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1、带式压滤机设计摘要本论文整理了目前带式压滤机所运用到的脱水理论和设计经验，并依据该理论和经验设计了一台带宽为1500mm的带式压滤机。对脱水工艺上的重力脱水区、楔形脱水区、压榨脱水区进行设计。 设计内容主要有辊系设计、驱动机构设计、纠偏机构设计、张紧机构设计、机架设计。具体内容包括：1、 辊系设计，包括辊筒选材、轴头设计、压榨棍的布置、轴承选型。2、 驱动机构设计，包括传动方案设计、传动比计算、电机和减速机的选型、滚子链传动设计、链轮设计。3、 纠偏机构设计，包括压力计算、气缸选型、气缸座设计、轴承选型。4、 张紧机构设计，包括压力计算、气缸选型、气缸座设计、轴承选型。5、 机架设计，包括型钢
2、的选材、表面处理等。通过整理出来的理论和经验，运用到实际设计当中，尝试设计一种处理能力强、成本低、实用性强的带式压滤机。关键词：驱动机构设计、辊系布置、选材、带式压滤机Design of Belt Filter Press ABSTRACTKeywords：目录1绪论11.1污泥脱水现状11.2污泥处理设备发展状况21.2.1带式压滤机国外发展状况21.2.2带式压滤机国内发展状况21.2.3带式压滤机的相关标准31.3带式压滤机设计内容拟完成的工作41.4选题的意义和目的51.5本章小结52 过滤与压榨理论62.1过滤理论简介62.2过滤技术概述82.3压榨理论简介82.4带式压滤机脱水理论
3、92.4.1重力脱水过滤速率方程102.5 本章小结113带式压滤机的设计要点123.1带式压滤机的设计要求123.2带式压滤机的工作系统123.3带式压滤机脱水机理阐述143.3.1污泥的预处理143.3.2机械压滤153.4带式压滤机的结构形式分析163.4.1结构形式的主要差别173.4.2典型结构型式分析183.5带式压滤机结构形式对脱水性能的影响193.4.1重力脱水区203.4.2压榨脱水区203.4.3滤带冲洗装置213.4.4滤带的选择223.5带式压虑机主要结构223.5.1驱动机构223.5.2张紧装置233.5.3纠偏装置233.5.4 传动辊、压榨辊及纠偏辊243.5.
4、5 机架243.5.6 滤带的冲洗装置243.6本章小结244带式压滤机性能分析和技术要求254.1设计的前提条件254.2各脱水区理论分析254.2.1重力脱水区254.2.2预压压榨脱水区264.2.3剪切压榨区264.3 带式压滤机性能指标计算264.3.1带式压虑机处理能力的计算264.3.2过虑面积的计算294.3.3带式压虑机体滤带有效宽度计算294.4本章小结305带式压滤机机构设计及相关计算315.1确定各辊直径及辊系布置315.1.1确定各辊直径315.1.2辊子结构设计325.1.3辊系布置335.2气缸的计算与选型335.3带式压滤机电机功率计算345.3.1轴承的摩擦特
5、性345.3.2电机功率的计算365.4传动设计365.4.1减速比计算365.4链传动设计375.4.1滚子链设计375.4.2滚子链链轮395.5纠偏装置设计445.5.1纠偏方式的选择445.5.2纠偏原理及受力分析455.6棍子刚度计算465.7机架设计475.8确定轴承475.9材料清单和整机重量计算495.9.1钢材明细表495.9.2 整机主要部件重量计算505.10 本章小结515.11辅助设备51总结53参考文献54带式压滤机设计1绪论1.1污泥脱水现状随着我国经济快速的发展，人民的生活有了很大的提高，但片面追求经济的发展而忽略其对环境造成的污染。我国目前的水资源十分紧张，而
