硕士学位论文-全自动自清洗过滤器过滤机理分析及控制系统研究.pdf

浙江大学硕士学位论文全自动自清洗过滤器过滤机理分析及控制系统研究姓名：文棋申请学位级别：硕士专业：化工过程机械指导教师：郑传祥20040201摘要随着水资源的匮乏和水污染的同益严重，废水的过滤与分离能很好的解决废水的处理与重复利用的问题，实现良好的经济效益和社会效益。但传统的过滤分离设备占地空问大，连续生产能力低，自动化程度不高，造成人，J物力财力的巨大浪费。本文以白行开发的120m3h处理量全自动白清洗过滤器为基础，提出了全自动白清洗过滤器的各操作参数的设计思想和方法，并建立了过滤过程叶1过滤器的压降模型，借此确定控制系统的控制参数。其主要工作内容如下：研制没计了一台处理量为120m3h、工作压力为06Mpa的全自动自清洗过滤器，并与杭州化工机械厂合作生产样机一台。在设计过程中，提出了过滤器的过滤i件、水力、简体等关键部件设计方法。以过滤的经典公式一达西定律作为计算基石J|，分别建立了全自动自清洗过滤器运行中在过滤介质和过滤所形成的滤饼处的压降模型，并对计算模型中的两个火键影响因素透过度K和孔隙度占的产生机理进行了分析，总结了通用的计算方法，并适用于系列全自动白清洗过滤器之L】。在分析了过滤器自动控制任务、控制流程、控制方式、控制功能之后，根据对过滤压降模型的计算，选用适合的PLC控制主机，完成对过滤器启动、运行、A清洗、停机的控制系统设计，作出控制梯形图，编写控制语言。本论文的丰要创新点为：命自动自清洗过滤器区别于以往其他过滤设备在于它完全靠过滤的料液压力提供自清洗动力，在运行过程中无须停运以清洗过滤元件，整机体积较小，精度可调节，适合丁各类q2彬k-产。本文给出了这种过滤器的整体设计方法以及设计图纸，并对过滤器内部过滤机理进行分析，讨论了几个过滤参数，建立过滤器压降模型，并应用丁二过滤器控制系统设计之中。关键词：过滤器；门清洗；全自动；压降模型；控制系统浙江人学颂十位论文ABSTRACTAsshortofwaterresourceandmoreandmoreserioussituationolwaterpollution，filtrationandseparationhavebeenthebestwaytosettletheproblemofreuseofwastewaterandrealizationofwelleconomybenefitandsocialbenefitButthereareseveraldisadvantagesinthesetraditionalfilterssuchasgreatvolume、discontinuousproduction、lackofautomation、greatwasteofmanpower、materialresources、financialBasedondesignofautomaticself-cleaningfilterOilindustrialscale(1201133h)，thedesignandoptimizationproceduresofseveraloperationparametersarepresentedandpressuredeclinedmodeloffilteriSobtainedaswellthentocalculatecontrolparametersofcontrolsystemThemainresearchcontentsarefollowingas：Afilteronindustrialscale(120mh)andworkpressure(06Mpa)hasbeendesignedandmanufacturedwiththecooperationwithHangzhouChemicalMechanicalFactoryDuringtheprocessofdesign，theproceduresaboutsomekeyassembliessuchasfiltratingcomponent、powerofwater、canisterhavebeenshownBaseonclassicalulaaboutfiltration-DarcymodelofpressuredeclinedproducedbyfiltratingmediumandsolidparticleduringfiltrationisobtainedAndmechanismoftwokeyfactorspermeatedegreeKandholedegree占isalsoanalyzedAndtheyareallappliedforseriesofautocontrolself-cleaningfilterAfteranalysisofcontrolassignment、controlflow、controlmode、controlfunctionandbased0nthecalculationofpressuredeclinedmodel，hostcomputerappropriatePLChasbeenselectedAndthencontrolsystemoffilterstartup、run、self-cleaning、stop、controlechelonchartandprogramareallgivenTheinnovationsofthispaperCanbeconcludedasfollowing：knowingfromotherfiltrateequipmentsago，autocontr01self-cleaningfilterdriveitselftocleancompletelybyitspressureoffiltratedliquidandwithoutstopVolumeofthefilteriSSOlittleandprecisioncanbemodulatedtofitforkindsofindustryproduceInthispaperasuitofdrawinganddesignproceduresofsuchfilterhasbeengivenMechanismduringfiltrationinthefilterhasbeenstudiedandpressuredeclinedmodelsoffilterareobtainedKeyWords：filter；selgcleaning；autocontrol；pressuredeclinedmodel；controlsystem浙江人学硕十学位论文11项目研究意义第一章绪论水资源是不可替代的自然资源，水污染已成为当今世界各国共同关心的重人环境问题之一。人类社会发展到今天，环境、经济与资源利用应视为整体，其发展要协调，不可偏斜，否则将受到惩罚。长期以来被称为“取之不尽，用之不竭”的水已成为历史。水足人类活动不可缺少的自然资源，且是维持生态平衡最基本的要素之一，冈此水资源对人类社会的作用是举足轻重的。我国水资源分布不均衡，且污染比较严重，如何科学合理、有效地利用水资源是摆在环境科技工作者面前的重大课题之一。在水资源日益匮乏、水污染又异常严重的今天，废水综合治理成为当务之急。用处理后的废水代替新水，最大程度减少新水用量，可以缓解水资源的紧张状况，另外电叮以最大限度的减少外排水量，把废水对环境的污染减少至最小程度，废水的过滤与分离后再利用能很好的解决这些方面的问题。但是，我圈过滤与分离机械的技术落后，不论是大型化、高参数新产品的丌发，节能型、多功能设备的研制，还是传统设备的机械化、自动化、智能化水平的提高与完善等方面，都与世界存在着十分明显的差距19】。在冶金、钢铁行业中，过滤器广泛应用于各种润滑、冷却、生产系统巾空气、水、乳化液等等的过滤，目前很多企业使用的仍然是传统的单向流通过滤器，这种过滤器在过滤持续过程中，液体内的固相杂质被过滤元件截留在表面，逐步沉积，导致过滤元件两端压力差增大，过滤的效率随之下降。这类传统的过滤器有以下几个缺点：1)传统的过滤方法，如果要达到某一个精度要求，往往是一个庞大的“工程”组合，其投资巨大；2)传统的过滤方式管理卜分繁琐，人员的配备较多；3)传统的过滤方式在其过滤滤芯堵塞后必须拆掉滤芯进行清洗或者更换新滤芯，造成整个系统停机、停产。这样既浪费人力又影响后续工作的正常进行，不能满足工业生产连续性的要求，而且排污困难：4)传统的过滤设备占地较大，造成空间的浪费。针对阻上问题，本文主要研究丌发了一种新型全自动白清洗过滤器，有效地克服了传统过滤器的缺点，在农、工、城市生活各个方面都具有良好的市场府用前景，具体如下：第一章绪论1)农业我国水资源匮乏，时空分布不均匀。两，li地区水量较少，日水中含沙量高，不适合直接灌溉。全自动自清洗过滤器体积小、维护费用低，适合室外无人操作。可对各种水源进行过滤，如河水、湖水、水库水、池水、海水及地卜水源等过滤，去除沙了、细荫、藻类、有机物、铁悄等等。2)工、lp工、用水包括生产工艺用水、原料用水、冷却用水等。例如冶金、纺织、造纸、石油化工、矿山等行业属于工艺用水：食品业、酿造、制水、清凉饮料等行业是原料用水；火力发电、交通等行业多为冷却用水。这些行业或多或少都有白己的水质要求，在原料用水行业中，全自动白清洗过滤器可以作为最初过滤的工具。在生产工艺用水和冷却用水行业中，过滤器可以作为循环水的二次利用的工具，从而肯约了用水费用。3)城市废水城市废水由生活污水、工业废水及径流污水组成。工业废水情况复杂，而且含有大量的有毒有害物质，一般只要达到标准后即可排放。过滤器可以作为污水三级处理，减少细过滤系统的成本。生活污水和径流污水一1般无毒，只要稍微过滤即可再次使用。过滤器可以使用在这一场合，过滤后的较为干净的水可以作为城市公同草皮的浇灌，这样就节约了用水量。12过滤技术及过滤设备现状121过滤技术工农业、城市。|二活之巾常常会遇到将混合物加以分离的问题。过滤就是将同液混合物分离的常用的操作之一，它是在压强差的作用下，使吲液混合物流过过滤介质，固体颗粒被截留，而液体则通过过滤介质的孔隙，从而达到分离的VI的。工农业、日常生活中过滤涉及的范围很，“，从简单的粗滤到高精复杂的分离；流体可以是液体，也可以是气体；固体颗粒可能足粗的、细的、坚硬的、可塑的、球形的、长条的、分散的以及聚集的；所处理的悬浮液可能足浓稠的、稀释的、高温的、低温的、真窄F的以及加0i的。