蘇惠陽

(1.福建省輕工機(jī)械設(shè)備有限公司,福建福州,350100；2.泉州華中科技大學(xué)智能制造研究院；福建泉州，362000)

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·無水腿真空過濾機(jī)·

無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備

蘇惠陽1，2

(1.福建省輕工機(jī)械設(shè)備有限公司,福建福州,350100；2.泉州華中科技大學(xué)智能制造研究院；福建泉州，362000)

介紹了無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)、工作原理以及工藝流程；探討了其關(guān)鍵技術(shù),包括采用負(fù)壓發(fā)生裝置的真空發(fā)生系統(tǒng)和離心通引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生正壓空氣剝漿以及多段洗滌；對該類設(shè)備的優(yōu)勢特點(diǎn)進(jìn)行了分析,并對其實(shí)踐情況做簡要介紹。

真空過濾機(jī)；無水腿；多段式；正壓剝漿

真空多圓盤過濾設(shè)備用于制漿造紙行業(yè)漿料的濃縮和過濾洗滌[1],無論是用于漿料濃縮還是過濾洗滌,其真空幾乎多由“水腿管”產(chǎn)生落差形成,然而,由于“水腿管”的存在,對設(shè)備安裝有嚴(yán)格要求。多圓盤過濾設(shè)備往往由多臺串聯(lián)使用以提高漿料的洗凈程度[2-3],但由于多圓盤過濾設(shè)備體積龐大,且由多臺多圓盤過濾設(shè)備組成的過濾洗滌系統(tǒng)對中間設(shè)備有一定的要求,占地面積大、設(shè)備采購及基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用高。針對這一現(xiàn)象,福建省輕工機(jī)械設(shè)備有限公司(簡稱本公司)研發(fā)出一類無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備用于漿料濃縮或多次過濾洗滌，本文對此進(jìn)行介紹。

1　無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備

由本公司研發(fā)的無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備主要有無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)和多段式多圓盤洗漿機(jī)兩種,前者采用無水腿的真空系統(tǒng),后者采用多段式洗滌方式更是實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多段洗滌功能。

1.1無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)

無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)主要用于漿料的濃縮,即把濃度0.8%的漿料濃縮至8%～10%,同時(shí)在濃縮過程中對漿料進(jìn)行洗滌。

1.1.1設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要是由機(jī)架、傳動(dòng)裝置、洗網(wǎng)裝置、進(jìn)漿箱、機(jī)罩、槽體、出漿螺旋輸送裝置、圓盤軸和分配閥及真空發(fā)生裝置等組成。

1.1.2設(shè)備工作原理

無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)是通過過濾脫水的原理對紙漿進(jìn)行濃縮的,其過濾脫水過程是在過濾盤片表面兩側(cè)壓力差作用下,使懸浮液中的固相物體與水分離,水流過過濾盤片表面,而固相物體因?yàn)樨?fù)壓附著在過濾盤片表面上形成濾餅[1]。過濾盤片上的濾餅同樣是在其表面兩側(cè)壓力差的作用下被剝離。無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)的過濾脫水原理如圖2所示。

圖1　無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

圖2　無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)的過濾脫水原理

濾盤表面兩側(cè)形成的壓力差主要由自然形成的壓力差和負(fù)壓形成的壓力差組成。自然形成的壓力差是指當(dāng)濾盤轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入槽體內(nèi)紙漿液面以下時(shí),由濾盤表面兩側(cè)介質(zhì)(濾盤外表面為紙漿懸浮液,濾盤內(nèi)表面為空氣)不同形成的壓力差；負(fù)壓形成的壓力差是指當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)的濾盤內(nèi)外表面不存在自然形成的壓力差時(shí),通過借助外部力量讓濾盤內(nèi)表面產(chǎn)生負(fù)壓力,使濾盤內(nèi)外表面形成壓力差。

