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广西甘蔗糖厂每年滤泥产量约一百多万吨,是糖厂的一大宗副产物。糖厂处置滤泥的方式大多为低价售卖给农民做基肥,滤泥利用率不高,经济效益低。然而,滤泥具有良好的利用价值和发展潜能,在多方面、多领域均具有深加工的应用。出厂滤泥的高含水率极大的限制了滤泥的深加工和综合利用。对滤泥进行深度脱水干化一方面能进一步回收滤泥中的糖分,减少蔗糖损失,另一方面为进一步对滤泥的高值化利用创造条件,为滤泥的开发利用提供了可能性。 热压过滤脱水技术将机械脱水与热力脱水技术有机结合起来,具有优于传统机械脱水效能同时能耗低于热能脱水的特点。本文基于热压过滤挤压脱水技术与以蔗渣炉灰做助滤剂的助滤剂强化过滤技术相结合的方法,探究滤泥深度脱水的新途径,研究所设计的脱水技术的特性机理和最佳工艺条件。实验研究内容和结果如下: 1.开发高压挤压过滤机。针对现有隔膜压滤机处理温度低、隔膜挤压压力低的不足,引进开发了耐温达100℃、挤压压力大40MPa的挤压压滤机。建立基于该挤压压滤机的实验系统。 2.研究滤泥稀释倍数对脱水效果的影响。改变滤泥稀释倍数进行恒压过滤实验,实验结果表明,滤泥的过滤常数K随稀释倍数的增大而增大。滤泥经稀释后进行热压过滤挤压脱水后,水分大幅度下降,脱水效果显著。滤饼水分最高为47.68%,最低可达38.32%。当滤泥的稀释倍数最小,为3倍稀释时,滤饼的含水量最高。滤泥稀释倍数为6倍时,滤饼的含水量最低。 3.研究温度对滤泥过滤脱水特性的影响。通过设置温度梯度作出不同温度下滤泥的过滤特性曲线和测定滤饼的含水率,研究滤泥压缩性指数随过滤温度的变化规律及脱水效果与温度的关系。实验表明,滤泥的可压缩性指数随着温度的升高而降低。滤泥的压缩性指数为0.36左右,属于中等压缩性物料。测量滤饼含水率发现,随着温度升高,滤饼水分逐渐降低,最低含水率可达到37.79%。 4.在确定最佳稀释倍数和过滤温度的基础上,进行蔗渣炉灰助滤强化过滤实验。通过研究灰泥比分别为3.33%、6.67%、10%、13.33%、16.67%对脱水效果的影响实验可发现,适当添加助滤剂能有效改善过滤效率,助滤剂添加过量则会产生不良影响。不同灰泥比的过滤特性实验表明,添加蔗渣炉灰能有效改变滤饼结构和压缩性指数,提高过滤效率。滤泥压缩性指数随着灰泥比的增大而减小。对不同灰泥比的滤饼横截面进行扫描电镜观察,蔗渣炉灰颗粒为多微孔,不规则的块状、片状或条形的小颗粒,蔗渣炉灰颗粒上不规则地分布着大小各异的孔洞,使得蔗渣炉灰轻盈而疏松。因此蔗渣炉灰具有一定的支撑结构的同时又兼具物化吸附性,表现出良好的助滤剂的特征。滤饼疏松多孔,压缩性指数变小,过滤脱水效率高。灰泥比大于10%以后,固体颗粒细小,滤饼结构逐渐变得致密,滤液通道细密,不利于过滤与脱水。 5.建立滤泥挤压脱水速率数学模型。基于达西理论,从整体流动出发,建立宏观的挤压脱水速率一维模型,模型反映了挤压过程,滤泥干基含水率随时间的变化为:(1+ρr/X∞)2lnX(X0-X∞)/X0(X-X∞)+2ρr(ρr+2X∞)/X0X∞X0-X/X+3ρr/X02X02-X2/X2=X∞KS2(ρ-ρ0)/μ(X0-X∞) 实验数据与模型预测值比较表明,模型计算值基本反映挤压过程滤泥干基含水量随时间的变化趋势,模型计算值与实验数据平均误差为8.5%。