CN203862419U - 一种细粒物料离心过滤脱水装置 - Google Patents

Abstract

一种细粒物料离心过滤脱水装置，包括机架、机壳、电机、转鼓、调速器，电机的主轴穿过机壳底部与转鼓相连，主轴穿过机壳处设有密封组件；机壳上部设有机壳上盖，下部设有排液口，转鼓侧壁上开有若干滤液孔，内壁上附着有过滤介质；转鼓的上部设有转鼓上盖，机壳上设有穿过机壳上盖、转鼓上盖进入转鼓内的入料管，进入转鼓上盖入口处设有机械密封组件，入料管上分别经管路连接有悬浮液入料系统和气体入料系统，各管路上分别设有流量控制阀门。将加压过滤与离心过滤协同，利用离心力加快过滤速率，利用压缩空气加快脱液速率，以此强化离心过滤机的脱水过程，提高了固液分离效率，降低了离心过滤滤饼中的残留水分，改善了细粒物料的离心脱水效果。

Description

一种细粒物料离心过滤脱水装置

技术领域

本实用新型涉及固液分离技术领域，特别是涉及一种细粒物料离心过滤脱水装置。

背景技术

离心过滤机广泛应用于食品、医药、化工、石油、冶金、煤炭等行业。在煤炭、金属矿物及非金属矿物的加工领域，采用固—固分离的方法，如筛分、磁选、电选、空气重介质分选等，可将有用矿物从其它矿物中分离出来。然而，矿物分选加工通常在水介质中进行，洗选过程不可避免地增加产品的水分，而产品的水分对其运输、加工、利用等方面存在诸多不利影响，从节约资源、高效利用能源的角度出发，选后产品脱水是矿物湿法洗选加工过程中必不可少的环节。在选煤厂中，较粗颗粒物料通常采用过滤式离心机脱水，细粒物料选用沉降式或沉降过滤式离心脱水机脱水。与传统真空过滤机相比，沉降过滤式离心脱水机获得的产品水分更低，这在一定程度上与微细粒物料损失于滤液中有关。通常，细粒物料的比表面积更大，物料的水分随颗粒粒度的减小而升高。因而，脱除物料中的微细颗粒可以作为降低产品水分的一种措施，但是该方法会增大滤液中的固体含量，降低固体回收率。

离心过滤脱水包括过滤阶段与脱液阶段。悬浮液进入离心过滤机后，固体颗粒与液体介质在离心力的作用下朝滤网运动，大于筛孔的固体颗粒最先沉降至筛网表面形成滤饼层，密度较轻的液体在滤饼层表面形成水层。随着过滤时间的推移，液体穿过滤饼层的颗粒间隙及筛孔成为滤液；小于筛网孔隙的颗粒，一部分在液体带动下穿过颗粒间隙和筛孔进入滤液，另一部分则被滤层的孔隙结构拦截而留在滤饼中。脱除滤饼表层水的这一过程成为过滤阶段。过滤过程完成的同时，滤饼的孔隙结构由于毛细作用会充满液体，脱除滤饼毛细管水的过程称为脱液阶段。在物料的离心脱水过程中，控制脱液速率是控制滤饼最终水分的关键。

滤饼的脱液速率可以由达西公式预测：

$Q=\frac{\mathrm{K\ΔPA}}{\mathrm{\μL}}---\left(1\right)$

其中，Q表示液体流动速率，K表示滤饼的渗透率，ΔP表示滤饼两侧的压力差，A表示过滤面积，μ表示液体的动力粘度，L表示滤饼的厚度。过滤过程中，滤饼两侧的压力差可用下列关系式表示：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ω}}^2(r_b^2-r_0^2)---\left(2\right)$

其中，ρ表示液体的密度，ω表示角速度，r₀与r_b分别表示自由水层靠近轴线的内表面、滤饼靠近轴线的内表面到离心机旋转轴线的距离。由公式(1)与公式(2)可以得到公式(3)：

$Q=\frac{\mathrm{KA\ρ}{\mathrm{\ω}}^2(r_b-r_0)(r_b+r_0)}{2\mathrm{\μL}}---\left(3\right)$

由公式(3)可以看出，过滤速度与自由水层的厚度(r_b-r₀)及角速度的平方正相关。

由公式(2)可以看出，当滤饼表面的自由水层被脱除后，即r_b＝r₀时，ΔP为零。随着滤饼中水层的进一步减少，即r₀>r_b时，滤饼内部的压力小于周围环境的压力，这正如Zeitsch模型所述。Zeitsch模型计算表明，滤饼内部压力会产生负面影响，且这种负面影响会随着滤饼厚度的增加持续变强。

