CN100490951C - 一种高效能分离溶液中纳米级物质的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效能分离溶液中纳米级物质的方法及其装置，属于物质分离技术领域。采用本方法及其装置后能达到高效率、高质量、低成本的过滤效果。为此，待处理溶液经粗滤、精滤、超滤后将粒径在0.05-0.1微米以上的微粒从溶液中分离出来，超滤溶液经负压吸取系统负压吸取及吸排水、气后获得提纯溶液，同时定期对超滤组件中的纳米陶瓷过滤管进行反冲洗。实现该方法的装置包括精滤系统、超滤系统、负压吸取系统、反冲洗系统以及全系统程序控制器。本发明用于分离溶液中纳米级微粒，特别适用于各种粘度的油品中杂质的分离；也适用于制药、食品行业中某些溶液的浓缩或提纯；及环保行业的排放液处理。

Description

一种高效能分离溶液中纳米级物质的方法及其装置

技术领域

本发明涉及物质分离技术领域，特别是一种高效能萃取或分离溶液中纳米级物质的方法以及实现该方法的装置。

背景技术

对于分离混合在各种溶液中的微小物质的方法中，当物质微粒在0.1—1毫米之间通常采用滤布、滤纸等过滤材料即能过滤分离。但当物质微粒是在0.1毫米以下，公知技术通常是采用压力在0.3—0.5Mpa甚至更高的加压泵把待处理的溶液加压通过管道进入安装有过滤材料的密封装置或容器中进行过滤处理，由于过滤是在加压或者错流加压中进行，因而这些过滤技术存在如下一些缺点：

(1)由于采用加压过滤，管道及过滤装置的密封性、牢固性要求较高，因而会增加制造成本，同时由于是在加压中生产，容易出现安全隐患。

(2)由于采用加压过滤，滤材堵塞后就要进行反冲洗，难度大，因要经常更换滤材，从而会增加过滤成本，并降低效能，

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效能分离溶液中纳米级物质的方法及其实现这种方法的装置，该方法通过对装置的合理、优化设计，来达到高效率、高质量、低成本的过滤效果。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：一种高效能分离溶液中纳米级物质的方法，其方法步骤为：

(1)待处理的溶液经粗滤和/或沉淀后，该溶液及其所含粒径在15—20微米以下的物质进入精滤系统进行沉淀和精滤，该溶液及其所含粒径在3—10微米以下的物质通过精滤系统中的精滤管进入超滤系统；

(2)精滤溶液通过由一组纳米陶瓷过滤管并联而成的超滤组件进行超滤，该溶液及其所含粒径在0.05—0.1微米以下的物质通过超滤组件进入负压吸取系统；

(3)超滤溶液通过负压吸取系统负压吸取并将溶液中的水、气负压吸排出去；

(4)用于定期对超滤组件中的纳米陶瓷过滤管进行反冲洗，去除附着在纳米陶瓷过滤管上的微粒。

用于上述方法的分离溶液中纳米级物质的装置，该装置按待处理溶液的过滤路线依次设有精滤系统37、超滤系统38、负压吸取系统39，在精滤系统37和超滤系统38之间设有自吸泵17，还设有用于清除附着在纳米陶瓷过滤管11上微粒的反冲洗系统以及全系统程序控制器。

所述精滤系统37包括由第1敞开式容器37-1装载的粗滤溶液20，该容器37-1通过挡板21分隔成沉淀室22和精滤室44，所述沉淀室22侧壁上部设有带开关的循环溶液入口23，其下部设有带开关的浓缩液出口36，所述精滤室44内置放有精滤管19，其出口通过管道与设在精滤室44侧壁上部的带开关的精滤溶液出口18相连通，该出口18通过管道与自吸泵17入口相连通，精滤系统的第1敞开式容器37-1支承在第1支架34上。

