CN110216912B - 一种基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械脱水技术领域，并具体公开了一种基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置。该装置中机械压滤单元用于对待脱水物料进行机械压滤，压力输出单元与机械压滤单元连接，用于为其提供压力；称量单元设置在机械压滤单元的下方，用于收集机械压滤过程中产生的滤液，并对滤液的质量进行实时测量；计算机控制单元与压力输出单元、机械压滤单元和称量单元连接，用于控制并采集压力输出单元输出的压力，控制机械压滤单元的工作过程，同时对滤液的质量进行数据采集。本发明实现了机械压滤脱水试验的全自动化，极大地提高了实验效率和准确性，同时通过对压滤过程中的压力和滤液质量进行实时数据采集和自动记录，能够全面反应脱水实验的全过程。

Description

一种基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置

技术领域

本发明属于机械脱水技术领域，更具体地，涉及一种基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置。

背景技术

脱水是一种将物料中固相与液相分离，得到低含水率目标产物的技术，广泛应用于固体废弃物、食品等高含水率物料的进一步处理。机械脱水利用机械装置产生的压力、离心力直接脱除水分，具有工艺简单、能耗较低的优点，在脱水领域得到了广泛应用。为了更好地发挥机械脱水的作用，改进脱水效果，通过大量实验深入探究物料的脱水性能至关重要，因此需要一种方便快捷，易于控制的机械脱水装置以满足多变的实验需求。

在机械脱水技术领域，CN102580372A公开了一种煤泥压滤性试验装置及试验方法，该装置通过气压给料，隔膜压滤机压滤，能够使压滤试验取得更好效果，为压滤机选型提供数据，但是该发明提供的设备规模较大，物料需求量多，不适用于实验室小规模多频次试验。CN103332848A公开了一种污泥挤压脱水试验机及其使用方法，该试验机模拟板框压滤机，能在0.2～0.6MPa的压力下比较不同加药调质工艺对污泥脱水性能的改善情况，实验劳动量小并且简单快捷，但该试验机无法精确调控压力施加模式，缺乏对滤液的监测，并且难以将泥饼完整取出，因此无法有效建立起固液两相在脱水过程中的关联。CN108101341A公开了一种泥浆快速脱水装置，适用于室内实验，该装置有双向真空预压，可通过千斤顶施加外力载荷来改变压力，可用压力范围大，实验效率高，但由于自动化程度低，造成千斤顶压力调控精准性差，滤液数据需手动记录，因此实验数据不精准、误差较大。CN101607453A公开了一种污泥垃圾混合物脱水试验仪，该试验仪采用筒状结构，侧壁开孔，能对垃圾污泥混合物进行脱水，但压滤过程中数据无法自动获取。1998年Talat Mahmood在文章《PilotStudy of Impulse Drying Industrial Sludge》中公开了一种污泥电动液压机械脱水试验装置(《Environment Science and Technology》,1998，32,1813-1816)，该装置通过电动液压装置对污泥直接压滤，压力可达250-1400psi，且能通过数据采集装置自动采集压力和温度数据，但该装置无法根据需要自由控制脱水过程中的压力，且没有对污泥滤液进行实时监测，仅能在压滤完成后手动称量获取滤液质量。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，其中结合机械压滤过程中自身的特征，相应设计了压力输出单元、机械压滤单元和称量单元，实现了对滤液质量的实时监测，同时通过计算机控制单元控制上述单元，相应的可有效解决自动化程度低、实验条件控制不准确和无法实时监测的问题，因而尤其适用于机械压滤脱水试验的应用场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，该装置包括机械压滤单元、压力输出单元、称量单元和计算机控制单元，其中：所述机械压滤单元用于对待脱水物料进行机械压滤，从而完成脱水试验；所述压力输出单元与所述机械压滤单元连接，用于为其进行机械压滤提供压力；所述称量单元设置在所述机械压滤单元的下方，用于收集机械压滤过程中产生的滤液，并对所述滤液的质量进行实时测量；所述计算机控制单元与所述压力输出单元、机械压滤单元和称量单元连接，用于控制并采集所述压力输出单元输出的压力，控制所述机械压滤单元的工作过程，同时对所述滤液的质量进行数据采集。

作为进一步优选地，所述机械压滤单元包括压滤室、多孔渗水底盘、压滤杆、支撑机构和活动机构，其中，所述压滤室的底部开口并在侧壁设置有阶梯，工作时所述压滤室通过该阶梯与所述多孔渗水底盘相互配合，形成盛放所述待脱水物料的空间，所述压滤杆的一端与所述压力输出单元连接，其另一端伸入所述压滤室内，工作时利用所述压力输出单元带动所述压滤杆向下移动，从而对所述待脱水物料进行机械压滤，所述支撑机构用于固定所述压滤室和多孔渗水底盘，所述活动机构用于带动所述多孔渗水底盘进行上下移动。

