趙 揚， 許澤銀， 譚 蔚， 朱企新

(1.合肥學院機械系，安徽合肥 230022;2.天津大學化工學院，天津 300072)

隨著科學技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對過濾與分離技術(shù)提出更高的要求，過濾設備不僅處理量大，而且應具有壓榨功能，使得脫水(液)更多、更干，這樣可省去后續(xù)干燥過程而節(jié)約大量能源。因此壓榨脫水技術(shù)被廣泛地應用于各種類型的過濾脫水設備中，雖然壓榨脫水理論得到了關注和廣泛的研究，但均存在著很大的不足，壓榨脫水理論的實用性還很不夠[1]。實踐表明，對于完全不可壓縮的濾餅，不可能通過過濾壓力來減少含水量[2]，此時只有應用壓榨脫水的方法才能有效地降低濾餅水分。

壓榨的目的旨在實現(xiàn)比過濾更高的固液分離，Shirato教授引入Terzaghi模型[3]，在推導壓榨過濾方程時，認為有過濾和壓密2個階段。物料在過濾壓榨過程中首先受到過濾，在濾室內(nèi)形成濾餅，一段時間后濾餅充滿濾室，過濾結(jié)束，進入壓榨階段，并且假定在過濾過程結(jié)束后進入壓密過程[4]。文獻[5]提出了過濾階段與壓榨階段分界點的實驗求法。在工業(yè)應用中，不可能待過濾速率為零時才進入壓榨過程。因為對于難過濾物料，在過濾后期由于濾液排出速度太慢，要繼續(xù)過濾是不經(jīng)濟的。若增加過濾推動力，過濾介質(zhì)與濾餅相接觸的截面會形成結(jié)構(gòu)致密的濾餅層，導致過濾比阻的增加，抵消增大壓差的效果[5]。實際壓榨過濾機的過濾特性是當過濾到一定階段，即開始進行壓榨[6]。

生產(chǎn)廂式壓濾機的一些著名公司提出，過濾操作時應該在過濾速率降到一定位置開始進行壓榨過程，但沒有指出具體起始壓榨點，只指出采用壓榨過濾技術(shù)，濾餅的固含量可以提高50%，而過濾效率可以提高1倍[7]。因此，研究壓榨過濾的最佳壓榨點具有很大的實用價值。本文根據(jù)不同壓榨壓力以及相同壓榨壓力但不同壓榨起始點時，所得到的濾液量和濾餅的濕含量進行分析，以尋求通過試驗確定最佳壓榨點的方法。

1 壓榨過濾試驗

1.1 壓榨過濾裝置

本試驗采用活塞式壓榨過濾試驗裝置，如圖1所示。

圖1 壓榨過濾試驗流裝置

1.2 過濾壓力與壓榨壓力相同時的壓榨試驗

本文以硅藻土與高嶺土混合物料為試驗對象，進行了過濾壓力和壓榨壓力相同時不同起始壓榨點的試驗。不同壓榨起始點的壓榨過濾曲線如圖2所示。其中過濾壓力和壓榨壓力均為0.20 MPa，加料量均為400 g/次。由圖2可以看出，當過濾壓力與壓榨壓力相同時，起始壓榨點不同，最終得到的濾液量也不同，這說明起始壓榨點對壓榨過濾有較大的影響。

在170 m L點開始壓榨，過濾時間為135 s，濾餅的含水率為61.65%;在180 m L點開始壓榨，過濾時間為153 s，濾餅的含水率為61.50%。雖然時間僅增加了18 s，但兩者獲得的濾餅含濕量相差了1.15%，對于壓榨過濾操作存在一個最適宜的起始點。在本試驗中，當濾液量為180 m L時開始壓榨，可以達到最佳壓榨過濾的效果，理論濾液量為248m L，說明達到了理論計算所得濾液量的72.6%時，開始壓榨為最佳。

圖2 硅藻土與高嶺土混合懸浮液不同起始壓榨點曲線

1.3 硅藻土與黏土混合懸浮液的壓榨試驗

考慮到硅藻土的可壓縮性較低，高嶺土與硅藻土配比在實際壓榨生產(chǎn)中并不常用，為了盡可能模擬真實的工業(yè)應用過程，取硅藻土與黏土混合料漿進一步進行研究。

在不同壓力下得到的壓榨過濾曲線如圖3所示。由圖3可以看出，當壓力由0.15 MPa逐漸增大到0.25MPa，獲得400m L濾液所需要的時間逐漸縮短;但當壓力為0.30MPa時，獲得相同濾液所需要的時間又趨延長，說明此時雖然壓力增大，而過濾速率反而降低。

