利用过滤理论优化带式真空过滤机的设计

  滤饼厚度直接影响过滤速度和滤饼的干燥程度,因此,自动控制系统除控制设备本身的运行外,还要对入料量和工作速度进行逻辑控制,以便在最佳工作速度下达到最大的解决能力、最低的滤饼水分,进而达到最经济、最优化的运行状态。

  通过对影响水平带式真空过滤机过滤效果的因素分析,导出了优化方程,可以准确地选择过滤机并确定最佳操作参数。通过过滤理论分析,为水平带式真空过滤机的设计提供了依据,改善了设计质量,提高了过滤效率。随着各行业的发展,带式真空过滤机必将得到普遍的应用。

  真空箱作为水平带式真空过滤机过滤压差的保证系统,提高真空箱压差最为关键。由于真空箱与滤带相对运动,为了能够更好的保证较高的真空度,在真空箱和胶带间设计一环形摩擦带,并采用水密封,密封水既可作为密封装置的润滑剂,又可作为冷却剂,形成一个很有效的真空密封系统。环形带与橡胶带同步运行,使水平橡胶带不受磨损。为适应不一样行业的不同要求,真空箱设置升降总量,可长时间保证真空室的良好密封性能。结构如图3所示。

  滤布的种类、规格不同,阻力也不同。滤带工作速度是决定滤饼厚度的重要的因素,同时给料浓度也影响滤饼厚度。因此,在处理某一物料时,除了提高入料浓度以外,还可以通过试验选择滤布的种类和滤带速度。

  带式真空过滤机的结构特点是真空箱与特殊胶带之间构成了一个动态的密封真空室。沿着物料的运行方向,有三个真空室,因而,将过滤区分成了三个区,即浓缩区、过滤区和干燥区(图2)。带式真空过滤机主要由橡胶滤带及滤布、真空箱、驱动辊、导向辊、调偏装置、滤布张紧装置和机架等部分组成。

  摘要:通过过滤理论的探讨,根据带式真空过滤机的作业条件,简化了过滤方程,分析了影响过滤效果的因素,并结合理论分析,进行了优化设计,使之达到最佳过滤效果,实现了最经济的运行成本。

  水平带式真空过滤机是使过滤悬浮液在真空箱的真空吸力作用下,通过真空箱上面同步运行的水平胶带和滤布截留固相物料,排出液相流体的一种固液分离设备。它大范围的应用于化工、医药、食品、电力、矿山及环保等行业。水平带式真空过滤机与圆盘过滤机、滚筒过滤机相比,具有一些无法替代的特点。水平带式真空过滤机按有无过滤胶带分为水平胶带式和水平布带式;按其真空箱固定型式分为固定真空箱式和真空箱往复移动式。由于固定真空箱式优于往复移动式,因此,国内外都全力发展固定真空箱式平带过滤机。为适应现代化生产的需要和物料性质不同,需要在设计水平带式真空过滤机时依据过滤理论选用合理参数,以期最大限度地发挥线过滤理论

  从微观学角度看,固体颗粒从悬浮液中分离出来是一种较为复杂的固液分离过程。在生产实践中,应用经验公式做多元化的分析即可达到研究的目的。将粘度为μ的悬浮液中的固体全部截留于过滤介质表面,在过滤过程中,根据Darcy过滤方程有:

  式中:Q为滤液流量, m3/ s; A为过滤面积, m2; K为常数;μ为悬浮液粘度, m2/ s; RE为单位过滤面积的滤饼阻力, L /m; Rm为单位过滤面积的过滤介质阻力,L /m;ΔP为过滤工作所承受的压力差,MPa。

  带式真空过滤机采用合成纤维滤带,在过滤不同的物料时,由于与液体接触,造成滤布面张力不均,在循环运转中会发生左右偏摆。当偏摆超过某些特定的程度时,破坏了密封室的密封性,使真空室压差降低,因此设计良好可靠的纠偏系统特别的重要。纠偏系统主要由汽缸和调偏辊组成,通过光电感应器传输调偏信号,由气动系统驱动汽缸进行在线调偏,且此调偏系统的调节精度可调(图4)。

  此过滤阶段压力恒定不变,过滤速度随介质截留固体的增加而降低。将过滤速度方程式整理积分:

  过滤机的生产能力为单位时间内得到的干物料量。在此,可计算过滤机在单位时间内过滤煤泥水的体积Q,即:

  当操作条件一定时,除V以外,上式中其他量均为常数。为得到最大生产力,将上式求导,并令

  从过滤理论的分析可知,影响过滤速度的因素有压差、悬浮液的性质、介质阻力(滤布和滤饼)等。当过滤压力(即真空度)和介质阻力一定时,则过滤速度主要根据入料性质。入料性质是指悬浮液的粘度、浓度、粒度组成、滤饼的阻力等。这些性质又都互为关联,如微细颗粒含量越多,则粘度与阻力增大;粘度还与细粒本身的性质有关,如粘土类矿物质增多,则粘度增大;滤饼越厚,阻力越大。所以在整个过滤过程中,过滤速度会逐渐降低。

  式中: V为滤液体积, m3; V0为介质的当量滤液体积,或称为虚拟滤液体积;ω为单位面积上沉积的滤饼质量, kg/m2;α为比滤阻, m /kg。

  水平带式真空过滤机所过滤的悬浮液借助流体重力垂落式入料,物料经鱼尾型散落装置均匀地布流在滤带槽内。散落下来的悬浮液中固相颗粒群呈现出自然分层,大颗粒先沉积在滤带槽表明产生预覆层,细粒级后落在预覆层上,提高了滤饼的渗透性,降低了滤阻。可以认为,带式真空过滤机为恒压过滤过程。

  若过滤的是一种澄清液,上式中各参数均为常数,则滤液的流量亦将不变,滤液累积体积随时间延长而线性增加。当过滤含有固体颗粒的悬浮液时,在过滤介质表面上开始累积滤饼,导致滤层阻力逐渐增大,而Q逐渐减小。以上过程如图1所示。

  过滤过程中单位时间内获得滤液的体积称为过滤源自文库率。因此,可以建立过滤速率与各有关因素的一般关系式: