板框壓濾機結構參數對過濾效果的影響

王鑫

（晉神能源有限公司沙坪洗煤廠，山西 沂州 036500）

選煤廠是對原煤進行處理的場所，其分選、過濾效果將影響原煤的利用率。板框壓濾機屬于固液分離設備，被廣泛應用于選煤廠。隨著選煤廠對分選和過濾效果要求的提升，板框壓濾機的結構需不斷改進。本文以沙坪洗煤廠新型動態板框壓濾機為研究對象，分析板框壓濾機各結構參數對過濾效果的影響。

1 板框壓濾機概述

板框壓濾機主要應用于煤炭、化工、食品以及制藥等行業，主要功能是實現固液分離。與其他過濾設備相比，板框壓濾機具有結構簡單、操作方便、可靠性高、穩定性高以及回收率高等優勢。沙坪洗煤廠板框壓濾機結構如圖1所示。

圖1 板框壓濾機Fig.1 Plate-frame filter press

選煤廠中板框壓濾機主要是對污水進行處理，對應工藝如圖2所示。

圖2 板框壓濾機過濾工藝流程Fig.2 Filtration process of plate-frame filter press

2 數值模擬模型的搭建

基于數值仿真模擬手段對壓濾機結構參數對過濾效果的影響進行研究。、

2.1 新型板框壓濾機三維模型的搭建

沙坪洗煤廠板框壓濾機濾室直徑250 mm，濾室厚度30 mm，進料口直徑14 mm，過濾介質厚度1 mm。為簡化數值模擬的計算量，節省數值模擬計算時間，將新型動態板框壓濾機過濾過程簡化為固相和液相兩相的分離過程；忽略新型動態板框壓濾機濾板表面凸臺結構對固液分離效果的影響，認為分離后的液相僅通過濾布表面流出；在整個過濾過程假定溫度不變；板框壓濾機的過濾介質為多孔介質。

3.1.2 申領駕照者是否應簽署器官捐獻協議 表2顯示，僅31.53%的護士認為“申領駕照者簽署器官捐獻協議”可以接受，這與孔德峰[6]的研究結果類似。要求申請駕駛執照者簽署“愿意在死亡后捐獻器官的協議”，以備申領駕照者在遭遇車禍等意外情況、生命無法救治時，能夠及時捐獻器官，提高器官捐獻率。這一舉措的目的是增加捐獻器官人數，救治更多的器官衰竭患者，但是其中包含強制成分，若申請駕駛執照者拒絕簽署捐獻器官的協議，或許在一定程度上會被認為是自私的行為，有悖于社會道德。因此，是否應該要求申請駕駛執照者簽署捐獻器官的協議，還有待進一步研究。

新型動態板框壓濾機內不同時間、不同位置的濃度變化情況如圖6所示。

2.2 邊界條件的設定

根據框壓濾機的實際工況，設計濾室的入口壓力為0.13 MPa，濾室入口的湍流強度值為4%，濾室出口壓力為標準大氣壓值。設定污水的進料濃度為15%，物料的密度設定為0.86 g/cm3，物料粘度設定為8 mPas，模型中物料的顆粒直徑為0.03 mm。板框壓濾機的核心過濾裝置為多孔介質，過濾裝置的粘性阻力系數為5.7×1010，慣性阻力系數為1×106。

2.3 數值模擬模型的可行性驗證

為驗證上述所搭建模型的可行性，基于FLuent軟件進行板框壓濾機過濾速度數值模擬仿真分析，將仿真所得數據與實驗數據對比。仿真結果如圖3所示。

板框壓濾機的進料方式為對角切向進入，以旋渦的方式進入板框壓濾機的中心位置。新型動態板框壓濾機濾室內速度分布仿真結果如圖4所示。

圖3 板框壓壓濾機過濾速度理論與實際對比Fig.3 Theoretical and practical comparison of filtration speed of plate-frame filter press

對板框壓濾機進口截面位置的壓力分布進行數值模擬仿真分析，如圖5所示。

2.3 數值模擬結果分析

設定數值模擬時間步長為0.005 s，每個步長迭代次數為20次。

2.3.1 速度分布

根據對知識和技術推動經濟增長的作用視角的不同，經濟增長模型主要有三大類：哈羅德中性型、希克斯中性型和索洛中性型（包玉香，2012）。由于本文研究的是老齡化對產業結構的影響，選用哈羅德中性的新古典經濟增長模型，即Y=Kα(AL)β，其中α+β=1。該模型中主要包括四個變量：產量Y、資本K、知識或技術A和勞動L，考慮到時間因素t，經濟產出的生產函數可表示為：

目前酚類物質致癌強度系數還未確定，本研究僅討論酚類物質非致癌風險，計算公式和參數取值參考美國健康影響評估概要表格、丹麥安全與毒理研究所以及相關研究結果（EPA，1997；Nielsen et al.，1999；Tyl et al.，1999）。

信息系統是一個人機交互系統，它感知來自用戶鍵盤、語音、觸摸、視覺等多種方式的輸入信息，經過“思考”“理解”“學習”，以顯示終端、聲音、打印、三維等方式輸出。目前，人工智能在語音和視覺領域的重大突破，將進一步革新人機交互模式。

本次研究結果顯示，以呼吸科住院患者多重耐藥菌檢出率最高，這可能與此類患者多年齡較大，有慢性呼吸系統疾病及其它并發癥，反復發生呼吸道感染而導致抗菌藥物使用的次數較頻繁、藥物種類較多等因素有著密切的關系[3] 。腎病科多重耐藥菌株檢出率居次，這主要是因尿路感染、血液透析患者較多有關，尿路感染易反復發病，而血液透析患者的機體免疫功能較差，也易于發生多種感染性疾病，需要給予抗生素治療有關。

