引言

板框式壓濾機(jī)作為食品、化工企業(yè)常用的固液分離設(shè)備，以其構(gòu)造簡單、分離效率高而被廣泛使用。釩制品廠在沉淀工序所使用的APV濃漿是生產(chǎn)三氧化二釩、五氧化二釩的重要原料，必須經(jīng)過固液分離得到水分合乎要求的APV干粉。其物理特征是固體顆粒尺寸較小達(dá)到0．02 微米以下，液體含有害成分如鉀、鈉必須予以洗滌清除，液體具有一定黏度等等。壓濾效果取決于多方面因素，比如壓縮空氣壓力、濾布特性、壓濾工藝等。由于備件價格昂貴且組織困難，又無任何圖紙資料，隨著生產(chǎn)能力的不斷擴(kuò)大，越來越不適應(yīng)生產(chǎn)需要，故障頻繁，一旦發(fā)生故障對整個生產(chǎn)線的影響巨大。又考慮到生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，擬增設(shè)備機(jī)兩臺，而進(jìn)口整機(jī)價格高達(dá)180萬元／臺，是國產(chǎn)整機(jī)價格的3．6倍，所以有必要先期對其進(jìn)行國產(chǎn)化，成熟后可在擴(kuò)容增設(shè)備機(jī)時直接使用國產(chǎn)壓濾機(jī)，可大大減少投資。因此，有必要對進(jìn)口壓濾機(jī)進(jìn)行國產(chǎn)化轉(zhuǎn)化．摸索合理的國產(chǎn)化設(shè)計(jì)制造、生產(chǎn)工藝優(yōu)化方案。由于現(xiàn)場位置有限，無法安裝專用進(jìn)料管道系統(tǒng)，新增的壓濾機(jī)擬與原有進(jìn)口板框壓濾機(jī)共用一套進(jìn)料系統(tǒng)，包括進(jìn)料泵、進(jìn)料管道閥門以及出液罐、壓縮空氣管道等。

板框壓濾機(jī)概

壓濾原理壓濾機(jī)構(gòu)由多塊帶凸凹紋路的濾板和濾框交替排列于機(jī)架而構(gòu)成。板和框一般制成方形，其角端均開有圓孔，這樣板、框裝合，壓緊后即構(gòu)成供濾漿、濾液或洗滌液流動的通道。框的兩側(cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿和濾餅的空間。懸浮液從框上角的通道(位于框內(nèi))進(jìn)入濾框，固體顆粒被截留在框內(nèi)形成濾餅，濾液穿過濾餅和濾布到達(dá)兩側(cè)的板，經(jīng)板面從板的左下角旋塞排出。待框內(nèi)充滿濾餅，即停止過濾。如果濾餅需要洗滌，先關(guān)閉洗滌板下方的旋塞，洗液從洗板上角的通道(位于框內(nèi))進(jìn)入，依次穿過濾布、濾餅、濾布，到達(dá)非洗滌板，從其下角的旋塞排出。濾液的排出方式有明流和暗流之分，若濾液經(jīng)由每塊板底部旋塞直接排出，則稱為明流；若濾液不宜暴露于空氣中，則需要將各板流出的濾液匯集于總管后送走，稱為暗流。本文所述濾液的排出方式即為暗流方式。

濾布位于隔膜板和濾板之間，在兩層濾布通入需壓濾的濃漿后利用濾布的過濾特性實(shí)現(xiàn)固液分離。濾布的選擇對過濾效果很重要。一般可按物料的特性，即酸堿度、溫度、顆粒理化性質(zhì)等因素來選擇濾布的性質(zhì)和織法。最好能通過小樣試驗(yàn)的結(jié)果來進(jìn)行選擇。常用濾布材質(zhì)的特性表如表1所示。壓濾過程原理如圖3所示。

板框壓濾機(jī)的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單：造價低；過濾面積大；輔助設(shè)備少：動力消耗低。

