真空立盤過濾機模擬試驗及過濾性能淺析

王 斌， 劉艷麗， 屈冬婷， 岳振宇

(1.洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司， 河南 洛陽 471039；2.中信重工機械股份有限公司， 河南 洛陽 471039)

真空立盤過濾機模擬試驗及過濾性能淺析

王 斌1， 劉艷麗2， 屈冬婷1， 岳振宇2

(1.洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司， 河南 洛陽 471039；2.中信重工機械股份有限公司， 河南 洛陽 471039)

真空立盤過濾機廣泛地應用于過濾分離作業，通過真空過濾模擬試驗了解物料的過濾性能，對真空立盤過濾機的設計起到指導作用，并且對影響過濾的因素進行分析。

真空立盤過濾機； 試驗； 性能

真空立盤過濾機因其占地面積小，生產效率高，廣泛地應用于化工、有色、礦山、食品、環保等行業的過濾分離作業。

由于每一種物料的粒度、濃度、粘度、溫度等影響過濾的參數不同，很難用一種公式計算出所需要立盤過濾機的參數。在工程上通常的做法是先對需要過濾的物料進行模擬過濾脫水試驗。根據實驗可以近似地推論出過濾此物料的立盤過濾機的產能、濾餅的含液率、立盤的所需轉速等基本參數。

1 模擬實驗

模擬試驗的目的是為了對真空立盤過濾機基本參數的設計提供依據，對立盤過濾機的過濾性能進行預估。

1.1 過濾原理

真空盤式過濾機的過濾原理是在真空作用下，使包裹著過濾介質(一般為濾布)的濾盤的內外兩側形成的壓力差，依靠大氣壓力，迫使待過濾物料中的液體通過濾盤上的過濾介質進入濾盤，而料漿中固相顆粒截留在過濾介質上，達到固液分離的目的[1]。真空立盤過濾機的工作周期依次經過吸液區、吸干區和吹風區。吸液區及吸干區借助真空泵的抽吸作用，在濾布上形成固體顆粒的濾餅，進入吸干區進行再次過濾，通過濾餅和過濾介質排出濾液，最后到達吹風區，濾盤上的濾餅通過濾盤內的壓縮空氣反吹脫落至料槽，從而完成一個過濾周期。

根據真空立盤過濾機的工作原理，設計一個模擬試驗裝置如圖1，根據試驗數據分析真空立盤過濾機的單位面積濾餅的產能，單位面積濾液的產能及其過濾機在工作時的最佳轉速等等。

1.2 過濾試驗及數據計算

在實驗過程中，根據實驗時吸液和吸干的時間，可以估算出真空立盤過濾機的產能及最佳轉速。真空立盤過濾機完成一個過濾周期，需經過吸液、吸干、吹風的三個基本過程，那么，在一個過濾周期內(即立盤轉一圈)所需的時間T=t1+t2+t3+t4(單位s)，其中：

t1為在一個過濾周期內，吸液所需時間(s)；

t2為在一個過濾周期內，吸干所需時間(s)；

t3為在一個過濾周期內，吹風所需時間(s)；

t4為在一個過濾周期內，無工作時間(s)。

1.濾液罐 2.濾液 3.管道 4.礦漿槽 5.濾板 6.礦漿 7.空壓機 8.壓力表 9.壓縮空氣閥門 10.真空閥門 11.真空泵 12.真空表 13.流量計圖1 試驗裝置示意圖

在實驗前，先設定一定的吸液、吸干時間。在試驗中，取一定量的礦漿，打開真空泵，將濾板放入礦漿中，調節流量計，當真空表讀數達到工業中應用的過濾機的真空度時，打開真空管閥門，開始記錄吸液時間，當吸液時間到達時，從礦漿中拿出濾板，在經過一定的吸干時間，然后關閉真空閥門，打開壓縮氣體閥門，吹落濾餅。在用取樣器取一定面積的濾餅，稱其重量，做上標記，然后烘干取樣面積的濾餅。

可以計算出濾餅的含液率：

A=(M-m)/M×100%

(1)

式中A—過濾后的濾餅的含液率，%；M—取樣面積濾餅未烘干前的重量，kg；m—取樣面積濾餅烘干后的重量，kg；

也可以推算出過濾機在過濾周期為T(s)的時間內，單位面積濾餅產能：

K濾餅=60M/(TS)

