無水腿真空多圓盤過濾設備

蘇惠陽

(1.福建省輕工機械設備有限公司,福建福州,350100；2.泉州華中科技大學智能制造研究院；福建泉州，362000)

?

·無水腿真空過濾機·

無水腿真空多圓盤過濾設備

蘇惠陽1，2

(1.福建省輕工機械設備有限公司,福建福州,350100；2.泉州華中科技大學智能制造研究院；福建泉州，362000)

介紹了無水腿真空多圓盤過濾設備的基本結構、工作原理以及工藝流程；探討了其關鍵技術,包括采用負壓發生裝置的真空發生系統和離心通引風機產生正壓空氣剝漿以及多段洗滌；對該類設備的優勢特點進行了分析,并對其實踐情況做簡要介紹。

真空過濾機；無水腿；多段式；正壓剝漿

真空多圓盤過濾設備用于制漿造紙行業漿料的濃縮和過濾洗滌[1],無論是用于漿料濃縮還是過濾洗滌,其真空幾乎多由“水腿管”產生落差形成,然而,由于“水腿管”的存在,對設備安裝有嚴格要求。多圓盤過濾設備往往由多臺串聯使用以提高漿料的洗凈程度[2-3],但由于多圓盤過濾設備體積龐大,且由多臺多圓盤過濾設備組成的過濾洗滌系統對中間設備有一定的要求,占地面積大、設備采購及基礎建設費用高。針對這一現象,福建省輕工機械設備有限公司(簡稱本公司)研發出一類無水腿真空多圓盤過濾設備用于漿料濃縮或多次過濾洗滌，本文對此進行介紹。

1　無水腿真空多圓盤過濾設備

由本公司研發的無水腿真空多圓盤過濾設備主要有無水腿真空多圓盤濃縮機和多段式多圓盤洗漿機兩種,前者采用無水腿的真空系統,后者采用多段式洗滌方式更是實現了一機多段洗滌功能。

1.1無水腿真空多圓盤濃縮機

無水腿真空多圓盤濃縮機主要用于漿料的濃縮,即把濃度0.8%的漿料濃縮至8%～10%,同時在濃縮過程中對漿料進行洗滌。

1.1.1設備基本結構

無水腿真空多圓盤濃縮機的基本結構如圖1所示,主要是由機架、傳動裝置、洗網裝置、進漿箱、機罩、槽體、出漿螺旋輸送裝置、圓盤軸和分配閥及真空發生裝置等組成。

1.1.2設備工作原理

無水腿真空多圓盤濃縮機是通過過濾脫水的原理對紙漿進行濃縮的,其過濾脫水過程是在過濾盤片表面兩側壓力差作用下,使懸浮液中的固相物體與水分離,水流過過濾盤片表面,而固相物體因為負壓附著在過濾盤片表面上形成濾餅[1]。過濾盤片上的濾餅同樣是在其表面兩側壓力差的作用下被剝離。無水腿真空多圓盤濃縮機的過濾脫水原理如圖2所示。

圖1　無水腿真空多圓盤濃縮機的基本結構

圖2　無水腿真空多圓盤濃縮機的過濾脫水原理

濾盤表面兩側形成的壓力差主要由自然形成的壓力差和負壓形成的壓力差組成。自然形成的壓力差是指當濾盤轉動進入槽體內紙漿液面以下時,由濾盤表面兩側介質(濾盤外表面為紙漿懸浮液,濾盤內表面為空氣)不同形成的壓力差；負壓形成的壓力差是指當轉動的濾盤內外表面不存在自然形成的壓力差時,通過借助外部力量讓濾盤內表面產生負壓力,使濾盤內外表面形成壓力差。

濾餅的剝離過程是借助正壓形成的壓力差將濾盤上濃縮后的漿料剝離,即采用正壓空氣對漿料進行剝離。

1.2多段式多圓盤洗漿機

多段式多圓盤洗漿機主要是用于漿料的多次洗滌。

1.2.1設備基本結構

圖3　多段式多圓盤洗漿機的基本結構

多段式多圓盤洗漿機的基本結構如圖3所示,主要是由機架、傳動裝置、洗網裝置、進漿箱、機罩、槽體、分段洗滌過渡系統、圓盤軸和分配閥等組成。其中,進漿箱、槽體通過不同形式的隔板形成三段區域,而分段洗滌過渡系統則是起到對一段至二段、二段至三段間的漿料輸送過程中的稀釋和均勻混合作用。

