离心机工作原理

5离心机CentrifugalMachine5.1离心机的典型结构及工作原理•混合物种类：（称非均一系；非均匀液体）混合物的分离在多种行业中都存在，根据不同目的进行定向分离。液—固相液—液相液—液—固相气—液相气—液——液相气—液—固相•分离目的：⑴获得有用的固相，排掉液相。（如：选煤，制药，制糖，制碱，食品等）⑵获得有用的液相，排掉固相。（如：造酒，制药，榨油，食品等）⑶分离固相与液相，均收回或排掉。（如：污水处理，造纸，选煤等）⑷分离液—液相，均收回或不收回。（如：油水分离，燃料油提纯等）分离方法：物理方法、化学方法、电学方法（电解与电离）。机械分离方法（过滤；离心沉降）物理方法：比重沉淀方法（沉降；浮选）•物理分离原理：在场外力作用下，混合物中各相（如液相和固相）由于质量不同产生“相重差”，从而得到分离。物理分离种类：离心沉降（如：沉降式离心机，分离机）沉降式：重力沉降（如：沙层自由沉降）离心过滤（如：过滤式离心机）过滤式：加压过滤真空过滤（如：各种压滤机）深层过滤振动筛筛分式：脱水浮选式：油水分离；固相漂浮分离。分离方法应用：化工、石油、轻工、医药、食品、纺织、冶金、煤炭、水、选矿、船舶、军工、污水处理等。•5.1.1分离物料的特性分离的对象：非均匀混合物（非均一系）（一）悬浮液定义：由液体和悬浮于其中的固体颗粒组成的系统称为悬浮液。其中：液相为主相，称为连续相。固体颗粒为副相，称为分散相。悬浮液乳浊液固体颗粒非均匀混合物种类悬浮液的特性：物理性质：密度（浓度）、粘度、表面张力等。固相比：固液浓度比。悬浮液分类：按固体颗粒大小和浓度分（可用重量百分数、体积百分表示）⑴粗颗粒悬浮液：粒径d50m⑵高浓度悬浮液：浓度＞10%选用过滤式离心机⑶细颗粒悬浮液：粒径d50m⑷低浓度悬浮液：浓度＜10%选用沉降式离心机或过滤机过滤式离心机沉降式离心机•(二).乳浊液定义：由液体和悬浮于其中的一种或数种其它液体所组成的系统，称为乳浊液。其中：主液体相为连续相。其它液体相为副液相，或叫：分散相，非连续相。乳浊液主要是指液—液相组成的非均匀混合物。如：油水混合物，形成水包油时，水为主液相，油为分散相。分散相液珠直径：一般：0.1d0.4~0.5m液珠直径再大时会分层。乳浊液两相浓度发生变化时，主液相与副液相可以相互转换。物理性质：浓度，液珠大小，粘度，布朗运动系数等。乳浊液分离难度较大，一般选用高速分离机进行，依靠高速旋转把不同比重的液体分离开来。如：管式分离机；碟片式分离机。转速：n=4000~15000r/min•（三）固体颗粒定义：在悬浮液中不分解的颗粒为固体颗粒。颗粒的表示方法：颗粒尺寸，颗粒分布，颗粒形状。1.颗粒尺寸：常用粒径d表示d50m粗颗粒5d50m中等颗粒d5m细颗粒粒径的测量方法有：当量球径；当量圆径；统计直径。2.粒度分布：用不同粒径的颗粒在颗粒群中各自所占的比例或百分数表示。粒度分布表达方式：⑴用总粒度数表示。⑵用单位长度上的粒度数表示。⑶用单位面积上的粒度数表示。⑷用单位体积内的粒度数表示。3.颗粒形状：固体颗粒形状一般不规则、多种多样、不同物体颗粒,形状不同。常见有：球形，椭圆形，扁圆形，片形，雪花形等等。•5.1.2分离原理及离心机分类•(一)分离因数离心分离原理：利用转鼓旋转产生的离心惯性力，把悬浮液、乳浊液及其它物料分离或浓缩。（1）离心惯性力FkNwRmamFsmwRasm60DnwRvsrad30nw2nk22n颗粒离心惯性力：颗粒向心加速度：（切线速度）圆周速度：转鼓角速度：分离因数Fr定义：颗粒自身离心惯性力与其重力之比，为分离因数•分离因数：分离因数Fr是表示离心机分离能力的主要指标，是一个重要性能参数。Fr值越大，表明分离效果越好。R↑转鼓直径增大Fr↑及Fk↑方法ω↑转鼓转速提高(当结构一定时,ω↑效果更好)2knrFaRFGgg(2).