过滤最终目的有的是为了获得液体产：品，有的是为了获得固体产品，有的二者兼要，而有的则是为了将过滤分离所得的液体和固体分别作进一步的处理。就一般而论，要求得到滤液为产品的过滤操作，比要求得到滤饼为产品的过滤操作易于实现川。过滤操作的好坏，直接影响到J品的质量、成本和生产水平，凶此它在Jj农业卜地位是十分重要的。近年来，随甜f沮：人学硕十。，：何论又着社会发展，人量燃料使用，低品位矿石的开发，环境保护的苛刻要求，使得过滤技术得到了很大的发展，几益受到人们的重视。实现围液分离操作除过滤外，还有沉降、水力旋分、离心分离和喷雾I煤等儿种常见的方法。一般说来，过滤比离心分离和喷雾干燥经济，但得到的同体产品湿含量高；沉降和水力旋分比过滤更为简便易行，但分离效率又小及过滤。对于细状颗粒恳浮液或固体含萤较少的悬浮液，都不宜采用离心分离，最好采用新I压过滤。凶此，在固液分离技术中，总是首先考虑过滤。122过滤设备现状1221过滤介质允许非均相物系中的液体或气体通过，而固体被截留的可渗透性的材料通称为过滤介质。它是过滤设备的关键部分，无论何种过滤设备，都必须选配与其相适应的过滤介质，否则结构先进的过滤设备也无法发挥其应有的作用。过滤介质的分类通常有下列三种：1)按过滤原理，可分为表面过滤介质和深层过滤介质。表而过滤介质表现为过滤时截留的吲体颗粒沉积在介质的表面或在介质上流过，液体渗入介质的孔隙。深层过滤介质表现为过滤时悬浮液巾的固相微粒摹本上都渗入介质的孔隙内被截留。深层过滤介质的孔径比悬浮液的固相颗粒的尺寸大得多，悬浮液中固相浓度低，颗粒难以在介质孔隙的入口处形成架桥。当周相颗粒渗入介质孔隙中时，受到吸附、沉淀及阻滞作用而被截留。2)按材质分类，即制造材料可分为天然纤维、合成纤维、金属、玻璃、塑料及陶瓷等。4)按结构分类，可分为柔性、刚性及松散性过滤介质。柔性介质可能是金属的，可能是非金属的，甚至还可能是_一-者的混合材料制成的。剐性介质是由粘性的固相颗粒制成的。松散性介质则是山非粘结的固相颗粒所构成。过滤介质的技术特性包括：截留能力、渗透性、抗堵塞能力、物理性能、化学性能等等。其中以前两个特性最为重要(第三章可见详细介绍)：1)截留能力对丁成功的过滤来说，介质对颗粒的截尉能力具有头等重要的意义。截留能力就是各种介质所能截留的最小颗粒的J0寸。而介质截留多细的颗粒，决定于介质孔隙的大小及分布情况。2)渗透性过滤介质的渗透性，反应7它XI滤液流动的阻力，而介质的流动阻力，则影第一章绪论晌过滤机的生产率以及功率。常用过滤介质有J：1)滤布滤伽是在工业上品种最多，应用最广泛的过滤介质。其构成材料均为天然纤维或合成纤维。滤布的过滤性能决定于材质、纤维纵法及后处理加E。2)滤网滤删也是编织过滤介质，其材质主要是金属，几是可以拉丝的金属和合会，如不锈钢、黄铜、蒙乃尔镍铜合金、镍、银等都可以作为金属丝网的材质。近来也有采用塑料原丝织成的滤网。滤网表面光滑、耐磨、耐腐蚀和耐高温，基本上不产生收缩、伸延现象，不易被颗粒堵塞，易清洗、再生，使用寿命远较纤维滤布为长。只是一次性投资较贵，但操作费用要比滤布低。3)滤毡将合成纤维或羊毛纤维作无规则的密集排列，经过压实耐而制成小同厚度的毡。具有防腐、防霉、颗粒截尉性能好等优点，用途比毛毡广泛。4)过滤衬垫过滤衬挚是以石棉和纤维素制成的过滤介质，主要用作精密过滤，处理含固量低且颗粒细小的悬浮液。还有多孔塑料薄膜，以高分予材质，通过特定的_I：=艺加工而成的薄膜，安装于专门的设备上：这种多孔过滤膜的过滤精度可达O1微米，主要用于医药工业及生物化学带菌污水处理等精密过滤场合。5)硬质(刚性)多孔介质。刚性多孔过滤介质包括多孔陶瓷，金属陶瓷，多L烧结塑料、金属纤维烧结毡、多层金属烧结网等，它们是通过陶瓷、金属及塑料的细粉在高温下烧结成型，通过对细粉粒度、烧结温度、压力、时间及粘结荆品种，配方的控制来制得孔隙均匀、渗透性、孔隙率和形状各异的过滤介质成品。厚度。般在20毫米以上(烧结金属的厚度一般为16毫米)。1222过滤与分离设备过滤技术起始于压滤。制作疆腐、榨取食油和酿酒均起源于我圉，山于工业革命在欧洲的兴起：19世纪中叶，圉外已有间歇板框压滤机问世，20世纪初得到迅速发展，1953年同本栗Fi_1机械制作所开发了板框压滤机的滤板自动移动装置，1958年大阪国际展览会展I出了第一台自动压滤机，现在又有fB歇压滤机的PLC控制系统【l“。在T_jlk产、Ik化的影响下，连续真空过滤机在i世纪初丌始出现，它产率较高而得以蓬勃的发展，现在圆筒外滤式、内滤式、崩：式、水平带式等真窄过滤机，“泛在各工业部门使用，又以矿IJ和化工企业为主。当前的过滤设备主要为真空过滤机和间歇作业的板框或厢式压滤机；间歇压滤机有过滤强度大、滤饼水份低的优点，因不能连续作业而有产率低的缺陷；连浙，=人。i硕十F：何论文续真空过滤机相对产率较高，于过滤压强小，又有滤饼水份高的弊病。以下是几种常见的过滤分离机械：1)板框、厢式压滤机一种需求量最人的过滤机。