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本文以甕安礦選礦過(guò)程中產(chǎn)生的石灰漿為研究對(duì)象,驗(yàn)證了過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算方法。討論了水平真空帶式過(guò)濾機(jī)用于過(guò)濾過(guò)程的放大時(shí),真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度、濾盤(pán)的行程、連度等參數(shù)對(duì)生產(chǎn)能力和操作費(fèi)用的影響。提出了設(shè)備放大時(shí)如何正確選擇參數(shù)的范圍。
液-固分離過(guò)程在化工生產(chǎn)中占有相當(dāng)重要的地位。我們?cè)懻摿藶V餅過(guò)濾過(guò)程中的生產(chǎn)能力計(jì)算[1],Tiller[2],Pwches[3]等人研究了過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算方法。但是都很少涉及到正確決定過(guò)濾機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的操作參數(shù)的問(wèn)題。本文以甕公安礦的在選礦過(guò)程在產(chǎn)生的石灰漿固-液分離為對(duì)象,驗(yàn)證了我們?cè)懻撨^(guò)的過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的計(jì)算方法。結(jié)合水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的工作特點(diǎn),討論了水平真空帶式過(guò)濾機(jī)在用于過(guò)濾過(guò)程放大時(shí),真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度、真空濾盤(pán)的行和、濾帶的速度等參數(shù)對(duì)生產(chǎn)能力的影響。當(dāng)考慮了濾餅厚度對(duì)卸料和固體回收率的影響。濾帶速度對(duì)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性和操作費(fèi)用的影響后,提出了一個(gè)放大時(shí)可供參考的真空濾盤(pán)長(zhǎng)度、濾帶速度、真空濾盤(pán)的行程等參數(shù)的選擇范圍。
實(shí) 驗(yàn) 結(jié) 果
依照前文[1] 提到的方法,確定甕安礦選礦過(guò)程中產(chǎn)生的石灰漿的過(guò)濾比阻力系數(shù)和過(guò)濾壓力間的關(guān)系為:?
ɑɑ0=2.80×108P0.62 m/kg (1) 式中
ɑɑ0 濾餅平均比阻力系數(shù),m/kg
P 過(guò)濾壓力,N/m2
圖1為logP~logɑɑ0結(jié)果。
利用式[1]計(jì)算的比阻力系數(shù)和實(shí)驗(yàn)值的誤差列于表1,其計(jì)算平均誤差為-0.4%
表1 甕安礦選石灰漿的比阻力系數(shù)測(cè)定和實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算結(jié)果
P=4.90×104~2.94×104N/m2 s=0.47~0.52/固液
誤差=(實(shí)測(cè)值-計(jì)算值)、實(shí)測(cè)值
生產(chǎn)能力計(jì)算式[1]:
W=2Ppst/(1-ms)
式中
ρ 濾液的密度,kg/m3
s 料漿的含固率,固/液
μ 濾液的粘度,kg/m
t 過(guò)濾時(shí)間,s
m 濾餅的含液率,液/干固
在0.6m2的水平真空帶式過(guò)濾機(jī)上用三批甕安礦選礦產(chǎn)生的石灰漿進(jìn)行測(cè)試。用式(1)和式(2)計(jì)算各操作條件下的生產(chǎn)能力,其結(jié)果列于表2。結(jié)果表明,用本方法計(jì)算得到的過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的平均誤差為6.4%,最大誤差范圍為20.9%~-9.9%??梢?jiàn)使用本方法確定的過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力可以用于工程放大,由于計(jì)算中忽略了濾布的阻力,所以計(jì)算值顯示出正誤差是合理的。
表2 0.6m2水平真空帶式過(guò)濾機(jī)用于甕安礦石灰漿過(guò)濾的生產(chǎn)能力測(cè)定
注:①盤(pán)長(zhǎng)1.92m,返回時(shí)間2s.
②為了保證有足夠的濾餅吸干時(shí)間,此試驗(yàn)的吸干區(qū)長(zhǎng)度為1.42,已不適宜操作。
③計(jì)算誤差=(計(jì)算值-實(shí)驗(yàn)值)/計(jì)算值
主要參數(shù)對(duì)生產(chǎn)能力、操作費(fèi)用的影響
本文所討論的水平真空帶式過(guò)濾機(jī)是往復(fù)盤(pán)式過(guò)濾機(jī),它是一種上加料的水平式連續(xù)真空過(guò)濾機(jī)。過(guò)濾機(jī)是連續(xù)工作是由真空濾盤(pán)在氣控系統(tǒng)下作往復(fù)前后運(yùn)動(dòng)和濾事在頭輪的驅(qū)動(dòng)下作連續(xù)向前的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因此這種過(guò)濾機(jī)的真空濾盤(pán)每往復(fù)一次的時(shí)間由二部分組成:
TC=TF+TD (3)
式中
TC 真空濾盤(pán)往復(fù)一次所需的時(shí)間,s?