离心过滤的脱液阶段，在滤饼两侧无正压差的条件下，离心机通过高速旋转可获得强大的离心力，当离心力大于毛细管阻力、负压阻力、流动曳力的合力时，滤饼仍然可以脱除水分，但需要消耗大量的电能及较高的维修费用才能获得较低的滤饼水分，这种脱液方式会产生高能耗及高维修成本的问题。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是为了克服现有技术中的不足，提供了一种过滤速度快、滤饼水分低、设备能耗及维修费用低的细粒物料离心过滤脱水装置。

技术方案：本实用新型的细粒物料离心过滤脱水装置，包括机架、设在机架上部的机壳和机架下部的电机，机壳内设有转鼓，电机上连有调速器，电机的主轴穿过机壳底部与转鼓相连，主轴穿过机壳处设有密封组件；所述的机壳上部设有机壳上盖，下部设有排液口，所述的转鼓侧壁上开有若干滤液孔，内壁上附着有过滤介质；转鼓的上部设有转鼓上盖，机壳上设有穿过机壳上盖、转鼓上盖进入转鼓内的入料管，进入转鼓上盖入口处设有机械密封组件，入料管上分别经管路连接有悬浮液入料系统和气体入料系统，各管路上分别设有流量控制阀门。

所述的悬浮液入料系统包括入料泵、搅拌桶、单向止回阀、调速器，其中调速器连接入料泵，入料泵的入料管与搅拌桶底部相连，入料泵的出料管上装有单向止回阀，入料泵的出料管道末端连接于入料管上。

所述的气体入料系统包括与入料管相连的空压机、依次连接在空压机出气管道上的气体流量计、压力表、单向止回阀。

有益效果：由于离心过滤设备具有离心强度大、离心因数可调的特点，压缩空气具有压力范围广的优势。本实用新型采用加压设备为离心过滤机提供压缩空气，可以提高过滤室的内部压力，增大离心过滤滤饼层两侧的压力差，提高过滤驱动力，加快液体脱除速率。主要优点有：

1.本实用新型将加压过滤与离心过滤协同，利用离心力加快过滤速率，利用压缩空气加快脱液速率，以此强化离心过滤机的脱水过程，提高了固液分离效率，同时降低了离心过滤滤饼中的残留水分，改善了细粒物料的离心脱水效果；

2.本实用新型采用压缩空气提高离心过滤机过滤转鼓的内部压力，利用达西公式中脱水速率随压差增大而变快的关系，通过增大滤饼两侧的压力差，增强过滤驱动力，强化脱水过程。在脱水过程中，气体入料系统将压缩空气引入离心过滤机，通过压缩空气增加过滤转鼓的内部压力，增大滤饼两侧的压力差，提高过滤驱动力，加快过滤速率与脱液速率。试验发现，与提高过滤速率相比，压缩空气对提高脱液速率的作用更为明显；

3.相关研究表明，滤饼的内部压力会根据滤饼的厚度及离心角速度降低至零或负值，将压缩空气引入离心机过滤转鼓的内部后，会在滤饼两侧产生正压差，这种压差能够加快液体流动速率、减小物料的饱和度，同时空气穿流作用也会带走一部分水，进一步降低滤饼的残余水分。对于极难脱水的细粒物料，所述的细粒物料离心过滤装置与助滤剂相配合，通过添加助滤剂提高固体颗粒的疏水性，降低滤饼层的毛细管压力，加快脱液速率；

4.本实用新型增大滤饼两侧的压力差对提高脱离心过滤液阶段的脱水速率极其有利，而空气穿流也会携带滤饼层孔隙中的部分水，降低滤饼的含水量。与现有技术相比，有效提高了离心机的过滤效率、降低滤饼的残余水分、改善离心过滤机的脱水效果，其结构简单，操作方便，过滤速度快，滤饼水分低，设备能耗低，维修费用少，具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本实用新型的细粒物料离心过滤脱水装置的结构示意图。

图中：1—机架，2—机壳，3—螺栓，4—密封圈，5—机壳上盖，6—密封组件，7—电机主轴，8—电机，9—调速器，10—螺栓，11—密封圈，12—转鼓，13—螺栓，14—密封圈，15—转鼓上盖，16—滤液孔，17—过滤介质，18—机械密封组件，19—螺栓，20—入料管，21—悬浮液入料系统，22—气体入料系统，23—排液口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的一个实施例作进一步描述：

