引言

板框壓濾機(jī)是一種具有較長(zhǎng)歷史但仍沿用不衰的間歇式壓濾機(jī)，其廣泛應(yīng)用于環(huán)保、化工、煤炭、石油、食品、制藥等行業(yè)，在現(xiàn)有的懸浮液混合物分離設(shè)備中，按其運(yùn)作方便、成本造價(jià)、脫液效果等綜合經(jīng)濟(jì)價(jià)值因素，板框壓濾機(jī)是最佳的分離設(shè)備之一，其屬于間歇式加壓過(guò)濾機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，過(guò)濾面積大，主要用于過(guò)濾含固量多的懸浮液，由于它可承受較高的壓差，其操作壓強(qiáng)一般為0.3-1.0MPa，因此可以過(guò)濾細(xì)小的顆粒或液體粘度較高的物料，是目前加壓過(guò)濾機(jī)中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單、應(yīng)用最廣泛的機(jī)型之一[1]。隨著國(guó)家對(duì)各行各業(yè)的環(huán)境保護(hù)和資源利用要求越來(lái)越高，節(jié)能、減排、清潔生產(chǎn)、綠色制造的需要也越來(lái)越急迫。板框壓濾機(jī)作為環(huán)保應(yīng)用領(lǐng)域的主要使用設(shè)備，在環(huán)保要求越來(lái)越高的前提下，市場(chǎng)需求預(yù)計(jì)將會(huì)有較大幅度增長(zhǎng)。

1.板框壓濾機(jī)專(zhuān)利概況本文以板框壓濾機(jī)相關(guān)專(zhuān)利數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，檢索涵蓋了CNABS、DWPI、CNTXT、WOTXT、EPTXT、USTXT數(shù)據(jù)庫(kù)中2020年5月之前的全球發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，由于專(zhuān)利申請(qǐng)可能需要18個(gè)月之后公布，因此2018年11月以后的數(shù)據(jù)僅供參考。通過(guò)對(duì)國(guó)外板框壓濾機(jī)專(zhuān)利申請(qǐng)進(jìn)行梳理，其歷年申請(qǐng)量變化和主要申請(qǐng)人。從國(guó)外按年代分布的專(zhuān)利申請(qǐng)量可以看出，國(guó)外對(duì)板框壓濾機(jī)的研究較早，18世紀(jì)末就開(kāi)始對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行研究，20世紀(jì)60年代之前專(zhuān)利的申請(qǐng)量較少，但在60年代后申請(qǐng)量增長(zhǎng)勢(shì)頭明顯，在20世紀(jì)80年代對(duì)該裝置的申請(qǐng)量達(dá)到了一個(gè)高峰，之后又緩慢下降，在21世紀(jì)初達(dá)到第二個(gè)小高峰，接著在2012年呈現(xiàn)井噴態(tài)勢(shì)，近幾年的申請(qǐng)量有所下降。從申請(qǐng)量排名看，奧圖泰克和JVK過(guò)濾系統(tǒng)公司占據(jù)了前兩位，且申請(qǐng)量是第三位的奧托昆普公司兩倍之多。如圖3所示，通過(guò)梳理全球?qū)＠暾?qǐng)來(lái)源發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)領(lǐng)域中的專(zhuān)利申請(qǐng)主要集中在中國(guó)，占了全球申請(qǐng)量的38%，其次是德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)等歐洲國(guó)家，美國(guó)的專(zhuān)利申請(qǐng)比例也較大，歐洲是板框式壓濾機(jī)使用最早的地方，在德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)廣泛地使用在煤炭工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)療等過(guò)濾行業(yè)，經(jīng)過(guò)一百年多年的發(fā)展，新一代的板框壓濾機(jī)相繼出現(xiàn)，技術(shù)水平不斷提高。