濾餅的剝離過程是借助正壓形成的壓力差將濾盤上濃縮后的漿料剝離,即采用正壓空氣對漿料進(jìn)行剝離。

1.2多段式多圓盤洗漿機(jī)

多段式多圓盤洗漿機(jī)主要是用于漿料的多次洗滌。

1.2.1設(shè)備基本結(jié)構(gòu)

圖3　多段式多圓盤洗漿機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

多段式多圓盤洗漿機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示,主要是由機(jī)架、傳動(dòng)裝置、洗網(wǎng)裝置、進(jìn)漿箱、機(jī)罩、槽體、分段洗滌過渡系統(tǒng)、圓盤軸和分配閥等組成。其中,進(jìn)漿箱、槽體通過不同形式的隔板形成三段區(qū)域,而分段洗滌過渡系統(tǒng)則是起到對一段至二段、二段至三段間的漿料輸送過程中的稀釋和均勻混合作用。

1.2.2設(shè)備工作原理

多段式多圓盤洗漿機(jī)在工作原理上,過濾脫水過程與無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)區(qū)別在于前者全程過濾脫水都是利用重力脫水,與重力多圓盤濃縮機(jī)的過濾脫水工作原理相同。而在漿料的剝離方式上,多段式多圓盤洗漿機(jī)與無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)則完全不同,它保留了原有設(shè)備的剝漿方式,即采用高壓水槍剝離漿料。

1.2.3設(shè)備工藝流程

多段式多圓盤洗漿機(jī)的段數(shù)是根據(jù)工藝要求設(shè)定的,并且為了保證每段過濾洗滌的效果,要求每段過濾洗滌的進(jìn)漿濃度都須保持在0.8%～1.2%范圍內(nèi)。多段式多圓盤洗漿機(jī)的工作流程是：工藝流程上道工序的漿料經(jīng)處理得到濃度0.8%～1.2%的漿料后進(jìn)入一段洗滌,一段過濾洗滌后的漿料進(jìn)行稀釋，攪拌均勻后進(jìn)入二段洗滌；同樣的操作過程進(jìn)入第N段洗滌。為了保證每段洗滌的進(jìn)漿濃度，需在每段進(jìn)漿箱處安裝在線濃度檢測儀,每段洗滌間漿料的輸送是通過漿泵來完成的。多段式多圓盤洗漿機(jī)的工作流程如圖4所示。

2　關(guān)鍵技術(shù)

無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備主要有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù),分別是無水腿負(fù)壓濃縮過濾正壓剝漿和多段洗滌。

圖4　多段式多圓盤洗漿機(jī)的工作流程

圖5　無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備的真空系統(tǒng)

圖6　真空發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2.1無水腿負(fù)壓濃縮過濾正壓剝漿技術(shù)

無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備的分配閥根據(jù)功能的不同將真空系統(tǒng)分為負(fù)壓過濾濃縮脫水區(qū)和正壓漿料剝離區(qū)。負(fù)壓區(qū)的負(fù)壓是由負(fù)壓發(fā)生裝置形成的。正壓區(qū)的正壓則是由離心通引風(fēng)機(jī)抽取的空氣注入形成的。圖5是無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備的真空系統(tǒng)示意圖。

2.1.1負(fù)壓發(fā)生裝置

真空系統(tǒng)中的負(fù)壓發(fā)生裝置，即真空發(fā)生裝置，主要有負(fù)壓罐、抽漿泵、水封池、引水管、分配閥、圓盤軸以及設(shè)備槽體等組成,其結(jié)構(gòu)簡易示意圖如圖6所示。

