一种旋转压滤机的过滤装置 【技术领域】
本发明涉及从液体中分离固相悬浮颗粒的压滤机，特别是涉及一种动态叶轮式旋转压滤机的过滤装置。
背景技术
动态叶轮式旋转压滤机属已有技术，如中国国际专利申请号：94193007.6以及中国实用新型专利号：02257848.X等都作了披露，它们都属于在压力过滤的同时，利用旋转叶轮产生的扫流力，将过滤时被过滤介质所截留的固相颗粒重新混合在残留中，其目的可使过滤效率比普通压滤机提高数倍。但是，专利申请号：94193007.6中一个明显的特点是过滤并未分级处理，因此残液浓缩排出的含固浓度不高，限制其应用的范围。实用新型专利号：02257848.X虽然可以分级过滤并浓缩，但是其过滤元件的结构必然带来轴向尺寸的增加，在相同轴向尺寸的情况下，会导致浓缩的级数和有效过滤面积的减少。此外，由于结构原因，无法采用多种框板结构和多种制作用材，同样限制其应用的范围。
【发明内容】
针对上述情况，本发明的目的在于提供一种结构紧凑，更换方便，组合自由，制作用材可选，制作成本降低，既可适应不同性状的过滤物料又可实现分级过滤和浓缩并能保持无饼层或薄饼层过滤的旋转压滤机用过滤装置。
为解决上述任务，本发明的一种旋转压滤机的过滤装置，包括框板、过滤介质和旋转叶片，其中，框板由设有洗涤孔、滤液孔的环框和中心设有主轴孔且周围布设集液沟槽的盘状滤板芯组成，并于所述框板地一侧或两侧设有过滤介质以及旋转叶片构成过滤单元，在所述过滤单元的前后端设置盖板安装于机架上。
为了使本发明在控制轴向尺寸，保障有效过滤面积和浓缩的级数，适应不同性质、不同状态的过滤物料和采用多种材料混合制造以及扩大应用范围等方面有更好的效果，其进一步的措施有：
环框与盘状滤板芯组成框板的形式至少设有框芯内置式、框芯叠合式、框芯整合式三种，框芯整合式的截面为非对称的“T”形结构，在环框的端面设有密封环，其外部设有活动支承，盘状滤板芯的外圆柱面上设有均布的多个与圆形集液通孔相通的排出孔并可选用非金属材料制造；而盘状滤板芯的集液沟槽为环状与放射状交叉布设和径向放射波纹状布设，该径向放射波纹状布设的盘状滤板芯是采用波纹板的结构型式；过滤介质还包括一覆盖于集液沟槽上的支持层，过滤介质为滤布并采用U形结构，其上设有系带与开孔。
由于本发明采用由环框和盘状滤板芯组成组合式框板的方案，解决了目前滤室结构复杂、轴向体积过大，且无法采用多种材料混合制造的难题。使之具有滤室结构紧凑、轴向尺寸小、制作用材可选、制作成本降低、更换快捷方便、过滤单元可自由组合。可广泛适用于染料、陶瓷、矿山、化工、食品、电镀、药品和核工业，特别适合用于连续化操作，无菌密闭环境，需要洗涤的压力过滤过程。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
图1是本发明用于旋转压滤机的原理图。
图2是本发明用于旋转压滤机的结构图。
图3是本发明的框芯内置式结构图。
图4是图3的剖视图。
图5是图4中Z的局部放大图。
图6是图4中Y的局部放大图。
图7是本发明盘状滤板芯结构的正面图。
图8是图7中Z的局部放大图。
图9是本发明的波纹板型式的盘状滤板芯结构的正面图。
图10是本发明的波纹板型式的盘状滤板芯的A向放大图。
图11是本发明的波纹板型式的盘状滤板芯的B-B向剖面放大图。
图12是本发明的波纹板型式的盘状滤板芯的透视图。
图13是本发明的框芯叠合式结构的正面图。
图14是图13的剖视图。
图15是图14中Z的局部放大图。
图16是本发明的框芯整合式结构的正面图。
图17是图16的剖视图。
图18是图17中Z的局部放大图。
图19是本发明的过滤介质为滤布时的U形结构图。
图20为使用本发明时不同操作条件下的测试结果图。
【具体实施方式】