所述超滤系统38包括在第2敞开式容器38-1内装设有超滤组件10和精滤溶液15，该超滤组件10由一组相互平行的纳米陶瓷过滤管11并联并密封支承在第1支承板7和第2支承板8之间，第1支承板7和第2支承板8外侧分别与带凹腔的第1密封板9-1和第2密封板9-2通过一组螺栓螺母12紧密连接并形成第1密封腔6和第2密封腔13，所述第1密封腔6通过该组纳米陶瓷过滤管11与第2密封腔13贯通，所述第1密封板9-1上设有超滤溶液出口26，该出口26与相对应的第2敞开式容器38-1侧壁贯通连接，第2密封板9-2上设有反冲洗入口31，该入口31与相对应的第2敞开式容器38-1侧壁贯通连接，第2敞开式容器38-1侧壁上部设有带开关的精滤溶液入口16，并通过管道与自吸泵17出口相连通，第2敞开式容器38-1内还设有加热管29和爆气管28、30，所述超滤系统第2敞开式容器38-1支承在第2支架27上。

所述负压吸取系统39包括盛载提纯溶液40的负压容器2，该容器2上部设有水、气过滤层43、超滤溶液喷淋器42及带开关的负压进口4，容器2侧壁设有带开关负压出口1、液位显示标志41，负压出口1与外设的负压源相连接，所述负压进口4通过管道及常开电磁阀5与超滤溶液出口26相连通，容器2顶部还装有真空表3，其底部侧壁装有带开关的提纯溶液出口24，所述容器2支承在第3支架25上。

所述反冲洗系统包括装在第2支架27上的反冲洗泵32、常闭电磁阀14、装在第1支架34上的循环泵35，反冲洗泵32输出口通过管道、常闭电磁阀14与反冲洗入口31相连通，设在第2敞开式容器38-1下部侧壁的带开关循环溶液出口33通过管道和装在第1支架34上的循环泵35与设在第1敞开式容器37-1上部侧壁的带开关的循环溶液入口23相连通。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

(1)本发明是对溶液微粒进行精滤和超滤两级工艺步骤来实现对溶液中纳米级物质的分离，其过滤工艺过程都是采用负压吸取技术，也就是说精滤和超滤系统都可以安置在敞开的容器中来进行过滤处理，所以过滤设备制造简单、操作方便、制作成本低。

(2)超滤系统是采用经高温烧结、薄壁、具有纳米级微孔的陶瓷过滤管作为超滤组件，其壁厚为2—4毫米、烧结温度达1600℃、微孔孔径为0.05—0.1微米。由于陶瓷过滤管经高温烧结，强度高，不老化，耐高温，耐腐蚀，所以适用范围广，同时由于陶瓷过滤管壁薄，反冲洗容易，再生力强，使用寿命长。

(3)在超滤系统中，为适应过滤一些粘度较大的溶液，例如各种油品加工，在本系统中安装了自动恒温加热装置，同时为了防止溶液沉淀，增加溶液流动性，还设置了爆气管，在超滤过程中，不断使被过滤溶液循环流动，并在超滤组件中安装了常闭电磁阀，由时间继电器控制超滤过程的吸取或反冲洗工作，使过滤过程自动化，提高过滤效率。

(4)由于在负压容器上部设置了水、气过滤层和超滤溶液喷淋器，使超滤溶液中存在的少量空气和水分能通过过滤层从负压出口被抽出，以得到无空气和水分混入的提纯溶液。

(5)在精滤系统中设置了沉淀池和精滤装置，由于被过滤溶液不断地循环通过精滤系统，当溶液被浓缩到一定程度时，浓缩液可由沉淀池中从浓缩液出口处排出。

本发明用于分离溶液中纳米级微粒，特别适用于各种粘度的油品中杂质的分离，如变压器油、液压油、发电机润滑油等；同时也适用于制药食品行业中某些溶液的浓缩或溶液的提纯；也适用于一些环保行业的排放液处理。

