氧化铝生产用立盘过滤机过滤效率影响因素的分析

氧化铝生产用立盘过滤机过滤效率影响因素的分析

[摘 要]根据Ruth 提出的恒压过滤方程式中之参数, 分析影响真空立盘过滤机过滤效率的各个因素, 着重讨论立盘过滤机结构中的浸没率对过滤效率的影响, 其分析结果可以作为提高过滤机过滤效率的设计参考依据。

[关键词]真空立盘过滤机; 恒压过滤; 过滤效率; 浸没率

[中图分类号] TF351. 3 [文献标识码] A [文章编号] 1003 - 8884(2007) 01 - 0017 - 03

0 前言

真空立盘过滤机在西方工业发达国家发展很快, 目前己经成为选矿厂和煤矿选煤厂的主要过滤设备; 制造的产品己形成系列, 生产规格齐全, 最大规格的过滤面积已达480 m2 [1 - 2 ]。国内立盘过滤机最早应用在煤炭行业, 用于制焦前的精煤洗选。最初国内的真空立盘过滤机主要从国外引进, 随后国内一些生产厂家陆续进行了仿制。恒成机械厂于2000年开始研制真空立盘过滤机, 并且进行了一定的应用推广工作。

真空过滤机的主要指标是在一定的真空和压缩空气消耗下, 如何提高过滤机的过滤效率, 亦即如何提高产能。近年来, 立盘过滤机在氧化铝生产行业有大量应用, 用于氢氧化铝种子过滤的固液分离, 本文以氢氧化铝过滤过程为例, 通过对真空过滤过程中的恒压过滤方程以及真空立盘过滤机结构进行分析, 为提高真空立盘过滤机的过滤效率提供设计参考依据。

1 立盘过滤机的典型工艺配置

立盘过滤机在氧化铝生产中应用非常广泛, 山东铝业公司拜尔法和烧结法生产氧化铝流程中均有立盘过滤机的使用。其典型工艺配置见图1。

氢氧化铝料浆经过给料管道进入过滤机槽体, 滤液和空气先被真空泵抽至气水分离器, 上部空气被抽走, 滤液从下部自动流入到母液槽。

2 影响过滤效率的因素

211 Ruth 的恒压过滤方程式

压力恒定的压缩空气作用在滤浆上的过滤机以及连续式真空过滤机, 均属于恒压过滤类型。对于

恒压过滤,Ruth 提出了不可压缩滤饼恒压过滤方程式[3 ] :

( V + Vm) 2 = KRA2 (θ+θm)

( v + vm) 2 = KR (θ+θm)(1)

式中 KR —鲁思恒压过滤系数,m ·s ;

A —过滤面积,m2 ;

θ—过滤时间, s ;

θm —得到假想滤液量Vm 或vm 所需要的假想过滤时间, s ;

V —总滤液量,m3 ;

Vm —假想滤液的总体积,m3 ;

v —单位过滤面积的滤液量,m3/ m2 ;

vm —为得到与过滤介质阻力等效的滤饼之假想滤液量,m3/ m2。

KR = 2 P

1 - ms

μρsaav(2)

式中 P —过滤压力, Pa ;

m —滤饼的干质量比;

s —料浆中的固体密度,kg/ m3 ;

μ—滤液的粘度, Pa·s ;

ρ—滤液的密度,kg/ m3 ;

aav —滤饼的平均过滤比阻,m/ k。

过滤机的产能与过滤机单位时间内过滤的滤液体积成正比。由式(1)、(2)看出, 得到一定的滤液量与过滤面积、鲁思恒压过滤系数和过滤时间有关, 其中鲁思恒压过滤系数KR 与系统过滤压力成正比, 与滤饼的平均过滤比阻成反比。所以在过滤介质、过滤面积以及主机结构一定的条件下, 过滤机的过滤效率与系统过滤压力、滤饼的平均过滤比阻及过滤时间有关。 212 系统真空度的影响

在立盘过滤机过滤过程中, 系统的真空度在过滤盘两面造成的压力差即为过滤压力, 过滤压力是过滤过程的驱动力。

立盘过滤机真空度的高低直接影响立盘过滤机的滤液产能和种子质量。真空度越低, 推动液固分离的压力差越小, 造成滤液产出越少, 氢氧化铝附液增加。反之, 真空度越高, 压差越大, 滤液产出量增加, 氢氧化铝附液减少。但真空度过高, 容易使滤液进入真空管, 造成滤液串入真空泵系统, 增加真空泵负荷。所以, 在生产中实际操作时, 真空度一般控制在0104～0108 MPa 之间。影响立盘真空度的因素主要有两点, 即立盘过滤流程中的漏风漏料问题及真空泵的性能, 其中立盘漏风漏料是影响立盘过滤机效率的一个重要因素, 所以提高立盘过滤机分配头和中空传动主轴以及过滤盘与中空传动主轴之间的密封性, 对于减少系统的真空泄漏非常重要。