TF 有效過(guò)濾時(shí)間,s
TD?無(wú)效工作時(shí)間(非工作時(shí)間),s;一般為1.5~3s。
單位時(shí)間中往復(fù)次數(shù)會(huì)影響有效工作時(shí)間。過(guò)濾物料在真空濾盤(pán)上的停留時(shí)間和濾
帶的速度有下列關(guān)系:
T=L/u s (4)
式中
T 物料的過(guò)濾時(shí)間,s
L 真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度,m
U 濾帶的速度,m/s
可見(jiàn)濾布的速度和真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度確定了物料的過(guò)濾的時(shí)間,因此當(dāng)需要過(guò)濾的物料特性確定后,首先要正確地選擇真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度、濾帶的速度和真空濾盤(pán)的行程等參數(shù)。
根據(jù)濾餅過(guò)濾過(guò)程中過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算式(2),可以得到單位時(shí)間內(nèi)濾餅的產(chǎn)率為:
w/t=2Pps/(1-ms)μ (5)
圖2為一定操作條件下過(guò)濾時(shí)間和濾餅產(chǎn)量與產(chǎn)率之間的關(guān)系。由圖可見(jiàn),縮短過(guò)濾時(shí)間,即提高濾帶速度的、和減小真空濾盤(pán)的長(zhǎng)度可以顯著地提高過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力。下面將分別討論真空濾盤(pán)長(zhǎng)度、濾帶速度、真空濾盤(pán)行程對(duì)過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力和操作費(fèi)用的影響。
圖2過(guò)濾時(shí)間和濾餅產(chǎn)量及產(chǎn)率的關(guān)系
① 真空濾盤(pán)的行程
由式(3)可知,當(dāng)其它條件不變時(shí),增加真空濾盤(pán)的行程和加快真空濾盤(pán)的返回速度都可以提高水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的有效工作時(shí)間,介是當(dāng)濾盤(pán)行程太長(zhǎng)和返回速度太高時(shí),會(huì)使它的運(yùn)動(dòng)慣量和機(jī)械振動(dòng)增加,同時(shí)帶來(lái)聯(lián)接真空濾盤(pán)和集液管間的橡膠置上的困難,造成過(guò)濾機(jī)總體布置上的不全理,幫在設(shè)計(jì)中,一般中小型的真空濾盤(pán)行程為0.500~0.600m。對(duì)于過(guò)濾面積為數(shù)十平方米的設(shè)備,真空濾盤(pán)行程以1.000m為好。
② 濾帶速度和生產(chǎn)能力間的關(guān)系
為了提高過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力,可以采用提高濾帶速度、縮短過(guò)濾時(shí)間的方法,但對(duì)于水平真空帶式過(guò)濾機(jī)來(lái)講,隨著濾帶速度的提高,真空濾盤(pán)在單位時(shí)間內(nèi)返回的次數(shù)增加無(wú)效工作時(shí)間所占比例上升。在實(shí)際操作中,生產(chǎn)能力并不與濾帶速度的平方根成正比,而是隨著濾帶速度的增加,生產(chǎn)能力的提高逐漸綏慢增加,最終達(dá)到某一極限值。超過(guò)此濾帶速度后,過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力反而有所下降。表3列出試驗(yàn)中的石灰漿在真空度下(~5.33×104N/m2)進(jìn)行過(guò)濾時(shí),干濾餅的生產(chǎn)能力與濾帶速度間的關(guān)系。由表可見(jiàn),對(duì)這種物料,當(dāng)濾帶速度達(dá)0.042m/s時(shí),生產(chǎn)能力反而開(kāi)始下降。
表3 0.6m2水平真空帶式過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力和濾帶速度的關(guān)系
注:真空濾盤(pán)長(zhǎng)度1.920米,返回時(shí)間:2秒,可能由進(jìn)料含率誤差引起。
如上所述,隨著濾帶速度的提高,過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力一般是增加的。但是隨著濾帶速度的提高,過(guò)濾時(shí)間隨之下降,每次循環(huán)中單位過(guò)濾面積上的濾餅量將減少,所以濾餅的厚度總是隨著濾帶速度變薄的。表3示出不同濾帶速度與濾濾餅厚度間的關(guān)系。顯然,隨著濾餅厚度的減小將帶來(lái)卸料的困難和影響固體物料的回收率。因此Tiller[4]等人認(rèn)為帶式過(guò)濾機(jī)的濾餅厚度應(yīng)大于(3~4)×10-3m。根據(jù)我們的操作結(jié)果,確認(rèn)水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的最小濾餅厚度應(yīng)控制在大于(2.5~3)10-3m范圍內(nèi)。
