從真空帶濾機結構特性分析其應用優勢

丁超然

(江蘇井神鹽化股份有限公司 淮安堿廠,江蘇 淮安 223200)

專論與綜述

從真空帶濾機結構特性分析其應用優勢

丁超然

(江蘇井神鹽化股份有限公司 淮安堿廠,江蘇 淮安 223200)

根據與國外帶濾機制造商技術交流所掌握的帶濾機的信息,介紹并分析了帶濾機的結構與技術性能,以供純堿行業在未來的裝置技術更新時參考。

真空帶濾機;結構特性;應用優勢

在歐洲索爾維純堿廠,水平真空帶濾機已經成為重堿過濾的主要設備。而在中國純堿行業中,真空帶濾機用于重堿過濾還沒有得到廣泛推廣應用。這主要是國內純堿設備制造商對帶濾機結構設計和材質的選用還沒有更多的研究和試驗條件,真空帶濾機的制造技術也存在差距。近年來,隨著與國外帶濾機制造商的技術交流和設備的引進,逐漸對帶濾機有所了解。過濾裝置是純堿生產的關鍵設備。過濾工序的工況優劣,直接影響純堿生產的若干工藝技術指標及消耗定額。因此,如何選用技術成熟、工藝指標優秀的過濾裝置,是純堿生產裝置配置極其重要的環節。

由于純堿生產過程中其物料物化性質的特殊性,傳統的純堿生產過濾裝置一般都采用真空轉鼓過濾機。盡管真空轉鼓過濾機經過幾代的改進,但終不盡如意。業內的工程技術人員致力于開發能夠用于純堿生產的新型過濾裝置以及為真空轉鼓過濾機彌補其工藝缺陷的技術措施。如開發用推料離心機直接分離重堿。盡管推料離心機的分離效率可大大提高分離效果,但其對結晶質量的要求和上下工序的工藝配合條件較為苛刻。目前用于純堿行業的過濾裝置仍然以真空轉鼓過濾機為主要裝置配置。

為改善真空過濾機的性能及彌補其技術不足,在真空轉鼓濾堿機后配置推料離心機,以進一步降低重堿水分并力求取得洗水的分離及得到二次利用。目前此工藝流程在純堿行業中基本得到認可并逐漸得到推廣。但此工藝流程的配置不盡合理,不僅工藝流程相對復雜,且投資的增加也成為各純堿企業較為關注的問題。

而國際上發達國家對純堿生產過濾裝置的改進在本世紀初基本得以完成。如索爾維歐洲的一些純堿廠,在上世紀末或更早的時間已經用水平帶式真空過濾機替代了真空轉鼓過濾機。2002年,中國純堿協會組織行業技術考察團赴歐洲索爾維部分純堿廠進行技術交流,并對水平真空帶濾機應用進行考察。此后中國純堿協會也致力于推薦使用水平真空帶濾機。

由于中國的純堿廠對真空帶濾機尚不甚了解以及國內制造技術不能滿足技術條件,使此項技術未能在國內堿廠采用。隨著與國外真空帶濾機制造商的技術交流,真空帶濾機逐漸被認識,因此真空帶濾機的配套應用將逐步在國內純堿行業實現。

本文是通過與國外多家帶濾機生產商的技術交流中對真空帶濾機的了解,從帶濾機的結構及使用效果闡述其優勢,以供業內人士參考。

1 真空帶濾機簡介

真空帶濾機其工作原理仍然是利用真空的推動力在過濾介質兩側產生推動力,以分離固液料漿。與真空轉鼓過濾機不同的是,過濾介質的托架是有足夠穿透空氣通道的橡膠皮帶,而且整個過濾過程是在水平運行軌跡上完成的,因此稱為水平真空帶濾機(見圖1)。

圖1 真空帶濾機外觀圖

由于真空帶濾機的干燥區域可隨皮帶的延長而增加干燥停留時間,不受轉鼓周長的限制,因此其干燥時間充分,其分離物的水分指標相對較低。如氨堿法生產工藝的一般結晶質量,經帶濾機過濾后的重堿水分可在15%～16%,較差狀態也可以達到17%左右。

帶濾機的能力取決于過濾面積。與真空轉鼓過濾機不同的是,帶濾機的有效面積相對較大,其中吸堿部分相對較短,且在瞬間完成吸堿,因此其干燥區域相對增加;另外帶濾機的濾布再生過程是在非作業區域內完成,因此不占用過濾作業面積。

