一種過濾分液器的製作方法

2023-07-07 09:03:16

本發明涉及一種實驗裝置，特別涉及一種過濾分液器。

背景技術：

過濾器是實驗室常用的固液分離裝置，根據其原理的不同可以分為重力過濾器、離心過濾器等。其中重力過濾器利用固液混合物在自身重力作用下透過過濾介質排出，常用的常壓過濾的方法是採用普通玻璃漏鬥做過濾器，用過濾網做過濾介質，將混合物進行過濾，得到濾液和留在過濾網上的固體顆粒。分液漏鬥是實驗室常採用的分液裝置，用於將兩種互不混溶的液體分離。.

在很多實驗中都包括過濾和分液兩個步驟。例如，在一個試驗中需要將含有水、油和巖石粉末的固液混合物進行分離的時候，通常需要先要對固液混合物進行過濾將巖石粉末過濾出來，然後再將水、油混合液進行分液分離。這樣，過濾和分液通常需要在過濾器和分液漏鬥中進行，操作複雜，耗時長。同時，混合物會殘留在過濾器的內壁上，而混合液殘留在分液漏鬥的內壁上，雖然在單個裝置上的殘留物可能較少，但兩個裝置的殘留物的累積還是會較大程度影響試驗結果。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題為如何縮短過濾和分液的總體時間、簡化過濾和分液的操作。

針對上述技術問題，本發明提出了一種過濾分液器，包括：頂端設置有進料口且底部設置有出液口的杯體，位於杯體內且將進料口和出料口分隔開來的過濾網組，從出液口向背離所述進料口方向延伸的透明管以及安裝在透明管上的閥門，在杯體內在過濾網組與杯體的底部之間形成用於容納濾液的濾液腔。

在一個具體的實施例中，過濾網組包括外緣抵接於杯體的內周壁且在杯體的深度方向依次排列的多個過濾網，多個過濾網中越靠近出液口的過濾網，其網孔 的最小橫截面積越小。

在一個具體的實施例中，在多個過濾網中最靠近進料口的過濾網的網孔的橫截面向靠近出液口的方向漸縮。

在一個具體的實施例中，在多個過濾網中最靠近出液口的過濾網包括均設置有直條形的通孔且依次層疊的多層過濾網片，

各過濾網片中的通孔的一端與該過濾網片相鄰的過濾網片的通孔的一端對接，相互對接的兩個通孔的延伸方向不平行以形成彎曲的網孔。

在一個具體的實施例中，過濾網的數量大於或等於3，最靠近出液口的過濾網與最靠近進料口的過濾網之間的過濾網的網孔的橫截面積向靠近進料口的方向漸縮。

在一個具體的實施例中，過濾分液器還包括設置在過濾網組背離出液口一側的風扇裝置，風扇裝置朝向出液口方向出風。

在一個具體的實施例中，風扇裝置包括設置在杯體內的且軸線平行於杯體深度方向的風扇葉輪、從風扇葉輪的中心沿風扇葉輪的軸線向背離出液口方向延伸的主軸以及驅動主軸轉動的第一電機。

在一個具體的實施例中，過濾分液器還包括設置在濾液腔內的濾液攪拌輪，濾液攪拌輪用於將濾液腔內的濾液混合均勻。

在一個具體的實施例中，濾液攪拌輪與主軸同軸，主軸的一端連接濾液攪拌輪。

在一個具體的實施例中，過濾分液器還包括設置在過濾網組中的濾網背離出液口一側的篩分攪拌輪，篩分攪拌輪的轉軸與主軸同軸。

在一個具體的實施例中，過濾分液器還包括設置在杯體內且豎直的多個隔板，多個隔板將杯體內濾液腔的上方空間分隔為多個豎直的通道。

在一個具體的實施例中，過濾分液器還包括設置在杯體的外壁上的振動部件。

固液混合物從進料口進入到過濾分液器的杯體中，固液混合物通過過濾網組時，固體顆粒被過濾到過濾網組上，濾液流入到濾液腔內。濾液在濾液腔內靜止分層後，可以操作閥門對濾液進行分液操作以將濾液分離開。由此可見，固液混合物能在過濾分液器實現過濾和分液操作，簡化了過濾和分液操作，減少了過濾和分液的總時長。另外，由於過濾和分液均在過濾分液器內實現，濾液損耗小， 得出的試驗結果更準確。

