離心機(jī)工作原理

離 心 機(jī)Centrifugal Machine 5.1 離 心 機(jī) 的 典 型 結(jié) 構(gòu) 及 工 作 原 理 混 合 物 種 類(lèi) ： （稱(chēng)非均一系；非均勻液體） 混合物的分離在多種行業(yè)中都存在，根據(jù)不同目的進(jìn)行定向分離。液 固 相 液 液 相 液 液 固 相氣 液 相 氣 液 液 相 氣 液 固 相 分 離 目 的 ： 獲得有用的固相，排掉液相。 （如：選煤，制藥，制糖，制堿，食品等） 獲得有用的液相，排掉固相。 （如：造酒，制藥，榨油，食品等） 分離固相與液相，均收回或排掉。 （如：污水處理，造紙，選煤等） 分離液液相，均收回或不收回。 （如：油水分離，燃料油提純等） 分 離 方 法 ： 物理方法、化學(xué)方法、電學(xué)方法（電解與電離）。 機(jī)械分離方法 （過(guò)濾；離心沉降）物 理 方 法： 比重沉淀方法 （沉降；浮選） 物 理 分 離 原 理 ： 在場(chǎng)外力作用下，混合物中各相（如液相和固相）由 于質(zhì)量不同產(chǎn)生“相重差”，從而得到分離。 物 理 分 離 種 類(lèi)： 離心沉降（如：沉降式離心機(jī)，分離機(jī)） 沉降式： 重力沉降 （如：沙層自由沉降） 離心過(guò)濾（如：過(guò)濾式離心機(jī)） 過(guò)濾式 ： 加壓過(guò)濾 真空過(guò)濾 （如：各種壓濾機(jī)） 深層過(guò)濾 振動(dòng)篩 篩分式： 脫水 浮選式：油水分離；固相漂浮分離。 分 離 方 法 應(yīng) 用 ：化工、石油、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤 炭、水、選礦、船舶、軍工、污水處理等。 5.1.1 分 離 物 料 的 特 性 分離的對(duì)象：非均勻混合物（非均一系）（一）懸浮液 定義：由液體和懸浮于其中的固體顆粒組成的系統(tǒng)稱(chēng)為懸 浮液。 其中：液相為主相，稱(chēng)為連續(xù)相。 固體顆粒為副相，稱(chēng)為分散相。 懸 浮 液 乳 濁 液 固 體 顆 粒 非 均 勻 混 合 物 種 類(lèi) 懸浮液的特性： 物理性質(zhì)：密度（濃度）、粘度、表面張力等。 固相比： 固液濃度比。 懸浮液分類(lèi)： 按固體顆粒大小和濃度分（可用重量百分?jǐn)?shù)、體積百分表示） 粗顆粒懸浮液：粒徑 d 50 m 高濃度懸浮液：濃度 10% 選用過(guò)濾式離心機(jī) 細(xì)顆粒懸浮液：粒徑 d 50 m 低濃度懸浮液：濃度 10% 選用沉降式離心機(jī)或 過(guò)濾機(jī) 過(guò) 濾 式 離 心 機(jī) 沉 降 式 離 心 機(jī) (二 ).乳 濁 液 定義：由液體和懸浮于其中的一種或數(shù)種其它液體所組成的系統(tǒng)， 稱(chēng)為乳濁液。 其中： 主液體相為連續(xù)相。 其它液體相為副液相，或叫：分散相，非連續(xù)相。 乳濁液主要是指液液相組成的非均勻混合物。 如：油水混合物，形成水包油時(shí)，水為主液相，油為分散相。 分 散 相 液 珠 直 徑：一般：0.1 d 50 m 粗顆粒 5 d 50 m 中等顆粒 d 10m) 過(guò)濾式離心機(jī)原理： 轉(zhuǎn)鼓壁上有許多小孔，壁內(nèi)有過(guò)濾網(wǎng)（濾布），懸浮液在 轉(zhuǎn)鼓內(nèi)旋轉(zhuǎn)，靠離心力把液相甩出篩網(wǎng)，而固相顆粒被篩 網(wǎng)截留，形成濾餅，從而實(shí)現(xiàn)固、液分離。適應(yīng)范圍：固相含量高，固體顆粒較大的懸浮液（d 10m)。 活塞卸料過(guò)濾離心機(jī) （ 1） 三 足 式 過(guò) 濾 離 心 機(jī) 一種人工上部上料式離心機(jī)。廣泛用于：化工、制藥、食品、輕工等行業(yè)。結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓、濾網(wǎng)、主軸、軸承、底盤(pán)、外殼、三根支柱、 皮帶傳動(dòng)、電機(jī)等。三足式過(guò)濾離心機(jī) 工 作 順 序 ：?jiǎn)?dòng)、加料、過(guò)濾、洗滌、甩干、停車(chē)、卸料。周期 性，間歇操作。 懸浮液在啟動(dòng)后逐漸加入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，物料在離心力場(chǎng)作用下，液體經(jīng)濾布（濾網(wǎng)）及轉(zhuǎn)鼓孔甩出，固體則被截留在濾網(wǎng)內(nèi)，形成濾餅。 