圖2為現場的帶濾機示意圖。

圖2 現場的帶濾機

帶濾機的工藝指標如表1:

表1 真空帶濾機工藝指標

真空帶濾機的最大優點是可以將洗水分離并進行二次利用。這可以降低洗滌水的用量,對降低母液當量和后續工序的能耗及再制品平衡至關重要。這是轉鼓過濾機非常難以實現的技術。

2 真空帶濾機結構

真空帶濾機的主要結構分為:機架及驅動裝置、真空管、真空盤、過濾皮帶、濾布、進料布料裝置、濾

餅洗滌裝置、卸料裝置、濾布洗滌裝置、皮帶糾偏裝

置等。

2.1 機架及驅動裝置(見圖3)

圖3 機架及驅動裝置

機架除支撐結構外,還配置皮帶的頭尾輪及驅動裝置。在純堿生產工序中,機架的材質可選用碳鋼防腐和不銹鋼材質。根據國外的使用經驗,采用316不銹鋼材質更適合純堿的生產環境。各生產廠商采用不同的機架連接方式,或全螺栓連接或焊接。螺栓連接形式利于檢修和校正;焊接連接使得機架的穩定性更好,一旦調試合格后,更利于真空裝置的長周期運行。無論哪種連接方式,都是現場安裝施工,關鍵是現場的安裝質量和調試水平。

國外制造商給中國客戶的帶濾機機架,往往是在國內生產,包括材料的選用。但也有國外制造廠商是在原產地制造的。因此材料的內在質量還是有一定差異的,這也是選購帶濾機時比質比價的內容之一。

驅動裝置包含驅動電機、變速箱及皮帶輪。生產廠商一般都配置變頻電機及變頻裝置,以滿足帶速的調節。變速箱為滾筒式變速箱(見圖4),這使得驅動裝置結構更緊湊,且利于防水、防潮。50 m2帶濾機配置的電機功率為37～75 kW不等,這與各制造廠的配置有關。因此在選用帶濾機時,從節能角度考慮,在滿足過濾能力的前提下,應盡量選用功率消耗更低的品牌。

變速箱的質量是帶濾機長周期運行的保證。因此國外的制造商均配置名牌減速機,如BREVINI (布雷維尼)品牌。但有制造廠商為降低成本,機架及驅動裝置部分采用國內制造和配置,電機和變速箱的配置應予以重視。

圖4 滾筒式變速箱

皮帶輪是應引起足夠重視的部件。關鍵是皮帶輪的直徑。各制造廠商的皮帶輪的直徑不一,如50 m2帶濾機的皮帶輪直徑從φ1 000到φ1 300。不同的直徑的皮帶輪,與其造價有關系,但大直徑的皮帶輪更利于延長過濾皮帶的壽命和穩定帶濾機的帶速。因此在選用帶濾機時應盡量選用大直徑皮帶輪。

2.2 過濾裝置

過濾部分包括真空盒、支撐及密封盤、過濾皮帶、濾布、耐磨帶。這是真空帶濾機的核心部分。

2.2.1 真空盒(見圖5)

真空盒是連接過濾皮帶和真空系統的關鍵部件。真空盒的制造水平反映了該制造廠商帶濾機的水平。在運行中與運動的皮帶摩擦密封過程中不能有真空的泄漏。因此真空盒要求加工和安裝精細,調試水平很高。在各國外帶濾機的供貨中,真空盒的制造一般都是國外原產地生產,以保證制造質量。因此在選購進口帶濾機時,要特別關注真空盒的生產地。

圖5 真空盒

真空盒的安裝和檢修,各生產制造商均在其結構上采用了一些細節技術。如氣動升降裝置,以方便真空盒的檢查和檢修。如圖6:

圖6 真空盒的氣動升降裝置

沒有安裝氣動升降裝置的真空盒在檢查、檢修時需要人工升降真空盒。因此在選用帶濾機時應關注真空盒升降裝置的配置。

真空盒的密封也是關鍵技術。為防止過濾皮帶運行過程中的真空損失,制造廠商在真空盒的上面安裝超高分子聚乙烯片,即起到真空密封的作用,同時又降低了摩擦系數,對皮帶起到保護作用。