1.2.2設備工作原理

多段式多圓盤洗漿機在工作原理上,過濾脫水過程與無水腿真空多圓盤濃縮機區別在于前者全程過濾脫水都是利用重力脫水,與重力多圓盤濃縮機的過濾脫水工作原理相同。而在漿料的剝離方式上,多段式多圓盤洗漿機與無水腿真空多圓盤濃縮機則完全不同,它保留了原有設備的剝漿方式,即采用高壓水槍剝離漿料。

1.2.3設備工藝流程

多段式多圓盤洗漿機的段數是根據工藝要求設定的,并且為了保證每段過濾洗滌的效果,要求每段過濾洗滌的進漿濃度都須保持在0.8%～1.2%范圍內。多段式多圓盤洗漿機的工作流程是：工藝流程上道工序的漿料經處理得到濃度0.8%～1.2%的漿料后進入一段洗滌,一段過濾洗滌后的漿料進行稀釋，攪拌均勻后進入二段洗滌；同樣的操作過程進入第N段洗滌。為了保證每段洗滌的進漿濃度，需在每段進漿箱處安裝在線濃度檢測儀,每段洗滌間漿料的輸送是通過漿泵來完成的。多段式多圓盤洗漿機的工作流程如圖4所示。

2　關鍵技術

無水腿真空多圓盤過濾設備主要有兩個關鍵技術,分別是無水腿負壓濃縮過濾正壓剝漿和多段洗滌。

圖4　多段式多圓盤洗漿機的工作流程

圖5　無水腿真空多圓盤過濾設備的真空系統

圖6　真空發生裝置結構示意圖

2.1無水腿負壓濃縮過濾正壓剝漿技術

無水腿真空多圓盤過濾設備的分配閥根據功能的不同將真空系統分為負壓過濾濃縮脫水區和正壓漿料剝離區。負壓區的負壓是由負壓發生裝置形成的。正壓區的正壓則是由離心通引風機抽取的空氣注入形成的。圖5是無水腿真空多圓盤過濾設備的真空系統示意圖。

2.1.1負壓發生裝置

真空系統中的負壓發生裝置，即真空發生裝置，主要有負壓罐、抽漿泵、水封池、引水管、分配閥、圓盤軸以及設備槽體等組成,其結構簡易示意圖如圖6所示。

2.1.2負壓發生的工作原理

泵啟動前(圖6(a)),往注水管A注水后,將A封閉。負壓罐內水位處于其截面1-1處,不注水空間構成一個氣體系統,壓力為P1(P1為1個標準大氣壓,即0.1013 MPa),體積為V1,其中該系統氣體體積V1包括負壓罐內不貯水空間Vab及引水管內不貯水空間Vg。而此時,水封池內液位處于3-3截面處,其上方的不貯水空間同樣構成一個氣體系統,壓力為P2(P2同樣為1個標準大氣壓,即0.1013 MPa),體積為V2,其中該系統氣體體積V2包括水封池內不貯水空間V2-3及水封池2-2截面處上方至設備槽體間不貯水空間Vj。

當泵啟動后,負壓罐內液面下降至1′-1′,不貯水空間體積增至V1′,罐內壓力為P1′,此時,負壓罐內的這一物理變化在溫度T不變的情況下符合氣體狀態方程式：

P1·V1=P1′·V1′

(1)

假設,負壓罐內不貯水空間體積增加變化量為ΔV1,則有：

V1′=V1+ΔV1

(2)

將式(2)代入式(1)中,則有：

(3)

因此,泵啟動后負壓罐內水位下降至于截面1′-1′處時，不貯水氣體系統壓力P1′為負壓。水封池內液位由原來的截面3-3處降至截面3′-3′處,水封池內上方不貯水空間體積增至V2′,上方壓力為P2′,此時,水封池內的這一物理變化在溫度T不變的情況下同樣符合氣體狀態方程式：