分離原理三足自動(dòng)刮刀下部卸料式 優(yōu) 點(diǎn) ： 對(duì)物料適應(yīng)性強(qiáng)，可用于固液分離、成品脫液、濾餅洗滌。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝、維修、使用成本低。 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，易于實(shí)現(xiàn)密閉和防爆。缺 點(diǎn) ：卸料要停車(chē)，效率低。三足式其它種類(lèi)： 三足自動(dòng)刮刀下部卸料式。 三足吊出卸料式。 三足氣流卸料式。 三足活塞上部卸料式。 （2）上懸式離心機(jī)廣泛用于： 化工、醫(yī)藥、輕工、食品等。如：制糖、鹽、葡萄糖等。結(jié)構(gòu)： 轉(zhuǎn)鼓固定在細(xì)長(zhǎng)軸下端，軸上端 有軸承懸掛機(jī)構(gòu)與電機(jī)相聯(lián)，軸帶動(dòng) 轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)。工作循環(huán)： 加料、旋轉(zhuǎn)分離、洗滌、脫水、 卸料、沖洗濾網(wǎng)等。工作特點(diǎn) ：低速上部加料，全速分離、 洗滌、脫水，低速下部卸料。 轉(zhuǎn)速連續(xù)，但周期性變化。上懸式離心機(jī) 上懸式離心機(jī) 上懸軸承結(jié)構(gòu) 優(yōu) 點(diǎn) ： 對(duì)物料適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)不同濃度的懸浮液。 加料、卸料不停機(jī)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，相對(duì)效率高。 結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。缺 點(diǎn) ：加料、卸料時(shí)要減速，運(yùn)轉(zhuǎn)具有周期性。 主軸較長(zhǎng)，易產(chǎn)生撓曲變形。另有結(jié)構(gòu)類(lèi)型： 上懸刮刀卸料式。 上懸自動(dòng)卸料式。 （3）臥式刮刀卸料離心機(jī) 工作循環(huán)：在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下加料、過(guò)濾、洗滌、分離、卸料。 工作特點(diǎn)：高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，間歇加料和卸料。 可處理粗、中、細(xì)顆粒的懸浮液。結(jié)構(gòu)： 轉(zhuǎn)鼓，濾網(wǎng)，加料管，刮刀機(jī)構(gòu)， 卸料槽，外殼，主軸，機(jī)體，電機(jī)。臥式刮刀卸料離心機(jī) 廣泛用于：化工、制藥、輕工、食品等行業(yè)。 如：食鹽，硫銨，碳酸氫氨，聚氯乙烯等。優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)物料適應(yīng)性強(qiáng)?？商幚泶?、中、細(xì)顆粒的懸浮液。 對(duì)過(guò)濾、洗滌、分離、卸料過(guò)程時(shí)間可任意調(diào)節(jié)。 運(yùn)轉(zhuǎn)連續(xù)，速度均勻，效率高。缺點(diǎn)： 刮刀磨損較快，易產(chǎn)生沖擊。 刮刀片工作時(shí)受磨損、沖擊和腐蝕作用，最容易損壞，所以要選用耐磨、耐腐蝕、高強(qiáng)度材料制造。 刮刀結(jié)構(gòu)： 上懸式刮刀。 旋轉(zhuǎn)式刮刀。 （4）臥式活塞卸料離心機(jī) （4）臥式活塞卸料離心機(jī)工作循環(huán)：在全速下連續(xù)加料、分離、洗滌、甩干，活塞連續(xù)推卸料。工作特點(diǎn)：勻速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)連續(xù)加料，液壓脈動(dòng)活塞卸料，可實(shí)現(xiàn)無(wú) 人職守，自動(dòng)操作。結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓，篩網(wǎng)，推料盤(pán)，布料斗，空心軸，推桿，復(fù)合油缸，機(jī)殼，機(jī) 座，液壓系統(tǒng)等。 廣泛應(yīng)于：化工、化肥、制藥、制糖等行業(yè)。