（化工过程机械专业论文）加压转鼓过滤机结构设计与计算.pdf

学位论文数据集 中图分类号t h l 2学科分类号5 3 0 3 l 论文编号1 0 0 1 0 2 0 1 1 0 6 8 0密级公开 学位授予单位代码 l o o l o学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名 杨振华 学号 2 0 0 8 0 0 0 6 8 0 获学位专业名称化工过程机械获学位专业代码0 8 0 7 0 6 课题来源自选项目研究方向过滤与分离 论文题目加压转鼓过滤机结构设计与计算 关键词加压转鼓过滤机，结构设计，工艺计算，热一应力评定 论文答辩日期2 0 1 1 5 3 l宰论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师范德顺教授北京化工大学化工过程机械 评阅人l钱才富教授北京化工大学化工过程机械 评阅人2戴凌汉 高工 北京化工大学化工过程机械 答# 矮员a 拂王奎升 教授 北京化工大学石油机械 答辩委员l何立东 研究员 北京化工大学动力机械 答辩委员2杨卫民教授北京化工大学聚合物成型加工 答辩委员3张亚军教授北京化工大学 微纳制造 答辩委员4张有忱教授北京化工大学机械设计 答辩委员5周俊良教授北京化工大学工业设计 答辩委员6钱才富教授北京化工大学化工过程机械 答辩委员7薛平研究员北京化工大学聚合物加工 答辩委员8王奎升教授北京化工大学石油机械 注：一 询。 四 论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 中图分类号在中国图书资料分类法查询。 学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查 论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 加压转鼓过滤机结构设计与计算 摘要 固液分离在采矿领域、金属处理、化学工业、食品预处理行业和 医药行业有着广泛的应用。正因为如此，结构和操作机理各不相同的 过滤机相继出现。一种能实现连续操作的加压转鼓过滤机在化工、制 药等领域的应用有良好的反响。 本文对加压转鼓过滤机进行了结构设计和计算。结构设计部分包 括内转鼓、外转鼓、分配头、过滤单元插件、密封分割单元、卸料单 元和滤布洗涤单元，绘制了设备的零件图和装配图，确定了制造材料； 根据图纸，将设备的整体结构和零部件进行三维模拟，直观展示设备 工作情况；为设备选择了一种滤布，针对该滤布的性能和工作环境做 了说明。计算部分包括动力部件的速度调节计算；过滤机在单位时间 内所生成的滤饼计算，确定在洗涤过程中消耗的洗涤液体积，计算将 滤饼干燥至某一含湿量所需干燥气体的体积；运用a n s y s 有限元软件， 根据j b 4 7 3 2 - 1 9 9 5 钢制压力容器一分析设计标准对加压转鼓过滤 机进行热一应力评定，同时探讨了因物料温度的变化和压力的变化分 别对设备正常运行所产生的影响。 关键词：加压转鼓过滤机，结构设计，工艺计算，热一应力评定 北京化t 大学硕上学位论文 一 a b s t r a c t s t r u c t u r ed e s i g na n dc a l c u l a t i o no f r o t a r yp r e s s u r ef i l t e r a b s t r a ct r e m o v a lo fl i q u i d ，i e s o l i d l i q u i ds e p a r a t i o n ，i sr e q u i r e di nt h e m i n i n gi n d u s t r y , m e t a lp r o c e s s i n g ，c h e m i c a li n d u s t r ya n di np r e p a r a t i o n p r o c e s s e so ff o o d s t u f f s a n dp h a r m a c e u t i c a l s ，f o re x a m p l e t h e r ea r e v a r i o u sf i l t e r i n ga p p a r a t u s e su s i n gd i f f e r e n to p e r a t i n gp r i n c i p l e sf o rt