2.2.2 過濾皮帶

過濾皮帶也是核心部件。過濾皮帶的設計和制造都是關鍵技術。其技術含量決定著帶濾機的產能工藝技術指標。過濾皮帶需保證足夠的透氣性、透水性;須保證足夠的強度、硬度和韌性;

皮帶材質為天然橡膠,皮帶分為四層,內襯聚酯編織物加強層(見圖7)。因此皮帶的強度和硬度一般達到邵氏硬度A65。用于純堿生產的不同規格的帶濾機的帶寬不等,一般為2.4～3 m,帶厚各制造廠不等,一般厚度為35～38 mm。皮帶上開有凹槽,凹槽寬度為15～19 mm,凹槽深7～18 mm。凹槽區開有圓孔或方孔排水孔。凹槽及排水孔完全按照出堿液的固液比、出堿當量等參數進行計算設計,以滿足純堿生產的工藝要求。為提高過濾運行過程中在過濾皮帶上的排水效率,有帶濾機制造廠商將皮帶的凹槽設計為傾斜狀,使得過濾排水性能更好。對于寬型皮帶,這種凹槽的設計其效果更加明顯。如圖8:

皮帶接頭為硫化黏接,為保證黏接質量和皮帶的平行度,好的制造商在生產廠內進行硫化黏接。運輸到使用現場的是完整的環形皮帶。也有在帶濾機安裝現場進行硫化黏接的廠家,但黏接的質量和調整條件相對差一些。因此在選用帶濾機皮帶時,應盡量選用在生產廠家完成黏接的整條過濾皮帶。

過濾皮帶邊沿黏接裙邊(見圖9),裙邊的設計、質量也是關鍵技術。有帶濾機生產廠商對裙邊的研究獲得專利技術。裙邊材質區別與主體皮帶材質,是特殊橡膠材料。其特點是柔韌性高、強度高。裙邊的作用主要是擋堰功能,在進料時形成槽型布料區,防止料漿從皮帶邊緣外泄。一般裙邊的高度為120～130 mm。裙邊為易損件,使用壽命取決于裙邊材質和裙邊的結構設計。裙邊的使用壽命一般為1～5 a。裙邊的黏接是在施工現場剩黏接,因此要求較高的黏接技術。

圖9 過濾皮帶黏接裙邊

過濾皮帶底部有一層耐磨帶,其材質為聚丙烯機織物。耐磨帶可有效地保護過濾皮帶的磨損,提高過濾皮帶的使用壽命。耐磨帶的壽命一般為1年。耐磨帶可以拆下更換,只需氣動降低真空盒即可進行拆除更換耐磨帶。

2.2.3 濾布

濾布的材質為聚丙烯或聚酯材料。一般為2層機織編織布。其使用壽命1～2 a。目前與帶濾機配套的濾布均產于歐洲,如德國、瑞典等。濾布與過濾皮帶同步運行。但在洗滌過程,濾布與過濾皮帶分開,用高壓噴頭的洗滌水進行沖洗濾布,以保證濾布的穿透性,使得帶濾機能夠連續運行,無須進行單獨的清洗濾布操作。

濾布清洗完全是自動進行的。因此帶濾機配置了獨立的清洗水泵,清洗水通過噴頭產生的壓力水流對濾布進行沖洗(見圖10)。濾布沖洗水量一般為5～10 m3/h。沖洗水收集后可作為第一道洗水使用。濾布洗滌裝置一般由制造廠商作為輔助裝置配套供應。

圖10 濾布清洗

帶濾機配有自動糾偏裝置及濾布張緊裝置。自動糾偏裝置在傳感器的檢測下進行自動糾偏,以防止濾布運行走偏。濾布張緊裝置是濾布清洗后在即將進行過濾前,對濾布進行平整張緊,以保持濾布的平整。張緊裝置有重力滾張緊(圖11),有氣動控制自動張緊(圖12)。均衡氣動濾布糾偏系統比傳統的壓緊輪或濾布糾偏系統下濾布的使用壽命要長。這些輔助裝置都是帶濾機的細節技術研究成果,甚至是專利或專有技術。進口的帶濾機生產廠商這些技術研究成果,對帶濾機的技術性能和濾布的使用壽命的改善起到了顯著的作用。

