帶氣吹卸除裝置的攪拌罐式過濾機殘余濾餅去除率的試驗研究

鄧 超 陳崔龍 朱碧肖 丁建國 方 毅

（合肥通用機械研究院有限公司 合肥通用環境控制技術有限責任公司）

攪拌罐式過濾機是一種密閉加壓過濾機，集加壓過濾、洗滌、出液、吹干/干燥及自動卸料等操作于一體，對多種物料均有良好的適應性，尤其適用于難過濾的漿料和易燃易爆、有毒、易揮發、易污染等物料的處理，被廣泛應用于石油化工等行業［1～3］。 攪拌罐式過濾機自動化程度高，并且能夠減輕操作過程的勞動強度， 減少成品的損耗，該設備近年來開始在三元前驅體生產上廣泛應用［4，5］。

攪拌罐式過濾機采用攪拌槳刮刀自動卸料，由于攪拌槳刮刀與濾盤之間留有10～15 mm的間隙，導致卸料完成后，濾盤上會殘留有相應厚度的殘余濾餅層，殘余濾餅若長時間不清除，會增大過濾阻力，導致后續過濾變慢，降低過濾速率，降低設備過濾性能，同時殘余濾餅會導致物料批次交叉，影響對產品質量的控制。 其次，殘余濾餅的存在還會導致物料堵塞過濾介質中過濾通道，降低過濾介質的使用壽命，增加生產成 本［6，7］。

攪拌罐式過濾機殘余濾餅問題亟待解決，目前國內針對殘余濾餅的有效解決方案較少，現階段殘余濾餅只能靠人工拆機進行清除，增加了人工勞動強度，對于有毒物料，增加了操作風險性，筆者在現有攪拌罐式過濾機產品的基礎上，設計一套氣吹卸除裝置，在線清除殘余濾餅，使得在不打開設備的情況下，無需人工手動操作，徹底解決清除殘余濾餅問題，降低人工勞動強度和操作風險，增加過濾介質的使用壽命［8］。所用攪拌罐式過濾機型號MY1200-N， 該機殘余濾餅量按殘余濾餅厚度為10 mm 理論值計算，殘余濾餅量為0.1 m3。

1 試驗裝置設計

1.1 氣吹卸除裝置

在現有MY1200-N 型攪拌罐式過濾機基礎上，進行噴嘴攪拌槳卸除裝置設計，徹底解決清除殘余濾餅問題，圖1 為筆者設計的帶有氣吹卸除裝置的MY1200-N 型攪拌罐式過濾機結構示意圖。

圖1 MY1200-N 型攪拌罐式過濾機結構示意圖

該裝置主要技術參數如下：

型號 MY1200-N

機殼直徑 1 200 mm

過濾面積 1.0 m2

容積 1.0 m3

噴嘴數量 6 個

噴嘴間距 170 mm

MY1200-N 型攪拌罐式過濾機主軸頂部設計有氣體旋轉接頭， 主軸和攪拌槳采用中空設計，圖2 為主軸攪拌槳結構示意圖。 壓縮氣體從旋轉接頭進入，通過中空主軸氣體通道和槳葉氣體通道，進入一字型攪拌槳，最終從攪拌槳上的噴嘴噴出，殘余濾餅在壓縮氣體的吹掃下，從濾網上脫離。

圖2 主軸攪拌槳結構示意圖

圖3 為一字型攪拌槳俯視圖，一字型攪拌槳上設計了6 個噴嘴，分別位于主軸兩側，各噴嘴間距170 mm，噴嘴可隨主軸轉動而轉動，噴嘴轉動的同時，將殘余濾餅吹掃至卸料閥門口，從濾餅卸料口排出。

圖3 罐體一字型攪拌槳俯視圖

圖4 為攪拌槳側視圖，圖中噴嘴與濾餅層夾角為吹掃角a， 該角度可通過噴嘴上的調節模塊手動調節，通過控制液壓缸內液壓，控制攪拌槳主軸升降，從而調節噴嘴與濾餅表面高度L。

圖4 攪拌槳側視圖

1.2 試驗裝置及試驗流程

圖5 為試驗裝置流程圖，主要包括MY1200-N型攪拌罐式過濾機、G20-2 單螺桿進料泵、電動球閥、Y-60 壓力表、LWQ 氣體渦輪流量計、QTY-15減壓閥、液壓站、7.5 kW 空壓機等。