6、水污染问题日益严峻。伴随着环保意识的提高，据中国水网年度系列报告之四的统计数据显示，截止到2008年，我国正在运营的污水处理厂总数已达1408座，其中城市污水处理厂的数量为1043座，县级及以下污水处理厂座数为346座。正在运行中的城市污水处理厂，每天将要产生约1000余万吨的污泥(含水率在96左右)，对于产生的污泥，如果不予以有效的处理和处置，仍然会污染环境，使污水处理厂的功能不能完全发挥7。污泥是水处理过程中的固体废弃物，集中了水体中的大量细菌、病原体、有毒有害物质。处理不当会造成严重的二次污染，使水处理效果付诸东流。污泥处理和处置一直是水处理过程中的难点。在我国污泥处理和处置技术才刚刚起
7、步，与国外先进技术相比有很大差距。随着污水厂的建设，原有污泥处理方式中存在的种种问题愈趋突出，技术与设备的改进己经成为当务之急。从污水处理厂排出的污泥由于含水量高，体积庞大，且易腐败发臭，不利于运输和处置，所以常常需要进行脱水，这样可以降低污泥的含水率，减小污泥的体积，降低运输成本，浓缩后污泥可利用物质的含量增加(如农用的肥分、焚烧的热值等)，且利于污泥的后续处置和利用。常用的脱水方法有自然干燥和机械脱水两种。自然干燥是利用自然力量(如太阳能)将污泥脱水干化的一种常用的方式。传统上常用的是污泥干化床。该方法适用于气候比较干燥、占地不紧张以及环境卫生条件允许的地区。随着机械脱水设备的出现和推广应
8、用，干化床的应用范围逐渐减少，逐渐被机械脱水设备所代替。机械脱水是目前世界各国普遍采用的方法。常用的脱水机械有真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机。近年来，带式压滤机得到迅速发展，作为污泥脱水的主要机种在世界各国得到广泛应用。1.2污泥处理设备发展状况 机械脱水使用的设备中品种较多，常用的有板框压滤机、带式压滤机、转鼓真空过滤机和圆盘真空过滤机等。真空过滤法优点是操作简单，管理方便，缺点则是压差有限且难于取得含水率较低的滤饼。80年代以来，随着离心技术和有机高分子絮凝剂的发展，离心脱水机的使用日益增多，但由于设备高速旋转，所以污泥中含有砂砾时磨损快，而且当固液相对密度差别不大时不易分离；
9、另外离心脱水机还有功耗高、噪音大的缺点。污泥经过板框压滤机处理后泥饼的含水率较低，但运行时为间断运行，效率低，不适合大批量处理。带式压滤机的工艺流程简单、自动化程度高、运行连续、控制操作简便和工作过程可调节等一系列优点，以及省却了污泥浓缩池，在一定程度上节省了建设资金，加之大量污泥处理的需要，使其近年来在国内外得到很大的发展。带式压滤机是一种发展较快的污泥脱水设备，应用范围除了城市下水污泥处理外，己普及到造纸和纸浆、冶金、烟草、选矿、选煤、化工、食品等行业的工业废水污泥处理。1.2.1带式压滤机国外发展状况1963年西德人首先研制成功带式压榨过滤技术，是对传统固液分离技术的一种革命。由于带式压
10、滤机具有生产能力大、自动化程度高、滤饼含水率低、运行安全可靠等优点，引起了世界各国的重视，纷纷投入大量的人力、物力和财力对其进行研究开发。奥地利的安德里茨公司，在引迸西德原型机的基础上，于1978年首先推出了CPF21001型带式压滤机，并在亥姆希斯矿的浮选尾煤脱水中成功应用。至今，安德里茨公司己经生产出滤带宽度在范围内各种规格的带式压滤机13000多台，应用到很多领域。日本是当今世界设计和生产带式压滤机最具特色的国家，它所设计和生产的带式压滤机主要是以高压压榨型为主，即最后的脱水辊为高压压榨辊，可使滤饼的含水率达到最低点30。1.2.2带式压滤机国内发展状况自进入2000年以来，我国带式压滤
11、机工业一直以每年20%左右的增长速度快速发展。目前，我国约有带式压滤机生产公司3万余家，从业人员约100万人。 2007年带式压滤机销售额达到 870亿元人民币，带式压滤机出口超过了14亿美元7。设备结构设计、产品质量、应用范围和售后服务等方面也取得了比较好的成绩，可与国外同类型的进口产品相比，尤其是在售后服务方面，更有着得天独厚的优势。无论是在带式压滤的理论研究还是制造应用方面，我国均取得了较大的成就。目前我国形成普通(DY)型、压滤段隔膜挤压(DYG)型、压滤段高压带压榨(DYD)型、相对压榨(DYX)型及真空预脱水(DYZ)等5个系列产品，主要区别在于压榨脱水阶段。带式压滤机主要用于造纸