图1所示为使用本发明的旋转压滤机结构原理图。参见附图，包括框板54、过滤介质51和旋转叶片8，其中框板54由设有洗涤孔25、滤液孔14的环框37和中心设有主轴9中心孔19且周围布设集液沟槽44的盘状滤板芯38组成，并于所述框板54的一侧或两侧设有过滤介质51以及旋转叶片8构成过滤单元3，在所述过滤单元3的前后端通过长螺杆7将前后端盖5、6连接、固定，构成一个承受内压的密闭的过滤装置1。悬浮液2经由泵(P)加压后进入过滤装置1的第一级，过滤装置1可由多个过滤单元3叠合成单级或多级4，在每一级过滤单元中的框板54的一侧或两侧的过滤介质51、以及安装在主轴9上的旋转叶片8均由电机10通过变速机构11带动主轴9以一定的角速度旋转。主轴9的密封12安装在后端盖6上，防止悬浮液从轴隙中漏出。悬浮液进入第一级后，一方面由旋转叶片8带动旋转，形成扫流流场，另一方面进行过滤，滤液13透过介质层，从过滤单元3框板54上的滤液孔14流出并收集到滤液集液管15，最后通过滤液阀16由滤液出口17排出。固相颗粒18被过滤单元3上的过滤介质51所截留，由于旋转叶片8旋转所造成的扫流流场，固相颗粒18被重新混合于原液中，形成第一级的浓缩液。浓缩液从过滤单元3的中心孔19的环隙20中进入第二级，继续过滤与浓缩，形成第二级的滤液与浓缩物。如此直到最后一级，形成最后一级的滤液与浓缩物21，由轴扭矩控制阀22达到一规定的扭矩后以流态状滤饼23排出。最后一级的浓缩物21从前端盖5的浆料排出孔24并由控制阀门22控制地排出。旋转压滤机的过滤装置1在工作时，前面几级浓缩液含固浓度较低，颗粒与颗粒之间的相对距离较远，孔隙率较大，剪切力小，功率消耗也小。随着以后各级过滤的不断进行，浓缩液含固浓度不断增加，颗粒与颗粒之间不断接近，孔隙率减小，最终导致颗粒与颗粒之间互相接近。浆料运动剪力也迅速增加，阻力增大，叶片所需的搅拌功率也会急剧增加。试验表明：形成最后一级的浓缩物，其含固浓度稍大于临界浓度，功率消耗大致在2.25Kw/m2。此外，滤液在开机4～6分钟澄清，连续过滤时间8～10小时，处理量(不同性质悬浮液的滤液量)：600～1800L/m2hr，操作压力：0.1～0.3(兆帕)MPa(设计压力：1MPa)，悬浮液含固浓度：1～10％。在每一过滤单元3的框板54上都设有一洗涤孔25，其目的是对需要进行洗涤液置换的物料进行连续洗涤。这种洗涤是十分有效的，洗涤可使固相中的含盐降低到所需要的程度。洗涤孔25并不是在每一级都是适应的，只有在适当的级上洗涤时才能得到洗涤最佳效果，在不适合洗涤的级上将洗涤孔堵塞。洗涤孔25的洗涤液量，由洗涤阀26控制。
图2给出了用于旋转压滤机的过滤装置1及其它部件的安装及支撑形式结构图。组合成过滤装置1的所有过滤单元3上都有一对支撑27，该支撑27可以是活动可拆卸的，它们分别支承在机架28的横梁29上。在机架28上安装有轴承座30，电机10，滤液集液管15，滤液阀16，以及清洗液管31和清洗液控制阀32。洗涤液分配管33以及洗涤阀26也安装在机架28上。过滤元件的设计压力为1.0MPa，操作压力一般为：0.3～0.6MPa或更高。悬浮液2从第一级入料口进入后，依次从过滤单元盘状滤板芯38的中心孔环隙20进入各级，进行处理，最终从末级排出浓缩后的流态化滤饼23，滤液13则通过各级过滤单元3的框板54从滤液孔14中排出。当排渣含固浓度接近或超过“临界浓度”时，最后一级的温度会升高20～50℃，排渣必须及时进行。
如图6，图15，图18所示，构成过滤装置1的每一过滤单元3环框37的端面都设有沟槽34，在沟槽34内，也都设有“O”形密封环35，它们由前后端盖5、6通过长螺杆7压紧固定而形成一个密闭的过滤装置1。从过滤单元3的框板54下部滤液孔14中流出的滤液13，通过透明软管36连结到滤液集液管15上，在导流滤液的同时，可以方便地了解各过滤单元3的工作状态。
图3至图8为本发明旋转压滤机过滤装置的过滤单元3中的框板结构型式为框芯内置式结构的实施例图。它包括设有可内置盘状滤板芯38的带有内圆环台阶的圆环框37和单个压环39以及压环密封40等。在压环39上开设许多圆周方向均布的沉头螺栓通孔41。同时在环框37外表面下部的圆柱面上，开设一个至多个滤液孔14。在环框37外表面上部的圆柱面上，开设洗涤孔25。同时在环框37与盘状滤板芯38连接的环框37圆环台阶上开设有与压环沉头螺栓通孔41相对应的螺纹孔42，并且在盘状滤板芯38与环框37圆环台阶和压环39的连接处均开设有环形沟槽43。