带气吹卸除装置的搅拌罐式过滤机残余滤饼去除率的试验研究

邓 超 陈崔龙 朱碧肖 丁建国 方 毅

（合肥通用机械研究院有限公司 合肥通用环境控制技术有限责任公司）

搅拌罐式过滤机是一种密闭加压过滤机，集加压过滤、洗涤、出液、吹干/干燥及自动卸料等操作于一体，对多种物料均有良好的适应性，尤其适用于难过滤的浆料和易燃易爆、有毒、易挥发、易污染等物料的处理，被广泛应用于石油化工等行业［1～3］。 搅拌罐式过滤机自动化程度高，并且能够减轻操作过程的劳动强度， 减少成品的损耗，该设备近年来开始在三元前驱体生产上广泛应用［4，5］。

搅拌罐式过滤机采用搅拌桨刮刀自动卸料，由于搅拌桨刮刀与滤盘之间留有10～15 mm的间隙，导致卸料完成后，滤盘上会残留有相应厚度的残余滤饼层，残余滤饼若长时间不清除，会增大过滤阻力，导致后续过滤变慢，降低过滤速率，降低设备过滤性能，同时残余滤饼会导致物料批次交叉，影响对产品质量的控制。 其次，残余滤饼的存在还会导致物料堵塞过滤介质中过滤通道，降低过滤介质的使用寿命，增加生产成 本［6，7］。

搅拌罐式过滤机残余滤饼问题亟待解决，目前国内针对残余滤饼的有效解决方案较少，现阶段残余滤饼只能靠人工拆机进行清除，增加了人工劳动强度，对于有毒物料，增加了操作风险性，笔者在现有搅拌罐式过滤机产品的基础上，设计一套气吹卸除装置，在线清除残余滤饼，使得在不打开设备的情况下，无需人工手动操作，彻底解决清除残余滤饼问题，降低人工劳动强度和操作风险，增加过滤介质的使用寿命［8］。所用搅拌罐式过滤机型号MY1200-N， 该机残余滤饼量按残余滤饼厚度为10 mm 理论值计算，残余滤饼量为0.1 m3。

1 试验装置设计

1.1 气吹卸除装置

在现有MY1200-N 型搅拌罐式过滤机基础上，进行喷嘴搅拌桨卸除装置设计，彻底解决清除残余滤饼问题，图1 为笔者设计的带有气吹卸除装置的MY1200-N 型搅拌罐式过滤机结构示意图。

图1 MY1200-N 型搅拌罐式过滤机结构示意图

该装置主要技术参数如下：

型号 MY1200-N

机壳直径 1 200 mm

过滤面积 1.0 m2

容积 1.0 m3

喷嘴数量 6 个

喷嘴间距 170 mm

MY1200-N 型搅拌罐式过滤机主轴顶部设计有气体旋转接头， 主轴和搅拌桨采用中空设计，图2 为主轴搅拌桨结构示意图。 压缩气体从旋转接头进入，通过中空主轴气体通道和桨叶气体通道，进入一字型搅拌桨，最终从搅拌桨上的喷嘴喷出，残余滤饼在压缩气体的吹扫下，从滤网上脱离。

图2 主轴搅拌桨结构示意图

图3 为一字型搅拌桨俯视图，一字型搅拌桨上设计了6 个喷嘴，分别位于主轴两侧，各喷嘴间距170 mm，喷嘴可随主轴转动而转动，喷嘴转动的同时，将残余滤饼吹扫至卸料阀门口，从滤饼卸料口排出。

图3 罐体一字型搅拌桨俯视图

图4 为搅拌桨侧视图，图中喷嘴与滤饼层夹角为吹扫角a， 该角度可通过喷嘴上的调节模块手动调节，通过控制液压缸内液压，控制搅拌桨主轴升降，从而调节喷嘴与滤饼表面高度L。

图4 搅拌桨侧视图

1.2 试验装置及试验流程

图5 为试验装置流程图，主要包括MY1200-N型搅拌罐式过滤机、G20-2 单螺杆进料泵、电动球阀、Y-60 压力表、LWQ 气体涡轮流量计、QTY-15减压阀、液压站、7.5 kW 空压机等。

