真空帶式過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的確定與參數(shù)選擇

本文以甕安礦選礦過(guò)程中產(chǎn)生的石灰漿為研究對(duì)象，驗(yàn)證了過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算方法。討論了水平真空帶式過(guò)濾機(jī)用于過(guò)濾過(guò)程的放大時(shí)，真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度、濾盤(pán)的行程、連度等參數(shù)對(duì)生產(chǎn)能力和操作費(fèi)用的影響。提出了設(shè)備放大時(shí)如何正確選擇參數(shù)的范圍。

液－固分離過(guò)程在化工生產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的地位。我們?cè)懻摿藶V餅過(guò)濾過(guò)程中的生產(chǎn)能力計(jì)算^[1],Tiller^[2],Pwches^[3]等人研究了過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算方法。但是都很少涉及到正確決定過(guò)濾機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的操作參數(shù)的問(wèn)題。本文以甕公安礦的在選礦過(guò)程在產(chǎn)生的石灰漿固－液分離為對(duì)象，驗(yàn)證了我們?cè)懻撨^(guò)的過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算方法。結(jié)合水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的工作特點(diǎn)，討論了水平真空帶式過(guò)濾機(jī)在用于過(guò)濾過(guò)程放大時(shí)，真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度、真空濾盤(pán)的行和、濾帶的速度等參數(shù)對(duì)生產(chǎn)能力的影響。當(dāng)考慮了濾餅厚度對(duì)卸料和固體回收率的影響。濾帶速度對(duì)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性和操作費(fèi)用的影響后，提出了一個(gè)放大時(shí)可供參考的真空濾盤(pán)長(zhǎng)度、濾帶速度、真空濾盤(pán)的行程等參數(shù)的選擇范圍。

實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果

依照前文^[1] 提到的方法，確定甕安礦選礦過(guò)程中產(chǎn)生的石灰漿的過(guò)濾比阻力系數(shù)和過(guò)濾壓力間的關(guān)系為：^?

ɑ_ɑ0=2.80×10⁸P^0.62 m/kg (1) 式中

ɑ_ɑ0 濾餅平均比阻力系數(shù)，m/kg

P 過(guò)濾壓力，N/m²

圖1為logP～logɑ_ɑ0結(jié)果。

利用式［1］計(jì)算的比阻力系數(shù)和實(shí)驗(yàn)值的誤差列于表1，其計(jì)算平均誤差為－0.4％

表1 甕安礦選石灰漿的比阻力系數(shù)測(cè)定和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算結(jié)果

P=4.90×10⁴～2.94×10⁴N/m² s=0.47～0.52/固液

誤差＝（實(shí)測(cè)值－計(jì)算值）、實(shí)測(cè)值

生產(chǎn)能力計(jì)算式^[1]：

W=2Ppst/(1-ms)

式中

ρ 濾液的密度,kg/m³

s 料漿的含固率，固/液

μ 濾液的粘度，kg/m

t 過(guò)濾時(shí)間,s

m 濾餅的含液率，液/干固

在0.6m²的水平真空帶式過(guò)濾機(jī)上用三批甕安礦選礦產(chǎn)生的石灰漿進(jìn)行測(cè)試。用式（1）和式（2）計(jì)算各操作條件下的生產(chǎn)能力，其結(jié)果列于表2。結(jié)果表明，用本方法計(jì)算得到的過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的平均誤差為6.4％，最大誤差范圍為20.9％～－9.9％?？梢?jiàn)使用本方法確定的過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力可以用于工程放大，由于計(jì)算中忽略了濾布的阻力，所以計(jì)算值顯示出正誤差是合理的。

表2 0.6m²水平真空帶式過(guò)濾機(jī)用于甕安礦石灰漿過(guò)濾的生產(chǎn)能力測(cè)定

注：①盤(pán)長(zhǎng)1.92m，返回時(shí)間2s.

②為了保證有足夠的濾餅吸干時(shí)間，此試驗(yàn)的吸干區(qū)長(zhǎng)度為1.42，已不適宜操作。

③計(jì)算誤差＝（計(jì)算值－實(shí)驗(yàn)值）/計(jì)算值

主要參數(shù)對(duì)生產(chǎn)能力、操作費(fèi)用的影響

本文所討論的水平真空帶式過(guò)濾機(jī)是往復(fù)盤(pán)式過(guò)濾機(jī)，它是一種上加料的水平式連續(xù)真空過(guò)濾機(jī)。過(guò)濾機(jī)是連續(xù)工作是由真空濾盤(pán)在氣控系統(tǒng)下作往復(fù)前后運(yùn)動(dòng)和濾事在頭輪的驅(qū)動(dòng)下作連續(xù)向前的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此這種過(guò)濾機(jī)的真空濾盤(pán)每往復(fù)一次的時(shí)間由二部分組成：

T_C=T_F+T_D (3)

式中

T_C 真空濾盤(pán)往復(fù)一次所需的時(shí)間，s_?

