板框壓濾機(jī)是一種具有較長歷史但仍沿用不衰的間歇式壓濾機(jī)，其廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工、煤炭、石油、食品、制藥等行業(yè)，在現(xiàn)有的懸浮液混合物分離設(shè)備中，按其運(yùn)作方便、成本造價、脫液效果等綜合經(jīng)濟(jì)價值因素，板框壓濾機(jī)是最佳的分離設(shè)備之一，其屬于間歇式加壓過濾機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，過濾面積大，主要用于過濾含固量多的懸浮液， 由于它可承受較高的壓差，其操作壓強(qiáng)一般為0.3-1.0MPa， 因此可以過濾細(xì)小的顆粒或液體粘度較高的物料，是目前加壓過濾機(jī)中結(jié)構(gòu)最簡單、應(yīng)用最廣泛的機(jī)型之一。隨著國家對各行各業(yè)的環(huán)境保護(hù)和資源利用要求越來越高，節(jié)能、減排、清潔生產(chǎn)、綠色制造的需要也越來越急迫。板框壓濾機(jī)作為環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域的主要使用設(shè)備，在環(huán)保要求越來越高的前提下，市場需求預(yù)計將會有較大幅度增長。

1.板框壓濾機(jī)專利概況

本文以板框壓濾機(jī)相關(guān)專利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，檢索涵蓋了CN ABS、DWPI、CNTXT、WOTXT、EPTXT、USTXT數(shù)據(jù)庫中2020年5

月之前的全球發(fā)明專利申請，由于專利申請可能需要18個月之后公布，因此2018年11月以后的數(shù)據(jù)僅供參考。

國外板框壓濾機(jī)專利概況

圖1 國外專利申請量變化趨勢圖

圖2 國外專利申請人的申請量排名圖

圖3 全球?qū)＠麃碓窗俜直?/p>

通過對國外板框壓濾機(jī)專利申請進(jìn)行梳理，其歷年申請量變化和主要申請人如圖1、2所示。從國外按年代分布的專利申請量可以看出，國外對板框壓濾機(jī)的研究較早，18世紀(jì)末就開始對該領(lǐng)域進(jìn)行研究，20世紀(jì)60年代之前專利的申請量較少，但在60年代后申請量增長勢頭明顯，在20世紀(jì)80年代對該裝置的申請量達(dá)到了一個高峰，之后又緩慢下降，在21世紀(jì)初達(dá)到第二個小高峰，接著在2012年呈現(xiàn)井噴態(tài)勢， 近幾年的申請量有所下降。

從申請量排名看，奧圖泰克和JVK過濾系統(tǒng)公司占據(jù)了前兩位，且申請量是第三位的奧托昆普公司兩倍之多。

如圖3所示，通過梳理全球?qū)＠暾垇碓窗l(fā)現(xiàn)，該技術(shù)領(lǐng)域中的專利申請主要集中在中國，占了全球申請量的38%， 其次是德國、英國、法國等歐洲國家，美國的專利申請比例也較大，歐洲是板框式壓濾機(jī)使用最早的地方，在德國、法國、英國廣泛地使用在煤炭工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)療等過濾行業(yè)，經(jīng)過一百年多年的發(fā)展，新一代的板框壓濾機(jī)相繼出現(xiàn)，技術(shù)水平不斷提高。

(1)?國內(nèi)板框壓濾機(jī)專利概況

圖4 國內(nèi)專利申請量變化趨勢圖

由圖4可以看出國內(nèi)板式壓濾機(jī)起步較晚，從1986年至2006年的20年中申請量總體水平低，從2007年開始進(jìn)入快速增長期，2018年全年申請量達(dá)140件以上，受專利公布周期影響，2019年的數(shù)據(jù)有所下降。由此可見，我國申請人一直持續(xù)關(guān)注板框壓濾機(jī)的技術(shù)研發(fā)。

板框壓濾機(jī)技術(shù)發(fā)展路線

板框壓濾機(jī)最早出現(xiàn)于歐洲，在德國、法國、英國的各

個行業(yè)，板框壓濾機(jī)被廣泛使用，包括煤炭、化工、醫(yī)療、紡織等領(lǐng)域。多年來，板框壓濾機(jī)一直在不斷發(fā)展完善，其結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了多代的變化，技術(shù)應(yīng)用水平也得到了很大的提高。

板框壓濾機(jī)的發(fā)展可以分為四個階段：

(1)?第一代板框壓濾機(jī)

1910年英國發(fā)明了板框式壓濾機(jī)，其在板框中設(shè)置過濾材料，通過擠壓濾板對漿料進(jìn)行過濾，但濾餅里仍然留有很多水分，約為20%-22%。同年，GB191026231A中進(jìn)一步提出對壓濾板進(jìn)行改進(jìn)，使金屬板具有通過木條固定在兩側(cè)的一對金屬絲網(wǎng)，這些木條成有鋸齒形接頭，在底桿的排水槽中設(shè)置錐形塞，通過用螺釘或螺栓固定托盤上的木頭、金屬紐扣或墊圈條來加強(qiáng)托盤。1912年在GB191223867A中提出將格柵構(gòu)造成具有形成與通道的圓周或側(cè)面基本平行的通道， 這些通道被隔斷以提供垂直通道，用于進(jìn)氣或排氣。這一代的壓濾機(jī)具有局部加壓功能，所以在處理細(xì)顆粒度、高粘度的懸浮液脫水時表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。但有仍然存在壓濾時間長，處理能力小操作成本高、濾布耗量高、濾板壽命短、間歇生產(chǎn)、維修量大等問題。

