CN115228351A - 一种集成式固液混合-分离装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成式固液混合‑分离装置及其使用方法,该装置包括通过振荡仪提供动力的混合分离装置主体,所述混合分离装置主体包括可拆卸装配的顶盖和壳体,所述壳体内设置有分离流道,所述分离流道的顶端向外扩散呈倒锥体,分离流道的底端装配有过滤组件,所述倒锥体与壳体固定装配,倒锥体的侧壁周向均匀开设有多个分离喷射孔,倒锥体的上方设置有挡流板,所述挡流板与壳体固定装配,挡流板上开设有通气孔。采用本申请的装置和方法,简化了实验工作量,提升了工艺延续性,提高了混合和分离的效率。
Description
技术领域
本发明属于固液混合分离装置领域,具体涉及一种集成式固液混合-分离装置及其使用方法。
背景技术
在实验室中,固液两相的混合及分离是较为常见的操作,例如活性炭吸附、溶质溶解等。在混合时要求固液两相充分接触,提升混合效果;在分离时要求固液两相快速分开,减少物料损失,并便于后续处理。
然而,目前混合与分离两个实验步骤需分别采用不同仪器完成,混合步骤一般使用磁力搅拌器进行搅拌,增大固相与液相的接触面积,进而实现充分混合;分离步骤一般采用离心机或抽滤装置实现,离心机转速可高达10000r/min,抽滤操作也要使用大功率气泵。
整体操作过程较为繁琐,增加了实验人员工作量,同时实验步骤连续性差,会造成一定量的物料损失,而且设备投资大,仪器能耗较高,成本增加。
因此,设计一种高效便捷的固液混合-分离装置是具有现实意义的,将混合-分离操作通过一个装置实现,简化实验步骤,减少物料损失,提升工艺连续性。
发明内容
针对现有固液混合和分离分别采用不同仪器而导致的弊端,本发明的目的是提供一种集成式固液混合-分离装置及其使用方法,以便简化实验工作量,提升工艺延续性,提高混合和分离的效率。
本发明通过以下技术手段解决上述问题:
本发明第一方面提供一种集成式固液混合-分离装置,包括通过振荡仪提供动力的混合分离装置主体,所述混合分离装置主体包括可拆卸装配的顶盖和壳体,所述壳体内设置有分离流道,所述分离流道的顶端向外扩散呈倒锥体,分离流道的底端装配有过滤组件,所述倒锥体与壳体固定装配,倒锥体的侧壁周向均匀开设有多个分离喷射孔,倒锥体的上方设置有挡流板,所述挡流板与壳体固定装配,挡流板上开设有通气孔。
进一步,所述过滤组件包括滤网以及设置在滤网两侧的垫片,过滤组件通过固定装置与分离流道底端固定装配。
进一步,所述壳体包括可拆卸装配的外壳和底壳。
进一步,所述外壳的内壁设置有螺旋扰流结构。
进一步,所述混合分离装置主体通过升降台固定在振荡仪的一侧。
进一步,所述升降台包括升降台主体支架、用于夹持固定混合分离装置主体的夹持卡槽以及带动夹持卡槽升降的升降机构。
进一步,所述外壳呈圆筒状,所述顶盖和底壳均呈椭球状。
进一步,所述顶盖、外壳和底壳的外径均为40-60mm、壁厚均为3-6mm;所述分离流道的直径为15-30mm;所述倒锥体的锥角为45°-75°。
进一步,所述顶盖、外壳和底壳的外径均优选为48-52mm、壁厚均优选为4-5mm;所述分离流道的直径优选为18-22mm;所述倒锥体的锥角优选为58°-62°。
本发明的第二方面提供一种集成式固液混合-分离装置的使用方法,包括以下步骤:
(1)将固相物料放置于壳体底部,打开顶盖加入液体;
(2)将混合分离装置主体固定在升降台上,调整混合分离装置主体的高度使其与振荡仪接触合适;
(3)打开振荡仪,调整功率至混合工作模式,固液充分混合;
(4)调整功率至分离工作模式,固液混合物自下而上从分离喷射孔喷出,再流入分离流道,固体留在滤网上,液体循环流动;
(5)取下滤网得到固体,剩余液体倒出,完成固液分离。
本发明的有益效果:
本发明的集成式固液混合-分离装置及其使用方法,通过设计分离流道,配合振荡仪使用,低功率运行时强化传质,提升混合效果;高功率运行时液体循环流动,完成固液筛分,可以将混合与分离两种常见的实验操作集成在同一个装置中完成,简化了操作流程,提升了工艺延续性,提高了混合和分离的效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的固液混合-分离装置的***示意图;
图2为本发明的固液混合-分离装置的装配图;
图3为本发明工作状态的装配图;
图4为COMSOL仿真软件计算得到的液位高度与功率关系图(a)功率15%;b)功率30%;c)功率45%;d)功率60%;e)功率75%;f)功率90%);
图5为混合工作模式下的流体流动示意图;
图6为分离工作模式下的流体流动示意图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明,本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。
如图1至图6所示,本实施例的集成式固液混合-分离装置,本发明第一方面提供一种集成式固液混合-分离一体化装置,包括通过振荡仪提供动力的混合分离装置主体14,所述混合分离装置主体14包括可拆卸装配的顶盖1和壳体,优选地,所述壳体包括可拆卸装配的外壳8和底壳9,以便进一步利于内部构件的装拆以及物料的转移;具体的可拆卸装配形式可以为扣接、卡接和螺纹连接等形式,本实施例中,所述外壳8、底壳9、顶盖1通过螺纹相连,外壳8为薄壁圆筒状,底壳9和顶盖1均为椭球状,外径均为40-60mm,优选为48-52mm,壁厚为3-6mm,优选为4-5mm。
所述外壳内设置有分离流道3,在本发明中,分离流道3位于外壳的中心,分离流道直径为15-30mm,优选为18-22mm;所述分离流道的顶端向外扩散呈倒锥体,锥角为45°-75°,优选为58-62°;所述倒锥体与外壳固定装配,固定装配形式可以为扣接、卡接和螺纹连接等形式,本实施例中,倒锥体与外壳之间采用螺纹固定的方式,可对其旋转进行安装和拆卸;所述倒锥体的侧壁周向均匀开设有多个分离喷射孔,倒锥体的上方设置有挡流板2,所述挡流板与外壳螺纹固定装配,挡流板上开设有通气孔。分离流道的底端装配有过滤组件,所述过滤组件包括滤网5以及设置在滤网两侧的垫片4,过滤组件通过固定装置6与分离流道底端固定装配。
在本发明中,所述滤网5的目数可根据混合物中固体颗粒大小进行选取,确保固体颗粒有效分离;所述外壳8的内壁设置有螺旋扰流结构7,强化传质。
在本发明中,所述分离喷射孔的轴线与竖直方向夹角为30°,便于液体在上升过程中沿喷孔方向射向顶部的挡流板2,下落进入中心的分离流道3。
在本发明中,所述混合分离装置主体14由振荡仪15提供动力,通过升降台13固定在振荡仪的一侧,结构如图3所示,所述升降台13包括升降台主体支架11、用于夹持固定混合分离装置主体的夹持卡槽12以及带动夹持卡槽升降的升降机构10。在本发明中,升降机构10位于升降台13上端,升降机构为丝杆传动机构,其通过摇柄将旋转运动转化为直线运动,对夹紧卡槽12的高度进行调节,具体到本装置,可通过调节摇柄使夹紧卡槽与振荡仪平台的距离在0~80mm之间自由移动。
在本发明中,所述振荡仪采用VORTEX-5旋涡振荡仪,其振荡功率可调节范围为0-40W,振荡仪功率在0-25W之间时,装置处于混合工作模式,优选为20-24W;振荡仪功率在25-40W之间时,装置处于分离工作模式,优选为35-38W。
根据本发明,通过COMSOL仿真软件模拟,计算得到液位高度与振荡仪功率的关系,结果如图4所示,说明振荡仪功率在最大功率60%以下时,液位低于分离流道,处于混合工作模式;当超过最大功率60%,液位超过分离流道,进入分离工作模式,与优选范围较为一致。
本发明第二方面提供一种集成式固液混合-分离装置的使用方法,包括以下步骤:
(1)将固相物料放置于壳体底部,打开顶盖加入液体;
(2)将混合分离装置主体固定在升降台上,调整混合分离装置主体的高度使其与振荡仪接触合适;
(3)打开振荡仪,调整功率至混合工作模式,固液充分混合;
(4)调整功率至分离工作模式,固液混合物自下而上从分离喷射孔喷出,再流入分离流道,固体留在滤网上,液体循环流动;
(5)取下滤网得到固体,剩余液体倒出,完成固液分离。
根据本发明,如图5所示,在底壳放置固体物料,打开顶盖1加入液体使其不没过滤网5,启动振荡仪15调至低功率运行,实现固液充分混合,在低于分离流道3部分旋转流动。
根据本发明,如图6所示,需要将固液分离时,调节振荡仪15至大功率运行,此时液体旋转流动加剧,液面上升穿越分离流道3倒锥体侧面上的分离喷射孔,撞击顶部的挡流板2,回落至中心的分离流道3并经过滤网5,固相留在滤网5上而液相继续下落,实现固液分离。
