濾餅微觀結(jié)構(gòu)與壓榨過濾理論的研究.pdf

1、過濾與分離是當今各個工業(yè)領(lǐng)域與新發(fā)展的科技領(lǐng)域中不可或缺的科學技術(shù).其技術(shù)水平的高低、設備質(zhì)量的優(yōu)劣、操作水平的合理科學,以及能耗的高低是保證工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)代化、實現(xiàn)工藝過程的先進性和可靠性、提高制品質(zhì)量和品位和降低能耗、環(huán)境保護、提高經(jīng)濟和社會效益的重要保證. 隨著科學技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展,節(jié)約能源、資源開發(fā)、生態(tài)農(nóng)業(yè),環(huán)境保護等問題將更受到重視,生物化工,新型材料,精細化工等高技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展,要求過濾與分離設備不僅處理量

2、要大,并且具有壓榨功能,使得脫水(液)更多、更干,這樣可為后續(xù)干燥過程節(jié)約大量能源甚至省去后續(xù)干燥過程.這對充分利用資源,實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟具有重要意義,壓榨過濾技術(shù)因此而受到人們越來越多的重視. 但是無論是常規(guī)的加壓過濾還是壓榨過濾,由于固液兩相的過濾屬于復相流體通過多孔介質(zhì)的流動過程,既受宏觀流體力學因素影響,也受微觀物理化學因素的影響,所以雖然人們做了很多努力,但直到今天,人們?nèi)匀粺o法用數(shù)學語言準確地描述過濾和壓榨過程,根據(jù)物料

3、的特性去計算濾餅的特性,預測和描述濾液所含物料的數(shù)量、大小及其分布.就目前而論,過濾操作還是一門對實踐和經(jīng)驗依賴性很強的技術(shù). 本課題旨在進行試驗室條件下的濾餅微觀結(jié)構(gòu)和壓榨過濾理論的研究.完成了如下工作: ○推導了直角坐標系下的三維壓榨過濾理論模型和方程.解得了孔隙壓力<'u>的表達式.根據(jù)濾餅壓榨機理推導出了更切實際的濾餅壓榨系數(shù)的計算方法及公式.在三維壓榨過濾方程解的基礎(chǔ)上,經(jīng)簡化,逐步推導出二維壓榨過濾方程和一維

4、壓榨過濾方程.并通過實驗,驗證了理論過濾比和實驗過濾比、理論壓榨比和實驗壓榨比的差異.理論值與實驗值的誤差都在20﹪左右. ○分析了懸浮液物性參數(shù)、濾餅結(jié)構(gòu)參數(shù)和操作條件參數(shù)對壓榨過程的影響,提出了通過建立一維恒壓壓榨下的壓榨過濾準數(shù)模型,用試驗數(shù)據(jù)進行多元線性回歸,求出可全面地描述壓榨過濾過程的準數(shù)方程的方法. ○建立了加壓過濾實驗裝置和壓榨過濾實驗裝置系統(tǒng),選擇具有代表性的5種具有不同可壓縮性的物料,在測定物料的基本

5、物性參數(shù)的基礎(chǔ)上,進行了濾餅中低壓條件下的加壓過濾試驗研究,在實驗室加壓試驗裝置上模擬過濾過程,進行不同壓力下的過濾試驗,獲得過濾比阻、壓縮指數(shù)、過濾比等重要參數(shù).進行了濾餅中低壓條件下的壓榨過濾試驗研究,在實驗室壓榨實驗裝置上模擬壓榨過程,進行了過濾壓榨的適宜操作條件試驗.根據(jù)相同壓榨壓力下不同起始壓榨點試驗和過濾壓力和壓榨壓力相同時和不相同時的試驗,證明不同起始壓榨點對壓榨過濾有較大的影響,提出了一種尋求最適宜壓榨過濾操作條件的試驗

6、方法.試驗表明,對于15﹪(質(zhì)量分數(shù))硅藻土高嶺土混合懸浮液,當加壓過濾得到其理論濾液量的72﹪左右時開始壓榨為最佳;而對于15﹪(質(zhì)量分數(shù))硅藻土粘土混合懸浮液,壓力為0.25MPa時當加壓過濾得到其理論濾液量的75﹪左右時開始壓榨為最佳. ○系統(tǒng)地采用了對濾餅分層切片和環(huán)境掃描電鏡測定濾餅孔隙率的方法,對濾餅層內(nèi)的孔隙率進行測定,以研究濾餅的微觀結(jié)構(gòu),探索采用先進測試手段對濾餅微觀結(jié)構(gòu)進行分析研究的可能性.分層測定了不同過濾

7、壓力和不同壓榨壓力下,過濾終了時和壓榨全過程中的濾餅孔隙率以及不同壓榨起始點進行壓榨時的濾餅孔隙率,從而深入了解了過濾過程、壓榨過程和不同壓榨周期中濾餅的內(nèi)部結(jié)構(gòu).并與傳統(tǒng)的根據(jù)加壓試驗獲得的計算數(shù)據(jù)進行了比較. ○通過工業(yè)性試驗與測定,證明了本研究提出的在工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場尋求最適宜壓榨過濾的試驗方法的可操作性.工業(yè)性試驗證明,和常規(guī)過濾方法相比,采用本研究提出的提前壓榨技術(shù),可以縮短工藝處理時間,提高生產(chǎn)效率,降低濾餅含水率和濾