12、、印染、制药、采矿、钢铁、煤炭、制革等行业，尤其在城市污水处理和工业污泥脱水中应用最为普遍。但是带式压滤机也存在不足。重力脱水区决定着带式压滤机单位时间内的处理量，它主要分离絮凝后料浆的自由水，使料浆失去流动性。重力脱水区长度与滤带行走速度有关。在通常情况下，重力脱水时间与挤压脱水时间之比为1:1。对于难脱水的料浆来说，重力脱水时间要求1.5:1。但重力脱水段过长受到机械结构的限制，对滤带跑偏有较大影响。带式压滤机重力脱水区完成预脱水一般仅依靠污泥自身重力，因为过滤时间和重力脱水区长度的限制，导致污泥在这一部分脱水效果并不理想，一个直接后果就是进入压榨区域的污泥仍然有着相当高的含水率。因此当压
13、榨辊施加较大压力时，滤带中的污泥很容易产生外溢；而施加较小压力时，最终脱水效果又受到影响。1.2.3带式压滤机的相关标准为贯彻中华人民共和国水污染防治法，保障水污染治理设施质量，国家环保总局于2006年颁布了环境保护产品技术要求-污泥用带式压榨过滤机(HJ/T2422-2006)，规定了污泥脱水用带式压滤机的技术要求、试验方法和检验规则等。建设部1996年推行了污泥脱水用带式压滤机(CJ/T 80-1999)行业标准，规定了污泥脱水用带式压滤机的基本参数、型号编制、技术要求、试验和检验规则、标志、包装、运输、储存，适用于带式压滤机的设计、制造、检验和验收。国家发改委与中国机械工业联合会2005
14、年制定了浓缩带式压榨过滤机(JB/T10502-2005)的机械行业标准规定了浓缩带式压榨过滤机的型式、基本参数、技术要求、试验方法、检验、标志、包装、运输和贮存、质量保证等要求。还有国家机械工业局1999年发布的带式压滤机(JB/T 9040-1999)行业标准，中国工程建设标准化协会颁布的带式压滤机污水污泥脱水设计规范(CECS 75:95)等。这些标准之间有很多重复之处，但是它们之间并没有原则上的冲突，生产厂家可以根据自己提供的带式压滤机的性质选用最适合的标准，有时又要满足多个标准。比如为污水处理厂设计、制造的带式压滤机就要符合JB/T 10502-2005、HJ/T2422-2006和
15、CECS 75:95。我国还没有出台国家标准将上面的各个标准整合在一起，带式压滤机仍然作为非标机器来设计、制造，这给使用者的维护、修理带来了诸多的不便。1.3带式压滤机设计内容拟完成的工作1、确定设计的参数表1.1 设计参数污泥类型污水处理厂污泥带宽(mm)1500污泥含水率9699处理能力（）58泥饼含水率7582标称处理量（）9滤带速度110驱动辊径(mm)168+12 根据污水处理厂污泥的含水率、性质以及相关技术文件，本次带式压滤机设计的参数如表1.1所示。2、带式压滤机的总体结构分析和总体方按的确定 通过查找带式压虑机相关设计及相关机械的资料对驱动机构，压榨棍系、张紧装置、纠偏装置等进
16、行分析阐述。3、带式压虑机的机构设计 确定总体设计方按后，根据机械结构的知识进行带式压虑机的机构设计并运用工程力学等理论知识对机架、压榨棍等主要部件进行受力分析和校核。4、到广州金美晟环保设备技术有限公司实习，深入了解带式压滤机的运行原理及结构部件。5、根据设计计算所得的数据，利用AutoCAD软件完成零件图和总装配图。1.4选题的意义和目的本次毕业设计是适应社会发展的环境保护需要。选题的意义和目的是：一方面是为日后从事机械设计工作打下基础并积累经验，同时也有助于对机械、环保行业的认识，为就业提供方向性的指导。另一方面是为了巩固和运用学生大学四年所学的专业知识，培养机械设计的能力。1.5本章小
