水平真空带式过滤机发展.docx

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水平真空带式过滤机发展

水平真空带式过滤机发展

一、概述

       水平真空带式过滤机是近年来发展最快，应用领域不断拓展的真空过滤设备，由于它是属于顶部加料，过滤面是水平布置的设备，所以特别适用于料浆固体浓度高，颗粒粒径分布宽，对滤饼洗涤要求高的固液分离过程，目前已广泛应用于冶金、矿山、石油、化工、煤炭、造纸、食品、制药和环保等行业，图示为目前常用的三种水平真空带式过滤机。

橡胶带式水平真空过滤机、移动盘式水平真空带式过滤机和固定盘式水平真空带式过滤机。

图

（1）橡胶带式水平真空带式袋滤机 

       水平真空带式过滤机有如下优点：

       1．过滤效率高，由于是水平过滤面上加料形式，料浆中的大颗粒由于沉降速度大于细粒子，所以它很快沉降到过滤面上形成一层透水率较高的初滤层。

初滤层的阻力小，对细颗粒又起到了一定的捕集作用，从而使滤饼层结构合理，又减少了细小粒子造成的滤布阻塞，因而过滤阻力小、过滤效率高、滤液澄清度高。

       2．滤饼的洗涤效果好，水平布置的过滤面上形成的滤饼厚度比较均匀，而且洗涤液在滤饼上的分布也均匀，从而提高了滤饼的置换洗涤效率，由于过滤面是一个相对狭长的条状，可以很方便的实现多级顺流或逆流洗涤，从而提高滤饼的洗涤效率和得到尽可能高的洗液浓度。

图

（2）移动盘式水平真空袋滤机

图（3）固定盘式水平真空袋滤机

       3．滤饼的厚度可以方便的使用加料量和滤带的运动速度来调节，对物料过滤性能变化的适应性好。

       4．狭长形状的过滤面，可以方便的调节过滤区、洗涤区、吸干区的长度分布，实现过程的优化操作，而且滤液和洗液的回收可以按要求严格分开，也可以按滤饼含湿量的要求来缩短或加长吸干区的长度。

       5．可以按过滤、洗涤、吸干区对真空度的要求，在不同区域提供不同的真空度，例如：

在过滤区、洗涤区采用高真空度，以提高过滤和洗涤速率，而在吸干区提供较低的真空度和尽可能大的通气量，以降低滤饼的湿含量。

       6．从上图可知这种形式的过滤机的滤布，在每一个工作循环以后均可进行两个面的喷淋洗涤（必要时还可以增加辊涮洗涤），所以滤布再生效果好，既延长了滤布的使用寿命，又提高了设备的生产能力，这一点在处理滤饼阻力小的物料时，非常明显。

       7．这种形式的过滤机，可以根据处理物料的特性和工艺要求，进行变型设计，以满足不同的使用要求，例如：

       对于滤饼具有一定的可压缩性而又要求滤饼含湿率尽可能低时，可以增加挤压辊、挤压板等附加装置，降低滤饼含湿率。

       对滤饼含湿率控制要求高时，可以在抽干区附加热风罩，远红外干燥装置。

       对于滤液澄清度要求高，对滤饼的纯度没有要求时，可以采用预涂层的操作来提高母液的澄清度。

       对滤液澄清度要求高，又不允许对滤饼添加其它固相物时，可以采用部分滤液复滤或者在加料初始区采用较低的真空度或提供一定的沉降区，形成初滤层的方法来提高滤液的澄清度。

       用于易挥发、易燃、易爆或有毒物料时，可以采用全封闭或隋性气体循环操作的流程。

       对于易挥发，或物料较难过滤，或在大气压较低的高海拔地区操作时，也可以设计成全封闭的加压操作的方式，此时的工作压力最高可到2～3巴。

       水平真空带式过滤正因为具有以上的特点，所以目前应用非常广泛，它的主要缺点是与真空转鼓过滤机和真空蝶片过滤机相比，占地面积大，造价相对较高，但是由于近年来橡胶工业技术水平的提高，设备造价也有较大幅度下降。

