真空立盘过滤机模拟试验及过滤性能浅析

王 斌， 刘艳丽， 屈冬婷， 岳振宇

(1.洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司， 河南 洛阳 471039；2.中信重工机械股份有限公司， 河南 洛阳 471039)

真空立盘过滤机模拟试验及过滤性能浅析

王 斌1， 刘艳丽2， 屈冬婷1， 岳振宇2

(1.洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司， 河南 洛阳 471039；2.中信重工机械股份有限公司， 河南 洛阳 471039)

真空立盘过滤机广泛地应用于过滤分离作业，通过真空过滤模拟试验了解物料的过滤性能，对真空立盘过滤机的设计起到指导作用，并且对影响过滤的因素进行分析。

真空立盘过滤机； 试验； 性能

真空立盘过滤机因其占地面积小，生产效率高，广泛地应用于化工、有色、矿山、食品、环保等行业的过滤分离作业。

由于每一种物料的粒度、浓度、粘度、温度等影响过滤的参数不同，很难用一种公式计算出所需要立盘过滤机的参数。在工程上通常的做法是先对需要过滤的物料进行模拟过滤脱水试验。根据实验可以近似地推论出过滤此物料的立盘过滤机的产能、滤饼的含液率、立盘的所需转速等基本参数。

1 模拟实验

模拟试验的目的是为了对真空立盘过滤机基本参数的设计提供依据，对立盘过滤机的过滤性能进行预估。

1.1 过滤原理

真空盘式过滤机的过滤原理是在真空作用下，使包裹着过滤介质(一般为滤布)的滤盘的内外两侧形成的压力差，依靠大气压力，迫使待过滤物料中的液体通过滤盘上的过滤介质进入滤盘，而料浆中固相颗粒截留在过滤介质上，达到固液分离的目的[1]。真空立盘过滤机的工作周期依次经过吸液区、吸干区和吹风区。吸液区及吸干区借助真空泵的抽吸作用，在滤布上形成固体颗粒的滤饼，进入吸干区进行再次过滤，通过滤饼和过滤介质排出滤液，最后到达吹风区，滤盘上的滤饼通过滤盘内的压缩空气反吹脱落至料槽，从而完成一个过滤周期。

根据真空立盘过滤机的工作原理，设计一个模拟试验装置如图1，根据试验数据分析真空立盘过滤机的单位面积滤饼的产能，单位面积滤液的产能及其过滤机在工作时的最佳转速等等。

1.2 过滤试验及数据计算

在实验过程中，根据实验时吸液和吸干的时间，可以估算出真空立盘过滤机的产能及最佳转速。真空立盘过滤机完成一个过滤周期，需经过吸液、吸干、吹风的三个基本过程，那么，在一个过滤周期内(即立盘转一圈)所需的时间T=t1+t2+t3+t4(单位s)，其中：

t1为在一个过滤周期内，吸液所需时间(s)；

t2为在一个过滤周期内，吸干所需时间(s)；

t3为在一个过滤周期内，吹风所需时间(s)；

t4为在一个过滤周期内，无工作时间(s)。

1.滤液罐 2.滤液 3.管道 4.矿浆槽 5.滤板 6.矿浆 7.空压机 8.压力表 9.压缩空气阀门 10.真空阀门 11.真空泵 12.真空表 13.流量计图1 试验装置示意图

在实验前，先设定一定的吸液、吸干时间。在试验中，取一定量的矿浆，打开真空泵，将滤板放入矿浆中，调节流量计，当真空表读数达到工业中应用的过滤机的真空度时，打开真空管阀门，开始记录吸液时间，当吸液时间到达时，从矿浆中拿出滤板，在经过一定的吸干时间，然后关闭真空阀门，打开压缩气体阀门，吹落滤饼。在用取样器取一定面积的滤饼，称其重量，做上标记，然后烘干取样面积的滤饼。

可以计算出滤饼的含液率：

A=(M-m)/M×100%

(1)

式中A—过滤后的滤饼的含液率，%；M—取样面积滤饼未烘干前的重量，kg；m—取样面积滤饼烘干后的重量，kg；

也可以推算出过滤机在过滤周期为T(s)的时间内，单位面积滤饼产能：

K滤饼=60M/(TS)

