introductory

Plate and frame filter presses作為食品、化工企業(yè)常用的固液分離設備，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)能力的不斷擴大，越來越不適應生產(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)模的不斷擴大，擬增設備機兩臺，而進口整機價格高達180萬元／臺，是國產(chǎn)整機價格的3．6倍，所以有必要先期對其進行國產(chǎn)化，成熟后可在擴容增設備機時直接使用國產(chǎn)壓濾機，可大大減少投資。因此，有必要對進口壓濾機進行國產(chǎn)化轉(zhuǎn)化．摸索合理的國產(chǎn)化設計制造、生產(chǎn)工藝優(yōu)化方案。由于現(xiàn)場位置有限，無法安裝專用進料管道系統(tǒng)，新增的壓濾機擬與原有進口板框壓濾機共用一套進料系統(tǒng)，包括進料泵、進料管道閥門以及出液罐、壓縮空氣管道等。

板框壓濾機概

壓濾原理壓濾機構(gòu)由多塊帶凸凹紋路的濾板和濾框交替排列于機架而構(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))進入，依次穿過濾布、濾餅、濾布，到達非洗滌板，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的結(jié)果來進行選擇。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。

板框壓濾機的特點

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

缺點由于是間歇操作，因此效率較低。同時，如果無專用的供氣設備，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進行固液分離的混合物一般都具有較強的黏性，因此壓濾結(jié)束后濾布總會有濾餅殘留，不易清洗。

改進型板框壓濾機結(jié)構(gòu)功能

特性和用途經(jīng)過慎重選型，采用Automatic Chamber Filter Press作為改進型。該機型是間隙操作的加壓過濾設備，應用于固液兩相的分離。

壓濾機工作循環(huán)壓濾機工作循環(huán)可見。正吹風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，反吹風是指在濾布與濾餅之間通入壓縮空氣，可以達到簡單清洗濾布、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水、右下角出水，濾板右上角進水、左下角出水的洗滌方式，更加徹底地進行濾餅洗滌，適用于對鉀、鈉成分控制要求較高的場合。

改進型壓濾機試車調(diào)試、改進

方案制定經(jīng)過仔細分析，以進口設備的常規(guī)操作步驟為依據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場工人實際操作經(jīng)驗，制定了詳細的壓濾機工作步驟方案，以及壓榨過程中出水口進氣口設置方案。方案組合含水量為最低，雖仍未能達到20％的指標，但證明在保持整機結(jié)構(gòu)和管線的前提下，合理設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)此進行的對整機結(jié)構(gòu)和管線的改進后調(diào)試，也應按照這一思路進行。根據(jù)現(xiàn)場操作經(jīng)驗和觀察出液量的大小，在進行一次反吹出液后不立即進行下次壓榨，而是再進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，濾餅內(nèi)水分始終不能排盡，造成含水量不能達標。

改進型主要設計缺陷分析通過9次帶料實驗，結(jié)合現(xiàn)場分析和工人經(jīng)驗依據(jù)，排除壓縮空氣壓力不足，APV濃漿黏度波動造成進料不足、濾餅過薄等外部因素，證明改進型存在較為嚴重的缺陷，是導致含水量無法達標的直接原因，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，原設計濾板有均布的八個凸臺，主要作用是在機構(gòu)壓緊時對濾板提供受力支撐點，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，雖調(diào)整各動作時間和出水口設置，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，達到對濾餅進行擠壓的目的，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)濟高效運行。

4.進料管道積料拉開板框后，發(fā)現(xiàn)各板中心進料口部位積料嚴重，原因是濃漿進入濾室開始洗滌程序后，由于重力作用流向進料口并造成積料。積料對于整機濾餅含水量的影響是比較大的，因為在壓榨和吹風過程中，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，整機在設計方面存在較大缺陷，沒有充分考慮到水分含量20％以下對常規(guī)設計思路改進的要求，需要做較大的改動，才能從硬件上保證整機性能。

試探性改進

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

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壓緊后的受力，會對整機安全運行造成直接威脅。因此，必須對濾板、壓縮板進行重新設計，采用強度指標更高的材料進行設計制造，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行了手工擴孔。試車結(jié)果此三處濾餅的含水量平均值達到了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，因此沒有進一步大面積地擴孔。

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

4.壓力測量及控制進口機在進風口、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)鎖主推油缸進行補壓，實現(xiàn)了動態(tài)的壓力補償，從而能實現(xiàn)整機的高效運行，避免不必要的壓力損失和操作時間損失。而國產(chǎn)機只是在主推油缸出口設有一塊壓力表，且未與主推油泵聯(lián)鎖，不能自動進行推力補壓，內(nèi)壓損失較大，影響了整機效率。此外，在洗滌操作時，進口機能實現(xiàn)洗滌液排出的同時反復擠壓濾餅，進行壓榨之前的預壓緊，保證了濾餅厚度。而國產(chǎn)機由于PLC設計控制點不足，無法實現(xiàn)這一動作，濃漿一次打入濾室后不再有再充滿的機會，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)布料器進口機的中間進料口設計了框內(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，有效地實現(xiàn)了濃漿流下時繞開進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度。更為重要的是，框內(nèi)布料器凸臺起到了加強濾板、壓縮板強度的作用，中心支承所產(chǎn)生的受力點分擔了板上凸臺的受力，使得板上凸臺數(shù)量減少成為可能，進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)機隔膜板上附著的小顆粒是為橡膠材質(zhì)，硬度不足，當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存在，濾液滲過濾布后無法通過此通道完全排出，當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，進口機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，進口機大部分構(gòu)件材質(zhì)為不銹鋼，在高溫、強酸環(huán)境下使用壽命得到了保證，而國產(chǎn)機過于追求造價節(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，實屬得不償失．

總體改進實施

根據(jù)上述試探性改進的實施效果，制定了全面改進方案，聯(lián)系設備制造廠家對原型機設計進行了相應的改進，重新設計并制作了壓縮板、過濾板和隔膜板，著重對隔膜板進行了材質(zhì)改進，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：a．重新設計制造濾板、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)相關線路，使進料、洗滌、反吹風三個步驟與舊板框相分離，提高兩套設備的綜合生產(chǎn)效率；

c．增加框內(nèi)布料器，避免進料管道積料：

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衄達到由40mm)，加快出液速度；

e．主推油缸增加壓力測量點，在系統(tǒng)內(nèi)壓損失后自動補壓，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。由實驗結(jié)果可知，改進后的壓濾機壓濾效果十分理想，達到了20％-25％的水分要求，改進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尚不成熟，因此改進后的隔膜板仍為國外進口。

reach a verdict

通過前后數(shù)次、歷時兩年的實驗改進，80％以上的改進型板框壓濾機現(xiàn)已投入正常運行。通過實驗改進過程，可以得出以下結(jié)論。

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

2.實驗證明，保持隔膜板暗流通道的暢通，是保證壓濾效果的關鍵因素。對于過濾面積≥100 mz、過濾壓力≥1 MPa的大型壓濾機來說，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.實驗證明，機架左下出水口開、右下出水口關閉、壓板右側(cè)面及上部進氣口進氣的各介質(zhì)管道設置方法，結(jié)合進料、洗滌各持續(xù)10分鐘、壓榨15分鐘一反吹風5分鐘交替8次左右的運行方案，能夠取得理想的過濾效果；

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