本文以甕安礦選礦過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)產生的(de)石灰漿為研究對象，驗(yan)證了過(guo)(guo)濾(lv)(lv)機生產能力的(de)計算方法。討論了水平真(zhen)空(kong)帶式過(guo)(guo)濾(lv)(lv)機用(yong)于(yu)過(guo)(guo)濾(lv)(lv)過(guo)(guo)程(cheng)的(de)放大時，真(zhen)空(kong)濾(lv)(lv)盤(pan)的(de)長度、濾(lv)(lv)盤(pan)的(de)行程(cheng)、連度等參(can)數對生產能力和操(cao)作費用(yong)的(de)影(ying)響。提(ti)出了設備(bei)放大時如何正確(que)選擇(ze)參(can)數的(de)范圍。

液－固分(fen)離過(guo)程(cheng)在化工生(sheng)(sheng)產中(zhong)占有相當(dang)重(zhong)要的地位(wei)。我們曾討論(lun)了濾(lv)餅(bing)過(guo)濾(lv)過(guo)程(cheng)中(zhong)的生(sheng)(sheng)產能力計(ji)算^[1],Tiller^[2],Pwches^[3]等(deng)人研究了(le)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)機生(sheng)產(chan)(chan)能(neng)力的(de)計算方法。但是都很少涉及到正(zheng)確決定過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)機的(de)主要結(jie)構參(can)(can)數的(de)操(cao)作參(can)(can)數的(de)問題。本文以甕公安(an)礦的(de)在選礦過(guo)(guo)(guo)程在產(chan)(chan)生(sheng)的(de)石灰漿固－液分離為對(dui)象，驗證(zheng)了(le)我們曾討論過(guo)(guo)(guo)的(de)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)機生(sheng)產(chan)(chan)能(neng)力的(de)計算方法。結(jie)合水(shui)平(ping)真空(kong)帶(dai)式(shi)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)機的(de)工作特點(dian)，討論了(le)水(shui)平(ping)真空(kong)帶(dai)式(shi)過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)機在用于過(guo)(guo)(guo)濾(lv)(lv)過(guo)(guo)(guo)程放(fang)大時，真空(kong)濾(lv)(lv)盤的(de)長度(du)、真空(kong)濾(lv)(lv)盤的(de)行和(he)、濾(lv)(lv)帶(dai)的(de)速(su)度(du)等(deng)參(can)(can)數對(dui)生(sheng)產(chan)(chan)能(neng)力的(de)影響(xiang)(xiang)(xiang)。當考(kao)慮了(le)濾(lv)(lv)餅厚度(du)對(dui)卸料和(he)固體(ti)回收率的(de)影響(xiang)(xiang)(xiang)。濾(lv)(lv)帶(dai)速(su)度(du)對(dui)機械(xie)運轉可靠性(xing)和(he)操(cao)作費用的(de)影響(xiang)(xiang)(xiang)后，提出了(le)一個放(fang)大時可供(gong)參(can)(can)考(kao)的(de)真空(kong)濾(lv)(lv)盤長度(du)、濾(lv)(lv)帶(dai)速(su)度(du)、真空(kong)濾(lv)(lv)盤的(de)行程等(deng)參(can)(can)數的(de)選擇范圍(wei)。

實 驗 結 果

依(yi)照前文^[1] 提到(dao)的方法，確定甕(weng)安(an)礦選礦過程中產生(sheng)的石灰漿的過濾(lv)比阻力(li)系數(shu)和過濾(lv)壓(ya)力(li)間的關系為：^?

ɑ_ɑ0=2.80×10⁸P^0.62 m/kg (1) 式中

ɑ_ɑ0 濾餅平均比阻力(li)系數，m/kg

P 過濾(lv)壓力，N/m²

圖1為logP～logɑ_ɑ0結果(guo)。

利用(yong)式［1］計(ji)(ji)算(suan)的(de)比阻(zu)力系(xi)數(shu)和實(shi)驗值的(de)誤差列于表1，其計(ji)(ji)算(suan)平均誤差為－0.4％

表1 甕安礦(kuang)選石灰漿的比阻力系數測定和實(shi)驗關聯(lian)式計(ji)算結果

P=4.90×10⁴～2.94×10⁴N/m² s=0.47～0.52/固液

誤差＝（實測值(zhi)－計算值(zhi)）、實測值(zhi)

生產能力計(ji)算式^[1]：

W=2Ppst/(1-ms)