圖5 試驗裝置流程圖

試驗物料采用國內某工廠鉻鎳錳氫氧化物前驅體材料，其含固量在45%左右，攪拌罐式過濾機過濾介質采用金屬燒結網，過濾精度為20 μm， 物料通過進料泵直接泵入攪拌罐式過濾機內，打開閥4，罐內壓力升高，使過濾壓力保持在0.4 MPa，壓濾時，打開平衡管路上的閥3 和吹掃管路的閥2，關閉閥1，使攪拌槳中空主軸內部氣壓與罐體內氣壓保持一致，防止進行壓濾操作時物料被壓入噴嘴，造成堵塞。 壓濾2 h 后，濾液從濾液口全部排出，打開閥6 排氣，濾餅經過攪拌槳刮刀卸料后，從濾餅卸料口排出，濾餅含水率在15%左右，此時濾網上殘留有10 mm 厚的殘余濾餅層。

打開閥1 和閥2， 關閉閥3， 通過調節減壓閥，將吹掃壓力控制在0.3 MPa，壓縮氣體從頂部氣體旋轉接頭進入， 通過攪拌槳內部中空通道，從噴嘴高速噴出，高速噴出的氣流將濾網表面的殘余濾餅吹起，同時通過驅動電機，使主軸低速旋轉，轉速控制在15 r/min，噴嘴隨著主軸旋轉，將殘余濾餅吹掃至濾餅卸料口排出，通過吹掃氣路上的流量計，實時顯示吹掃耗氣量。

進行殘余濾餅吹掃的同時，殘余濾餅會從固體出料口排出，在固體出口收集吹掃出來的殘余濾餅，并用TCS-11 電子臺秤進行稱量，吹掃出的殘余濾餅重量記為m1，同時濾網表面會殘留有未被吹掃的濾餅，通過液壓缸2，將過濾機底盤下降至地面并推出，人工收集濾網表面未被清除的濾餅，并稱重m2，試驗殘余濾餅的去除率γ由下式計算：

2 試驗研究內容

試驗設計的卸除裝置對殘余濾餅去除率的大小主要取決于噴嘴類型、吹掃角度、噴嘴距離殘余濾餅表面高度、氣源壓力及吹掃時間等因素［9，10］。 氣源壓力越大，吹掃時間越長，殘余濾餅的去除效果越好，試驗中將氣源壓力控制在

0.3 MPa，每次試驗吹掃時間設置為15 min。

針對噴嘴類型的選用， 試驗選擇了兩種扇形噴嘴，高壓清洗噴嘴和槽縫式吹氣噴嘴，這兩種噴嘴的吹掃面為一字扁平型， 適用于對固體物料進行吹掃， 如圖6 所示為試驗選擇的兩種噴嘴，分別試驗這兩種噴嘴在相同條件下，殘余濾餅去除率的大小， 從而確定后續試驗噴嘴類型。

圖6 試驗選擇的噴嘴類型

噴嘴類型確定后， 試驗研究噴嘴吹掃角度a對殘余濾餅去除率的影響。 噴嘴吹掃角度不同，試驗中殘余濾餅去除率不同， 試驗重點研究了30、45、60°這3 種噴嘴吹掃角度對殘余濾餅去除率的影響，根據試驗結果，選擇適合噴嘴吹掃角度［11，12］。

噴嘴距離殘余濾餅表面高度決定了作用于殘余濾餅表面的作用力和吹掃面積大小，造成殘余濾餅去除率的不同。 噴嘴距離殘余濾餅表面高度太近，會損壞過濾濾網，高度太高，無法有效清除殘余濾餅。 試驗重點研究了噴嘴高度為50、100、150 mm 時對殘余濾餅去除率的影響， 從而確定合適的噴嘴距離殘余濾餅表面高度。

根據試驗，提出最優選擇方案，為后續工業應用提供一定的參考。 試驗關鍵因素參數如下：

氣源壓力 0.3 MPa

吹掃時間 15 min

噴嘴類型 高壓清洗噴嘴、槽縫式吹氣噴嘴

噴嘴角度 30、45、60°

噴嘴距離濾餅表面高度 50、100、150 mm

3 試驗結果

3.1 噴嘴類型選擇試驗

不同類型的噴嘴，對殘余濾餅的去除效果有所不同，選擇了兩種扇形噴嘴進行試驗，高壓清洗噴嘴和槽縫式吹氣噴嘴，在噴嘴角度保持45°、試驗氣壓0.3 MPa 的條件下進行試驗， 記錄殘余濾餅去除率，同時通過管路上的流量計，記錄耗氣量，具體數據見表1、2。試驗選用的兩種噴嘴接口尺寸規格均為1/4 英寸（1 英寸=25.4 mm）。