213 料浆的影响

料浆对立盘过滤机过滤效率的影响, 表现在氢氧化铝浆液的温度、粘度、固含和匀质性等。

料浆的匀质性是指浆液里的固体颗粒与溶液的混合状态, 匀质率高, 意味着浆液没有分层现象和沉淀现象, 滤盘表面所形成的滤饼就会厚薄均匀, 各连通腔的真空度几乎相等, 避免了过滤系统的真空度下降到正常工作范围以外, 从而提高过滤效率。

料浆的固含也是影响过滤机过滤效果的一个重要的参数, 料浆的固含是指一定体积料浆中固体悬浮物重量与料浆体积之比值(单位为g/ L)。对于一个生产工艺系统而言, 当系统稳定运行后, 料浆的固含将稳定在一个范围内。若工艺系统不稳定, 将引起入料浓度的变化, 固含亦即发生变化, 这一变化将对滤饼水分以及生产率产生较大影响。固含较低时, 同样的过滤时间和过滤滤液体积时, 滤饼变薄, 产能随之变低; 当固含较高时, 产能增大, 滤饼变厚, 但是当固含达到一定值时, 滤饼通过过滤介质的过滤比阻也增大, 过滤阻力增大, 过滤速度降低, 过滤效率下降。所以, 确定合理的固含, 使料浆的固含在一定的范围内, 才能达到最佳的过滤效率和产 能[4 - 5 ]。根据鲁思的恒压过滤方程式, 鲁思恒压过滤系数KR 与料浆的粘度也有一定的关系。

214 过滤介质的影响

过滤介质是过滤机的一个极为重要的组成部分, 过滤介质选择是否合适以及滤布质量的好坏, 是影响过滤机过滤速度和产能的重要因素, 亦常常是整个过滤操作的关键。滤布的质量包括两个方面, 即滤布的材质种类和编制加工质量。滤布的质量主要以三个指标来衡量, 即:通气性、滤液浮游物和滤布的寿命, 选择适合的滤布, 可以大大改善过滤效果和降低生产成本。根据生产经验选择具有高通气性的滤布, 可以减少过滤过程的平均过滤比阻, 同时滤布伸缩性好, 遇水变形小, 厚薄适当且均匀, 滤布吸附性小, 物料易于脱落, 可以防止因粘性造成的滤孔堵塞。

以前的滤布大都采用天然纤维布、人造纤维布以及各种金属网。近年来, 随着合成纤维和塑料工业的发展, 以及不使用刮刀的卸料技术之改进, 出现了许多合成材料制成的滤布。其中最常用的是聚丙烯、聚胺脂和聚酯滤布, 此外, 一种更为新型的耐腐蚀聚四氟乙烯无纺滤布已经进入工业市场。

215 过滤机结构的影响

立盘过滤机的浸没率是指过滤盘浸没在液面以下的面积占整个滤盘有效面积的百分比, 浸没率的提高意味着可以减少盲区, 使工作区域大大增加。盲区是为了避免吹落区与过滤、干燥区发生短路。在与盲区对应的区域内, 过滤机既不吸液, 也不进行反吹风, 属于无效工作区域。所以, 欲提高立盘的浸没率, 可以减少盲区在整个过滤周期中的比例, 亦即可以提高过滤机效率。

图2中的黑色区域是分配头盲区, 从图2b 中可以看出, 提高浸没率后, 分配头的盲区占整个分配头的比例大大减少, 所以过滤机的无效过滤时间减少, 使得过滤机的过滤效率得以提高。

表1是在固含为750 g/ L、转速为3 r/ min、真空度为0104MPa 时, 某型号152 m2立盘过滤机在不同浸没率下的过滤产能。当浸没率增大时, 过滤机的产能有明显的提高。 3 结束语

对于真空立盘过滤机而言, 其过滤效率与料桨的匀质性、粘度、固含、温度以及物料的粒度等因素有关, 这些因素与实际生产工艺又有着非常紧密的

关系。而过滤机的真空度、过滤介质以及过滤机浸没率对过滤效率亦有很大的影响, 这些因素属于过滤机结构对于过滤效率的影响因素, 可以在过滤机结构设计中尽量减少其影响。 综上所述, 可以在立盘过滤机的设计中采取一定措施, 进行有针对性的改进, 使过滤机的过滤效果提高, 以期在同样的能耗下提高过滤机的产能。

