引言

板框式壓濾機作為食品、化工企業常用的固液分離設備，以其構造簡單、分離效率高而被廣泛使用。釩制品廠在沉淀工序所使用的APV濃漿是生產三氧化二釩、五氧化二釩的重要原料，必須經過固液分離得到水分合乎要求的APV干粉。其物理特征是固體顆粒尺寸較小達到0．02 微米以下，液體含有害成分如鉀、鈉必須予以洗滌清除，液體具有一定黏度等等。壓濾效果取決于多方面因素，比如壓縮空氣壓力、濾布特性、壓濾工藝等。由于備件價格昂貴且組織困難，又無任何圖紙資料，隨著生產能力的不斷擴大，越來越不適應生產需要，故障頻繁，一旦發生故障對整個生產線的影響巨大。又考慮到生產規模的不斷擴大，擬增設備機兩臺，而進口整機價格高達180萬元／臺，是國產整機價格的3．6倍，所以有必要先期對其進行國產化，成熟后可在擴容增設備機時直接使用國產壓濾機，可大大減少投資。因此，有必要對進口壓濾機進行國產化轉化．摸索合理的國產化設計制造、生產工藝優化方案。由于現場位置有限，無法安裝專用進料管道系統，新增的壓濾機擬與原有進口板框壓濾機共用一套進料系統，包括進料泵、進料管道閥門以及出液罐、壓縮空氣管道等。

板框壓濾機概

壓濾原理壓濾機構由多塊帶凸凹紋路的濾板和濾框交替排列于機架而構成。板和框一般制成方形，其角端均開有圓孔，這樣板、框裝合，壓緊后即構成供濾漿、濾液或洗滌液流動的通道。框的兩側覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿和濾餅的空間。懸浮液從框上角的通道(位于框內)進入濾框，固體顆粒被截留在框內形成濾餅，濾液穿過濾餅和濾布到達兩側的板，經板面從板的左下角旋塞排出。待框內充滿濾餅，即停止過濾。如果濾餅需要洗滌，先關閉洗滌板下方的旋塞，洗液從洗板上角的通道(位于框內)進入，依次穿過濾布、濾餅、濾布，到達非洗滌板，從其下角的旋塞排出。濾液的排出方式有明流和暗流之分，若濾液經由每塊板底部旋塞直接排出，則稱為明流；若濾液不宜暴露于空氣中，則需要將各板流出的濾液匯集于總管后送走，稱為暗流。本文所述濾液的排出方式即為暗流方式。

濾布位于隔膜板和濾板之間，在兩層濾布通入需壓濾的濃漿后利用濾布的過濾特性實現固液分離。濾布的選擇對過濾效果很重要。一般可按物料的特性，即酸堿度、溫度、顆粒理化性質等因素來選擇濾布的性質和織法。最好能通過小樣試驗的結果來進行選擇。常用濾布材質的特性表如表1所示。壓濾過程原理如圖3所示。

板框壓濾機的特點

優點結構簡單：造價低；過濾面積大；輔助設備少：動力消耗低。

缺點由于是間歇操作，因此效率較低。同時，如果無專用的供氣設備，則壓縮空氣的壓力不易保證，從而影響壓濾過程的出水效果。此外，由于使用板框壓濾機進行固液分離的混合物一般都具有較強的黏性，因此壓濾結束后濾布總會有濾餅殘留，不易清洗。

改進型板框壓濾機結構功能

特性和用途經過慎重選型，采用自動廂式壓濾機作為改進型。該機型是間隙操作的加壓過濾設備，應用于固液兩相的分離。

壓濾機工作循環壓濾機工作循環可見。正吹風是指在濾布與隔膜板之間通入壓縮空氣，通過隔膜板的變形擠壓濾餅，反吹風是指在濾布與濾餅之間通入壓縮空氣，可以達到簡單清洗濾布、加速濾液通過濾布的效果。交叉洗滌是指通過濾板左上角進水、右下角出水，濾板右上角進水、左下角出水的洗滌方式，更加徹底地進行濾餅洗滌，適用于對鉀、鈉成分控制要求較高的場合。

改進型壓濾機試車調試、改進

方案制定經過仔細分析，以進口設備的常規操作步驟為依據，結合現場工人實際操作經驗，制定了詳細的壓濾機工作步驟方案，以及壓榨過程中出水口進氣口設置方案。方案組合含水量為最低，雖仍未能達到20％的指標，但證明在保持整機結構和管線的前提下，合理設置壓榨和反吹時間以及交替次數是提高工作效率的主要途徑。據此進行的對整機結構和管線的改進后調試，也應按照這一思路進行。根據現場操作經驗和觀察出液量的大小，在進行一次反吹出液后不立即進行下次壓榨，而是再進行一次反吹出液操作時，初期仍有大量濾液排出，由此判斷，濾室內排出的濾液仍有一大部分停留在膠板表面與濾布之間，由于小顆粒通道阻塞、吹掃力度不足、系統內壓保持的原因，不能因重力和吹掃排向出液孔，吹掃停止后又迅速回滲至濾餅，如此反復，濾餅內水分始終不能排盡，造成含水量不能達標。