圖4 新型動態板框壓濾機濾室速度分布仿真結果Fig.4 Simulation results of velocity distribution in filter chamber of new dynamic plate-frame filter press

孔隙率越小固液分離的速度越慢，所需時間越長，即過濾效率較低，但孔隙率過大會導致跑料現象的發生，影響濾液質量。對孔隙率分別為0.1、0.2、0.3對應的過濾效果進行分析，如圖7所示。

I2～I4亞族包含W，Mo，Sn，Bi元素組合，與F4，F7因子一致，是區內主要成礦因子；反映區內中高溫熱液成礦作用，該單元是尋找與構造巖漿作用相關礦產的重要區段。

2.3.2 壓力分布

模型的板框壓濾機的過濾速度與實踐生產中的速度走向趨勢相似，均為隨著時間的推移板框壓濾機過濾速逐漸下降，并在后期保持不變。經計算可知，板框壓濾機的理論過濾速度與實際過濾速度的誤差為14%，導致誤差的主要原因為模型在搭建時忽略了板框壓濾機濾布和濾餅。但是，總體上講所搭建的模型可用于結構參數對過濾效果的仿真研究。

水電龍頭長江電力（600900）2018年全年上漲6.51%，國投電力（600886）上漲 12.27%，桂冠電力（600236）上漲3.69%，只有上市新股華能水電由于上市初期被炒原因全年是大跌的。水電板塊上市公司是萬綠叢中一點紅，因為水電板塊經營業績比較穩定，業績受外界影響較小，從而成為A股市場最抗跌板塊之一，且由于現金流太好，分紅收益率普遍較高。長江電力2017年度10派6.8元，分紅收益率4.28%；國投電力2017年度10派1.667元，分紅收益率2.07%；桂冠電力2017年度10派3.3元，分紅收益率更高達5.87%。水電股成為熊市防御品種的典范。

圖5 新型動態板框壓濾機濾室壓力分布Fig.5 Pressure distribution in filter chamber of new dynamic plate-frame filter press

圖5中橫坐標代表濾室內濾餅厚度，當濾餅的厚度在3～5 mm時濾室內的壓力波動較大；隨著濾餅厚度的不斷增加，濾室內各個截面的壓力相對穩定。

2.3.3 不同截面的濃度變化

根據板框壓濾機實際工作情況，采用磷酸-銨和水替代污水，采用CAD/CAE搭建新型動態板框壓濾機濾室的三維模型，將所搭建的三維模型導入FLUNET軟件中，網格數量劃分為50萬。

圖6 新型動態板框壓濾機內不同截面的濃度變化情況Fig.6 Concentration changes of different sections in the new dynamic plate-frame filter press

圖6中橫坐標為與過濾介質之間距離。可以看出，距離過濾介質越小對應的濃度值越高，這是因為濾餅是從靠近過濾介質的位置開始形成，遠離過濾介質位置處的濾餅尚未形成，物流速度較大，導致濃度值較小。隨著過濾操作的進行濃度值不斷增大，約8 s后形成均勻濃度的濾餅。

3 壓濾機結構參數對過濾效果的影響

3.1 過濾介質孔隙率

隨著時間的推移，最大速度從8.4 m/s緩慢降低至6.4 m/s；最大速度變化率在初始階段很大，隨著過濾過程的進行，速度的變化率逐漸減小，這是因為隨著過濾的進行，濾室固相物料堆積較多導致速度降低。

圖7 不同孔隙率與過濾速度的關系曲線Fig.7 Relationship between different porosity and filtration rate

和理論分析一致，隨著孔隙率的減小，壓濾機的過濾速度在不斷降低；隨著孔隙率的增大，濾液中固相的比例增大。當孔隙率為0.1和0.2時濾液中固相的含量僅為0.2%左右，而孔隙率為0.4時對應濾液中固相的含量達1.7%。

3.2 物料粒度

漿液中物料顆粒粒度越小，脫出其表面上的水分需要的張力越大，越不利于脫水操作。對0.01、0.05、0.10、0.15 mm粒度物料的過濾速率進行仿真分析，如圖8所示。不同物料粒度對應的過濾速度的變化趨勢一致，隨著物料粒度的增加，過濾速度逐漸增加，與理論分析一致。

4 結 論

沙坪洗煤廠新型動態板框壓濾機是在傳統壓濾機基礎上改進所得的，基于FLUENT研究新型動態板框壓濾機過濾操作時速度、壓力以及濃度的變化情況，并分析了孔隙率、物料粒度對過濾效果的影響。

（1）隨著時間的推移，濾室內最大速度呈不斷減小的趨勢且變化速率逐漸減小。

（2）當濾室濾餅厚度小于5 m時，壓力波動較大；當濾室濾餅的厚度大于5 m時，濾室內的壓力逐漸穩定。

（3）在板框壓濾機過濾操作時，距離過濾界面越遠的位置濃度值越小。當過濾完成后，濾室內不同截面的濃度值相等。

（4）隨著孔隙率的減小，壓濾機的過濾速度在不斷降低；隨著孔隙率的增大，濾液中固相的比例增大。隨著物料粒度的增加，過濾速度逐漸增加。

圖8 不同粒度對過濾效果的影響Fig.8 Effect of different particle size on filtration