優(yōu)點(diǎn)： 效率高，產(chǎn)量高，操作穩(wěn)定。 可自動(dòng)上、卸料，實(shí)現(xiàn)無(wú)人職守。 對(duì)物料適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)粗、中顆粒的懸浮液。缺點(diǎn)： 不適應(yīng)細(xì)顆粒懸浮液。 對(duì)濃度波動(dòng)比較敏感，易產(chǎn)生漏料現(xiàn)象。 結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。 推料盤(pán)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)次數(shù)：2030次/分；行程為轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng)的 1/10。此離心機(jī)分類(lèi)： 單級(jí)活塞推料式離心機(jī)。 多級(jí)活塞推料式離心機(jī)每級(jí)轉(zhuǎn)鼓短，推渣容 易，濾渣層薄，濾渣停留時(shí)間長(zhǎng)，有利于脫水和洗滌。 （5） 錐籃型離心機(jī)離心慣性力卸料式離心機(jī) （5）離心慣性力卸料式離心機(jī) 又稱(chēng)：錐籃離心機(jī)。此離心機(jī)種類(lèi)：立式錐籃型；臥式錐籃型。工作循環(huán)：全速下連續(xù)加料、分離、洗滌、甩干、卸料。工作特點(diǎn)：在全速下工作，自動(dòng)連續(xù)加料、卸料，無(wú)專(zhuān)門(mén)的卸料裝置。結(jié)構(gòu)：錐形轉(zhuǎn)鼓，濾網(wǎng)，進(jìn)料管，分配器，主軸，機(jī)殼，隔振器，電機(jī)等。 離心慣性力：向上分力：篩網(wǎng)面上正壓力及摩擦力： f 1摩擦系數(shù)，即濾渣與篩網(wǎng)之間摩擦。自動(dòng)卸料條件： 自動(dòng)卸料條件為：轉(zhuǎn)鼓半錐角的正切必須大于摩擦系數(shù)。 如：LI800型錐籃式離心機(jī)：=32.5 20 1F mr conwmrfNfF conwmrN 2 11111 211 摩擦力：正壓力： 1 21121 11 sinftg conwmrfwmr FTc 21 1 sinCT mr 優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，造價(jià)低。 效率高，耗電少。 可自動(dòng)上、卸料，無(wú)人職守。缺點(diǎn)： 對(duì)物料性質(zhì)、濃度變化敏感，適應(yīng)性差。 物料停留時(shí)間不易控制，易產(chǎn)生跑液。濾渣移動(dòng)原理： （忽略顆粒的重力作用）廣泛應(yīng)用：化工、小化肥、制藥、食品等。 5.3 沉 降 式 離 心 機(jī)原理： 轉(zhuǎn)鼓上無(wú)孔，也無(wú)濾網(wǎng)。懸浮液隨轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，因固、液兩相的比重不同，則產(chǎn)生不同的離心慣性力，離心力大的固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，液相則沉降在里層，然后分別從不同的出口排出，達(dá)到分離的目的。 沉降式離心機(jī)一般轉(zhuǎn)速較高：n=70008000rpm適應(yīng)范圍：固相含量較少，固體顆粒較?。╠ 10 m )。常見(jiàn)機(jī)型：螺旋卸料式。 分為：螺旋卸料式沉降離心機(jī)（有：臥式；立式） 刮刀卸料臥式沉降離心機(jī) 三足式沉降離心機(jī)（1）螺旋卸料式沉降離心機(jī)廣泛用于： 化工、石油、冶金、制藥、輕工、食品、污水處理等 用來(lái)處理顆粒粒度 d10m 的懸浮液。工作特點(diǎn)：連續(xù)加料、分離、卸料，全速運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速較高 n=70008000rpm。 結(jié) 構(gòu) ： 轉(zhuǎn)鼓，螺旋輸送器，變速器，進(jìn)料管，帶輪，外殼，過(guò)載保護(hù)裝置，液位調(diào)節(jié)裝置等。 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為 n b由電機(jī)直接帶動(dòng)，轉(zhuǎn)鼓上只有卸料口。 