压榨过滤过程中提前压榨技术的试验研究

2010-03-26许泽银朱企新

合肥工业大学学报（自然科学版） 2010年8期

赵扬，许泽银，谭蔚，朱企新

(1.合肥学院机械系，安徽合肥 230022;2.天津大学化工学院，天津 300072)

随着科学技术和工业生产的发展，对过滤与分离技术提出更高的要求，过滤设备不仅处理量大，而且应具有压榨功能，使得脱水(液)更多、更干，这样可省去后续干燥过程而节约大量能源。因此压榨脱水技术被广泛地应用于各种类型的过滤脱水设备中，虽然压榨脱水理论得到了关注和广泛的研究，但均存在着很大的不足，压榨脱水理论的实用性还很不够[1]。实践表明，对于完全不可压缩的滤饼，不可能通过过滤压力来减少含水量[2]，此时只有应用压榨脱水的方法才能有效地降低滤饼水分。

压榨的目的旨在实现比过滤更高的固液分离，Shirato教授引入Terzaghi模型[3]，在推导压榨过滤方程时，认为有过滤和压密2个阶段。物料在过滤压榨过程中首先受到过滤，在滤室内形成滤饼，一段时间后滤饼充满滤室，过滤结束，进入压榨阶段，并且假定在过滤过程结束后进入压密过程[4]。文献[5]提出了过滤阶段与压榨阶段分界点的实验求法。在工业应用中，不可能待过滤速率为零时才进入压榨过程。因为对于难过滤物料，在过滤后期由于滤液排出速度太慢，要继续过滤是不经济的。若增加过滤推动力，过滤介质与滤饼相接触的截面会形成结构致密的滤饼层，导致过滤比阻的增加，抵消增大压差的效果[5]。实际压榨过滤机的过滤特性是当过滤到一定阶段，即开始进行压榨[6]。

生产厢式压滤机的一些著名公司提出，过滤操作时应该在过滤速率降到一定位置开始进行压榨过程，但没有指出具体起始压榨点，只指出采用压榨过滤技术，滤饼的固含量可以提高50%，而过滤效率可以提高1倍[7]。因此，研究压榨过滤的最佳压榨点具有很大的实用价值。本文根据不同压榨压力以及相同压榨压力但不同压榨起始点时，所得到的滤液量和滤饼的湿含量进行分析，以寻求通过试验确定最佳压榨点的方法。

1 压榨过滤试验

1.1 压榨过滤装置

本试验采用活塞式压榨过滤试验装置，如图1所示。

图1 压榨过滤试验流装置

1.2 过滤压力与压榨压力相同时的压榨试验

本文以硅藻土与高岭土混合物料为试验对象，进行了过滤压力和压榨压力相同时不同起始压榨点的试验。不同压榨起始点的压榨过滤曲线如图2所示。其中过滤压力和压榨压力均为0.20 MPa，加料量均为400 g/次。由图2可以看出，当过滤压力与压榨压力相同时，起始压榨点不同，最终得到的滤液量也不同，这说明起始压榨点对压榨过滤有较大的影响。

在170 m L点开始压榨，过滤时间为135 s，滤饼的含水率为61.65%;在180 m L点开始压榨，过滤时间为153 s，滤饼的含水率为61.50%。虽然时间仅增加了18 s，但两者获得的滤饼含湿量相差了1.15%，对于压榨过滤操作存在一个最适宜的起始点。在本试验中，当滤液量为180 m L时开始压榨，可以达到最佳压榨过滤的效果，理论滤液量为248m L，说明达到了理论计算所得滤液量的72.6%时，开始压榨为最佳。

图2 硅藻土与高岭土混合悬浮液不同起始压榨点曲线

1.3 硅藻土与黏土混合悬浮液的压榨试验

考虑到硅藻土的可压缩性较低，高岭土与硅藻土配比在实际压榨生产中并不常用，为了尽可能模拟真实的工业应用过程，取硅藻土与黏土混合料浆进一步进行研究。

在不同压力下得到的压榨过滤曲线如图3所示。由图3可以看出，当压力由0.15 MPa逐渐增大到0.25MPa，获得400m L滤液所需要的时间逐渐缩短;但当压力为0.30MPa时，获得相同滤液所需要的时间又趋延长，说明此时虽然压力增大，而过滤速率反而降低。

图3 硅藻土与黏土混合悬浮液不同压力下的试验曲线

当过滤压力为0.15 MPa时，滤饼的湿含量为55%;而当过滤压力为0.25 MPa时，滤饼的湿含量减低到47.5%，降低了15.8%。当过滤压力增加到0.3 MPa时，滤饼的湿含量又增加到49.6%。这说明过滤压力和压榨压力并非越高越好，压力过高，滤饼压得太实，滤饼中的一些孔变成了盲孔，过滤效率反而会降低。

从试验可以看出，无论在过滤阶段还是压榨阶段，当压力为0.25 MPa时，得到相同滤液量所需的时间最短，滤饼含湿量也最低，即效率最高。因此，在该试验条件下最适宜的过滤压力和压榨压力应为0.25 MPa。

1.4 不同压榨起始点的压榨过滤试验

由上述试验结果可知，过滤压力与压榨压力在0.25 MPa时进行过滤压榨操作为最佳，为此在该条件下，以硅藻土与黏土混合料浆为实验物料，选不同的压榨起始点进行试验，结果如图4所示。

