板框壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)過(guò)濾效果的影響

王鑫

（晉神能源有限公司沙坪洗煤廠，山西 沂州 036500）

選煤廠是對(duì)原煤進(jìn)行處理的場(chǎng)所，其分選、過(guò)濾效果將影響原煤的利用率。板框壓濾機(jī)屬于固液分離設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于選煤廠。隨著選煤廠對(duì)分選和過(guò)濾效果要求的提升，板框壓濾機(jī)的結(jié)構(gòu)需不斷改進(jìn)。本文以沙坪洗煤廠新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)為研究對(duì)象，分析板框壓濾機(jī)各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)過(guò)濾效果的影響。

1 板框壓濾機(jī)概述

板框壓濾機(jī)主要應(yīng)用于煤炭、化工、食品以及制藥等行業(yè)，主要功能是實(shí)現(xiàn)固液分離。與其他過(guò)濾設(shè)備相比，板框壓濾機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可靠性高、穩(wěn)定性高以及回收率高等優(yōu)勢(shì)。沙坪洗煤廠板框壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 板框壓濾機(jī)Fig.1 Plate-frame filter press

選煤廠中板框壓濾機(jī)主要是對(duì)污水進(jìn)行處理，對(duì)應(yīng)工藝如圖2所示。

圖2 板框壓濾機(jī)過(guò)濾工藝流程Fig.2 Filtration process of plate-frame filter press

2 數(shù)值模擬模型的搭建

基于數(shù)值仿真模擬手段對(duì)壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)過(guò)濾效果的影響進(jìn)行研究。、

2.1 新型板框壓濾機(jī)三維模型的搭建

沙坪洗煤廠板框壓濾機(jī)濾室直徑250 mm，濾室厚度30 mm，進(jìn)料口直徑14 mm，過(guò)濾介質(zhì)厚度1 mm。為簡(jiǎn)化數(shù)值模擬的計(jì)算量，節(jié)省數(shù)值模擬計(jì)算時(shí)間，將新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)過(guò)濾過(guò)程簡(jiǎn)化為固相和液相兩相的分離過(guò)程；忽略新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)濾板表面凸臺(tái)結(jié)構(gòu)對(duì)固液分離效果的影響，認(rèn)為分離后的液相僅通過(guò)濾布表面流出；在整個(gè)過(guò)濾過(guò)程假定溫度不變；板框壓濾機(jī)的過(guò)濾介質(zhì)為多孔介質(zhì)。

3.1.2 申領(lǐng)駕照者是否應(yīng)簽署器官捐獻(xiàn)協(xié)議 表2顯示，僅31.53%的護(hù)士認(rèn)為“申領(lǐng)駕照者簽署器官捐獻(xiàn)協(xié)議”可以接受，這與孔德峰[6]的研究結(jié)果類(lèi)似。要求申請(qǐng)駕駛執(zhí)照者簽署“愿意在死亡后捐獻(xiàn)器官的協(xié)議”，以備申領(lǐng)駕照者在遭遇車(chē)禍等意外情況、生命無(wú)法救治時(shí)，能夠及時(shí)捐獻(xiàn)器官，提高器官捐獻(xiàn)率。這一舉措的目的是增加捐獻(xiàn)器官人數(shù)，救治更多的器官衰竭患者，但是其中包含強(qiáng)制成分，若申請(qǐng)駕駛執(zhí)照者拒絕簽署捐獻(xiàn)器官的協(xié)議，或許在一定程度上會(huì)被認(rèn)為是自私的行為，有悖于社會(huì)道德。因此，是否應(yīng)該要求申請(qǐng)駕駛執(zhí)照者簽署捐獻(xiàn)器官的協(xié)議，還有待進(jìn)一步研究。

新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)內(nèi)不同時(shí)間、不同位置的濃度變化情況如圖6所示。

2.2 邊界條件的設(shè)定

根據(jù)框壓濾機(jī)的實(shí)際工況，設(shè)計(jì)濾室的入口壓力為0.13 MPa，濾室入口的湍流強(qiáng)度值為4%，濾室出口壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值。設(shè)定污水的進(jìn)料濃度為15%，物料的密度設(shè)定為0.86 g/cm3，物料粘度設(shè)定為8 mPas，模型中物料的顆粒直徑為0.03 mm。板框壓濾機(jī)的核心過(guò)濾裝置為多孔介質(zhì)，過(guò)濾裝置的粘性阻力系數(shù)為5.7×1010，慣性阻力系數(shù)為1×106。

2.3 數(shù)值模擬模型的可行性驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述所搭建模型的可行性，基于FLuent軟件進(jìn)行板框壓濾機(jī)過(guò)濾速度數(shù)值模擬仿真分析，將仿真所得數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。仿真結(jié)果如圖3所示。

板框壓濾機(jī)的進(jìn)料方式為對(duì)角切向進(jìn)入，以旋渦的方式進(jìn)入板框壓濾機(jī)的中心位置。新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)濾室內(nèi)速度分布仿真結(jié)果如圖4所示。