氧化铝生产用立盘过滤机过滤效率影响因素的分析

[摘 要]根据Ruth 提出的恒压过滤方程式中之参数, 分析影响真空立盘过滤机过滤效率的各个因素, 着重讨论立盘过滤机结构中的浸没率对过滤效率的影响, 其分析结果可以作为提高过滤机过滤效率的设计参考依据。

[关键词]真空立盘过滤机; 恒压过滤; 过滤效率; 浸没率

[中图分类号] TF351. 3 [文献标识码] A [文章编号] 1003 - 8884(2007) 01 - 0017 - 03

0 前言

真空立盘过滤机在西方工业发达国家发展很快, 目前己经成为选矿厂和煤矿选煤厂的主要过滤设备; 制造的产品己形成系列, 生产规格齐全, 最大规格的过滤面积已达480 m2 [1 - 2 ]。国内立盘过滤机最早应用在煤炭行业, 用于制焦前的精煤洗选。最初国内的真空立盘过滤机主要从国外引进, 随后国内一些生产厂家陆续进行了仿制。恒成机械厂于2000年开始研制真空立盘过滤机, 并且进行了一定的应用推广工作。

真空过滤机的主要指标是在一定的真空和压缩空气消耗下, 如何提高过滤机的过滤效率, 亦即如何提高产能。近年来, 立盘过滤机在氧化铝生产行业有大量应用, 用于氢氧化铝种子过滤的固液分离, 本文以氢氧化铝过滤过程为例, 通过对真空过滤过程中的恒压过滤方程以及真空立盘过滤机结构进行分析, 为提高真空立盘过滤机的过滤效率提供设计参考依据。

1 立盘过滤机的典型工艺配置

立盘过滤机在氧化铝生产中应用非常广泛, 山东铝业公司拜尔法和烧结法生产氧化铝流程中均有立盘过滤机的使用。其典型工艺配置见图1。

氢氧化铝料浆经过给料管道进入过滤机槽体, 滤液和空气先被真空泵抽至气水分离器, 上部空气被抽走, 滤液从下部自动流入到母液槽。

2 影响过滤效率的因素

211 Ruth 的恒压过滤方程式

压力恒定的压缩空气作用在滤浆上的过滤机以及连续式真空过滤机, 均属于恒压过滤类型。对于

恒压过滤,Ruth 提出了不可压缩滤饼恒压过滤方程式[3 ] :

( V + Vm) 2 = KRA2 (θ+θm)

( v + vm) 2 = KR (θ+θm)(1)

式中 KR —鲁思恒压过滤系数,m ·s ;

A —过滤面积,m2 ;

θ—过滤时间, s ;

θm —得到假想滤液量Vm 或vm 所需要的假想过滤时间, s ;

V —总滤液量,m3 ;

Vm —假想滤液的总体积,m3 ;

v —单位过滤面积的滤液量,m3/ m2 ;

vm —为得到与过滤介质阻力等效的滤饼之假想滤液量,m3/ m2。

KR = 2 P

1 - ms

μρsaav(2)

式中 P —过滤压力, Pa ;

m —滤饼的干质量比;

s —料浆中的固体密度,kg/ m3 ;

μ—滤液的粘度, Pa·s ;

ρ—滤液的密度,kg/ m3 ;

aav —滤饼的平均过滤比阻,m/ k。

过滤机的产能与过滤机单位时间内过滤的滤液体积成正比。由式(1)、(2)看出, 得到一定的滤液量与过滤面积、鲁思恒压过滤系数和过滤时间有关, 其中鲁思恒压过滤系数KR 与系统过滤压力成正比, 与滤饼的平均过滤比阻成反比。所以在过滤介质、过滤面积以及主机结构一定的条件下, 过滤机的过滤效率与系统过滤压力、滤饼的平均过滤比阻及过滤时间有关。 212 系统真空度的影响

在立盘过滤机过滤过程中, 系统的真空度在过滤盘两面造成的压力差即为过滤压力, 过滤压力是过滤过程的驱动力。

立盘过滤机真空度的高低直接影响立盘过滤机的滤液产能和种子质量。真空度越低, 推动液固分离的压力差越小, 造成滤液产出越少, 氢氧化铝附液增加。反之, 真空度越高, 压差越大, 滤液产出量增加, 氢氧化铝附液减少。但真空度过高, 容易使滤液进入真空管, 造成滤液串入真空泵系统, 增加真空泵负荷。所以, 在生产中实际操作时, 真空度一般控制在0104～0108 MPa 之间。影响立盘真空度的因素主要有两点, 即立盘过滤流程中的漏风漏料问题及真空泵的性能, 其中立盘漏风漏料是影响立盘过滤机效率的一个重要因素, 所以提高立盘过滤机分配头和中空传动主轴以及过滤盘与中空传动主轴之间的密封性, 对于减少系统的真空泄漏非常重要。