表1 不同類型噴嘴殘余濾餅去除率試驗結果

表2 不同類型噴嘴試驗耗氣量結果

從表1、2 試驗結果可以看出，在噴嘴角度為45°、試驗氣壓0.3 MPa 的相同條件下，槽縫式吹氣噴嘴的殘余濾餅平均去除率達到了91.9%，高壓清洗噴嘴的殘余濾餅平均去除率達到了86.9%，槽縫式吹氣噴嘴殘余濾餅去除率更高，試驗中槽縫式吹氣噴嘴的耗氣量只比高壓清洗噴嘴略大，平均耗氣量達到54.4 L/min，槽縫式吹氣噴嘴更適合于卸除裝置對殘余濾餅的去除，因此選擇槽縫式吹氣噴嘴進行后續試驗。

3.2 噴嘴吹掃角度選擇試驗

選用槽縫式吹氣噴嘴， 試驗氣壓0.3 MPa 進行噴嘴吹掃角度選擇試驗， 試驗重點研究了30、45、60°這3 種噴嘴吹掃角度對殘余濾餅去除率的影響，試驗結果見表3。

表3 不同噴嘴吹掃角度試驗結果

在45°吹掃角情況下， 殘余濾餅的平均去除率最高，達到91.9%；噴嘴吹掃角為30°時，殘余濾餅平均去除率為87.4%； 噴嘴吹掃角為60°時，殘余濾餅平均去除率最小，為85.2%。噴嘴吹掃角度越大，濾餅表面水平方向吹掃作用越小，噴嘴吹掃角度越小，垂直于濾餅表面的吹掃作用越小，噴嘴吹掃角度過大或過小都不利于對殘余濾餅的去除，當吹掃角為45°和30°時，濾餅表面水平方向吹掃氣流形成有效的吹掃氣流， 將殘余濾餅向外吹掃，但是吹掃角為30°時，濾餅表面豎直方向受到的吹掃力較小， 不能將殘余濾餅有效吹掃脫離濾網表面，導致殘余濾餅去除率低于45°吹掃角。從試驗結果可以看出，45°吹掃角為試驗優選角。

3.3 噴嘴安裝高度選擇試驗

在確定了噴嘴類型和吹掃角度后，噴嘴距離殘余濾餅表面高度也是影響殘余濾餅去除率的關鍵因素， 試驗重點研究了噴嘴高度為50、100、150 mm 時，殘余濾餅去除情況，結果見表4。

表4 噴嘴距離濾餅表面高度試驗結果

噴嘴距離殘余濾餅表面高度為100 mm 時，殘余濾餅平均去除率最高，達到93.3%；噴嘴距離殘余濾餅表面高度為50 mm 時，殘余濾餅平均去除率為91.9%； 噴嘴距離殘余濾餅表面高度為150 mm 時，殘余濾餅平均去除率為85.1%。 噴嘴距離殘余濾餅表面高度為50 mm 時，噴嘴距離濾餅表面太近，有效吹掃面積減小，導致殘余濾餅去除率低；當噴嘴安裝高度為150 mm 時，吹掃力度比安裝高度100 mm 的小，但吹掃面積較大，不利于殘余濾餅的去除。 從試驗結果可看出，噴嘴距離殘余濾餅表面高度最佳選擇為100 mm。

4 結束語

攪拌罐式過濾機應用越來越廣， 卸料完成后，如何去除濾網表面殘留的殘余濾餅是其面臨的技術難題，亟需解決。 筆者設計的帶氣吹卸除裝置的攪拌罐式過濾機，經試驗證明該裝置結構可靠，能夠去除殘余濾餅。 噴嘴類型選用槽縫式吹氣噴嘴、噴嘴吹掃角度45°、噴嘴距離濾餅表面高度選擇100 mm、氣源壓力0.3 MPa、吹掃時間15 min，在上述操作條件下，殘余濾餅去除率平均值能達到93.3%，耗氣量為54.4 L/min，能夠滿足生產要求。 以上數據是基于MY1200-N 型攪拌罐式過濾機，為其他規格過濾機殘余濾餅吹掃裝置提供了設計依據。