Plate and frame chamber diaphragm filter presses
introductory
我国首条酱油压榨线在1991年投产，国内酱油厂陆续采用该项酱油压榨技术。但该传统酱油压榨是采用布酱机填充布酱、立式液压压榨机压榨、脱渣机脱渣处理酱渣，在生产操作中存在劳动强度大、生产人员众多、环境中的高盐分容易造成设备腐蚀、地面湿滑易引起工伤及压榨后的酱油暴露在开放的环境中存在一定的卫生隐患等问题。21世纪初，国内设备厂家开始逐步引进、吸收和消化日本最新酱油压榨技术，实现了酱醪布酱、酱渣脱渣、洗布的连续自动化生产，但还是存在人工推压榨笼、起吊压榨笼等人工操作工序，以及现场环境湿滑、盐分重等问题。隔膜压滤机是一种常见的固液分离设备，在选矿、市政污泥、制糖等工业领域应用非常成熟，但在酱油压榨中的应用鲜少有成功的案例，本文主要探索与验证隔膜压滤机在酱油压榨处理中的应用。
1 隔膜压滤机的工作原理隔膜压滤机的工作原理是滤板在液压油缸的作用下被紧密的压紧，厢式滤板和隔膜滤板交错排列组成过滤室，在进料泵的压力下酱渣混合物由入料口输入滤室，进入滤室的酱渣混合物固相被滤布截留形成滤饼，液相（酱油）透过过滤介质排出滤室。当进料过滤完成后，通过压缩媒介（压缩空气、自来水）打入隔膜滤板的压榨腔，隔膜滤板的鼓膜向外膨胀从而挤压滤饼中的水分，经过一段时间的压榨后，水分不再减少或减少非常缓慢，压榨工序完成。然后，可以根据需要通入压缩气反吹进料主管，将管道里残留的酱渣混合物吹干净。最后，通过隔膜压滤机的自动拉板装置完成脱滤饼的工序，滤饼通过输送绞龙破碎后输送至渣仓存储。2 隔膜压滤机的工艺定性研究分析通过设置对照组开展大批量的试验，压滤机工作循环时间[循环时间（T）=进料时间（t1）+压榨时间（t2）+卸渣时间（t3）]、滤布的通过性、物料的特性、压榨压力、滤布清洗、硅藻土预涂、大流量高压力进料等因素与其处理量、质量之间存在正相关或负相关的耦合关系，如图1所示。
2.1 filter press产量研究通过工艺流程梳理研究分析，压滤机产量的计算公式如下：压滤机每周总产量=平均每个工作循环处理量Q×每周工作循环次数N2.1.1 平均每个工作循环处理量Q1个工作循环处理量Q的主要影响因素为腔室容积、物料特性（黏度、含固率）、滤布通过性（滤布透气量、衰减特性）。（1）腔室容积。对于选定型号的隔膜压滤机，其腔室容积是一定的（腔室容积一般用过滤面积×滤室深度/2），按照压滤机的固液分离原理，过滤液相后，剩下的固体就残留在腔室，因此腔室容积是每个批次处理量的刚性约束条件。（2）物料特性（黏度、含固率）。黏度越大、物料的流动性越差，通过滤布过滤的难度越大，黏度与温度和酱醪的发酵质量有关系，一般温度越低、发酵不充分的物料其黏度也越大。因此，在冬季酱醪的温度低、日照不充分发酵不好，其处理量会逐降。另外，根据压滤机固液分离原理，物料含固率越高，黏度也越大，其填充腔体的效率越快，因此单个循环的处理量也越低。因此，含固率需维持在一个相对稳定的范围，既可以方便酱醪的管路输送，还可以保持工艺的稳定性。（3）滤布通过性（滤布透气量、衰减特性）。滤布的透气量越大、处理效率也越快，但会造成浊度值升高，达不到质量指标的要求。因此，在满足浊度要求的前提下，滤布的初始选定型号也是一定的，其初始透气量也是一定的。滤布随着生产批次的逐步增加，其过滤性能会逐步下降继而会影响产量，这种特性叫作滤布的衰减特性，当滤布的衰减达到产量低值时，需采用碱水浸泡清洗提高滤布的通过性。因此，压滤机的滤布需要按照其衰减特性定期清洗。
2.1.2 每周工作循环次数N每周工作循环次数N=（每周工作时间 – 滤布清洗时间×频率）/单个工作循环时间T（1）压滤机每周工作时间根据排产时间，基本是固定的，按照每周工作6 d、每天24 h，则每周工作时间为144 h。为提高每周工作循环次数N，则需要提高滤布单次清洗效率、降低滤布清洗频率、降低单个工作循环时间T。（2）单次清洗效率可以通过标准作业控制清洗每个环节的最小时间节拍。清洗频率不能过于频繁，需要找到一个滤布衰减的最佳平衡拐点，可以按照生产节拍和冬夏季节性进行安排，一般1～2周/次为宜，可以充分发挥压滤机的生产性能。