17、结本章主要对带式压滤机的国内外的发展状况、国家标准做了简单的介绍。说明国内带式压滤机具有巨大的发展空间。572 过滤与压榨理论2.1过滤理论简介过滤是以某种多孔物质为介质，在外力作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔道，将固体颗粒截留在介质上，从而实现固、液分离的操作，它是实现液体非均相物系分离的最普遍和最有效的单元操作之一。过滤操作采用的多孔物质称为过滤介质，所处理的悬浮液称为滤浆或料浆，通过多孔通道的液体称为滤液，被截留的固体物质称为滤饼或滤渣。与蒸发、干燥等非机械操作相比，属于机械分离操作的过滤，能量消耗比相对较低。自从鲁思建立过滤方程以来，至今人们对过滤方程已进行了比较详尽地研究。其中最
18、著名的是以提勒等人为代表的西方学派，另一派是以白户纹平为首的日本学派。这两派所用的过滤方程虽然都来自鲁思原始的过滤方程，但由于采用的参数不同，因此过滤方程的形式也不一样。在方程的应用上也有很多差别。这些方程对一些专门问题的研究，如一维压榨、二维压榨、二维过滤都有深远的影响。西方过滤方程的常用形式基本可以通过两种途径导出。一种是由著名的达西(Dacy)定律直接推出；另一种是将当量直径引进泊肃叶(Poiseulle)方程得到柯兹尼一卡尔曼(Kozeny Carman)方程，然后再由该方程得到过滤方程11。白户纹平在过滤方程中所用的参数与西方的参数则明显不一样，方程的形式也不同。采用这种方程形式使得
19、实际应用时参数测定更加容易，处理问题也更简单方便。他所用的方程是基于下面两条假定建立的。1、滤饼阻力是滤饼空隙率的函数；2.假设滤浆是均匀的，则滤出同体积的滤液就有相同质量的固体颗粒截留在介质上。以上面这两条假定为基础，可以把滤浆中固体含量作为滤饼阻力的基准。通常己知滤浆中固分浓度，在过滤过程中可随时测定滤液量。为了将固分浓度和滤液量联系起来，把“滤出同体积的滤液就有相同质量的固体颗粒截留在介质上”这一假设用方程表示出来，就必须将残留在滤饼中的液体量也加入计算。因此引入下面的参数。滤饼湿干质量比：假定滤浆是由固体颗粒和纯液体组成，没有互溶成分。一般过滤过程都假定满足这一条件。根据过滤的基本理论
20、，在多数情况下，可用与流量、压差和过滤面积等参数有关的微分方程式来描述。 (2.1)若知时的流量和初始流量就可得出方程式(2.1)的一般解； (2.2)在使用新过滤机前或估算用现有设备过滤新产品的生产能力时，最好采用叶滤器或瓷漏斗来测定新悬浮液的过滤特性。若选用的过滤介质或滤纸的致密度适宜，则渗入介质缝隙的固体颗粒可忽略不计(即介质的阻力恒定)。对适于这种“滤饼规律“(cake-law)的情况，参数P可视为零，由方程式(2.2)可得出： (2.3)式中为滤饼和介质两端的压差，参数，和由下式求得： (2.4) (2.5)式中： 在实验压力范围内滤饼的平均阻力；固体物浓度(考虑了滤饼含有滤液)；滤
21、液粘度；过滤面积；介质阻力。给定值，就可估算出某一特定过滤速度所需的过滤面积。流速与固体物的产量()和浓度有关： (2.6)其中： (2.7)式中：流体密度；湿滤饼与干滤饼质量比。固体物的质量分数，即固体物的质量与滤浆质量之比；若压差和流量选得合适，那计算结果可能与选用的过滤机(如带式压滤机、真空过滤机、板框压滤机和离心过滤机)的操作方式有关。2.2过滤技术概述实现过滤操作的外力有重力、离心力、机械力以及真空推动力等。现代工业生产中通常会采用一种或多种力场共同作用，以“真空”、“真空+重力、“重力+机械压力”、“真空+重力+机械压力”四种组合方式进行过滤操作来实现固液分离的分离机械统称为过滤机
22、，而以离心力为外力的过滤分离机械统称为离心机。在工业生产中，实现固、液混合物分离的操作方法分沉降与过滤两大类，但由于分离的推动力不同又可分为重力沉降、重力过滤，真空或加压过滤，离心沉降、离心过滤，后者是利用离心力来实现的操作。一般说来，重力沉降或重力过滤效率较低，现代工业生产己很少采用。真空或加压过滤操作的分离机械统称为过滤机，离心沉降或离心过滤操作的分离机械统称为离心机，这两类分离机械是现代工业中普遍用来分离固、液混合物的机械。过滤的历史悠久，是一种重要的固液分离方法。人们对它投入大量的精力进行研究，原因是固液分离装置己成为一种量大面广的通用设备，广泛地应用于国民经济的各个方面；固液分离的适
