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1、精品论文大集合旋转压滤机功率消耗的实验研究陈望,曾振祥,李发军 湘潭大学,湖南湘潭（411105） E-mail：摘要：本文介绍了旋转压滤机过滤特性，采用实验的方法，测定了旋转压滤机在自动控制 系统中功率消耗的基本状况。讨论了操作压力、进料浓度、排料浓度对功率消耗的影响。为 如何选择适宜操作条件提供了实用数据，从而使旋转压滤机在实际生产过程中的工作效率得 以大大提高。关键词： 动态过滤；旋转压滤机；功率消耗 中图分类号：TQ051.81. 引言旋转压滤机采用了动态过滤技术，因此可以在全密闭、高温、较高压条件下连续操作， 它的过滤能力远高于一般板框压滤机。此外，连续数小时的加压过滤，只需数分钟的
2、反洗就 可以恢复，而且自动排渣，滤渣的含水滤以及滤渣的浓度均可以调节。从国外已发表的资料 来看1，旋转压滤机的应用范围日益扩大。随着近年来全球能源危机的突现，旋转压滤机的功率消耗问题已经成为了研究关注的热 点问题23 45，而以往的研究成果或仅从过滤速度方面或滤渣浓度或仅用单级旋转压滤机 模型通过手工控制来得到实验结果，往往与生产过程的实际功率消耗大向径庭。本文在前人 工作的基础上，采用实验的方法，首先通过组态软件记录旋转压滤机功率消耗的瞬时变化， 得出了其在实际生产过程中功率消耗的实际变化规律。2. 实验装置与实验方案旋转压滤机实验装置如图1 所示6，它是由旋转压滤机滤室、电机、泵、原液槽、
3、滤液 槽、各类传感器等组成的多级自动控制过滤系统。图 1 旋转压滤机实验装置结构原理实验中, 悬浮液由液压泵压入第一级滤室,由泵的压力维持过滤压差,叶轮在滤室中以一 定速度旋转,造成一定的扫流速度场。滤液通过敷设在滤板上的滤布和薄饼层从滤板下端流 出，悬浮液在滤室中逐级过滤、浓缩,并移动至下一级。逐级地重复操作,直到最后一级滤饼 达到自动控制系统所设定的含固浓度时（一般低于“临界浓度”）由电动球阀控制排出。在试验过程中，保持入料浓度、操作压力和主轴转速的恒定，分别直接测得整机滤液流- 6 -量、以及各级的滤液流量。设定卸料功率用于调节卸料阀门，控制排渣量，得到不同含固浓度的浆料，即最后一级的浆
4、料含固浓度。通过组态软件记录旋转压滤机的功率消耗的变化数 据，同时可以设定卸料功率来调节滤渣的含固浓度，主控画面如图2。并取滤渣样干燥分析。 然后改变工作状态即改变入料浓度、操作压力（本实验中不改变电机转速）来取得不同状态 下的实验值。根据取得的滤渣样品烘干后的质量变化，可以算得取样的含水量以及含固量。图2 旋转压滤机自动控制系统的主控画面3. 实验结果与分析每次试验前都进行不含固进料的清水试验，实验进料为：固液比为0.04和0.06的轻质碳 酸钙悬浮液，实验压力分别为P=0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa，主轴转速 不变为580r/min，过滤面积0.663
5、，滤布型号为A620#。虽然改变操作压力和进料浓度对过 滤效率会有一定的影响，从而使输入功率也会发生一定的变化，但通过多次测量取平均值， 误差已经很小了。当实验压力P=0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa时，设定自动卸料功率值为2.07kw。当实验压力P=0.1MPa、0.2MPa时，由于实验压力非常低，如果卸料功率设为2.07kw，机器极易因卸料不出而卡死，根据摸索，我们把卸料功率分别设为1.75kw、1.8kw， 卸料比较顺畅，而且与其正常卸料时的平均功率也非常接近。3.1 相同操作压力（0.3MP）下分别采用固液比为0.04和0.06的轻质碳酸钙悬浮 液的功率消耗状况图3 一个工作日
6、（8h）内旋转压滤机的工作状况图3中a,c分别表示相同操作压力，不同进料浓度下功率消耗P与时间t的变化关系。由图 可知：（1）旋转压滤机在一个工作日（8h）内，其过滤分为三个阶段，分别为启动阶段、稳 定阶段、衰退阶段。（2）随着时间的推移，滤室内悬浮液浓度升高，实时功率消耗不断增加，当功率值达 到卸料功率值时，卸料阀门打开，开始卸料，功率消耗在卸料功率周围震荡，当卸料完成后， 功率又回到低起点，终而复始，出现周期性变化，图中这种周期性变化不是很明显，这与实 验装置性能的偶然性有很大的关系，当实验装置性能不稳定时，会出现长时间卸料或不卸料， 甚至卡死现象；只有当实验装置性能稳定时，即假设进料浓度
7、和速度恒定，旋转压滤机电机 转速成线形变化，每次卸料滤渣浓度和产量不变，旋转压滤机过滤速度恒定，卸料时间忽略 等等各种偶然因素消除，图中的周期性变化才能完美呈现。（3）不过无论实验装置性能稳定或不稳定，我们可以认为在其稳定卸料的时间段内其 平均功率消耗是不变的，由此可以估计出旋转压滤机大致所需的功率。图3中b,d分别表示相同操作压力，不同进料浓度下卸料次数n与时间t的变化关系。由图 可知：相同操作压力下，固液比为0.06的轻质碳酸钙悬浮液的卸料次数n要大于固液比为0.04 的轻质碳酸钙悬浮液，若每次卸料滤渣浓度和产量不变，那么采用固液比为0.06的轻质碳酸 钙悬浮液其总的生产能力要大于采用固液
8、比为0.04的轻质碳酸钙悬浮液，故提高进料悬浮液 的浓度可以适当提高旋转压滤机的生产效率。3.2 不同操作压力，相同进料浓度下采用固液比为0.040.06的轻质碳酸钙悬浮 液的功率状况图4 不同压力下功率消耗P与时间t的变化关系图5 功率消耗平均值W与操作压力P的变化关系图4中a,b,c,d,e分别表示在不同操作压力，相同进料浓度下功率消耗P与时间t的变化关 系。由图可知与图3有相同的变化规律，可见旋转压滤机的这种阶段变化关系与压力无关。 图5表示在不同操作压力P=0.1MPa、0.2MPa 、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa时，旋转压滤机 功率消耗的平均值W与操作压力P之间的关系。由