圖3 板框壓壓濾機(jī)過(guò)濾速度理論與實(shí)際對(duì)比Fig.3 Theoretical and practical comparison of filtration speed of plate-frame filter press

對(duì)板框壓濾機(jī)進(jìn)口截面位置的壓力分布進(jìn)行數(shù)值模擬仿真分析，如圖5所示。

2.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

設(shè)定數(shù)值模擬時(shí)間步長(zhǎng)為0.005 s，每個(gè)步長(zhǎng)迭代次數(shù)為20次。

2.3.1 速度分布

根據(jù)對(duì)知識(shí)和技術(shù)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的作用視角的不同，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模型主要有三大類(lèi)：哈羅德中性型、希克斯中性型和索洛中性型（包玉香，2012）。由于本文研究的是老齡化對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響，選用哈羅德中性的新古典經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模型，即Y=Kα(AL)β，其中α+β=1。該模型中主要包括四個(gè)變量：產(chǎn)量Y、資本K、知識(shí)或技術(shù)A和勞動(dòng)L，考慮到時(shí)間因素t，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的生產(chǎn)函數(shù)可表示為：

目前酚類(lèi)物質(zhì)致癌強(qiáng)度系數(shù)還未確定，本研究?jī)H討論酚類(lèi)物質(zhì)非致癌風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算公式和參數(shù)取值參考美國(guó)健康影響評(píng)估概要表格、丹麥安全與毒理研究所以及相關(guān)研究結(jié)果（EPA，1997；Nielsen et al.，1999；Tyl et al.，1999）。

信息系統(tǒng)是一個(gè)人機(jī)交互系統(tǒng)，它感知來(lái)自用戶(hù)鍵盤(pán)、語(yǔ)音、觸摸、視覺(jué)等多種方式的輸入信息，經(jīng)過(guò)“思考”“理解”“學(xué)習(xí)”，以顯示終端、聲音、打印、三維等方式輸出。目前，人工智能在語(yǔ)音和視覺(jué)領(lǐng)域的重大突破，將進(jìn)一步革新人機(jī)交互模式。

本次研究結(jié)果顯示，以呼吸科住院患者多重耐藥菌檢出率最高，這可能與此類(lèi)患者多年齡較大，有慢性呼吸系統(tǒng)疾病及其它并發(fā)癥，反復(fù)發(fā)生呼吸道感染而導(dǎo)致抗菌藥物使用的次數(shù)較頻繁、藥物種類(lèi)較多等因素有著密切的關(guān)系[3] 。腎病科多重耐藥菌株檢出率居次，這主要是因尿路感染、血液透析患者較多有關(guān)，尿路感染易反復(fù)發(fā)病，而血液透析患者的機(jī)體免疫功能較差，也易于發(fā)生多種感染性疾病，需要給予抗生素治療有關(guān)。

圖4 新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)濾室速度分布仿真結(jié)果Fig.4 Simulation results of velocity distribution in filter chamber of new dynamic plate-frame filter press

孔隙率越小固液分離的速度越慢，所需時(shí)間越長(zhǎng)，即過(guò)濾效率較低，但孔隙率過(guò)大會(huì)導(dǎo)致跑料現(xiàn)象的發(fā)生，影響濾液質(zhì)量。對(duì)孔隙率分別為0.1、0.2、0.3對(duì)應(yīng)的過(guò)濾效果進(jìn)行分析，如圖7所示。

I2～I(xiàn)4亞族包含W，Mo，Sn，Bi元素組合，與F4，F(xiàn)7因子一致，是區(qū)內(nèi)主要成礦因子；反映區(qū)內(nèi)中高溫?zé)嵋撼傻V作用，該單元是尋找與構(gòu)造巖漿作用相關(guān)礦產(chǎn)的重要區(qū)段。

2.3.2 壓力分布

模型的板框壓濾機(jī)的過(guò)濾速度與實(shí)踐生產(chǎn)中的速度走向趨勢(shì)相似，均為隨著時(shí)間的推移板框壓濾機(jī)過(guò)濾速逐漸下降，并在后期保持不變。經(jīng)計(jì)算可知，板框壓濾機(jī)的理論過(guò)濾速度與實(shí)際過(guò)濾速度的誤差為14%，導(dǎo)致誤差的主要原因?yàn)槟Ｐ驮诖罱〞r(shí)忽略了板框壓濾機(jī)濾布和濾餅。但是，總體上講所搭建的模型可用于結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)過(guò)濾效果的仿真研究。

