螺旋线圈过滤器研究-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

(湘潭大学机械系,湘潭411105)螺旋线圈过滤器是一种新型的固液分离设备,具有耐热、耐腐蚀、过滤速率高、过滤阻力低及再生能力强等特点。本文介绍其工作原理、过滤芯结构及实验研究。该设备在环境保护、食品和化学工业等方面有广阔的应用前景。
关键词:过滤器 螺旋线圈 固液分离
过滤是利用过滤介质,将滤浆中悬浮颗粒截留下来,从而实现固液分离的一种操作。过滤的推动力为滤饼与过滤介质两侧的压强差,过滤速度取决于推动力和阻力。因而过滤介质的性质不仅影响到生产能力,而且影响到滤液澄清程度和设备结构等。随着现代生产对固液分离要求越来越高,为满足某些特殊生产的要求,我们进行了螺旋线圈过滤器的研究。
1 工作原理
螺旋线圈过滤器(图1)是一种新颖的压滤装置,由外壳(压力容器)、螺旋线圈过滤芯、滤液收集器和控制器组成。过滤时,用泵将滤浆以一定压力送到外壳内,滤浆中的液体从螺旋线圈过滤芯外侧通过其缝隙成为滤液。螺旋线圈过滤芯(图2)是由圆形截面不锈钢丝按缠绕线圈的方法缠绕在由不锈钢条焊接而成的鼠笼式支撑栅上,线圈之间的缝隙应小于30μm,且按滤浆中固体粒径确定缠绕的层数。由于螺旋线圈的特殊结构,螺旋线圈过滤芯相邻钢丝之间的连续缝隙仅允许固体粒子与不锈钢丝有两点接触,可使堵塞减少到最小程度。所以螺旋线圈过滤芯的机械强度和渗透性都满足过滤要求。过滤开始时,大多数情况下,滤液呈现浑浊,但当过滤介质表面形成滤饼层时,滤液即显澄清。螺旋线圈过滤器设有预滤阶段,预滤时,浑浊的滤液由滤液收集管送回滤浆槽重新处理,预滤后澄清的滤液由收集管送入下一工序。固相颗粒附在螺旋线圈过滤芯表面形成滤饼,当滤饼层增加到一定厚度(过滤压强差控制的操作最佳厚度)时,停止进滤浆,启动阀门排出残液,利用压缩空气吹干滤饼,再利用压缩空气反吹滤饼使滤饼脱落,下跌到底部排出。
同时,还可利用洗涤液反洗螺旋线圈过滤芯,使之再生。

为实现连续生产,可采用并联工艺流程(图3),例如: 1号机在进行吹干、泄渣、清洗、预滤,2号机进行过滤。由控制器进行自动循环,确保生产连续进行。

2 实验研究
实验装置是一台以螺旋线圈过滤芯为过滤介质的单管过滤器,螺旋线圈过滤芯是由8根直径6mm,长600mm的1Cr18Ni9Ti与加强圆圈焊接组成的鼠笼式支承栅,在其上用直径1. 5mm的1Cr18Ni9Ti钢丝缠绕两层而成,实际过滤面积为0. 187m²。实验用滤浆取自锅炉水膜除尘器循环排污水池,其固液比φ和固体粒径分析见表1和表2。

实验开始前,对取样杯进行称重、编号。启动滤浆泵计时,每隔一段时间间隔取500mL滤液样,用电炉加热蒸发后称取残留的固相重量。在整个实验过程中滤浆保持为恒压。实验结果见图4和图5。

根据图中曲线分析,滤浆中含有微小的固体颗粒,过滤初期滤液呈现浑浊,但过滤介质的表面形成了一定滤饼后,即显澄清。因而在启动滤浆泵10min后,滤液中的固液比趋于稳定值,即0. 35mg/mL左右,滤液中固相颗粒均在5μm以下。滤浆中固相浓度高,滤饼的厚度增加得快,滤液中固液比趋于稳定值也快。过滤速率与过滤压力有关,压力增大,过滤速率增大。当推动力一定时,过滤速率随过滤的时间增长而逐渐降低,这反应了过滤介质表面形成的固体颗粒层增厚。从曲线上还可看到,在过滤时间达1h以后,过滤速率依然可达2m³/ (h·m²)以上。
3 应用设计
螺旋线圈过滤器的设计过滤压力根据工艺条件确定,过滤面积可根据生产工艺而排列成单管面积的整数倍。其外壳属于压力容器,应按国家标准GB150-89压力容器规定进行设计和制造。其关键的元件——螺旋线圈过滤芯由鼠笼式骨架和在其上缠绕直径1~2mm的钢丝制成,缠绕的层数和钢丝直径由工艺要求而定,层数越多,钢丝直径越小,过滤精度越高。其外壳和螺旋线圈过滤芯均应根据应用工艺而选用抗腐蚀的材料。
单位面积上所得滤饼重量W(kg/m²),可由物料平衡求得
W=Vρφ/(1 -mφ)
式中
V 单位过滤面积上通过的滤液量, m³/m²
ρ 滤液的密度, kg/m³
φ 滤浆中固体质量与液体质量之比
m 滤饼中所含液体质量与干滤饼质量之比设计中需考虑的另一参数为过滤管间的间距,因管间距的大小直接影响过滤器单位容积内过滤面积的大小,从而影响单位过滤面积的造价和生产强度。但管间距的大小又受到所处理物料的性能、浓度及滤饼形成速度等参数的影响。取为:
S= 2r+H
式中r 过滤结束时滤饼表面的外径, mmH 过滤结束时滤饼表面的间距, mm通常从过滤的非工作时间和物料的过滤性能来确定最佳的操作循环时间。再根据物料的特性来确定相应的合适管间距。当管间距确定之后,按生产工艺所要求的过滤面积,由正三角形排列的方式来确定过滤器的直径。须注意到,应根据不同的操作要求确定合理的管间距,以求得最佳的经济效益。
根据上述条件,我们设计的5m²螺旋线圈过滤器的基本参数为:
过滤器设计压力为1MPa,壳体高1500mm,直径800mm。螺旋线圈过滤芯直径100mm,长1200mm,共19根,缠绕线圈钢丝直径为1.5mm。预滤时间10min,正常过滤时间1h,正吹5min,反吹5min,反洗5min,材料为1Cr18Ni9Ti。
4 结论
螺旋线圈过滤器是一种结构新颖的过滤装置,具有如下特点:
(1)结构简单可靠、紧凑,安装维修方便,耐热、耐腐蚀。可承受较高的操作压力。
(2)物料分布好,不易堵塞,过滤阻力低,能适应多种滤浆要求。可进行在线清洗。
(3)工作周期短,单位过滤面积生产能力大。容易实现全自动控制。参考文献
1 文美纯.食品科学, 1994, (10): 65.
2 L斯瓦洛夫斯基,朱企新等译.固液分离,第二版.北京:化学工业出版社, 1990. 4.
3 Ing Hank,K Mueller.Filtration and Separation,1984,(4): 259.

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