真空帶式過濾機生產能力的確定與參數(shù)選擇

本文以甕安礦選礦過程中產生的石灰漿為研究對象，驗證了過濾機生產能力的計算方法。討論了水平真空帶式過濾機用于過濾過程的放大時，真空濾盤的長度、濾盤的行程、連度等參數(shù)對生產能力和操作費用的影響。提出了設備放大時如何正確選擇參數(shù)的范圍。

液－固分離過程在化工生產中占有相當重要的地位。我們曾討論了濾餅過濾過程中的生產能力計算^[1],Tiller^[2],Pwches^[3]等人研究了過濾機生產能力的計算方法。但是都很少涉及到正確決定過濾機的主要結構參數(shù)的操作參數(shù)的問題。本文以甕公安礦的在選礦過程在產生的石灰漿固－液分離為對象，驗證了我們曾討論過的過濾機生產能力的計算方法。結合水平真空帶式過濾機的工作特點，討論了水平真空帶式過濾機在用于過濾過程放大時，真空濾盤的長度、真空濾盤的行和、濾帶的速度等參數(shù)對生產能力的影響。當考慮了濾餅厚度對卸料和固體回收率的影響。濾帶速度對機械運轉可靠性和操作費用的影響后，提出了一個放大時可供參考的真空濾盤長度、濾帶速度、真空濾盤的行程等參數(shù)的選擇范圍。

實 驗 結 果

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

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 過濾壓力，N/m²

圖1為logP～logɑ_ɑ0結果。

利用式［1］計算的比阻力系數(shù)和實驗值的誤差列于表1，其計算平均誤差為－0.4％

表1 甕安礦選石灰漿的比阻力系數(shù)測定和實驗關聯(lián)式計算結果

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

誤差＝（實測值－計算值）、實測值

生產能力計算式^[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 過濾時間,s

m 濾餅的含液率，液/干固

在0.6m²的水平真空帶式過濾機上用三批甕安礦選礦產生的石灰漿進行測試。用式（1）和式（2）計算各操作條件下的生產能力，其結果列于表2。結果表明，用本方法計算得到的過濾機生產能力的平均誤差為6.4％，最大誤差范圍為20.9％～－9.9％?？梢娛褂帽痉椒ù_定的過濾機生產能力可以用于工程放大，由于計算中忽略了濾布的阻力，所以計算值顯示出正誤差是合理的。

表2 0.6m²水平真空帶式過濾機用于甕安礦石灰漿過濾的生產能力測定

注：①盤長1.92m，返回時間2s.

②為了保證有足夠的濾餅吸干時間，此試驗的吸干區(qū)長度為1.42，已不適宜操作。

③計算誤差＝（計算值－實驗值）/計算值

主要參數(shù)對生產能力、操作費用的影響

本文所討論的水平真空帶式過濾機是往復盤式過濾機，它是一種上加料的水平式連續(xù)真空過濾機。過濾機是連續(xù)工作是由真空濾盤在氣控系統(tǒng)下作往復前后運動和濾事在頭輪的驅動下作連續(xù)向前的移動來實現(xiàn)的，因此這種過濾機的真空濾盤每往復一次的時間由二部分組成：

T_C=T_F+T_D (3)

式中

T_C 真空濾盤往復一次所需的時間，s_?

T_F 有效過濾時間，s

T_D?無效工作時間（非工作時間），s;一般為1.5～3s。

單位時間中往復次數(shù)會影響有效工作時間。過濾物料在真空濾盤上的停留時間和濾

帶的速度有下列關系：

T=L/u s (4)

式中

T 物料的過濾時間，s

L 真空濾盤的長度，m

U 濾帶的速度，m/s

可見濾布的速度和真空濾盤的長度確定了物料的過濾的時間，因此當需要過濾的物料特性確定后，首先要正確地選擇真空濾盤的長度、濾帶的速度和真空濾盤的行程等參數(shù)。

根據濾餅過濾過程中過濾機的生產能力計算式（2），可以得到單位時間內濾餅的產率為：

w/t=2Pps/(1-ms)μ （5）

圖2為一定操作條件下過濾時間和濾餅產量與產率之間的關系。由圖可見，縮短過濾時間，即提高濾帶速度的、和減小真空濾盤的長度可以顯著地提高過濾機的生產能力。下面將分別討論真空濾盤長度、濾帶速度、真空濾盤行程對過濾機生產能力和操作費用的影響。

圖2過濾時間和濾餅產量及產率的關系

① 真空濾盤的行程

由式（3）可知，當其它條件不變時，增加真空濾盤的行程和加快真空濾盤的返回速度都可以提高水平真空帶式過濾機的有效工作時間，介是當濾盤行程太長和返回速度太高時，會使它的運動慣量和機械振動增加，同時帶來聯(lián)接真空濾盤和集液管間的橡膠置上的困難，造成過濾機總體布置上的不全理，幫在設計中，一般中小型的真空濾盤行程為0.500～0.600m。對于過濾面積為數(shù)十平方米的設備，真空濾盤行程以1.000m為好。