作为进一步优选地，所述支撑机构包括第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板、套筒和导柱，所述活动机构包括升降气缸，其中，所述第一支撑板中间设有第一通孔，所述套筒穿过该第一通孔并与所述第一支撑板连接，用于为所述压滤杆提供导向，所述第二支撑板中间设有第二通孔，所述压滤室穿过该第二通孔并与所述第二支撑板连接，所述第三支撑板通过连杆与底座连接进行固定，并且其中间设有第三通孔，所述多孔渗水底盘穿过该第三通孔并与所述第三支撑板连接，左右对称设置的所述导柱穿过所述第二支撑板并且两端分别与所述第一支撑板和第三支撑板连接，用于为所述第二支撑板进行上下移动提供导向，左右对称设置的所述升降气缸与所述第二支撑板连接，用于带动该第二支撑板进行上下移动，待机械压滤完成后，通过所述第二支撑板带动所述压滤室向上移动从而将脱水产物完整取出。

作为进一步优选地，所述机械压滤单元还包括左右对称设置在所述第一支撑板与所述第二支撑板之间的活动支撑轴，用于防止压滤过程中所述第二支撑板发生移动。

作为进一步优选地，当待脱水物料为液态时，所述机械压滤脱水试验装置还包括气动进料机构，该气动进料机构包括依次连接的装料罐和隔膜泵，所述隔膜泵与所述机械压滤单元连接，通过自动进料模拟板框压滤机的机械压滤过程。

作为进一步优选地，所述压力输出单元包括依次连接的压力输出装置和压力传感器，所述压力输出装置用于提供压力，所述压力传感器与所述压滤杆连接，用于对该压力输出装置输出的压力进行数据采集。

作为进一步优选地，所述多孔渗水底盘(9)采用防腐蚀不锈钢材料制成，该多孔渗水底盘(9)上均匀设置有渗水孔，所述渗水孔的直径为0.5mm～2mm，所述渗水孔的深度为2mm～10mm，并且所述多孔渗水底盘(9)上设置有滤布，所述滤布由天然纤维或合成纤维编织而成。

作为进一步优选地，所述压滤室与所述多孔渗水底盘之间设置有密封圈，用于保证良好的密封性。

作为进一步优选地，所述称量单元优选为分度值为0.1g～0.0001g的天平，所述天平的数据记录频率为1次/s～50次/s。

作为进一步优选地，所述机械压滤单元的压滤方式包括恒压压滤、恒速压滤或阶梯变压压滤。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1.本发明利用计算机控制单元精确控制压力输出单元输出的压力，并全程控制机械压滤单元的工作过程，从而实现了机械压滤脱水试验的全自动化，极大地提高了实验效率和准确性，同时通过对压滤过程中的压力和滤液质量进行实时数据采集和自动记录，能够全面反应脱水实验的全过程，通过对比脱水过程中时间、压力等因素对脱水量的影响，能够有效分析脱水过程中的固液分离情况；

2.尤其是，本发明通过对机械压滤单元的结构进行改进，采用底部开口的压滤室并利用升降气缸带动该压滤室进行上下移动，从而能够在机械压滤完成后将脱水产物完整地取出，进而实现脱水实验的固液两相平衡；

3.同时，本发明可根据待脱水物料的性质选择进料方式，当待脱水物料为液态时，可采用气动进料机构模拟板框压滤机的自动进料过程，从而保证了脱水试验的还原度；

4.此外，本发明可根据物料种类选择合适的滤布和多孔渗水底盘，并根据滤液质量和压滤速度调节天平的分度值和记录频率，从而满足不同脱水试验的要求，同时选择合适的压滤方式，能够通过规律性的改变获得物料的最佳脱水条件，利用本发明提供的设备能够对各种物料进行脱水性能检测和脱水样品制备，因此具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是按照本发明优选实施例构建的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置的结构示意图；

图2是按照本发明优选实施例构建的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置的局部剖视图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-压力输出装置，2-压力传感器，3-压滤杆，4-套筒，5-第一支撑板，6-第二支撑板，7-压滤室，8-第三支撑板，9-多孔滤水底盘，10-导柱，11-活动支撑轴，12-升降气缸，13-称量单元，14-计算机控制单元，15-隔膜泵，16-物料罐。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1～2所示，本发明优选实施例提供了一种基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，该装置包括机械压滤单元、压力输出单元、称量单元13和计算机控制单元14，其中：

