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板框压滤机最佳操作周期的计算于明济南大学济南250002摘要通过对板框压滤机过滤过程的研究,引入了“当量非恒压过滤时间”的概念,推导出板框压滤机最佳操作周期的计算公式,并附有计算实例。关键词板框压滤机操作周期当量非恒压过滤时间板框压滤机具有操作压强高、适用范围广和便于操作等特点,广泛应用于工业生产。板框压滤机属间歇式过滤机,过滤、洗涤、卸渣、清洗和装合等阶段依次进行,组成一个操作循环。一个操作循环的时间称为操作周期,其中卸渣、清洗和装合的时间称为辅助时间,它与过滤机结构、滤浆性质、操作水平和自动化程序有关。当上述因素一定时,辅助时间为定值,而过滤时间是人为选择的。若过滤时间过长,因滤渣较厚使过滤速率较小,导致洗涤时间加长,生产能力较小;相反,若过滤时间过短,因其在一个操作周期中所占比例较小,生产能力也较小。因此,存在一个使生产能力最大的最佳操作周期。1对过滤阶段的研究过滤压强ΔP随时间Τ的变化如图1所示。开始过滤时压强为零,至Τ1时滤框被滤浆充满,压强开始增大,同时有滤液产生,此时为防止细小颗粒穿过滤布或堵塞滤布孔隙,通常先在较小压强下操作,随滤渣厚度增加压强逐渐增大,至Τ3时压强升至规定值,其后恒压过滤至结束。图1过滤压强变化示意图滤液体积随时间的变化见图2。由于Τ1至Τ3内过滤压强与时间的关系难以找到普遍的定量关系式表示,故令此段时间的滤液体积等于在恒压过滤阶段压强下过滤Τ2时间得到的滤液体积,则整个过滤阶段的滤液体积等于恒压过滤Τ2ΤΤ3时间所得的滤液体积,于是可在0至Τ2和Τ3至Τ这两段时间内用恒压过滤方程计算。图2滤液体积变化示意图2公式推导211过滤阶段若将V3视为恒压过滤Τ2时间所得,由恒压过滤方程知V232VEV3KA2Τ21对恒压过滤阶段,将过滤速率方程式DVDΤKA22VVE2整理积分∫VV3VVEDVKA22∫ΤΤ3DΤ得V2V232VEVV3KA2ΤΤ33将1、3两式相加得ΤV22VEVKA2ΤF4式中,Τ为过滤时间,S;V为滤液体积,M3;VE为过滤介质的当量滤液体积,M3;K为过滤常数,M2/S;A为过滤面积,M2;ΤF等于Τ3Τ2,将过滤视为恒压过滤的非过滤时间,称为当量非恒压过滤时间,S。212洗涤阶段此阶段为恒压操作,洗涤速率为最终过滤速率的1/4,洗水体积与滤液体积成正比,故Τ′W洗水体积洗涤速率8AVVVEKA2121998年第4期化工设计19952005TSINGHUATONGFANGOPTICALDISCCO,LTDALLRIGHTSRESERVED式中,Τ′W为洗涤时间,S;A为洗水体积与滤液体积之比,M3洗水/M3滤液。若洗涤压强与恒压过滤阶段压强不同,或洗水粘度与滤液粘度不同,则洗涤时间应校正为ΤWΨΤ′W8AΨVVVEKA25其中ΨΜWΜΔPΔPW6式中,Ψ为洗涤时间的校正系数,无因次;Μ、ΜW分别为滤液粘度和洗水粘度,PAS;ΔP、ΔPW分别为恒压过滤阶段压强和洗涤压强,PA。213最佳操作周期以生产能力最大的操作周期为最佳操作周期。生产能力以单位时间得到的滤液体积表示,过滤阶段以外的时间虽得不到滤液,但仍应计入生产时间,即以一个操作周期为基准。QVΤΤWΤD7式中,Q为生产能力,M3/S;ΤD为辅助时间,S。将4、5式代入7式得QKA2V18AΨV22VE14AΨVKA2ΤFΤD当过滤机和操作条件一定时,上式右边除V以外的其它参数均为常数,求DQDV0,DQDVKA2\KA2ΤFΤD18AΨV218AΨV22VE14AΨVKA2ΤFΤD20解得VOPTKA2ΤFΤD18AΨ视1/28当VVOPT时,DQDV0;当VVOPT时,DQDV0,用图3表示Q随V的变化,可见当一个操作循环的滤液体积为VOPT时,生产能力具有最大值。将VOPT代入4、5、7式,可得最佳操作周期和最大生产能力。图3生产能力变化示意图3计算实例用过滤面积为25M2的板框压滤机过滤,在操作条件下,过滤常数为1152104M2/S,过滤介质的当量滤液体积为015M3,洗水体积为滤液体积的10,洗水和滤液粘度分别为9111104PAS和132103PAS,洗涤压强与恒压过滤阶段压强相等,辅助时间为900S,过滤1640S时滤渣充满滤框,得到1115M3滤液,试求最佳操作周期和最大生产能力。解由4式得ΤF16401152205115152104252127S将Ψ911104132103069代入8式得VOPT1521042521279001801069设12793M3此值为一个操作循环的最佳滤液体积,由4、5式得Τ7932205793152104252127872SΤW80106979379305152104252388S故最佳操作周期和最大生产能力分别为ΣΤ8723889002160SQMAX793216036001322M3/H假设一个操作循环的不同滤液体积V,由4、5式求得相应的过滤时间和洗涤时间,进而求出相应的生产能力,结果见表1。