2.1.2負(fù)壓發(fā)生的工作原理

泵啟動(dòng)前(圖6(a)),往注水管A注水后,將A封閉。負(fù)壓罐內(nèi)水位處于其截面1-1處,不注水空間構(gòu)成一個(gè)氣體系統(tǒng),壓力為P1(P1為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,即0.1013 MPa),體積為V1,其中該系統(tǒng)氣體體積V1包括負(fù)壓罐內(nèi)不貯水空間Vab及引水管內(nèi)不貯水空間Vg。而此時(shí),水封池內(nèi)液位處于3-3截面處,其上方的不貯水空間同樣構(gòu)成一個(gè)氣體系統(tǒng),壓力為P2(P2同樣為1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,即0.1013 MPa),體積為V2,其中該系統(tǒng)氣體體積V2包括水封池內(nèi)不貯水空間V2-3及水封池2-2截面處上方至設(shè)備槽體間不貯水空間Vj。

當(dāng)泵啟動(dòng)后,負(fù)壓罐內(nèi)液面下降至1′-1′,不貯水空間體積增至V1′,罐內(nèi)壓力為P1′,此時(shí),負(fù)壓罐內(nèi)的這一物理變化在溫度T不變的情況下符合氣體狀態(tài)方程式：

P1·V1=P1′·V1′

(1)

假設(shè),負(fù)壓罐內(nèi)不貯水空間體積增加變化量為ΔV1,則有：

V1′=V1+ΔV1

(2)

將式(2)代入式(1)中,則有：

(3)

因此,泵啟動(dòng)后負(fù)壓罐內(nèi)水位下降至于截面1′-1′處時(shí)，不貯水氣體系統(tǒng)壓力P1′為負(fù)壓。水封池內(nèi)液位由原來的截面3-3處降至截面3′-3′處,水封池內(nèi)上方不貯水空間體積增至V2′,上方壓力為P2′,此時(shí),水封池內(nèi)的這一物理變化在溫度T不變的情況下同樣符合氣體狀態(tài)方程式：

P2·V2=P2′·V2′

(4)

假設(shè),水封池內(nèi)不貯水空間體積增加變化量為ΔV2,則有：

V2′=V2+ΔV2

(5)

將式(5)代入式(4)中,則有：

(6)

因此,泵啟動(dòng)后水封池內(nèi)水位下降至截面3′-3′處時(shí)，不貯水氣體系統(tǒng)壓力P2′為負(fù)壓。

由此可知,整個(gè)負(fù)壓發(fā)生裝置可看作一個(gè)二級負(fù)壓發(fā)生裝置。

2.1.3真空度的確定

水封池內(nèi)氣體系統(tǒng)的工作壓力P2′可以根據(jù)工藝要求選取,而負(fù)壓罐內(nèi)氣體系統(tǒng)的工作壓力P1′則是根據(jù)流動(dòng)液體的能量守恒方程——伯努利方程式計(jì)算而得。伯努利方程式如式(7)所示。

(7)

式中：ρ為輸送液體密度(kg/m3)；g為重力加速度(9.81 m/s2)；v1為水封池液面下降速度(m/s)；v2為負(fù)壓罐液面下降速度(m/s)；h為液體輸送高度(m)；hw為液體輸送過程中的能量損失(m)。

由于水封池液面下降的速度v1遠(yuǎn)小于v2,故v1可近似為0,且液體輸送高度h為(H1-H2),因此式(7)可簡化為：

(8)

所以負(fù)壓罐所需的真空度Pz為

(9)

2.1.4負(fù)壓穩(wěn)定性控制

負(fù)壓罐及水封池的設(shè)計(jì)依據(jù)是ΔV1和ΔV2,即將式(3)和式(6)代入式(9)分別計(jì)算可得。根據(jù)計(jì)算所得的ΔV1和ΔV2數(shù)據(jù),確定負(fù)壓罐及水封池相應(yīng)的液面控制截面1′-1′和3′-3′位置,通過液位傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測負(fù)壓罐及水封池內(nèi)液面變化情況,通過調(diào)節(jié)負(fù)壓罐內(nèi)截面1′-1′的位置，即調(diào)節(jié)負(fù)壓罐內(nèi)的負(fù)壓值以保證水封池內(nèi)截面3′-3′的位置在誤差可控范圍內(nèi)。