二、水平真空带式过滤机的发展过程

       水平真空带式过滤机虽然具有前述的诸多优点，但是它的发展和工业化过程并不顺利。

橡胶带式水平真空带滤机是几种形式中发展最早的，图（4）所示为它的结构示意图，它是一根环形可连续水平移动的橡胶带，一组驱动辊和支承辊、真空室、滤布带、滤布洗涤装置、加料和洗涤液分布器及胶带和滤布带纠偏装置组成，其中一条环形的具有凹槽，槽中间有小孔的橡胶带是本设备的关键部件，（图（5）所示为橡胶带的结构图），这一橡胶带要具有一定的厚度以满足支承滤布，提供滤液，洗液流动空间和气—液二相混合物的流动水力条件，又必须具有一定的抗拉强度和耐曲折性，耐物料的腐蚀性，但是在上世纪七十所代以前，由于橡胶工业技术水平的限止，无法低价和大量的生产出满足上述条件的大型胶带，所以橡胶带滤机只能应用于过滤面积不大，或对操作真空度要求不高的场合。

图（4）固定室带式真空过滤机工作原理图

图（5）橡胶滤事陪面图

图（6）固定盘式水平真空袋滤机

        在这样的条件下，为了满足水平真空带式过滤机的应用，Pannevis公司推出了移动盘式水平真空带滤机，图（6）所示为这种设备的工作原理图，从图可见，它采用了用金属材料制造的滤盘代替了橡胶带，但是由于金属滤盘不可能连续循环移动，所以采用了一套气控装置来控制滤盘的移动，当真空滤盘与滤布带一起向前移动时，滤盘与真空系统相通，滤带上的料浆在真空推动力作用下，液体经过滤饼、滤布、滤盘排出，洗涤区的洗涤液经过滤饼、滤布、滤盘排出，而对滤饼进行置换洗涤。

当滤盘移动到极限位置时，在气控系统作用下，滤盘与真空系统切断，与大气接通，滤盘在返回气缸拉动下迅速返回起点，并再与真空系统接通，又在滤布驱动下向前移动，进入下一个过滤、滤饼洗的工作循环，如此往复不断，实现过滤、滤饼洗涤、吸干、卸除滤饼的过程，这种形式的水平真空带滤机，虽然是一个连续操作的设备，但其中有相当一段时间为非工作阶段，所以它的生产强度与橡胶带滤机相比较低，但是它采用了金属滤盘，可以用于多种对橡胶有腐蚀作用的溶剂和强碱的过程。

       与移动盘水平真空带滤机发展的同时，德国BHS公司开发了一种固定盘式水平真空带滤机，图示了这种过滤机的工作原理，其工作过程与移动盘相似，只是它在真空抽滤时，滤盘和滤布均不移动，经过一个工作阶段后，滤盘与真空系统切断而与大气相通，此时滤布带在驱动辊和往复气缸作用下，向前移动一个行程，然后再使滤盘与大气切断而与真空系统接通，如此不断循环而来实现滤布带着滤饼经过过滤区、滤饼洗涤区、吸干区、滤饼卸除的工作循环，这种过滤机的优点是由于滤盘不移动，它可以使用多种工程塑料或金属制成，能用于多种具有高腐蚀性的物料。

       此外Dorr-oliver公司为了不使用橡胶带而使过滤机能真正连续工作，又开发一种连续移动盘水平真空带式过滤机。

图（7）所示这种过滤机与橡胶带式水平真空带式过滤机一样实现了完全连续操作，而且可以用多种材料来制造滤盘而满足不同的物料和使用要求，但是由于它的造价过高而目前已不生产。

图（7）FL系列连续移动盘带式真空过滤机结构图

        我国的水平真空带式过滤机最早在上世纪五十年代开展过橡胶带式水平真空带滤机的研制工作，但是由于橡胶技术的困难而中断，到上世纪七十年代末开始研制移动盘式水平真空带滤机，上世纪八十代开始研制固定盘式水平真空带式过滤机，与此同时，随着橡胶工业技术的提高又积极开展了橡胶带式水平真空过滤机的研制工作并取得成功。

       国际上，从上世纪六十年代开始，工业生产规模迅速扩大，大型的采矿、选矿、有色冶金、磷肥工业的发展，要求有一种可大型化的可实现上加料，滤饼多级洗涤，固体通过量大的真空过滤机，而此时橡胶带式水平真空过滤机由于橡胶带的原因尚无法满足上述要求，故水平真空翻盘式过滤机和转台式过滤机应运而生，图（8）、（9）所示为这二种形式的过滤机，它们在大型的选矿、磷酸盐工业、有色冶金工业得到了广泛的应用，但是随着上世纪七十年代橡胶工业技术水平和制造能力的提高，制造宽达4米，长达数十米的高性能橡胶带已不再是一个困难的问题，橡胶带式水平真空过滤机的操作真空度已可达到0.7～0.8巴水平，与上述二种形式的真空过滤机相比，橡胶带式水平真空过滤机无论从设备的结构，操作的灵活性，设备的造价，设备的维修保养，附加功能的设置等方面，均具有明显的优势，故到上世纪九十年代，橡胶带式过滤机的应用领域不断拓宽，在很多领域大有取代其它多种形式真空过滤机的趋势，我国从本世纪初开始，由于煤电厂脱硫过程大量使用橡胶带式过滤机和在化肥工业、有色冶金、选矿、采矿等行业应用的不断扩展，橡胶带式水平过滤机无论在产量、单机过滤面积和使用领域方面均有快速的发展。