(2)

式中K滤饼—单位面积滤饼产能，kg/m2·min；S—取样器取样面积，m2。

取出并测量滤液罐中滤液量L(m3)，可以推算出过滤机在过滤周期为T的时间内，单位面积滤饼产能

K滤液=60S/TL

(3)

式中K滤液—单位面积滤液产能，m3/m2·min。

通过不断地更改吸液时间、吸干时间，对试验出的产能数据进行分析，得出最优化的过滤周期。依次就可以推断出此种矿浆应用真空立盘过滤机的产能，可以推断出需要设计多少平方米的过滤机，可以确定过滤机的最佳转速(过滤周期)等等。

2 影响真空滤盘过滤机过滤性能的因素

2.1 设备因素

2.1.1 过滤时间

过滤时间对过滤指标的影响是比较复杂的。在真空过滤机上，过滤时间由过滤机的转速来体现，转速越慢，过滤时间越长。对于脱水效果来说，延长过滤时间带来两方面的影响：(1)随过滤时间的延长，脱水时间也相应延长，从而有利于滤饼水分的降低；(2)过滤时间的延长，又使滤饼的厚度增加，导致过滤阻力增加而不利于脱水。因此，必然存在某一适宜的过滤时间使得滤饼水分最低。

2.1.2 浸没率

浸没率可以理解为真空过滤时滤盘中被料浆淹没面积占滤盘面积的百分比。在过滤时间一定时，浸没率越大，即过滤的吸液时间长，滤饼增厚，过滤机的产能增加。但是还是要根据料浆的性质决定浸没率及过滤时间的分配，因为当滤饼达到一定厚度时，可能会导致滤饼过滤的透气性很差，真空已经无法透过滤饼再进行滤饼吸附。

2.1.3 密封性

通过真空系统将数个过滤圆盘接装在一根水平空心主轴上并坐落槽体上组成的过滤机称为立式圆盘过滤机。过滤动力来自于中心主轴经分配头抽真空造成的过滤盘内外两面的压力差[2]，迫使流体通过多孔介质(过滤介质)，固体颗粒则截留于介质上，从而达到流体与固体分离的目的。这样过滤的极限最大过滤推动压强为0.1 MPa(标准大气压为0.1 MPa,在此忽略滤盘在料浆中料浆对滤饼的压力)。从真空泵到形成滤饼，各个环节的密封性都直接导致压强降低，影响滤饼的厚度、含液率，甚至过滤机能否正常工作。

2.1.4 结构因素

真空立盘过滤机的主要结构包括中心轴部件、分配头部件、滤盘部件以及传动部件如图2所示。过滤机中心轴流道的大小；流道面积与扇形板面积的匹配；扇形板结构的透气性与疏水性；分配头各个区域大小、位置等等都会直接影响过滤机的过滤性能。

图2 真空立盘过滤机三维模型

3 总结

通过过滤模拟试验可以很好地了解某种矿浆的过滤性能，对真空立盘过滤机的设计及性能分析有很好的指导意义。对过滤性能的影响因素主要是设备和矿浆，而矿浆的性质一般无法轻易改变，为了提高过滤效率就只能在设备上下功夫。

[1] 唐立夫，王维一.过滤机(第一版)[M]. 北京：机械工业出版社，1984.

[2] 陈维辉.ZPG系列盘式真空过滤机的研制与应用[J]. 冶金设备,2003，(1).

[3] 罗茜.固液分离(第一版)[M].北京：冶金工业出版社，1997：121-123.

Simulated Experiment and Performance Analysis
of Vacuum Vertical Disk Filter

WANG Bin， LIU Yan-li, QU Dong-ting, YUE Zhen-yu

Vacuum vertical disk filters are widely used in solid-liquid separation, on the basis of simulated experiment, this paper understands the material performance, analyses factors influencing filter efficiency, and plays a guiding role to vacuum vertical disk filter design.

vacuum vertical disk filter； experiment； performance

2015-01-08

王 斌(1982-)，男，工程师，硕士，主要从事固液分离设备研究与设计。

TD462.2

A

1003-8884(2015)02-0001-02