h i s p u r p o s e ac o n t i n u o u sr o t a r yp r e s s u r ef i l t e rw h i c hh a su s e di nc h e m i c a l i n d u s t r ya n dp h a r m a c e u t i c a l sh a sr e c e i v e dg o o dr e s p o n s e t h i sp a p e rd e s c r i b e st h es t r u c t u r ed e s i g na n dc a l c u l a t i o no fr o t a r y p r e s s u r ef i l t e r s t r u c t u r ed e s i g ni n c l u d e st h ed e s i g no fd r u m ，h o u s i n g ， c o n t r o lh e a d ，c e l li n s e r t ，s e p a r a t i n ge l e m e n t ，c a k ed i s c h a r g ea n df i l t e r c l o t h w a s h i n g a r r a n g e m e n td r a w i n ga n dp a a sd r a w i n ga r ec o m p l e t e d ， t h em a t e r i a la r ei n d e n t i f i e dt o o ；a c c o r d i n gt ot h ed r a w i n g ，t h i sp a p e r s i m u l a t e st h e3 一ds t r u c t u r eo ft h er o t a r yp r e s s u r ef i l t e rt od i s p l a yi t s w o r k i n gs i t u a t i o n ；ak i n do f f i l t e rc l o t hi si n d e n t i f i e df o rt h ef i l t e r , a n dt h e p a p e ri l l u s t r a t e st h ec l o t h sp e r f o r m a n c ea n dw o r k i n g e n v i r o n m e n t t h e c a l c u l a t i o ni n c l u d e sh o wt oa d j u s tt h es p e e do ft h ed r u m ，t h ep r o d u c t i o n c a p a c i t y ( t h em o u n to fc a k ep r o d u c i n gi n a nh o u r ) o ft h ef i l t e r , i i i 北京化工人学硕上学位论文 i d e n t i f i c a t i o no ft h eu s a g eo fw a s h i n gl i q u i da n dd r y i n gg a s u s i n gt h e s o f t w a r eo fa n s y s ，t h ep a p e re v a l u a t e st h et h e r m a l s t r e s so ft h ef i l t e r 目录 目录 第1 章绪论1 1 1 过滤机的发展。l 1 1 1 重力过滤机。1 1 1 2 真空过滤机2 1 1 3 加压过滤机4 1 2 课题研究主要内容1 1 1 2 1 课题研究所采用的工具。1 1 1 2 2 课题研究主要内容l l 第2 章加压转鼓过滤机结构设计1 3 2 1 加压转鼓过滤机结构说明l3 2 1 1 总体结构介绍1 3 2 1 2 单元零部件说明1 4 2 2 过滤介质的选择2 2 2 2 1 选择过滤介质的方法2 2 2 2 2 关于p e e k 的说明2 4 第3 章过滤工艺计算2 7 3 1 工艺说明2 7 3 2 理论介绍2 8 3 2 1 关于过滤研究的简述2 8 3 2 2 过滤理论2 8 3 2 3 过滤基本方程3 0 3 3 过滤计算3 6 3 - 3 1 工艺设计条件说明3 6 3 3 2 过滤计算过程3 6 3 4 洗涤和干燥脱水计算3 9 3 4 1 洗涤计算3 9 3 4 2 干燥脱水计算4 0 v 北京化工大学硕士学位论文 第4 章加压转鼓过滤机热应力评定4 5 4 1 热一应力分析方法介绍4 5 4 1 1 热一应力分析必要性论证4 5 4 1 2 热应力分析方法4 5 4 2 热一应力评定过程。