沉降式离心机

沉降式离心机化机2010张华学号2010207416摘要：阐述了沉降离心机的结构、工作原理及用途，并对螺旋卸料式、三足沉降式、管式、碟式沉降离心机就各自的结构、应用场合、分离能力做了较为详细的介绍。结果表明，单从分离能力比较，管式最大，然后依次是碟式，螺旋卸料式，三足沉降式。关键词：沉降式离心机；螺旋卸料式；三足式；管式；碟式；分离能力。1概述1.1概念及存在意义沉降式离心机鼓壁上无孔，受离心力作用，混合物内的相按密度或粒度大小分层。密度或粒度大者富集于鼓壁，密度或粒度小者富集于中央，从而实现物料的分离。当离心过滤中因固体颗粒易堵塞过滤介质而过滤阻力过大时或细颗粒漏失过多时，过滤式离心机就无法达到理想的分离效果，此时沉降式离心机就具有了过滤式不可比拟的优势。利用离心沉降原理，可以把粒径很小的固相颗粒从液相中分离开来。1.2工作原理及用途加入转鼓中的悬浮液在离心力作用下形成环状液层，其中的固体颗粒沉降到转鼓壁上，形成沉渣。澄清的液体经转鼓溢流口或吸液管排出，称分离液。分离结束时用人工或机械方法卸出沉渣。固体颗粒在向转鼓壁沉降的过程中，还随液体流作轴向运动，进料量过大时，随液体流动至溢流口，而尚未沉降到鼓壁的细颗粒则随分离液排出转鼓，使分离液混浊。对固液相密度差小、固体颗粒小或液体粘度大的难分离悬浮液应选择分离因数高的沉降离心机，延长悬浮液在转鼓中停留的时间（例如减小进料量或采用长转鼓等），方能保证分离液澄清。沉降离心机用途较广，尤其适用于离心过滤中因固体颗粒易堵塞过滤介质而过滤阻力过大时或细颗粒漏失过多时的悬浮液分离，但沉渣的含湿量偏高。沉降离心机可用于结晶、化学沉淀物、煤粉等悬浮液的分离、各种污水污泥的脱水以及动植物油的除渣澄清等。1.3几种类型本论文主要讲螺旋卸料式离心机，三足式沉降离心机，管式离心机，碟式分离机这四种沉降式离心机。其中螺旋卸料式属于连续式离心机，三足式、管式、碟式属于间歇式离心机。需要强调的是螺旋卸料式离心机占离心机销售额的一半左右，可见其工业用途十分广泛。2螺旋卸料式离心机2.1整体构造及工作原理螺旋卸料式离心机分立式和卧式两种，但工业上以卧式为主，简称“卧螺”。其结构示意图如图2-1.图2-1螺旋卸料式离心机的整体构造示意图基本工作原理:卧式螺旋卸料离心机主要由高转速的转鼓、与转鼓转向相同且转速比转鼓略高或略低的螺旋和差速器等部件组成。当要分离的悬浮液进入离心机转鼓后，高速旋转的转鼓产生强大的离心力把比液相密度大的固相颗粒沉降到转鼓内壁，由于螺旋和转鼓的转速不同，二者存在有相对运动（即转速差），利用螺旋和转鼓的相对运动把沉积在转鼓内壁的固相推向转鼓小端出口处排出，分离后的清液从离心机另一端排出。差速器（齿轮箱）的作用是使转鼓和螺旋之间形成一定的转速差。主要的脱水流程可以简述为：悬浮液从进料管进入转鼓，固相颗粒在离心力场作用下受到离心力的加速沉降至转鼓内壁，沉降的颗粒在螺旋输送器叶片的推动下，从（直筒段）沉降区通过（锥段）干燥区至固相出口排出；经澄清的液相从溢流孔溢出。从而实现固、液相自动、连续的分离。2.2重要部件的简单介绍2.2.1转鼓转鼓的形式大体有三种，圆筒形；圆锥形；筒锥组合形。一般来说，圆筒形利于液相的澄清；圆锥形利于固相的脱水；而筒锥组合形兼具两者优点。转鼓的长径比一般为1~2（或1~1.5），圆锥筒锥角一般为10°~11°；易于输渣锥角一般为5°~18°。转鼓材料一般为不锈钢，高强不锈钢，钛钢，玻璃钢。