（3）降低单个工作循环时间T，可以采用大流量的进料泵缩短进料时间t1、或缩短压榨时间t2、或培训操作员工利用改善后的工具进行标准作业缩短卸滤饼时间t3，进料时间t1。试验研究表明，采用大流量快速填充完压滤机腔体可以节省进料时间，当压滤机进料压力逐步提升后，再采用阶梯降频进料，每一段时间内维持一个恒定的进料压力可以提高进料效率。压榨时间t2，缩短压榨时间t2会造成滤饼的水分过高从而造成质量不达标，因此t2必须满足一个最低的要求。通过对压滤机的整体生产周期分析，压榨时间t2需保持在一个均衡的状态，确保压榨水分在理想的范围的同时，确保一个工作循环T时间恒定从而指导生产排产。
2.2 滤饼水分研究滤饼的水分与压榨的压力、压榨的程序和压榨时间有一定的关联性。试验研究表明，压榨的压力越高、滤饼水分越低；压榨的程序采用阶梯升压（频率逐步增加，每段压力下持续一段时间）的压榨方式，有利于滤饼中水分的压出；压榨的时间越长、滤饼的水分越低。滤饼的水分越低、越有利于缩短卸滤饼时间t3。但压榨时间越长，会造成T值变大，继而造成产能降低。
2.3 清液浊度研究清液的浊度与滤布的透气量、硅藻土预涂有一定的关联性。滤布透气量越小、浊度越低，但会造成产量大幅降低；若增加硅藻土预涂工序，配合大流量、高压力的泵，可以降低浊度，但预涂工序造成T增大影响产能，因此预涂工序一般是采用大流量和高压力的泵，这样可以有效降低预涂工序的进料时间。另外，在酱醪进料前加入硅藻土预涂工序可以有效降低滤饼的水分，从而提高卸滤饼的效率，缩短卸滤饼时间t3。硅藻土预涂虽然可以一定程度提高清液的浊度，但考虑每个批次都需要增加预涂操作，不仅硅藻土的使用成本较高，而且对产能产生的负面影响较大，因此在实际生产中没有采纳该预涂的工序。综上所述，以上同一生产因素会造成产量和质量两个目标之间存在冲突和矛盾，应通过控制变量法研究影响因素，寻求一种最佳的生产平衡策略，在确保满足核心质量要求的前提下，提高产量，从而给企业的大生产带来最佳经济效益。
3 隔膜压滤机选型探讨隔膜压滤机的选型对于大生产的经济指标比较关键，一般选型方法如下。（1）按照产能和生产排班要求，核算过滤面积，这里可以选取小型号试验机试验，得到相应物料的单位过滤面积的生产数据，一般按照等比例翻倍或者取一定安全产量系数。（2）根据压榨压力选择进料口位置，压力在15 bar 以上的建议选择角进料，角进料方式避免了隔膜滤板的应力集中，避免在高压力下隔膜滤板损坏，同时可以提高隔膜滤板寿命。（3）根据滤布拆装频率选择挂布方式。滤布的拆卸需要停产进行，对生产影响较大。滤布有套袖式、挂布式，适用方式也需结合角进料、中间进料和滤板的尺寸一起选择。（4）滤布的选择是过滤成败的关键，选择滤布的关键是透气量和滤布织法，透气量大小必须与物料相匹配，可以通过试验机来选型；滤布织法有斜纹和缎纹，缎纹由于其特殊的纹理，其卸渣速度较快，缎纹的滤布需要注意其厚度和弹性足够，避免造成滤板间隙漏渣。（5）进料泵的选择，一般有螺杆泵、柱塞泵等，可以根据物料的特性、压滤机的过滤面积、是否需要预涂助滤剂等综合考虑，进料泵需要做变频控制、实现阶梯进料，确保物料保持在最快的过滤效率区间，从而缩短进料时间。（6）其他辅助功能，如隔膜压滤机的滤布自动清洗系统、自动拉板系统、反吹、侧吹侧洗系统等，按照场地和工艺具体需求来选择。
4 结语经过压滤机的选型与工艺试验，优化后的生产工艺，确保在满足企业质量（水分和浊度）的要求下，达到最优的排产和生产处理量，相对于传统的酱油压榨线具有显著的效益，在同等产能下，主要体现在节省人工成本70%以上、现场环境得到了极大的改善、员工劳动强度大大降低以及采用管道封闭式进料和出液，避免了卫生隐患，在规模企业生产其综合经济效益达数百万元。由于行业内该机型的隔膜压滤机的最高压力为30 bar，造成滤饼水分略偏高，因此目前仅适用于淋油工艺中低氨氮的酱油压榨工艺。展望未来，在行业内通过提高隔膜的压榨压力，进一步降低滤饼的水分，通过自动卸渣装置实现无人化执守，通过信息技术实现工艺和设备数据实时采集和故障诊断分析，为隔膜压滤机的智能化生产提供有力保障。
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