缺點(diǎn)由于是間歇操作，因此效率較低。同時，如果無專用的供氣設(shè)備，則壓縮空氣的壓力不易保證，從而影響壓濾過程的出水效果。此外，由于使用板框壓濾機(jī)進(jìn)行固液分離的混合物一般都具有較強(qiáng)的黏性，因此壓濾結(jié)束后濾布總會有濾餅殘留，不易清洗。

改進(jìn)型板框壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)功能

特性和用途經(jīng)過慎重選型，采用自動廂式壓濾機(jī)作為改進(jìn)型。該機(jī)型是間隙操作的加壓過濾設(shè)備，應(yīng)用于固液兩相的分離。

壓濾機(jī)工作循環(huán)壓濾機(jī)工作循環(huán)可見。正吹風(fēng)是指在濾布與隔膜板之間通入壓縮空氣，通過隔膜板的變形擠壓濾餅，反吹風(fēng)是指在濾布與濾餅之間通入壓縮空氣，可以達(dá)到簡單清洗濾布、加速濾液通過濾布的效果。交叉洗滌是指通過濾板左上角進(jìn)水、右下角出水，濾板右上角進(jìn)水、左下角出水的洗滌方式，更加徹底地進(jìn)行濾餅洗滌，適用于對鉀、鈉成分控制要求較高的場合。

改進(jìn)型壓濾機(jī)試車調(diào)試、改進(jìn)

方案制定經(jīng)過仔細(xì)分析，以進(jìn)口設(shè)備的常規(guī)操作步驟為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場工人實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，制定了詳細(xì)的壓濾機(jī)工作步驟方案，以及壓榨過程中出水口進(jìn)氣口設(shè)置方案。方案組合含水量為最低，雖仍未能達(dá)到20％的指標(biāo)，但證明在保持整機(jī)結(jié)構(gòu)和管線的前提下，合理設(shè)置壓榨和反吹時間以及交替次數(shù)是提高工作效率的主要途徑。據(jù)此進(jìn)行的對整機(jī)結(jié)構(gòu)和管線的改進(jìn)后調(diào)試，也應(yīng)按照這一思路進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)和觀察出液量的大小，在進(jìn)行一次反吹出液后不立即進(jìn)行下次壓榨，而是再進(jìn)行一次反吹出液操作時，初期仍有大量濾液排出，由此判斷，濾室內(nèi)排出的濾液仍有一大部分停留在膠板表面與濾布之間，由于小顆粒通道阻塞、吹掃力度不足、系統(tǒng)內(nèi)壓保持的原因，不能因重力和吹掃排向出液孔，吹掃停止后又迅速回滲至濾餅，如此反復(fù)，濾餅內(nèi)水分始終不能排盡，造成含水量不能達(dá)標(biāo)。

改進(jìn)型主要設(shè)計(jì)缺陷分析通過9次帶料實(shí)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)場分析和工人經(jīng)驗(yàn)依據(jù)，排除壓縮空氣壓力不足，APV濃漿黏度波動造成進(jìn)料不足、濾餅過薄等外部因素，證明改進(jìn)型存在較為嚴(yán)重的缺陷，是導(dǎo)致含水量無法達(dá)標(biāo)的直接原因，缺陷主要集中在以下幾個方面：

1.濾板凸臺數(shù)量及位置從濾板結(jié)構(gòu)可知，原設(shè)計(jì)濾板有均布的八個凸臺，主要作用是在機(jī)構(gòu)壓緊時對濾板提供受力支撐點(diǎn)，避免濾板在重壓下變形。由于其數(shù)景太多，位置過于均勻，導(dǎo)致隔膜板和濾布在濾室內(nèi)的變形程度受到極大限制，對濾餅的擠壓不充分，濾液壓出量因此降低，濾餅含水量居高不下。