T_F 有效過(guò)濾時(shí)間，s

T_D?無(wú)效工作時(shí)間（非工作時(shí)間），s;一般為1.5～3s。

單位時(shí)間中往復(fù)次數(shù)會(huì)影響有效工作時(shí)間。過(guò)濾物料在真空濾盤(pán)上的停留時(shí)間和濾

帶的速度有下列關(guān)系：

T=L/u s (4)

式中

T 物料的過(guò)濾時(shí)間，s

L 真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度，m

U 濾帶的速度，m/s

可見(jiàn)濾布的速度和真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度確定了物料的過(guò)濾的時(shí)間，因此當(dāng)需要過(guò)濾的物料特性確定后，首先要正確地選擇真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度、濾帶的速度和真空濾盤(pán)的行程等參數(shù)。

根據(jù)濾餅過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算式（2），可以得到單位時(shí)間內(nèi)濾餅的產(chǎn)率為：

w/t=2Pps/(1-ms)μ （5）

圖2為一定操作條件下過(guò)濾時(shí)間和濾餅產(chǎn)量與產(chǎn)率之間的關(guān)系。由圖可見(jiàn)，縮短過(guò)濾時(shí)間，即提高濾帶速度的、和減小真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度可以顯著地提高過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力。下面將分別討論真空濾盤(pán)長(zhǎng)度、濾帶速度、真空濾盤(pán)行程對(duì)過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力和操作費(fèi)用的影響。

圖2過(guò)濾時(shí)間和濾餅產(chǎn)量及產(chǎn)率的關(guān)系

① 真空濾盤(pán)的行程

由式（3）可知，當(dāng)其它條件不變時(shí)，增加真空濾盤(pán)的行程和加快真空濾盤(pán)的返回速度都可以提高水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的有效工作時(shí)間，介是當(dāng)濾盤(pán)行程太長(zhǎng)和返回速度太高時(shí)，會(huì)使它的運(yùn)動(dòng)慣量和機(jī)械振動(dòng)增加，同時(shí)帶來(lái)聯(lián)接真空濾盤(pán)和集液管間的橡膠置上的困難，造成過(guò)濾機(jī)總體布置上的不全理，幫在設(shè)計(jì)中，一般中小型的真空濾盤(pán)行程為0.500～0.600m。對(duì)于過(guò)濾面積為數(shù)十平方米的設(shè)備，真空濾盤(pán)行程以1.000m為好。

② 濾帶速度和生產(chǎn)能力間的關(guān)系

為了提高過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力，可以采用提高濾帶速度、縮短過(guò)濾時(shí)間的方法，但對(duì)于水平真空帶式過(guò)濾機(jī)來(lái)講，隨著濾帶速度的提高，真空濾盤(pán)在單位時(shí)間內(nèi)返回的次數(shù)增加無(wú)效工作時(shí)間所占比例上升。在實(shí)際操作中，生產(chǎn)能力并不與濾帶速度的平方根成正比，而是隨著濾帶速度的增加，生產(chǎn)能力的提高逐漸綏慢增加，最終達(dá)到某一極限值。超過(guò)此濾帶速度后，過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力反而有所下降。表3列出試驗(yàn)中的石灰漿在真空度下（～5.33×10⁴N/m²）進(jìn)行過(guò)濾時(shí)，干濾餅的生產(chǎn)能力與濾帶速度間的關(guān)系。由表可見(jiàn)，對(duì)這種物料，當(dāng)濾帶速度達(dá)0.042m/s時(shí)，生產(chǎn)能力反而開(kāi)始下降。

表3 0.6m2水平真空帶式過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力和濾帶速度的關(guān)系

注：真空濾盤(pán)長(zhǎng)度1.920米，返回時(shí)間：2秒，可能由進(jìn)料含率誤差引起。

如上所述，隨著濾帶速度的提高，過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力一般是增加的。但是隨著濾帶速度的提高，過(guò)濾時(shí)間隨之下降，每次循環(huán)中單位過(guò)濾面積上的濾餅量將減少，所以濾餅的厚度總是隨著濾帶速度變薄的。表3示出不同濾帶速度與濾濾餅厚度間的關(guān)系。顯然，隨著濾餅厚度的減小將帶來(lái)卸料的困難和影響固體物料的回收率。因此Tiller^[4]等人認(rèn)為帶式過(guò)濾機(jī)的濾餅厚度應(yīng)大于（3～4）×10^－3m。根據(jù)我們的操作結(jié)果，確認(rèn)水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的最小濾餅厚度應(yīng)控制在大于(2.5～3)10^－3m范圍內(nèi)。