图（8）真空翻盘过滤机

图（9）转台式过滤机工作示意图

图（10）真空选装叶片过滤机

三、水平真空带式过滤机与其它形式过滤机的竞争优势

       前已述水平真空带式过滤机与其它形式的真空过滤机比较有诸多优势。

现以几种常见的过滤机为例，逐一进行分析比较。

       1．真空转鼓过滤机：

图（10）所示为这种设备的结构示意图，最大过滤面积可达100m2，真空转鼓过滤机是应用较早的一种过滤机形式，使用很广泛，但它与水平真空带式过滤机相比较，具有以下缺点：

（1）从图可见，真空转鼓过滤机的过滤面积与洗涤、吸干区面积之比为1:

2，这一点是由它结构形式所决定的，所以它对工艺要求的适应性差，特别当用于不必进行滤饼洗涤而容易抽干的滤饼时，会造成工作区的浪费和大量泄漏真空。

（2）这种形式的过滤机虽然也能进行滤饼洗涤，伸是洗涤水的利用率不如水平真空带滤机高，而且无法实现多级滤饼洗涤。

       （3）真空转鼓过滤机是下加料类型的过滤机，对于固相颗粒径分布宽的物料，颗粒易于在料浆槽发生沉淀而影响过滤机的正常工作，另外由于过滤面为上滤面的形式，过滤时细小粒子首先到达过滤面，使滤饼结构不合理，生产强度低，而且易于引起滤布的阻塞。

       （4）这种形式的过滤机，一般没有专门的滤布洗涤装置（除了辊带卸料的形式），所以滤布的再生效果差，易阻塞，使用寿命短。

       （5）真空转鼓过滤机的真空转鼓，真空分配盘的制造要求高，特别对于大型设备这一点更加突出。

       （6）对于大规格的设备，安装和运输困难。

       它与水平真空带式过滤机相比，单位过滤面积占地小，造价相对较低，但近年来由于橡胶工业的发展，这一点已经不明显了。

       2．真空翻盘过滤机，图（8）所示为这种过滤机的结构示意图，最大过滤面积可达240m2，正如前述它具有了上加料，过滤面水平布置的过滤机所有优点，但是与水平真空带滤机相比具有如下缺点：

（1）设备结构较复杂，特别在腐蚀性物料中使用时，要使用价格昂贵的不锈钢或特殊材料制造，设备造价高。

（2）设备的过滤区、洗涤区、吸干区、滤布洗涤区的分配由真空分配盘的结构决定，所以当设备设计制造完成后，很难在使用现场根据物料特性和工艺要求进行修改。

       （3）由于卸料是采用翻盘的方法，则为了尽可能卸清滤饼，对滤饼厚度有一定要求，一般要求滤饼厚度不小于25mm，从而对这种过滤机的使用围有一定的限止，目前最广泛应用的是磷酸盐工业。

       （4）由于采用翻盘卸料，当设备过滤面积大时，翻盘的冲击力相当大，从而在结构上必须增加缓冲翻盘冲击力的装置。

       （5）设备在翻盘卸滤饼，滤布冲洗，滤盘复位与滤布初吸干区均为非工作区，所以它的过滤面积利用率不如水平真空带式过滤机。

       （6）滤布的再生仅能采用高压水冲洗的方法，所以再生不如水平真空带滤机彻底。

       （7）对于大规格的设备、制造、运输、安装要求较高。

       （8）设备的维修工作量较大，维修较为困难。

       3．真空转台式过滤机，图（9）所示为这种设备的结构简图，它与真空翻盘式过滤机一样，具有了上加料，过滤面水平布置的过滤机所具有的一切优点，也是在水平真空带式过滤机发展过程中的一个竞争机型，但它与水平真空带式过滤机相比具有如下缺点：