机械压滤单元用于对待脱水物料进行机械压滤，从而完成脱水试验，其包括压滤室7、多孔渗水底盘9、压滤杆3、支撑机构和活动机构，压滤室7的底部开口并在侧壁设置有阶梯，工作时压滤室7通过该阶梯与多孔渗水底盘9相互配合，形成盛放待脱水物料的空间，压滤杆3的一端与压力输出单元连接，其另一端伸入压滤室7内，工作时利用压力输出单元带动压滤杆3向下移动，从而对待脱水物料进行机械压滤，支撑机构用于固定压滤室7和多孔渗水底盘9，活动机构用于带动多孔渗水底盘9进行上下移动；

压力输出单元包括依次连接的压力输出装置1和压力传感器2，压力输出装置1用于为机械压滤单元进行机械压滤提供压力，压力传感器2与机械压滤单元连接，用于对压力输出装置1输出的压力进行数据采集；

称量单元13设置在机械压滤单元的下方，用于收集机械压滤过程中产生的滤液，并对滤液的质量进行实时测量；

计算机控制单元14与压力输出单元、机械压滤单元和称量单元13连接，用于控制并采集压力输出单元输出的压力，控制机械压滤单元的工作过程，同时对滤液的质量进行数据采集。

进一步，支撑机构包括第一支撑板5、第二支撑板6、第三支撑板8、套筒4和导柱10，活动机构包括升降气缸12，其中，所述第一支撑板5中间设有第一通孔，所述套筒4穿过该第一通孔并与所述第一支撑板5连接，用于为所述压滤杆3提供导向，所述第二支撑板6中间设有第二通孔，所述压滤室7穿过该第二通孔并与所述第二支撑板6连接，所述第三支撑板8通过连杆与底座连接进行固定，并且其中间设有第三通孔，所述多孔渗水底盘9穿过该第三通孔并与所述第三支撑板8连接，左右对称设置的所述导柱10穿过所述第二支撑板6并且两端分别与所述第一支撑板5和第三支撑板8连接，用于为所述第二支撑板6进行上下移动提供导向，左右对称设置的所述升降气缸12与所述第二支撑板6连接，用于带动该第二支撑板6进行上下移动，待机械压滤完成后，通过所述第二支撑板6带动所述压滤室7向上移动从而将脱水产物完整取出。

进一步，当待脱水物料为液态时，所述机械压滤脱水试验装置还包括气动进料机构，该气动进料机构包括依次连接的装料罐16和隔膜泵15，所述隔膜泵15与所述机械压滤单元连接，通过自动进料模拟板框压滤机的机械压滤过程；

同时，机械压滤单元还包括左右对称设置在第一支撑板5与第二支撑板6之间的活动支撑轴11，用于防止压滤过程中第二支撑板6发生移动。

进一步，多孔渗水底盘9上设置有滤布，用于对滤液进行过滤，滤布由天然纤维或合成纤维编织而成；

多孔渗水底盘9采用防腐蚀不锈钢材料制成，该多孔渗水底盘9上均匀设置有渗水孔，渗水孔的直径为0.5mm～2mm，该渗水孔的深度为2mm～10mm，可根据物料种类确定渗水孔的直径和深度，从而获得合适的物料脱水阻力。

进一步，为保证该装置具有良好的密封性和使用寿命，压滤杆3为防腐蚀不锈钢材料，并且其底部与压滤室7采用密封圈进行密封，从而在压力量程范围内保证良好的密封性，压滤室7同样为防腐蚀不锈钢材料，压滤室7与多孔渗水底盘9之间设置有密封圈，用于保证良好的密封性。

进一步，称量单元13优选为分度值为0.1g～0.0001g的天平，天平的数据记录频率为1次/s～50次/s，可根据滤液的质量以及压滤的速度调节天平的分度值和记录频率，减小滤液下落惯性对测量值的影响，从而获得较为准确的滤液质量变化曲线。

进一步，机械压滤单元的压滤方式包括恒压压滤、恒速压滤或阶梯变压压滤，并在保压阶段可保持压力不变或压滤杆3的位移不变，从而通过规律性改变压滤过程的各项条件，研究物料脱水理论并建立动力学模型，进而获得物料的最佳脱水条件。