(2)?第二代板框壓濾機(jī)

針對第一代板框壓濾機(jī)的缺點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)， 在GB2282722A提出對濾板框架進(jìn)行改良，將紙或很薄的過濾介質(zhì)條帶的邊緣支撐在框架的兩側(cè)，濾液流過形成在框架的底部框條中的通道，或者通過條帶的開槽而流走；1930年，GB346191A提出將空心加熱元件懸掛在框架中進(jìn)一步干燥濾餅，之后又在加熱濾餅方面提出了一系列專利申請；1953年，GB718801A提出在濾板中空的部分至少在其邊緣上設(shè)置具有包括間隔表面的夾持裝置，其能夠彈開并接合在孔的邊緣的相對兩側(cè)上，端口被安裝在孔的邊緣中，以將所述部分保持在板的平面上，允許容易地將其移除；1960年，GB905098A提出一種借助助濾劑進(jìn)行過濾的外殼結(jié)構(gòu)類型的濾板；在此期間的改進(jìn)包括濾板結(jié)構(gòu)（DE881639C、DE940527C、US2594518A）、濾板材

質(zhì)（GB909045A）、多路進(jìn)料、濾板支撐（GB797880A、GB820668A）、液壓缸、拉開裝置及自動化，而且增加了二次壓榨，即在開板卸料前增加一次過程時間比較短的機(jī)械壓榨過程，進(jìn)一步降低了濾餅中的水分。

(3)?第三代板框壓濾機(jī)

1969年德國在DE1960821B中提出了隔膜式濾板，即每塊板的一側(cè)具有濾膜，濾膜帶有開槽的背面，在板和膜之間形成濾液通道，另一側(cè)是污泥室或隔壁的壁。將膜向下滾動以適合板邊緣，并將其鎖定在相鄰過濾器組之間的分隔平面中。在此種濾板模式下，當(dāng)漿液充滿濾室后，往濾膜和濾板的夾層內(nèi)壓入高壓空氣，利用濾膜的彈性可以對濾餅進(jìn)行擠壓脫水，同時采用“吹氣”程序，用空氣來置換濾餅空隙中的濾液，再次降低濾餅中的水分。1980年，日本栗田機(jī)械制作所在JPS5794312A中為了提高濾餅的脫水率，通過在壓濾膜片的凹部與垂直孔的開口部之間設(shè)置間隙以確保濾液通過。

19世紀(jì)70年代到90年代有關(guān)隔膜式壓濾機(jī)的專利申請非常活躍，主要分布在德國、日本、英國和美國。濾板兩側(cè)覆有濾布的塑料隔膜濾板，當(dāng)充入高壓氣進(jìn)行壓榨時，隔膜能對濾餅進(jìn)行充分壓榨，死角少，壓榨效果好。

（4）第四代板框壓濾機(jī)

薩拉公司設(shè)計的VP型壓濾機(jī)使用了另一種形式的“吹氣過程”，經(jīng)過“擠壓過程”的濾餅，顆粒之間的空隙還有一定的水分，可以假設(shè)在顆粒之間的空隙為長短或直徑不同的毛細(xì)管，這些毛細(xì)管中的濾液是很難通過“擠壓過程”來排出的。于是采用了“吹氣”的程序，用壓力空氣來置換空隙中的濾液，當(dāng)壓力空氣進(jìn)入濾餅的毛細(xì)管中后，其中的液體逐漸被空氣所取代，濾餅的水分就會降低。

在此過程中，中國申請人在已有壓濾機(jī)基礎(chǔ)上也提出了一系列改進(jìn)，例如針對隔膜壓濾機(jī)中隔膜使用久了會破裂，整個作業(yè)過程較長，排泥時需要一塊板、一塊板依次移動等缺陷，浙江金鳥壓濾機(jī)有限公司在2010年CN102068840A 中提出兩個過濾板之間設(shè)有彈性壓榨框，彈性壓榨框與過濾板之間形成密封；華南理工大學(xué)在CN108465278A中提出一種濾板可伸縮的高壓板框壓濾機(jī)。針對濾餅含水率高的問題， 佛山市金凱地過濾設(shè)備有限公司在2015年提出一系列關(guān)于帶反吹風(fēng)干的板框壓濾機(jī)，在每個壓濾板都設(shè)有軟質(zhì)材質(zhì)的導(dǎo)氣管，進(jìn)氣孔通過導(dǎo)氣管與設(shè)于壓濾機(jī)上方的高壓空氣管連通，降低物料含水率至18%-22%。

3.展望

板框式壓濾機(jī)屬于固液分離設(shè)備的重要組成部分，其在歐洲的發(fā)展過程已經(jīng)經(jīng)歷了一個多世紀(jì)。雖然我們專利制度起步較晚，因此關(guān)于板框壓濾機(jī)的專利申請也相對較晚，但國內(nèi)研究者很好總結(jié)了已有技術(shù)，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足提出了一系列改進(jìn)，專利申請量不斷增長，推動著我國壓濾機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，其專利保護(hù)網(wǎng)也將愈發(fā)完善。

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作者：徐 燕教授

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