4 6 4 2 1 机械应力分析。4 6 4 2 2 热一应力评定5 3 4 2 3 结构改进。5 7 4 3 温度和压力变化对设备强度影响的探讨5 9 4 3 1 温度变化对设备强度的影响。5 9 4 3 2 不同压力下支座和内转鼓热应力评定6 1 第5 章结论与展望。6 3 5 1 结论6 3 5 2 展望6 4 参考文献6 5 至疋谢。6 9 攻读硕士学位期间发表的学术论文7 l 作者和导师简介7 3 作者简介。7 3 导师简介。7 3 v i c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e r1i n t r o d u c t i o n i 1 1d e v e l o p m e n to f f i l t e r 1 1 1 1g r a v i t a t i o n a lf i l t e r 1 1 1 2v a c u u md r u mf i l t e r 2 1 1 3p r e s s u r ef i l t e r 4 1 2c o n t e n t so f p r e s s e n t sp a p e r 11 1 2 1s o f t w a r eo f t h ep a p e ru s e d 1 1 1 2 2c o n t e n t so f p r e s s e n t sp a p e r 11 c h a p t e r 2s t r u c t u r a ld e s i g no fr o t a r yp r e s s u r ef i l t e r 1 3 2 1i l l u m i n a t i o no f t h er o t a r yp r e s s u r ef i l t e r ss t r u c t u r e 13 2 1 1i l l u m i n a t i o no f t h ew h o l es t r u c t u r e 1 3 2 1 2i l l u m i n a t i o no f t h ep a r t s 1 4 2 2c h o o s i n gf i l t e rm e d i a 2 2 2 2 1h o wt oc h o o s ef i l t e rm e d i a 2 2 2 2 2i l l u m i n a t i o no fp e e k 2 4 c h a p t e r 3f i l t e r i n gt e c h n o l o g i c a lc a l c u l a t i n g 2 7 3 ii l l u m i n a t i o no f t e c h n o l o g y 2 7 3 2f i l t e r i n gt h e o r y 2 8 3 2 1h i s t o r yo f f i l t e r i n gr e s e a r c h 2 8 3 2 2f i l t e r i n gt h e o r y 2 8 3 2 3f i l t e r i n ge q u a t i o n 3 0 3 3f i l t e r i n gc a l c u l a t i o n 3 6 3 3 1i l l u m i n a t i o na b o u tt e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n 3 6 3 3 2p r o c e s so ff i l t e r i n gc a l c u l a t i o n 3 6 3 4w a s h i n ga n dd r y i n gt e c h n o l o g i c a lc a l c u l a t i o n 3 9 3 4 1w a s h i n gt e c h n o l o g i c a lc a l c u l a t i o n 3 9 3 4 2d r y i n gt e c h n o