23、用领域到目前为止仍在不断扩大并显示出巨大的经济效益和社会效益。过滤机是固液分离机械中的一个大类。带式过滤与其它滤饼过滤一样，是用多孔过滤介质截留悬浮液中的固体粒子，在介质表面形成一层滤饼，滤饼一经形成就成为后进入悬浮液的过滤介质。2.3压榨理论简介压榨是在机械压力作用下，使滤饼受到压缩，从中分离出滤液的一种脱水方法。压榨从理论上可分为一维、二维和多维压榨几种。一维压榨指在某单一方向外力作用下，使滤饼中的料浆沿该方向流动，主要应用于带压榨膜的厢式压滤机和板框式压滤机。压榨操作是高度脱液的一种重要手段。根据压榨装置和压榨机理的不同，压榨操作又可分为机械压榨和水力学压榨(或液压压榨)两种。改变滤液流
24、动方向的过滤压密过程，以及改变滤饼内高空隙率处有效应力的反向流动过程，均属水力学压榨操作。自动板框过滤机、带式压榨过滤机、水平带式压滤机和螺旋压榨机等压榨操作，则均属机械压榨操作。2.4带式压滤机脱水理论在带式压滤机脱水机理理论研究中，国外近似地采用平胶带理论。在该理论中，把挤压力P 与胶带张力的平衡方程式为： (2.8)式中：滚筒压力 胶带张力 滤饼厚度 除挤压力对滤饼作用外，由于上、下胶带之间的相对运动，对滤饼又产生了剪切作用，使滤饼颗粒重新布置，从而促进了脱水效率的提高。现假设上、下胶带分别在点与点以相同的速度，则上胶带到达点时，下胶带到达点，上下胶带之间的位移差可由图1可由下式求得：
25、(2.9)式中：为胶带与辊子的包角。图1 胶带位移差图当挤压应力和剪切应力作用于滤饼上时滤饼发生弯曲，使滤饼孔隙率减少和流动阻力增加。滤饼颗粒重新布置，使结构发生了变化。挤压后滤饼特性由带式压滤机特性确定。由于带式压滤机能使滤饼重新布置，因此采用它进行脱水作业, 就比仅有挤压作用的压滤机更为有效。作用在滤饼上的剪力, 改善了滤饼的透水性, 但剪切力并不能减少滤饼的含水量。含水量的减少主要是由滤饼的体积变化决定, 体积的改变借助于挤压力的作用, 可通过滤饼的平均压实比率模拟求得。但是, 用所确定的一维压实模型来表示带式压滤机的脱水机理是不够充分的，其原因是忽略了剪切力对滤饼结构的影响，滤饼的实际
26、变形类似于二维变形。2.4.1重力脱水过滤速率方程带式压榨过滤工程中的重力脱水，主要是依靠这里脱去污泥中的自由水和游离水。在重力脱水时，一部分水的过滤按沉降过滤方程计算，另一部分在过滤时几乎没有滤饼的阻力，这部分只需克服过滤介质阻力24。其重力过滤方程为: (2.10)式中: 克服过滤介质阻力的过滤速度，；克服滤饼阻力的过滤速度，；有效空隙率，；滤层结构性系数，一般取；滤液密度，；水压损失，；液体粘度，；滤层压降，；过滤介质的阻力，；滤饼的比表面积，。一维过滤速率方程：用过滤方式脱去毛细水必须依靠滤带产生的、施加在过滤介质上的机械力，即滤带两侧产生的压力差大于毛细水压力，由可压缩滤饼的过滤速率
27、方程可知，过滤速率与滤饼的压强降成正比。 (2.11)式中: 过滤面积，；过滤时间，；滤层压降，；液体粘度，；单位压强下的单位滤饼的比阻，；悬浮液的质量密度，；滤液量，；虚拟滤液量，；滤饼的压缩指数，一般取之间。假设滤带与挤压辊之间的压力差为均匀分布在辊筒表面，为过滤面积，为压力（忽略轴承处的摩擦阻力），则有 (2.12)将式子代入上式， 可求出带式压滤机的以为过滤方程： (2.13)2.5 本章小结 本章介绍了过滤理论和压榨理论，分析了带式压滤机脱水机理的平带理论和重力区的脱水理论。3带式压滤机的设计要点3.1带式压滤机的设计要求1自动化程度高。滤带的驱动速度可根据污泥的进料量进行调整；滤带
28、的运行线路由气动开关控制，稳定快速；滤带的跑偏量达到时自动纠偏系统动作，当跑偏量达到时自动停机。建设部1996年推行的污泥脱水用带式压滤机（CJ/T 80.1999）规定跑偏量的这两个极限值分别为和。2连续运行。一体化的设计理念保证了系统能够连续运行，各部件都可以单独调试，方便设计、调试、制造和维护。3运行费用低。由于采用了自动进料系统和双带式结构，可以降低絮凝剂消耗量，而且重力脱水段的采用和压榨辊之间的剪切力布置，大大降低了能耗。4脱水效果好。独特的滤带涨紧装置使得系统能够充分利用滤带的张力，从而获得更好的压榨效果；上、下滤带分别设置的清洗系统保证了滤带的再生性；上、下滤带的选择与布置增强了
29、机器的性能。5整机寿命长。相关标准规定带式压滤机的主机寿命不低于年，本次设计保险起见安全系数取得较大，使用寿命长。3.2带式压滤机的工作系统过滤是固液分离过程中的一种常用方法，其过滤原理为：流体通过过滤介质，将悬浮于液体中的固溶物和胶体物截流在介质表面或介质中，进而达到固液分离的目的。按照介质截流固溶物的方式又分表面过滤和深层过滤。表面过滤是指固溶物以滤饼的形式沉积于过滤介质的进料一侧，一般这种方法多用来处理固溶物含量较高的悬浮液；深层过滤则是将固溶物沉积于过滤介质的内部，多用于处理固溶物含量的悬浮液，如图3.1所示。图3.1 过滤基本模型图带式压滤机的过滤属于表面过滤，但与传统的表面过滤(板
30、框过滤和真空过滤)又有所不同。传统的表面过滤要求过滤介质的孔径小于或等于待滤料桨中固体物质的粒径，而带式压滤机则是利用高分子絮凝剂能快速聚集固体微粒的机理，将细小颗粒凝聚成大絮团，再用孔径比待滤物料中固体物质的粒径大得多的过滤介质去过滤，以达到高效过滤的目的21。带式压滤机是利用双层滤带夹持着浆料在脱水辊上进行压榨脱水的，其脱水过程一般分为三个区：重力脱水区、楔形脱水区、压榨脱水区及高压压榨区。从能量转换的角度上来看，带式压榨过滤脱水过程是用化学能和机械能相结合的方法进行化学絮凝机械压榨的脱水过程。 图3.2 带式压滤机脱水工艺系统图带式压滤机是利用双层网带夹着浆料在挤压脱水辊上受挤压和剪切作
31、用进行固液分离的。带式压滤机脱水工艺系统如图3.2所示。带式压滤机的脱水过程可分为：料浆(悬浮液)的预处理和机械挤压脱水两部分组成。首先，待脱水的料浆与絮凝剂同时进入管道混合器内，进行充分混凝反应后，流入带式压滤机进行机械压滤脱水。流入带式压滤机的料浆先流入重力脱水段，在重力脱水段里的料浆依靠重力先脱去一部分水分，经重力脱水后的料浆失去流动性，再经楔形预压段进行预压脱水。料浆在楔形预压段中，一方面使料浆平整；另一方面使料浆受到轻度挤压，使料浆再度脱水，为挤压脱水作好准备。接着料浆进入S型挤压段，在挤压段中料浆被夹在上、下两层滤带中间，经若干个辊筒反复挤压，同时对料浆进行剪切，促使料浆进一步脱水
32、，然后进入压榨脱水段，这时料浆除受辊筒挤压外，还受到强压装置的强挤压即压榨脱水，使料浆呈饼状排出，落入运输转载设备上。3.3带式压滤机脱水机理阐述3.3.1污泥的预处理带式压滤机对大多数料浆进行固液分离，一般都要先对料浆进行预处理，就是通过对料浆投加絮凝剂，利用化学和物理的方法使料浆絮凝成团状。实际上就是完成水中造粒。众所周知，含于料浆中的水分是以游离水、毛细水、化合水(胞内水)三种状态而存在的，见图3.3。游离水为料浆携带的水分，充填在料浆粒子的孔隙中，可以通过浓缩、沉淀等重力脱水的方法去除。化合水就是物质本身的结构水，是物质生成过程中以化合状态存在于物质内部，是物质组成成分之一，一般不易去
33、除。毛细水则是包含在颗粒表面的缝隙中的水。毛细水压力等于： (3.1)式中：表面张力，；湿润接触角，度；毛细管半径，；图3.3 絮凝作用图由式3.1可见，料浆中微粒越小，毛细管半径就越小，毛细压力越大。湿润接触角越小，毛细压力也随之增大。料浆中大量水分在毛细压力作用下，聚集在微粒最窄的间隙中，主要集中在颗粒接触点的附近。颗粒越小，这种接触的程度就越易保持。对于浮选尾煤、尾矿、烟尘以及一些细小工业物料的分离，其比表面积较大，固体分子间的吸附势能也相应增大，颗粒表面对水的吸附力也大，脱水也困难。而通过对料浆投加絮凝剂破坏分子间化学键，使毛细水转化为游离水。用带式压滤机主要是脱去料浆中的游离水。3.
