CN112957921A - 中空纤维膜性能测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种中空纤维膜性能测试装置，其特征在于包括机架、通量测试管、纯水储液槽、测试液储液槽、杯架、测试量杯组、电子秤、第一电导率仪、第二电导率仪、增压泵、控制器及输出显示装置。本发明还公开了利用该测试装置的测试方法。本发明一次性完成中空纤维膜丝水通量及脱盐率测试；每次测试均使用纯水、测试液冲洗管路，优化测试流程，提高测试数据准确性。

Description

中空纤维膜性能测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及一种中空纤维膜丝的测试装置，可以用于测量膜丝的通量和脱盐率，本发明还涉及一种膜丝的通量和脱盐率的测试方法。

背景技术

目前中空纤维膜丝水通量和脱盐率测试多为人工操作，需先按中空纤维膜种类配置相应浓度的测试液，再将膜丝粘接封装于密闭腔体中，启动增压泵向密闭腔体中加入测试液，在恒温、恒压下运行30分钟后，再用秒表和电子秤测量一段时间内透过液的质量，同时测量测试液、透过液电导率，按公式计算得到膜丝水通量和脱盐率。

现有的测量手段存在如下不足：

1.现有中空纤维膜丝性能测试需要将膜丝粘接封装于密闭腔体中，膜丝粘接前需要干燥处理，胶粘剂也需要较长固化时间，影响膜丝性能及测试效率；

2.测试流程操作复杂、耗时多，效率低下；

3.测试过程中测试人员需全程参与，人力成本较大；

4.测试装置无法重复使用，测试费用较高；

5.测试过程中均为人工记录、计算相关测试实验数据，稳定性及准确性差。

为此，技术人员作了研究，提出了多种改进方案，见申请号为201110308575.6的中国发明专利申请公开《一种中空纤维膜过滤性能测试装置》(公开号为CN102407078A)，该申请采用内外压方式，将膜丝安装在毛细接头上进行测量，需要人工参与，自动化程度不高，不能批量测试，也不能实现对脱盐率的测试。类似的文献还可以参考专利号为ZL20131074740.9的中国发明专利《授权公告号为CN10311423B》；专利号为ZL201410649721.5的中国发明专利《中空纤维膜丝放置装置以及膜丝性能测试装置》(授权公告号为CN10435334B)。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能同时测量水通量和脱盐率的中空纤维膜性能测试装置。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种测量准确且测量效率高的中空纤维膜性能测试装置。

本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能同时测量水通量和脱盐率的中空纤维膜性能测试方法。

本发明所要解决的第四个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种测量准确且测量效率高的中空纤维膜性能测试方法。

本发明解决上述第一个和第二个技术问题所采用的技术方案为：一种中空纤维膜性能测试装置，其特征在于包括

机架，具有工作台面；

通量测试管，供待测膜丝设置，为多个且并排布置，每个通量测试管倾斜地设于前述的工作台面上并两端连接有进液管路和出液管路，每个通量测试管的低端具有供膜丝设置的膜丝孔；

纯水储液槽，通过纯水管路与前述的进液管路连接，该纯水管路上设有第一进水阀；

测试液储液槽，通过测试液管路与前述的进液管路连接，该测试液管路上设有第二进水阀；

杯架，能平移地设于前述机架上；

测试量杯组，置于前述的杯架上并能承接从测试的膜丝孔流出的透过液，由至少四个并排布置的测试量杯组成，分别为用于承接纯水清洗透过液的第一量杯、用于承接纯水稳压透过液的第二量杯、用于承接测试液清洗透过液的第三量杯及用于承接测试液稳压透过液的第四量杯；

电子秤，设于前述机架的工作台面上，用于称量第四量杯的重量；

第一电导率仪，能移动地设于前述机架上，用于测量测试量杯内透过液的离子浓度；

第二电导率仪，靠近测试液储液槽设置，用于测量测试液出液槽内测试液的离子浓度；

增压泵，设于机架上，启动后能将纯水储液槽和测试液储液槽内的液体通过进液管路打入通量测试管内；

控制器，信号输入端与前述的电子秤、第一电导率仪及第二电导率仪的信号输出端连接并能依据收集到的数据得出待测膜丝的水通量和电导率，信号输出端与前述的第一进水阀、第二进水阀及增压泵连接；以及