l o g i c a lc a l c u l a t i o n 4 0 v i i 北京化工大学硕上学位论文 c h a p t e r 4 a n a l y s i so nt h e r m a l s t r e s so f s t r u c t u r eo fr o t a r yp r e s s u r e f i l t e r 4 5 4 1i n t r o d u c t i o nt oa n a l y s i so nt h e r m a l s t r e s s 4 5 4 1 1n e c e s s i t yi l l u m i n a t i o no f a n a l y s i so nt h e r m a l s t r e s s 4 5 4 1 2m e t h o r do f a n a l y s i so nt h e r m a l s t r e s s 4 5 4 2p r o c e s so fe v a l u a t i o no nt h e r m a l s t r e s s 4 6 4 2 1a n a l y s i so nm e c h a n i c a ls t r e s s 4 6 4 2 2e v a l u a t i o no nt h e r m a l s t r e s s 。4 8 4 2 3i m p r o v e m e n to fs 缸u c t l l r e 4 9 4 3d i s c u s t i o no f t e m p r e t u r ea n dp r e s st ot h ei n t e n s i t yo f t h ef i l t e r 5 9 4 3 1i n f l u e n c eo f t e m p r e t u r et ot h ei n t e n s i t yo f t h ef i l t e r 5 9 4 3 2e v a l u a t i o no ft h e r m a ls t r e s su n d e rd i f f e r e n tp r e s st os u p p o r ta n dd u r m 一61 c h a p t e r5c o n c l u s i o n sa n dp r o s p e c t s 6 3 5 1c o n c l u s i o n s 6 3 5 2p r o s p e c t s ：6 z l r e f e r e n c e 6 5 a p p r e c i a t i o n 6 9 p u b l i s h e dp a p e rd u r i n ge d u c a t i o n 6 9 i n t r o d u c t i o no f t h ea u t h o ra n dt h ep r o f e s s o r 7 3 i n t r o d u c t i o no f t h ea u t h o r 7 3 i n t r o d u c t i o no f t h ep r o f e s s o r 7 3 v 1 1 i 符号说明 符号说明 料浆浓度，k g m 弓 湿滤饼质量，k g 干滤饼质量，埏 过滤所得滤液体积，m 3 过滤压强，p a 过滤面积，m 2 过滤时间，s 滤饼粘度，p a s 滤饼平均质量比阻，m k g 料浆质量分数 滤饼平均体积比阻，m - 2 滤饼厚度，m 滤饼孔隙率 滤饼中液体体积，m 3 滤饼中滤液质量分数 毛细现象准数 液体表面张力，p a s 脱水因子，s 干燥时间，s 干燥气体粘度，p a s 干燥气体体积，m 3 强度极限，m p a 屈服极限，m p a 导热系数，w m m - 1 。1 许用应力，m p a 毛细孔道半径，m 毛细孔道长度，m 滤饼阻力，m 。1 介质阻力，m d 单位体积滤液所产生的滤饼质量，k g n l 。 单位体积滤液所产生的滤饼体积，m 3 m 。3 i x 魄 脚 眦v p a o p w 蛳l r 脚l， 呱 仅 k k 陆c v 北京化t 大学硕七学位论文 p s j s m n v a 滤饼密度，k g m - 3 积分因子 滤饼质量，k g 洗液比 通过单位面积滤饼所需氮气体积，m 3 m 之 x 第1 章绪论 1 1 过滤机的发展 第1 章绪论 人类利用过滤技术的历史由来已久。