圖3 硅藻土與黏土混合懸浮液不同壓力下的試驗曲線

當過濾壓力為0.15 MPa時，濾餅的濕含量為55%;而當過濾壓力為0.25 MPa時，濾餅的濕含量減低到47.5%，降低了15.8%。當過濾壓力增加到0.3 MPa時，濾餅的濕含量又增加到49.6%。這說明過濾壓力和壓榨壓力并非越高越好，壓力過高，濾餅壓得太實，濾餅中的一些孔變成了盲孔，過濾效率反而會降低。

從試驗可以看出，無論在過濾階段還是壓榨階段，當壓力為0.25 MPa時，得到相同濾液量所需的時間最短，濾餅含濕量也最低，即效率最高。因此，在該試驗條件下最適宜的過濾壓力和壓榨壓力應為0.25 MPa。

1.4 不同壓榨起始點的壓榨過濾試驗

由上述試驗結(jié)果可知，過濾壓力與壓榨壓力在0.25 MPa時進行過濾壓榨操作為最佳，為此在該條件下，以硅藻土與黏土混合料漿為實驗物料，選不同的壓榨起始點進行試驗，結(jié)果如圖4所示。

圖4 硅藻土與黏土混合懸浮液在不同起始壓榨點的試驗曲線

從圖4中可以看出，要得到相同濾液(例如450 m L)，分別需要時間為380、500、630、670 s，而只有當濾液量達到380 m L開始壓榨，濾餅的含濕量為最低，過濾效率也較高，因而可以選擇在濾液量380 m L時作為起始壓榨點，此時壓榨效果為最佳。在該壓力下，理論濾液量為503m L，即達到理論濾液量的75.5%時，開始壓榨為最佳。

1.5 過濾壓力和壓榨壓力不同時的試驗

為了進一步研究壓榨過濾的操作條件，又分別進行了過濾壓力和壓榨壓力不同時的壓榨過濾試驗，并與過濾壓力和壓榨壓力相同時的效果進行了對比。

過濾壓力相同、壓榨壓力不同時的壓榨過濾曲線如圖5所示。從圖5可知，在壓榨階段，由于壓榨壓力增大，得到的相同的壓榨濾液所需的時間可以縮短。

壓榨壓力相同、過濾壓力不同時的壓榨過濾曲線如圖6所示。從圖6可看出，在過濾階段壓力增大后，得到相同的濾液，時間可明顯減小。提高過濾階段的操作壓力或提高壓榨階段的操作壓力均可以縮短時間，但前者更加明顯。

但在實際操作中，雖然提高過濾壓力比提高壓榨壓力縮短工藝時間更明顯，一般不主張?zhí)岣哌^濾壓力，因為提高過濾壓力所需要的能量比提高壓榨壓力要高。

圖5 過濾壓力相同而壓榨壓力不同時的壓榨過濾曲線

圖6 壓榨壓力相同而過濾壓力不同時的壓榨過濾曲線

實驗表明，在相同過濾壓力和相同壓榨壓力下，當起始壓榨點不同時，最終得到的濾液量和濾餅的濕含量不同，即壓榨過濾的起始壓榨點對壓榨過濾有較大的影響。壓榨過濾操作存在一個最適宜的起始壓榨點，在該起始點開始壓榨獲得的壓榨效果最好，即整個過濾、壓榨過程所用的時間最短，得到的濾液量最多，濾餅的含水量最低。適當提高過濾壓力和壓榨壓力對降低濾餅含水率和縮短工藝時間是有利的，但因物料的不同而異，需要通過試驗確定最適宜的操作條件。

2 壓榨過濾工業(yè)性試驗

2.1 氯堿鹽泥的壓榨過濾工業(yè)性試驗

處理物料為氯堿鹽泥。

壓濾機運行周期為53 m in，其中，壓緊1.5min(20.0MPa);過濾20min(0.6 MPa);洗滌10m in(0.9 MPa);壓榨5min(0.7 MPa);松板1.5 m in(3.0 M Pa);卸料15 m in。

通過試驗，比較在過濾壓力和壓榨壓力均不變的情況下，改變不同起始壓榨點，觀察壓榨效果，確定提前壓榨的最適宜操作條件。試驗數(shù)據(jù)見表1所列。

表1 氯堿鹽泥壓榨過濾工業(yè)性試驗

從表1中可以看出，對于這種物料，采用壓榨過濾方式與采用單一過濾操作、單個濾室相比，獲得的濾餅質(zhì)量及含水率都會下降。

綜合比較，以提前5m in壓榨為最好，此時濾餅含水率29.06%為最低。和常規(guī)過濾壓榨方式相比，提前5 min壓榨濾餅含水率降低了15.37%;每個濾室的濾餅量從37.51 kg降低到34.64 kg，減少濾餅運輸量7.65%;和常規(guī)過濾方式相比，濾餅含水率從50%降低到29.62%，降低了40.76%;每個濾室的濾餅量從48.77 kg降低到34.64 kg，減少濾餅運輸量28.97%。過濾壓榨時間由原來的25 min減少到20m in，生產(chǎn)效率提高了20%。