(2)

式中K濾餅—單位面積濾餅產能，kg/m2·min；S—取樣器取樣面積，m2。

取出并測量濾液罐中濾液量L(m3)，可以推算出過濾機在過濾周期為T的時間內，單位面積濾餅產能

K濾液=60S/TL

(3)

式中K濾液—單位面積濾液產能，m3/m2·min。

通過不斷地更改吸液時間、吸干時間，對試驗出的產能數據進行分析，得出最優化的過濾周期。依次就可以推斷出此種礦漿應用真空立盤過濾機的產能，可以推斷出需要設計多少平方米的過濾機，可以確定過濾機的最佳轉速(過濾周期)等等。

2 影響真空濾盤過濾機過濾性能的因素

2.1 設備因素

2.1.1 過濾時間

過濾時間對過濾指標的影響是比較復雜的。在真空過濾機上，過濾時間由過濾機的轉速來體現，轉速越慢，過濾時間越長。對于脫水效果來說，延長過濾時間帶來兩方面的影響：(1)隨過濾時間的延長，脫水時間也相應延長，從而有利于濾餅水分的降低；(2)過濾時間的延長，又使濾餅的厚度增加，導致過濾阻力增加而不利于脫水。因此，必然存在某一適宜的過濾時間使得濾餅水分最低。

2.1.2 浸沒率

浸沒率可以理解為真空過濾時濾盤中被料漿淹沒面積占濾盤面積的百分比。在過濾時間一定時，浸沒率越大，即過濾的吸液時間長，濾餅增厚，過濾機的產能增加。但是還是要根據料漿的性質決定浸沒率及過濾時間的分配，因為當濾餅達到一定厚度時，可能會導致濾餅過濾的透氣性很差，真空已經無法透過濾餅再進行濾餅吸附。

2.1.3 密封性

通過真空系統將數個過濾圓盤接裝在一根水平空心主軸上并坐落槽體上組成的過濾機稱為立式圓盤過濾機。過濾動力來自于中心主軸經分配頭抽真空造成的過濾盤內外兩面的壓力差[2]，迫使流體通過多孔介質(過濾介質)，固體顆粒則截留于介質上，從而達到流體與固體分離的目的。這樣過濾的極限最大過濾推動壓強為0.1 MPa(標準大氣壓為0.1 MPa,在此忽略濾盤在料漿中料漿對濾餅的壓力)。從真空泵到形成濾餅，各個環節的密封性都直接導致壓強降低，影響濾餅的厚度、含液率，甚至過濾機能否正常工作。

2.1.4 結構因素

真空立盤過濾機的主要結構包括中心軸部件、分配頭部件、濾盤部件以及傳動部件如圖2所示。過濾機中心軸流道的大小；流道面積與扇形板面積的匹配；扇形板結構的透氣性與疏水性；分配頭各個區域大小、位置等等都會直接影響過濾機的過濾性能。

圖2 真空立盤過濾機三維模型

3 總結

通過過濾模擬試驗可以很好地了解某種礦漿的過濾性能，對真空立盤過濾機的設計及性能分析有很好的指導意義。對過濾性能的影響因素主要是設備和礦漿，而礦漿的性質一般無法輕易改變，為了提高過濾效率就只能在設備上下功夫。

[1] 唐立夫，王維一.過濾機(第一版)[M]. 北京：機械工業出版社，1984.

[2] 陳維輝.ZPG系列盤式真空過濾機的研制與應用[J]. 冶金設備,2003，(1).

[3] 羅茜.固液分離(第一版)[M].北京：冶金工業出版社，1997：121-123.

Simulated Experiment and Performance Analysis
of Vacuum Vertical Disk Filter

WANG Bin， LIU Yan-li, QU Dong-ting, YUE Zhen-yu

Vacuum vertical disk filters are widely used in solid-liquid separation, on the basis of simulated experiment, this paper understands the material performance, analyses factors influencing filter efficiency, and plays a guiding role to vacuum vertical disk filter design.

vacuum vertical disk filter； experiment； performance

2015-01-08

王 斌(1982-)，男，工程師，碩士，主要從事固液分離設備研究與設計。

TD462.2

A

1003-8884(2015)02-0001-02