34、3.2机械压滤图3.4 滤带与压榨棍的受力图带式压滤机脱除料浆中的游离水的方法，是依靠滤带产生的机械力，使其过滤介质，即滤带两侧产生的压力大于水的表面张力。过滤介质的压力差是由滤带拉力产生的，如图3.4所示。带式压滤机压榨区模型可用平带理论近似描述，压榨力与带的张紧力的关系式 （3.2）其中具体的推导过程为： （3.3）式中：滤带的带宽, ； 压榨棍的直径, ； 包角的一半,度；由上式可知，压榨力与滤带的张紧力成正比，而与脱水辊的半径成反比。这就是为什么带式压滤机脱水辊直径多是从大到小排列的原因。带式压滤机在脱水过程中，除了依靠滤带产生的挤压力外，还有脱水辊对两层滤带的旋转半径不同所致，如图3
35、.5所示。脱水辊在运行过程中，双层滤带相对脱水辊旋转半径不同，回转时两层滤带必然会产生相对滑动来补偿由半径不同造成的多余带差。这样，就造成了料浆受剪，降低了过滤阻力，提高了滤饼的渗透性，从而改善了压滤条件。但是，滤带的相对位移对滤带使用寿命有很大的影响，容易引起滤带拉断或拉坏。滤带损坏的主要原因之一，是因为这种位移得不到及时补偿，滤带径线受力过大造成的。图3.5 滤带间浆料受剪图3.4带式压滤机的结构形式分析 随着带式压滤机应用领域的扩大，机器的品种规格增多，结构形式多种多样。如对结构形式了解不清，选型时有很大的盲目性。这里介绍了带式压滤机的各种结构及其应用的场合。3.4.1结构形式的主要差别
36、带式压滤机脱水是利用两条连续运行的滤带, 把经过絮凝的污泥夹在中间, 经各种型式排布的辊子加压, 实现脱水。为满足各种性质污泥脱水的要求, 不同机型的主要差别是, 脱水时所采用的压力、辊子直径、辊系布置型式等。1、脱水压力 按照辊子的排布型式, 脱水压力分为线压力和面压力两种。面压力是由张紧装置提供的滤带张力产生的, 由于各处机型选用的张紧元件的横截面积差别大, 张紧力及脱水压力差别也很大。2、辊径差别面压力脱水辊, 辊径与脱水压力成反比, 辊径大压力小, 反之则压力大。对一组脱水辊而言, 辊径的变化对污泥脱水有很大影响。在污泥脱水过程中, 作用在污泥上的脱水压力应与污泥所能承受的压力相适应。
37、如果作用的压力超过污泥的许可压力值, 则污泥的横向移动量将增大, 在严重时将产生污泥滑移至带外或后退现象。3、棍系布置 (a) 水平布置方式 (b) 对置挤压布置方图3.6 辊系布置方式图辊系布置的方式有两种,一种为水平排列式(如图3.6(a)，称为面压力辊(以下称S 辊)；另一种为对置挤压式(如图3.6(b)，称为线压力辊(以下称P 辊)。P 辊的压力高于S 辊，用于需要高压脱水的污泥。高压机组结构强度大、重量大、造较高。水平布置方式具有压榨时间长，压榨较大、泥饼含水率低等特点；对置挤压式具有高压压榨，但是压榨时间短。本次辊系设计采用应用最广、实用性最好的水平布置方式。3.4.2典型结构型式
38、分析 (a) CPF型 (b) YD型(c) DYL型 (d) YDQ型 图3.7典型带式压滤机辊系结构示意图图3.7为四种典型辊系布置结构的示意图，通过对其分析可知其应用的范围各不相同。1、CPF型结构特点CPF型带式压滤机，是我国引进奥地利安德里茨公司专有技术制造的。该机的张紧力大，压榨区采用S辊和P棍的组合，P辊最多可布置三对，属典型的高压机型，滤带运行速度高处理能力大。污泥进入压力脱水区受压稳定性好，能够承受高压，可以在短时间内实现脱水。该机适合于造纸及制浆厂的气浮渣脱水。2、YD型结构特点YD型带式压滤机，压力脱水区均为S 辊,数量个，S 辊直径最大, 最小为，面压力最大值与CPF机
39、相同，属于无对挤压辊的中高压机型。该机适用于无机细颗粒污泥的脱水。初始脱水压力低, 辊径的变化与污泥含水率的变化相适应, 在压力脱水区后部能够对污泥施加较高的压力, 以满足含水率的要求。该机辊系的布置形成了长脱水区, 脱水时间充足, 带速高, 处理能力大。降低张紧力, 它也可满足有机污泥的脱水要求，但设备重量大, 造价高。3、DYL型结构特点DYC 型张紧元件采用直径的气缸, 在相同的张紧气压下, 带张力较上述两种机型小，压力脱水区均为S 辊，第1辊直径为，后面的辊径均为,该机的初始脱水压力小，但作用时间短,脱水效率低。第二S辊选取 250 mm，辊径偏小，与进入该区的污泥含水率不协调，带运行