在环框37圆柱面的两侧处，设有固定的支撑27。在盘状滤板芯38两侧开有环状放射形集液沟槽44，盘状滤板芯38的外圆柱面45上开设均布的多个径向滤液排出孔46。该径向滤液排出孔46与设在盘状滤板芯38两侧最外层的环形集液沟槽47与径向集液沟槽66相交处的圆形集液通孔48相连通，以便使收集的滤液能顺畅地流动。同时在盘状滤板芯38与环框37和压环39的连接之处设有滤布张紧沟槽49。在盘状滤板芯38两侧的集液沟槽44的上面设有过滤的支持层50，在支持层50的上面铺设有过滤介质51。环框37、盘状滤板芯38、过滤介质51由压环39并通过螺钉52及压环上沉头螺栓通孔41紧固在环框37上的螺纹孔42中。过滤介质51可以是滤布，在本实施例盘状滤板芯38上采用的滤布51则通过压环39上密封沟槽43、盘状滤板芯38上滤布张紧沟槽49张拉和压紧并密封。内置的盘状滤板芯38也可以采用另外一种结构形状，如图9～12所示的波纹板的型式。主轴9通过板芯38的中心孔19，旋转叶片8通过滑键53安装在主轴9上，在内置于框板54的两侧形成强烈的扫流流场。两个过滤单元3叠加组成一级滤室，或由前后端盖5和6与过滤单元3组成一级滤室，在该级滤室中浓缩的残液，通过主轴9与内置式盘状滤板芯38的中心孔19及环形间隙20进入下一级滤室继续过滤与浓缩，直到本过滤装置的最后一级滤室。滤液通过内置式盘状滤板芯38上的一层过滤介质51后，从环状放射形集液沟槽44经径向滤液排出孔46入滤液集液通道55后汇集，最后由滤液孔14排出。内置式盘状滤板芯38可选用符合物料要求的材料铸造加工，如选用聚炳烯材料制造等。过滤单元3中的固定支撑27，圆形环框37以及压环39，主轴9，旋转叶片8等可采用金属材料加工，如采用不锈钢制造等。过滤介质51铺设在支持层50的上面，过滤介质51可以是滤布，如图19，本实施例的滤布51的形状采用“U”形结构。滤布51从盘状滤板芯38的中心孔19穿过后，在其四周用系带56系住，再用压环39通过螺钉52压紧并张拉和密封，以防止浓缩后的残液进入，以保证其滤液的清亮。
图9～12为构成过滤单元3的内置板芯38为波纹板型式的实施例。它由内卡环57，外卡环58，以及薄型径向波纹板59，支持层50，过滤介质51组成。支持层50与过滤介质51可以合并在一起。在外卡环58上开有许多径向方向的圆孔60，以保证滤过的滤液及时排入滤液集液通道55。滤液通过本内置盘状滤板芯38上的过滤介质层50、51，经过薄型径向波纹板59的集液沟槽44，由径向方向的圆孔60排入滤液集液通道55汇集后，最后由滤液孔14排出。薄型径向波纹板59的作用有几个方面：第一，其薄型径向波纹板59的集液沟槽44使滤液流动阻力更小，流动更加顺畅，第二，径向波纹可起支承作用，刚性好，采用薄型板冲制时板芯38可以制做成超薄型，使轴向尺寸大为减少。制作时，可用冲压机将内卡环57，薄型径向波纹板59，支持层50，过滤介质51，外卡环58一同压制密封。薄型径向波纹板59也可由多个冲压的扇形薄型径向波纹板构成，为了减轻重量也可采用薄型钢板冲制而成。环框37与盘状滤板芯38的连接与前述相同。
图13～15为本发明旋转压滤机过滤装置中过滤单元3框板54的另一实施例即本发明的框芯叠合式结构图。它由盘状滤板芯38与圆状环框37以及压环39叠加构成。盘状滤板芯38两侧开有环状放射形集液沟槽44，盘状滤板芯38的圆柱表面的下半部开设一到多个滤液孔14，在圆状环框37外表面上部的圆柱面上，开设洗涤孔25。同时在盘状滤板芯38的圆柱面的两侧面处，设有支撑27和支撑螺钉61，它们做成活动可拆卸的形式。支撑27通过支撑螺钉61安装在盘状滤板芯38上。与前述实施例相同，在压环39上开设多个圆周方向相间均布的沉头螺栓通孔41和相间均布的螺纹孔42，同样在压环39上开设有环形沟槽43。在盘状滤板芯38与压环39相连的对应处也同样开设径向均布的螺栓通孔62。在盘状滤板芯38两侧面的环状放射形集液沟槽44上设有过滤的支持层50，在支持层50的上面铺设有薄层过滤介质51。