2.1.5正壓剝漿技術(shù)

正壓剝漿技術(shù)是借助于離心通引風(fēng)機(jī)工作過程中的吸氣及呼氣的原理實(shí)現(xiàn)的。離心通引風(fēng)機(jī)吸氣口與過渡水箱上方相連接,可與負(fù)壓發(fā)生裝置共同用于調(diào)節(jié)設(shè)備脫水所需的真空度,而將其呼氣口與分配閥正壓區(qū)相連接,則離心通引風(fēng)機(jī)從過渡水箱吸取的空氣可用于過濾洗滌后漿料的剝離?，F(xiàn)場設(shè)備工作圖如圖7所示。

圖7　現(xiàn)場設(shè)備工作圖

2.2多段洗滌

多段洗滌主要是針對多段式多圓盤洗漿機(jī)提出的,要實(shí)現(xiàn)這一功能需要解決分段洗滌后漿料的稀釋和均勻混合的問題,此外還有分段洗滌時(shí)洗滌液位的控制。

2.2.1分段過濾洗滌后的漿料稀釋

多段式多圓盤洗漿機(jī)對漿料分段過濾洗滌后，漿料的稀釋主要通過加水稀釋達(dá)到下一段過濾洗滌所需的進(jìn)漿濃度要求。這雖然是該設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，但較容易實(shí)現(xiàn)。主要是在每段過濾洗滌后的漿料剝離處直接加水，以及在之后的均勻混合中加水稀釋至下一段洗滌的漿料進(jìn)漿濃度(0.8%～1.2%)。

2.2.2分段過濾洗滌后漿料稀釋過程中的均勻混合

分段過濾洗滌后漿料的稀釋并不能得到均勻混合的漿料,因此需要增加均勻混合的裝置使下一段進(jìn)漿的漿料混合均勻,勻漿裝置結(jié)構(gòu)原理圖如圖8所示。

圖8　勻漿裝置結(jié)構(gòu)原理圖

從圖8可看到,進(jìn)漿箱中漿料入口位于勻漿盤中的中心位置,而漿料出口位于勻漿盤中的偏心位置。漿料在進(jìn)入勻漿盤后由于出口位置偏心,漿料撞擊勻漿盤頂部得到第一次勻漿。清水沿勻漿盤切線位置進(jìn)入,對漿料稀釋的同時(shí),更使勻漿盤中的漿料因?yàn)榍逅⑷氘a(chǎn)生切向速度的帶動(dòng)得到第二次勻漿。

3　設(shè)備優(yōu)勢分析及應(yīng)用實(shí)踐

3.1優(yōu)勢特點(diǎn)分析

無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備相比于其他紙漿過濾濃縮和洗滌設(shè)備具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

(1)無水腿真空系統(tǒng)無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備采用負(fù)壓發(fā)生裝置產(chǎn)生負(fù)壓的方式使濾盤內(nèi)外產(chǎn)生一定的壓差用于紙漿的脫水,避免了因?yàn)椤八裙堋倍a(chǎn)生的設(shè)備基礎(chǔ)的特殊要求。

(2)正壓剝漿通過對離心通引風(fēng)機(jī)抽取空氣的回收,用于濾盤上漿料的剝離,對于無水腿真空多圓盤濃縮機(jī)則是減少了高壓水的使用。

(3)多段洗滌由于多段式多圓盤洗漿機(jī)是通過多次濾水把紙漿中的雜質(zhì)清洗干凈,因此相較其他過濾洗滌設(shè)備能達(dá)到更好的洗滌效果。

總之，無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備主要有設(shè)備基礎(chǔ)要求低、環(huán)保(用水少)、一機(jī)復(fù)用(高洗滌性能)等特點(diǎn)。因此,該類設(shè)備在基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用、環(huán)保用水費(fèi)用以及設(shè)備購置(用于多段洗滌的相關(guān)設(shè)備)費(fèi)用明顯大幅降低,使紙廠在選購該類設(shè)備有了更經(jīng)濟(jì)的選擇。