水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的真空盤(pán)是由滾輪支承在導(dǎo)軌上前后運(yùn)動(dòng)的,所以帶動(dòng)濾布和真空盤(pán)前進(jìn)所消耗的功率是有限的,一臺(tái)5m2水平真空帶式過(guò)濾機(jī)主電機(jī)的功率為2.2kw。它的操作費(fèi)用集中在真空耗氣和壓縮空氣的能耗上,這二項(xiàng)消耗與單位時(shí)間內(nèi)真空盤(pán)的往復(fù)次數(shù)有關(guān),由于真空盤(pán)的往復(fù)次數(shù)隨著濾帶速度的提高幾乎成線性地增加,故它的壓縮空氣和真空耗量也隨著上升。圖3所示為一臺(tái)5m2的水平真空帶式過(guò)濾機(jī)壓縮空氣和真空耗氣量與濾帶速度之間的關(guān)系。另外,濾帶速度的提高將影響濾布、卸料刮刀、導(dǎo)軌、返回氣缸、真空切換閥等部件的使用壽命,所以目前的設(shè)計(jì)都把濾帶速度限制在0.1m/s以內(nèi)。
③ 真空濾盤(pán)長(zhǎng)度的影響
前已述及提高濾帶速度縮短過(guò)濾時(shí)間可以提高水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力,但隨著濾帶速度的提高也會(huì)帶來(lái)不少問(wèn)題,所以應(yīng)考慮用短的真空濾盤(pán)來(lái)達(dá)到縮短過(guò)濾時(shí)間的目的。對(duì)于物料的過(guò)濾比阻力系數(shù)小、含固率高、濾餅易于開(kāi)裂的情況,使用短的真空濾盤(pán)是合適的。但若物料過(guò)濾比阻力系數(shù)較高(如ɑav>1011kg/m)且含固率較低時(shí),為了保證形成一定厚度的濾餅,顯然需要一定的過(guò)濾時(shí)間,若使用過(guò)短的濾盤(pán),由式(4)可知,濾帶會(huì)速度太慢,那么濾餅在最后吸干區(qū)停留時(shí)間延長(zhǎng),從而導(dǎo)致過(guò)濾機(jī)的生產(chǎn)能力下降。另外,由于考慮到水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),它的一部分吸干區(qū)在吸濾過(guò)程中沒(méi)有得到充分利用,因而在行程一定的情況下,縮短真空濾盤(pán)長(zhǎng)度會(huì)使這一部分所占的過(guò)濾面積比例上升,引起生產(chǎn)能力下降。所以水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的真空濾盤(pán)長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)根據(jù)物料的特點(diǎn),真空濾盤(pán)的行程等參數(shù)進(jìn)行反復(fù)試算與比較才能確定。
圖3 真空耗氣量與壓縮空氣耗量和濾帶速度的關(guān)系
圖4為不同的真空濾盤(pán)長(zhǎng)度和濾帶速度對(duì)生產(chǎn)能力的影響,圖中粗實(shí)線部分是考慮了濾餅的卸料和固體的回收率后適宜的操作范圍。再根據(jù)單位時(shí)間的處理能力和操作費(fèi)用就可以比較合理地確定水平真空帶式過(guò)濾機(jī)的各個(gè)參數(shù)。
圖4 不同濾盤(pán)長(zhǎng)度和濾帶速度與濾餅產(chǎn)率的關(guān)系
結(jié)論
1.試驗(yàn)結(jié)果表明,利用實(shí)驗(yàn)室測(cè)定的濾餅比阻力系數(shù)計(jì)算過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力的方法是合適的。當(dāng)比阻力系數(shù)大于1011m/kg時(shí),計(jì)算式忽略濾布的阻力所引起的誤差是在允許的范圍內(nèi)。
2.在根據(jù)不同的過(guò)濾物料特點(diǎn),確定合適的水平真空帶式過(guò)濾機(jī)基本參數(shù)時(shí)(包括結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作參數(shù)),可以用實(shí)驗(yàn)測(cè)定P~ɑɑv關(guān)系式,以及用式⑵~⑸試算不同的真空濾盤(pán)長(zhǎng)度、濾帶速度、濾盤(pán)行和的生產(chǎn)能力,結(jié)合卸料可能性和固體回收率的要求,由設(shè)備投資費(fèi)用的和操作費(fèi)用、維修費(fèi)用的比較得到較適宜的結(jié)構(gòu)參數(shù)的操作條件。
3.對(duì)于易過(guò)濾,本文方法由于忽略過(guò)濾介質(zhì)阻力,會(huì)引起很大的誤差,所以是不合適的。本文所述不能完全用于濾餅需要洗滌的過(guò)程。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 姚公弼,“液-固分離應(yīng)用基礎(chǔ)研究試驗(yàn)小結(jié)(1)——餅過(guò)濾基本特性參數(shù)的測(cè)定和在過(guò)濾機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算上的應(yīng)用”
[2] F. M. Tiller,A.Aiciatore and M. Shrate “Filtra-tion-prinsiple and practice ”
Par I, Chapter 5 “Filtration in the Chemical Process Industry” ,NewYord (1977).
[3] Derek, B. Purchas,“Cake Fitter TestingAnd Sizing:A Standardised Procedure?”
Filtration and Separation ,9, [2], 161 (1972).
[4] F. M. Tiller and H. Risbud,“Batch Continuous Processes for Cake Filfration”,Chem .Eng. , 81 ,[9] ,127 (1974).
[5] 姚公弼等,“甕安選礦石灰漿過(guò)濾特性和在0.6m2水平真空帶式過(guò)濾機(jī)上處理能力的測(cè)定”(內(nèi)部資料),(1981)。
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