2.隔膜板小顆粒通道阻塞根據(jù)壓榨過程中出水量很少、反吹風(fēng)過程初期出水量較大的現(xiàn)象判斷，由于小顆粒受壓后變形較大，顆粒高度被壓迫，其間的濾液通道被阻塞，導(dǎo)致壓榨過程中濾液穿過濾布后仍大量滯留在隔膜板小顆粒通道中，沒有匯集到濾板下方的暗流出水孔，出水量較小。反吹風(fēng)時，由于通入的壓縮空氣使濾餅離開小顆粒表面，小顆粒通道得以恢復(fù)通暢，因此初期會大量出水，但大部分的濾液仍被濾餅回吸。如此反復(fù)，雖調(diào)整各動作時間和出水口設(shè)置，水分仍不能被有效濾出。因此，使用具有一定彈性的丁腈橡膠材質(zhì)制作的隔膜板及其表面的小顆粒，雖然能夠在受到背面壓力時能發(fā)生有效的彈性變形，達(dá)到對濾餅進(jìn)行擠壓的目的，但也因其彈性變形，造成小顆粒高度被壓縮，通道阻塞，濾液濾出后隨壓力減小或消失又被回吸。

3.出液孔尺寸判斷濾板、壓縮板下角的出液孔明顯偏小，直觀表現(xiàn)為延長反吹時間后出液仍持續(xù)不斷，除上一條原因所致外，證明出液管路內(nèi)的大量濾液未能及時排出，如單純延長出液時間，則造成系統(tǒng)內(nèi)壓損失，同時也延長了系統(tǒng)操作時間，不利于經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。

4.進(jìn)料管道積料拉開板框后，發(fā)現(xiàn)各板中心進(jìn)料口部位積料嚴(yán)重，原因是濃漿進(jìn)入濾室開始洗滌程序后，由于重力作用流向進(jìn)料口并造成積料。積料對于整機(jī)濾餅含水量的影響是比較大的，因?yàn)樵趬赫ズ痛碉L(fēng)過程中，含水量約為65％的積料幾乎沒有受到積壓和吹干，在卸料后含水均混入濾餅中，造成濾餅整體含水量居高不下。綜上所述，整機(jī)在設(shè)計(jì)方面存在較大缺陷，沒有充分考慮到水分含量20％以下對常規(guī)設(shè)計(jì)思路改進(jìn)的要求，需要做較大的改動，才能從硬件上保證整機(jī)性能。

試探性改進(jìn)

針對原設(shè)計(jì)存在的上述四個方面的缺陷，利用現(xiàn)有條件和經(jīng)驗(yàn)，對其進(jìn)行了如下改進(jìn)：

1.濾板凸臺手工鏟除第1、第11、第22塊濾板，第2、第12、第23塊壓縮板上共24個凸臺，保證此處膠板及濾布的變形程度。試車后此三塊濾餅的水分含量平均值為23．88％，中間處濾餅含水量更是達(dá)到了21．5％的水平。結(jié)果證明，凸臺數(shù)量及分布在極大程度上影響了整機(jī)壓榨和出水能力，但在濾板、壓縮板現(xiàn)有材質(zhì)性能的前提下，全部鏟除一半的凸臺勢必影響整機(jī)壓緊后的受力，會對整機(jī)安全運(yùn)行造成直接威脅。因此，必須對濾板、壓縮板進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，采用強(qiáng)度指標(biāo)更高的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，才能從根本上滿足結(jié)構(gòu)需要。

]2 .出液孔尺寸針對濾板、壓縮板下角的出液孔偏小的缺陷，選取第3、第13、第21塊濾板，第4、第14、第22塊壓縮板下角的出液孔進(jìn)行了手工擴(kuò)孔。試車結(jié)果此三處濾餅的含水量平均值達(dá)到了22．45％，且卸料后濾布表面的干燥情況明顯好于其它位置。結(jié)果證明擴(kuò)大出液孔尺寸，對加速濾液排出具有良好的效果，但不宜超過中50衄，否則會對內(nèi)壓造成巨大損失。考慮到濾板、壓縮板被身材質(zhì)強(qiáng)度的因素，再由于濾板、壓縮板下角剩余尺寸不足，因此沒有進(jìn)一步大面積地?cái)U(kuò)孔。