具有如下优点：单位过滤面积r_地少，过滤面积选择范围宽，对物料的适应性强，滤饼含水率低，冈为是典型的滤饼过滤，所以uJ得澄清的滤液，固相回收率高。另外还具结构简单，操作容易，故障少，保养方便、使用寿命长等优点。目|j固外板框j厢式压滤机发展趋势主要有以卜几个方面。向大型化方向发展；高的过滤胍力：继续发展带压榨隔膜的加压过滤机，这是一种节能的发展趋势。制作材质上，一方面由于工程塑料，特别是增强的塑料具有较好的强度，刚性，耐腐蚀性能和机加T性，逐渐具有代替铸铁及其它金属滤板的趋势。另一方面，列大型高压压滤机一般都有采用金属板材焊接制作完全取代了铸铁机件。国内的板框，厢式压滤机操作的自动化程度虽然有了很大提高，减轻了体力劳动，但控测元件的灵敏度、可靠性还有待进一步提高。2)转鼓真空过滤机连续式转鼓真卒过滤机是真空过滤机中数量最多的机型，按滤饼卸除方式，可分为刮刀式、卸料式、折带式、绳索卸料式、螺线卸料式和辊卸料式等。转鼓真窄过滤机一般适用于颗粒沉降速度较低的物料，在我国主要应用于制碱、石油脱蜡、制药、造纸、纺织、矿山、制糖、染料等待业也用于淀粉浆脱水、柠檬酸菌丝体及酵母液化的过滤等场合。但对于颗粒沉降速度大，且易在贮槽I!l迅速沉淀堆积，滤饼难于从滤布上剥落和易于开裂，滤饼透气率高，及洗涤要求高的物料不适宜采用回转真空过滤机。3)带式压榨过滤机带式压榨过滤机主要处理对象是污泥，优点是连续操作，过滤效率高，结构紧凑一吁地面积小、能耗低、噪音小，这种机型目前主要应用于以下几个领域：废水及工业用水处理，如石油工业、化学工业、水泥工业，其它如淀粉工业巾用于马铃薯生产中除去皮及纤维素的过滤，果汁生产巾减少果汁损失的果渣脱液都已有应用成功范例。4)带式真空过滤机具有水甲过滤丽、上部加料处理量大和卸饼方便等特点，是近年束发展晟快的+种真空过滤设备。现朝着人型化、采用新的结构材料和自动化的方向发展。f=前已形成有橡胶带式、往夏盘式、同定僦式和连续移动盘式等四种类型。带式笫一章绪论真空过滤机作为种新型过滤设备，具有其它过滤机无法比拟的优越性。它J、洲J范围宽，能连续加料、过滤、洗涤、脱水和卸渣，14-：产率高，易实现机械化自动操作，劳动强度低，占地面积小。13过滤设备的发展趋势131国外过滤设备发展随着全球能源，环保行业的迅猛发展，过滤与分离机械工业越来越受到各国的重视，发达罔家已形成了过滤与分离行业的企业联合化，资本公众化，市场贸易、技术和信息一体化的格局。过滤与分离机械进入了高速发展的轨道，岛新技术产品不断问世，广泛通用于各行业对吲体、液体、气体单相或多相混合物的纯净化分离与分级。1964年由18个国家在英国创立国际过滤学会后，圈际性行、lk交流几益增多，1974年至今共举办了8届世界过滤大会，1990年在法国成市了世界过滤组织(IDERI)，随后，很多国家白行成立了过滤与分离协会与学会，如美困过滤协会、美国过滤与分离学会、英国过滤学会等，各国学会均创办了专业性期刊，如英国、德国的过滤与分离，美国的分离与净化技术等，从而有力地促进了世界过滤与分离技术的进步。t|j=界新技术革命的第一次浪潮已经将过滤机械推进了快速发展的轨道，其发展趋势主要有以下几个方面【11】：1)高参数发展趋势由于能源、资源、环保等工业的发展都是需要单机能力大，所以大型化、高参数的设备主要表现为：A、大规格：由丁能源、资源开发、环保、三废处理等Z_qk的大型化，需求更大规格的过滤机械，以提供单机生产能力。B、高速率：由于企业家效率意识的增强，为了提高设备的工作效率，需求更高过滤速度和运转速度的设备。c、高精度：随着医药、生物、精细化工等T业的发展，为了提高制品的纯净度，需求更高精度的设备。D、高i力：由于节能的需要，进一步降低含液量，以减少后续干燥能耗，需求更高压力的设备。2)多功能、节能复合发展趋势随着佳物医药_程的发展，为了防止贵重制品的污染，需要集反应、过滤、干燥于1体的设备。但冈为分离机械的大型化发展，如何降低单位处理量的能耗浙江人学硕十学位论文_m-_-_-_-_h_一_一是当务之急。凶此，离心机、过滤机如何用最小的能耗提高其滤饼的脱水效果，得到最干的滤饼，从而降低后续的干燥。L艺能耗成为重点研究方向。3)全自动发展趋势为了提高牛产效率和适应特殊场合，需要全自动连续作业的设备，l柚微机控制，机械人操作方向发展。4)新材料发展趋势为了提高设备的机械性能，需求强度、刚度、喇磨性、抗腐蚀性能优异的材料。为了提高过滤精度和效率，对过滤机械的心脏材料过滤介质提出了更高的要求。5)机型多样化发展趋势为了对口_压缩、高精度、高分散性的难分离物料、微粒子进行有效的分离需研制新型专用设备(包括专用新技术的应用)，即多样化机型。132国内外过滤技术差距由于历史的种种原因，致使我国目前过滤与分离机械大致处于幽外八十年代末水平，落后约1015年，在过滤与分离基础研究和应用研究方面，进展较缓慢。面对近年来国外过滤与分离技术的发展，我国的差别十分明显【6J：1)我国过滤与分离机械的技术进步，不论是大型化、高参数新产品的开发，节能型、多功能设备的研制，还是传统设备的机械化、自动化、智能化水平的提高与完善等方面，都存在着十分明显的差距。基础研究和应用研究经营投入不足，靠企、自己开发，研发能力明显彳i强。