改進型主要設計缺陷分析通過9次帶料實驗，結合現場分析和工人經驗依據，排除壓縮空氣壓力不足，APV濃漿黏度波動造成進料不足、濾餅過薄等外部因素，證明改進型存在較為嚴重的缺陷，是導致含水量無法達標的直接原因，缺陷主要集中在以下幾個方面：

1.濾板凸臺數量及位置從濾板結構可知，原設計濾板有均布的八個凸臺，主要作用是在機構壓緊時對濾板提供受力支撐點，避免濾板在重壓下變形。由于其數景太多，位置過于均勻，導致隔膜板和濾布在濾室內的變形程度受到極大限制，對濾餅的擠壓不充分，濾液壓出量因此降低，濾餅含水量居高不下。

2.隔膜板小顆粒通道阻塞根據壓榨過程中出水量很少、反吹風過程初期出水量較大的現象判斷，由于小顆粒受壓后變形較大，顆粒高度被壓迫，其間的濾液通道被阻塞，導致壓榨過程中濾液穿過濾布后仍大量滯留在隔膜板小顆粒通道中，沒有匯集到濾板下方的暗流出水孔，出水量較小。反吹風時，由于通入的壓縮空氣使濾餅離開小顆粒表面，小顆粒通道得以恢復通暢，因此初期會大量出水，但大部分的濾液仍被濾餅回吸。如此反復，雖調整各動作時間和出水口設置，水分仍不能被有效濾出。因此，使用具有一定彈性的丁腈橡膠材質制作的隔膜板及其表面的小顆粒，雖然能夠在受到背面壓力時能發生有效的彈性變形，達到對濾餅進行擠壓的目的，但也因其彈性變形，造成小顆粒高度被壓縮，通道阻塞，濾液濾出后隨壓力減小或消失又被回吸。

3.出液孔尺寸判斷濾板、壓縮板下角的出液孔明顯偏小，直觀表現為延長反吹時間后出液仍持續不斷，除上一條原因所致外，證明出液管路內的大量濾液未能及時排出，如單純延長出液時間，則造成系統內壓損失，同時也延長了系統操作時間，不利于經濟高效運行。

4.進料管道積料拉開板框后，發現各板中心進料口部位積料嚴重，原因是濃漿進入濾室開始洗滌程序后，由于重力作用流向進料口并造成積料。積料對于整機濾餅含水量的影響是比較大的，因為在壓榨和吹風過程中，含水量約為65％的積料幾乎沒有受到積壓和吹干，在卸料后含水均混入濾餅中，造成濾餅整體含水量居高不下。綜上所述，整機在設計方面存在較大缺陷，沒有充分考慮到水分含量20％以下對常規設計思路改進的要求，需要做較大的改動，才能從硬件上保證整機性能。

試探性改進

針對原設計存在的上述四個方面的缺陷，利用現有條件和經驗，對其進行了如下改進：

1.濾板凸臺手工鏟除第1、第11、第22塊濾板，第2、第12、第23塊壓縮板上共24個凸臺，保證此處膠板及濾布的變形程度。試車后此三塊濾餅的水分含量平均值為23．88％，中間處濾餅含水量更是達到了21．5％的水平。結果證明，凸臺數量及分布在極大程度上影響了整機壓榨和出水能力，但在濾板、壓縮板現有材質性能的前提下，全部鏟除一半的凸臺勢必影響整機壓緊后的受力，會對整機安全運行造成直接威脅。因此，必須對濾板、壓縮板進行重新設計，采用強度指標更高的材料進行設計制造，才能從根本上滿足結構需要。

]2 .出液孔尺寸針對濾板、壓縮板下角的出液孔偏小的缺陷，選取第3、第13、第21塊濾板，第4、第14、第22塊壓縮板下角的出液孔進行了手工擴孔。試車結果此三處濾餅的含水量平均值達到了22．45％，且卸料后濾布表面的干燥情況明顯好于其它位置。結果證明擴大出液孔尺寸，對加速濾液排出具有良好的效果，但不宜超過中50衄，否則會對內壓造成巨大損失。考慮到濾板、壓縮板被身材質強度的因素，再由于濾板、壓縮板下角剩余尺寸不足，因此沒有進一步大面積地擴孔。

3 .框內布料器針對進料管道積料的缺陷，設計制作了PVC材質的框內布料器，通過螺紋連接安裝在進料口上(見圖6所示)，取得了一定的效果，但縮小了進料口尺寸，且缺口方向不一，極易造成進料時噴料，和濃漿分布不均，不利于整機性能的發揮，因此需重新在板框上設計螺栓孔以均勻一致地安裝框內布料器。