213 料浆的影响

料浆对立盘过滤机过滤效率的影响, 表现在氢氧化铝浆液的温度、粘度、固含和匀质性等。

料浆的匀质性是指浆液里的固体颗粒与溶液的混合状态, 匀质率高, 意味着浆液没有分层现象和沉淀现象, 滤盘表面所形成的滤饼就会厚薄均匀, 各连通腔的真空度几乎相等, 避免了过滤系统的真空度下降到正常工作范围以外, 从而提高过滤效率。

料浆的固含也是影响过滤机过滤效果的一个重要的参数, 料浆的固含是指一定体积料浆中固体悬浮物重量与料浆体积之比值(单位为g/ L)。对于一个生产工艺系统而言, 当系统稳定运行后, 料浆的固含将稳定在一个范围内。若工艺系统不稳定, 将引起入料浓度的变化, 固含亦即发生变化, 这一变化将对滤饼水分以及生产率产生较大影响。固含较低时, 同样的过滤时间和过滤滤液体积时, 滤饼变薄, 产能随之变低; 当固含较高时, 产能增大, 滤饼变厚, 但是当固含达到一定值时, 滤饼通过过滤介质的过滤比阻也增大, 过滤阻力增大, 过滤速度降低, 过滤效率下降。所以, 确定合理的固含, 使料浆的固含在一定的范围内, 才能达到最佳的过滤效率和产 能[4 - 5 ]。根据鲁思的恒压过滤方程式, 鲁思恒压过滤系数KR 与料浆的粘度也有一定的关系。

214 过滤介质的影响

过滤介质是过滤机的一个极为重要的组成部分, 过滤介质选择是否合适以及滤布质量的好坏, 是影响过滤机过滤速度和产能的重要因素, 亦常常是整个过滤操作的关键。滤布的质量包括两个方面, 即滤布的材质种类和编制加工质量。滤布的质量主要以三个指标来衡量, 即:通气性、滤液浮游物和滤布的寿命, 选择适合的滤布, 可以大大改善过滤效果和降低生产成本。根据生产经验选择具有高通气性的滤布, 可以减少过滤过程的平均过滤比阻, 同时滤布伸缩性好, 遇水变形小, 厚薄适当且均匀, 滤布吸附性小, 物料易于脱落, 可以防止因粘性造成的滤孔堵塞。

以前的滤布大都采用天然纤维布、人造纤维布以及各种金属网。近年来, 随着合成纤维和塑料工业的发展, 以及不使用刮刀的卸料技术之改进, 出现了许多合成材料制成的滤布。其中最常用的是聚丙烯、聚胺脂和聚酯滤布, 此外, 一种更为新型的耐腐蚀聚四氟乙烯无纺滤布已经进入工业市场。

215 过滤机结构的影响

立盘过滤机的浸没率是指过滤盘浸没在液面以下的面积占整个滤盘有效面积的百分比, 浸没率的提高意味着可以减少盲区, 使工作区域大大增加。盲区是为了避免吹落区与过滤、干燥区发生短路。在与盲区对应的区域内, 过滤机既不吸液, 也不进行反吹风, 属于无效工作区域。所以, 欲提高立盘的浸没率, 可以减少盲区在整个过滤周期中的比例, 亦即可以提高过滤机效率。

图2中的黑色区域是分配头盲区, 从图2b 中可以看出, 提高浸没率后, 分配头的盲区占整个分配头的比例大大减少, 所以过滤机的无效过滤时间减少, 使得过滤机的过滤效率得以提高。

表1是在固含为750 g/ L、转速为3 r/ min、真空度为0104MPa 时, 某型号152 m2立盘过滤机在不同浸没率下的过滤产能。当浸没率增大时, 过滤机的产能有明显的提高。 3 结束语

对于真空立盘过滤机而言, 其过滤效率与料桨的匀质性、粘度、固含、温度以及物料的粒度等因素有关, 这些因素与实际生产工艺又有着非常紧密的

关系。而过滤机的真空度、过滤介质以及过滤机浸没率对过滤效率亦有很大的影响, 这些因素属于过滤机结构对于过滤效率的影响因素, 可以在过滤机结构设计中尽量减少其影响。 综上所述, 可以在立盘过滤机的设计中采取一定措施, 进行有针对性的改进, 使过滤机的过滤效果提高, 以期在同样的能耗下提高过滤机的产能。