离心机工作原理

离 心 机Centrifugal Machine 5.1 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 ： 获得有用的固相，排掉液相。 （如：选煤，制药，制糖，制碱，食品等） 获得有用的液相，排掉固相。 （如：造酒，制药，榨油，食品等） 分离固相与液相，均收回或排掉。 （如：污水处理，造纸，选煤等） 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） 粗颗粒悬浮液：粒径 d 50 m 高浓度悬浮液：浓度 10% 选用过滤式离心机 细颗粒悬浮液：粒径 d 50 m 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：0.1 d 50 m 粗颗粒 5 d 50 m 中等颗粒 d 10m) 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（d 10m)。 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 ： 对物料适应性强，可用于固液分离、成品脱液、滤饼洗涤。 结构简单，制造、安装、维修、使用成本低。 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： 三足自动刮刀下部卸料式。 三足吊出卸料式。 三足气流卸料式。 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 ： 对物料适应性强，适应不同浓度的悬浮液。 加料、卸料不停机，连续运转，相对效率高。 结构相对简单。缺 点 ：加料、卸料时要减速，运转具有周期性。 主轴较长，易产生挠曲变形。另有结构类型： 上悬刮刀卸料式。 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： 对物料适应性强。可处理粗、中、细颗粒的悬浮液。 对过滤、洗涤、分离、卸料过程时间可任意调节。 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： 上悬式刮刀。 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： 效率高，产量高，操作稳定。 可自动上、卸料，实现无人职守。 对物料适应性强，适应粗、中颗粒的悬浮液。缺点： 不适应细颗粒悬浮液。 对浓度波动比较敏感，易产生漏料现象。 结构相对复杂。 推料盘作往复运动，往复次数：2030次/分；行程为转鼓长的 1/10。此离心机分类： 单级活塞推料式离心机。 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： f 1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：转鼓半锥角的正切必须大于摩擦系数。 如：LI800型锥篮式离心机：=32.5 20 1F mr conwmrfNfF conwmrN 2 11111 211 摩擦力：正压力： 1 21121 11 sinftg conwmrfwmr FTc 21 1 sinCT mr 优点： 结构简单，体积小，造价低。 效率高，耗电少。 可自动上、卸料，无人职守。缺点： 对物料性质、浓度变化敏感，适应性差。 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=70008000rpm适应范围：固相含量较少，固体颗粒较小（d 10 m )。常见机型：螺旋卸料式。 分为：螺旋卸料式沉降离心机（有：卧式；立式） 刮刀卸料卧式沉降离心机 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 d10m 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=70008000rpm。 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 n b由电机直接带动，转鼓上只有卸料口。 螺旋输送器转速 n S由转鼓驱动行星差速器带动，转向与转鼓相同。 n S n b 为正差转速（一般机型） n S n b 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：12（或11.5）。圆锥筒锥角1011； 易于输渣锥角：518。 