2)对于过滤介质，无论是织造滤布、滤带、小锈钢、钦材料等金属粉末、金属纤维烧结的刚性过滤介质，新兴的陶瓷过滤介质，还是目前固外迅速发展，并已推广应用的改性纤维制成的功能性过滤介质，从制造或烧结所用的滤材质量和制(织)造技术及设备，精整技术与工艺都与困外相差较远。特别是孔隙率商、阻力小，并具有机械截留加化学与静电吸附作用的选择性过滤介质在工业发达国家用于生物化j一制药、食品等行业发展十分迅速，而我国明显落后。3)过滤与分离机械制造行业及设计选用部门和用户，普遍存在对分离效果的好坏与对分离T岂技术的全面认识密切相关的知识不足。主要表现为：a、对于要球分离物料缺乏全面认识，如崮液两相的物理、化学性质、浓度。特别是与过滤分离相关的一些性质了解不深，不利于正确选择过滤、分离设备的类型，往往宜目承袭一些老厂的不尽合理的设备选型，而不敢越雷池一步；b、有的是末能正确确定合理的操作条件，如对于过滤机如何选择操作压力、真空度、濡度、过滤时间；根据要求的截留精度及处理能力，正确选择过滤介赝第一章绪论等。c、有些物料4i能直接进行过滤与分离，而必须采用预处理技术。d、不熟悉新技术、新工艺、新没备。14自动清洗过滤器的发展和应用141自动清洗过滤器概述在一般的过滤装置中，随着过滤过程的继续，液体内的固相杂质截留在过滤介质表面，引起压力降增加，过滤阻力增大，过滤效率下降。一般的过滤机需中断过滤操作，更换过滤元件或取出清洗，既费时又费事，影响处理效率，而目不能达到自动化连续作业的要求。自动清洗过滤机很好地解决了这个问题，过滤机具有连续过滤、自动反冲洗排污、结构紧凑、运转平稳可靠、处理量人、运行费用低、使用寿命长等优点。过滤机的清洗、排污过程是在设备运行过程中自动进行的，在反冲洗排污的同时，仍能进行过滤操作，不影响正常供液。在冶金行业的循环水系统中，自动清洗过滤器的应用|二趋广泛，我国引进的连煮、高炉、热轧用水系统各种加热炉、乳化剂系统以及封闭的水循环系统，大量采用了具有v型断面缝隙式自动清洗过滤器例。自动清洗过滤器主要特点：1)安装方便，可直接安装在管道上，无需建过滤车间，特别适用于各种工艺条件下的现场使用。2)产品本身体积小、重量轻、造价低、维修量小。3)自动化程度高，便于运行管理，可氏期无人运行，并可并入计算机网络控制。4)规格多，处理水量大，管口直径从DN252500ram均可设计生产。DN2500的过滤器最大处理水量可达40000m3h。5)过滤精度可高可低，范围广。阔，等效孔径通常为O，033mm。6)压头损失小、节能，利用主管道水压反洗。无须设反洗水源，工程投资少。142国内外自动清洗过滤器现状自动清洗过滤器在当今还是一种比较先进的设备，主要由国外厂家生产。其中以色列的FILTOMAT和美国的TEKLEEN较为有名。FILTOMAT公司所有的浙江人学碗十学位泛史，-_-_-_一_，-，HhH_一产品是按照IS09002标准制造的，以它的质量和可靠性闻名。FILTOMAT公司的仝白动反冲洗过滤机在清洗过程中允许水流不问断。新颖的设计以M300系列】：始，连续成为水过滤企、Ik的领导者。TEKLEEN公司华落在洛杉矶两都的中，tl，公司在水过滤氽业中拥有较多的技巧和经验。过滤器产品应用于冷却水过滤、糖汁过滤、沙过滤等。国内自动清洗过滤器主要有以下几利：1)徐州产TLS型自清洗过滤机其性能参数和结构原理如下：TLS系列白清洗水过滤机是制造r一家消化吸收国内外先进技术的基础上设计、研制的一种新颖污水连续过滤装置。实践证明，TLS系列自清洗过滤机是一种性能稳定rU“靠、应用效果好、经济适宜的国产过滤机，在冶金、矿山等企业具有较好的推广应用价值。TLS系列设备性能参数如下表4-1所示。l-出gv；2一排污且头：一聒动幕王；4-迪一；卜中瞒耗6一进水。17一电动舢圬阗；8一手动排i亏闩；9一筒倬图11TLS过滤器简图表4-1TLS系列设备性能参数名称性能与参数T作介质水1作压力P2HJ，lF常过滤，滤渣并随之附着在滤嘲上，使得内外压差逐步增人。当Pl、P2压筹大于预设压差值时，打开阀门，由于P2Po，排污管口的滤渣被过滤水反冲并随排污管排出。一旦排污管可以扫描整个滤网，就iJ以实现滤网的反冲洗，与此同时，过滤过程仍正常进行。浙江人学顽十学能论文一一212全自动白清洗过滤器工作原理基于以上的自清洗过滤原理，建立如图2-2所示的全自动自清洗过滤器三维模型效果图。图2-2全自动自清洗过滤器1：作流程示意图】一入水口；2一出水口；3一籼滤嗣：4一细滤网；5转子组件：6一u投污组件：7一排污管：8一液动转子：9一阀门；lO排污r1该过滤器的工作原理如下：待过滤永从入水口(1)流入过滤嚣，经粗滤网(3)初滤后，冉通过细滤网(4)过滤，流I龟出水口(2)。当脏物聚存细滤网的内面时便形成压差，达到预定值时，由冲洗控制器打开冲洗电子阀门(9)，产生一股很强的反冲洗水经排污n(10)流向大气。这种反冲洗可以在吸污组件(6)卜产生一股吸力，清洁吸污嘴相对的细滤网面。反冲洗水经过排污管(7)，再通过液动转子(8)流向冲洗阀门，带动整个吸污组件与吸污管转动。