螺旋輸送器轉(zhuǎn)速 n S由轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動(dòng)行星差速器帶動(dòng)，轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)鼓相同。 n S n b 為正差轉(zhuǎn)速（一般機(jī)型） n S n b 為負(fù)差轉(zhuǎn)速。 兩者轉(zhuǎn)差率：工作原理：懸浮液由中心進(jìn)入，在離心力作用下，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成一個(gè)環(huán)行液 池，重相顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面，形成沉渣，由螺旋葉片推到轉(zhuǎn) 鼓小端排除。轉(zhuǎn)鼓大端蓋上有圓形排列的溢流孔，澄清液從溢流 孔排出。主要部件1.轉(zhuǎn)鼓：種類(lèi)：圓筒形；圓錐形；筒錐組合形。 長(zhǎng)徑比：12（或11.5）。圓錐筒錐角1011； 易于輸渣錐角：518。 轉(zhuǎn)鼓材料：不銹鋼，高強(qiáng)不銹鋼，鈦鋼，玻璃鋼。 一般轉(zhuǎn)鼓為整體鑄造或焊接而成。2.螺旋輸送器：用來(lái)輸送沉渣。 主要組成部件：螺旋葉片，內(nèi)管，進(jìn)料室。 螺旋葉片形式：整體形；帶狀形；斷開(kāi)形。分單頭、雙頭，左旋式，右旋式。 螺旋葉片易磨損，表面一般要堆焊硬質(zhì)合金（鈷鉻合金；鈷鎳合金； 碳化鎢）%32.0%100 b bs n nna 3.變速器： 擺線針輪行星變速器；漸開(kāi)線行星齒輪變速器。 功用：實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器之間的差速（變速），傳遞大扭矩。 驅(qū)動(dòng)方法：電機(jī)經(jīng)三角帶輪，帶動(dòng)轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速 n b)，由行星輪變速器變速 后，帶動(dòng)螺旋輸送器轉(zhuǎn)動(dòng)（轉(zhuǎn)速 ns)。一般： n b n S 。 特點(diǎn)：行星輪變速器可是現(xiàn)同軸傳動(dòng)，轉(zhuǎn)向相同，任意傳動(dòng)比，大扭矩。4.過(guò)載保護(hù)裝置：分電控機(jī)械式；機(jī)械液壓式；機(jī)械式。 圖736 為電控機(jī)械式。 （2）沉降過(guò)濾式離心機(jī) 轉(zhuǎn)鼓： 分為：沉降段和過(guò)濾段 1.沉降段：形式有圓柱與圓錐形；全圓錐形 兩種。 功用：懸浮液進(jìn)入沉降段，進(jìn)行沉降分離，澄清液從大端溢流孔溢出； 沉渣由螺旋輸送器輸送到過(guò)濾段，進(jìn)行過(guò)濾和脫水。 2.過(guò)濾段：形式為圓柱形，有濾網(wǎng)和篩孔。功用：沉渣在此段經(jīng)篩網(wǎng)過(guò)濾，液體被分離，濾渣由左端大孔排出。濾渣若 要求洗滌或干燥處理，則中心孔通入洗滌液或蒸汽，在過(guò)濾段洗滌濾渣。篩網(wǎng)反新：由反吹管通入壓縮空氣或清水，反吹篩網(wǎng)，使之反新。 （3）螺旋碟片式離心機(jī)機(jī)構(gòu)：臥式螺旋卸料離心機(jī)和蝶片分離機(jī)兩部分組成。 功用：螺旋卸料離心機(jī)把固、液分離；蝶片分離機(jī)把液體進(jìn)一步處理，可獲得澄清度很高的液相產(chǎn)品。轉(zhuǎn)鼓：由主分離室和輔助分離室兩部分組成。 主分離室：為臥式螺旋離心機(jī)，主要進(jìn)行固、液分離，大部分固 體顆粒被分離出來(lái)，由螺旋輸送器排出。 輔助分離室：為蝶片式分離機(jī)，對(duì)液體進(jìn)一步分離，分離出更細(xì) 小的顆粒。工作原理： 懸浮液由中心管進(jìn)入螺旋離心機(jī)段，靠高速下的離心力固體 顆粒與液體分離開(kāi)來(lái)，沉渣由輸送器從小端排出孔排出。 液體由離心機(jī)大端溢流孔進(jìn)入蝶片式分離機(jī)，再次進(jìn)行固液分離， 細(xì)小顆粒由周邊孔排出，高澄清度液體由中部溢流孔（9）排出。 5.4 分 離 機(jī) 種 類(lèi) ： （ 1） 管 式 分 離 機(jī) （ 2） 碟 式 分 離 機(jī)用來(lái)分離液-液相的乳濁液分離機(jī)械。 分離機(jī)工 作 原 理 ： 依據(jù)液-液兩相的密度差，在高速離心力場(chǎng)下，使液液分層，重相在外層，輕相在內(nèi)層，然后分別排出，達(dá)到分離目的。