表1不同滤液体积下操作过程各参数值VM3ΤSΤWSQM3/HVM3ΤSΤWSQM3/H400338105107279387238813225505031921241850977445131865064026412971000128561012887507983491319115016408021239可见当一个操作循环的滤液体积V为7193M3时生产能力Q具有最大值1322M3/H,与计算出的QMAX完全吻合,而滤框被滤渣充满才停止过滤的生产能力仅为12139M3/H。4结语恒压过滤前过滤阶段的变化过程与设备和操作条件有关,且难以找到一个普遍的定量关系式表示,以前对板框压滤机进行计算时,通常近似地将整个过滤阶段视为恒压操作,得不到准确结果。引入了当量非恒压过滤时间的概念,可以将整个过滤阶段按恒压过滤计算,使计算结果准确可靠。下转第50页22化工设计1998年第4期19952005TSINGHUATONGFANGOPTICALDISCCO,LTDALLRIGHTSRESERVED机型应是市场上的主流机型,因为其性价比最好,如目前CPU不应低于PENTIUM/166MMX,内存不应低于16MB。笔者认为只要如此,所组建的CAD网络不仅满足了高速的要求,而且具有经济、实惠、扩展性好的优点。如果以后需要向千兆以太网升级,那么只需要更换HUB、服务器网卡和主干服务器到服务器HUB线路,便可迅速升级到100M/1000M混合型以太网。4网络软件的选择随着WINDOWSNT、WINDOWS95的逐渐成熟,“视窗”的概念已深入人心,WINDOWS以其良好的图形用户界面,简便的操作,强大的管理功能和多媒体特性越来越受用户的喜爱,市场占有率不断提高。虽然,WINODWS还存在一些缺点,但随着它的不断完善,可以预见在不远的将来微机桌面平台必将形成WINDOWS一统天下的局面。对于CAD应用同样如此,随着AUTO2CADR14版的推出,化工各专业CAD软件必将运行于WINDOWS平台下。所以,对于现在组建的CAD网络,网络操作系统应选用WINDOWSNT,工作站平台应选择WINDOWS95或NTWORKSTATION,而现用的386、486微机一般是有困难的,因为内存必须在16MB以上。对于习惯了DOS平台,一时不能适应的设计人员,可暂时在DOS下单机使用CAD软件,逐步向WIN2DOWS过渡。在组建CAD网络的同时,设计部门还应增加投资有选择性的引进CAD软件,以实现真正意义上的计算机辅助设计,提高设计质量而不仅仅是图纸质量。应加强引进化工工艺模拟、工艺三维配管、化工设备等CAD软件,使化工设计不仅仅停留在AUTOCAD下。对于中、小设计单位,除引进结构、建筑等CAD软件外,有条件的还应引进水、电、总图、工程概预算等CAD软件,使之配套,从而有效提高CAD应用水平。5CAD应用人才的培训组建CAD网络后,人才的培训就成为关键之一。首先,必须着力培养1~2名系统管理员,以便在网络故障时有一定处理能力;其次,应加强对所有设计人员的软件应用水平和使用网络的培训,使引进的CAD软件和组建的网络真正发挥作用,创造效益。6结语CAD应用的网络化是工程设计部门的一条必由之路。对于化工企业来说,其设计部门的CAD网络必将成为企业INTRANET网的一个重要组成部分。我们希望企业设计部门和中、小设计单位应加快自身的CAD应用的发展。缩短和大型设计院公司的差距,进而使我国的化工CAD应用水平跨上一个崭新的台阶。参考文献略收稿日期19971118上接第22页这种处理方法在其它方面亦有应用,如将过滤介质的阻力表示成一定厚度滤渣的阻力,由此引入了过滤介质的当量滤液体积;将阀门的阻力表示成一段管路的阻力,由此引入了局部阻力的当量长度。导出了一个操作循环的最佳滤液体积的计算公式,可以准确计算最佳操作周期和最大生产能力,这对于选择操作条件提高板框压滤机的生产能力具有实用价值。若滤渣不洗涤,则操作周期中只有过滤时间和辅助时间两部分,上述计算方法仍适用,只是将公式中的A等于零即可。参考文献1刘道德,刘中化学工程,1992,204662国家医药管理局上海医药设计院化工工艺设计手册上册北京化学工业出版社,1986939~9523天津大学化工原理教研室化工原理上册第2版天津天津科学技术出版社,1987193~200修改回稿1998011305化工设计1998年第4期19952005TSINGHUATONGFANGOPTICALDISCCO,LTDALLRIGHTSRESERVED
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