40、速度受限制，处理能力较小，它主要用于有机污泥脱水。4、YDQ型结构特点YDQ 型是综合YD型及DYL型的特点设计的, 专用于有机污泥脱水。它保留了YD型压力脱水区辊径变化的特点, 第1个S 辊直径为，初始脱水压力略高于YD型, 由于降低了张紧力的最大值, 成为低压轻型机组、重量轻、造价较YD型低。S辊的布置形成了长脱水区, 压力变化与污泥含水率的降低相适应、带速高，处理能力较DYL型有很大提高。 小结：从脱水能力上分析，CPF型和YD型都属于高压机型，脱水能力较大。而DYL型和YDQ型压榨力较小，压榨时间长。本次设计采用S辊和P棍的组合形式，设置重力脱水、预脱水区和S高压区，适合各种污泥脱水场
41、合。3.5带式压滤机结构形式对脱水性能的影响带式压滤机是开放式的，滤带两侧不密封。当待脱水的料浆含水率高时，容易从滤带两侧溢出，其原因是料浆由液状到半固状的变化过程中，液状料浆流动性高，没有抗压能力容易流动变形；半固状料浆随料浆中粒子充填密度的提高，即随着水分的降低，其所能承受的抗压力增加。然而，抗压力在挤压脱水过程中，一旦与压力失去平衡，料浆就会从滤带的两侧溢出。因此，带式压滤机脱水结构必需考虑到料浆的这一力学特性。下面分别介绍各脱水过程的结构型式对料浆脱水的影响。3.4.1重力脱水区重力脱水是分离絮凝后料浆中的自由水，使之推动流动性的脱水过程，它决定着带式压滤机单位时间内的处理量。重力脱水
42、区的滤带呈水平向上倾斜。为了增加脱水效果可以在重力脱水区的滤带下部增加刮水条。重力脱水时间与重力脱水区长度与滤带行走速度有关。在通常情况下，重力脱水时间与挤压脱水时间之比为。对于难脱水的浆料来说，重力脱水时间要求为，但重力脱水段过长受到机械结构的限制，以及对滤带跑偏有较大影晌。因此，对于难脱水料浆可以通过增加预脱水装置，如采用转鼓浓缩脱水或单独重力脱水带等。在满足整机结构尺寸的前提下，重力脱水区长度尺寸应尽可能加大以求得最长的重力脱水时。3.4.2压榨脱水区经过脱水的污泥，虽然还没有形成滤饼并且仍然具有一定的流动性，但是已经完全可以经受来自两条滤带施加给其的合理压榨力。之所以称合理压榨力，是因
43、为如果压榨区结构设计得不合理，也完全可能造成污泥在接受逐渐增加的挤压力的过程中，形成污泥受压扩散和滤水过程不协调而外泄“跑泥”。所以压榨区结构设计的优劣也将对带式压滤机处理量产生直接影响。1辊径变化的影响。若压榨辊曲率半径均匀递减，则各辊单位面积上的正压力均匀递增，即污泥所受的挤压力和剪切力由低向高均匀、平稳过渡，这样可以有效地避免由于压力突变造成的“跑泥”现象。为此，应尽可能做到相邻两辊径之差为接近等值的降径设计。2包角变化的影响。滤带对各辊的包角趋近等梯度增加，使得污泥在压榨段内一直处于稳定递增的受压状态，既可以保证提高处理量的稳定性又可以最大限度地降低泥饼含水率。为此，应尽可能采用压力由
44、低向高的辊筒包角趋近等差数列增加的设计思路。3相邻两辊中心距的影响。压榨辊系中相邻两辊中心距的合理布局，可以最大限度地降低压榨段滤带做无用功的长度，以尽可能地防止“漏泥”现象的产生而影响处理量。为此，应力求达到相邻两辊中心距最短的设计标准。辊径、包角和中心距是互为关联的三个指标，在实践中应以辊径为基准与包角和中心距两指标进行平衡设计，以求得相对的最佳设计方案。对此，日本石川岛播重工业(株)在特开昭582959专利中提出一种辊筒间距关系11。压滤机压榨辊间布置关系：1两辊间距关系： （3-4）2两辊垂直间距关系: （3-5）式中： 两辊水平间距离，；两辊垂直间距离，；前级脱水辊直径，；后级脱水辊直径，。3.4.3滤带冲洗装置图3.8 滤带清洗装置原理图污泥脱水是通过滤带编织的缝隙排泄滤液的，当污泥经过压榨脱水后残存在滤带缝隙中的泥渣若不及时处理干净，下一个脱水循环的滤液就无法透过滤带排出，这样势必造成从滤带两侧泄漏而无处理量可言。长期的工程实践证明：喷嘴出口处冲洗水流速保持在左右，单个喷嘴流量，射流角度为左右，在滤带上形成的冲洗带宽度为，两喷嘴