（1）当设备大型化时，大直径的转台，转台的平面支承系统制造较为困难，在腐蚀性物料的应用场合，一般均使用不锈钢或特殊材料制造。

故设备造价高。

（2）设备的过滤、滤饼洗涤、吸干、卸滤饼区的分配由真空分配盘的结构设计确定，很难在应用场合进行修改。

       （3）设备采用螺旋输送器卸料，为了防止螺旋工作时对滤布造成的损坏，螺旋卸料器与过滤面之间留有一定的间隙，这一部分滤饼必须用高压水冲掉，所以这种机型无法实现完全干卸滤饼目的，总有一部分滤饼是湿法卸除的，这大大限止了它的应用围。

       （4）滤布的再生仅能用高压水喷嘴冲洗，再生效果受到限止，而且冲洗水耗量大。

       （5）大规格的设备、制造、运输、安装成本高。

       （6）设备的操作维修工作量相对较高。

       4．真空旋转蝶片过滤机，图（11）所示为这种设备的结构示意图。

从图可见它是一种侧向加料的过滤机，它与水平真空带式过滤机相比有以下缺点：

（1）由于过滤面是垂直布置的，所以无法实施滤饼洗涤。

（2）过滤区与吸干区由于其结构确定，基本为1:

2，当滤饼易于吸干且透气性好时，真空耗量大。

       （3）无法实施滤布洗涤再生，滤布易于发生阻塞而影响使用寿命。

图（11）带真空压榨带带式真空过滤机

       与水平真空带式过滤机相比，它具有设备造价低，单位过滤面积占地小等优点，但是由于上述的缺点，已经很大程度上确定了这种设备的应用围较小。

       综上所述可见，由于水平真空带式过滤机，适用于模块化设计，所以它的设计和制造费用低，设备的安装运输出方便，特别到上世纪七十年代以后，由于橡胶工业的发展，解决了大规格、高性能的橡胶带制造技术，而且制造成本不断下降，从而使水平真空带式过滤机在很多场合替代真空转鼓过滤机，真空翻盘过滤机，转台式过滤机成为可能，而且水平真空带式过滤机还具有自身的改型设计方便，可以增加设备以提高其使用性能等优势不断显现，而在上世纪末，本世纪初迎来了一个快速发展的时期。

四、水平真空带式过滤机的应用领域

       水平真空带式过滤机是一种应用非常广泛的真空过滤机，它的主要应用领域为：

（1）选矿：

水平真空带式过滤机常用于采矿尾砂的脱水和回填过程，如法国、美国、加拿大、南非、奥地利、澳大利亚等国家使用该设备，常见的能力为0.86～1.1T/m2·h，滤饼含水率为20～22%，国在这方面的应用也逐渐增多，如金川的全尾砂脱水工艺中采用DU32/1800（过滤面积30m2）的水平真空带滤机，生产能力为670kg/m2·h，滤饼含水率可达22～25%。

       用于磷矿石选矿处理经水力旋流器浓缩后的料浆，滤饼含水率可达16%。

       其它传统上使用真空转鼓过滤机脱水的过程，如铜矿和镍矿的精选，铁精矿的脱水，铜精矿的脱水也可采用水平带式过滤机来实现。

       2．湿法有色冶金过程，如氧化铝生产中的Al（OH）3过滤与洗涤过程，锌冶炼中的锌焙砂热浸出中的底流料浆的过滤，氧化锑的生产过程等均已有成功应用的经验，此外，钴的提取、镍的提取、稀土元素、黄金提取、五氧化钒的生产过程中均有多个工段要用到水平真空带式过滤机。

       3．生物制品，生物制品的生产过程中，发酵液的固—液分离，精制过程中物料的分离由于对液饼的纯度或滤液的回收率方面均有较高的要求，所以水平真空带滤机已被大量的使用，最典型的一个例子是柠檬酸的生产过程，发酵液的过滤，柠檬酸钙和柠檬酸与硫酸钙的过滤，洗涤过程均已采用水平真空带式过滤机。

       4．制药工业：

生物制药过程的发酵液分离和原药的制取过程也常采用水平真空带式过滤机。

       5．化学工业：

化工学工业也是使用过滤机很多的领域，水平真空带式过滤机在重铬酸钾、碳酸钡、碳酸钙、碳酸钽等的无机盐工业中使用，也在有机染料、颜料、塑料和橡胶助剂生产中应用。

       6．化肥工业，水平真空带式过滤机最早在化肥工业中的应用是磷酸和磷酸盐的生产过程，近年来我国大型钾肥厂的建设中，也大量采用水平真空带式过滤机，如的硫酸钾生产项目，一次使用了过滤面积为70m2的水平真空带滤机数十台，此外，海拉尔木钾肥生产项目也大量使用大规格的水平真空带式过滤机。