图5 试验装置流程图

试验物料采用国内某工厂铬镍锰氢氧化物前驱体材料，其含固量在45%左右，搅拌罐式过滤机过滤介质采用金属烧结网，过滤精度为20 μm， 物料通过进料泵直接泵入搅拌罐式过滤机内，打开阀4，罐内压力升高，使过滤压力保持在0.4 MPa，压滤时，打开平衡管路上的阀3 和吹扫管路的阀2，关闭阀1，使搅拌桨中空主轴内部气压与罐体内气压保持一致，防止进行压滤操作时物料被压入喷嘴，造成堵塞。 压滤2 h 后，滤液从滤液口全部排出，打开阀6 排气，滤饼经过搅拌桨刮刀卸料后，从滤饼卸料口排出，滤饼含水率在15%左右，此时滤网上残留有10 mm 厚的残余滤饼层。

打开阀1 和阀2， 关闭阀3， 通过调节减压阀，将吹扫压力控制在0.3 MPa，压缩气体从顶部气体旋转接头进入， 通过搅拌桨内部中空通道，从喷嘴高速喷出，高速喷出的气流将滤网表面的残余滤饼吹起，同时通过驱动电机，使主轴低速旋转，转速控制在15 r/min，喷嘴随着主轴旋转，将残余滤饼吹扫至滤饼卸料口排出，通过吹扫气路上的流量计，实时显示吹扫耗气量。

进行残余滤饼吹扫的同时，残余滤饼会从固体出料口排出，在固体出口收集吹扫出来的残余滤饼，并用TCS-11 电子台秤进行称量，吹扫出的残余滤饼重量记为m1，同时滤网表面会残留有未被吹扫的滤饼，通过液压缸2，将过滤机底盘下降至地面并推出，人工收集滤网表面未被清除的滤饼，并称重m2，试验残余滤饼的去除率γ由下式计算：

2 试验研究内容

试验设计的卸除装置对残余滤饼去除率的大小主要取决于喷嘴类型、吹扫角度、喷嘴距离残余滤饼表面高度、气源压力及吹扫时间等因素［9，10］。 气源压力越大，吹扫时间越长，残余滤饼的去除效果越好，试验中将气源压力控制在

0.3 MPa，每次试验吹扫时间设置为15 min。

针对喷嘴类型的选用， 试验选择了两种扇形喷嘴，高压清洗喷嘴和槽缝式吹气喷嘴，这两种喷嘴的吹扫面为一字扁平型， 适用于对固体物料进行吹扫， 如图6 所示为试验选择的两种喷嘴，分别试验这两种喷嘴在相同条件下，残余滤饼去除率的大小， 从而确定后续试验喷嘴类型。

图6 试验选择的喷嘴类型

喷嘴类型确定后， 试验研究喷嘴吹扫角度a对残余滤饼去除率的影响。 喷嘴吹扫角度不同，试验中残余滤饼去除率不同， 试验重点研究了30、45、60°这3 种喷嘴吹扫角度对残余滤饼去除率的影响，根据试验结果，选择适合喷嘴吹扫角度［11，12］。

喷嘴距离残余滤饼表面高度决定了作用于残余滤饼表面的作用力和吹扫面积大小，造成残余滤饼去除率的不同。 喷嘴距离残余滤饼表面高度太近，会损坏过滤滤网，高度太高，无法有效清除残余滤饼。 试验重点研究了喷嘴高度为50、100、150 mm 时对残余滤饼去除率的影响， 从而确定合适的喷嘴距离残余滤饼表面高度。

根据试验，提出最优选择方案，为后续工业应用提供一定的参考。 试验关键因素参数如下：

气源压力 0.3 MPa

吹扫时间 15 min

喷嘴类型 高压清洗喷嘴、槽缝式吹气喷嘴

喷嘴角度 30、45、60°

喷嘴距离滤饼表面高度 50、100、150 mm

3 试验结果

3.1 喷嘴类型选择试验

不同类型的喷嘴，对残余滤饼的去除效果有所不同，选择了两种扇形喷嘴进行试验，高压清洗喷嘴和槽缝式吹气喷嘴，在喷嘴角度保持45°、试验气压0.3 MPa 的条件下进行试验， 记录残余滤饼去除率，同时通过管路上的流量计，记录耗气量，具体数据见表1、2。试验选用的两种喷嘴接口尺寸规格均为1/4 英寸（1 英寸=25.4 mm）。

