简易高粘度液体增压抽滤装置

吴 潇，周 彬，袁加成



简易高粘度液体增压抽滤装置

吴 潇1，周 彬*2，袁加成1

（1. 辽宁工业大学， 辽宁 锦州 121000； 2. 锦州开元石化有限责任公司， 辽宁 锦州 121000）

主要研究简易高粘度液体增压抽滤装置。装置采用上加压、下抽滤的原理，可利用任何惰性气体加压，若加压要求不高时也可利用普通打气筒打气实现，液体储罐内的压力与下方抽真空的储罐之间形成较大压差，促进高粘度液体的过滤，解决了实验室小试实验高粘度液体的过滤难题，装置的支架高度还可根据要求进行调整。本装置可用于高校的实验室及科研机构实验室小试中高粘度液体的过滤。

高粘度液体；实验室； 增压； 抽滤装置

在石油、化工、筑养路等行业中，原料半成品及成品大多为高粘度稠液，随着我国合成橡胶、合成塑料、合成纤维、涂料、油漆、日用化工等工业的发展，高粘度液体的输送工艺操作日益增多[1]。高粘度液体与低粘度液体在过滤过程中表现出了不同的特性[2]。因此，在工业生产及实验室小试实验中，如何过滤高粘度液体成为人们关注的焦点[3]。高粘度液体抽滤装置主要用于高粘度液体的输送和增压[4]。工厂中卷筒式过滤机、单卷筒式（烛式过滤机）、碟盘式过滤机的使用，使高粘度液体的过滤趋向于简单化、高效化[5]。然而，大型实验设备普遍存在着体积过于庞大、笨重以及操作步骤繁琐等问题，而推进式过滤离心机、卧式螺旋卸料过滤离心机等虽然体积小、分离效率高却价格较为昂贵，并且这些小型过滤装置最低过滤液体量也达数十升，致使它们并不适合在实验室应用[6]。开发一种既能满足实验室高粘度液体的过滤，又操作简单、简便易携的实验室抽滤过滤装置成为人们关注的焦点[7]。所以本文研究了一种适合实验室应用的简易高粘度液体增压抽滤装置，主要是满足实验室小试试验对高粘度液体的过滤需求。

1 实验部分

1.1 实验原料及主要仪器

实验原料：高碱值磺酸钙清净剂（T106）；中碱值磺酸钙清净剂产品（T105）。

主要仪器：（1）氮气瓶一个；（2）打气筒一个；（3）压力表一个；（4） 抽滤装置一套；（5）简易高粘度液体增压抽滤装置；（6）滤布。

1.2 实验步骤

1.2.1 技术路线

图1 技术路线图

（1）实验操作：对实验装置进行密封后加入高粘度液体，利用上加压、下抽滤的原理，用高压气瓶加压，若加压要求不高时也可利用普通打气筒打气实现，下面同时进行抽滤，在罐体内形成高压，以满足高粘度液体过滤对压力的要求。

（2）实验现象观察：观察缓缓流入抽滤瓶的液体、真空表读数及温度计的温度,记录滤液量、真空表读数和温度计读数。

本装置经进料口（见图2 中②）注入液体后，通过上部阀门的开关来保证进料口和进气口的密封性良好；在滤布垫片（见图3 a）上放好滤布后，拧紧法兰的四个螺栓使其上、下两个光滑接触面严密闭合，其密闭性得到充分保证。利用上加压、下抽真空同时进行的原理使储罐内压力增大，在罐内产生较高压力，抽滤瓶中产生一定的真空度，在滤布上下压差的作用下，罐内高粘度液体通过带有小孔的圆盘的上层的滤布，缓缓流入抽滤瓶中，此时罐体上方的压力表可准确测量此时的压力、测温孔中的温度计显示出此时的温度，罐体上方的加压可用装有惰性气体的高压气瓶经进气口进气来实现，加压要求不高时更换气嘴（见图1 中③及图2 b中的进气口）后也可利用普通打气筒打气实现，用这种方法既节约了能源又能满足不同的高粘度液体对于过滤压差的要求。

罐体上方用装有惰性气体的高压气瓶（或打气筒）进行加压，下面同时进 行抽滤，在罐体内形成压差，满足高粘度液体过滤对压力的要求。加快过滤速度，减少过滤时间。罐体的压力表能够清晰明了的显示液体过滤时的压力、测温孔的温度计则显示温度，由所测得的压力、抽滤瓶的真空度及温度可对液体的过滤情况进行定性定量的分析。装置的支架长度可调，满足不同抽滤瓶对装置高度的要求。装置的支架长度可调（见图2中9及8），满足不同抽滤瓶对装置高度的要求。

图 2 简易高粘度液体增压抽滤装置结构示意图

图3 装置局部实物照片

1.2.2 数据分析

为了检验简易高粘度液体增压抽滤装置对不同粘度液体的过滤效果，并考察该装置定性定量研究液体的过滤情况，以超高碱值磺酸钙清净剂产品（T106）和中碱值磺酸钙清净剂产品（T105）为介质详细研究了简易高粘度液体增压抽滤装置的各方面性能。