式中

ρ 濾液的密度,kg/m³

s 料漿的(de)含固率，固/液

μ 濾(lv)液的粘度，kg/m

t 過濾時間(jian),s

m 濾餅的含液(ye)(ye)率，液(ye)(ye)/干固

在0.6m²的水平真(zhen)空帶式過濾機上用(yong)三批甕安礦選礦產生的石灰漿進行測試。用(yong)式（1）和式（2）計(ji)算(suan)(suan)各操作條件下(xia)的(de)(de)生產(chan)能(neng)(neng)力(li)，其結果列(lie)于(yu)表(biao)2。結果表(biao)明，用本方法計(ji)算(suan)(suan)得到的(de)(de)過(guo)濾(lv)機(ji)生產(chan)能(neng)(neng)力(li)的(de)(de)平(ping)均誤(wu)差(cha)為6.4％，最(zui)大誤(wu)差(cha)范圍為20.9％～－9.9％。可(ke)見使用本方法確定(ding)的(de)(de)過(guo)濾(lv)機(ji)生產(chan)能(neng)(neng)力(li)可(ke)以用于(yu)工程放大，由(you)于(yu)計(ji)算(suan)(suan)中(zhong)忽略了濾(lv)布的(de)(de)阻力(li)，所(suo)以計(ji)算(suan)(suan)值顯(xian)示出正誤(wu)差(cha)是合理(li)的(de)(de)。

表(biao)2 0.6m²水平真空帶式(shi)過(guo)濾(lv)機用于甕安礦(kuang)石灰(hui)漿過(guo)濾(lv)的生產能力(li)測定

注：①盤長(chang)1.92m，返回時間(jian)2s.

②為(wei)了保證有足夠的(de)濾(lv)餅吸干(gan)時(shi)間，此(ci)試驗的(de)吸干(gan)區長(chang)度為(wei)1.42，已不適宜操作。

③計(ji)算(suan)(suan)誤差＝（計(ji)算(suan)(suan)值(zhi)－實驗值(zhi)）/計(ji)算(suan)(suan)值(zhi)

主要參(can)數對生產能力、操作費用(yong)的影響

本文所討論(lun)的(de)水(shui)平(ping)真空(kong)帶(dai)式(shi)(shi)過(guo)濾(lv)機是往(wang)(wang)復盤(pan)式(shi)(shi)過(guo)濾(lv)機，它是一(yi)種上(shang)加料的(de)水(shui)平(ping)式(shi)(shi)連續(xu)(xu)真空(kong)過(guo)濾(lv)機。過(guo)濾(lv)機是連續(xu)(xu)工(gong)作(zuo)(zuo)是由真空(kong)濾(lv)盤(pan)在氣(qi)控系統下作(zuo)(zuo)往(wang)(wang)復前后運動和(he)濾(lv)事在頭輪(lun)的(de)驅動下作(zuo)(zuo)連續(xu)(xu)向(xiang)前的(de)移動來(lai)實現的(de)，因此這種過(guo)濾(lv)機的(de)真空(kong)濾(lv)盤(pan)每(mei)往(wang)(wang)復一(yi)次的(de)時間(jian)由二部分組成：

T_C=T_F+T_D (3)

式中

T_C 真空濾盤往復一次所需的時間，s_?

T_F 有效過濾時間，s

T_D?無效工(gong)(gong)作時間（非工(gong)(gong)作時間），s;一般為(wei)1.5～3s。

單位(wei)時(shi)間(jian)中往復次數會影(ying)響(xiang)有效工作時(shi)間(jian)。過濾物料在真空(kong)濾盤(pan)上的停留時(shi)間(jian)和(he)濾

帶的速度有下列關系：

T=L/u s (4)

式中

T 物料的過濾時(shi)間，s

L 真(zhen)空濾盤的長度(du)，m

U 濾帶的(de)速度，m/s

可見(jian)濾(lv)布的(de)(de)(de)速度(du)和(he)真空濾(lv)盤的(de)(de)(de)長度(du)確(que)定(ding)了物料(liao)的(de)(de)(de)過濾(lv)的(de)(de)(de)時(shi)間，因此當(dang)需要過濾(lv)的(de)(de)(de)物料(liao)特(te)性(xing)確(que)定(ding)后(hou)，首先要正確(que)地選擇真空濾(lv)盤的(de)(de)(de)長度(du)、濾(lv)帶的(de)(de)(de)速度(du)和(he)真空濾(lv)盤的(de)(de)(de)行程(cheng)等參數。