附图说明

图1是本发明一个实施例关于分离溶液中纳米级物质的装置结构示意图。

其中：1、负压出口；2、负压容器；3、真空表；4、负压进口；5、常开电磁阀；6、第1密封腔；7、第1支承板；8、第2支承板；9-1、第1密封板；9-2、第2密封板；10、超滤组件；11、纳米陶瓷过滤管；12、螺栓螺母；13、第2密封室；14、常闭电磁阀；15、精滤溶液；16、精滤溶液入口；17、自吸泵；18、精滤溶液出口；19、精滤管；20、粗滤溶液；21、粗滤沉淀挡板；22、粗滤溶液沉淀室；23、循环溶液入口；24、提纯液出口；25、第3支架；26、超滤溶液出口；27、第2支架；28、爆气管；29、加热器；30、爆气管；31、反冲洗入口；32、反冲洗泵；33、循环溶液出口；34、第1支架；35、循环泵；36、浓缩液出口；37、精滤系统；37-1、第1敞开式容器；38、超滤系统；38-1、第2敞开式容器；39、负压吸取系统；40、提纯溶液；41、液位显示标志；42、超滤溶液喷淋器；43、水、气过滤层；44、精滤室。

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。

图1所示是实现本发明分离溶液中纳米级物质的方法所采用的装置结构示意图，该装置由精滤系统37、超滤系统38、负压吸取系统39、过滤管反冲洗系统及全装置程序控制器组成。下面结合工艺方法及其装置结构及工作过程详述如下：

待处理的溶液经粗滤或沉淀后，含物质(杂质)粒径在15—20微米以下的粗滤溶液20注入精滤系统37的开口容器37-1中，当注满溶液后，开动自吸泵17，物质(杂质)粒径在3—10微米以下的溶液将通过精滤管19流入超滤系统38的开口容器38-1中，在粗滤溶液沉淀室22沉淀的浓缩液经底部出口36排出。待精滤溶液15注满后，启动自动爆气管28、30和自动加热器29，对于不同粘度、不同性质的溶液，加热温度均有不同要求，温度控制范围可以在40—80℃之间，爆气能使溶液流动不沉淀，加温可降低溶液粘度，增强流动性，提高过滤效率。当精滤溶液加热温度到达设定温度时，开启负压吸取系统39，真空表3达到设定值时，打开负压进口4和常开电磁阀5，物质(杂质)粒径在0.05—0.1微米以下的溶液将通过超滤组件10进入负压吸取系统39的负压容器2中。从液位显示标志41中观察到液位到达设定位置时，关闭负压出口1和常开电磁阀5，打开提纯溶液出口阀门24把提纯溶液放出到干净容器中备用。

整套过滤装置在工作过程中，真空容器2里提纯溶液40注满以前，是根据程序控制器指令进行自动精滤、自动超滤、自动反冲洗、自动加温、爆气、自动循环进行工作的。所以过滤效率比较高。

精滤管19的滤管孔径控制在3—10微米之间，超滤组件10中的纳米级陶瓷过滤管孔径控制在0.05—0.1微米之间，由于经粗滤后的溶液注入本装置后，再通过本装置精滤、超滤，这样的分级过滤会减少滤管堵塞的机率，同时又设定了在合理时间内对纳米陶瓷过滤管的自动反冲洗程序，因而也大大地提高了过滤效率。

在负压吸取系统39中，由于被吸入的超滤溶液由喷淋器42喷雾出来，所以超滤溶液中少量的水份和空气通过纤维质过滤层43，由负压出口1被抽出，而无水、无空气的提纯溶液40则留在真空容器2中。

Claims (6)

1、一种高效能分离溶液中纳米级物质的方法，其方法步骤为：

(1)待处理的溶液经粗滤和/或沉淀后，该溶液及其所含粒径在15—20微米以下的物质进入精滤系统进行沉淀和精滤，该溶液及其所含粒径在3—10微米以下的物质通过精滤系统中的精滤管被负压吸取进入超滤系统；