转鼓为整体铸造或焊接而成。转鼓主要结构参数包括转鼓直径、转鼓长度、转鼓锥角、溢流口直径、出渣口直径。这些参数直接影响螺旋卸料离心机的分离能力、处理能力和输渣能力。出渣口与渣的摩擦程度比任何部分都大，为保护出渣口常采用喷涂耐磨材料或可拆换的耐磨衬套。2.2.2螺旋输送器结构形式如图2-2图2-2螺旋输送器主要组成部件包括螺旋叶片，内管，进料室。螺旋叶片形式大致分为整体形；带状形；断开形。分单头、双头，左旋式，右旋式。螺旋输送器是利用螺旋与转鼓之间的转速差将转鼓壁上的沉渣输送到出渣口排出。当物料中有砂粒存在时，螺旋叶片会磨损，使得输渣能力下降。故要求叶片具有一定的耐磨性。叶片的本体材料一般与转鼓相同，现有三种方法来增加螺旋叶片的耐磨性。(1)在易磨损处堆焊硬质合金（常用碳化钨）；(2)采用表面喷涂技术（火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂）；(3)采用可更换的耐磨扇形片作为螺旋外圈。2.3主要特点优点：自动、连续操作、可长期运行、维修方便。可在加压和低温下工作。单机生产能力大，处理能力0.4~60m3/h颗粒粒度2μm~5mm，固相浓度1%~50%、固液密度差大于0.05g/cm3。分离因数高，转鼓长径比设计范围大，转鼓液池深度可调。因此适用性强，应用范围广。缺点：沉渣含液量较高。离心机转速高，转动件加工精度要求高，结构复杂，制造成本高。2.4常用的螺旋卸料式离心机：脱水型卧螺离心机：分离因数一般小于3000，常用来处理易分离物料，如洗煤厂要浮选的（漂浮选矿）精矿和尾矿。转鼓呈锥形或柱-锥形，转鼓长径比较小，一般为1~2。澄清型卧螺离心机：分离因数一般大于3000，用于固体细微颗粒、滑腻的悬浮液（如活性污泥）等的澄清，特点是转鼓呈柱—锥形和双锥，长径比一般为2.5~4。2.5应用领域化工（如合成纤维树脂、聚氯乙烯）、煤炭（如煤粉的脱水）、食品（如淀粉的脱水）、制药（如动物油脂的分离）、治金（如矿砂和浸渍液的分离）、环保（如活性污泥的脱水）等。3三足式沉降离心机3.1整体构造及工作原理结构示意图如图3-1.图3-1三足式沉降离心机三足式离心机是一台间歇操作、人工卸料的立式离心机。在这种离心机中为了减轻转鼓的摆动和便于拆卸，将转鼓、外壳、和联动装置都固定在机座上，机座则借拉杆挂在三个支柱上，所以称为三足式离心机。3.2主要特点分离效率较低，一般只适宜处理较易分离的物料，因是间歇操作，为避免频繁的卸料、清洗，处理的物料一般含固量不高（约3%~5%）。结构简单，价格低，适应性强。常用于中小规模的生产，例如要求不高的料浆脱水，液体净水，从废液中回收有用的固体颗粒等。其缺点：卸料时劳动强度大，生产能力低。3.3简单拓展为了提高三足式沉降式离心机的分离效率，人们设计了三转鼓沉降三足式离心机，如图3-2。图3-2三转鼓沉降三足式离心机主轴上同时安装三个不同直径的转鼓，悬浮液通过三根单独进料管分别加入不同的转鼓。这样可增加液体在转鼓内的停留时间，并能在较低的转速获得相同的分离效率。4管式离心机4.1结构及类型管式分离机是高分离因数的离心机,分离因数可达15000~65000。转速一般为16000r／min，适用于含固量低于1%、固相粒度小于5μm、粘度较大的悬浮液澄清,或用于轻液相与重液相密度差小、分散性很高的乳浊液及液-液-固三相混合物的分离。单机生产能力较小,需停车清除转鼓内的沉渣。