3.2應(yīng)用實(shí)踐及效果

目前,由本公司研發(fā)的ZNP3612A多段式多圓盤洗漿機(jī)已在福建聚輝紙業(yè)有限公司正式投產(chǎn)使用,是該紙廠35 t/d新型脫墨漿生產(chǎn)工藝流程上的洗滌設(shè)備之一,用于浮選脫墨后漿料的過濾洗滌。

35 t/d新型脫墨漿生產(chǎn)工藝流程為：皮帶輸送機(jī)→水力碎漿機(jī)→雙圓網(wǎng)壓漿機(jī)→成熟塔→圓筒篩→高濃除渣器→雜質(zhì)分離機(jī)→壓力縫篩→圓形脫墨浮選槽→多段式多圓盤洗漿機(jī)→滅菌塔→圓網(wǎng)濃縮機(jī)→三段低濃除渣系統(tǒng)→網(wǎng)前篩→3500 mm衛(wèi)生紙機(jī)。

作為浮選槽后漿料的過濾洗滌設(shè)備,最初的多段式多圓盤洗漿機(jī)的脫水采用真空脫水的原理實(shí)現(xiàn),后來在試機(jī)過程中發(fā)現(xiàn),采用真空(真空度為0.03 MPa)脫水后的漿濃太高(10%～12%)不利于漿料的洗滌以及多段洗滌過程中的稀釋和混合,經(jīng)多次改造后,現(xiàn)在采用重力脫水實(shí)現(xiàn)了工藝濃度的要求,漿料白度經(jīng)過多段洗滌后得到明顯提高。表1是ZNP3612A設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行的主要參數(shù)。

表1　ZNP3612A多段式多圓盤洗漿機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4　結(jié)　語

無水腿真空多圓盤過濾設(shè)備其創(chuàng)新的二級負(fù)壓發(fā)生裝置和離心通引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生正壓的真空系統(tǒng)，解決了該類設(shè)備長期以來因“水腿管”高度要求存在的設(shè)備基礎(chǔ)要求高的問題；而濃縮后漿料剝離方式則完全有別于高壓水槍剝離漿料的方式,減少了高壓水的使用,保證了漿料濃縮后的濃度,提高了設(shè)備整體的工藝性能；特有的多段洗滌功能使該類設(shè)備的洗滌能力強(qiáng)于其他單段洗滌的設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了一機(jī)復(fù)用的功能。

[1]華南工學(xué)院, 天津輕工業(yè)學(xué)院. 制漿造紙機(jī)械與設(shè)備[M]. 北京： 中國輕工業(yè)出版社, 1993.

[2]梁實(shí)梅, 張靜嫻, 張松壽. 制漿技術(shù)問答[M]. 2版. 北京： 中國輕工業(yè)出版社, 2004.

(責(zé)任編輯：常青)

A Multi-disc Vacuum Filter without Water Leg

SU HUI-yang1,2

(1.FujianLightIndustrialMachineryEquipmentCo.,Ltd.,Fuzhou,FujianProvince, 350100;2.Quanzhou-HUSTIntelligentManufacturingInstitute,Quanzhou,FujianProvince, 362000)

Basic structure, working principle and technology of a multi-disc vacuum filter without water leg were introduced; the key technologies, included the vacuum system without water leg, the washed pulp peeling off by blowing of centrifugal fan and multi-disc washing were discussed; then the characteristics and advantages of the equipment were analyzed; finally its practical application was also briefly introduced.

vacuum filter; without water leg; multistage type; stripping pulp by positive pressure

蘇惠陽先生,碩士,工程師；主要從事制漿造紙?jiān)O(shè)備、智能化制造設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)工作。

2016- 01-13(修改稿)

TS733+.4

A

10.11980/j.issn.0254- 508X.2016.05.012

(E-mail: suhuiyang2013@163.com )