3 .框內(nèi)布料器針對進(jìn)料管道積料的缺陷，設(shè)計(jì)制作了PVC材質(zhì)的框內(nèi)布料器，通過螺紋連接安裝在進(jìn)料口上(見圖6所示)，取得了一定的效果，但縮小了進(jìn)料口尺寸，且缺口方向不一，極易造成進(jìn)料時噴料，和濃漿分布不均，不利于整機(jī)性能的發(fā)揮，因此需重新在板框上設(shè)計(jì)螺栓孔以均勻一致地安裝框內(nèi)布料器。

4.壓力測量及控制進(jìn)口機(jī)在進(jìn)風(fēng)口、主推板內(nèi)側(cè)均裝有壓力傳感器，隨時將內(nèi)壓參數(shù)傳回PLC，并聯(lián)鎖主推油缸進(jìn)行補(bǔ)壓，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)的壓力補(bǔ)償，從而能實(shí)現(xiàn)整機(jī)的高效運(yùn)行，避免不必要的壓力損失和操作時間損失。而國產(chǎn)機(jī)只是在主推油缸出口設(shè)有一塊壓力表，且未與主推油泵聯(lián)鎖，不能自動進(jìn)行推力補(bǔ)壓，內(nèi)壓損失較大，影響了整機(jī)效率。此外，在洗滌操作時，進(jìn)口機(jī)能實(shí)現(xiàn)洗滌液排出的同時反復(fù)擠壓濾餅，進(jìn)行壓榨之前的預(yù)壓緊，保證了濾餅厚度。而國產(chǎn)機(jī)由于PLC設(shè)計(jì)控制點(diǎn)不足，無法實(shí)現(xiàn)這一動作，濃漿一次打入濾室后不再有再充滿的機(jī)會，濾餅厚度受制于濃漿來料黏度的程度較大，含水量波動較為劇烈。

5.框內(nèi)布料器進(jìn)口機(jī)的中間進(jìn)料口設(shè)計(jì)了框內(nèi)布料器，且用內(nèi)六角螺栓固定在濾板、壓縮板上，布料方向一致，安裝方便快捷，有效地實(shí)現(xiàn)了濃漿流下時繞開進(jìn)料口從而避免了積料現(xiàn)象，既保證了濾餅整體含水量，也大大減輕了工人清理積料的勞動強(qiáng)度。更為重要的是，框內(nèi)布料器凸臺起到了加強(qiáng)濾板、壓縮板強(qiáng)度的作用，中心支承所產(chǎn)生的受力點(diǎn)分擔(dān)了板上凸臺的受力，使得板上凸臺數(shù)量減少成為可能，進(jìn)而改善了隔膜板與濾布的鼓脹程度，提高了壓榨效率。

6. 材質(zhì)選用國產(chǎn)機(jī)隔膜板上附著的小顆粒是為橡膠材質(zhì)，硬度不足，當(dāng)隔膜板受壓后鼓脹時，其與濾餅之間巨大的壓力使得小顆粒變形，顆粒之間形成的通道即不復(fù)存在，濾液滲過濾布后無法通過此通道完全排出，當(dāng)受壓停止時又迅速回滲至濾餅，也是造成濾餅含水量高的重要原因。相比之下，進(jìn)口機(jī)隔膜板上小顆粒突起材質(zhì)為硬質(zhì)工程塑料，內(nèi)壓2．5MPa時仍能保持原有突起狀態(tài)，保證了濾液排出通道的通暢，避免了濾液回滲，壓濾效率得到保障。此外，進(jìn)口機(jī)大部分構(gòu)件材質(zhì)為不銹鋼，在高溫、強(qiáng)酸環(huán)境下使用壽命得到了保證，而國產(chǎn)機(jī)過于追求造價節(jié)省，選用的構(gòu)件材質(zhì)大部分為普通碳鋼，經(jīng)過一段時間的運(yùn)行后銹蝕加劇，在縮短使用壽命的同時又增加了更換構(gòu)件后重新調(diào)整的難度，實(shí)屬得不償失．