根據濾(lv)餅過(guo)濾(lv)過(guo)程中過(guo)濾(lv)機(ji)的生產能力計算式（2），可以得到(dao)單位(wei)時間內(nei)濾(lv)餅的產率為：

w/t=2Pps/(1-ms)μ （5）

圖(tu)2為一定操作(zuo)條件下過濾(lv)(lv)(lv)時間(jian)和濾(lv)(lv)(lv)餅產量與產率之間(jian)的(de)關系。由(you)圖(tu)可見，縮短(duan)過濾(lv)(lv)(lv)時間(jian)，即提高濾(lv)(lv)(lv)帶速度(du)的(de)、和減(jian)小真(zhen)空濾(lv)(lv)(lv)盤的(de)長度(du)可以顯著地(di)提高過濾(lv)(lv)(lv)機的(de)生產能(neng)(neng)力。下面將(jiang)分(fen)別討論真(zhen)空濾(lv)(lv)(lv)盤長度(du)、濾(lv)(lv)(lv)帶速度(du)、真(zhen)空濾(lv)(lv)(lv)盤行程對過濾(lv)(lv)(lv)機生產能(neng)(neng)力和操作(zuo)費用(yong)的(de)影(ying)響。

圖2過(guo)濾時間和濾餅(bing)產量(liang)及產率的關系

① 真(zhen)空濾盤的行程

由式（3）可知(zhi)，當(dang)其它條件不變時(shi)，增加真(zhen)空(kong)濾(lv)(lv)盤(pan)的(de)(de)行程和(he)(he)加快真(zhen)空(kong)濾(lv)(lv)盤(pan)的(de)(de)返(fan)回速(su)度都可以(yi)(yi)提高水平(ping)真(zhen)空(kong)帶式過濾(lv)(lv)機(ji)(ji)的(de)(de)有效(xiao)工作時(shi)間，介是(shi)當(dang)濾(lv)(lv)盤(pan)行程太長和(he)(he)返(fan)回速(su)度太高時(shi)，會(hui)使它的(de)(de)運動慣量和(he)(he)機(ji)(ji)械振(zhen)動增加，同(tong)時(shi)帶來聯接真(zhen)空(kong)濾(lv)(lv)盤(pan)和(he)(he)集液管間的(de)(de)橡膠置(zhi)上的(de)(de)困難，造成過濾(lv)(lv)機(ji)(ji)總體(ti)布置(zhi)上的(de)(de)不全(quan)理，幫在設(she)計中(zhong)，一般中(zhong)小型的(de)(de)真(zhen)空(kong)濾(lv)(lv)盤(pan)行程為(wei)(wei)0.500～0.600m。對于過濾(lv)(lv)面積為(wei)(wei)數(shu)十平(ping)方米的(de)(de)設(she)備，真(zhen)空(kong)濾(lv)(lv)盤(pan)行程以(yi)(yi)1.000m為(wei)(wei)好(hao)。

② 濾帶速(su)度(du)和生產能力間的關系(xi)

為了提高(gao)過濾機(ji)(ji)的(de)生(sheng)產(chan)能(neng)力(li)，可以采用提高(gao)濾帶(dai)(dai)速(su)度(du)(du)、縮短過濾時間的(de)方法，但對于水平真(zhen)空帶(dai)(dai)式過濾機(ji)(ji)來(lai)講，隨著濾帶(dai)(dai)速(su)度(du)(du)的(de)提高(gao)，真(zhen)空濾盤在(zai)單位時間內(nei)返回的(de)次(ci)數(shu)增加無效(xiao)工作時間所占比例(li)上升(sheng)。在(zai)實際操作中，生(sheng)產(chan)能(neng)力(li)并不與濾帶(dai)(dai)速(su)度(du)(du)的(de)平方根成正比，而是隨著濾帶(dai)(dai)速(su)度(du)(du)的(de)增加，生(sheng)產(chan)能(neng)力(li)的(de)提高(gao)逐漸綏慢增加，最(zui)終(zhong)達(da)到某一(yi)極限值。超過此濾帶(dai)(dai)速(su)度(du)(du)后(hou)，過濾機(ji)(ji)的(de)生(sheng)產(chan)能(neng)力(li)反(fan)而有所下降(jiang)。表(biao)3列出試驗中的(de)石灰漿在(zai)真空度下（～5.33×10⁴N/m²）進行過(guo)濾(lv)時(shi)，干(gan)濾(lv)餅的(de)生(sheng)產能力(li)與濾(lv)帶速度間(jian)的(de)關系。由表可見，對這種物料，當濾(lv)帶速度達0.042m/s時，生產能力反而(er)開始下(xia)降。