物料产生的离心压力任意半径处离心压力：转鼓壁上离心压力：r=R(离心压力最大，R为转鼓内径）)(2a2122cmNprr21F.mrmkgprR21F13a2122c—物料环内径，——物料密度—式中：•(二).离心机分类分为三类：共同特点：体积小，结构紧凑，分离效率高，生产能力大，附属设备少。过滤式离心机沉降式离心机分离机5.2过滤式离心机5.2.1过滤式离心机依靠滤网和离心力作用的离心机为过滤离心机。结构特点：滤网、转鼓。共有五种类型。三足式过滤离心机上悬式离心机卧式刮刀卸料离心机卧式活塞卸料离心机离心惯性力卸料式离心机范围：固体颗粒较大的悬浮液（d10μm)过滤式离心机原理：转鼓壁上有许多小孔，壁内有过滤网（滤布），悬浮液在转鼓内旋转，靠离心力把液相甩出筛网，而固相颗粒被筛网截留，形成滤饼，从而实现固、液分离。适应范围：固相含量高，固体颗粒较大的悬浮液（d10μm)。活塞卸料过滤离心机（1）三足式过滤离心机一种人工上部上料式离心机。广泛用于：化工、制药、食品、轻工等行业。结构：转鼓、滤网、主轴、轴承、底盘、外壳、三根支柱、皮带传动、电机等。三足式过滤离心机工作顺序：启动、加料、过滤、洗涤、甩干、停车、卸料。周期性，间歇操作。悬浮液在启动后逐渐加入转鼓内，物料在离心力场作用下，液体经滤布（滤网）及转鼓孔甩出，固体则被截留在滤网内，形成滤饼。分离原理——三足自动刮刀下部卸料式优点：⑴对物料适应性强，可用于固液分离、成品脱液、滤饼洗涤。⑵结构简单，制造、安装、维修、使用成本低。⑶运转平稳，易于实现密闭和防爆。缺点：卸料要停车，效率低。三足式其它种类：①三足自动刮刀下部卸料式。②三足吊出卸料式。③三足气流卸料式。④三足活塞上部卸料式。（2）上悬式离心机广泛用于：化工、医药、轻工、食品等。如：制糖、盐、葡萄糖等。结构：转鼓固定在细长轴下端，轴上端有轴承悬挂机构与电机相联，轴带动转鼓旋转。工作循环：加料、旋转分离、洗涤、脱水、卸料、冲洗滤网等。工作特点：低速上部加料，全速分离、洗涤、脱水，低速下部卸料。转速连续，但周期性变化。上悬式离心机•上悬式离心机上悬轴承结构优点：①对物料适应性强，适应不同浓度的悬浮液。②加料、卸料不停机，连续运转，相对效率高。③结构相对简单。缺点：①加料、卸料时要减速，运转具有周期性。②主轴较长，易产生挠曲变形。另有结构类型：①上悬刮刀卸料式。②上悬自动卸料式。•（3）卧式刮刀卸料离心机工作循环：在高速运转下加料、过滤、洗涤、分离、卸料。工作特点：高速连续运转，间歇加料和卸料。可处理粗、中、细颗粒的悬浮液。结构：转鼓，滤网，加料管，刮刀机构，卸料槽，外壳，主轴，机体，电机。卧式刮刀卸料离心机广泛用于：化工、制药、轻工、食品等行业。如：食盐，硫铵，碳酸氢氨，聚氯乙烯等。优点：①对物料适应性强。可处理粗、中、细颗粒的悬浮液。②对过滤、洗涤、分离、卸料过程时间可任意调节。③运转连续，速度均匀，效率高。缺点：刮刀磨损较快，易产生冲击。刮刀片工作时受磨损、冲击和腐蚀作用，最容易损坏，所以要选用耐磨、耐腐蚀、高强度材料制造。刮刀结构：①上悬式刮刀。②旋转式刮刀。（4）卧式活塞卸料离心机（4）卧式活塞卸料离心机工作循环：在全速下连续加料、分离、洗涤、甩干，活塞连续推卸料。工作特点：匀速连续运转，自动连续加料，液压脉动活塞卸料，可实现无人职守，自动操作。结构：转鼓，筛网，推料盘，布料斗，空心轴，推杆，复合油缸，机壳，机座，液压系统等。广泛应于：化工、化肥、制药、制糖等行业。优点：①效率高，产量高，操作稳定。②可自动上、卸料，实现无人职守。③对物料适应性强，适应粗、中颗粒的悬浮液。缺点：①不适应细颗粒悬浮液。②对浓度波动比较敏感，易产生漏料现象。③结构相对复杂。推料盘作往复运动，往复次数：20~30次/分；行程为转鼓长的1/10。此离心机分类：①单级活塞推料式离心机。②多级活塞推料式离心机——每级转鼓短，推渣容易，滤渣层薄，滤渣停留时间长，有利于脱水和洗涤。