由于过滤器工作压力大于阀门外大气压，足以推动液动转子带动吸污管轴向运动。轴向与旋转运动相结合，便可确保吸污嘴清4=_i到整个过滤网面。当细滤网内外压差低丁预定值，冲洗完成，吸污组件和吸污管山粗过滤端弹簧拉回到原来位置，完成一次自清沈过程。整个冲洗时闯约为1015秒。第二节全订动口清洗过滤器开发酸汁由此l叮见，滤液过滤主要分成两个阶段完成：相过滤：将I业废水和其他介质内的炉渣、氧化铁皮、污泥等大颗粒同体杂质通过糊滤网过滤；精过滤：在料过滤的基础上进一步精细过滤，得到满足其他生产所需的清水或者生活用水。22全自动自清洗过滤器的开发设计221过滤器水力设计过滤器的水力设计的目的是确定过滤速度、过滤能力(流量)和水头损失大小。1)设计过滤流速的确定水流通过滤网(净面积)时的速度称为过滤速度(ms)。在过滤面积一定时，过滤速度愈大，过滤器=l勺过滤能力(流量)乜愈大，但会使处理废水中的某些污物容易“挤过”滤网而进入清水侧管道，从而使过滤后的水质达不到使用要求。同时，也会产生较大的水头损失，并使过滤网两面的压力差增大。进_向可能损坏滤网。如果过滤速度过小，为了达到一定的过滤能力(流量一定)，则需要较大的滤网面积，这样会使过滤器的体积变大，使造价升高。因此，过滤速度大小是设计过滤器的重要的参数之一。一般自清沈过滤器的过滤速度都住O5mS3mS之间，本文根据过滤器工作压力设计选择过滤速度v=15ms。2)过滤能力(流量)计算在设计过滤流速时通过过滤器的流量称为设计流量，其计算公式为M：Q=3，6102，AV(2-1)式中9过滤器的设计流量(m3h)；爿过滤器中滤网的实际使用面积(m3)；厂滤网的净而积系数，取7；矿设计速度(ms)。本文中A=丌D，=7051=月2(m2)，D、f分别为细滤筒9J筒半径以及筒身长。所以Q=36x1027石152120m3h。3)过滤器的水头损失计算过滤器的水头损失是指通过清洁水流时，过滤器进出口之间的水头降，它包掰江人学碗十倚沧史括过滤器进口、出jJ、过滤器元件等引起的局部水头损失和沿程水头损失，并可用F式表示321：h2锻Q。(22)式中：h过滤器的进出口处的总水头损失(m)；co，局部和沿程水头损失系数；x指数；n引起水头损失的项数。由于过滤器中的水流状态复杂，很难用卜式计算出过滤器的水头损失，因此，规定在通过设计流量时，过滤器进出口之间的总水头差即为设计水头损失。在此水头损失条件卜r，过滤器能够iF常工作，并且不会破坏滤网，不影响过滤水质。这个设计水头损失一般通过试验确定。根据实验资料可以用式(23)的形式表示过滤器的水头损失与过滤流量之间的关系，叩；Ah3KQl(2-3)式中K过滤器的水头损失系数，与过滤器的形状、滤网的有效而积系数和过滤器的制造质量有关。根据以往的试验经验数据【34】，安装150目时不锈钢滤网时的水力性能测试结果，设计流量Q=15m3h时，过滤器的水头损失Ah=o52m，而安装200目nj不锈钢滤网时的水头损失位O8m，p和h之间的关系分别为hj-00045QI”，h2=O0165Qzl42由线性规律得选择1000日时(见2，22滤网的选择)不锈钢金属滤嘲时，Kz0208。222过滤元件设计1)滤刚规格的选择滤网过滤器的清污效果主要取决于所用滤网的日数，向|选择滤网同数的依据又是根据处理废水中所含污物的性质和滤液最终要求杂质的最小直径。滤网的目数选得越高，清除污物的能力愈大，但滤网易被堵塞。为了保证过滤器正常工作，就需要经常人T或自动清洗过滤器，因此管理费时，造成浪费；选得过低，有潜在过滤最终要求达不到的后果。本文研究过滤器的适用用户杭州农药Ir处理污水，杂质颗粒尺寸极小，略带腐蚀性。经过比较试验确定选用1000目in的斜纹编织密纹滤网。彳i锈钢盒属鲐第章伞臼动J清洗过滤器开发砹计直径为0040 x0025mm(经纬)，基本孔径约为82m12o2)过滤元件尺寸确定全自动自清洗过滤器的过滤件采用氏简形，过滤面秘是指过滤件的内表1斫积。这甲因为本过滤器十要阱细滤阶段为卡要工作阶段，所以用细滤网的内表面积作为过滤面积。A=rcDL(2-4)式|十：爿过滤而积(m2)(与式2-1中相同)；D过滤元件内径(m)，取O。5m；三过滤元件的有效长度On)，取细滤网长度1m；另外由式(2-1)可得爿=278lo。导(2_5)将此式代入式(24)可以发现三=27810。4蔫(2-6)式中各符号的物理意义同前。当Q、及V一定时，三和D成反比，或者说过滤元件的长度上是D的函数。出了内径D受到管道标准的约制，所以也可以把D看成个有一定值的因子，由此计算出来的工即是过滤器通过某一设计流量Q时所需要的最小过滤元件的长度。从受力和稳定角度考虑元件的细长比五(LD)一般在1到5左右为宜。A值太小，过滤器的加工安装不便；旯值太大，则过滤元件在过滤筒体内的稳定性较差。在F常情况下就会产生挠曲变形，进而影响过滤效果。因此，设训过滤器时，尤其足卧式安装时五值不宜超过5，本文选择2。3)过滤元件支撑筒用材料及开孔率计算为了防腐防锈，抗压抗拉，支撑筒要有一定的刚度和强度。用作滤冈过滤器的支撑筒多用不锈钢板或塑料加工而成。本文设计采用厚度5mm厚的不锈钢板制作支撑筒。