输出显示装置，与前述控制器的信号输出端连接。

进一步，所述的出液管路上设有能调节的流量计。所述的出液管路上设有压力表。

考虑到纯水和测试液的回收，所述出液管路的出液端分别具有通入纯水储液槽和测试液储液槽的第一回路和第二回路，前述的第一回路和第二回路上分别设有第一出水阀和第二出水阀，所述的进液管路上连接有排纯水管路和排测试液管路，前述的排纯水管路和排测试液管路上分别设有第一排水阀和第二排水阀，前述的第一出水阀、第二出水阀、第一排水阀及第二排水阀受控于控制器。

进一步，所述第一电导率仪通过第一驱动机构能在第一方向和第二方向上移动，前述的第一方向和第二方向相互垂直，所述的第一量杯、第二量杯、第三量杯和第四量杯在第一方向上布置，并且，所述的测试量杯组至少为两组并沿第二方向上布置，前述的第一驱动机构受控于控制器。

进一步，所述的杯架通过第二驱动机构能平移地设于工作台面上，前述的第二驱动机构包括电机、丝杆和滑块，前述电机的动力输出端与丝杆连接，前述滑块套设于丝杆上并与丝杆外螺纹配合，前述杯架一侧与前述滑块固定连接，前述的电机受控于控制器。

所述通量测试管的下端设有硅胶头，该硅胶头具有膜丝孔供待测膜丝贯穿设置。膜丝固定简单，且对膜丝的损伤极小。

进一步，所述的出液管路上连接有通气管，该通气管上设有排空阀，前述的排空阀受控于控制器。

本发明解决上述第三个和第四个技术问题所采用的技术方案为：一种中空纤维膜性能测试方法，其特征在于包括如下步骤：

①测试前先将纯水及测试液分置于纯水储液槽、测试液储液槽，测试量杯组放置于杯架，待测试中空纤维膜丝固定于通量测试管；

②增压泵启动，同时第一进水阀打开，进行纯水预压，待通量测试管充满溶液后调节调压流量计，观察压力表调节至测试压力；

③预压时间到后增压泵停止，第二驱动机构驱动杯架移动，使第二量杯能承接透过液，到位后进行纯水稳压状态；

④纯水稳压完成后增压泵停止，第一排水阀开启，排空通量测试管及管路内纯水，第二驱动机构继续驱动杯架移动，使第三量杯能承接透过液；

⑤通量测试管及管路内纯水排完后关闭第一排水阀，启动增压泵，同时第二进水阀打开，进行测试液预压；

⑥测试液预压时间到后增压泵停止，第二驱动机构继续驱动杯架移动，使第四量杯能承接透过液，到位后进行测试液测试；

⑦测试液测试完成后，第二排水阀开启，排空通量测试管及管路内的测试液；

⑧同时第四量杯下方的电子秤及第一电导率仪将数据传送至控制器；

⑨相关测试数据处理后传送至输出显示装置。

所述的出液管路上连接有通气管，该通气管上设有排空阀，前述的排空阀受控于控制器，所述第一排水阀或第二排水阀开启的同时，前述的排空阀开启，管内压力与大气保持一致，利于排空。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一次性完成中空纤维膜丝水通量及脱盐率测试；每次测试均使用纯水、测试液冲洗管路，优化测试流程，提高测试数据准确性；中空纤维膜丝安装固定简单，测试过程中实验数据自动记录、计算，测试过程自动化程度较高，大幅提升测试效率和稳定性；测试过程中人工参与较少，且测试装置可重复使用，降低人工及测试成本；避免人为误差，测试数据准确、可靠。

附图说明

图1为实施例结构示意图。

图2为实施例中去除机架后的结构示意图。

图3为实施例中管路连接示意图。

图4为实施例中通量测试管放大图。

图5为实施例中第二驱动机构放大图。

图6为实施例中第一驱动机构放大图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1、图2和图3所示，本实施例中的中空纤维膜性能测试装置包括机架1、通量测试管2、纯水储液槽61、测试液储液槽62、杯架3、测试量杯组、电子秤35、第一电导率仪41、第二电导率仪42、增压泵5、控制器及输出显示装置100。机架1具有工作台面11。

