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1、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
2、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
3、。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
4、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 0.40.5 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=400015000 r/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 d 50 m 粗颗粒 5 d 50 m 中等颗粒 d 5 m 细颗粒 粒径
5、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：用总粒度数表示。用单位长度上的粒度数表示。用单位面积上的粒度数表示。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 Fk,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
6、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 转鼓转速提高(当结构一定时,效果更好),(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）,(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
7、料式离心机,范围：固体颗粒较大的悬浮液（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
8、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
9、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
10、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
11、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
12、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,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
13、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，
14、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
15、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.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
16、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
17、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
18、，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
19、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。,下部轴承：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。,上部轴承：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
20、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。主要结构：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
21、：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：,N,F,F分,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。,F浮,N,Fm+,F分,N,F,F分,本章结束,