中国四大发明之一的造纸术，就是在造 纸过程中将含有植物纤维的滤浆浇洒在致密的细竹帘上，水经竹帘缝隙流过，植 物纤维截留在竹帘上面，一段时间后对截留的固体物质烘干处理，就成了纸张。 可以说，过滤技术在造纸方面的应用，为人类文明的继承和发展起了不可磨灭的 作用。 过滤的实质是将悬浮液的固相颗粒自液相中加以分离，具体操作为：使悬浮 液流过过滤介质，过滤介质对固体颗粒起到截留的作用，液体流过过滤介质，从 而获得固体产品( 滤饼) 或者液体产品( 滤液) 。 过滤机正是将这样一个过滤操作过程机械化的设备。从第一台过滤机的出现 到现在，其设计的思路主要是选择采用一种什么样的过滤推动力来维持过滤操作 的进行。过滤机按获得过滤推动力的方法不同，分为重力过滤器、真空过滤机和 加压过滤机三类i i j 。 1 1 1 重力过滤机 重力过滤机靠液体自身重力作为过滤推动力而进行过滤。这种类型的过滤机 由于采用的过滤推动力简单易于实现，所以最早出现的过滤机都是重力过滤机。 其过滤原理是用过滤介质把圆筒分隔为上、下两个腔室，上腔室加入悬浮液，在 重力作用下，滤液通过过滤介质流入下腔，过滤介质通过与简体连接的滤板支撑， 固体颗粒则被截留在过滤介质上成为滤饼。 重力过滤机主体部分由筒身和滤板组成，简身上分布有进水口与出水口， 滤板则固定在筒身内，滤板上开出多个过滤口，滤板结构主要有圆冠状和圆 锥状，都是从周边向中心逐渐上升的结构。将滤板设计为自周边向中心逐渐 上升的结构，目的是为了使滤板能承受更大的向下的重力，同时还增加了滤 板的强度，从而有效的避免了过滤器滤板易变形、破裂的问题，延长了过滤 器的使用寿命。 目前重力式过滤机在水处理行业应用十分广泛，因为这种类型的过滤机 没有运动部件，所以维修起来很方便，对于处理要求比较低的滤浆很适用。 在此简单介绍一种重力式过滤器【2 】【3 】【4 1 ，工作原理如图1 1 所示。 北京化t 大学硕士学位论文 图1 1 重力过滤器 卜洗涤液出口2 一滤浆入口3 一洗涤液入口 4 一滤液出口5 一阀门6 一多孔板7 一过滤槽 f i g 1 1 c o n t i n u o u ss a n df i l t e r 1 - w a s hl i q u i d so u t l e t 2 - s l u r r yi n l e t 3 - w a s hl i q u i d si n l e t 4 一f i l t r a t e so u t l e t5 - v a l v e 6 - s u p p o r t i n gp l a t e 7 - f i l t e rt a n k 6 为多孔支撑板，在其上方对方一定厚度的砂砾层作为过滤介质，滤浆有上 方加入，靠重力作用往下流动，固体杂质被砂层挡住，在砂层粒下方可得到澄清 的滤液。 经过一段时间的操作后，砂层的过滤通道被堵塞，应对滤砂进行清洗，通常 用清水由底部送入，逆流冲洗，把滤渣从上部带走。 过滤介质除了用沙粒外，也可采用活性炭，因为活性炭具有无数微孔，比表 面积大，除能起到过滤作用外，还有很大的吸附作用，能把细微固体杂质、细菌 和氯气等吸附下来。失效的活性炭、可用洗涤水喝蒸汽逆流冲洗进行再生。 1 1 2 真空过滤机 真空过滤机过滤介质的两侧，分布不同的压力作用，两者之间的压差为过滤 机提供真空推动力。真空过滤机的真空度一般为o 0 5 o 0 8 m p a 。 2 第1 章 绪论 真空过滤机结构形式种类繁多，包括转鼓式( 包括预涂层式、折带式、内滤 式、外滤式) 、圆盘式、带式、平盘式、翻转盘式等。 除了结构形式上的差别外，所有的真空过滤机都可分为连续式真空过滤机和 间断操作的真空过滤机两类。 在真空过滤机中最为常见的是刮刀卸料式转鼓真空过滤机。因由奥利佛发明 故也称为奥利佛过滤机。这种类型的过滤机现如今主要结构外型如图1 2 所示。 本机结构简单，运转和保养容易，造价便宜。压缩空气反吹不仅有利于滤饼 卸除，而且可防止滤布堵塞。但是由于空气反吹管和滤液管为同一根管，所以反 吹时，会将滞留在管中的残留液体吹回到滤饼上，这就使得滤饼的含湿率增加。 此外，为了防止反吹引起滤布鼓起，需用金属丝按4 0 m m 左右的螺距缠绕滤布。 但是这样的结构会导致滤布更换不易操作。 转鼓真空过滤机广泛应用于矿山选矿、化工、制药等行业，它是工业中应用 最多的连续操作固液分离设备【5 j 。 图l - 2 转鼓真空过滤机 f i g 1 - 2v a c u u md r u mf i l t e r 该机主要由转鼓和分配头构成，内部还有搅拌料浆的搅拌器。