通量测试管2供待测膜丝设置，本实施例中为四个且并排布置，每个通量测试管2倾斜地设于工作台面11上并两端连接有进液管路98和出液管路99，每个通量测试管2倾斜角度以20°为佳，通过短支撑板2b和长支撑板2a实现；出液管路99上设有能调节的流量计59和压力表58。

结合图4所示，通量测试管2上端具有第一连接端口21，下端具有第二连接端口22，第一连接端口在进水和稳压时作进水口使用，排水时作排水口使用，第二连接端口22进水和稳压时作出水口使用，排水时作排空口使用。每个通量测试管2的下端设有硅胶头23，该硅胶头23具有膜丝孔231供待测膜丝贯穿设置。硅胶头23通过封盖24螺纹压紧。

每个通量测试管2的管路连接均是独立的并联连接，互不干涉。相邻的两个对应前后两排的测试量杯组。

纯水储液槽61通过纯水管路91与进液管路98连接，该纯水管路91上设有第一进水阀51；测试液储液槽62通过测试液管路92与进液管路98连接，该测试液管路92上设有第二进水阀52；。

结合图5所示，杯架3能平移地设于机架1上；具体地，杯架3通过第二驱动机构72能平移地设于工作台面11上，第二驱动机构72包括电机722、丝杆724和滑块723，电机722的动力输出端与丝杆724连接，滑块723套设于丝杆724上并与丝杆724外螺纹配合，杯架3一侧的连接部36与滑块723固定连接，电机722受控于控制器。第二驱动机构72外周套设有罩壳721。

测试量杯组共计四组，相邻两组，前后两组。每组测试量杯组置于杯架3上并能承接从测试的膜丝孔231流出的透过液，由四个并排布置的测试量杯组成，依次为第一量杯31、的第二量杯32、第三量杯33及第四量杯34。

测试量杯说明：第一量杯31用于承接纯水清洗透过液，纯水清洗透过液属于废液，第二量杯32用于承接纯水稳压透过液，纯水稳压透过液可以做通量对比实验数据；第三量杯33用于承接测试液清洗透过液，测试液清洗透过液属于废液；第四量杯34用于承接管路测试液稳压透过液；测试液稳压透过液用于通量及脱盐计算。

电子秤35设于机架1的工作台面11上，用于称量第四量杯34的重量；第一电导率仪41能移动地设于机架1上，用于测量测试量杯内透过液的离子浓度；结合图6所示，第一电导率仪41通过第一驱动机构71能在第一方向和第二方向上移动，第一方向和第二方向相互垂直，第一量杯31、第二量杯32、第三量杯33和第四量杯34在第一方向上布置，并且，测试量杯组为两组并沿第二方向上布置，第一驱动机构71受控于控制器。本实施例中的第一驱动机构具有用于设置第一电导率仪的安装杆711，第一驱动机构71外周套设有罩子712，第一驱动机构71可以采用电机和丝杆配合实现双向控制，也可以采用气缸等动力源，这里不在继续展开。

第二电导率仪42靠近测试液储液槽62设置，用于测量测试液储液槽62内测试液的电导率。

增压泵5设于机架1上启动后能将纯水储液槽61和测试液储液槽62内的液体通过进液管路98打入通量测试管2内。

控制器(图中无显示)的信号输入端与电子秤35、第一电导率仪41及第二电导率仪42的信号输出端连接并能依据收集到的数据得出待测膜丝的水通量和电导率，信号输出端与第一进水阀51、第二进水阀52及增压泵5连接；输出显示装置100与控制器的信号输出端连接。本实施例中的控制器内置于输出显示装置100，可以采用PLC编程实现。

结合图3所示，出液管路99的出液端分别具有通入纯水储液槽61和测试液储液槽62的第一回路95和第二回路96，第一回路95和第二回路96上分别设有第一出水阀55和第二出水阀56，进液管路98上连接有排纯水管路93和排测试液管路94，排纯水管路93和排测试液管路94上分别设有第一排水阀53和第二排水阀54，第一出水阀55、第二出水阀56、第一排水阀53及第二排水阀54受控于控制器。