表3 0.6m2水平真空(kong)帶(dai)式過(guo)濾機生產(chan)能力和濾帶(dai)速度的關系

注(zhu)：真空濾(lv)盤長(chang)度1.920米，返回(hui)時間(jian)：2秒，可能由進料含(han)率誤差(cha)引起(qi)。

如上所述(shu)，隨(sui)(sui)著(zhu)濾(lv)(lv)(lv)(lv)帶速度的(de)(de)提高，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)機生產能力一(yi)般是(shi)增加的(de)(de)。但是(shi)隨(sui)(sui)著(zhu)濾(lv)(lv)(lv)(lv)帶速度的(de)(de)提高，過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)時間(jian)隨(sui)(sui)之(zhi)下降(jiang)，每次循環中單位過(guo)濾(lv)(lv)(lv)(lv)面積(ji)上的(de)(de)濾(lv)(lv)(lv)(lv)餅量將減少，所以(yi)濾(lv)(lv)(lv)(lv)餅的(de)(de)厚度總是(shi)隨(sui)(sui)著(zhu)濾(lv)(lv)(lv)(lv)帶速(su)度變薄的。表3示出不同濾帶速度與濾濾餅厚度間的關系。顯然，隨著濾餅厚度的減小將帶來卸料的困難和影響固體物料的回收率。因此Tiller^[4]等(deng)人認(ren)為帶式過濾(lv)機的濾(lv)餅(bing)厚(hou)度應大于(yu)（3～4）×10^－3m。根據我(wo)們(men)的(de)操(cao)作結果，確認水平(ping)真空帶式過(guo)濾(lv)機(ji)的(de)最小濾(lv)餅(bing)厚度應控制在大于(2.5～3)10^－3m范圍內。

水(shui)平真(zhen)空帶式過濾機的真(zhen)空盤是(shi)由(you)滾輪支承(cheng)在導軌上前后運動的(de)，所以帶動濾布和真空盤前進所消耗(hao)的功率(lv)是有限的，一臺5m²水(shui)平真空帶式過濾機主電機的(de)功率為2.2kw。它的操作費用集中在真空耗氣和壓縮空氣的能耗上，這二項消耗與單位時間內真空盤的往復次數有關，由于真空盤的往復次數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5m²的(de)水平真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)帶(dai)式過濾(lv)(lv)(lv)機壓縮空(kong)(kong)氣和(he)真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)耗氣量與濾(lv)(lv)(lv)帶(dai)速度之(zhi)間的(de)關(guan)系。另(ling)外，濾(lv)(lv)(lv)帶(dai)速度的(de)提高將影響(xiang)濾(lv)(lv)(lv)布、卸(xie)料刮刀、導(dao)軌、返回氣缸、真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)切換(huan)閥等部件的(de)使用壽命(ming)，所以目前的(de)設計都把濾(lv)(lv)(lv)帶(dai)速度限制在0.1m/s以內。

③ 真空濾盤長度(du)的影響(xiang)

前已(yi)述及提(ti)(ti)高濾(lv)帶(dai)(dai)速(su)度縮短過(guo)濾(lv)時(shi)間可以提(ti)(ti)高水平真(zhen)空(kong)帶(dai)(dai)式過(guo)濾(lv)機的(de)(de)(de)(de)生產(chan)能力(li)，但隨著濾(lv)帶(dai)(dai)速(su)度的(de)(de)(de)(de)提(ti)(ti)高也會(hui)帶(dai)(dai)來不少問(wen)題，所(suo)以應考慮(lv)用(yong)短的(de)(de)(de)(de)真(zhen)空(kong)濾(lv)盤來達到縮短過(guo)濾(lv)時(shi)間的(de)(de)(de)(de)目的(de)(de)(de)(de)。對于物料的(de)(de)(de)(de)過(guo)濾(lv)比(bi)阻力(li)系數(shu)小、含(han)固率高、濾(lv)餅易于開裂的(de)(de)(de)(de)情況，使用(yong)短的(de)(de)(de)(de)真(zhen)空(kong)濾(lv)盤是合適的(de)(de)(de)(de)。但若(ruo)物料過(guo)濾(lv)比(bi)阻力(li)系數(shu)較高（如ɑ_av>10¹¹kg/m）且含固率較(jiao)(jiao)低時，為(wei)了保證形成(cheng)一(yi)(yi)定(ding)厚度的(de)濾(lv)(lv)餅(bing)，顯然需要一(yi)(yi)定(ding)的(de)過濾(lv)(lv)時間(jian)，若使(shi)用(yong)過短的(de)濾(lv)(lv)盤，由式(shi)(shi)（4）可知(zhi)，濾(lv)(lv)帶(dai)會速度太慢，那么濾(lv)(lv)餅(bing)在(zai)最后吸(xi)干(gan)區停留(liu)時間(jian)延長，從而導致過濾(lv)(lv)機(ji)的(de)生產能(neng)力(li)(li)下(xia)降。另外，由于考慮(lv)到水平(ping)真(zhen)空帶(dai)式(shi)(shi)過濾(lv)(lv)機(ji)的(de)運(yun)動(dong)特點，它的(de)一(yi)(yi)部分吸(xi)干(gan)區在(zai)吸(xi)濾(lv)(lv)過程(cheng)中沒有得到充分利用(yong)，因(yin)而在(zai)行(xing)程(cheng)一(yi)(yi)定(ding)的(de)情況(kuang)下(xia)，縮短真(zhen)空濾(lv)(lv)盤長度會使(shi)這(zhe)一(yi)(yi)部分所占的(de)過濾(lv)(lv)面積比例上(shang)升，引起生產能(neng)力(li)(li)下(xia)降。所以水平(ping)真(zhen)空帶(dai)式(shi)(shi)過濾(lv)(lv)機(ji)的(de)真(zhen)空濾(lv)(lv)盤長度應當(dang)根據物(wu)料的(de)特點，真(zhen)空濾(lv)(lv)盤的(de)行(xing)程(cheng)等參數(shu)進行(xing)反(fan)復(fu)試(shi)算與比較(jiao)(jiao)才(cai)能(neng)確(que)定(ding)。

