王紀(jì)瑞，霍華

　　盤式真空過濾機(jī)自1959年從前蘇聯(lián)引入國內(nèi)，Z初應(yīng)用在選煤廠的煤泥過濾工藝流程。由于具有占地面積小、操作簡單、處理能力大、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)的固液分離工藝流程。近年來，隨著國家對資源、能源有效利用率的要求越來越高，對環(huán)境保護(hù)和水處理的要求也越來越嚴(yán)格，因此有大量的固液分離問題需要解決。根據(jù)各種不同的物料性質(zhì)，對盤式真空過濾機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行專門的匹配設(shè)計(jì)，可達(dá)到較好的過濾效果，其應(yīng)用的過濾領(lǐng)域也可得到拓展。同時(shí)，近些年，過濾介質(zhì)材料、生產(chǎn)加工工藝及自動(dòng)化程度的發(fā)展，也極大地促進(jìn)了盤式真空過濾機(jī)的技術(shù)發(fā)展。

　　1　原理及結(jié)構(gòu)組成
　　盤式真空過濾機(jī)主要利用負(fù)壓在濾板兩側(cè)形成壓力差，漿液中的固體顆粒吸附在過濾介質(zhì)表面形成濾餅，濾液穿過過濾介質(zhì)經(jīng)中心軸內(nèi)部排出，達(dá)到固液分離的目的。完整的盤式過濾機(jī)真空過濾系統(tǒng)主要分為主機(jī)和輔機(jī)兩部分(見圖1)，主機(jī)部分包括分配頭、主軸、濾板、槽體、軸端密封；輔機(jī)部分主要包括真空受液槽或自動(dòng)排液裝置、真空系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)，部分設(shè)備的輔件中還含有集氣罩和操作平臺(tái)。

　　2　存在問題及主要技術(shù)改進(jìn)
　　2.1　主軸流道的改進(jìn)
　　2.1.1　設(shè)備工況
　　(1)傳統(tǒng)的盤式過濾機(jī)主軸流道為圓形管(見圖2)，通過管夾固定在中間回轉(zhuǎn)的主軸上。其優(yōu)點(diǎn)為：制作加工簡單，生產(chǎn)成本較低，鋼管型流道易拆卸更換。目前主要適用于漿液中所含固體顆粒硬度較大，且流道磨損嚴(yán)重的工況。

　　(2)由于圓管規(guī)格較少，流道面積受到管徑的限制，過濾性能的匹配性差。每根圓管流道上沿軸向固定多塊濾板，在回轉(zhuǎn)過程中，濾餅的負(fù)荷極易造成鋼管扭曲，致使圓管主軸流道穩(wěn)定性差，不可高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)行。
　　2.1.2　技術(shù)改進(jìn)
　　(1)主軸流道采用異形軸結(jié)構(gòu)(見圖3)。流道與回轉(zhuǎn)主軸在設(shè)計(jì)上為整體焊接，剛性大，穩(wěn)定性好。在相同軸徑的情況下，流道開口面積越大，濾液排出率越高。

　　(2)扇形的流道截面可將濾板布置得更緊密，每圈濾盤扇形板數(shù)量越多，過濾盲區(qū)越小，過濾效果越好。
　　(3)根據(jù)漿液性質(zhì)，對流道的內(nèi)部進(jìn)行特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使其與濾板的有效過濾面積和運(yùn)行需求達(dá)到Z佳的匹配。
　　(4)合成材料及其成型技術(shù)的發(fā)展日益可靠，可根據(jù)主軸流道截面尺寸設(shè)計(jì)耐磨套嵌入流道內(nèi)部(見圖4)，耐磨性更好，使用壽命長，方便更換。