出液管路99上连接有通气管97，该通气管97上设有排空阀57，排空阀57受控于控制器。

中空纤维膜性能测试方法包括如下步骤：

①测试前先将纯水及测试液分置于纯水储液槽61、测试液储液槽62，测试量杯组放置于杯架3，待测试中空纤维膜丝固定于通量测试管2；

②增压泵5启动，同时第一进水阀51打开，进行纯水预压，待通量测试管2充满溶液后调节调压流量计59，观察压力表58调节至测试压力；

③预压时间到后增压泵5停止，第二驱动机构72驱动杯架3移动，使第二量杯32能承接透过液，到位后进行纯水稳压状态；

④纯水稳压完成后增压泵5停止，第一排水阀53开启，排空通量测试管2及管路内纯水，第二驱动机构72继续驱动杯架3移动，使第三量杯33能承接透过液；

⑤通量测试管2及管路内纯水排完后关闭第一排水阀53，启动增压泵5，同时第二进水阀52打开，进行测试液预压；

⑥测试液预压时间到后增压泵5停止，第二驱动机构72继续驱动杯架3移动，使第四量杯34能承接透过液，到位后进行测试液测试；

⑦测试液测试完成后，第二排水阀54开启，排空通量测试管2及管路内的测试液；

⑧同时第四量杯34下方的电子秤35及第一电导率仪41将数据传送至控制器；

⑨相关测试数据处理后传送至输出显示装置100。

第一排水阀53或第二排水阀54开启的同时，排空阀57开启。

本实施例涉及的公式如下：

1、水通量测试方法：

F＝V/At

F—通量，单位为升每平方米小时L/(m²·h)；

V—t时间内收集的透过液体积，单位为升(L)，

本例中V由公式V＝M/ρ得出(体积＝质量/密度)；

A—有效膜面积，单位为平方米(M²)；

t—收集V体积的透过液所用的时间，单位为小时(h)。

2、脱盐测试方法：

R＝(1-C_p/C_f)×100％

R—脱盐率，％；

C_p—透过液浓度，由电导率仪测得；

C_f—测试液浓度，由电导率仪测得。

Claims (10)

1.一种中空纤维膜性能测试装置，其特征在于包括

机架(1)，具有工作台面(11)；

通量测试管(2)，供待测膜丝设置，为多个且并排布置，每个通量测试管(2)倾斜地设于前述的工作台面(11)上并两端连接有进液管路(98)和出液管路(99)，每个通量测试管(2)的低端具有供膜丝设置的膜丝孔(231)；

纯水储液槽(61)，通过纯水管路(91)与前述的进液管路(98)连接，该纯水管路(91)上设有第一进水阀(51)；

测试液储液槽(62)，通过测试液管路(92)与前述的进液管路(98)连接，该测试液管路(92)上设有第二进水阀(52)；

杯架(3)，能平移地设于前述机架(1)上；

测试量杯组，置于前述的杯架(3)上并能承接从测试的膜丝孔(231)流出的透过液，由至少四个并排布置的测试量杯组成，分别为用于承接纯水清洗透过液的第一量杯(31)、用于承接纯水稳压透过液的第二量杯(32)、用于承接测试液清洗透过液的第三量杯(33)及用于承接测试液稳压透过液的第四量杯(34)；

电子秤(35)，设于前述机架(1)的工作台面(11)上，用于称量前述第四量杯的重量；

第一电导率仪(41)，能移动地设于前述机架(1)上，用于测量测试量杯内透过液的离子浓度；

第二电导率仪(42)，靠近测试液储液槽(62)设置，用于测量测试液储液槽内测试液的离子浓度；

增压泵(5)，设于机架(1)上，启动后能将纯水储液槽(61)和测试液储液槽(62)内的液体通过进液管路(98)打入通量测试管(2)内；

控制器，信号输入端与前述的电子秤(35)、第一电导率仪(41)及第二电导率仪(42)的信号输出端连接并能依据收集到的数据得出待测膜丝的水通量和电导率，信号输出端与前述的第一进水阀(51)、第二进水阀(52)及增压泵(5)连接；以及