圖3 真空耗(hao)氣量(liang)與壓縮(suo)空氣耗(hao)量(liang)和(he)濾(lv)帶速度的關系

圖4為不同的(de)(de)真(zhen)(zhen)空(kong)濾(lv)盤長(chang)度和濾(lv)帶速度對(dui)生產能(neng)力的(de)(de)影響，圖中粗實(shi)線部分(fen)是(shi)考慮(lv)了(le)濾(lv)餅的(de)(de)卸料(liao)和固體(ti)的(de)(de)回收率后(hou)適(shi)宜的(de)(de)操作范圍。再根據單位時間(jian)的(de)(de)處理(li)能(neng)力和操作費用就可以(yi)比(bi)較合理(li)地(di)確定(ding)水(shui)平真(zhen)(zhen)空(kong)帶式過濾(lv)機(ji)的(de)(de)各個參(can)數。

圖4 不同濾(lv)(lv)盤長度和(he)濾(lv)(lv)帶速度與濾(lv)(lv)餅(bing)產率的關(guan)系

結論

1.試驗結果(guo)表明(ming)，利用實驗室測(ce)定的(de)濾餅(bing)比(bi)阻(zu)力系(xi)(xi)數計算(suan)過濾機生產能力的(de)方(fang)法是合適(shi)的(de)。當比(bi)阻(zu)力系(xi)(xi)數大于10¹¹m/kg時，計算式忽略濾布的阻力(li)所引(yin)起(qi)的誤差是在允許的范圍內。

2.在根據不同的(de)過(guo)濾物料特點，確定(ding)合適的(de)水平真空帶式過(guo)濾機基本參(can)數時（包括結構(gou)參(can)數和操作參(can)數），可以(yi)用(yong)實(shi)驗測定(ding)P～ɑ_ɑv關系式(shi)，以(yi)及用(yong)式(shi)⑵～⑸試算不同的真空濾盤長度、濾帶速度、濾盤行和的生產能力，結合卸料可能性和固體回收率的要求，由設備投資費用的和操作費用、維修費用的比較得到較適宜的結構參數的操作條件。

3.對于(yu)易過(guo)濾(lv)，本(ben)文(wen)方法由于(yu)忽(hu)略過(guo)濾(lv)介質(zhi)阻力，會引(yin)起很大(da)的(de)誤(wu)差，所以(yi)是不合適的(de)。本(ben)文(wen)所述不能(neng)完全用于(yu)濾(lv)餅需要洗滌的(de)過(guo)程。

參 考(kao) 文 獻

[1] 姚公弼，“液(ye)－固(gu)分離應(ying)(ying)用基(ji)(ji)礎研究試驗小結(jie)(1)——餅過濾基(ji)(ji)本特性(xing)參數的測定(ding)和在過濾機(ji)生產能力(li)計算上的應(ying)(ying)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?”

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[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(kuang)石灰漿過(guo)濾特性和在0.6m²水(shui)平(ping)真(zhen)空(kong)帶式(shi)過濾機上處理能力(li)的測定(ding)”（內部資料），(1981)。