyuan Petrochemical Co., Ltd., Liaoning Jinzhou 121000, China)

Simple pressurized suction filtration device for high viscosity liquid has been developed. The device adopts the principle of pressurization in the upper side and suction filtration in the lower side, and any inert gas can be usedin the pressurization; when pressurizationrequirement is not high, a common pump can also be used to achieve it. A larger pressure difference is formed between the liquid storage tank and the vacuumized tank, to promotethe filtration of high viscosity liquid, which can solve the filtering problem of high viscosity fluid in laboratory-scale experiments. In addition, the device’s bracket height can be adjusted according to the requirements. This device can be used in the filtration of high viscosity liquid in the laboratory of universities and lab-scale experiments of research institutions.

high viscosity liquid, laboratory, pressurization, laboratory, filtration apparatus

遼寧工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，項目號：201601067。

2016-12-01

吳瀟（1994-），男，滿族，遼寧省大連市人，研究方向：潤滑油、添加劑的生產(chǎn)。

周彬（1985-），男，遼寧省錦州市人，研究方向：潤滑油、添加劑的生產(chǎn)。

TH 38

B

1004-0935（2017）01-0038-03