智能化多元素螯合物過(guò)濾提取裝置的研制與應(yīng)用*

申穎亮

(玉田縣職業(yè)技術(shù)教育中心 河北玉田 064100)

1 傳統(tǒng)板框壓濾機(jī)的缺陷

近年來(lái)，因化肥施用量過(guò)大，在肥料施用過(guò)程中氮、磷、鉀比例不合理，施肥方法不當(dāng)?shù)仍蛟斐煞柿侠寐实汀⑥r(nóng)田土壤面源污染等問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，因此研發(fā)新型高效肥料在提高肥料利用率、減少農(nóng)業(yè)面源污染和發(fā)展高效可持續(xù)農(nóng)業(yè)等方面具有重要意義。新型多元素螯合肥料是以氮、磷、鉀三大元素為基礎(chǔ)，通過(guò)添加螯合態(tài)中微量元素，形成穩(wěn)定的水溶性有機(jī)-無(wú)機(jī)螯合物，不易被土壤固定，可減輕營(yíng)養(yǎng)元素間的拮抗作用，使作物對(duì)養(yǎng)分的吸收和肥料中養(yǎng)分的釋放同步，從而達(dá)到提高肥料利用效率、減輕環(huán)境污染的目的。

多元素螯合肥料中添加的多元素螯合物(螯合態(tài)中微量元素)在制備過(guò)程中多以液態(tài)方式進(jìn)行螯合反應(yīng)，螯合反應(yīng)完成后進(jìn)行固液分離，提取高純度、高含量的螯合態(tài)中微量元素液體，其生產(chǎn)流程見(jiàn)圖1。

圖1 多元素螯合物的制取和提純流程

在多元素螯合物干濕分離中，特別是對(duì)于多數(shù)含水率較大的物料，通常采用板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離，其基本原理：混合液流經(jīng)過(guò)濾介質(zhì)(濾布)，固體停留在濾布上，并逐漸在濾布上堆積形成濾餅，液體則透過(guò)濾布，成為不含固體的清液；隨著過(guò)濾的進(jìn)行，濾餅厚度逐漸增加，過(guò)濾阻力增大；過(guò)濾時(shí)間越長(zhǎng)，分離能力越差，餅渣內(nèi)液體量越大。

板框壓濾機(jī)的缺陷：板框壓濾機(jī)是一種間歇性操作的固液分離設(shè)備，每次作業(yè)結(jié)束后，需要人工清理濾網(wǎng)中的餅渣，費(fèi)時(shí)費(fèi)工，不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)；板框壓濾機(jī)的濾框給料口容易堵塞，濾餅不易取出，處理量小，工作效率低；鋼材、鋁材等普通材質(zhì)方板不耐壓，易變形破損，濾布消耗大，板框很難做到無(wú)人值守，濾布常需要人工清理等。

2 智能化多元素螯合物過(guò)濾提取裝置的設(shè)計(jì)

基于當(dāng)前板框壓濾機(jī)固液分離存在的技術(shù)缺陷，本設(shè)計(jì)方案的主要特點(diǎn)是通過(guò)智能化控制，實(shí)現(xiàn)過(guò)濾產(chǎn)品的連續(xù)作業(yè)；利用真空吸入原理，減少動(dòng)力能源消耗70%；雙層濾網(wǎng)設(shè)計(jì)，底層為不銹鋼制作的固定式濾網(wǎng)，上層為可更換的尼龍濾網(wǎng)，經(jīng)久耐用。該裝置具有過(guò)濾產(chǎn)品范圍廣的特點(diǎn)，對(duì)于濾餅壓縮性大或近于不可壓縮的懸浮液都能適用，操作壓力一般為0.3～1 MPa，特殊的可達(dá)3 MPa以上。智能化多元素螯合物過(guò)濾提取裝置的示意見(jiàn)圖2，清理系統(tǒng)連接示意見(jiàn)圖3。

1.計(jì)算機(jī) 2.刮板器 3.不銹鋼過(guò)濾網(wǎng) 4.尼龍過(guò)濾網(wǎng) 5.儲(chǔ)液罐 6.真空泵 7.漏斗 8.供料罐 9.循環(huán)泵 10.供料噴頭圖2 智能化多元素螯合物過(guò)濾提取裝置示意

1.計(jì)算機(jī) 2.刮板器圖3 智能化多元素螯合物過(guò)濾提取裝置清理系統(tǒng)連接示意

2.1 主要構(gòu)成部件及參數(shù)

(1)智能化多元素螯合物過(guò)濾提取裝置采用不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)為機(jī)底，與不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)連接的機(jī)身采用不銹鋼型材通過(guò)螺栓鎖緊連接，機(jī)底采用焊接方式與過(guò)濾分離機(jī)機(jī)身固定連接。不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)上鋪設(shè)一層尼龍過(guò)濾網(wǎng)，孔徑為13～15 μm，具有極高的耐酸堿性、耐腐蝕性，阻力低，可反復(fù)清洗，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性價(jià)比高，過(guò)濾產(chǎn)品范圍廣。不銹鋼過(guò)濾網(wǎng)為固定式，采用厚度5～10 mm的不銹鋼制作，孔徑為120.5～178.0 μm。