螺钉52穿过压环39上的沉头螺栓通孔41，过滤介质50、51上的开孔63，盘状滤板芯38上的螺栓通孔62以及另一侧的过滤介质50、51上的开孔63，将螺钉52拧入另一侧的压环39上的螺纹孔42中，使其紧固成一体。环框37则套在压环39上叠合构成一个框板54，在该框板54一侧或两侧装上旋转叶片8构成过滤单元3，并由过滤单元3前后端盖板5、6上的长螺杆7将其固定组合成密闭的过滤装置1安装于机架28上。滤液通过盘状滤板芯38的过滤介质51后，迅速流过环状放射形集液沟槽44汇集于集液通孔48，从滤液孔14中排出。过滤介质51铺设在支持层50的上面，过滤介质51可以是滤布，如图19，本实施例的滤布51的形状同样采用”U”形结构。滤布的四周用电烙铁开有与压环孔一样多的开孔63，它从盘状滤板芯38的中心孔19穿过后，通过压环39上的凹槽43，盘状滤板芯38上的凸槽64，用螺钉52压紧并张拉和密封，用以防止浓缩后的残液进入，以保证滤液的清亮。
图16～18为本发明的框芯整合式结构图。它由环框37与盘状滤板芯38连成一体而构成，其截面65为非对的“T”形结构，盘状滤板芯38两侧设有环状放射形集液沟槽44，在最外层的环形集液沟槽47的下半圆部分与径向集液沟槽66相交处开设有一个至多个集液通孔48，在集液通孔48的径向开设有一个至多个滤液孔14。在框板54的盘状滤板芯38的环状放射形沟槽44的上面设有过滤的支持层50，在支持层50的上面铺设有薄层过滤介质51。与上一实施例相同，螺钉52穿过压环39上的通孔41、盘状滤板芯38上的螺栓通孔62，拧入另一压环39的螺纹孔42中，将其紧固成一个整体。同样由框板54，旋转叶片8，主轴9等构成过滤单元3。在环框37外圆柱面上部开设洗涤孔25，它不与滤板芯相接。同时在框板54圆柱面的两侧处，设有活动支撑27和支撑螺钉61，通过支撑螺钉61将支撑27固定于框板54上。本实施例的滤布51的形状及各零部件的安装与过滤过程与前述相同。滤液通过框板54中的环状放射形沟槽44汇集从滤液孔14排出。环状放射形沟槽44的设立，其主要目的是使透过的滤液的流动阻力减小，使滤液能顺畅地流出。框板54可采用符合物料要求的材料铸造加工，如采用聚炳烯材料等制造，铸塑时可在框板54中预先安放加强环67，以便增加其强度，加强环67及支撑27可采用普通碳钢制造，过滤单元3中的支撑27可采用活接可拆卸形式，以便于板框的铸塑加工。
图20为使用本发明时不同操作条件下的测试结果图。附图中表示过滤装置的一组轻质碳酸重量百分比为4％时的滤液实测处理量与过滤时间的关系，ΔP为操作时的不同过滤压力，表明了该过滤装置处理能力随时间而变化，经过数小时后处理效率会下降。当其处理能力下降到第1个小时后的处理能力的80％时(一般为8～9小时)，应停过滤进行通液反洗，使过滤介质得以恢复。反洗时不必拆卸过滤装置，通液反洗即可。反洗量一般为15～25{kg/m2次}，反洗时间的间隔一般为5～10min。反洗过程是：停泵(P)，关闭滤液阀16，清洗液68通过清洗液控制阀31，滤液集液管15，从各级过滤单元3的滤液孔14处进入，于反方向冲洗过滤介质。
附图中各序号与名称列后：
过滤装置1，悬浮液2，过滤单元3，级4，前端盖板5，后端盖板6，长螺杆7，旋转叶片8，主轴9，电机10，变速机构11，密封12，滤液13，滤液孔14，滤液集液管15，滤液阀16，滤液出口17，固相颗粒18，中心孔19，环隙20，浓缩物21，轴扭矩控制阀22，流态状滤饼23，浆料排出孔24，洗涤孔25，洗涤阀26，支撑27，机架28，横梁29，轴承座30，，清洗液管31，清洗液控制阀32，洗涤液分配管33，沟槽34，“O”形密封环35，透明软管36，环框37，盘状滤板芯38，压环39，压环密封40，沉头螺栓通孔41，螺纹孔42，环形沟槽43，集液沟槽44，外圆柱面45，径向滤液排出孔46，外层环形沟槽47，圆形集液通孔48，滤布张紧沟槽49，支持层50，过滤介质51，螺钉52，滑键53，框板54，滤液集液通道55，系带56，内卡环57，外卡环58，径向波纹板59，径向方向的圆孔60，支撑螺钉61，螺栓通孔62，开孔63，凸槽64，“T”形截面65，径向集液沟槽66，加强环67，清洗液68。