图4 常规抽滤和加压抽滤及温度对过滤时间的影响

（过滤介质T106；粘度45 mm2/s；介质用量：500 mL）

对T106分别进行真空度为0.085 MPa的常规抽滤和压强为0.5 MPa、真空度为0.085 MPa的增压抽滤。由图4可知，在以T106为过滤介质的常规过滤中，随着温度的升高，T106粘度减小，过滤时间减少。尤其在14 ℃和50 ℃之间，过滤时间下降较快。50 ℃后，随着温度的升高，过滤时间减少，但减少的趋势逐渐变缓；在相同的温度下，加压至0.5 MPa、真空度为0.085 MPa的增压抽滤所需时间远远小于真空度为0.085 MPa的常压抽滤。并且，在温度较低时，即液体粘度较大时，增压抽滤对过滤时间的改善尤其明显。由此得出，相同条件下增压过滤所需时间更短，极大方便了实验室小试对高粘度液体的过滤和研究。

图5 压差对过滤时间的影响

（过滤介质T106；粘度45 mm2/s；介质用量：500 mL）

实验中对T106在室温下进行了压差不同的抽滤过滤实验，由图5可知，在常规过滤中（压差为0.9 atm），过滤时间达到70 min。当压差增加到3.2 atm时，过滤时间急剧减少到23 min。随着压差的增大，过滤时间逐渐减少，但减少的趋势逐渐变缓。这说明，加压抽滤对过滤有较好的改进效果，在较一定程度时，改进效果不明显。低的压差约4 atm以下时，效果较明显，当加压到在实验室小试实验的过滤过程中，应根据液体粘度及过滤的具体要求确定加压范围。

为了对比简易高粘度液体增压抽滤装置对不同粘度液体的增压过滤效果，实验以粘度为20.5 mm2/s的中碱值磺酸钙清净剂产品（T105）为介质分别进行了真空度为0.085 MPa的常规抽滤和压强为0.5 MPa真空度为0.085 MPa的增压抽滤，结果见图6。

图6 常规抽滤和加压抽滤对过滤时间的影响

（过滤介质T105；粘度20.5 mm2/s；介质用量：500 mL）

由图6可知，在常规过滤中，随着温度升高，粘度减小，过滤时间减少。尤其在14 ℃和50 ℃的过滤时间对比最为明显。50 ℃后，随着温度的升高，过滤时间减少，但减少的趋势逐渐变缓；在相同的温度下，加压至0.5 MPa、真空度为0.085 MPa的增压过滤所需时间远远小于真空度为0.085 MPa的常规过滤。增压抽滤时，对于T105产品升高到一定温度，即使不用加压过滤速度也非常快。与图4以粘度较高的T106为介质的过滤研究结果相比，相同条件下，粘度越大的液体使用本装置过滤效率提高的越多。所以本装置更适用于实验室小试试验时对较高粘度液体的过滤。

2 结 论

经过对以上不同介质的过滤研究，结果表明，简易高粘度液体增压抽滤装置对较高粘度液体的增压抽滤效果良好，装置操作简便、简单易携，解决了实验室小试实验过程中一些较高粘度液体无法过滤的问题。同时，该装置能够在一定程度上定性、定量的研究不同粘度液体过滤时的过滤压差、过滤温度和过滤时间之间的关系，可为相关液体工业生产中的过滤操作提供详实的数据及一定的指导作用。

[1] 朱俊. 漫谈多孔陶瓷材料及其过滤技术[J]. 2011, (3): 30-36.

[2] 徐新阳, 李海波, 罗茜. 高粘度液体的过滤[D]. 东北大学土木与工程学院: 2003, 64-67.

[3] 郑三龙. 典型医药中间体的过滤性能试验研究[D]. 浙江: 浙江工业大学, 2003.

[4] 祝海林, 裴俊峰. 新型高粘度齿轮泵及其参数优化[J]. 江苏: 江苏工业学院所学报, 2005, (4): 23-26.

[5] 张旭东. 采用试验法进行高粘度齿轮泵系列化设计[D] . 郑州机械研究: 2006

[6] 张慧玉, 王礼柱. SSXGL型高粘度管式过滤机在钛白废硫酸回收中的应用[J]. 上海化工, 2009, 34(7): 20-22.

[7] 杨延安, 张文彦, 白文峰等. 多层复合丝网过滤效率的研究[J]. 过滤与分离. 2006, 16, (3): 8-10.相变自然对流数值模拟[J].工程热物理学报，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

辽宁工业大学大学生创新创业训练计划项目，项目号：201601067。

2016-12-01

吴潇（1994-），男，满族，辽宁省大连市人，研究方向：润滑油、添加剂的生产。

周彬（1985-），男，辽宁省锦州市人，研究方向：润滑油、添加剂的生产。

TH 38

B

1004-0935（2017）01-0038-03