支撑筒上的开孔按等腰三角形排列，见图23，由文献17可知丌孔率要求应该不超过05，可用下式计算：|p：尘竖(2-7)图23等腰三角形开孔尺寸4D浙江人学颂I学位论文式中，支撑筒的开孔度：支撑筒表面上的丌孔总数，本方案中4446个d一一丌孔直径mm；山此得P=(4446x102)(4x500 x1000)=028时1一F1一=置万91一=Bp：(3-31)(3-32)塑垫尘：!堡：l：堂笪笙兰64o2E一1=0806d0402O85u08005ffl一一I-，p正o：-一图3-9式中B、卢均是一些特性参数，为此，克莱德奥尔给出这些参数的典，诅值如下表：表3-1式(3-29)(332)中典型的参数值I口物质占PnE五B卢(1010)ji棉09020909000170】150057CaC01077109019O77003402350063碎4i灰石O37510O3750015耐火跳O7806056075007027O128高岭土0698003O59O，045042O054滑石866051O86005401550203硫化锌14069帖土080013282060O815009102601304-00】O，40I0一通蹦范闱10810140-120-010951509505O25虽然这里已经了解滤饼孔隙度在整个过滤过程中怎么变化，但是应用到具体的研究计算巾，压差以及流阻的变化是孔隙度的函数，如果不加以适当的简化，第二章白清洗过滤器过滤机理分析将导致工作量虽人而计算结果不尽如人意。所以更庸关心平均孔隙度。平均孔隙度由卜式确定：；=l醐x(3-33)V2Z上“艟铲三e占嘉妲式巾idx可以从达西定律式入手，由式(325)和式(328)可得dp竖：一职口(1一F)9dx“、71将此式代入上式可得：铲而if志再看式(3-25)变化形式可得：g出KdPl艘=一一0卫a(1-g)胁出=I：一jp。a(L1-c)=上p广旦a(1-e)牡=去r志(334)(335)(3-361(337)(3-38)r339)将式(3-39)计算|_j的代八三，就有：广。旦铲掣(3-40)乞V。下茸叫o)J)口f151将式(3-29)式(3-32)代入上式积分计算可以得：1一Ray=B等P4(3-41)结合本课题的主要工作对象以及工作条件(农药厂处理废水)，将上表(31)罩一些典型的参数值近似取平均代入到式(341)可以求得全自动自清洗过滤器在应用到农约厂做废水处理时产生滤饼的平均孔隙度：乞；，=O807(3-42)浙江人学硕十学位论文观察式(3一l8)町以发现要计算过滤器滤饼两端压差除了平均7L隙度外，还有一个藿要参数就是悬浮液固体质量含景百分比C。山于直接在悬浮液对这个参数的测量有困难，我们可以转换思路利用质最守恒来求得该参数：悬浮液质量一滤饼质量+滤液质量悬浮液：丝逆+帆被(343)CM悬浮液=二壁坚塑一+A纭被(343)式中：巳滤饼中的固体平均质量部分；根据全自动自清洗过滤器的性能要求以及试验结果看出，处理废水的入u速度与滤液出17速度的比例几成1：O95的关系，假设液体进出IZl密度变化0i大，即进出口液体质量比也成1：O95的关系，故上式可得：c=005c(3-44)滤饼中固体质量部分吒常常与滤饼的平均孔隙度有关，可以简单地计算巳得：乞。丽jpal赢-eo1)(3-45)由此可得：c-oos孝虢tJ-40)n(1)+p，吒，综卜-所述，滤饼过滤时滤饼两端的压差计算是一个相当复杂的过程，它涉及到整个过滤的工作条件，包括处理量、悬浮液的物性、形成的滤饼物性等各方面凼素。由于滤饼的可压缩性，使得滤饼在过滤过程中因为受到压力的影响而自身性质产生了变化，滤饼两端的最终压差就更难以估算。丽通过可压缩滤饼过滤的微观入于，并进行适当的简化假设，就得到了可压缩滤饼两端压差的数学计算模型(式3-20)：Jp：pKCV2式中：K：!掣；c：F!，；。：o05旦!二量：!，l(1一乞，)nEp，clP，(1一毛。)十p，乞。将本课题拿自秽自清洗过滤器的具体工作条件适用于此式，即巳。：0807、K”=5，=字号=；106m，风=259cm3，奄文献2图1-1-1一(含水悬浮第二章臼清洗过滤器过滤机理分析液密度的列线图解)，根掘悬浮液含固量，可以查到悬浮液的密度p，=139cm3根据图112(悬浮液粘度的列线图解)可以杏到悬浮液的粘度口=O8mPa一，将所有参数代入上面公式，最终uJ以计算得滤饼两端的挑差为：吃=O0286Mpa文献【15巾提到自清式过滤器的压力损失为0叭O03Mpa，而当滤删堵塞后，滤网内外侧的水压差不断变化，当门i差达到设定值(003Mpa)，差压控制器发m信号。由此可见，本模型的计算符合经验标准。323过滤器总压降计算在分析仝自动自清沈过滤器过滤过程中过滤介质和滤饼分别产生的压降后，必须对过滤器在悬浮液一次通过过滤介质后在介质和滤饼处产生的总胝降进行研究。观察图3-5可知，过滤的压降分这么两个过程，根据达西定律可以得：dVKP尸d(At)2了2面(3-47)式中R代表过滤流阻，在过滤介质和滤饼分别为R和R。