　　通過以上技術(shù)改進(jìn)方式，既能獲得較佳的過濾效果，又提高了盤式過濾機(jī)的漿液適用性。

　　2.2　過濾介質(zhì)的改進(jìn)
　　盤式真空過濾機(jī)的過濾介質(zhì)主要有2種：一種以多孔性固體為過濾介質(zhì)，即濾板為陶瓷濾板；另一種以濾板為過濾骨架，上面覆蓋過濾介質(zhì)，即濾布。
　　2.2.1　設(shè)備工況
　　(1)以陶瓷濾板為過濾介質(zhì)的盤式真空過濾機(jī)于20世紀(jì)80年代中期，由芬蘭Outo Kumpu Mintec公司研制成功。其過濾機(jī)理是利用陶瓷濾板上的微孔產(chǎn)生的毛細(xì)效應(yīng)，將漿液中游離的水排入濾板內(nèi)部的流道，通過主軸流道排出。在負(fù)壓作用下，微孔中的水分不會(huì)全部排空，從而阻止了氣體逸出，形成無空氣消耗的過濾過程。通過該過濾方式，真空度高，損失量Z小，比傳統(tǒng)濾布式過濾機(jī)節(jié)能效果明顯。
　　(2)陶瓷過濾機(jī)雖能耗低，濾液含固量低，但陶瓷濾板上均布的微孔在運(yùn)行時(shí)極易堵塞。通常運(yùn)行幾小時(shí)后需要停機(jī)，用硝酸和超聲波進(jìn)行2~3h的清洗，致使設(shè)備有效工作時(shí)間縮短。
　　(3)陶瓷濾板對于過濾物料的性質(zhì)有一定局限性。粒徑過細(xì)且具有水凝性的物料會(huì)造成濾板衰減嚴(yán)重，需要頻繁更換陶瓷濾板，運(yùn)行備件費(fèi)用昂貴。
　　2.2.2　技術(shù)改進(jìn)
　　(1)濾布作為表面型過濾介質(zhì)，在工作時(shí)表面截留住濾餅，對過濾效果有著十分重要的影響。為達(dá)到較好的過濾效果和使用壽命，濾布(見圖5)一般選用工作表面光滑、孔眼較大，非工作表面孔眼較小，濾布的立體孔隙呈倒三角形結(jié)構(gòu)。在套裝方式上，設(shè)置若干層濾布，進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化。