水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的真空盤(pán)是由滾輪支承在導(dǎo)軌上前后運(yùn)動(dòng)的，所以帶動(dòng)濾布和真空盤(pán)前進(jìn)所消耗的功率是有限的，一臺(tái)5m²水平真空帶式過(guò)濾機(jī)主電機(jī)的功率為2.2kw。它的操作費(fèi)用集中在真空耗氣和壓縮空氣的能耗上，這二項(xiàng)消耗與單位時(shí)間內(nèi)真空盤(pán)的往復(fù)次數(shù)有關(guān)，由于真空盤(pán)的往復(fù)次數(shù)隨著濾帶速度的提高幾乎成線性地增加，故它的壓縮空氣和真空耗量也隨著上升。圖3所示為一臺(tái)5m²的水平真空帶式過(guò)濾機(jī)壓縮空氣和真空耗氣量與濾帶速度之間的關(guān)系。另外，濾帶速度的提高將影響濾布、卸料刮刀、導(dǎo)軌、返回氣缸、真空切換閥等部件的使用壽命，所以目前的設(shè)計(jì)都把濾帶速度限制在0.1m/s以內(nèi)。

③ 真空濾盤(pán)長(zhǎng)度的影響

前已述及提高濾帶速度縮短過(guò)濾時(shí)間可以提高水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力，但隨著濾帶速度的提高也會(huì)帶來(lái)不少問(wèn)題，所以應(yīng)考慮用短的真空濾盤(pán)來(lái)達(dá)到縮短過(guò)濾時(shí)間的目的。對(duì)于物料的過(guò)濾比阻力系數(shù)小、含固率高、濾餅易于開(kāi)裂的情況，使用短的真空濾盤(pán)是合適的。但若物料過(guò)濾比阻力系數(shù)較高（如ɑ_av>10¹¹kg/m）且含固率較低時(shí)，為了保證形成一定厚度的濾餅，顯然需要一定的過(guò)濾時(shí)間，若使用過(guò)短的濾盤(pán)，由式（4）可知，濾帶會(huì)速度太慢，那么濾餅在最后吸干區(qū)停留時(shí)間延長(zhǎng)，從而導(dǎo)致過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力下降。另外，由于考慮到水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，它的一部分吸干區(qū)在吸濾過(guò)程中沒(méi)有得到充分利用，因而在行程一定的情況下，縮短真空濾盤(pán)長(zhǎng)度會(huì)使這一部分所占的過(guò)濾面積比例上升，引起生產(chǎn)能力下降。所以水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的真空濾盤(pán)長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)根據(jù)物料的特點(diǎn)，真空濾盤(pán)的行程等參數(shù)進(jìn)行反復(fù)試算與比較才能確定。

圖3 真空耗氣量與壓縮空氣耗量和濾帶速度的關(guān)系

圖4為不同的真空濾盤(pán)長(zhǎng)度和濾帶速度對(duì)生產(chǎn)能力的影響，圖中粗實(shí)線部分是考慮了濾餅的卸料和固體的回收率后適宜的操作范圍。再根據(jù)單位時(shí)間的處理能力和操作費(fèi)用就可以比較合理地確定水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的各個(gè)參數(shù)。

圖4 不同濾盤(pán)長(zhǎng)度和濾帶速度與濾餅產(chǎn)率的關(guān)系

結(jié)論

1.試驗(yàn)結(jié)果表明，利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的濾餅比阻力系數(shù)計(jì)算過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的方法是合適的。當(dāng)比阻力系數(shù)大于10¹¹m/kg時(shí)，計(jì)算式忽略濾布的阻力所引起的誤差是在允許的范圍內(nèi)。

2.在根據(jù)不同的過(guò)濾物料特點(diǎn)，確定合適的水平真空帶式過(guò)濾機(jī)基本參數(shù)時(shí)（包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)），可以用實(shí)驗(yàn)測(cè)定P～ɑ_ɑv關(guān)系式，以及用式⑵～⑸試算不同的真空濾盤(pán)長(zhǎng)度、濾帶速度、濾盤(pán)行和的生產(chǎn)能力，結(jié)合卸料可能性和固體回收率的要求，由設(shè)備投資費(fèi)用的和操作費(fèi)用、維修費(fèi)用的比較得到較適宜的結(jié)構(gòu)參數(shù)的操作條件。

3.對(duì)于易過(guò)濾，本文方法由于忽略過(guò)濾介質(zhì)阻力，會(huì)引起很大的誤差，所以是不合適的。本文所述不能完全用于濾餅需要洗滌的過(guò)程。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 姚公弼，“液－固分離應(yīng)用基礎(chǔ)研究試驗(yàn)小結(jié)(1)——餅過(guò)濾基本特性參數(shù)的測(cè)定和在過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算上的應(yīng)用”

[2] F. M. Tiller,A.Aiciatore and M. Shrate “Filtra-tion-prinsiple and practice ”

Par I, Chapter 5 “Filtration in the Chemical Process Industry” ,NewYord (1977).

[3] Derek, B. Purchas,“Cake Fitter TestingAnd Sizing:A Standardised Procedure?”

Filtration and Separation ,9, [2], 161 (1972).

[4] F. M. Tiller and H. Risbud,“Batch Continuous Processes for Cake Filfration”,Chem .Eng. , 81 ,[9] ,127 (1974).

[5] 姚公弼等，“甕安選礦石灰漿過(guò)濾特性和在0.6m²水平真空帶式過(guò)濾機(jī)上處理能力的測(cè)定”（內(nèi)部資料），(1981)。