(2)精滤溶液通过由一组纳米陶瓷过滤管并联而成的超滤组件进行超滤，该溶液及其所含粒径在0.05—0.1微米以下的物质通过超滤组件进入负压吸取系统；

(3)超滤溶液通过负压吸取系统负压吸取并将溶液中的水、气负压吸排出去；

(4)定期对超滤组件中的纳米陶瓷过滤管进行反冲洗，去除附着在纳米陶瓷过滤管上的微粒。

2、用于权利要求1所述方法的分离溶液中纳米级物质的装置，其特征在于：该装置按待处理溶液的过滤路线依次设有精滤系统(37)、超滤系统(38)、负压吸取系统(39)、在精滤系统(37)和超滤系统(38)之间设有自吸泵(17)，还设有用于清除附着在安装于超滤系统(38)内的纳米陶瓷过滤管(11)上微粒的反冲洗系统以及全系统程序控制器。

3、根据权利要求2所述的分离溶液中纳米级物质的装置，其特征在于：所述精滤系统(37)包括由第1敞开式容器(37-1)装载的粗滤溶液(20)，该第1敞开式容器(37-1)通过挡板(21)分隔成沉淀室(22)和精滤室(44)，所述沉淀室(22)侧壁上部设有带开关的循环溶液入口(23)，该沉淀室(22)侧壁下部设有带开关的浓缩液出口(36)，所述精滤室(44)内置放有精滤管(19)，该精滤管(19)出口通过管道与设在精滤室(44)侧壁上部的带开关的精滤溶液出口(18)相连通，该精滤溶液出口(18)通过管道与自吸泵(17)入口相连通，精滤系统的第1敞开式容器(37-1)支承在第1支架(34)上。

4、根据权利要求3所述的分离溶液中纳米级物质的装置，其特征在于：所述超滤系统(38)的第2敞开式容器(38-1)内装设有超滤组件(10)和精滤溶液(15)，该超滤组件(10)中的一组相互平行的直通纳米陶瓷过滤管(11)并联并密封支承在第1支承板(7)和第2支承板(8)之间，所述第1支承板(7)和第2支承板(8)外侧分别与带凹腔的第1密封板(9-1)和第2密封板(9-2)通过一组螺栓螺母(12)紧密连接并形成第1密封腔(6)和第2密封腔(13)，所述第1密封腔(6)通过该组纳米陶瓷过滤管(11)与第2密封腔(13)贯通，所述第1密封板(9-1)上设有超滤溶液出口(26)，该出口(26)与相对应的第2敞开式容器(38-1)侧壁贯通连接，第2密封板(9-2)上设有反冲洗入口(31)，该入口(31)与相对应的第2敞开式容器(38-1)侧壁贯通连接，第2敞开式容器(38-1)侧壁上部设有带开关的精滤溶液入口(16)，并通过管道与自吸泵(17)出口相连通，第2敞开式容器(38-1)内还设有加热管(29)和爆气管(28、30)，所述超滤系统第2敞开式容器(38-1)支承在第2支架(27)上。

5、根据权利要求4所述的分离溶液中纳米级物质的装置，其特征在于：所述负压吸取系统(39)包括盛载提纯溶液(40)的负压容器(2)，该负压容器(2)上部设有水、气过滤层(43)、超滤溶液喷淋器(42)及带开关的负压进口(4)，负压容器(2)侧壁设有带开关负压出口(1)、液位显示标志(41)，负压出口(1)与外设的负压源相连接，所述负压进口(4)通过管道及常开电磁阀(5)与超滤溶液出口(26)相连通，负压容器(2)顶部还装有真空表(3)，负压容器(2)底部侧壁装有带开关的提纯溶液出口(24)，所述负压容器(2)支承在第3支架(25)上。

6、根据权利要求4所述的分离溶液中纳米级物质的装置，其特征在于：所述反冲洗系统包括装在第2支架(27)上的反冲洗泵(32)、常闭电磁阀(14)、装在第1支架(34)上的循环泵(35)，反冲洗泵(32)输出口通过管道、常闭电磁阀(14)与反冲洗入口(31)相连通，设在第2敞开式容器(38-1)下部侧壁的带开关循环溶液出口(33)通过管道和装在第1支架(34)上的循环泵(35)与设在第1敞开式容器(37-1)上部侧壁的带开关的循环溶液入口(23)相连通。

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