4.壓力測量及控制進口機在進風口、主推板內側均裝有壓力傳感器，隨時將內壓參數傳回PLC，并聯鎖主推油缸進行補壓，實現了動態的壓力補償，從而能實現整機的高效運行，避免不必要的壓力損失和操作時間損失。而國產機只是在主推油缸出口設有一塊壓力表，且未與主推油泵聯鎖，不能自動進行推力補壓，內壓損失較大，影響了整機效率。此外，在洗滌操作時，進口機能實現洗滌液排出的同時反復擠壓濾餅，進行壓榨之前的預壓緊，保證了濾餅厚度。而國產機由于PLC設計控制點不足，無法實現這一動作，濃漿一次打入濾室后不再有再充滿的機會，濾餅厚度受制于濃漿來料黏度的程度較大，含水量波動較為劇烈。

5.框內布料器進口機的中間進料口設計了框內布料器，且用內六角螺栓固定在濾板、壓縮板上，布料方向一致，安裝方便快捷，有效地實現了濃漿流下時繞開進料口從而避免了積料現象，既保證了濾餅整體含水量，也大大減輕了工人清理積料的勞動強度。更為重要的是，框內布料器凸臺起到了加強濾板、壓縮板強度的作用，中心支承所產生的受力點分擔了板上凸臺的受力，使得板上凸臺數量減少成為可能，進而改善了隔膜板與濾布的鼓脹程度，提高了壓榨效率。

6. 材質選用國產機隔膜板上附著的小顆粒是為橡膠材質，硬度不足，當隔膜板受壓后鼓脹時，其與濾餅之間巨大的壓力使得小顆粒變形，顆粒之間形成的通道即不復存在，濾液滲過濾布后無法通過此通道完全排出，當受壓停止時又迅速回滲至濾餅，也是造成濾餅含水量高的重要原因。相比之下，進口機隔膜板上小顆粒突起材質為硬質工程塑料，內壓2．5MPa時仍能保持原有突起狀態，保證了濾液排出通道的通暢，避免了濾液回滲，壓濾效率得到保障。此外，進口機大部分構件材質為不銹鋼，在高溫、強酸環境下使用壽命得到了保證，而國產機過于追求造價節省，選用的構件材質大部分為普通碳鋼，經過一段時間的運行后銹蝕加劇，在縮短使用壽命的同時又增加了更換構件后重新調整的難度，實屬得不償失．

總體改進實施

根據上述試探性改進的實施效果，制定了全面改進方案，聯系設備制造廠家對原型機設計進行了相應的改進，重新設計并制作了壓縮板、過濾板和隔膜板，著重對隔膜板進行了材質改進，其表面小顆粒突起采用了硬質工程塑料成型、覆蓋于橡膠質地隔膜板之上的新工藝，既保證了隔膜板變形的有效性，又保證了小顆粒突起的強度，從根本上解決了濾液回吸問題。此外，對影響過濾效果的其它問題也都一并做了改進：a．重新設計制造濾板、壓縮板，使濾板中部凸臺數目和位置更為合理；

b．改造控制系統相關線路，使進料、洗滌、反吹風三個步驟與舊板框相分離，提高兩套設備的綜合生產效率；

c．增加框內布料器，避免進料管道積料：

d．增加濾板下部出液孔數量，并增大出液孔尺寸一倍以上(由現有的由10衄達到由40mm)，加快出液速度；

e．主推油缸增加壓力測量點，在系統內壓損失后自動補壓，保持恒定的內壓水平；

f．采用高硬度工程塑料替代橡膠制作隔膜板表面小突起顆粒，保證其濾液排出通道的暢通，避免濾液回滲。由實驗結果可知，改進后的壓濾機壓濾效果十分理想，達到了20％-25％的水分要求，改進思路和方案取得了明顯的效果。但由于國內對于高硬度工程塑料小顆粒成型技術尚不成熟，因此改進后的隔膜板仍為國外進口。

結論

通過前后數次、歷時兩年的實驗改進，80％以上的改進型板框壓濾機現已投入正常運行。通過實驗改進過程，可以得出以下結論。

1 .國產大型板框壓濾機在改進主要功能部件材質的基礎上，能夠勝任濾餅水分含量要求在20％左右的固液分離工作：

2.實驗證明，保持隔膜板暗流通道的暢通，是保證壓濾效果的關鍵因素。對于過濾面積≥100 mz、過濾壓力≥1 MPa的大型壓濾機來說，為確保隔膜板暗流通道的暢通，隔膜板及其所附著的小顆粒突起結構必須分別采用橡膠和工程塑料制作成型：

3.實驗證明，機架左下出水口開、右下出水口關閉、壓板右側面及上部進氣口進氣的各介質管道設置方法，結合進料、洗滌各持續10分鐘、壓榨15分鐘一反吹風5分鐘交替8次左右的運行方案，能夠取得理想的過濾效果；

]4.釩專業化大型板框壓濾機的研制，應充分關注于諸如布料均勻、隔膜板變形程度、濾液通道等關鍵因素，同時應借鑒國外同類設備在內壓監測及補償等因素的成熟技術。