       7．环保领域：

水平真空带式过滤机可用于多种工业生产中产生的废水，或废水处理后的固液二相悬浮物的分离，目前最典型的应用是煤电厂烟气脱硫过程中采用碳酸钙湿法脱硫流程中所产生的硫酸钙与水的分离基本上均采用水平真空带式过滤机来进行脱水与滤饼洗涤，其典型的参数是生产能力为850～1100kg（干）/m2·h，滤饼的含水率为8～11%。

五、水平真空带式过滤机的发展方向

       由前述可见，由于水平真空带式过滤机与其它多种型式的真空过滤机相比具有明显的优点，所以其使用领域不断扩大，为了适应不同的应用领域中的各种各样的使用要求，水平真空带式过滤机也在不断地发展与改型设计，其主要方向是：

       1．设备大型化，由于目前工业化规模的不断扩大，以及它在采矿、湿法冶金、化肥工业等新的领域应用的拓展其单台设备的过滤面积也不断增大，目前已生产宽为4m，长度为30m，有效过滤面积为120m2的橡胶带式水平真空过滤机。

       2．多功能化：

由于很多使用领域对滤饼的含湿率、滤饼的洗涤有严格的要求，所以出现了带有挤压辊或挤压板的水平真空带式过滤机，图（12）有时为了满足滤饼的含水率的要求，还增加了热风或其它加热形式的辅助装置，为了提高滤饼的洗涤效率，也有将滤饼浸泡和再浆洗涤过程在一台设备上的设计，此外有时也将快速的离子交换过程与过滤、滤饼洗涤、吸干在一台设备上完成的设计。

       3．全密闭的设计：

当使用于易挥发，有机溶剂、有毒、易燃、易爆的物料的过滤时，常常采用全密闭的设计，图（13）所示分别为Pannevis公司和德国BHS公司的全密闭水平真空带式过滤机，此外为了提高设备的生产强度，Larox公司也提出了将设备置于一个加压容器以提高过滤压差和设计。

       4．模块的设计：

前已提及，由于水平真空带式过滤机的机型是一个狭长的机体，它极易采用模块化设计，这样可以按工艺要求与生产能力的大小，增加或减少中间段的数量，这为设计、制造、设备的运输、安装带来了很大的方便，同时有利于降低设备的制造与安装成本，便于使用与维修。

       5．自动化：

为了适应大规模自动化集中控制的生产过程，设备的自动化程度也在不断提高，如利用滤饼厚度等参数自动调节过滤机滤带速度，滤饼洗涤水量与加料量的联动，设备开停车过程的联动以及非正常过程的报警和联锁的采用，在很大程度上提高了设备的自动化程度。

       6．节能：

众所周知，真空过滤机的最大能耗在于真空泵的耗能，而真空抽气量的消耗主要在滤饼抽干段，由于滤饼含湿率主要与滤饼过的气体量有关，所以为了节省滤饼抽干的能耗，而又不降低滤饼含湿率指标，在抽干区另设低真空度大抽气量的抽气设备，以节省能耗。

       7．操作参数的优化，为了提高水平真空带式过滤机的操作性能，提高设备的生产效率，国外不少学者对于过滤过程的优化，多级滤饼洗涤过程的优化，滤饼脱水过程与抽之量及真空度等的关系均做了不少工作，并在操作过程中得到应用。

如：

对于易过滤、易沉降的物料，采用初始过滤区不抽真空或降低真空度的方法来提高滤饼厚度的一致性和滤液的澄清度，滤饼洗涤中采用多级逆流洗涤的方法来提高洗液的浓度以减少洗液浓缩的能耗和节省洗涤水用量，在滤饼吸干区采用低真空、大气量的操作方法。

       8．其它的改进，对于大型设备，为了使真空分布均匀便于设备的维修，有将真空室置于设备二侧的设计（见图（14）所示），为降低滤饼含水率，在卸滤饼区前增加了二~三对挤压辊，和另外增设挤压带的设计（见图（15）所示）。

图（12）机械压饼装置

图（13）气体密闭带式真空过滤机

图（14）真空室在二侧布置的设计

图（15）压榨带装置工作原理示意图