螺旋擠壓固液分離機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與試驗.pdf

1、畜禽糞污是農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源，年產(chǎn)量約38億噸，畜禽糞污含水率在80％以上，禽糞污不僅量大而且呈流態(tài)狀，處理不當(dāng)極易造成環(huán)境污染，同時也是一種極大的資源浪費。對其進(jìn)行深加工開發(fā)利用，是實現(xiàn)畜禽糞污“變廢為寶”的重要環(huán)節(jié)，固液分離是該環(huán)節(jié)首道工序。針對畜禽糞污固液分離，國內(nèi)外采用的技術(shù)主要有離心式、壓濾式、篩分式三種，當(dāng)畜禽糞污固含量大、粘度高時，普通分離設(shè)備處理效果不理想。螺旋擠壓分離技術(shù)在畜禽糞污處理領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，為提高分離效果常

2、添加大量清水進(jìn)行稀釋預(yù)處理，該舉措不僅導(dǎo)致大量附加污水的產(chǎn)生，又極大增加了后續(xù)處理難度和成本。因此，為了提高畜禽糞污處理效率，降低濾渣含水率，提升機(jī)具對高粘物料的適應(yīng)性，優(yōu)化機(jī)具性能，亟需開展畜禽糞污固液分離技術(shù)和裝備研究。
　　本文對螺旋擠壓分離機(jī)機(jī)理分析，設(shè)計了斷齒螺旋擠壓分離機(jī)，并運(yùn)用計算流體動力學(xué)(CFD)對螺旋擠壓脫水流道內(nèi)流場進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，探究斷齒螺旋擠壓脫水流場規(guī)律，為結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及多因素試驗提供理論依據(jù)。構(gòu)建

3、試驗臺架進(jìn)行了多因素試驗分析，研究了斷齒螺旋間斷距離、螺旋轉(zhuǎn)速、出渣口壓力等因素對糞污脫水效率、濾渣含水率的影響。優(yōu)化得出斷齒螺旋擠壓脫水機(jī)構(gòu)最佳運(yùn)行參數(shù)，并與普通連續(xù)螺旋擠壓分離機(jī)進(jìn)行了性能對比試驗，得出斷齒螺旋擠壓脫水機(jī)具有更優(yōu)良脫水性能，達(dá)到了設(shè)計預(yù)期。
　　主要研究內(nèi)容及結(jié)果簡要如下:
　　(1)畜禽糞污物理特性參數(shù)研究。對豬糞、牛糞的含水率和粘度進(jìn)行了特性試驗研究，根據(jù)含水率-粘度曲線，得出豬糞和牛糞物理特性具有一

4、定相似性，固含量與其粘度之間存在較高相關(guān)性，固含量低時粘度小，分子間聚合力小，相對來說脫水較為容易;固含量高則粘度大，分子間聚合力大導(dǎo)致脫水難，物理特性研究結(jié)果可為斷齒螺旋擠壓分離機(jī)研究提供依據(jù)。
　　(2)斷齒螺旋擠壓脫水機(jī)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計了斷齒螺旋，斷齒螺旋分為連續(xù)段和斷齒段，連續(xù)螺旋由兩片連續(xù)葉片交錯布置，斷齒螺旋共4個螺旋單元，每個螺旋單元由兩片斷齒葉片交錯布置形成，相鄰螺旋單元葉片兩兩正交。每個螺旋葉片在進(jìn)料口螺棱具有鋒利的

5、切割功能。斷齒螺旋擠壓脫水機(jī)構(gòu)處理高濃度糞污效果較好，具有效率高、不易堵塞等優(yōu)點。
　　(3)斷齒螺旋流場特性研究。利用CFD對小間距、設(shè)計間距及大間距三種間斷距離的模型進(jìn)行流場數(shù)值模擬計算，對比分析了三種結(jié)構(gòu)參數(shù)模型下斷齒螺旋脫水裝置工作性能、流道內(nèi)顆粒濃度分布、顆粒速度分布及多孔介質(zhì)區(qū)域壓差分布情況。由數(shù)值模擬結(jié)果較為準(zhǔn)確地推測斷齒螺旋擠壓脫水裝置的內(nèi)部流動特性，流道內(nèi)顆粒體積分?jǐn)?shù)變化分3個階段，整體呈波浪型遞增式趨勢，間斷長

6、度對腔體內(nèi)部流態(tài)影響較大。間斷區(qū)對顆粒運(yùn)動具有一定的緩沖作用，間斷距離長短能夠控制顆粒在腔體內(nèi)的滯留時間。多孔介質(zhì)區(qū)域內(nèi)外側(cè)壓差在脫水后期增幅最大，相同工況下間斷距離越小壓差越大。由流場特性分析，理論上闡述了斷齒螺旋分離效率高、擠出物含水率低、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點，通過數(shù)值模擬并結(jié)合實際得出斷齒距離在20mm～50mm是較為合理的范圍，為進(jìn)一步優(yōu)化研究提供了參考。
　　(4)運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化試驗。為減少設(shè)計周期，利用三維設(shè)計軟件Creo2.

7、0對試驗裝置進(jìn)行了虛擬建模，并設(shè)計了試驗臺架，采用Box-Benhnken中心組合試驗設(shè)計方法，對斷齒螺旋擠壓機(jī)構(gòu)的工作參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化試驗。選取螺旋轉(zhuǎn)速、間斷距離、配重位置為影響因素，以分離效率和擠出物含水率為目標(biāo)函數(shù)，確定了影響因素的主次關(guān)系以及顯著性，并建立了影響因素與目標(biāo)函數(shù)之間的多元數(shù)學(xué)回歸模型。通過試驗并結(jié)合生產(chǎn)實際，最終獲出最佳工作參數(shù)組合為:間斷距離37mm，轉(zhuǎn)速56r/min、配重位置在309mm處，此時分離效率和擠出物