本发明设计的集成式固液混合-分离装置,简化了混合、分离需要多设备工作的操作复杂性,强化传质与循环流动有效提高了混合及分离效率,提高了工艺的延续性。该装置提供了一种功能集成化的示范,对于实验流程的简化和工作效率的提升均有积极意义。
以下实施例用于说明集成式混合-分离装置的分离效果
实施例1
将0.400g玉米芯粉加入装置中,加入水至液位刚好没过固定装置下端,不超过滤网,固定装置并调整至合适位置。打开振荡仪,功率调至20W,振荡5min,使其均匀混合;然后将振荡仪功率调至32W,调整至分离模式,处理3min。取出滤网上过滤出的玉米芯,干燥,称重,结果如表1所示。
实施例2和实施例3
按照实施例1中的方法,不同的是,分离模式的功率调整为35W、38W,取分离出的玉米芯干燥称重,结果如表1所示。
对比例1
将0.400g玉米芯粉加入装置中,加入水至液位刚好没过固定装置下端,不超过滤网,固定装置并调整至合适位置。打开振荡仪,功率调至20W,振荡5min,使其均匀混合。将固液混合物加入离心管中,离心机转速设置为2000rpm,离心3min,将液体倒出,取固体干燥称重。
对比例2和对比例3
按照对比例1中的方法,不同的是,离心机转速设置为3000rpm、4000rpm,取分离出的玉米芯干燥称重,结果如表1所示。
表1(实施例和对比例的分离率)
通过表1的结果可以看出,传统的离心机分离玉米芯粉与水的混合物效果并不理想,采用本发明提供的固液混合-分离一体化装置能够达到较好的分离效果,并且随振荡功率的上升,分离效果有所提升,在振荡功率为38W时分离效果最好。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种集成式固液混合-分离装置,其特征在于:包括通过振荡仪提供动力的混合分离装置主体,所述混合分离装置主体包括可拆卸装配的顶盖和壳体,所述壳体内设置有分离流道,所述分离流道的顶端向外扩散呈倒锥体,分离流道的底端装配有过滤组件,所述倒锥体与壳体固定装配,倒锥体的侧壁周向均匀开设有多个分离喷射孔,倒锥体的上方设置有挡流板,所述挡流板与壳体固定装配,挡流板上开设有通气孔。
2.根据权利要求1所述的集成式固液混合-分离装置,其特征在于:所述过滤组件包括滤网以及设置在滤网两侧的垫片,过滤组件通过固定装置与分离流道底端固定装配。
3.根据权利要求2所述的集成式固液混合-分离装置,其特征在于:所述壳体包括可拆卸装配的外壳和底壳。
4.根据权利要求3所述的集成式固液混合-分离装置,其特征在于:所述外壳的内壁设置有螺旋扰流结构。
5.根据权利要求4所述的集成式固液混合-分离装置,其特征在于:所述混合分离装置主体通过升降台固定在振荡仪的一侧。
6.根据权利要求5所述的集成式固液混合-分离装置,其特征在于:所述升降台包括升降台主体支架、用于夹持固定混合分离装置主体的夹持卡槽以及带动夹持卡槽升降的升降机构。
7.根据权利要求6所述的集成式固液混合-分离装置,其特征在于:所述外壳呈圆筒状,所述顶盖和底壳均呈椭球状。
8.根据权利要求7所述的集成式固液混合-分离装置,其特征在于:所述顶盖、外壳和底壳的外径均为40-60mm、壁厚均为3-6mm;所述分离流道的直径为15-30mm;所述倒锥体的锥角为45°-75°。
9.根据权利要求8所述的集成式固液混合-分离装置,其特征在于:所述顶盖、外壳和底壳的外径均优选为48-52mm、壁厚均优选为4-5mm;所述分离流道的直径优选为18-22mm;所述倒锥体的锥角优选为58°-62°。
10.一种集成式固液混合-分离装置的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将固相物料放置于壳体底部,打开顶盖加入液体;
(2)将混合分离装置主体固定在升降台上,调整混合分离装置主体的高度使其与振荡仪接触合适;
(3)打开振荡仪,调整功率至混合工作模式,固液充分混合;
(4)调整功率至分离工作模式,固液混合物自下而上从分离喷射孔喷出,再流入分离流道,固体留在滤网上,液体循环流动;
(5)取下滤网得到固体,剩余液体倒出,完成固液分离。
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