管式离心机具有一个细长而高速旋转的转鼓。加长转鼓长度的目的在于增加物料在转鼓内的停留时间。管式分离机结构如图4-1所示。图4-1管式离心机结构图图4-2澄清型图4-2分离型管式离心机根据要分离的物料的不同可以分为澄清型和分离型两类。分离型用于固液分离，澄清型可用于液液固三相分离。其结构示意图可参考图4-2。因为液液混合物没有流动性问题，因此用于液液分离的管式离心机为连续操作。对于固液分离，由于固相沉淀物流动性差，只能采用间隙式操作。待固体聚达到一定体积后，停车拆下转鼓进行清理，否则，固体越积越多，通流截面减小，流速加快，停留时间减小，会降低分离效率。在生产中为保持连续处理，采用两台离心机交替使用。4.2主要特点优点：（1）平均允许停留的时间要比同体积的转鼓式离心机长（管式离心机长径比大的缘故）（2）分离能力大（通常主要用于分离各种难分离的乳浊液，特别适用于二相密度差甚微的液液分离）。缺点：（1）容量小（2）固液分离只能为间隙操作5碟形离心机以叠加在一起的锥形碟片在高速旋转过程中对物料进行分离的设备，主要用于液—液乳浊液分离和固—液悬浮液的分离，应用于乳品加工、淀粉提取等生产领域。5.1基本构造和原理碟形离心机的转鼓内有数十个至上百个形状和尺寸相同、锥角为60°～120°的锥形碟片，碟片之间的间隙用碟片背面的狭条来控制，一般碟片间的间隙约0.5～2.5mm。当具有一定压力和流速的悬浮液进入离心澄清机后，就会从碟片组外缘进入各相邻碟片间的薄层隙道，由于离心澄清机高速旋转，这时悬浮液也被带着高速旋转，具有了离心力。此时固体和液体因密度不同而获得的离心沉降速度的不同，在碟片间的隙道间出现了不同的情况。固体颗粒获得的离心沉降速度大于后续液体的流速，则有向外运动的趋势，就沿碟片下表面离开轴线向外运动，并连续向鼓壁沉降；澄清液获得的离心沉降速度小于后续液体的流速，则在后续液体的推动下被迫反方向向轴心方向流动，移动至转鼓中心的进液管周围，并连续被排出。这样，固体和液体就在碟片间的隙道流动的过程中被分开。碟式分离机按分离原理分为离心澄清型和离心分离型两类。澄清型用于悬浮液中分散有微米和亚微米固体颗粒的分离。分离型用于乳浊液的分离，即液液分离，例如油类脱水，牛乳脱脂。两种类型的结构示意图如图5-1所示。图5-1分离型和澄清型5.2主要应用领域矿物油行业：船舶主机、陆用柴油机、电站等燃油和润滑油的净化；乳制品行业：鲜牛乳的澄清和净化、脱脂；植物油行业：棕榈油的净化和澄清，植物油精炼的脱胶、脱皂、脱水和脱蜡等；饮料制品行业：啤酒、果汁、饮料等澄清，植物蛋白的提取、废水处理等；生物工程发酵液的澄清；碟式分离机淀粉行业：淀粉浆的浓缩和分级；制药行业：抗生素类、生化制药类药剂萃取过程中的净化或澄清，中药药剂的澄清等；化工行业：化工原料的净化或澄清；羊毛脂行业：从洗毛污水中提取和净化羊毛脂；胶乳行业：净化和浓缩天然橡胶乳浆；其他行业：如实验室、石油、焦化、高岭土、纸浆回收、电解液处理、废水处理、环保等，以及动植物蛋白的提取、动物脂肪的提取及精炼、混合脂肪酸的分离。6总结由以上对四种沉降离心机的简单介绍可知，从分离能力大小上看，管式离心机最强，其次是碟式离心机，然后是螺旋卸料式离心机，最后是三足式沉降离心机。当然，每种离心机都有其各自的适用场合。在实际应用中，应根据具体的分离目的及产物的最终用途等因素进行合适的离心机选型，以实现成本最小化，利益最大化的工业目的。