附圖說明

在下文中將基於實施例並參考附圖來對本發明進行更詳細的描述。其中：

圖1為本發明的一種實施方式的過濾分液器的全剖示意圖；

圖2為圖1中的一級過濾網的局部放大示意圖；

圖3為圖1中的二級過濾網的局部放大示意圖；

圖4為圖1中的三級過濾網的局部放大示意圖；

圖5為圖1中的一級過濾網與橡膠密封圈的局部放大圖；

圖6為圖1中的固定框架與橡膠密封圈的局部放大圖；

圖7為本發明的一種優選實施方式的過濾分液器的全剖示意圖；

圖8為圖7中G-G向的全剖示意圖；

圖9為本發明的一種優選實施方式的過濾分液器的全剖示意圖；

圖10為圖9中的篩分攪拌輪的結構示意圖；

圖11為本發明的一種優選實施方式的過濾分液器的全剖示意圖。

在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖並未按照實際的比例繪製。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明作進一步說明。

圖1顯示了本發明的一種實施例中的過濾分液器的示意圖。過濾分液器包括杯體10、杯蓋120、風扇裝置、過濾網組、透鏡管以及閥門241。杯體10呈桶狀。杯體10優選為圓桶狀。杯體10的頂部開口，該開口為杯口。杯體10的側壁設置有進料口100。杯體10的底部設置有出液口11。該進料口100靠進杯體10的杯口。優選地，杯體10的側壁透明。杯蓋120蓋合在杯體10的杯口上。杯蓋120構造成盤狀，蓋合在杯體10的杯口上。優選地，杯蓋120為圓盤形。過濾網組用於過濾固體顆粒。

風扇裝置包括風扇葉輪131、主軸13、第一電動機111、第一減速器112、固定框架12。第一電動機111和第一減速器112可以布置在杯蓋120上方。第一電動機111與第一減速器112傳動連接，第一電動機111的輸出軸與第一減速器112的輸入軸相連。第一減速器112與杯體10相對固定。例如，第一減速器112 固定在杯蓋120上。優選地，第一減速器112為同軸減速器。風扇裝置向下方出風。

風扇葉輪131包括輪盤和葉片。葉片呈槳葉狀均勻地分布在輪盤的外周面上。主軸13連接於輪盤。主軸13與輪盤同軸。主軸13的上端穿過杯蓋120的頂部而與第一減速器112傳動連接。優選地，主軸13與杯蓋120同軸設置。

固定框架12設置在杯體10內。優選地，固定框架12設置在進料口100的上方。固定框架12呈大致的盒形框架結構。固定框架12的頂部和底部通風。固定框架12的側部抵接於杯體10。例如，固定框架12包括頂板和底板，頂板和底板呈網格結構。還例如，固定框架12的頂部和底部均設置成橫梁結構。風扇葉輪131設置在固定框架12內。固定框架12對風扇葉輪131進行限位，避免風扇葉輪131在其軸向晃動。

過濾網組包括多個過濾網。多個過濾網均呈盤狀。多個過濾網的外緣均抵接於杯體10的內周壁。多個過濾網上均設置有連通過濾網相對兩側的網孔。優選地，過濾網垂直於杯體10的深度方向。過濾網優選為不鏽鋼網。多個過濾網分別為一級過濾網141、二級過濾網142、三級過濾網143。一級過濾網141、二級過濾網142、三級過濾網143在深度方向上依次排列，其中，一級過濾網141最靠近進料口100。一級過濾網141、二級過濾網142、三級過濾網143的網孔的最小橫截面積依次減小。在杯體10內過濾網組與杯體10底部之間的空腔為濾液腔。

透明管15一端接通於出液口11。透明管15的另一端向下延伸。透明管15通常由透明材料製成，該透明材料例如可以是透明玻璃或透明塑料。閥門241設置在透明管15的管路上。閥門241用於關閉或打開透明管15。

