新型動(dòng)態(tài)掃流板壓濾機(jī)實(shí)驗(yàn)研究

楊懷杰

（華陽(yáng)新材料有限公司選煤質(zhì)量管理中心， 山西 陽(yáng)泉 045000）

0 引言

壓濾機(jī)是實(shí)現(xiàn)固液分離的關(guān)鍵設(shè)備，其被廣泛應(yīng)用于煤礦、洗煤以及污水處理等行業(yè)。隨著對(duì)固液分離需求量的不斷增加，對(duì)壓濾機(jī)性能的要求不斷提升，對(duì)其結(jié)構(gòu)需根據(jù)需求進(jìn)行不斷優(yōu)化改善。本文針對(duì)某新型研發(fā)的動(dòng)態(tài)掃流板壓濾機(jī)對(duì)其過濾效率、過濾等指標(biāo)的影響因素開展相關(guān)試驗(yàn)，通過系統(tǒng)全面的掌握新型動(dòng)態(tài)掃流板壓濾機(jī)的最佳工作狀態(tài)，指導(dǎo)后續(xù)高效的壓濾任務(wù)，重點(diǎn)對(duì)進(jìn)料壓力、進(jìn)料濃度以及進(jìn)料方式對(duì)壓濾機(jī)過濾效果開展相關(guān)試驗(yàn)研究。

1 壓濾機(jī)概述

壓濾機(jī)被廣泛應(yīng)用于煤炭洗選、環(huán)保中的污水治理、制藥行業(yè)以及石油行業(yè)中等對(duì)其中懸浮混合液的分離。綜合考慮到操作成本、簡(jiǎn)便性以及最終的過濾效果，壓濾機(jī)為當(dāng)前應(yīng)用率較高的固液分離設(shè)備。一般的壓濾機(jī)在實(shí)際過濾任務(wù)中需經(jīng)歷壓緊、壓濾、松板以及卸餅四個(gè)關(guān)鍵步驟。在多年的發(fā)展中，板框式壓濾機(jī)已經(jīng)更新?lián)Q代了四代產(chǎn)品，為了適應(yīng)未來各行業(yè)的固液分離需求，壓濾機(jī)將朝著大型化、高過濾壓力、高自動(dòng)化水平以及節(jié)能的方向發(fā)展[1-5]。本文所研究的對(duì)象為一款新型的板框式壓濾機(jī)，該壓濾機(jī)的核心結(jié)構(gòu)為圓形濾框，其主要結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 新型板框式壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，該新型板框式壓濾機(jī)的進(jìn)料口設(shè)置在圓形濾框的對(duì)角方向。其分選原理如下：在泵壓作用下將待分選的物料進(jìn)入過濾室內(nèi)并形成了渦輪狀的轉(zhuǎn)動(dòng)形式，并將轉(zhuǎn)動(dòng)過程中所形成的濾餅沿渦流的中心方向集結(jié)。與傳統(tǒng)板框式過濾機(jī)相比，該新型板框式過濾機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物料的高速分選過濾，極大的提升了過濾速度。為進(jìn)一步研究新型板框式壓濾機(jī)的本身結(jié)構(gòu)所引發(fā)的高速過濾特性和影響過濾速度的因素，本文根據(jù)試驗(yàn)需求設(shè)計(jì)了新型板框式壓濾機(jī)的實(shí)驗(yàn)裝置。

2 實(shí)驗(yàn)裝置及方法

2.1 實(shí)驗(yàn)裝置

結(jié)合對(duì)新型板框式壓濾機(jī)的實(shí)驗(yàn)需求，特設(shè)計(jì)如圖2 所示的實(shí)驗(yàn)裝置。

圖2 新型板框式壓濾機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置

如圖2 所示，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由新型板框式壓濾機(jī)、往復(fù)泵、壓力調(diào)節(jié)器、空氣壓縮機(jī)以及進(jìn)料罐等裝置組成。其中，空氣壓縮機(jī)形成一定壓力的空氣；壓力調(diào)節(jié)器保證待分選的物料在恒壓環(huán)境下進(jìn)入新型板框式壓濾機(jī)中。為了充分展示新型板框式壓濾機(jī)內(nèi)部固液相的流動(dòng)特性，將過濾裝置的濾框和濾板均改造為玻璃可視窗。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)本次新型板框式壓濾機(jī)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，特設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)方法：

1）將預(yù)先準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)裝置按照?qǐng)D2 進(jìn)行安裝；需注意的是，濾布在安裝前需將其在水中進(jìn)行浸泡處理，將采用螺栓連接方式實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定固定。

2）將待分選的物料置于進(jìn)料罐中，同時(shí)保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的各個(gè)通道均處于暢通狀態(tài)。

3）在進(jìn)料之前，提前打開空氣壓縮機(jī)，并按照進(jìn)料壓力調(diào)整空氣壓縮機(jī)的工作狀態(tài)；

4）打開往復(fù)泵，并根據(jù)入料壓力對(duì)壓力調(diào)節(jié)器進(jìn)行設(shè)定；

5）按照上述步驟設(shè)置完成后，開始進(jìn)料，并在出料后對(duì)濾液進(jìn)行收集，通過秒表記錄過濾時(shí)間，采用量筒對(duì)濾液的體積進(jìn)行稱量。