转鼓里一般有 独立分布的小滤室；在小滤室的圆弧形外转鼓上，装着覆盖滤布的排水筛板，这 样便于形成圆柱形过滤面。排水筛分为两类，一类是在有孔板上装上金属网，另 一种类型则是用合成树脂或者橡胶制成的格栅。每个小滤室都有管路通向分配头， 使小滤室间断的与真空源相通，又间断的与压缩空气源相通。转鼓转动时，分配 北京化工大学硕上学位论文 头的运动部件随着转鼓一起旋转，滤浆槽中的摆动式搅拌器也同时跟转鼓保持着 联动关系。搅拌器的作用是为了保证滤浆不沉淀，使滤浆保持均匀的浓度。 过滤时，浸没在滤浆中的小过滤单元室处于真空环境下，滤液在真空推动力 作用透过滤布向分配头汇集，固体颗粒被截留在滤布上形成滤饼。滤饼随着外转 鼓的转动转出液面，接着进入下一步的洗涤区，洒向滤饼的洗涤液透过滤饼和滤 布，最后经过内部管线流向分配头。洗涤过的滤饼进入脱水阶段并在真空作用下 被脱水。最后，滤饼转入卸料区。在卸料阶段，压缩空气经管线从转鼓内部反吹， 使滤饼突起，最后经过刮刀卸除。经过这几个过程，一个过滤循环结束。开始下 一个循环。 1 1 3 加压过滤机 前面介绍了过滤机前两种结构( 重力式和真空式) 的发展。近年来，在液固 分离领域，有一种从真空过滤向加压过滤的倾向。这种倾向的出现，可归结于生 产的全自动化和连续化生产的要求，以及滤浆中固体颗粒微小而难于过滤等原因。 本课题研究的加压转鼓过滤机就属于加压过滤这种类型。 1 1 3 1 压滤机 1 压滤机的应用现状 压滤机属于间歇式加压过滤机，早在1 9 世纪中叶就已经出现。现在压滤机 广泛的应用于食品工业、金属冶炼工业、颜料和染料工业、采矿业、石油化学工 业、医药工业【6 1 。压滤机之所以有如此广泛的用途，那是因为它有以下优点： 设备占地小；对物料的适应性强；过滤面积可调性大；过滤推动力大；易于 操作维修，机器服役时问长；滤液澄清，滤饼流失少；过滤操作稳定。 但由于其卸料需要人工操作，工人劳动强度大。 2 压滤机的自动控制 第二次世界大战后，随着化学工业的发展，迫切要求实现化学装置的自动化， 这就促进了自动压滤机的研制。自第一台压滤机问世到现在，压滤机的面貌大为 改观，应用也就更为广泛了。 ( 1 ) 操作程序的控制 现如今的全自动压滤机都采用图1 3 所示的程序控制方式。近来，不仅压滤 机本身的工作需要控制，而且作为前段工序的浓缩、注入絮凝剂等工序，或者作 为后端工序的滤饼搬运、滤液输送、滤饼的干燥焙烧等工序都要控制，可见控制 范围很广。为了控制可靠，保养维护方便，控制系统正朝着电子式，无触点化的 4 第1 章绪论 方向发展。 ( b ) 图1 3 自动压滤机的= 序 ( a ) 非压榨型( b ) 压榨型 f i g 1 - 3w o r k i n gp r o c e d u r eo f a u t o m a t i cp r 豁s u r ef i l t e r ( a ) n os q u e e z e ) s q u e e z e 图1 3 ( a ) 为非压榨型压滤机的操作程序。如果压滤机的状态良好，按启动 按钮，工作循环就丌始。首先由泵往滤室泵送滤浆，滤饼充满后，停止进料。 图1 3 ( b ) 为压榨型压滤机的操作程序。与非压榨型压滤机的操作程序不同 的是用压榨工序代替了空气吹风工序。但是在排出滤饼之前，应短时问的对滤饼 进行压缩空气吹风，以便将压榨膜里的压榨水和残存在加料管里的滤浆吹出。其 他工序与非压榨型完全相同。 ( 2 ) 计算机控制系统 对任何滤浆来说，其性状( 如浓度等) 随时间变化。压滤机采用计算机控制 后，就能自动的收集变化着的滤浆的性状，并使压滤机的操作( 循环时间，压力 等) 很好的适应滤浆的性状变化，从而保证压滤机以最高的效率工作。万一压滤 机发生了故障，该控制系统能够立即发现并迅速做出反应，如发警报和停止运转。 归纳起来，计算机控制系统有以下特长： i 尽管滤浆的性状随时变化，但是计算机能够记忆符合滤浆性状的最佳运 转条件，所以压滤机能以最高的效率运转； i i 可以用显示器显示出每一个循环下压滤机的工作情况； 北京化工大学硕十学位论文 1 1 1 1 v 用一台计算机可以同时控制多台压滤机； 万一压滤机出现了故障( 如滤布堵塞、滤布破损、滤板漏液、压榨膜破 损、阀门泄漏等) ，可以迅速的从计算机上反应出来，有利于及时的处理 出现的各种操作故障问题。 1 1 3 2 加压转鼓过滤机 1 工作原理【刀，【8 】 加压转鼓过滤机转鼓被分为以下几个工作阶段：过滤区域、洗涤区域( 一次 洗涤，二次洗涤) 、干燥区域( 一次干燥，二次干燥) 和卸料滤布洗涤区域。 