本实用新型的细粒物料离心过滤脱水装置，主要由机架1、机壳2、转鼓12、电机8、调速器9构成。机壳2设在机架1的上部，电机8设在机架1的下部，机壳2内设有转鼓12，电机8上连有调速器9，电机8的主轴7穿过机壳2底部与转鼓12相连，主轴7穿过机壳2处设有密封组件6；所述的机壳2上部设有机壳上盖5，下部设有排液口23，机壳上盖5通过螺栓3、密封圈4与机壳2连接，所述的转鼓12侧壁上开有若干滤液孔16，内壁上附着有过滤介质17；转鼓12的上部设有转鼓上盖15，机壳2上设有穿过机壳上盖5、转鼓上盖15进入转鼓12内的入料管20，入料管20固定在机壳上盖5的中心处，进入转鼓上盖15入口处设有机械密封组件18，入料管20上分别经管路连接有悬浮液入料系统21和气体入料系统22，悬浮液入料系统21与气体入料系统22连接在入料管20上部，悬浮液入料系统21与气体入料系统22连接在入料管20上部，入料管20下部穿过转鼓上盖15的中心，转鼓上盖15与入料管20之间设置机械密封机构18，机械密封组件18通过螺栓固定在转鼓上盖15上，转鼓上盖15通过螺栓13、密封圈14固定在转鼓12上端面，转鼓12通过螺栓10、垫圈11固定于电机8的主轴7上端面，转鼓12侧壁开有滤液孔16，过滤介质17附着在转鼓12的内壁上；各管路上分别设有流量控制阀门。

所述的悬浮液入料系统21包括入料泵、搅拌桶、单向止回阀、调速器，其中调速器连接入料泵，入料泵的入料管与搅拌桶底部相连，入料泵的出料管上装有单向止回阀，入料泵的出料管道末端连接于入料管20上；悬浮液入料系统利用搅拌桶调浆确保悬浮液稳定，并采用有压或无压的方式间断或连续地将悬浮液送入离心机过滤室。

所述的气体入料系统22包括与入料管20相连的空压机、依次连接在空压机出气管道上的气体流量计、压力表、单向止回阀。所述的气体入料系统，可产生脉冲式、间断式或连续地压缩空气，并将一定体积和一定压力的压缩空气送入离心机过滤室。

工作原理：利用气体入料系统将压缩空气引入过滤转鼓内，沿滤饼层的厚度方向产生梯度变化的压力，离心过滤与加压过滤协同作用，直至滤饼水分降至最低。在离心脱水过程中引入压缩空气，可有效增大滤饼层两侧的压力差，增加过滤驱动力，加快液体脱除速率，达到提高离心过滤机的过滤效率，降低滤饼中的残留水分，改善细粒物料的离心脱水效果的目的。工作时，固液混合物通过悬浮液入料系统从入料管进入离心机过滤转鼓，旋转过滤转鼓，并通过调速器调节离心机转鼓的转速，混合物中的固颗粒与液体介质由于旋转而获得离心力，固体物料在过滤介质的截留作用下而形成滤饼，液体透过滤饼从滤液孔排出，直至转鼓内基本无液体介质。

Claims (3)

1.一种细粒物料离心过滤脱水装置，其特征在于：它包括机架(1)、设在机架(1)上部的机壳(2)和机架(1)下部的电机(8)，机壳(2)内设有转鼓(12)，电机(8)上连有调速器(9)，电机(8)的主轴(7)穿过机壳(2)底部与转鼓(12)相连，主轴(7)穿过机壳(2)处设有密封组件(6)；所述的机壳(2)上部设有机壳上盖(5)，下部设有排液口(23)，所述的转鼓(12)侧壁上开有若干滤液孔(16)，内壁上附着有过滤介质(17)；转鼓(12)的上部设有转鼓上盖(15)，机壳(2)上设有穿过机壳上盖(5)、转鼓上盖(15)进入转鼓(12)内的入料管(20)，进入转鼓上盖(15)入口处设有机械密封组件(18)，入料管(20)上分别经管路连接有悬浮液入料系统(21)和气体入料系统(22)，各管路上分别设有流量控制阀门。

2.根据权利要求1所述的细粒物料离心过滤脱水装置，其特征在于：所述的悬浮液入料系统(21)包括入料泵、搅拌桶、单向止回阀、调速器，其中调速器连接入料泵，入料泵的入料管与搅拌桶底部相连，入料泵的出料管上装有单向止回阀，入料泵的出料管道末端连接于入料管(20)上。

3.根据权利要求1所述的细粒物料离心过滤脱水装置，其特征在于：所述的气体入料系统(22)包括与入料管(20)相连的空压机、依次连接在空压机出气管道上的气体流量计、压力表、单向止回阀。