總體改進(jìn)實(shí)施

根據(jù)上述試探性改進(jìn)的實(shí)施效果，制定了全面改進(jìn)方案，聯(lián)系設(shè)備制造廠家對原型機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，重新設(shè)計(jì)并制作了壓縮板、過濾板和隔膜板，著重對隔膜板進(jìn)行了材質(zhì)改進(jìn)，其表面小顆粒突起采用了硬質(zhì)工程塑料成型、覆蓋于橡膠質(zhì)地隔膜板之上的新工藝，既保證了隔膜板變形的有效性，又保證了小顆粒突起的強(qiáng)度，從根本上解決了濾液回吸問題。此外，對影響過濾效果的其它問題也都一并做了改進(jìn)：a．重新設(shè)計(jì)制造濾板、壓縮板，使濾板中部凸臺數(shù)目和位置更為合理；

b．改造控制系統(tǒng)相關(guān)線路，使進(jìn)料、洗滌、反吹風(fēng)三個步驟與舊板框相分離，提高兩套設(shè)備的綜合生產(chǎn)效率；

c．增加框內(nèi)布料器，避免進(jìn)料管道積料：

d．增加濾板下部出液孔數(shù)量，并增大出液孔尺寸一倍以上(由現(xiàn)有的由10衄達(dá)到由40mm)，加快出液速度；

e．主推油缸增加壓力測量點(diǎn)，在系統(tǒng)內(nèi)壓損失后自動補(bǔ)壓，保持恒定的內(nèi)壓水平；

f．采用高硬度工程塑料替代橡膠制作隔膜板表面小突起顆粒，保證其濾液排出通道的暢通，避免濾液回滲。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，改進(jìn)后的壓濾機(jī)壓濾效果十分理想，達(dá)到了20％-25％的水分要求，改進(jìn)思路和方案取得了明顯的效果。但由于國內(nèi)對于高硬度工程塑料小顆粒成型技術(shù)尚不成熟，因此改進(jìn)后的隔膜板仍為國外進(jìn)口。

結(jié)論

通過前后數(shù)次、歷時兩年的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，80％以上的改進(jìn)型板框壓濾機(jī)現(xiàn)已投入正常運(yùn)行。通過實(shí)驗(yàn)改進(jìn)過程，可以得出以下結(jié)論。

1 .國產(chǎn)大型板框壓濾機(jī)在改進(jìn)主要功能部件材質(zhì)的基礎(chǔ)上，能夠勝任濾餅水分含量要求在20％左右的固液分離工作：

2.實(shí)驗(yàn)證明，保持隔膜板暗流通道的暢通，是保證壓濾效果的關(guān)鍵因素。對于過濾面積≥100 mz、過濾壓力≥1 MPa的大型壓濾機(jī)來說，為確保隔膜板暗流通道的暢通，隔膜板及其所附著的小顆粒突起結(jié)構(gòu)必須分別采用橡膠和工程塑料制作成型：

3.實(shí)驗(yàn)證明，機(jī)架左下出水口開、右下出水口關(guān)閉、壓板右側(cè)面及上部進(jìn)氣口進(jìn)氣的各介質(zhì)管道設(shè)置方法，結(jié)合進(jìn)料、洗滌各持續(xù)10分鐘、壓榨15分鐘一反吹風(fēng)5分鐘交替8次左右的運(yùn)行方案，能夠取得理想的過濾效果；

]4.釩專業(yè)化大型板框壓濾機(jī)的研制，應(yīng)充分關(guān)注于諸如布料均勻、隔膜板變形程度、濾液通道等關(guān)鍵因素，同時應(yīng)借鑒國外同類設(shè)備在內(nèi)壓監(jiān)測及補(bǔ)償?shù)纫蛩氐某墒旒夹g(shù)。