智能化多元素螯合物過濾提取裝置的研制與應用*

申穎亮

(玉田縣職業技術教育中心 河北玉田 064100)

1 傳統板框壓濾機的缺陷

近年來，因化肥施用量過大，在肥料施用過程中氮、磷、鉀比例不合理，施肥方法不當等原因造成肥料利用率低、農田土壤面源污染等問題越來越嚴重，因此研發新型高效肥料在提高肥料利用率、減少農業面源污染和發展高效可持續農業等方面具有重要意義。新型多元素螯合肥料是以氮、磷、鉀三大元素為基礎，通過添加螯合態中微量元素，形成穩定的水溶性有機-無機螯合物，不易被土壤固定，可減輕營養元素間的拮抗作用，使作物對養分的吸收和肥料中養分的釋放同步，從而達到提高肥料利用效率、減輕環境污染的目的。

多元素螯合肥料中添加的多元素螯合物(螯合態中微量元素)在制備過程中多以液態方式進行螯合反應，螯合反應完成后進行固液分離，提取高純度、高含量的螯合態中微量元素液體，其生產流程見圖1。

圖1 多元素螯合物的制取和提純流程

在多元素螯合物干濕分離中，特別是對于多數含水率較大的物料，通常采用板框壓濾機進行固液分離，其基本原理：混合液流經過濾介質(濾布)，固體停留在濾布上，并逐漸在濾布上堆積形成濾餅，液體則透過濾布，成為不含固體的清液；隨著過濾的進行，濾餅厚度逐漸增加，過濾阻力增大；過濾時間越長，分離能力越差，餅渣內液體量越大。

板框壓濾機的缺陷：板框壓濾機是一種間歇性操作的固液分離設備，每次作業結束后，需要人工清理濾網中的餅渣，費時費工，不能實現連續作業；板框壓濾機的濾框給料口容易堵塞，濾餅不易取出，處理量小，工作效率低；鋼材、鋁材等普通材質方板不耐壓，易變形破損，濾布消耗大，板框很難做到無人值守，濾布常需要人工清理等。

2 智能化多元素螯合物過濾提取裝置的設計

基于當前板框壓濾機固液分離存在的技術缺陷，本設計方案的主要特點是通過智能化控制，實現過濾產品的連續作業；利用真空吸入原理，減少動力能源消耗70%；雙層濾網設計，底層為不銹鋼制作的固定式濾網，上層為可更換的尼龍濾網，經久耐用。該裝置具有過濾產品范圍廣的特點，對于濾餅壓縮性大或近于不可壓縮的懸浮液都能適用，操作壓力一般為0.3～1 MPa，特殊的可達3 MPa以上。智能化多元素螯合物過濾提取裝置的示意見圖2，清理系統連接示意見圖3。

1.計算機 2.刮板器 3.不銹鋼過濾網 4.尼龍過濾網 5.儲液罐 6.真空泵 7.漏斗 8.供料罐 9.循環泵 10.供料噴頭圖2 智能化多元素螯合物過濾提取裝置示意

1.計算機 2.刮板器圖3 智能化多元素螯合物過濾提取裝置清理系統連接示意

2.1 主要構成部件及參數

(1)智能化多元素螯合物過濾提取裝置采用不銹鋼過濾網為機底，與不銹鋼過濾網連接的機身采用不銹鋼型材通過螺栓鎖緊連接，機底采用焊接方式與過濾分離機機身固定連接。不銹鋼過濾網上鋪設一層尼龍過濾網，孔徑為13～15 μm，具有極高的耐酸堿性、耐腐蝕性，阻力低，可反復清洗，經濟實用、性價比高，過濾產品范圍廣。不銹鋼過濾網為固定式，采用厚度5～10 mm的不銹鋼制作，孔徑為120.5～178.0 μm。

(2)供料罐通過鋼絲橡膠軟管與循環泵、供料噴頭連接。循環泵電路與計算機相連，控制投料時間及投料量。與循環泵連接的鋼絲橡膠軟管能夠往復移動連續供料，節省了時間，提高了效率。供料噴頭出口采用長方形結構，連接在能夠前后、左右移動的移動架上，并設有動力裝置，兩側設有供料噴頭到位自動回車控制器，以實現連續、往復式自動給料；另外，供料噴頭的左右移動架與前后移動架相連，前后移動架一側設有能夠控制前后移動的電機，電機通過控制電路與計算機相連，兩側設有回車控制器。

(3)儲液罐通過鋼絲橡膠軟管與漏斗連接，一側與真空泵連接，其上設有壓力調節閥，以保持儲液罐內的壓力恒定不變，下方設有出料口，出料口上設有轉換閥門。漏斗材質為不銹鋼，采用焊接的方式組合成梯形結構，中心設有直徑為8～10 cm的圓管出料口，通過轉換閥門與鋼絲橡膠軟管連接。真空泵通過電路與計算機控制器相連，采用真空吸附分離，不僅減少了壓濾的能耗，而且過濾后濾餅中水的質量分數低于10%，分離效果更好。

(4)刮板器通過齒條與傳動裝置連接，齒條具有承載力大、精度高、耐用、低噪聲、能夠往復運動的特點。傳動裝置采用變速往復式電機，與集成控制電路和計算機連接。傳動裝置上設有料層厚度檢測器，當濾餅厚度達到3 cm時，監測系統向計算機系統發出指令，暫停供料5～10 s，同時向刮板器傳動系統發出指令進行濾餅清理，清理出的濾餅從過濾分離機一端出料口導出。

2.2 工作方式

首先啟動真空泵，待壓力達到0.3 MPa時啟動供料系統，供料系統通過循環泵進行往復循環持續供料，供料噴頭在前后移動架和左右移動架上自由移動。隨著真空泵吸附壓力的增大，物料中的液體與固體通過濾網進行分離，液體存儲至儲液罐中。當濾餅厚度達到3 cm時，料層厚度監測系統向供料系統發出指令，暫停供料5～10 s，同時向刮板器傳動系統發出指令，刮板器沿齒條往復運動進行濾餅清理，清理出的濾餅從過濾分離機一端出料口導出。

3 應用效果

按照設計方案，2020年研制生產了智能化多元素螯合物過濾提取裝置試驗樣機1臺，并在多元素液體肥料生產中試應用。實踐表明，與常規板框壓濾機相比，智能化多元素螯合物過濾提取裝置單班(12 h)節約勞動力投入1.5人，班產能由33 t提高至42 t，噸產品節電35.8 kW·h，噸固液分離成本下降150元，年節本增效300多萬元。

智能化多元素螯合物過濾提取裝置具有如下優點。

(1)結構較簡單，操作容易，運行穩定，保養方便，對物料稀稠度適應性強。

(2)機架結構采用不銹鋼型材焊接、螺栓連接方式，使整體強度增加，拆卸、安裝、維修方便。

(3)供料管路可往復移動連續供料，節省了時間，提高了效率。

(4)自動化間歇刮板式清理濾餅，不僅節省了勞動力的投入，而且減輕了操作人員的勞動強度。

(5)真空泵吸附分離，不僅減少了壓濾的能源浪費，而且過濾后濾餅中水的質量分數低于10%，分離效果好。

(6)通過計算機程序控制給料時間、給料速率以及給料噴頭左右、前后運行速率；通過料層厚度監測器指令，控制給料啟停、刮板器啟停；依據給料情況，自動控制調節真空泵的工作壓力始終保持為吸凈物料水分的標準壓力；同時在作業頻率、投料量、故障報警等方面實施自動控制，降低了操作人員的操作風險和勞動強度，保證了系統的運行安全與高效作業。