(2)供料罐通過(guò)鋼絲橡膠軟管與循環(huán)泵、供料噴頭連接。循環(huán)泵電路與計(jì)算機(jī)相連，控制投料時(shí)間及投料量。與循環(huán)泵連接的鋼絲橡膠軟管能夠往復(fù)移動(dòng)連續(xù)供料，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。供料噴頭出口采用長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，連接在能夠前后、左右移動(dòng)的移動(dòng)架上，并設(shè)有動(dòng)力裝置，兩側(cè)設(shè)有供料噴頭到位自動(dòng)回車(chē)控制器，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、往復(fù)式自動(dòng)給料；另外，供料噴頭的左右移動(dòng)架與前后移動(dòng)架相連，前后移動(dòng)架一側(cè)設(shè)有能夠控制前后移動(dòng)的電機(jī)，電機(jī)通過(guò)控制電路與計(jì)算機(jī)相連，兩側(cè)設(shè)有回車(chē)控制器。

(3)儲(chǔ)液罐通過(guò)鋼絲橡膠軟管與漏斗連接，一側(cè)與真空泵連接，其上設(shè)有壓力調(diào)節(jié)閥，以保持儲(chǔ)液罐內(nèi)的壓力恒定不變，下方設(shè)有出料口，出料口上設(shè)有轉(zhuǎn)換閥門(mén)。漏斗材質(zhì)為不銹鋼，采用焊接的方式組合成梯形結(jié)構(gòu)，中心設(shè)有直徑為8～10 cm的圓管出料口，通過(guò)轉(zhuǎn)換閥門(mén)與鋼絲橡膠軟管連接。真空泵通過(guò)電路與計(jì)算機(jī)控制器相連，采用真空吸附分離，不僅減少了壓濾的能耗，而且過(guò)濾后濾餅中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10%，分離效果更好。

(4)刮板器通過(guò)齒條與傳動(dòng)裝置連接，齒條具有承載力大、精度高、耐用、低噪聲、能夠往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。傳動(dòng)裝置采用變速往復(fù)式電機(jī)，與集成控制電路和計(jì)算機(jī)連接。傳動(dòng)裝置上設(shè)有料層厚度檢測(cè)器，當(dāng)濾餅厚度達(dá)到3 cm時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出指令，暫停供料5～10 s，同時(shí)向刮板器傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令進(jìn)行濾餅清理，清理出的濾餅從過(guò)濾分離機(jī)一端出料口導(dǎo)出。

2.2 工作方式

首先啟動(dòng)真空泵，待壓力達(dá)到0.3 MPa時(shí)啟動(dòng)供料系統(tǒng)，供料系統(tǒng)通過(guò)循環(huán)泵進(jìn)行往復(fù)循環(huán)持續(xù)供料，供料噴頭在前后移動(dòng)架和左右移動(dòng)架上自由移動(dòng)。隨著真空泵吸附壓力的增大，物料中的液體與固體通過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)行分離，液體存儲(chǔ)至儲(chǔ)液罐中。當(dāng)濾餅厚度達(dá)到3 cm時(shí)，料層厚度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)向供料系統(tǒng)發(fā)出指令，暫停供料5～10 s，同時(shí)向刮板器傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令，刮板器沿齒條往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行濾餅清理，清理出的濾餅從過(guò)濾分離機(jī)一端出料口導(dǎo)出。

3 應(yīng)用效果

按照設(shè)計(jì)方案，2020年研制生產(chǎn)了智能化多元素螯合物過(guò)濾提取裝置試驗(yàn)樣機(jī)1臺(tái)，并在多元素液體肥料生產(chǎn)中試應(yīng)用。實(shí)踐表明，與常規(guī)板框壓濾機(jī)相比，智能化多元素螯合物過(guò)濾提取裝置單班(12 h)節(jié)約勞動(dòng)力投入1.5人，班產(chǎn)能由33 t提高至42 t，噸產(chǎn)品節(jié)電35.8 kW·h，噸固液分離成本下降150元，年節(jié)本增效300多萬(wàn)元。

智能化多元素螯合物過(guò)濾提取裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)。

(1)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作容易，運(yùn)行穩(wěn)定，保養(yǎng)方便，對(duì)物料稀稠度適應(yīng)性強(qiáng)。

(2)機(jī)架結(jié)構(gòu)采用不銹鋼型材焊接、螺栓連接方式，使整體強(qiáng)度增加，拆卸、安裝、維修方便。

(3)供料管路可往復(fù)移動(dòng)連續(xù)供料，節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。

(4)自動(dòng)化間歇刮板式清理濾餅，不僅節(jié)省了勞動(dòng)力的投入，而且減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

(5)真空泵吸附分離，不僅減少了壓濾的能源浪費(fèi)，而且過(guò)濾后濾餅中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于10%，分離效果好。

(6)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制給料時(shí)間、給料速率以及給料噴頭左右、前后運(yùn)行速率；通過(guò)料層厚度監(jiān)測(cè)器指令，控制給料啟停、刮板器啟停；依據(jù)給料情況，自動(dòng)控制調(diào)節(jié)真空泵的工作壓力始終保持為吸凈物料水分的標(biāo)準(zhǔn)壓力；同時(shí)在作業(yè)頻率、投料量、故障報(bào)警等方面實(shí)施自動(dòng)控制，降低了操作人員的操作風(fēng)險(xiǎn)和勞動(dòng)強(qiáng)度，保證了系統(tǒng)的運(yùn)行安全與高效作業(yè)。