將包含油、水、固體顆粒的混合物從進料口100放入到杯體10內，依次經過一級過濾網141、二級過濾網142、三級過濾網143而將混合物中的固體顆粒濾除，剩餘的濾液流入到濾液腔內。由於一級過濾網141、二級過濾網142、三級過濾網143的網孔的最小橫截面積依次減小，固體顆粒的粒徑進行了篩分，即一級過濾網141上方的固體顆粒的粒徑最大，二級過濾網142與一級過濾網141之間的固體顆粒粒徑比二級過濾網141上方的固體顆粒的粒徑小，二級過濾網142與三級過濾網143之間的固體顆粒的粒徑最小。在過濾過程中，打開風扇裝置，風扇裝置向下吹風。氣流豎直向下吹向混合物的液面。這樣，氣流給混合物施加向下的壓力促進混合物加速過濾，減少過濾時間。

當過濾完成後，關閉風扇裝置，使得濾液腔內的油-水混合的濾液靜置分層。當濾液分層後，進行分液操作：將第一個量杯放在透明管15的下端，打開透明管15上的閥門241，水沿透明管15都流入到第一個量杯，當水油界面到達閥門241處後關閉閥門241。然後將第二個量杯放置到透明管15的下端，打開閥門241，油沿透明管15都流入到第二個量杯。這樣就完成了分液。當透明管15進行排液時，還可以同時打開風扇裝置以加速排液，縮短排液時間。

分液完成後，打開風扇裝置，對過濾網組上附著的固體顆粒進行風乾，減少固體顆粒乾燥的時間。快速風乾固體顆粒可以避免固體顆粒板結在一起，便於回收固體顆粒。

由此，採用過濾分液器對兩液相和一固態的混合物進行分離時，過濾和分液均在過濾分液器中進行，簡化了試驗流程，使得過濾和分液操作更簡便。而且在過濾分液器中一次性進行過濾和分液比在兩個裝置中分別進行過濾和分液操作中殘留在裝置中的濾液損失更小。另外，由於設置有一級過濾網141、二級過濾網142、三級過濾網143，在過濾的同時還完成了對固體顆粒的篩選，進一步減少了試驗時間。

如圖2所示，一級過濾網141的網孔的橫截面向靠近出液口11的方向漸縮。這樣，網孔孔有利於粒徑較小的固體顆粒物通過一級過濾網141。一級過濾網141上的網孔優選為漏鬥狀。一級過濾網141的網孔可以是內壁為圓錐面的網孔，網孔直徑較大的一端朝上。即該網孔垂向截面呈梯形，垂向截面的上底長度大於下底長度。

如圖3所示，二級過濾網142的網孔的橫截面積向靠近進料口100的方向漸縮。這樣，網孔有利於阻止粒徑較大的固體顆粒物通過過濾網進入下一級過濾過程。二級過濾網142的網孔可以是內壁為圓錐面的網孔，網孔直徑較大的一端朝下。即該網孔垂向截面呈梯形，垂向截面的下底長度大於上底長度。

如圖4所示，三級過濾網143包括層疊的多層過濾網片。每層過濾網片中均設置有直條形的通孔。相鄰的兩個過濾網片的通孔的延伸方向不同。分別位於相鄰的兩個過濾網片上的兩個通孔相互靠近的一端對接在一起。不同濾片上的通孔依次對應對接在一起形成彎曲的網孔。曲折的網孔有利於防止固體顆粒物進入濾液腔內。同時，在回收附著在三級過濾網143上的固體顆粒時，可以將多層過濾網片拆分開來，這樣能更容易將固體顆粒從三級過濾網143上剝離下來。

優選地，過濾分液器還包括保溫層221和加熱部件。保溫層環繞杯體10的外周壁設置。加熱部件設置在保溫層與杯體10之間。保溫層例如可以是巖棉保溫氈層、酚醛泡沫板或聚苯乙烯泡沫塑料板。加熱部件設置在保溫層與杯體10之間。加熱部件可以是電熱絲。加熱部件對杯體10加熱以促進濾液的充分混合，另外還可以加速烘乾潮溼的固體顆粒物，防止其結塊。