P2·V2=P2′·V2′

(4)

假設,水封池內不貯水空間體積增加變化量為ΔV2,則有：

V2′=V2+ΔV2

(5)

將式(5)代入式(4)中,則有：

(6)

因此,泵啟動后水封池內水位下降至截面3′-3′處時，不貯水氣體系統壓力P2′為負壓。

由此可知,整個負壓發生裝置可看作一個二級負壓發生裝置。

2.1.3真空度的確定

水封池內氣體系統的工作壓力P2′可以根據工藝要求選取,而負壓罐內氣體系統的工作壓力P1′則是根據流動液體的能量守恒方程——伯努利方程式計算而得。伯努利方程式如式(7)所示。

(7)

式中：ρ為輸送液體密度(kg/m3)；g為重力加速度(9.81 m/s2)；v1為水封池液面下降速度(m/s)；v2為負壓罐液面下降速度(m/s)；h為液體輸送高度(m)；hw為液體輸送過程中的能量損失(m)。

由于水封池液面下降的速度v1遠小于v2,故v1可近似為0,且液體輸送高度h為(H1-H2),因此式(7)可簡化為：

(8)

所以負壓罐所需的真空度Pz為

(9)

2.1.4負壓穩定性控制

負壓罐及水封池的設計依據是ΔV1和ΔV2,即將式(3)和式(6)代入式(9)分別計算可得。根據計算所得的ΔV1和ΔV2數據,確定負壓罐及水封池相應的液面控制截面1′-1′和3′-3′位置,通過液位傳感器實時監測負壓罐及水封池內液面變化情況,通過調節負壓罐內截面1′-1′的位置，即調節負壓罐內的負壓值以保證水封池內截面3′-3′的位置在誤差可控范圍內。

2.1.5正壓剝漿技術

正壓剝漿技術是借助于離心通引風機工作過程中的吸氣及呼氣的原理實現的。離心通引風機吸氣口與過渡水箱上方相連接,可與負壓發生裝置共同用于調節設備脫水所需的真空度,而將其呼氣口與分配閥正壓區相連接,則離心通引風機從過渡水箱吸取的空氣可用于過濾洗滌后漿料的剝離。現場設備工作圖如圖7所示。

圖7　現場設備工作圖

2.2多段洗滌

多段洗滌主要是針對多段式多圓盤洗漿機提出的,要實現這一功能需要解決分段洗滌后漿料的稀釋和均勻混合的問題,此外還有分段洗滌時洗滌液位的控制。

2.2.1分段過濾洗滌后的漿料稀釋

多段式多圓盤洗漿機對漿料分段過濾洗滌后，漿料的稀釋主要通過加水稀釋達到下一段過濾洗滌所需的進漿濃度要求。這雖然是該設備的關鍵技術，但較容易實現。主要是在每段過濾洗滌后的漿料剝離處直接加水，以及在之后的均勻混合中加水稀釋至下一段洗滌的漿料進漿濃度(0.8%～1.2%)。

2.2.2分段過濾洗滌后漿料稀釋過程中的均勻混合

分段過濾洗滌后漿料的稀釋并不能得到均勻混合的漿料,因此需要增加均勻混合的裝置使下一段進漿的漿料混合均勻,勻漿裝置結構原理圖如圖8所示。

圖8　勻漿裝置結構原理圖

從圖8可看到,進漿箱中漿料入口位于勻漿盤中的中心位置,而漿料出口位于勻漿盤中的偏心位置。漿料在進入勻漿盤后由于出口位置偏心,漿料撞擊勻漿盤頂部得到第一次勻漿。清水沿勻漿盤切線位置進入,對漿料稀釋的同時,更使勻漿盤中的漿料因為清水注入產生切向速度的帶動得到第二次勻漿。