输出显示装置(100)，与前述控制器的信号输出端连接。

2.根据权利要求1所述的中空纤维膜性能测试装置，其特征在于所述的出液管路(99)上设有能调节的流量计(59)。

3.根据权利要求2所述的中空纤维膜性能测试装置，其特征在于所述的出液管路(99)上设有压力表(58)。

4.根据权利要求3所述的中空纤维膜性能测试装置，其特征在于所述出液管路(99)的出液端分别具有通入纯水储液槽(61)和测试液储液槽(62)的第一回路(95)和第二回路(96)，前述的第一回路(95)和第二回路(96)上分别设有第一出水阀(55)和第二出水阀(56)，所述的进液管路(98)上连接有排纯水管路(93)和排测试液管路(94)，前述的排纯水管路(93)和排测试液管路(94)上分别设有第一排水阀(53)和第二排水阀(54)，前述的第一出水阀(55)、第二出水阀(56)、第一排水阀(53)及第二排水阀(54)受控于控制器。

5.根据权利要求1所述的中空纤维膜性能测试装置，其特征在于所述第一电导率仪(41)通过第一驱动机构(71)能在第一方向和第二方向上移动，前述的第一方向和第二方向相互垂直，所述的第一量杯(31)、第二量杯(32)、第三量杯(33)和第四量杯(34)在第一方向上布置，并且，所述的测试量杯组至少为两组并沿第二方向上布置，前述的第一驱动机构(71)受控于控制器。

6.根据权利要求5所述的中空纤维膜性能测试装置，其特征在于所述的杯架(3)通过第二驱动机构(72)能平移地设于工作台面(11)上，前述的第二驱动机构(72)包括电机、丝杆和滑块，前述电机的动力输出端与丝杆连接，前述滑块套设于丝杆上并与丝杆外螺纹配合，前述杯架(3)一侧与前述滑块固定连接，前述的电机受控于控制器。

7.根据权利要求1所述的中空纤维膜性能测试装置，其特征在于所述通量测试管(2)的下端设有硅胶头(23)，该硅胶头(23)具有膜丝孔(231)供待测膜丝贯穿设置。

8.根据权利要求1所述的中空纤维膜性能测试装置，其特征在于所述的出液管路(99)上连接有通气管(97)，该通气管(97)上设有排空阀(57)，前述的排空阀(57)受控于控制器。

9.一种利用权利要求5所述的中空纤维膜性能测试装置的测试方法，其特征在于包括如下步骤：

①测试前先将纯水及测试液分置于纯水储液槽(61)、测试液储液槽(62)，测试量杯组放置于杯架(3)，待测试中空纤维膜丝固定于通量测试管(2)；

②增压泵(5)启动，同时第一进水阀(51)打开，进行纯水预压，待通量测试管(2)充满溶液后调节调压流量计(59)，观察压力表(58)调节至测试压力；

③预压时间到后增压泵(5)停止，第二驱动机构(72)驱动杯架(3)移动，使第二量杯(32)能承接透过液，到位后进行纯水稳压状态；

④纯水稳压完成后增压泵(5)停止，第一排水阀(53)开启，排空通量测试管(2)及管路内纯水，第二驱动机构(72)继续驱动杯架(3)移动，使第三量杯(33)能承接透过液；

⑤通量测试管(2)及管路内纯水排完后关闭第一排水阀(53)，启动增压泵(5)，同时第二进水阀(52)打开，进行测试液预压；

⑥测试液预压时间到后增压泵(5)停止，第二驱动机构(72)继续驱动杯架(3)移动，使第四量杯(34)能承接透过液，到位后进行测试液测试；

⑦测试液测试完成后，第二排水阀(54)开启，排空通量测试管(2)及管路内的测试液；

⑧同时第四量杯(34)下方的电子秤(35)及第一电导率仪(41)将数据传送至控制器；

⑨相关测试数据处理后传送至输出显示装置(100)。

10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于所述的出液管路(99)上连接有通气管(97)，该通气管(97)上设有排空阀(57)，前述的排空阀(57)受控于控制器，所述第一排水阀(53)或第二排水阀(54)开启的同时，前述的排空阀(57)开启。

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