優選地，過濾分液器還包括振動部件230。振動部件230可以設置在杯體10的外壁上。振動部件230也可以設置在保溫層221的外壁上。振動部件230優選為旋轉離心式振動器。振動部件230在過濾過程中施加振動，能有效促進固體顆粒的進一步篩分。振動部件230在濾液進行分液的前期進行振動，能加速濾液分層。

優選地，過濾分液器設置有兩個閥門241，兩個閥門241均設置在透明管15的管路上。兩個閥門241分隔開來。這樣設置能方便對兩液相的濾液的進行分離操作。

優選地，杯體10上設置有把手，實驗人員可以通過把手方便的拿取過濾分液器。

在一個優選的實施例中，如圖7所示，一級過濾網141、二級過濾網142和三級濾網143將杯體10內部空間分隔成從上至下的一級濾腔251、二級濾腔252、沉澱腔253和濾液腔254。過濾分液器還包括多個隔板144。多個隔板144平行於杯體10的深度方向。多個隔板的一個側面相互抵接，另多個隔板的一個側面抵接於杯體10的內壁。

隔板從三級濾網143延伸至一級過濾網141的上方。在本實施例中，隔板組包括3個隔板144，3個隔板144繞杯體10的軸線等分圓周排列，這樣就形成了3個由上而下的過濾通道。這樣，隔板144將一級濾腔251、二級濾腔252、沉澱腔253成若干個獨立的過濾篩分腔室。具體是過濾網組還包括隔板組，隔板組包括至少2個從過濾網組套軸向外延伸至過濾網組外緣的隔板144，隔板144將一級濾腔251、二級濾腔252和沉澱腔253分別分隔成對應數量的分腔室，上下相鄰的分腔室相互連通形成由上而下的過濾通道。圖8示出了本方案的優選方式，即隔板組包括3個隔板144，3個隔板144繞軸線等分圓周排列，這樣就形成了3個自上而下的過濾通道。在使用過濾分液杯時，可以只使用一個上述過濾通道，也可以同時使用3個過濾通道。本方案並不限於以上3個過濾通道的方案，還可 以是其它更多的等分或不等分設置方案，例如利用隔板144分隔成4個以上繞軸線等分或不等分圓周排列的方案，從而形成4個以上等截面面積或不等截面面積的過濾通道。為了加強過濾分液杯的使用效率，增加其一次工序能夠處理的固液混合物種類或者在處理一種固液混合物的情況下減少過濾面積的使用，

在一個優選地實施例中，過濾分液器還包括設置在濾液腔內的濾液攪拌輪151。主軸13穿過過濾網組而連接到濾液攪拌輪151上。濾液攪拌輪151與主軸13同軸設置。濾液攪拌輪151在進行濾液靜止分層前，可以將兩相濾液充分混合。

在一個優選地實施例中，過濾分液器還包括設置在濾液腔內的濾液攪拌輪151和與濾液攪拌輪151同軸的濾液攪拌輪軸。主軸13不連接濾液攪拌輪151。濾液膠攪拌輪軸從濾液攪拌輪151的中部伸出。主軸13為管狀。濾液攪拌輪軸插入到主軸13而與第一減速器112傳動連接。主軸13與濾液攪拌輪軸同軸設置。第一減速器112能以不同的速度分別驅動主軸13和濾液攪拌輪軸轉動。這樣，即便風扇葉輪快速轉動也不會使得濾液腔內的濾液飛濺。同時，可以將兩相濾液充分混合。

在一個優選地實施例中，主軸13為管狀結構。過濾分液器還包括與主軸13同軸的支撐杆。支撐杆貫穿多個過濾網，並與過濾網固定連接。支撐杆的一端插入到主軸13內而固定到第一減速器112上。這樣，支撐杆就將過濾網組內的過濾網支撐起來，防止過濾網的中部下垂。

