真空立盤過濾機(jī)模擬試驗(yàn)及過濾性能淺析

王 斌， 劉艷麗， 屈冬婷， 岳振宇

(1.洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司， 河南 洛陽 471039；2.中信重工機(jī)械股份有限公司， 河南 洛陽 471039)

真空立盤過濾機(jī)模擬試驗(yàn)及過濾性能淺析

王 斌1， 劉艷麗2， 屈冬婷1， 岳振宇2

(1.洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司， 河南 洛陽 471039；2.中信重工機(jī)械股份有限公司， 河南 洛陽 471039)

真空立盤過濾機(jī)廣泛地應(yīng)用于過濾分離作業(yè)，通過真空過濾模擬試驗(yàn)了解物料的過濾性能，對(duì)真空立盤過濾機(jī)的設(shè)計(jì)起到指導(dǎo)作用，并且對(duì)影響過濾的因素進(jìn)行分析。

真空立盤過濾機(jī)； 試驗(yàn)； 性能

真空立盤過濾機(jī)因其占地面積小，生產(chǎn)效率高，廣泛地應(yīng)用于化工、有色、礦山、食品、環(huán)保等行業(yè)的過濾分離作業(yè)。

由于每一種物料的粒度、濃度、粘度、溫度等影響過濾的參數(shù)不同，很難用一種公式計(jì)算出所需要立盤過濾機(jī)的參數(shù)。在工程上通常的做法是先對(duì)需要過濾的物料進(jìn)行模擬過濾脫水試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以近似地推論出過濾此物料的立盤過濾機(jī)的產(chǎn)能、濾餅的含液率、立盤的所需轉(zhuǎn)速等基本參數(shù)。

1 模擬實(shí)驗(yàn)

模擬試驗(yàn)的目的是為了對(duì)真空立盤過濾機(jī)基本參數(shù)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對(duì)立盤過濾機(jī)的過濾性能進(jìn)行預(yù)估。

1.1 過濾原理

真空盤式過濾機(jī)的過濾原理是在真空作用下，使包裹著過濾介質(zhì)(一般為濾布)的濾盤的內(nèi)外兩側(cè)形成的壓力差，依靠大氣壓力，迫使待過濾物料中的液體通過濾盤上的過濾介質(zhì)進(jìn)入濾盤，而料漿中固相顆粒截留在過濾介質(zhì)上，達(dá)到固液分離的目的[1]。真空立盤過濾機(jī)的工作周期依次經(jīng)過吸液區(qū)、吸干區(qū)和吹風(fēng)區(qū)。吸液區(qū)及吸干區(qū)借助真空泵的抽吸作用，在濾布上形成固體顆粒的濾餅，進(jìn)入吸干區(qū)進(jìn)行再次過濾，通過濾餅和過濾介質(zhì)排出濾液，最后到達(dá)吹風(fēng)區(qū)，濾盤上的濾餅通過濾盤內(nèi)的壓縮空氣反吹脫落至料槽，從而完成一個(gè)過濾周期。

根據(jù)真空立盤過濾機(jī)的工作原理，設(shè)計(jì)一個(gè)模擬試驗(yàn)裝置如圖1，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析真空立盤過濾機(jī)的單位面積濾餅的產(chǎn)能，單位面積濾液的產(chǎn)能及其過濾機(jī)在工作時(shí)的最佳轉(zhuǎn)速等等。

1.2 過濾試驗(yàn)及數(shù)據(jù)計(jì)算

在實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)吸液和吸干的時(shí)間，可以估算出真空立盤過濾機(jī)的產(chǎn)能及最佳轉(zhuǎn)速。真空立盤過濾機(jī)完成一個(gè)過濾周期，需經(jīng)過吸液、吸干、吹風(fēng)的三個(gè)基本過程，那么，在一個(gè)過濾周期內(nèi)(即立盤轉(zhuǎn)一圈)所需的時(shí)間T=t1+t2+t3+t4(單位s)，其中：

t1為在一個(gè)過濾周期內(nèi)，吸液所需時(shí)間(s)；

t2為在一個(gè)過濾周期內(nèi)，吸干所需時(shí)間(s)；

t3為在一個(gè)過濾周期內(nèi)，吹風(fēng)所需時(shí)間(s)；

t4為在一個(gè)過濾周期內(nèi)，無工作時(shí)間(s)。

1.濾液罐 2.濾液 3.管道 4.礦漿槽 5.濾板 6.礦漿 7.空壓機(jī) 8.壓力表 9.壓縮空氣閥門 10.真空閥門 11.真空泵 12.真空表 13.流量計(jì)圖1 試驗(yàn)裝置示意圖

在實(shí)驗(yàn)前，先設(shè)定一定的吸液、吸干時(shí)間。在試驗(yàn)中，取一定量的礦漿，打開真空泵，將濾板放入礦漿中，調(diào)節(jié)流量計(jì)，當(dāng)真空表讀數(shù)達(dá)到工業(yè)中應(yīng)用的過濾機(jī)的真空度時(shí)，打開真空管閥門，開始記錄吸液時(shí)間，當(dāng)吸液時(shí)間到達(dá)時(shí)，從礦漿中拿出濾板，在經(jīng)過一定的吸干時(shí)間，然后關(guān)閉真空閥門，打開壓縮氣體閥門，吹落濾餅。在用取樣器取一定面積的濾餅，稱其重量，做上標(biāo)記，然后烘干取樣面積的濾餅。

可以計(jì)算出濾餅的含液率：

A=(M-m)/M×100%

(1)