内转鼓由一系列周向分布的过滤单元室组成。相邻的过滤单元室之间通过沿 着轴向的筋条和环向的接合环分割开来。过滤单元室底部安装有过滤插件。滤网 覆盖在过滤插件上方，在过滤插件下方则分布着大量的管线，这些管线组成了加 压转鼓过滤机的滤液排放系统。过滤插件的主要作用是为了调节生成滤饼的高度。 内转鼓在外转鼓简体中旋转，内外转鼓构成一个柱形腔体，腔体的两端用填 料密封。柱体被密封分割单元分割成独立工作腔室。过滤机的一端安装有分配头， 分配头的作用是为了协调滤液排出系统等的进气与排出滤液功能。由于每一个工 作室密封相互之间不干扰，所以各个工作室都根据不同的操作阶段来调节该工作 区域的工作压力。 具体四个过程的工作如下： 第一步：原始悬浮液通过物料泵直接输入，悬浮液中的固体物质被过滤介质 截留，滤液则流经过滤介质进入滤液排放系统。如图1 - 4 所示。 图l - 4 过滤过程图解 f i g 1 - 4d i a g r a m m i n go ff i l t e r i n g 6 第1 章绪论 第二步：通过泵将洗涤液打入下一级的洗涤工序，洗涤液通过置换将滤饼空 隙中的残留液挤出滤饼，以实现对滤饼的洗涤。 第三步：利用压缩气体进行干燥。干燥过程所产生的液体被设备回收充当洗 涤工序中的洗涤液。干燥气体通过分配头排出。 第四步：卸料分两部分进行，一部分通过分配头管口吹入高压气体，对滤饼 进行反吹，另一部分则在卸料筒中通过刮刀刮落滤饼，两种方法同时进行，有效 的清除被滤布所截留的滤饼。 图1 5 卸料图解 f i g 1 - 5d i a g r a m m i n go f c a k ed i s c h a r g i n g 图1 - 6 显示的是内外转鼓和分配头在横截面方向的示意图，从图中可以看出 在加压过滤机工作过程中各部分之间相互所起到的作用。 图1 7 显示了过滤、洗涤、干燥、卸料四个阶段所占据的区域分布，四个过 程组合在一起组成了整个加压转鼓过滤机连续性操作。 舱鼓 抖榭 害封簟元 图1 - 6 过滤机横截面图 f i g 1 - 6c r o s ss e c t i o no ff i l t e r 7 图l - 7 过滤机各工序分布 f i g 1 7d i s t r i b u t i o no f t h ew o r k i n gp r o c e d u r e 一， 北京化工大学硕十学位论文 图1 8 以一种更加清晰明了的方式展现了加压转鼓过滤机整个工作原理，其 中包括料浆进料，滤液、洗涤液等如何流出滤液排放系统，滤饼的形成位置，分 配头与滤液排出系统管道之间如何协调完成滤液排放，气体干燥等过程。 图l 过滤机工作原理示意图 f i g 1 8w o r k i n gp r i n c i p l eo f r o t a r y p r e s s u r ef i l t e r 2 加压转鼓过滤机的应用领域 ( 1 ) 在涂料分离中的应用 大多数染料和色素的过滤分离要想达到比较满意的结果操作起来很困难。利 用加压转鼓过滤机，在一个相对较低的压力下连续过滤，单位时间内产生的滤饼 多，滤饼洗涤效果好，而且含湿量还很低。如：酞花青颜料，珍珠颜料，硅酸盐 颜料，苯胺染料，葸醌( 烟华石) 等，这些染料、颜料的分离用加压转鼓过滤机 都可以得到很好的分离。 ( 2 ) 原料药与成品药 通常情况下，医药类因为产品的特殊性，使得它们都需要在封闭的条件下过 滤，而且对滤饼质量要求高，要求滤饼能获得很好的洗涤和脱水效果。加压转鼓 过滤机的设计符合于g m p ( 药品生产质量管理规范) 。这样一些物料有：完全 人工合成或半人工合成的抗生素和抗生素盐，草药剂提取等。 参考文斛9 】将加压转鼓过滤机和翻袋式离心机过滤同样的原料药进行了比较，得 出的结论是：用一台加压转鼓过滤机取代2 台翻袋式离心机，加压转鼓过滤机节 省了溶剂消耗量、能量损耗、过滤单元数和设备维修费用，这些费用的节省降低 了厂家的生产成本。 8 第1 章绪论 ( 3 ) 塑料 由粗细不均匀的粒子所组成的高分子聚合物通过加压转鼓过滤机过滤，滤饼 的洗涤和脱水能够达到生产指标规定的要求，效果良好。这样一些物料有：聚烯 烃，芳香酸，丙烯酸树脂，三聚氰胺树脂等。 ( 4 ) 农业，特殊产品和精细化工产业 加压转鼓过滤机由于采用的是全密封操作，所以能过滤有毒产品，从而使得 设备所处的自然环境安全，操作人员能够不采用其他措施就能安全的监测设备的 工作情况。