表1 不同类型喷嘴残余滤饼去除率试验结果

表2 不同类型喷嘴试验耗气量结果

从表1、2 试验结果可以看出，在喷嘴角度为45°、试验气压0.3 MPa 的相同条件下，槽缝式吹气喷嘴的残余滤饼平均去除率达到了91.9%，高压清洗喷嘴的残余滤饼平均去除率达到了86.9%，槽缝式吹气喷嘴残余滤饼去除率更高，试验中槽缝式吹气喷嘴的耗气量只比高压清洗喷嘴略大，平均耗气量达到54.4 L/min，槽缝式吹气喷嘴更适合于卸除装置对残余滤饼的去除，因此选择槽缝式吹气喷嘴进行后续试验。

3.2 喷嘴吹扫角度选择试验

选用槽缝式吹气喷嘴， 试验气压0.3 MPa 进行喷嘴吹扫角度选择试验， 试验重点研究了30、45、60°这3 种喷嘴吹扫角度对残余滤饼去除率的影响，试验结果见表3。

表3 不同喷嘴吹扫角度试验结果

在45°吹扫角情况下， 残余滤饼的平均去除率最高，达到91.9%；喷嘴吹扫角为30°时，残余滤饼平均去除率为87.4%； 喷嘴吹扫角为60°时，残余滤饼平均去除率最小，为85.2%。喷嘴吹扫角度越大，滤饼表面水平方向吹扫作用越小，喷嘴吹扫角度越小，垂直于滤饼表面的吹扫作用越小，喷嘴吹扫角度过大或过小都不利于对残余滤饼的去除，当吹扫角为45°和30°时，滤饼表面水平方向吹扫气流形成有效的吹扫气流， 将残余滤饼向外吹扫，但是吹扫角为30°时，滤饼表面竖直方向受到的吹扫力较小， 不能将残余滤饼有效吹扫脱离滤网表面，导致残余滤饼去除率低于45°吹扫角。从试验结果可以看出，45°吹扫角为试验优选角。

3.3 喷嘴安装高度选择试验

在确定了喷嘴类型和吹扫角度后，喷嘴距离残余滤饼表面高度也是影响残余滤饼去除率的关键因素， 试验重点研究了喷嘴高度为50、100、150 mm 时，残余滤饼去除情况，结果见表4。

表4 喷嘴距离滤饼表面高度试验结果

喷嘴距离残余滤饼表面高度为100 mm 时，残余滤饼平均去除率最高，达到93.3%；喷嘴距离残余滤饼表面高度为50 mm 时，残余滤饼平均去除率为91.9%； 喷嘴距离残余滤饼表面高度为150 mm 时，残余滤饼平均去除率为85.1%。 喷嘴距离残余滤饼表面高度为50 mm 时，喷嘴距离滤饼表面太近，有效吹扫面积减小，导致残余滤饼去除率低；当喷嘴安装高度为150 mm 时，吹扫力度比安装高度100 mm 的小，但吹扫面积较大，不利于残余滤饼的去除。 从试验结果可看出，喷嘴距离残余滤饼表面高度最佳选择为100 mm。

4 结束语

搅拌罐式过滤机应用越来越广， 卸料完成后，如何去除滤网表面残留的残余滤饼是其面临的技术难题，亟需解决。 笔者设计的带气吹卸除装置的搅拌罐式过滤机，经试验证明该装置结构可靠，能够去除残余滤饼。 喷嘴类型选用槽缝式吹气喷嘴、喷嘴吹扫角度45°、喷嘴距离滤饼表面高度选择100 mm、气源压力0.3 MPa、吹扫时间15 min，在上述操作条件下，残余滤饼去除率平均值能达到93.3%，耗气量为54.4 L/min，能够满足生产要求。 以上数据是基于MY1200-N 型搅拌罐式过滤机，为其他规格过滤机残余滤饼吹扫装置提供了设计依据。