9、图可知，在操作压力较低时，增加操作 压力能促使旋转压滤机的功率消耗增加，但是，当其操作压力增加到一定程度时，旋转压滤 机的功率消耗反而开始减少，这说明不能单纯依靠提高旋转压滤机的操作压力来提高旋转压 滤机的生产效率。3.3 不同操作压力，相同进料浓度下采用固液比为0.040.06的轻质碳酸钙悬浮 液的卸料功率与滤渣含固浓度的关系图 6 卸料功率-含固浓度曲线其中，曲线 1 和曲线 2 分别为滤室压力 0.4MPa 和 0.3MPa 下卸料功率与滤渣含固浓度 的关系，曲线 2 为滤室压力 0.30MPa 下卸料功率与滤渣含固浓度。由图可知，（1）相同操作压力下，随着设定卸料功率 P 的上升，滤渣
10、含固率 C%呈上 升的趋势。（2）不同操作压力下，在保证卸料正常的操作压力范围内，设定的卸料功率越大，所需的操作压力反而越小，滤渣含固率越大。（3）C%P 曲线具有较强的非线性，当滤渣含固率超过 56%以后，旋转压滤机所需设定的卸料功率进入一个快速上升阶段，可以 将它看成是“临界浓度”， 与之相对应的功率为“临界功率”，其范围在 2.22.4KW 之间。由 图可以看出无论是“临界浓度”，还是“临界功率”，对同一台旋转压滤机来说与控制压力的变 化关系不大。由此可见，旋转压滤机设定的卸料功率应尽可能的限制在“临界功率”范围，一 方面防止卡机造成对旋转压滤机的损害，另一方面能提高旋转压滤机的工作效率
11、，消耗更少 的能耗得到更多的产出。4. 结论1)旋转压滤机在自动控制系统中的过滤分为三个阶段，分别为启动阶段、稳定阶段、衰 退阶段。而且功率消耗在卸料功率周围震荡，出现周期性变化。2) 在相同操作情况下，提高进料悬浮液的浓度可以适当提高旋转压滤机的生产效率。3)在操作压力较低时，增加操作压力能促使旋转压滤机的功率消耗增加，但是，当其操 作压力增加到一定程度时，旋转压滤机的功率消耗反而开始减少，这说明不能单纯依靠提高 旋转压滤机的操作压力来提高旋转压滤机的生产效率。4）相同操作压力下，随着设定卸料功率P的上升，滤渣含固率C%呈上升的趋势。不同 操作压力下，在保证卸料正常的操作压力范围内，设定的卸
12、料功率越大，所需的操作压力反 而越小，滤渣含固率越大。5) “临界浓度”和“临界功率”受控制压力变化的影响不大。旋转压滤机在自动控制系统中 设定的卸料功率应尽可能的限制在“临界功率”范围，一方面防止卡机造成对旋转压滤机的损 害，另一方面能提高旋转压滤机的工作效率，消耗更少的能耗得到更多的产出。本文研究的结果完全是在实际的自动控制系统中完成的，因而对实际工业生产过程是有 十分重要的指导意义。符号说明：C 0 入料悬浮液重量百分比浓度(%) C滤渣含固浓度,重量百分比(%)P操作压力（MPa） P旋转压滤机的瞬时功率消耗(KW) W旋转压滤机的平均功率消耗(KW) t旋转压滤机的工作时间（min）
13、 T旋转压滤机的工作时间(h)n平均每小时卸料的次数参考文献1R.Bott,Th.Langeloh,E.EhrfeldDynamiccrossflowfiltrationJ,ChemicalEngineeringJournal,80(2000):2452492 Jakob Murkes.The second world filtration CangressC.1979.3 朱企新,李恩贵,宋润宽.旋叶压滤机几个操作因素的探讨J.流体工程，1987.8-11.4 冼萍,李恩贵,金鼎五.旋叶压滤机叶轮功率实验研究C.中国机械工程学会第二届全国分离机械学术讨论 会论文集.1987.140-148.
14、5 曾振祥,旋转压滤机排渣浓度与功率消耗的研究J.过滤与分离,2004,14(2):25-276 王强,曾振祥.PLC 在旋转压滤机控制系统中的应用J.工业控制计算机,2007,20(12):73-74Experimental Study on the power consumption in theRotary Filter PressChen Wang, Zeng Zhenxiang, Li FajunXiangtan University, Xiangtan Hunan, China（411105）AbstractThe filtration performance of rotary
15、filter press is introduced. The basic condition of the powerconsumption of rotary filter press has been obtained by the experimental data measured in the automatic control system. The effects of operation pressure, the input material concentration and the output material concentration on the power c
16、onsumption are discussed. The applicable data was provided to how to choose the feat operation conditions, so the work efficiency of can greatly rise in the actual production line.Keywords: dynamic filtration; rotary filter press; power consumption作者简介：陈望：男，湘潭大学机械工程学院化工过程机械系在读研究生，主要从事化工过 程机械有关的设计、分析研究。