这样一些物料有：杀虫剂，杀菌剂，灭螺剂，除草剂等。 ( 5 ) 食品 晶体结构比较容易破坏的待处理物质经过温和的过滤，可以免于这些晶体结 构遭受损坏，并且避免了这些物质与空气的接触防止过度氧化影响产品参数。这 样一些物料有：食物脂肪，硬脂酸，氨基酸，人造蛋白质，蛋黄素，植物提取， 维生素等。 ( 6 ) 纤维产品 在特定的温度范围内，即使是最难过滤的产品也能够得到很好的过滤、洗涤 和脱水效果而不产生任何胶合凝固问题。这样一些物料有：食物脂肪，硬脂酸， 氨基酸，人造蛋白质，蛋黄素，植物提取，维生素等。 ( 7 ) 有机和无机化学品 很多其他的产品也能在加压转鼓过滤机中进行过滤。包括：硫化添加剂，保 险粉，碳酸盐，葸醌( 烟华石) 及衍生物，苯基，胺类，石蜡，尿素加合物，清 洁剂原料等。 3 加压转鼓过滤机的优点【l o 】 ( 1 ) 过滤推动力大 真空过滤机的过滤压力为o 0 5 m p a _ 0 0 8 m p a ，而加压转鼓过滤机的过滤 压力可达0 6 m p a ，生成的滤饼厚度为6 m m 到1 5 0 m m ，具体厚度可调节，过滤 操作可调节性大，适应性强，过滤效率高； ( 2 ) 密封性能好 加压转鼓过滤机在内外转鼓之间，控制头及过滤，洗涤，干燥，卸料单元之 间均设置密封装置。值得说明的是，在内外转鼓之间使用的不是填料密封，而是 气( 液) 膨胀密封，利用膨胀使得压力增加，从而使密封面获得密封。这样可以 根据工况需要选择不同的压力和密封效果。在各工序单元之间使用耐磨的非金属 密封层，密封层与外转鼓之间有板弹簧，因此可以自补偿。因此，它的密封气密 性非常好，能够加工有毒，易燃易爆，有污染的原材料。即使在处理含甲醇、甲 苯、丙酮等具有挥发性的滤浆时，也不必担心泄露； 9 北京化t 大学硕士学位论文 ( 3 ) 连续操作 以前的加压过滤机差不多都是间歇式操作的，而加压转鼓过滤机在同一时间 内，过滤，洗涤，干燥，卸料4 个操作工序是在过滤机的不同部位进行的，每一 部位相互隔离，由于转鼓转速很慢，使得各部分操作均可充分进行，符合现代化、 连续化生产的要求； ( 4 ) 全自动操作 从悬浮液经过滤形成滤饼，滤饼被洗涤，吹干到最后的卸料，这是一个完全 自动的过程，这使得工厂劳动强度大大降低； ( 5 ) 滤饼含湿率低，洗涤效果好； ( 6 ) 设备结构紧凑，占地面积小，而且因为加压转鼓过滤机转速低，不会出现 高速回转机械的潜在危险。 下面将加压转鼓过滤机和翻袋式离心机两者之间做一个比较，来说明加压转 鼓过滤机所处的优势。( 过滤产品为原料药) 表1 - 1 加压转鼓过滤机与翻袋式离心机之间的成本比较f 9 1 t a b l e1 - 1c o s t - e f f e c t i v e n e s sc o m p a r i s o no f r o t a r yp r e s s u r ef i l t e rt oi n v e r t i n gb a s k e t c e n t r i f u g e s l 9 单位翻袋式离心机加压转鼓过滤机 产品 原料药 原料药 干燥产品年产量 吨 1 0 0 01 0 0 0 所需设备数量 2 8 0 0 m m 1 所需总的过滤面积m1 81 0 8 设备发动机功率w4 4 7 6 0 ( 每台) 7 4 6 0 转速 r m 1 6 0 0o 3 一次洗涤水相对用量1 )年2 51 7 二次洗涤水相对用量 年 5 o3 6 溶液回收( 蒸馏) 相对费用2 ) 年1 4 41 能量消耗相对费用| 年1 21 干燥氮气消耗量3 年1 6 维修费用4 )同一般 安装与操作相对成本5 ) 4 6 l 说明：( 1 ) 相对用量：所消耗的洗涤液的相对体积。计算方法是：试验测定的洗 涤液使用量与实际使用量之比 ( 2 ) 相对费用：每年的相对开销。计算方法是：试验中重新回收利用滤液 i o 第1 章绪论 所消耗的能量费用与实际生产中所消耗能量费用的比值。 ( 3 ) 干燥氮气能量消耗：干燥过程中所使用的能量，通过反吹气体用量来 计算。对于翻袋式离心机，基本不需要反吹气体，所以翻袋式离心机 的过滤最终产品一次性过滤结束就达到含湿率2 8 的滤饼。 ( 4 ) 维修费用：工厂根据翻袋式离心机的使用经验和加压转鼓过滤机的实 际情况来做比较的。 ( 5 ) 相对成本：这个相对成本是根据资本的分期偿还数额分别和两台翻袋 式离心机、一台加压转鼓过滤机的安装成本( 包括每种设备的操作费 用) 的比值来确定的。 1 2 课题研究主要内容 1 2