國(guó)內(nèi)板式壓濾機(jī)起步較晚，從1986年至2006年的20年中申請(qǐng)量總體水平低，從2007年開(kāi)始進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，2018年全年申請(qǐng)量達(dá)140件以上，受專(zhuān)利公布周期影響，2019年的數(shù)據(jù)有所下降。由此可見(jiàn)，我國(guó)申請(qǐng)人一直持續(xù)關(guān)注板框壓濾機(jī)的技術(shù)研發(fā)。國(guó)內(nèi)專(zhuān)利申請(qǐng)量排名前十的主要申請(qǐng)人。由此可見(jiàn)，我國(guó)申請(qǐng)人主體以公司為主，科研院所及高校關(guān)注較少。

2.板框壓濾機(jī)技術(shù)發(fā)展路線板框壓濾機(jī)最早出現(xiàn)于歐洲，在德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)的各個(gè)行業(yè)，板框壓濾機(jī)被廣泛使用，包括煤炭、化工、醫(yī)療、紡織等領(lǐng)域。多年來(lái)，板框壓濾機(jī)一直在不斷發(fā)展完善，其結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了多代的變化，技術(shù)應(yīng)用水平也得到了很大的提高。板框壓濾機(jī)的發(fā)展可以分為四個(gè)階段：

(1)第一代板框壓濾機(jī)1910年英國(guó)發(fā)明了板框式壓濾機(jī)，其在板框中設(shè)置過(guò)濾材料，通過(guò)擠壓濾板對(duì)漿料進(jìn)行過(guò)濾，但濾餅里仍然留有很多水分，約為20%-22%。同年，GB191026231A中進(jìn)一步提出對(duì)壓濾板進(jìn)行改進(jìn)，使金屬板具有通過(guò)木條固定在兩側(cè)的一對(duì)金屬絲網(wǎng)，這些木條成有鋸齒形接頭，在底桿的排水槽中設(shè)置錐形塞，通過(guò)用螺釘或螺栓固定托盤(pán)上的木頭、金屬紐扣或墊圈條來(lái)加強(qiáng)托盤(pán)。1912年在GB191223867A中提出將格柵構(gòu)造成具有形成與通道的圓周或側(cè)面基本平行的通道，這些通道被隔斷以提供垂直通道，用于進(jìn)氣或排氣。這一代的壓濾機(jī)具有局部加壓功能，所以在處理細(xì)顆粒度、高粘度的懸浮液脫水時(shí)表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。但有仍然存在壓濾時(shí)間長(zhǎng)，處理能力小操作成本高、濾布耗量高、濾板壽命短、間歇生產(chǎn)、維修量大等問(wèn)題。

(2)第二代板框壓濾機(jī)針對(duì)第一代板框壓濾機(jī)的缺點(diǎn)在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了改進(jìn)，在GB2282722A提出對(duì)濾板框架進(jìn)行改良，將紙或很薄的過(guò)濾介質(zhì)條帶的邊緣支撐在框架的兩側(cè)，濾液流過(guò)形成在框架的底部框條中的通道，或者通過(guò)條帶的開(kāi)槽而流走；1930年，GB346191A提出將空心加熱元件懸掛在框架中進(jìn)一步干燥濾餅，之后又在加熱濾餅方面提出了一系列專(zhuān)利申請(qǐng)；1953年，GB718801A提出在濾板中空的部分至少在其邊緣上設(shè)置具有包括間隔表面的夾持裝置，其能夠彈開(kāi)并接合在孔的邊緣的相對(duì)兩側(cè)上，端口被安裝在孔的邊緣中，以將所述部分保持在板的平面上，允許容易地將其移除；1960年，GB905098A提出一種借助助濾劑進(jìn)行過(guò)濾的外殼結(jié)構(gòu)類(lèi)型的濾板；在此期間的改進(jìn)包括濾板結(jié)構(gòu)（DE881639C、DE940527C、US2594518A）、濾板材質(zhì)（GB909045A）、多路進(jìn)料、濾板支撐（GB797880A、 GB820668A）、液壓缸、拉開(kāi)裝置及自動(dòng)化，而且增加了二次壓榨，即在開(kāi)板卸料前增加一次過(guò)程時(shí)間比較短的機(jī)械壓榨過(guò)程，進(jìn)一步降低了濾餅中的水分。