式中A—過濾后的濾餅的含液率，%；M—取樣面積濾餅未烘干前的重量，kg；m—取樣面積濾餅烘干后的重量，kg；

也可以推算出過濾機(jī)在過濾周期為T(s)的時(shí)間內(nèi)，單位面積濾餅產(chǎn)能：

K濾餅=60M/(TS)

(2)

式中K濾餅—單位面積濾餅產(chǎn)能，kg/m2·min；S—取樣器取樣面積，m2。

取出并測(cè)量濾液罐中濾液量L(m3)，可以推算出過濾機(jī)在過濾周期為T的時(shí)間內(nèi)，單位面積濾餅產(chǎn)能

K濾液=60S/TL

(3)

式中K濾液—單位面積濾液產(chǎn)能，m3/m2·min。

通過不斷地更改吸液時(shí)間、吸干時(shí)間，對(duì)試驗(yàn)出的產(chǎn)能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出最優(yōu)化的過濾周期。依次就可以推斷出此種礦漿應(yīng)用真空立盤過濾機(jī)的產(chǎn)能，可以推斷出需要設(shè)計(jì)多少平方米的過濾機(jī)，可以確定過濾機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速(過濾周期)等等。

2 影響真空濾盤過濾機(jī)過濾性能的因素

2.1 設(shè)備因素

2.1.1 過濾時(shí)間

過濾時(shí)間對(duì)過濾指標(biāo)的影響是比較復(fù)雜的。在真空過濾機(jī)上，過濾時(shí)間由過濾機(jī)的轉(zhuǎn)速來體現(xiàn)，轉(zhuǎn)速越慢，過濾時(shí)間越長(zhǎng)。對(duì)于脫水效果來說，延長(zhǎng)過濾時(shí)間帶來兩方面的影響：(1)隨過濾時(shí)間的延長(zhǎng)，脫水時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)，從而有利于濾餅水分的降低；(2)過濾時(shí)間的延長(zhǎng)，又使濾餅的厚度增加，導(dǎo)致過濾阻力增加而不利于脫水。因此，必然存在某一適宜的過濾時(shí)間使得濾餅水分最低。

2.1.2 浸沒率

浸沒率可以理解為真空過濾時(shí)濾盤中被料漿淹沒面積占濾盤面積的百分比。在過濾時(shí)間一定時(shí)，浸沒率越大，即過濾的吸液時(shí)間長(zhǎng)，濾餅增厚，過濾機(jī)的產(chǎn)能增加。但是還是要根據(jù)料漿的性質(zhì)決定浸沒率及過濾時(shí)間的分配，因?yàn)楫?dāng)濾餅達(dá)到一定厚度時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致濾餅過濾的透氣性很差，真空已經(jīng)無法透過濾餅再進(jìn)行濾餅吸附。

2.1.3 密封性

通過真空系統(tǒng)將數(shù)個(gè)過濾圓盤接裝在一根水平空心主軸上并坐落槽體上組成的過濾機(jī)稱為立式圓盤過濾機(jī)。過濾動(dòng)力來自于中心主軸經(jīng)分配頭抽真空造成的過濾盤內(nèi)外兩面的壓力差[2]，迫使流體通過多孔介質(zhì)(過濾介質(zhì))，固體顆粒則截留于介質(zhì)上，從而達(dá)到流體與固體分離的目的。這樣過濾的極限最大過濾推動(dòng)壓強(qiáng)為0.1 MPa(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為0.1 MPa,在此忽略濾盤在料漿中料漿對(duì)濾餅的壓力)。從真空泵到形成濾餅，各個(gè)環(huán)節(jié)的密封性都直接導(dǎo)致壓強(qiáng)降低，影響濾餅的厚度、含液率，甚至過濾機(jī)能否正常工作。

2.1.4 結(jié)構(gòu)因素

真空立盤過濾機(jī)的主要結(jié)構(gòu)包括中心軸部件、分配頭部件、濾盤部件以及傳動(dòng)部件如圖2所示。過濾機(jī)中心軸流道的大?。涣鞯烂娣e與扇形板面積的匹配；扇形板結(jié)構(gòu)的透氣性與疏水性；分配頭各個(gè)區(qū)域大小、位置等等都會(huì)直接影響過濾機(jī)的過濾性能。

圖2 真空立盤過濾機(jī)三維模型

3 總結(jié)

通過過濾模擬試驗(yàn)可以很好地了解某種礦漿的過濾性能，對(duì)真空立盤過濾機(jī)的設(shè)計(jì)及性能分析有很好的指導(dǎo)意義。對(duì)過濾性能的影響因素主要是設(shè)備和礦漿，而礦漿的性質(zhì)一般無法輕易改變，為了提高過濾效率就只能在設(shè)備上下功夫。

[1] 唐立夫，王維一.過濾機(jī)(第一版)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.

[2] 陳維輝.ZPG系列盤式真空過濾機(jī)的研制與應(yīng)用[J]. 冶金設(shè)備,2003，(1).

[3] 羅茜.固液分離(第一版)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997：121-123.

Simulated Experiment and Performance Analysis
of Vacuum Vertical Disk Filter

WANG Bin， LIU Yan-li, QU Dong-ting, YUE Zhen-yu

Vacuum vertical disk filters are widely used in solid-liquid separation, on the basis of simulated experiment, this paper understands the material performance, analyses factors influencing filter efficiency, and plays a guiding role to vacuum vertical disk filter design.

vacuum vertical disk filter； experiment； performance

2015-01-08

王 斌(1982-)，男，工程師，碩士，主要從事固液分離設(shè)備研究與設(shè)計(jì)。

TD462.2

A

1003-8884(2015)02-0001-02