图4 硅藻土与黏土混合悬浮液在不同起始压榨点的试验曲线

从图4中可以看出，要得到相同滤液(例如450 m L)，分别需要时间为380、500、630、670 s，而只有当滤液量达到380 m L开始压榨，滤饼的含湿量为最低，过滤效率也较高，因而可以选择在滤液量380 m L时作为起始压榨点，此时压榨效果为最佳。在该压力下，理论滤液量为503m L，即达到理论滤液量的75.5%时，开始压榨为最佳。

1.5 过滤压力和压榨压力不同时的试验

为了进一步研究压榨过滤的操作条件，又分别进行了过滤压力和压榨压力不同时的压榨过滤试验，并与过滤压力和压榨压力相同时的效果进行了对比。

过滤压力相同、压榨压力不同时的压榨过滤曲线如图5所示。从图5可知，在压榨阶段，由于压榨压力增大，得到的相同的压榨滤液所需的时间可以缩短。

压榨压力相同、过滤压力不同时的压榨过滤曲线如图6所示。从图6可看出，在过滤阶段压力增大后，得到相同的滤液，时间可明显减小。提高过滤阶段的操作压力或提高压榨阶段的操作压力均可以缩短时间，但前者更加明显。

但在实际操作中，虽然提高过滤压力比提高压榨压力缩短工艺时间更明显，一般不主张提高过滤压力，因为提高过滤压力所需要的能量比提高压榨压力要高。

图5 过滤压力相同而压榨压力不同时的压榨过滤曲线

图6 压榨压力相同而过滤压力不同时的压榨过滤曲线

实验表明，在相同过滤压力和相同压榨压力下，当起始压榨点不同时，最终得到的滤液量和滤饼的湿含量不同，即压榨过滤的起始压榨点对压榨过滤有较大的影响。压榨过滤操作存在一个最适宜的起始压榨点，在该起始点开始压榨获得的压榨效果最好，即整个过滤、压榨过程所用的时间最短，得到的滤液量最多，滤饼的含水量最低。适当提高过滤压力和压榨压力对降低滤饼含水率和缩短工艺时间是有利的，但因物料的不同而异，需要通过试验确定最适宜的操作条件。

2 压榨过滤工业性试验

2.1 氯碱盐泥的压榨过滤工业性试验

处理物料为氯碱盐泥。

压滤机运行周期为53 m in，其中，压紧1.5min(20.0MPa);过滤20min(0.6 MPa);洗涤10m in(0.9 MPa);压榨5min(0.7 MPa);松板1.5 m in(3.0 M Pa);卸料15 m in。

通过试验，比较在过滤压力和压榨压力均不变的情况下，改变不同起始压榨点，观察压榨效果，确定提前压榨的最适宜操作条件。试验数据见表1所列。

表1 氯碱盐泥压榨过滤工业性试验

从表1中可以看出，对于这种物料，采用压榨过滤方式与采用单一过滤操作、单个滤室相比，获得的滤饼质量及含水率都会下降。

综合比较，以提前5m in压榨为最好，此时滤饼含水率29.06%为最低。和常规过滤压榨方式相比，提前5 min压榨滤饼含水率降低了15.37%;每个滤室的滤饼量从37.51 kg降低到34.64 kg，减少滤饼运输量7.65%;和常规过滤方式相比，滤饼含水率从50%降低到29.62%，降低了40.76%;每个滤室的滤饼量从48.77 kg降低到34.64 kg，减少滤饼运输量28.97%。过滤压榨时间由原来的25 min减少到20m in，生产效率提高了20%。

2.2 漂粉精压榨过滤工业性试验

处理物料为漂粉精。料浆pH值为10.5左右;粒度范围为30～50μm;滤布选型根据物料的性质，选用丙纶750A加密型滤布。

通过试验，比较不同压榨方式的效果，确定提前压榨的最适宜操作条件。试验数据见表2所列。

表2 漂粉精压榨过滤工业性试验

由表2可看出，采用过滤压榨方式，即过滤30 min后再经过2次压榨，可降低滤饼含水率32.48%，降低滤饼量34.38%。

采取提前压榨技术，即过滤24min后进入压榨过程(过滤时间缩短20%)，经过2次压榨，第1次在0.6 MPa压榨压力下压榨15 min，再在0.8 MPa压榨压力下压榨21 min，合计工艺处理时间为60 min，滤饼含水率可降低42.15%，滤饼质量降低了40.63%。可见，和原来的过滤压榨方式相比，采用提前压榨技术效率提高了40%，总工艺处理时间大大缩短，提高了生产效率，大大增加了产品产量。

而滤饼含水率从原工艺的41.78%降低到35.79%，降低了14.34%，滤饼含水量的降低意味着提高了产品的质量，大大降低了后续干燥工序的热能消耗成本。

滤饼质量则从原工艺的21 kg降低到19 kg，减少滤饼运输量9.52%，滤饼质量的降低意味着运输成本的减少。

2.3 煤制油催化剂工业性试验

处理物料为煤制油催化剂。

压滤机运行周期为28 m in，其中，压紧1.5min(22 MPa);过滤10 min(0.6 MPa);压榨5m in(0.6 MPa);松板1.5 min(3.0 MPa);卸料10 m in。1 500 mm×1 500mm的隔膜滤板，单个滤室的过滤面积为1.923m2。结果见表3所列。

表3 煤制油催化剂工业性试验

从表3可以看出，压榨时间不变，提高过滤压力，能够降低滤饼含水率。如从0.6 M Pa提高到0.7 MPa，滤饼含水率可降低4.4%，从0.7 MPa提高到0.8 MPa，滤饼含水率仅降低了1.2%。这说明当过滤压力提高到一定程度后，对于这类物料，它对降低滤饼含水率的作用十分有限。对于该物料，过滤压力选择0.7 MPa，压榨压力选择0.6 M Pa比较合适。