(3)第三代板框壓濾機(jī)1969年德國(guó)在DE1960821B中提出了隔膜式濾板，即每塊板的一側(cè)具有濾膜，濾膜帶有開(kāi)槽的背面，在板和膜之間形成濾液通道，另一側(cè)是污泥室或隔壁的壁。將膜向下滾動(dòng)以適合板邊緣，并將其鎖定在相鄰過(guò)濾器組之間的分隔平面中。在此種濾板模式下，當(dāng)漿液充滿(mǎn)濾室后，往濾膜和濾板的夾層內(nèi)壓入高壓空氣，利用濾膜的彈性可以對(duì)濾餅進(jìn)行擠壓脫水，同時(shí)采用“吹氣”程序，用空氣來(lái)置換濾餅空隙中的濾液，再次降低濾餅中的水分。1980年，日本栗田機(jī)械制作所在JPS5794312A中為了提高濾餅的脫水率，通過(guò)在壓濾膜片的凹部與垂直孔的開(kāi)口部之間設(shè)置間隙以確保濾液通過(guò)。19世紀(jì)70年代到90年代有關(guān)隔膜式壓濾機(jī)的專(zhuān)利申請(qǐng)非常活躍，主要分布在德國(guó)、日本、英國(guó)和美國(guó)。濾板兩側(cè)覆有濾布的塑料隔膜濾板，當(dāng)充入高壓氣進(jìn)行壓榨時(shí)，隔膜能對(duì)濾餅進(jìn)行充分壓榨，死角少，壓榨效果好。

(4)第四代板框壓濾機(jī)薩拉公司設(shè)計(jì)的VP型壓濾機(jī)使用了另一種形式的“吹氣過(guò)程”，經(jīng)過(guò)“擠壓過(guò)程”的濾餅，顆粒之間的空隙還有一定的水分，可以假設(shè)在顆粒之間的空隙為長(zhǎng)短或直徑不同的毛細(xì)管，這些毛細(xì)管中的濾液是很難通過(guò)“擠壓過(guò)程”來(lái)排出的。于是采用了“吹氣”的程序，用壓力空氣來(lái)置換空隙中的濾液，當(dāng)壓力空氣進(jìn)入濾餅的毛細(xì)管中后，其中的液體逐漸被空氣所取代，濾餅的水分就會(huì)降低。在此過(guò)程中，中國(guó)申請(qǐng)人在已有壓濾機(jī)基礎(chǔ)上也提出了一系列改進(jìn)，例如針對(duì)隔膜壓濾機(jī)中隔膜使用久了會(huì)破裂，整個(gè)作業(yè)過(guò)程較長(zhǎng)，排泥時(shí)需要一塊板、一塊板依次移動(dòng)等缺陷，2010年CN102068840A中提出兩個(gè)過(guò)濾板之間設(shè)有彈性壓榨框，彈性壓榨框與過(guò)濾板之間形成密封；華南理工大學(xué)在CN108465278A中提出一種濾板可伸縮的高壓板框壓濾機(jī)。針對(duì)濾餅含水率高的問(wèn)題，提出一系列關(guān)于帶反吹風(fēng)干的板框壓濾機(jī)，在每個(gè)壓濾板都設(shè)有軟質(zhì)材質(zhì)的導(dǎo)氣管，進(jìn)氣孔通過(guò)導(dǎo)氣管與設(shè)于壓濾機(jī)上方的高壓空氣管連通，降低物料含水率至18%-22%。

3.展望板框式壓濾機(jī)屬于固液分離設(shè)備的重要組成部分，其在歐洲的發(fā)展過(guò)程已經(jīng)經(jīng)歷了一個(gè)多世紀(jì)。雖然我們專(zhuān)利制度起步較晚，因此關(guān)于板框壓濾機(jī)的專(zhuān)利申請(qǐng)也相對(duì)較晚，但國(guó)內(nèi)研究者很好總結(jié)了已有技術(shù)，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提出了一系列改進(jìn)，專(zhuān)利申請(qǐng)量不斷增長(zhǎng)，推動(dòng)著我國(guó)壓濾機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，其專(zhuān)利保護(hù)網(wǎng)也將愈發(fā)完善。

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