因为过滤过程中，通过过滤介质和滤饼的液体流速可以视为相同，所以过滤的总压降为：Jp=饼+咯质=而dV(墨+吃)(348)冈此，我们町以得知总压降是两端压降的简单叠加即可，结合式(3-20)和(3-9)可得：气=龟饼+铱质=_64西BV广L(卜啄质)151+56(1一啄质)3+_pK沥CFV2(349)式(349)即为过滤器一次过滤产生的总压降计算模型，公式中各项参数均存以r说明。33小结本章从过滤的基本原理入手，讨论分析了过滤的几种具体形式，从而界定全自动自清洗过滤器在运行过程中的过滤机理。以过滤的经典公式达两定律作为计算模型的摹埘，着重研究计算了全自动白清沈过滤器运行中在过滤介质和过滤所形成的滤饼处的压降，分别提出了过滤介质和滤饼的压降计算模型，并刈计浙江人学硕十学位论文算模型中两个关键影响凶素透过度和孔隙度的产生原理进行了分析，得出通用的计算方法，并适用于全自动自清洗过滤器中。凼为全自动白清洗过滤器的自动控制系统的设计过程中欲采用以实测压差与计算压差进行数值比较从而输出控制信号，达到控制目的。而本次丌发的120m3h处理量过滤器仅仅足仝自动门清洗过滤器中一种跫号，将小章中的计算模型应用于其他型号过滤器的丌发就带来了很大的便利，并具有深刻理论基础，因此本章中的压差计算模型的意义就显得很重要。第四章仝fI动白清洗过滤器控制系统设i第四章全自动自清洗过滤器t空_iti0系统设计41t空_itii原理411概述自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着I。分重要的作用，它们是衡量科学技术先进与否的重要标志之一。近几十年来，自动控制技术在工农业生产、交通运输、国防建设、航天工程等许多领域获得了越来越广泛的应用。在化工11i产中，采用自动控制技术可以对压力、温度、流量、液位和成分进行控制，使生产过程实现自动化操作、稳定产品质量、提高劳动生产率、降低能源和原材料消耗、改善操作人员劳动条件、保证安全生产、减少对环境的污染，从而取得明显的经济效益和社会效益。尤其是对于准确性要求高、变化迅速或口J能有人身伤害危险的那些化工生产操作，离开自动控制技术根本无法正常运行。-412l空11系统工作原理所谓自动控制4】，就是利用各种自动控制装置和仪表(包括控制计算机)代督人的操作，使生产过程或机器设备自动地按预定的规律运行，或使它的某些参数(如温度、压力、流量、液位、成分、电流、电压、转数等)按预定要求变化，或在一定的精度范围内保持恒定，自动控制可以说是人工操作的模仿和发展。自动装置中的关键概念是反馈。自动反馈控制系统的工作原理与人工反馈操作是相似的。例如：人工操作者的眼睛观察、触摸反应类似于自动摔制中的误差测量装置；人一操作者的大脑类似于自动控制器；而人工操作者的手相当于控制系统的执行机构。在复杂的控制系统中，由于系统中各变量之间存在着错综复杂的关系，所以就很难进行人工操作。应当指出，即使在简单的系统中，采用自动控制器也有利于消除人1操作造成的误差。所以，如果要求精确控制，就必须采用自动控制系统。以下是控制系统中的儿个关键概念：(1)被控对象或过程。也称调节对象，系指要求实现自动控制的设备friiI二J“过程。本研究中即全自动自清洗过滤器为控制对象。(2)被控参数。在控制对象中要求按预定规律变化的物理量，即被控制的浙江人学硕士学位论文物理量，也称被_【Ij参数。木研究中jfj水口滤液流量以及排污口污水流量就是被控参数。(3)扰动(干扰。在自动控制系统巾，干扰又称扰动作用。除控制量以外引起被控参数变化的所有因素都可视为干扰。往本研究中，进出【：J的流量变化都是干扰因素。(4)设定(给定)值。与被控参数丁艺规定值相对应的信号值，也称控制目标值，是控制系统的输入变量。本研究中，计算压差变量即为控制系统的输入变量。(5)偏差值设定值，(r)与被控参数测量值r(，)之差，在自动控制系统中，一般规定偏差值e(t)=r(t)一y(t)，检测时时常把，(f)y(t)称为负偏差。任何一个自动控制系统，总是由过程和自动控制装置组成，如图4-1所示：图中符号r(r1-一设定值；y(f)测量值；effl偏差，PO)2，(，)一y(f)：u(t卜一控制量；c(f)被控参数；g(f)控制量：厂(f)扰动；检测元件和变送器(统称为测量装置)的作用是把被控变量c(f)转化为测量值y(z)。图41自动控制系统的组成例如全自动自清洗过滤器中压力传感器测量压力，并用压力变送器将其转化为标准直流信号(O10mA或420mA)。比较机构的作用是比较设定值，(f)与测量值y(f)并输出其差值。控制装置的作用是根据偏差的正负、大小及变化情况，按某种预定的控制规律给出控制作用“(f)。比较机构和控制装置组合在一起，称为控制器(或调节器)。目前在工业中应用的控制器有气动或电动控制器、职能控制器或计算机。本研究中采用可编程控制器(PLC)作为控制调节器。系统中控制器以外的各部分组合在一起，即过程、执行器、检测元件与变送器的组合称为广义划象。第网章全自动白清洗过滤器控制系统敬引4，13可编程控制器(PLC)介绍可编程控制器(ProgrammableLogicController简称PLC)是一种数宁运算操作的r乜了系统，专为在工业环境下应用而设计，它采用一类可编程序的存储器，用于其内部存储程序