（5）——锥篮型离心机离心惯性力卸料式离心机（5）离心惯性力卸料式离心机又称：锥篮离心机。此离心机种类：立式锥篮型；卧式锥篮型。工作循环：全速下连续加料、分离、洗涤、甩干、卸料。工作特点：在全速下工作，自动连续加料、卸料，无专门的卸料装置。结构：锥形转鼓，滤网，进料管，分配器，主轴，机壳，隔振器，电机等。•离心惯性力：•向上分力：•筛网面上正压力及摩擦力：•f1——摩擦系数，即滤渣与筛网之间摩擦。•自动卸料条件：•自动卸料条件为：转鼓半锥角α的正切必须大于摩擦系数。•如：LI—800型锥篮式离心机：α=32.5°201FmrconwmrfNfFconwmrN211111211摩擦力：正压力：12112111sinftgconwmrfwmrFTc211sinCTmr优点：①结构简单，体积小，造价低。②效率高，耗电少。③可自动上、卸料，无人职守。缺点：①对物料性质、浓度变化敏感，适应性差。②物料停留时间不易控制，易产生跑液。滤渣移动原理：（忽略颗粒的重力作用）广泛应用：化工、小化肥、制药、食品等。5.3沉降式离心机原理：转鼓上无孔，也无滤网。悬浮液随转鼓高速旋转，因固、液两相的比重不同，则产生不同的离心惯性力，离心力大的固相颗粒沉积在转鼓内壁上，液相则沉降在里层，然后分别从不同的出口排出，达到分离的目的。沉降式离心机一般转速较高：n=7000~8000rpm适应范围：固相含量较少，固体颗粒较小（d10μm)。常见机型：螺旋卸料式。•分为：⑴螺旋卸料式沉降离心机（有：卧式；立式）•⑵刮刀卸料卧式沉降离心机•⑶三足式沉降离心机（1）螺旋卸料式沉降离心机广泛用于：化工、石油、冶金、制药、轻工、食品、污水处理等用来处理颗粒粒度d10μm的悬浮液。工作特点：连续加料、分离、卸料，全速运转，转速较高n=7000~8000rpm。结构：转鼓，螺旋输送器，变速器，进料管，带轮，外壳，过载保护装置，液位调节装置等。转鼓转速为nb——由电机直接带动，转鼓上只有卸料口。螺旋输送器转速nS——由转鼓驱动行星差速器带动，转向与转鼓相同。nS＞nb为正差转速（一般机型）nS＜nb为负差转速。两者转差率：工作原理：悬浮液由中心进入，在离心力作用下，转鼓内形成一个环行液池，重相颗粒沉降到转鼓内表面，形成沉渣，由螺旋叶片推到转鼓小端排除。转鼓大端盖上有圆形排列的溢流孔，澄清液从溢流孔排出。主要部件1.转鼓：种类：圆筒形；圆锥形；筒锥组合形。长径比：1~2（或1~1.5）。圆锥筒锥角10°~11°；易于输渣锥角：5°~18°。转鼓材料：不锈钢，高强不锈钢，钛钢，玻璃钢。一般转鼓为整体铸造或焊接而成。2.螺旋输送器：用来输送沉渣。主要组成部件：螺旋叶片，内管，进料室。螺旋叶片形式：整体形；带状形；断开形。分单头、双头，左旋式，右旋式。螺旋叶片易磨损，表面一般要堆焊硬质合金（钴铬合金；钴镍合金；碳化钨）%3~2.0%100bbsnnna3.变速器：摆线针轮行星变速器；渐开线行星齿轮变速器。功用：实现转鼓与螺旋输送器之间的差速（变速），传递大扭矩。驱动方法：电机经三角带轮，带动转鼓旋转（转速nb)，由行星轮变速器变速后，带动螺旋输送器转动（转速ns)。一般：nbnS。特点：行星轮变速器可是现同轴传动，转向相同，任意传动比，大扭矩。4.过载保护装置：分电控机械式；机械液压式；机械式。图7—36为电控机械式。•（2）沉降—过滤式离心机转鼓：分为：沉降段和过滤段1.沉降段：形式有圆柱与圆锥形；全圆锥形两种。功用：悬浮液进入沉降段，进行沉降分离，澄清液从大端溢流孔溢出；沉渣由螺旋输送器输送到过滤段，进行过滤和脱水。2.过滤段：形式为圆柱形，有滤网和筛孔。功用：沉渣在此段经筛网过滤，液体被分离，滤渣由左端大孔排出。滤渣若要求洗涤或干燥处理，则中心孔通入洗涤液或蒸汽，在过滤段洗涤滤渣。筛网反新：由反吹管通入压缩空气或清水，反吹筛网，使之反新。（3）螺旋—碟片式离心机机构：卧式螺旋卸料离心机和蝶片分离机两部