② 濾帶速度和生產能力間的關系

為了提高過濾機的生產能力，可以采用提高濾帶速度、縮短過濾時間的方法，但對于水平真空帶式過濾機來講，隨著濾帶速度的提高，真空濾盤在單位時間內返回的次數(shù)增加無效工作時間所占比例上升。在實際操作中，生產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，生產能力的提高逐漸綏慢增加，最終達到某一極限值。超過此濾帶速度后，過濾機的生產能力反而有所下降。表3列出試驗中的石灰漿在真空度下（～5.33×10⁴N/m²）進行過濾時，干濾餅的生產能力與濾帶速度間的關系。由表可見，對這種物料，當濾帶速度達0.042m/s時，生產能力反而開始下降。

表3 0.6m2水平真空帶式過濾機生產能力和濾帶速度的關系

注：真空濾盤長度1.920米，返回時間：2秒，可能由進料含率誤差引起。

如上所述，隨著濾帶速度的提高，過濾機生產能力一般是增加的。但是隨著濾帶速度的提高，過濾時間隨之下降，每次循環(huán)中單位過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系。顯然，隨著濾餅厚度的減小將帶來卸料的困難和影響固體物料的回收率。因此Tiller^[4]等人認為帶式過濾機的濾餅厚度應大于（3～4）×10^－3m。根據我們的操作結果，確認水平真空帶式過濾機的最小濾餅厚度應控制在大于(2.5～3)10^－3m范圍內。

水平真空帶式過濾機的真空盤是由滾輪支承在導軌上前后運動的，所以帶動濾布和真空盤前進所消耗的功率是有限的，一臺5m²水平真空帶式過濾機主電機的功率為2.2kw。它的操作費用集中在真空耗氣和壓縮空氣的能耗上，這二項消耗與單位時間內真空盤的往復次數(shù)有關，由于真空盤的往復次數(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5m²的水平真空帶式過濾機壓縮空氣和真空耗氣量與濾帶速度之間的關系。另外，濾帶速度的提高將影響濾布、卸料刮刀、導軌、返回氣缸、真空切換閥等部件的使用壽命，所以目前的設計都把濾帶速度限制在0.1m/s以內。

③ 真空濾盤長度的影響

前已述及提高濾帶速度縮短過濾時間可以提高水平真空帶式過濾機的生產能力，但隨著濾帶速度的提高也會帶來不少問題，所以應考慮用短的真空濾盤來達到縮短過濾時間的目的。對于物料的過濾比阻力系數(shù)小、含固率高、濾餅易于開裂的情況，使用短的真空濾盤是合適的。但若物料過濾比阻力系數(shù)較高（如ɑ_av>10¹¹kg/m）且含固率較低時，為了保證形成一定厚度的濾餅，顯然需要一定的過濾時間，若使用過短的濾盤，由式（4）可知，濾帶會速度太慢，那么濾餅在最后吸干區(qū)停留時間延長，從而導致過濾機的生產能力下降。另外，由于考慮到水平真空帶式過濾機的運動特點，它的一部分吸干區(qū)在吸濾過程中沒有得到充分利用，因而在行程一定的情況下，縮短真空濾盤長度會使這一部分所占的過濾面積比例上升，引起生產能力下降。所以水平真空帶式過濾機的真空濾盤長度應當根據物料的特點，真空濾盤的行程等參數(shù)進行反復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系

圖4為不同的真空濾盤長度和濾帶速度對生產能力的影響，圖中粗實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。再根據單位時間的處理能力和操作費用就可以比較合理地確定水平真空帶式過濾機的各個參數(shù)。

圖4 不同濾盤長度和濾帶速度與濾餅產率的關系

結論

1.試驗結果表明，利用實驗室測定的濾餅比阻力系數(shù)計算過濾機生產能力的方法是合適的。當比阻力系數(shù)大于10¹¹m/kg時，計算式忽略濾布的阻力所引起的誤差是在允許的范圍內。

2.在根據不同的過濾物料特點，確定合適的水平真空帶式過濾機基本參數(shù)時（包括結構參數(shù)和操作參數(shù)），可以用實驗測定P～ɑ_ɑv關系式，以及用式⑵～⑸試算不同的真空濾盤長度、濾帶速度、濾盤行和的生產能力，結合卸料可能性和固體回收率的要求，由設備投資費用的和操作費用、維修費用的比較得到較適宜的結構參數(shù)的操作條件。

3.對于易過濾，本文方法由于忽略過濾介質阻力，會引起很大的誤差，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程。

參 考 文 獻

[1] 姚公弼，“液－固分離應用基礎研究試驗小結(1)——餅過濾基本特性參數(shù)的測定和在過濾機生產能力計算上的應用”

[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，“甕安選礦石灰漿過濾特性和在0.6m²水平真空帶式過濾機上處理能力的測定”（內部資料），(1981)。