在一個優選地實施例中，如圖9所示，過濾分液器還包括多個篩分攪拌輪161、162。篩分攪拌輪的軸線均平行於杯體10的深度方向。如圖10所示，篩分攪拌輪包括基輪162以及從基輪162徑向向外延伸的多個支腿163，優選採用六個將圓周等分排列的支腿163。支腿163的截面可以呈「U」，有利於將堆高的固體顆粒物推平，但本方案並不限於上述具體的結構，和可以是其它能夠起到類似功能的結構，例如採用兩個以上支腿，採用將上述圓周不等分排列的支腿等。多個篩分攪拌輪中，一級篩分攪拌輪161設置在一級濾腔251下部靠近一級過濾網141的部位，二級篩分攪拌輪162設置在二級濾腔252下部靠近二級過濾網142的部位。多個篩分攪拌輪均與主軸13同軸，主軸13向下延伸穿一級篩分攪拌輪與一級篩分攪拌輪和二級篩分攪拌輪相互連接，主軸13轉動可以帶動一級篩分攪拌輪和二級篩分攪拌輪轉動。這樣，篩分攪拌輪可以將堆積在過濾網上的固體顆粒物攤平擠壓，從而促使其通過過濾網，以提高固體顆粒的篩分度。

篩分攪拌輪還可以採用另一種傳動方式。篩分攪拌輪不與主軸13相連接，主軸13為管狀。過濾分液器還包括篩分攪拌輪軸。篩分攪拌輪軸與主軸13同軸。篩分攪拌輪軸的一端穿過一級篩分攪拌輪和二級篩分攪拌輪並與一級篩分攪拌輪和二級篩分攪拌輪形成固定連接。篩分攪拌輪軸的另一端插入到主軸13而與第一減速器112傳動連接。優選地，濾液攪拌輪軸設置成管狀，濾液攪拌輪軸插入到主軸13內並且其一端與第一減速器112形成傳動連接。篩分攪拌輪軸插入到濾液攪拌輪軸中，篩分攪拌輪的一端與第一減速器112形成傳動連接。這樣，可以將風扇葉輪、濾液攪拌輪151和篩分攪拌輪之間按需求可以設定不同的轉速。更優選地，篩分攪拌輪軸和主軸13均為管狀。篩分攪拌輪軸、主軸13和濾液攪拌輪軸均同軸。篩分攪拌輪軸一端插入主軸13內並與第一減速器112傳動連接。濾液攪拌輪軸的一端插入篩分攪拌輪軸內並與第一減速器112傳動連接。這樣第一減速器112可以同時驅動篩分攪拌輪軸、主軸13和濾液攪拌輪軸，並且篩分攪拌輪軸、主軸13和濾液攪拌輪軸之間的轉速可以不相同。

在一個優選地實施例中，過濾分液器還包括用於驅動杯體10轉動的離心驅動裝置和轉軸支架。轉軸支架設置在杯體10的杯底的中部。離心驅動裝置包括第二減速器172、第二電動機171。第二電動機171連接於第二減速器172的輸入軸。第二減速器172的輸出軸固定連接於轉軸支架。該輸出軸的軸線與杯體10的軸線重合。離心驅動裝置可以帶動杯體10繞其軸線旋轉。這樣，離心驅動裝置驅動杯體10旋轉時能加強混合物的篩分和混合效果。更優選地，在動力裝置乙驅動旋轉的過程中，杯體10的軸線與重垂線呈30°角。這種傾斜旋轉的方案更有利於篩分和混合分液。

在一個優選地實施例中，如圖5所示，過濾分液器還包括設置在過濾網與杯體10的內壁之間的橡膠密封圈14。橡膠密封圈14用於防止不同層的固體顆粒物沒有通過過濾網而從邊緣的縫隙運動到下層篩分空間。橡膠密封圈14優選構造為內壁上設置有環形凹槽的環形件。橡膠密封圈14固定在杯體10的內壁上。過濾網的邊緣嵌入到橡膠密封圈14內。這樣設置後，橡膠密封圈14可以固定住過濾網而避免過濾網脫落或晃動。另外，在振動部件230振動杯體10時，由於杯體10和過濾網之間的橡膠密封圈14起到緩衝作用，過濾網與杯體10之間磕碰產生的噪聲被減小，甚至被消除。優選地，如圖6所示，在固定框架12的外周壁上套裝橡膠密封圈14，使得固定框架12與杯體10之間形成緩衝層，減少風扇 裝置工作產生的噪聲，以及振動部件230振動時杯體10與杯體10之間由於碰撞產生的噪聲。同時，固定框架12的外周壁嵌入到橡膠密封圈14時，可以被固定到杯體10上。