水電龍頭長(zhǎng)江電力（600900）2018年全年上漲6.51%，國(guó)投電力（600886）上漲 12.27%，桂冠電力（600236）上漲3.69%，只有上市新股華能水電由于上市初期被炒原因全年是大跌的。水電板塊上市公司是萬(wàn)綠叢中一點(diǎn)紅，因?yàn)樗姲鍓K經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)比較穩(wěn)定，業(yè)績(jī)受外界影響較小，從而成為A股市場(chǎng)最抗跌板塊之一，且由于現(xiàn)金流太好，分紅收益率普遍較高。長(zhǎng)江電力2017年度10派6.8元，分紅收益率4.28%；國(guó)投電力2017年度10派1.667元，分紅收益率2.07%；桂冠電力2017年度10派3.3元，分紅收益率更高達(dá)5.87%。水電股成為熊市防御品種的典范。

圖5 新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)濾室壓力分布Fig.5 Pressure distribution in filter chamber of new dynamic plate-frame filter press

圖5中橫坐標(biāo)代表濾室內(nèi)濾餅厚度，當(dāng)濾餅的厚度在3～5 mm時(shí)濾室內(nèi)的壓力波動(dòng)較大；隨著濾餅厚度的不斷增加，濾室內(nèi)各個(gè)截面的壓力相對(duì)穩(wěn)定。

2.3.3 不同截面的濃度變化

根據(jù)板框壓濾機(jī)實(shí)際工作情況，采用磷酸-銨和水替代污水，采用CAD/CAE搭建新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)濾室的三維模型，將所搭建的三維模型導(dǎo)入FLUNET軟件中，網(wǎng)格數(shù)量劃分為50萬(wàn)。

圖6 新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)內(nèi)不同截面的濃度變化情況Fig.6 Concentration changes of different sections in the new dynamic plate-frame filter press

圖6中橫坐標(biāo)為與過(guò)濾介質(zhì)之間距離。可以看出，距離過(guò)濾介質(zhì)越小對(duì)應(yīng)的濃度值越高，這是因?yàn)闉V餅是從靠近過(guò)濾介質(zhì)的位置開(kāi)始形成，遠(yuǎn)離過(guò)濾介質(zhì)位置處的濾餅尚未形成，物流速度較大，導(dǎo)致濃度值較小。隨著過(guò)濾操作的進(jìn)行濃度值不斷增大，約8 s后形成均勻濃度的濾餅。

3 壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)過(guò)濾效果的影響

3.1 過(guò)濾介質(zhì)孔隙率

隨著時(shí)間的推移，最大速度從8.4 m/s緩慢降低至6.4 m/s；最大速度變化率在初始階段很大，隨著過(guò)濾過(guò)程的進(jìn)行，速度的變化率逐漸減小，這是因?yàn)殡S著過(guò)濾的進(jìn)行，濾室固相物料堆積較多導(dǎo)致速度降低。

圖7 不同孔隙率與過(guò)濾速度的關(guān)系曲線Fig.7 Relationship between different porosity and filtration rate

和理論分析一致，隨著孔隙率的減小，壓濾機(jī)的過(guò)濾速度在不斷降低；隨著孔隙率的增大，濾液中固相的比例增大。當(dāng)孔隙率為0.1和0.2時(shí)濾液中固相的含量?jī)H為0.2%左右，而孔隙率為0.4時(shí)對(duì)應(yīng)濾液中固相的含量達(dá)1.7%。

3.2 物料粒度

漿液中物料顆粒粒度越小，脫出其表面上的水分需要的張力越大，越不利于脫水操作。對(duì)0.01、0.05、0.10、0.15 mm粒度物料的過(guò)濾速率進(jìn)行仿真分析，如圖8所示。不同物料粒度對(duì)應(yīng)的過(guò)濾速度的變化趨勢(shì)一致，隨著物料粒度的增加，過(guò)濾速度逐漸增加，與理論分析一致。

4 結(jié) 論

沙坪洗煤廠新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)是在傳統(tǒng)壓濾機(jī)基礎(chǔ)上改進(jìn)所得的，基于FLUENT研究新型動(dòng)態(tài)板框壓濾機(jī)過(guò)濾操作時(shí)速度、壓力以及濃度的變化情況，并分析了孔隙率、物料粒度對(duì)過(guò)濾效果的影響。

（1）隨著時(shí)間的推移，濾室內(nèi)最大速度呈不斷減小的趨勢(shì)且變化速率逐漸減小。

（2）當(dāng)濾室濾餅厚度小于5 m時(shí)，壓力波動(dòng)較大；當(dāng)濾室濾餅的厚度大于5 m時(shí)，濾室內(nèi)的壓力逐漸穩(wěn)定。

（3）在板框壓濾機(jī)過(guò)濾操作時(shí)，距離過(guò)濾界面越遠(yuǎn)的位置濃度值越小。當(dāng)過(guò)濾完成后，濾室內(nèi)不同截面的濃度值相等。

（4）隨著孔隙率的減小，壓濾機(jī)的過(guò)濾速度在不斷降低；隨著孔隙率的增大，濾液中固相的比例增大。隨著物料粒度的增加，過(guò)濾速度逐漸增加。

圖8 不同粒度對(duì)過(guò)濾效果的影響Fig.8 Effect of different particle size on filtration