新型動態掃流板壓濾機實驗研究

楊懷杰

（華陽新材料有限公司選煤質量管理中心， 山西 陽泉 045000）

0 引言

壓濾機是實現固液分離的關鍵設備，其被廣泛應用于煤礦、洗煤以及污水處理等行業。隨著對固液分離需求量的不斷增加，對壓濾機性能的要求不斷提升，對其結構需根據需求進行不斷優化改善。本文針對某新型研發的動態掃流板壓濾機對其過濾效率、過濾等指標的影響因素開展相關試驗，通過系統全面的掌握新型動態掃流板壓濾機的最佳工作狀態，指導后續高效的壓濾任務，重點對進料壓力、進料濃度以及進料方式對壓濾機過濾效果開展相關試驗研究。

1 壓濾機概述

壓濾機被廣泛應用于煤炭洗選、環保中的污水治理、制藥行業以及石油行業中等對其中懸浮混合液的分離。綜合考慮到操作成本、簡便性以及最終的過濾效果，壓濾機為當前應用率較高的固液分離設備。一般的壓濾機在實際過濾任務中需經歷壓緊、壓濾、松板以及卸餅四個關鍵步驟。在多年的發展中，板框式壓濾機已經更新換代了四代產品，為了適應未來各行業的固液分離需求，壓濾機將朝著大型化、高過濾壓力、高自動化水平以及節能的方向發展[1-5]。本文所研究的對象為一款新型的板框式壓濾機，該壓濾機的核心結構為圓形濾框，其主要結構如圖1 所示。

圖1 新型板框式壓濾機結構

如圖1 所示，該新型板框式壓濾機的進料口設置在圓形濾框的對角方向。其分選原理如下：在泵壓作用下將待分選的物料進入過濾室內并形成了渦輪狀的轉動形式，并將轉動過程中所形成的濾餅沿渦流的中心方向集結。與傳統板框式過濾機相比，該新型板框式過濾機能夠實現對物料的高速分選過濾，極大的提升了過濾速度。為進一步研究新型板框式壓濾機的本身結構所引發的高速過濾特性和影響過濾速度的因素，本文根據試驗需求設計了新型板框式壓濾機的實驗裝置。

2 實驗裝置及方法

2.1 實驗裝置

結合對新型板框式壓濾機的實驗需求，特設計如圖2 所示的實驗裝置。

圖2 新型板框式壓濾機實驗裝置

如圖2 所示，實驗系統由新型板框式壓濾機、往復泵、壓力調節器、空氣壓縮機以及進料罐等裝置組成。其中，空氣壓縮機形成一定壓力的空氣；壓力調節器保證待分選的物料在恒壓環境下進入新型板框式壓濾機中。為了充分展示新型板框式壓濾機內部固液相的流動特性，將過濾裝置的濾框和濾板均改造為玻璃可視窗。

2.2 實驗方法

根據本次新型板框式壓濾機的實驗目的，特設計如下實驗方法：

1）將預先準備的實驗裝置按照圖2 進行安裝；需注意的是，濾布在安裝前需將其在水中進行浸泡處理，將采用螺栓連接方式實現其穩定固定。

2）將待分選的物料置于進料罐中，同時保證整個實驗裝置的各個通道均處于暢通狀態。

3）在進料之前，提前打開空氣壓縮機，并按照進料壓力調整空氣壓縮機的工作狀態；

4）打開往復泵，并根據入料壓力對壓力調節器進行設定；

5）按照上述步驟設置完成后，開始進料，并在出料后對濾液進行收集，通過秒表記錄過濾時間，采用量筒對濾液的體積進行稱量。

6）待上述過濾操作均完成后，依次關閉空氣壓縮機、往復泵等設備，待整套系統的壓力下降后打開螺栓，并取出本次過濾所得的濾餅，清洗設備開始下一階段的過濾實驗。

3 實驗結果分析

針對新型動態掃流板壓濾機，重點對過濾過程中的濾室內流動狀態和不同進料參數下對應的過濾效果進行對比。

3.1 濾室固液相流動特性研究

為了能夠清晰地掌握新型動態掃流板壓濾機在實際過濾操作中過濾室內的固液相的流動特性，本次實驗所選擇的分離的物料為油菜籽和水的混合物。其中，所設定的進料質量分數為15%，物料密度為0.9 g/cm3，物料的黏度為5 mPa·s，物料的顆粒直徑為0.1 mm；設定過濾壓力為0.13 MPa，實驗溫度為20 ℃。分別對對角切向進料方式和中心進料兩種不同方式下對應的濾室內的固液相流動特性進行對比。觀察結果如圖3 所示。

圖3 濾室固液相流動特性

如圖3-1 所示，在對角切向進料方式下，隨著過濾時間的推移，待分選物料在泵壓和剪切力的作用下，油菜籽逐步向中心位置移動，并在最終分布于整個濾室中；如圖3-2 所示，在中心進料方式下，物料從中心向周圍擴散，尤其無剪切力的作用導致其不會對濾餅進行沖刷，無法實現動態過濾的效果。

3.2 不同進料參數對過濾效果的影響

不同進料參數包括進料壓力、進料方式以及進料濃度等。首先對進料方式對過濾效果的影響展開研究，即對中心進料和對角切向進料兩種方式的過濾效果進行對比。待分選的物料為活性白土和無機凝膠與水組成的懸浮液，進料質量分數設定為10%，進料壓力設定為0.26 MPa。在上述基礎條件設置下，得出不同進料方式對應的過濾速度進行對比，如圖4 所示。

圖4 不同進料方式對應壓濾機過濾速度對比

如圖4 所示，在過濾初期，采用對角切向進料方式對應的過濾速度遠大于采用中心進料方式的過濾速度；隨著過濾操作的進行，由于無機凝膠屬于較難過濾的物質，導致兩種進料方式對應的過濾速度不存在明顯差異；但是，依然表現為切向進料過濾速度大于中心進料方式。

同理，對對角切向進料方式，進料質量分數為10%時，對應進料壓力分別為0.26 MPa、0.44 MPa 和0.60 MPa 下對應的過濾速度進行對比得出：隨著進料壓力的增加對應過濾速度也提升。

同理，對對角切向進料方式下，進料壓力為0.26 MPa，對進料質量分數分別為10%、15.5%和20%下對應的過濾速度進行對比得出：隨著進料濃度的增加對應過濾速度呈現減小的趨勢；尤其是在過濾初期對應的過濾速度衰減較快，隨著過濾的進行過濾速度也達到了穩態。

4 結論

壓濾機為煤炭洗選中不可或缺的裝置，其主要實現固液相的分離。本文針對對角切向進料方式下的新型動態掃流板壓濾機為例開展研究，重點對其進料方式、進料濃度以及進料壓力對物料的過濾效果采用實驗方式展開對比研究，并總結如下：

1）采用對角切向進料方式能夠相比中心進料方式獲得更大的過濾速度；

2）進料壓力越大對應的過濾速度越快；進料濃度越大在過濾初期速度衰減越明顯，但是在過濾后期進料濃度對過濾速度的影響不明顯。