在一個優選地實施例中，過濾分液器還包括閘門211。閘門211設置在進料口100上以開關進料口100。在分液攪拌輪、風扇葉輪和篩分攪拌輪轉動時關閉閘門，這樣就不會有混合物從進料口100濺出。同時，外界的雜質也難以進入到杯體10內。閥門211的一端嵌入到杯體10的側壁內，並可以上下滑動。優選地，閘門上設有閘門推手，以方便向上推開閘門，向下關閉閘門。優選地，閥門211上端伸入杯本10壁內的部分可以與杯本體壁形成接觸摩擦配合，防止閘門輕易下滑。

本發明還包括過濾分液器的使用方法，包括以下步驟：

步驟一：將固液混合物輸入杯體10中，混合物中的固體顆粒被一級過濾網、二級過濾網和三級過濾網濾出，混合物中的液體沉入濾液腔內。固液混合物可以從杯體10開口處加入其內，也可以通過在杯體10外壁上部開一個進料口100，從這個進料口100向杯體1內加入混合物。

步驟二：驅動濾液攪拌輪151旋轉，開啟加熱部件和振動部件，使濾液腔內的濾液充分混合，靜置分層，打開透明管15，分批放出杯體10內的液體。加熱部件保證濾液恆溫或保持濾液在特定的溫度下或溫度範圍內，濾液攪拌輪151和振動部件使濾液進行充分混合。過濾完成後進行靜置分層，可以通過開關透明管15上的閥門，使得經分層的濾液順利分離。

步驟三：驅動風扇葉輪、一級篩分攪拌輪和二級篩分攪拌輪旋。一級過濾網、二級過濾網和三級過濾網上的固體顆粒物被烘乾，一級過濾網和二級過濾網上的固體顆粒進一步篩分。風扇葉輪促使固體顆粒物通過過濾網，並且防止其潮溼結塊，還可以促使濾液排除杯體10底部，篩分攪拌輪能夠將堆積在過濾網上的固體顆粒物攤平並適當擠壓，促使其通過過濾網，同時，加熱部件促使過濾網上固體顆粒混合物中的水分揮發，防止其結塊，振動部件同樣促使其通過過濾網，增強篩分效果。

步驟四：關閉風扇葉輪、保溫烘乾外壁、振動部件、一級篩分攪拌輪和二級篩分攪拌輪。從杯體10中取出動力過濾裝置，將一級過濾網、二級過濾網和三級過濾網上的固體顆粒物分類保存。在濾液完全排除杯體10時，可以將動力過 濾裝置取出杯體10，將每層過濾網上的固體顆粒物按照設定粒徑的數值分類收集保存。

為了加強過濾分液器過濾篩分和混合的效果，在上述運作過程中還可以通過在杯體10外部施加旋轉力達到以上目的，具體是在杯體10底部還連接有離心驅動裝置，在步驟一和步驟二中開啟離心驅動裝置，使得杯體10繞動力裝置乙輸出軸旋轉，增強固體顆粒物過濾和液體混合效果。進一步，可以在使杯體10的中軸線與重垂線呈30°角的狀態下，進行旋轉操作。

過濾分液器在進行過濾分液的同時進行固體顆粒的篩分工序，其中風扇葉輪部件的引入不僅可以促進濾液排除杯體，還能夠起到對待篩分固體顆粒物促進通過過濾網和風乾分散的作用，多級的過濾網結構，不僅將固體顆粒物和濾液分離，而且還能夠將濾出的固體顆粒物按照其粒徑的不同進行分類篩分，獨特的杯體旋轉還能促進混合和篩分。

雖然已經參考優選實施例對本發明進行了描述，但在不脫離本發明的範圍的情況下，可以對其進行各種改進並且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構衝突，各個實施例中所提到的各項技術特徵均可以任意方式組合起來。本發明並不局限於文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的範圍內的所有技術方案。