2.2 漂粉精壓榨過濾工業(yè)性試驗

處理物料為漂粉精。料漿pH值為10.5左右;粒度范圍為30～50μm;濾布選型根據(jù)物料的性質(zhì)，選用丙綸750A加密型濾布。

通過試驗，比較不同壓榨方式的效果，確定提前壓榨的最適宜操作條件。試驗數(shù)據(jù)見表2所列。

表2 漂粉精壓榨過濾工業(yè)性試驗

由表2可看出，采用過濾壓榨方式，即過濾30 min后再經(jīng)過2次壓榨，可降低濾餅含水率32.48%，降低濾餅量34.38%。

采取提前壓榨技術(shù)，即過濾24min后進入壓榨過程(過濾時間縮短20%)，經(jīng)過2次壓榨，第1次在0.6 MPa壓榨壓力下壓榨15 min，再在0.8 MPa壓榨壓力下壓榨21 min，合計工藝處理時間為60 min，濾餅含水率可降低42.15%，濾餅質(zhì)量降低了40.63%?？梢?，和原來的過濾壓榨方式相比，采用提前壓榨技術(shù)效率提高了40%，總工藝處理時間大大縮短，提高了生產(chǎn)效率，大大增加了產(chǎn)品產(chǎn)量。

而濾餅含水率從原工藝的41.78%降低到35.79%，降低了14.34%，濾餅含水量的降低意味著提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，大大降低了后續(xù)干燥工序的熱能消耗成本。

濾餅質(zhì)量則從原工藝的21 kg降低到19 kg，減少濾餅運輸量9.52%，濾餅質(zhì)量的降低意味著運輸成本的減少。

2.3 煤制油催化劑工業(yè)性試驗

處理物料為煤制油催化劑。

壓濾機運行周期為28 m in，其中，壓緊1.5min(22 MPa);過濾10 min(0.6 MPa);壓榨5m in(0.6 MPa);松板1.5 min(3.0 MPa);卸料10 m in。1 500 mm×1 500mm的隔膜濾板，單個濾室的過濾面積為1.923m2。結(jié)果見表3所列。

表3 煤制油催化劑工業(yè)性試驗

從表3可以看出，壓榨時間不變，提高過濾壓力，能夠降低濾餅含水率。如從0.6 M Pa提高到0.7 MPa，濾餅含水率可降低4.4%，從0.7 MPa提高到0.8 MPa，濾餅含水率僅降低了1.2%。這說明當過濾壓力提高到一定程度后，對于這類物料，它對降低濾餅含水率的作用十分有限。對于該物料，過濾壓力選擇0.7 MPa，壓榨壓力選擇0.6 M Pa比較合適。

2.4 果膠工業(yè)性試驗

處理物料為蘋果果膠，壓濾機運行周期為40m in，其中過濾壓力為0.6 MPa;壓榨壓力為0.8 MPa。試驗數(shù)據(jù)見表4所列。

表4 果膠工業(yè)性過濾試驗

實驗表明，對于果膠這類可壓縮性比較大的有機物料，提高過濾壓力對降低濾餅含水率幾乎沒有作用。

3 結(jié) 論

對可壓縮性低的物料，采用提前壓榨技術(shù)可以縮短工藝處理時間，提高生產(chǎn)效率，降低濾餅含水率和濾餅質(zhì)量，從而減少濾餅運輸量，降低后續(xù)干燥工序的熱能消耗成本。

在過濾壓力、壓榨時間和壓榨壓力不變的前提下，選擇合適的時間提前進入壓榨階段非常重要。存在一個最佳值，在該時間提前進入壓榨階段，所得到的濾餅含水率為最低，效率最高。該時間的提前量需要通過試驗來確定，試驗室試驗、氯堿鹽泥和漂粉精的工業(yè)性試驗表明，該時間的提前量一般為20%～25%。

壓榨時間和壓榨壓力不變，提高過濾壓力對降低濾餅含水率是有利的。但對有些物料，過濾壓力提高到一定程度后，對降低濾餅含水率的作用十分有限;對于有些物料，提高過濾壓力對降低濾餅含水率幾乎沒有作用。因此，應根據(jù)物料性質(zhì)的不同，通過試驗確定合適的過濾壓力和壓榨壓力。

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[4] 白戶紋平，村瀨敏朗，加藤宏夫，等.壓榨分離機構(gòu)解析[R].旭硝子工業(yè)技術(shù)獎勵會，1967.

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