3　設備優勢分析及應用實踐

3.1優勢特點分析

無水腿真空多圓盤過濾設備相比于其他紙漿過濾濃縮和洗滌設備具有以下幾點優勢：

(1)無水腿真空系統無水腿真空多圓盤過濾設備采用負壓發生裝置產生負壓的方式使濾盤內外產生一定的壓差用于紙漿的脫水,避免了因為“水腿管”而產生的設備基礎的特殊要求。

(2)正壓剝漿通過對離心通引風機抽取空氣的回收,用于濾盤上漿料的剝離,對于無水腿真空多圓盤濃縮機則是減少了高壓水的使用。

(3)多段洗滌由于多段式多圓盤洗漿機是通過多次濾水把紙漿中的雜質清洗干凈,因此相較其他過濾洗滌設備能達到更好的洗滌效果。

總之，無水腿真空多圓盤過濾設備主要有設備基礎要求低、環保(用水少)、一機復用(高洗滌性能)等特點。因此,該類設備在基礎建設費用、環保用水費用以及設備購置(用于多段洗滌的相關設備)費用明顯大幅降低,使紙廠在選購該類設備有了更經濟的選擇。

3.2應用實踐及效果

目前,由本公司研發的ZNP3612A多段式多圓盤洗漿機已在福建聚輝紙業有限公司正式投產使用,是該紙廠35 t/d新型脫墨漿生產工藝流程上的洗滌設備之一,用于浮選脫墨后漿料的過濾洗滌。

35 t/d新型脫墨漿生產工藝流程為：皮帶輸送機→水力碎漿機→雙圓網壓漿機→成熟塔→圓筒篩→高濃除渣器→雜質分離機→壓力縫篩→圓形脫墨浮選槽→多段式多圓盤洗漿機→滅菌塔→圓網濃縮機→三段低濃除渣系統→網前篩→3500 mm衛生紙機。

作為浮選槽后漿料的過濾洗滌設備,最初的多段式多圓盤洗漿機的脫水采用真空脫水的原理實現,后來在試機過程中發現,采用真空(真空度為0.03 MPa)脫水后的漿濃太高(10%～12%)不利于漿料的洗滌以及多段洗滌過程中的稀釋和混合,經多次改造后,現在采用重力脫水實現了工藝濃度的要求,漿料白度經過多段洗滌后得到明顯提高。表1是ZNP3612A設備現場運行的主要參數。

表1　ZNP3612A多段式多圓盤洗漿機主要技術參數

4　結　語

無水腿真空多圓盤過濾設備其創新的二級負壓發生裝置和離心通引風機產生正壓的真空系統，解決了該類設備長期以來因“水腿管”高度要求存在的設備基礎要求高的問題；而濃縮后漿料剝離方式則完全有別于高壓水槍剝離漿料的方式,減少了高壓水的使用,保證了漿料濃縮后的濃度,提高了設備整體的工藝性能；特有的多段洗滌功能使該類設備的洗滌能力強于其他單段洗滌的設備,實現了一機復用的功能。

[1]華南工學院, 天津輕工業學院. 制漿造紙機械與設備[M]. 北京： 中國輕工業出版社, 1993.

[2]梁實梅, 張靜嫻, 張松壽. 制漿技術問答[M]. 2版. 北京： 中國輕工業出版社, 2004.

(責任編輯：常青)

A Multi-disc Vacuum Filter without Water Leg

SU HUI-yang1,2

(1.FujianLightIndustrialMachineryEquipmentCo.,Ltd.,Fuzhou,FujianProvince, 350100;2.Quanzhou-HUSTIntelligentManufacturingInstitute,Quanzhou,FujianProvince, 362000)

Basic structure, working principle and technology of a multi-disc vacuum filter without water leg were introduced; the key technologies, included the vacuum system without water leg, the washed pulp peeling off by blowing of centrifugal fan and multi-disc washing were discussed; then the characteristics and advantages of the equipment were analyzed; finally its practical application was also briefly introduced.

vacuum filter; without water leg; multistage type; stripping pulp by positive pressure

蘇惠陽先生,碩士,工程師；主要從事制漿造紙設備、智能化制造設備的研發設計工作。

2016- 01-13(修改稿)

TS733+.4

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.05.012

(E-mail: suhuiyang2013@163.com )