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(dāng)今各個(gè)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(xué)技術(shù).其技術(shù)水平的高低、設(shè)備質(zhì)量的優(yōu)劣、操作水平的合理科學(xué),以及能耗的高低是保證工業(yè)生產(chǎn)過程現(xiàn)代化、實(shí)現(xiàn)工藝過程的先進(jìn)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(hù)、提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益的重要保證. 隨著科學(xué)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(hù)等問題將更受到重視,生物化工,新型材料,精細(xì)化工等高技術(shù)領(lǐng)域的迅速發(fā)展,要求過濾與分離設(shè)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(duì)充分利用資源,實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有重要意義,壓榨過濾技術(shù)因此而受到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾? 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(fù)相流體通過多孔介質(zhì)的流動(dòng)過程,既受宏觀流體力學(xué)因素影響,也受微觀物理化學(xué)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(xué)語言準(zhǔn)確地描述過濾和壓榨過程,根據(jù)物料

3、的特性去計(jì)算濾餅的特性,預(yù)測(cè)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(duì)實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)依賴性很強(qiáng)的技術(shù). 本課題旨在進(jìn)行試驗(yàn)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(dǎo)了直角坐標(biāo)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(dá)式.根據(jù)濾餅壓榨機(jī)理推導(dǎo)出了更切實(shí)際的濾餅壓榨系數(shù)的計(jì)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(dǎo)出二維壓榨過濾方程和一維

4、壓榨過濾方程.并通過實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了理論過濾比和實(shí)驗(yàn)過濾比、理論壓榨比和實(shí)驗(yàn)壓榨比的差異.理論值與實(shí)驗(yàn)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(duì)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(zhǔn)數(shù)模型,用試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸,求出可全面地描述壓榨過濾過程的準(zhǔn)數(shù)方程的方法. ○建立了加壓過濾實(shí)驗(yàn)裝置和壓榨過濾實(shí)驗(yàn)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(cè)定物料的基本

5、物性參數(shù)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了濾餅中低壓條件下的加壓過濾試驗(yàn)研究,在實(shí)驗(yàn)室加壓試驗(yàn)裝置上模擬過濾過程,進(jìn)行不同壓力下的過濾試驗(yàn),獲得過濾比阻、壓縮指數(shù)、過濾比等重要參數(shù).進(jìn)行了濾餅中低壓條件下的壓榨過濾試驗(yàn)研究,在實(shí)驗(yàn)室壓榨實(shí)驗(yàn)裝置上模擬壓榨過程,進(jìn)行了過濾壓榨的適宜操作條件試驗(yàn).根據(jù)相同壓榨壓力下不同起始?jí)赫c(diǎn)試驗(yàn)和過濾壓力和壓榨壓力相同時(shí)和不相同時(shí)的試驗(yàn),證明不同起始?jí)赫c(diǎn)對(duì)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(yàn)

6、方法.試驗(yàn)表明,對(duì)于15﹪(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硅藻土高嶺土混合懸浮液,當(dāng)加壓過濾得到其理論濾液量的72﹪左右時(shí)開始?jí)赫樽罴?而對(duì)于15﹪(質(zhì)量分?jǐn)?shù))硅藻土粘土混合懸浮液,壓力為0.25MPa時(shí)當(dāng)加壓過濾得到其理論濾液量的75﹪左右時(shí)開始?jí)赫樽罴? ○系統(tǒng)地采用了對(duì)濾餅分層切片和環(huán)境掃描電鏡測(cè)定濾餅孔隙率的方法,對(duì)濾餅層內(nèi)的孔隙率進(jìn)行測(cè)定,以研究濾餅的微觀結(jié)構(gòu),探索采用先進(jìn)測(cè)試手段對(duì)濾餅微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究的可能性.分層測(cè)定了不同過濾

7、壓力和不同壓榨壓力下,過濾終了時(shí)和壓榨全過程中的濾餅孔隙率以及不同壓榨起始點(diǎn)進(jìn)行壓榨時(shí)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(yàn)獲得的計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較. ○通過工業(yè)性試驗(yàn)與測(cè)定,證明了本研究提出的在工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)尋求最適宜壓榨過濾的試驗(yàn)方法的可操作性.工業(yè)性試驗(yàn)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(shí)間,提高生產(chǎn)效率,降低濾餅含水率和濾