　　(2)在一般情況下，過濾開始階段會(huì)有少量小于濾布孔隙直徑的顆粒穿過濾布混入濾液中，但大顆粒很快在濾布通道的入口發(fā)生架橋現(xiàn)象，使小顆粒受到阻攔且在濾布表面沉積形成濾餅。Z新的過濾方式為：在運(yùn)行過程中，使這層形成架橋現(xiàn)象的濾餅始終存在于濾布表面，輔助盤式過濾機(jī)的過濾，可獲得更清澈的濾液。利用待被過濾的漿液用作輔助過濾層，可減少空氣進(jìn)入到盤式過濾機(jī)真空系統(tǒng)內(nèi)部，大大降低了真空的消耗量。
　　(3)運(yùn)行幾個(gè)周期后，堵塞的輔助過濾層通過壓縮空氣反吹或者沖洗水清洗移除，再進(jìn)入漿液重新形成新的輔助過濾層。倒三角形結(jié)構(gòu)的濾布可在內(nèi)部壓縮空氣反吹時(shí)，保證較高的卸餅率和再生效果。
　　2.3　攪拌裝置的改進(jìn)
　　2.3.1　設(shè)備工況
　　(1)傳統(tǒng)的盤式真空過濾機(jī)槽體結(jié)構(gòu)為整體連通的形式，為了保證漿液均勻懸浮在槽體內(nèi)部，設(shè)置有槳葉式或擺臂式的攪拌裝置，但機(jī)械攪拌裝置存在故障率高、密封性差、漏料等問題。同時(shí)單獨(dú)的攪拌裝置的存在限制了過濾機(jī)的大型化發(fā)展。
　　(2)濾盤直徑越大，槽體越深，漿液式或者擺臂式的機(jī)械攪拌裝置布置在槽體底部，很難攪動(dòng)上層漿液。因此，新型的過濾機(jī)勢必要取消獨(dú)立的攪拌裝置。
　　2.3.2　技術(shù)改進(jìn)
　　(1)根據(jù)不同的漿液性質(zhì)，將對應(yīng)每盤濾板的槽體設(shè)計(jì)為單槽結(jié)構(gòu)，增加布料裝置。
　　(2)進(jìn)料時(shí)，漿液沖擊到旋轉(zhuǎn)的濾板上，達(dá)到了對漿液的攪拌效果。針對沉降速度較大的物料，可分析其沉降速度與過濾時(shí)間，設(shè)計(jì)槽體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，達(dá)到盤式過濾機(jī)自攪拌的目的。
　　秘魯首鋼鐵精礦的過濾采用洛陽礦山機(jī)械工程設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)的GPYK-60型礦用盤式過濾機(jī)，取消了獨(dú)立的攪拌裝置，現(xiàn)已穩(wěn)定運(yùn)行近2年。
　　2.4　部件密封性的改進(jìn)
　　2.4.1　設(shè)備工況
　　盤式真空過濾機(jī)的密封性設(shè)計(jì)主要分為兩個(gè)方面，一方面，為了提高真空的有效利用率，通過對各部件的連接處設(shè)計(jì)達(dá)到真空系統(tǒng)的密封；另一方面，為了提高設(shè)備的處理量，需要保證濾板有較高的浸沒率，旋轉(zhuǎn)的主軸與槽體處軸密封。
　　2.4.2　技術(shù)改進(jìn)
　　(1)濾板與中心軸安裝處通過密封圈端面密封，仿S鉤結(jié)構(gòu)雙側(cè)螺栓壓緊，既拆卸方便，又可保證此處的密封性，無真空泄露，避免漿液從此處進(jìn)入中心軸流道，造成濾液固含量升高。旋轉(zhuǎn)的主軸與固定的分配頭形成動(dòng)靜配合，特殊的分配頭密封裝置保證此處動(dòng)靜配合面的密封性。優(yōu)化分配墊材質(zhì)和分配頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其耐磨性與密封性。
　　(2)主軸與槽體處采用機(jī)械式綜合密封，可使濾盤的浸沒率達(dá)到50%以上。主軸密封相對于槽體的位置是浮動(dòng)的，即使主軸沿軸向有一定移動(dòng)，亦可保證運(yùn)行過程中主軸的密封效果。
　　2.5　濾餅洗滌的改進(jìn)
　　2.5.1　設(shè)備工況
　　濾餅是具有一定厚度的顆粒狀物質(zhì)的堆積體，對液體有一定的滲透性。為了回收濾餅帶液中的有價(jià)成分或者去除濾餅帶液中的雜質(zhì)，需對濾餅進(jìn)行洗滌。傳統(tǒng)的濾餅洗滌方式有置換淋洗和加水漿化再過濾。為了達(dá)到較好的洗滌、過濾效果，置換洗滌需要消耗大量的洗液，同時(shí)需要較長的吸干時(shí)間，所以盤式真空過濾機(jī)較少應(yīng)用在該領(lǐng)域。多級漿化洗滌不僅需要消耗大量的水，還須增加多臺(tái)過濾機(jī)和輔助設(shè)施，投資較大，能耗較高。
　　2.5.2　技術(shù)改進(jìn)
　　(1)根據(jù)漿液性質(zhì)和濾餅洗滌方式，綜合盤式真空過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過對分配盤布置區(qū)域的設(shè)計(jì)，在吸干區(qū)布置洗滌管道，各真空系統(tǒng)獨(dú)立，整體的設(shè)備部件進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)，達(dá)到對濾餅進(jìn)行洗滌的目的。
　　(2)專門用于洗滌的真空盤式過濾機(jī)，在達(dá)到相同的洗滌效果時(shí)，與傳統(tǒng)的洗滌濾餅方式相比，所用洗滌水量更少。在連續(xù)作業(yè)時(shí)，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同，可實(shí)現(xiàn)多級錯(cuò)流、多級逆流洗滌，濾餅洗滌效果更好，減少漿化槽數(shù)量，大大節(jié)省了投資成本。
　　目前，洗滌型盤式真空過濾機(jī)在電力行業(yè)脫硫石膏、化工行業(yè)氨代鈉廢水處理、氧化鋁行業(yè)赤泥洗滌等方面，均有試驗(yàn)性應(yīng)用。

　　3　結(jié)論
　　針對不同的漿液性質(zhì)，對盤式真空過濾機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)化的改進(jìn)與優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過各個(gè)部件與運(yùn)行方式的合理匹配，在降低能耗和過濾效果上也得到了提升。該改進(jìn)方法具有維護(hù)簡單、過濾效率高、過濾效果好、洗滌耗水量低等實(shí)際應(yīng)用效果，目前在各個(gè)過濾機(jī)使用領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

　　[1]王紀(jì)瑞，霍華，張孟輝，代朝磊，韓宏武，申飛.盤式真空過濾機(jī)的技術(shù)改進(jìn)[J].礦山機(jī)械，2018，46(09):54-57.

來源：《礦山機(jī)械》2018年09期