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）%32.0%100 b bs n nna 3.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 n b)，由行星轮变速器变速 后，带动螺旋输送器转动（转速 ns)。一般： n b n S 。 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736 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分组成。 功用：螺旋卸料离心机把固、液分离；蝶片分离机把液体进一步处理，可获得澄清度很高的液相产品。转鼓：由主分离室和辅助分离室两部分组成。 主分离室：为卧式螺旋离心机，主要进行固、液分离，大部分固 体颗粒被分离出来，由螺旋输送器排出。 辅助分离室：为蝶片式分离机，对液体进一步分离，分离出更细 小的颗粒。工作原理： 悬浮液由中心管进入螺旋离心机段，靠高速下的离心力固体 颗粒与液体分离开来，沉渣由输送器从小端排出孔排出。 液体由离心机大端溢流孔进入蝶片式分离机，再次进行固液分离， 细小颗粒由周边孔排出，高澄清度液体由中部溢流孔（9）排出。 5.4 分 离 机 种 类 ： （ 1） 管 式 分 离 机 （ 2） 碟 式 分 离 机用来分离液-液相的乳浊液分离机械。 分离机工 作 原 理 ： 依据液-液两相的密度差，在高速离心力场下，使液液分层，重相在外层，轻相在内层，然后分别排出，达到分离目的。适 应 范 围 ：乳浊液分离，含微量固体颗粒的乳浊液（d5 m )常 见 机 型 ：管式分离机，室式分离机，碟式分离机。用 途：油料，油漆，制药，化工等。 如：油水分离，蛋白质，青霉素，香精油等分离。 （ 1） 管 式 分 离 机特 点 ：转速高达 15000 r/min（为高速型分离机）。 分离因数 Fr=13205。分离两相密度大于10 的乳浊液； 也可分离固相颗粒d=0.011.0m 或 固相浓度小于1%的悬浮液。结 构：管状转鼓，转鼓内径为 105mm ，转鼓长 730mm ，挠性主轴，上下轴承室，机壳，机座，制动装置等。 管 式 分 离 机 原 理 图工作原理： 乳浊液由底部进入转鼓内，在高速离心力作用下将两种液体分离。重相液体在外层，轻相液体在里层。重相液体经转鼓上喷口卸出，轻相液体经分离头中心到流道排出。 管式分离机转鼓与轴的转速较高，要克服因转鼓不平衡而产生的振动，则上下轴承必须采用减振性能良好的挠性轴承。 ： 用酚醛夹布树脂制造，成为挠性滑动轴承，可降低临界转速，达到自动对中。滑动轴承与轴套可上下滑动。 ： 球面形自对中滑动轴承，注入高压油，形成油膜润滑。此轴承的优点为对中性好，振幅小。管式转鼓： 采用高强度材料制造，增大转鼓直径，提高处理量和分离因数 转鼓还可制造为能耐内压的密封转鼓，使乳浊液在压力作用下分离，同样能提高处理量。 （ 2） 碟 式 分 离 机 碟式分离机 高速分离机中应用最广泛的一种。分类： 人工排渣型 ， 喷嘴排渣型 ， 活塞排渣型。功能： 分离两种密度不同的乳浊液；液液固相的乳浊液；含少量细颗粒的悬浮液。优点：分离效率高，产量高，自动化程度高。：转鼓，锥形蝶片，主轴，隔板，轴承，增速机构,机座,电机等。 工 作 原 理 ： 转鼓全速旋转，乳浊液从中间进入蝶片之间，在离心惯性力作用下，各液相按密度不同而分离，重液相沿蝶片间隙向外移动，从隔板外部溢流孔排出。轻液相在内层，从隔板内部溢流孔排出。 固相颗粒沉降在转鼓内壁，经人工排渣或喷嘴、活塞排渣。 碟式分离机 广 泛 用 于 ：医药，化工，食品等行业。关键部件：锥形蝶片。多个锥形蝶片重叠放置， 蝶片间距：0.41.5mm， 蝶片数：40160 ， 蝶片厚度：0.4mm，直径：70600mm， 蝶片半锥角：30 50。 转鼓转速：n = 400014000 rpm 。 液珠分离和移动原理： 液珠分离：利用离心力场把不同密度的液珠分层。 液珠移动：利用浮力的分力和摩擦力之和小于离心力向下的分力 时，液 珠便向下移动，反之向上移动。 蝶片半锥角：=30 50 液珠质量：m 向下的分力：液珠的正压力： 2sin sinF F mrw 分2F mrw液珠离心力：NF F分N Fcon 浮力：向上分力： 摩擦力：重液珠，离心力分力大于摩擦力与 浮力分力的和，则液珠向下移动。轻液珠：浮力的分力大于离心力分力加摩擦力时，液珠上浮。 由此可见：轻重液体将分层逆向流动，从不同排出口卸出。 sin 浮浮浮正压力：FNconFF ( )mF f N N F浮浮FN 浮分离心力力分离：FFF m mFFF 分浮浮力分力： Fm + 浮FF分NF F分 F V gV 浮