6）待上述過濾操作均完成后，依次關(guān)閉空氣壓縮機(jī)、往復(fù)泵等設(shè)備，待整套系統(tǒng)的壓力下降后打開螺栓，并取出本次過濾所得的濾餅，清洗設(shè)備開始下一階段的過濾實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

針對(duì)新型動(dòng)態(tài)掃流板壓濾機(jī)，重點(diǎn)對(duì)過濾過程中的濾室內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)和不同進(jìn)料參數(shù)下對(duì)應(yīng)的過濾效果進(jìn)行對(duì)比。

3.1 濾室固液相流動(dòng)特性研究

為了能夠清晰地掌握新型動(dòng)態(tài)掃流板壓濾機(jī)在實(shí)際過濾操作中過濾室內(nèi)的固液相的流動(dòng)特性，本次實(shí)驗(yàn)所選擇的分離的物料為油菜籽和水的混合物。其中，所設(shè)定的進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，物料密度為0.9 g/cm3，物料的黏度為5 mPa·s，物料的顆粒直徑為0.1 mm；設(shè)定過濾壓力為0.13 MPa，實(shí)驗(yàn)溫度為20 ℃。分別對(duì)對(duì)角切向進(jìn)料方式和中心進(jìn)料兩種不同方式下對(duì)應(yīng)的濾室內(nèi)的固液相流動(dòng)特性進(jìn)行對(duì)比。觀察結(jié)果如圖3 所示。

圖3 濾室固液相流動(dòng)特性

如圖3-1 所示，在對(duì)角切向進(jìn)料方式下，隨著過濾時(shí)間的推移，待分選物料在泵壓和剪切力的作用下，油菜籽逐步向中心位置移動(dòng)，并在最終分布于整個(gè)濾室中；如圖3-2 所示，在中心進(jìn)料方式下，物料從中心向周圍擴(kuò)散，尤其無剪切力的作用導(dǎo)致其不會(huì)對(duì)濾餅進(jìn)行沖刷，無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)過濾的效果。

3.2 不同進(jìn)料參數(shù)對(duì)過濾效果的影響

不同進(jìn)料參數(shù)包括進(jìn)料壓力、進(jìn)料方式以及進(jìn)料濃度等。首先對(duì)進(jìn)料方式對(duì)過濾效果的影響展開研究，即對(duì)中心進(jìn)料和對(duì)角切向進(jìn)料兩種方式的過濾效果進(jìn)行對(duì)比。待分選的物料為活性白土和無機(jī)凝膠與水組成的懸浮液，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)定為10%，進(jìn)料壓力設(shè)定為0.26 MPa。在上述基礎(chǔ)條件設(shè)置下，得出不同進(jìn)料方式對(duì)應(yīng)的過濾速度進(jìn)行對(duì)比，如圖4 所示。

圖4 不同進(jìn)料方式對(duì)應(yīng)壓濾機(jī)過濾速度對(duì)比

如圖4 所示，在過濾初期，采用對(duì)角切向進(jìn)料方式對(duì)應(yīng)的過濾速度遠(yuǎn)大于采用中心進(jìn)料方式的過濾速度；隨著過濾操作的進(jìn)行，由于無機(jī)凝膠屬于較難過濾的物質(zhì)，導(dǎo)致兩種進(jìn)料方式對(duì)應(yīng)的過濾速度不存在明顯差異；但是，依然表現(xiàn)為切向進(jìn)料過濾速度大于中心進(jìn)料方式。

同理，對(duì)對(duì)角切向進(jìn)料方式，進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，對(duì)應(yīng)進(jìn)料壓力分別為0.26 MPa、0.44 MPa 和0.60 MPa 下對(duì)應(yīng)的過濾速度進(jìn)行對(duì)比得出：隨著進(jìn)料壓力的增加對(duì)應(yīng)過濾速度也提升。

同理，對(duì)對(duì)角切向進(jìn)料方式下，進(jìn)料壓力為0.26 MPa，對(duì)進(jìn)料質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、15.5%和20%下對(duì)應(yīng)的過濾速度進(jìn)行對(duì)比得出：隨著進(jìn)料濃度的增加對(duì)應(yīng)過濾速度呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)；尤其是在過濾初期對(duì)應(yīng)的過濾速度衰減較快，隨著過濾的進(jìn)行過濾速度也達(dá)到了穩(wěn)態(tài)。

4 結(jié)論

壓濾機(jī)為煤炭洗選中不可或缺的裝置，其主要實(shí)現(xiàn)固液相的分離。本文針對(duì)對(duì)角切向進(jìn)料方式下的新型動(dòng)態(tài)掃流板壓濾機(jī)為例開展研究，重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)料方式、進(jìn)料濃度以及進(jìn)料壓力對(duì)物料的過濾效果采用實(shí)驗(yàn)方式展開對(duì)比研究，并總結(jié)如下：

1）采用對(duì)角切向進(jìn)料方式能夠相比中心進(jìn)料方式獲得更大的過濾速度；

2）進(jìn)料壓力越大對(duì)應(yīng)的過濾速度越快；進(jìn)料濃度越大在過濾初期速度衰減越明顯，但是在過濾后期進(jìn)料濃度對(duì)過濾速度的影響不明顯。