適 應(yīng) 范 圍 ：乳濁液分離，含微量固體顆粒的乳濁液（d5 m )常 見(jiàn) 機(jī) 型 ：管式分離機(jī)，室式分離機(jī)，碟式分離機(jī)。用 途：油料，油漆，制藥，化工等。 如：油水分離，蛋白質(zhì)，青霉素，香精油等分離。 （ 1） 管 式 分 離 機(jī)特 點(diǎn) ：轉(zhuǎn)速高達(dá) 15000 r/min（為高速型分離機(jī)）。 分離因數(shù) Fr=13205。分離兩相密度大于10 的乳濁液； 也可分離固相顆粒d=0.011.0m 或 固相濃度小于1%的懸浮液。結(jié) 構(gòu)：管狀轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑為 105mm ，轉(zhuǎn)鼓長(zhǎng) 730mm ，撓性主軸，上下軸承室，機(jī)殼，機(jī)座，制動(dòng)裝置等。 管 式 分 離 機(jī) 原 理 圖工作原理： 乳濁液由底部進(jìn)入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在高速離心力作用下將兩種液體分離。重相液體在外層，輕相液體在里層。重相液體經(jīng)轉(zhuǎn)鼓上噴口卸出，輕相液體經(jīng)分離頭中心到流道排出。 管式分離機(jī)轉(zhuǎn)鼓與軸的轉(zhuǎn)速較高，要克服因轉(zhuǎn)鼓不平衡而產(chǎn)生的振動(dòng)，則上下軸承必須采用減振性能良好的撓性軸承。 ： 用酚醛夾布樹(shù)脂制造，成為撓性滑動(dòng)軸承，可降低臨界轉(zhuǎn)速，達(dá)到自動(dòng)對(duì)中?；瑒?dòng)軸承與軸套可上下滑動(dòng)。 ： 球面形自對(duì)中滑動(dòng)軸承，注入高壓油，形成油膜潤(rùn)滑。此軸承的優(yōu)點(diǎn)為對(duì)中性好，振幅小。管式轉(zhuǎn)鼓： 采用高強(qiáng)度材料制造，增大轉(zhuǎn)鼓直徑，提高處理量和分離因數(shù) 轉(zhuǎn)鼓還可制造為能耐內(nèi)壓的密封轉(zhuǎn)鼓，使乳濁液在壓力作用下分離，同樣能提高處理量。 （ 2） 碟 式 分 離 機(jī) 碟式分離機(jī) 高速分離機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種。分類(lèi)： 人工排渣型 ， 噴嘴排渣型 ， 活塞排渣型。功能： 分離兩種密度不同的乳濁液；液液固相的乳濁液；含少量細(xì)顆粒的懸浮液。優(yōu)點(diǎn)：分離效率高，產(chǎn)量高，自動(dòng)化程度高。：轉(zhuǎn)鼓，錐形蝶片，主軸，隔板，軸承，增速機(jī)構(gòu),機(jī)座,電機(jī)等。 工 作 原 理 ： 轉(zhuǎn)鼓全速旋轉(zhuǎn)，乳濁液從中間進(jìn)入蝶片之間，在離心慣性力作用下，各液相按密度不同而分離，重液相沿蝶片間隙向外移動(dòng)，從隔板外部溢流孔排出。輕液相在內(nèi)層，從隔板內(nèi)部溢流孔排出。 固相顆粒沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，經(jīng)人工排渣或噴嘴、活塞排渣。 碟式分離機(jī) 廣 泛 用 于 ：醫(yī)藥，化工，食品等行業(yè)。關(guān)鍵部件：錐形蝶片。多個(gè)錐形蝶片重疊放置， 蝶片間距：0.41.5mm， 蝶片數(shù)：40160 ， 蝶片厚度：0.4mm，直徑：70600mm， 蝶片半錐角：30 50。 轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速：n = 400014000 rpm 。 液珠分離和移動(dòng)原理： 液珠分離：利用離心力場(chǎng)把不同密度的液珠分層。 液珠移動(dòng)：利用浮力的分力和摩擦力之和小于離心力向下的分力 時(shí)，液 珠便向下移動(dòng)，反之向上移動(dòng)。 蝶片半錐角：=30 50 液珠質(zhì)量：m 向下的分力：液珠的正壓力： 2sin sinF F mrw 分2F mrw液珠離心力：NF F分N Fcon 浮力：向上分力： 摩擦力：重液珠，離心力分力大于摩擦力與 浮力分力的和，則液珠向下移動(dòng)。輕液珠：浮力的分力大于離心力分力加摩擦力時(shí)，液珠上浮。 由此可見(jiàn)：輕重液體將分層逆向流動(dòng)，從不同排出口卸出。 sin 浮浮浮正壓力：FNconFF ( )mF f N N F浮浮FN 浮分離心力力分離：FFF m mFFF 分浮浮力分力： Fm + 浮FF分NF F分 F V gV 浮