2.3 帶濾機進料及洗滌裝置

帶濾機的進料和洗滌對帶濾機的技術性能影響很大。因此各帶濾機制造廠商的進料和洗滌均采用不同的技術。

2.3.1 進料裝置

帶濾機的進料關鍵是要均勻地將料漿分布在較寬的過濾皮帶上。布料不均勻會導致真空度的分配不均勻,洗滌和干燥會受到嚴重的影響。帶濾機的進料裝置關鍵是布料器的設計(圖13)。有順流布料形式和逆流布料形式之分。布料器的卸料方向與皮帶運行方向一致為順流布料,反之為逆流布料。

圖13 帶濾機進料裝置

皮帶裙邊在布料時起到很好的圍堰作用,使得料漿更均勻地在濾布上形成料層(圖14),這對洗滌和干燥是十分重要的。對重堿的過濾,更注重對鹽分的控制,因此堿餅的厚度和均勻程度對鹽分的控制是至關重要的。帶濾機制造廠對進料裝置的技術研究,形成各自專有技術或專利技術,在選取真空帶濾機時應對其予以重視。

圖14 濾布上均勻的料層

2.3.2 洗滌裝置(見圖15)

帶濾機的洗滌方式決定了其技術優勢。帶濾機可分為多級洗滌,一般重堿的洗滌可分為2段或3段洗滌。而各段的洗滌在獨立的真空區域進行,因此洗滌液可獨立分離,并可再循環使用。如末段的洗滌液可返回用作第一段的洗滌用水。這使得洗滌用水量和母液當量大大降低。

由于洗滌水的分離和循環使用,帶濾機需要配置母液和洗滌水分離器,如果是三級洗滌,則需要配置3個氣液分離器及各自的洗滌液泵。帶濾機的制造廠商一般將氣液分離器和洗滌液泵作為帶濾機的輔助設備配套供應,這主要是針對洗滌液的流量要求合理設計。

目前帶濾機生產廠家配置的洗滌灑水大多是堰式灑水槽。也有改為噴頭洗滌方式。兩段堰式灑水槽的洗水當量在鹽分≤0.3%(純堿)時,為≤0.65 t/t堿。噴頭洗滌方式,其洗水當量會進一步降低。但需要對噴頭的選用和分布需要進行必要的研究,以防止重堿鹽分波動和水霧造成的操作環境惡化。

圖15 洗滌裝置

2.4 帶濾機的輔助裝置

用于重堿過濾的帶濾機是根據碳化出堿液的料漿固液比、碳化結晶質量、出堿流量、鹽分、水分等工藝指標選取帶濾機的面積。但帶濾機仍然有一定的操作彈性。其操作彈性取決于帶濾機的帶速和堿餅厚度的控制。正常工況下,進堿量需滿足碳化出堿液的工藝要求。在出堿液流量波動時,需要控制帶濾機的帶速及堿餅厚度,并在允許的工藝指標條件下通過輔助裝置的調節進行操作控制。

2.4.1 超聲波測厚儀

重堿濾餅的厚度對工藝指標的影響是顯著的。尤其是對鹽分和水分的穩定控制,濾餅的厚度尤為重要。因此進口帶濾機都配置了超聲波測厚儀,相對準確地測定濾餅的厚度,并將其信號反饋給DCS控制系統,以完成對堿餅厚度的控制。用于重堿的帶濾機正常的濾餅厚度以3～3.5 cm為宜,超出指標范圍的厚度,可通過帶速的調節調整濾餅厚度,而不是通過控制進料流量控制濾餅厚度。

2.4.2 帶速變頻調節

帶速的調節也是帶濾機操作彈性控制手段之一。帶濾機的驅動電機配置了調頻器,使得帶速可以無級變速調節。帶速調節范圍為4～24m/min,各廠家的產品不盡相同。如此大的帶速調節范圍使得帶濾機的負荷能力和技術指標的操作彈性得以擴展。

2.4.3 壓輥

帶濾機配置了壓輥,其作用主要是平整濾餅,尤其是結晶質量不是太好的時候,濾餅表面出現龜裂時,靠壓輥予以平整,以防止龜裂紋處漏真空,降低真空效率。壓輥的材質為聚氨酯或PVC材料,重量較輕,耐磨且摩擦系數較小。壓輥配有單獨的驅動裝置,電機功率一般為2.2 kW,并配置變頻調速。壓輥的轉速通過變頻調節使壓輥的線速度與過濾皮帶線速度同步,以防止壓輥黏堿。壓輥配有氣囊式壓緊調節裝置,可根據實際生產條件調節壓輥的壓緊狀態,以減少對皮帶濾布的磨損。