下面对本发明提供的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置的工作过程进行介绍。

首先通过计算机控制单元14控制升降气缸12上行，从而带动压滤室7向上移动，将滤布放置在多孔渗水底盘上后控制升降气缸12下行，带动压滤室7向下移动并与多孔渗水底盘9配合将滤布压紧，将活动支撑轴11放置在第一支撑板5和第二支撑板6之间，然后向压滤室7内加入待脱水物料，通过计算机控制单元14设置压滤杆下行速度、保压压力、保压时间、分段压力以及泄压速度等参数，使得压滤杆3按照设定方式自动运行，压滤过程中利用计算机控制单元14实时采集时间、压力以及滤液质量的数据，最后待机械压滤结束后，控制升降气缸12带动压滤室7上行，从而将脱水产物完整取出。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，其特征在于，该装置包括机械压滤单元、压力输出单元、称量单元（13）和计算机控制单元（14），其中：所述机械压滤单元用于对待脱水物料进行机械压滤，从而完成脱水试验，该机械压滤单元包括压滤室（7）、多孔渗水底盘（9）、压滤杆（3）、支撑机构和活动机构，其中，所述压滤室（7）的底部开口并在侧壁设置有阶梯，工作时所述压滤室（7）通过该阶梯与所述多孔渗水底盘（9）相互配合，形成盛放所述待脱水物料的空间，所述压滤杆（3）的一端与所述压力输出单元连接，其另一端伸入所述压滤室（7）内，工作时利用所述压力输出单元带动所述压滤杆（3）向下移动，从而对所述待脱水物料进行机械压滤，所述支撑机构用于固定所述压滤室（7）和多孔渗水底盘（9），所述活动机构用于带动所述压滤室（7）进行上下移动；所述压力输出单元与所述机械压滤单元连接，用于为其进行机械压滤提供压力；所述称量单元（13）设置在所述机械压滤单元的下方，用于收集机械压滤过程中产生的滤液，并对所述滤液的质量进行实时测量，通过对压滤过程中的压力和滤液质量进行实时数据采集和自动记录，能够全面反应脱水实验的全过程，通过对比脱水过程中时间、压力对脱水量的影响，能够有效分析脱水过程中的固液分离情况；所述计算机控制单元（14）与所述压力输出单元、机械压滤单元和称量单元（13）连接，用于控制并采集所述压力输出单元输出的压力，控制所述机械压滤单元的工作过程，同时对所述滤液的质量进行数据采集。

2.如权利要求1所述的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，其特征在于，所述支撑机构包括第一支撑板（5）、第二支撑板（6）、第三支撑板（8）、套筒（4）和导柱（10），所述活动机构包括升降气缸（12），其中，所述第一支撑板（5）中间设有第一通孔，所述套筒（4）穿过该第一通孔并与所述第一支撑板（5）连接，用于为所述压滤杆（3）提供导向，所述第二支撑板（6）中间设有第二通孔，所述压滤室（7）穿过该第二通孔并与所述第二支撑板（6）连接，所述第三支撑板（8）通过连杆与底座连接进行固定，并且其中间设有第三通孔，所述多孔渗水底盘（9）穿过该第三通孔并与所述第三支撑板（8）连接，左右对称设置的所述导柱（10）穿过所述第二支撑板（6）并且两端分别与所述第一支撑板（5）和第三支撑板（8）连接，用于为所述第二支撑板（6）进行上下移动提供导向，左右对称设置的所述升降气缸（12）与所述第二支撑板（6）连接，用于带动该第二支撑板（6）进行上下移动，待机械压滤完成后，通过所述第二支撑板（6）带动所述压滤室（7）向上移动从而将脱水产物完整取出。

3.如权利要求2所述的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，其特征在于，所述机械压滤单元还包括左右对称设置在所述第一支撑板（5）与所述第二支撑板（6）之间的活动支撑轴（11），用于防止压滤过程中所述第二支撑板（6）发生移动。

4.如权利要求1所述的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，其特征在于，当待脱水物料为液态时，所述机械压滤脱水试验装置还包括气动进料机构，该气动进料机构包括依次连接的装料罐（16）和隔膜泵（15），所述隔膜泵（15）与所述机械压滤单元连接，通过自动进料模拟板框压滤机的机械压滤过程。

5.如权利要求1所述的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，其特征在于，所述压力输出单元包括依次连接的压力输出装置（1）和压力传感器（2），所述压力输出装置（1）用于提供压力，所述压力传感器（2）与所述压滤杆（3）连接，用于对该压力输出装置（1）输出的压力进行数据采集。

6.如权利要求1所述的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，其特征在于，所述多孔渗水底盘（9）采用防腐蚀不锈钢材料制成，该多孔渗水底盘（9）上均匀设置有渗水孔，所述渗水孔的直径为0.5mm～2mm，所述渗水孔的深度为2mm～10mm，并且所述多孔渗水底盘（9）上设置有滤布，所述滤布由天然纤维或合成纤维编织而成。

7.如权利要求1所述的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，其特征在于，所述压滤室（7）与所述多孔渗水底盘（9）之间设置有密封圈，用于保证良好的密封性。

8.如权利要求1所述的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，其特征在于，所述称量单元（13）为分度值为0.1g～0.0001g的天平，所述天平的数据记录频率为1次/s～50次/s。

9.如权利要求1～8任一项所述的基于计算机控制的机械压滤脱水试验装置，其特征在于，所述机械压滤单元的压滤方式包括恒压压滤、恒速压滤或阶梯变压压滤。

Images