2.4.4 卸料裝置(圖16)

帶濾機的卸料裝置有多個部分組成。皮帶尾輪和濾布卸料托輥形成一傾斜卸料面,卸料托輥將原平整的濾餅產生變形對濾餅產生松散作用,以方便濾餅的卸料。

圖16 帶濾機的卸料裝置

帶濾機制造商在卸料區配置了卸料毛刷輥(圖17),對濾布表面殘存的濾渣進行清理,以減少重堿對刮刀的磨損同時提高濾布的再生效果。毛刷滾由單獨的電機驅動,產生不同步的線速度,達到清理的效果。

卸料的末端還配置了卸料刮刀(圖18),以清除吸附在濾布上殘存的濾餅殘渣。刮刀材質一般為聚氨酯等非金屬材料。

圖17 卸料毛刷輥

圖18 卸料末端的刮刀

2.4.5 進料排氣罩(圖19)

帶濾機在進料區域配置了排氣罩,進料過程中曝空釋放出來的氨氣、CO2通過排氣罩排放,避免了對濾過操作環境的影響。排放氣體可通過噴淋回收裝置回收氨,減少濾過的曝空氨損失。洗滌與干燥區域,因處于真空狀態,因此帶排氣罩的帶濾機整個作業環境相對潔凈,更符合清潔生產的要求。

2.4.6 濾液管及氣液分離器

帶濾機在過濾區與干燥區配置了若干濾液管,濾液通過濾液支管匯集到濾液總管,并經氣液分離器分離濾液。濾液管的材質為鋼骨耐壓管。由于濾液的組成不同,濾液在不同的氣液分離器中分離。一級濾液回到母液桶,二級濾液回濾液桶,并通過濾液泵返回到第一級洗滌。因此,帶濾機配置2～3個氣液分離器。在帶濾機選型時,要考慮氣液分離器的占地空間及濾液流程。氣液分離器由供貨廠家作為配套附件提供,根據帶濾機能力由供貨廠商進行設計,其材質為不銹鋼材質(圖21)。

圖19 進料排氣罩

圖20 濾液管

圖21 氣液分離器

2.4.7 帶濾機的操作控制系統

帶濾機的操作控制基本實現了自動調節控制。制造商為帶濾機配置了PLC可編程控制柜,并留有DCS控制系統的信號輸出。帶濾機的操作可實現DCS控制。如濾餅厚度控制、帶速控制、進料量控制、洗水量控制、濾布洗滌、濾布張緊、皮帶糾偏、真空盒升降等操作均可通過DCS進行控制。由于帶濾機的水平安裝及運行,使得鹽分在線檢測有望成功,因此鹽分檢測與自控可在帶濾機得以實現。

3 對帶濾機的總體評價

通過對帶濾機的結構了解,帶濾機用于純堿生產還是具有相當的技術優勢的。其主要技術特點是:

①設備能力相對與真空轉鼓過濾機要大。

②操作彈性也相對較大,適合配置于碳化出堿液生產需要。

③濾液可部分循環再利用,洗水當量小,母液當量減少,有利于節能,并能獲得更低鹽分指標,質量穩定。

④干燥區域相對更大,在薄堿餅作業狀態下,較低的真空度下獲得低水分重堿。但相對于轉鼓過濾機真空當量相對較大。

⑤濾布自動清理,再生效果好,避免了停車、洗車操作,裝置運行周期長。

⑥皮帶的自動糾偏和濾布的自動張緊裝置有利于過濾機的長周期運行。

⑦自動化控制程度高,減少了人工操作強度。

⑧無須配置吹風泵,使得能耗降低。

⑨進料可實現密封罩封閉,作業區環境狀況較好。

⑩氣動升降真空盒使得檢修方便,檢修工作量小。

帶濾機的結構與技術優點,取代真空轉鼓過濾機是一種趨勢。在歐洲索爾維純堿廠,真空帶濾機已經成為重堿過濾的主要裝置。增加對真空帶濾機的了解和認識有利于中國純堿制造設備的更新,更有利于純堿生產工藝技術的提升。隨著帶濾機在純堿行業的應用擴大,也將推動帶濾機的技術改進和升級。我們期盼著國產帶濾機的研究和制造在不久的將來達到國際先進水平。

TQ 114.15

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1005-8370(2010)03-03-08

2010-04-06