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1、中国分离设备网 http:/绪论运用离心力场对非均相物系分离非常有效,这种分离叫做离心分离.离心分离机械同其他分离机械相比,不仅能够得到高纯度的产物, 而且具有节省劳力!减轻劳动强度!改善劳动条件等优点并且离心分离机械具有连续运转!自动遥控! 操作安全可靠和占地面积小等优点在工业上取得了越来越广泛的应用 1.1 典型分离设备及比较离心分离设备按有无旋转部件可分为机身固定的旋流分离设备和机身旋转的离心分离设备前者如水力旋流器,流体在固定的机身内旋转而产生离心力场 ;后者如沉降式离心机,由旋转的机身带动内部流体作回旋运动而产生离心力场水力旋流器具有结构简单!设备紧凑!占地面积小和设备成本低等许多优
2、点, 日益受到广泛关注 zIl离心机具有结构紧凑!应用范围广!单机生产能力大等优点, 它可以相当精确地 ,同时迅速地分离极难分离的非均相液态物系 3J1.1.1 离心机根据分离原理,离心机可以分为沉降式和过滤式两种这里主要对沉降式离心机 4fl进行介绍()l 沉降式离心机#螺旋卸料沉降离心机螺旋卸料沉降离心机结构原理见图 1.1高速旋转的无孔转鼓内有同心安装的输料螺旋, 转鼓与输料螺旋同向旋转, 但两者之间有一定的转速差,该转速差由差速传动系统产生悬浮液经中心的加料管进入转鼓,悬浮液中大部分固体颗粒在离心力作用下沉降到转鼓内壁并被输料螺旋推送而从小端排出转鼓,澄清后的液体从转鼓另一端的溢流口排
3、除液液分离设备性能研究螺旋卸料沉降离心机的主要操作参数为:转鼓转数,转鼓与输料螺旋间的转速差,溢流口位置和进料速度:主要结构参数为:转鼓大端内直径 D,转鼓长度 L,转鼓长径比 L/D,转鼓半锥角, 以及输料螺旋的螺旋头数和螺距螺旋卸料沉降离心机的主要优点:自动连续操作,不需用滤布,能长期连续运行,维护简便;应用范围广,可用于固体脱液, 液体澄清,固体颗粒按粒度分级 ,以及用于液一液一固分离;对物料的适应性好,能分离的固体粒度的范围 O,05一 Zmm,悬浮液的体积浓度范围 2 盼 40%浓度波动对分离效果的影响不大;结构紧凑,容易实现结构上密闭, 密闭式机器可在一定的正压下操作;单机生产能力
4、大( 大型机可达 190 时/h),操作费用低,占地面积小 螺旋卸料沉降离心机的缺点是:沉渣的含液量一般较高;虽能对沉渣进行洗涤,但洗涤效果不好;结构较复杂,机器造价较高 碟式分离机碟式分离机 5JI 是沉降式离心分离中的一种类型,用于分离难分离的物料分离机中的碟式分离机是应用最广泛的沉降式离心机可以完成分离和澄清两种操作 大连理 l 几大学中国分离设备网 http:/硕十学位论文碟式分离机如上图所示是立式离心机,转鼓装在立轴上端,通过传动装置由电动机驱动而高速旋转转鼓内有一组互相套叠在一起的碟形零件 )碟片,碟片与碟片之间留有很小的间隙悬浮液(或乳浊液) 由位于转鼓中心的进料管进入转鼓当悬浮
5、液(或乳浊液)流过碟片之间的间隙时一 ,固体颗粒(或液滴) 在离心力作用下沉降到碟片上形成沉渣(或液层) 沉渣沿碟片表面滑动而脱离碟片并积聚在转鼓内直径最大的部位,分离后的液体从出液口排出转鼓积聚在转鼓内的固体在分离机停车后拆开转鼓由人工清除, 或通过排渣机构在不停车的情况下从转鼓中排出碟式分离机主要的操作参数为:转鼓转数,轻液转速, 轻液与重液分界面的位置,加料速度等;碟式分离机的主要结构参数为:转鼓内直径, 当量沉降面积,碟片的尺寸与碟片总片数,排渣方式及排渣机构碟式离心机结构紧凑,占地面积小, 生产能力大,适于液一固也适于液一液分离, 因而在化工!医药!轻工! 食品!生物工程以及交通运输
6、部门都获得广泛应用碟式分离机的缺点是结构复杂,转速高, 因而操作和维修保养的要求比较高,另外清洗较麻烦1.1.2 水力旋流器水力旋流器最早在 1891 年就取得了专利,由于结构简单!便于制造和安装,以及处理量大等优点,受到了各国选矿专家的推崇从 20 世纪 50 年代起,旋流器的应用领域以及规模均得到了迅猛的发展,同时不断地吸引着越来越多的学者和工程师们致力于旋流器理论与应用的研究到了 20 世纪 80 年代以后, 形成了相当大的规模 随着现代测试技术和计算与模拟技术的飞速发展,人们对旋流器的工作能力及过程行为有了越来越深刻的认识,从而大大推动了旋流器结构型式的多样化及其应用领域的不断拓展可以
7、说, 在科学与技术日新月异的今天, 旋流器也在逐年发展成为具有高科技含量的分离设备目前,无论是从科技界还是从工程界来看, 人们对旋流器的兴趣有增无减一般地,水力旋流器均由上部圆筒段和下部圆锥段组成(见图 1.3)在筒体上方有一切向布置的进液管,筒体顶部有一涡流导管, 构成溢流管,在锥形筒体的底部有一底流口当具有一定速度的两相流流体沿切向进入常规旋流器后 ,在旋流器内形成高速旋转运动根据斯托克斯定律,体积和密度较大的颗粒受到较大的离心力的作用,被迅速甩向筒壁,并沿着锥筒壁螺旋向下运动, 从底流口排出,在溢流管的涡旋导向作用下,较轻较小的颗粒则和大部分流体从溢流管排出,完成两相流的分离过程液液分离
8、设各性能研究进料Z 撇流拜!- 尧洲 ,忍 0 飞t 矛乙护!j嘿滚图 1.3 水力旋流器结构简图F191.3Configurationofhydrocyelone目前被广泛采用的旋流器,筒体直径从 10mm 到 20006J,分离粒度可以小到十微米, 且操作流量具有一定的弹性范围, 如果降低流量,离心加速度降低, 离心力场减小,显然这对效率有负面的影响, 而在流量降低的同时,旋流器中的液流停留时间延长中国分离设备网 http:/对分离过程又有着积极影响,在一定程度上抵消了负面影响此外,固体颗粒平均粒度的大小对分离效率影响显著,对于分离颗粒尺寸较大时, 分离效率相对较高,可以达到95%以上 ,
9、对于分离超细颗粒时, 分离效率会下降很多,甚至低于 50%经过对旋流器的大量的试验研究和生产实践,已经形成了百家争鸣的旋流器分离理论,包含了分离的基础理论模型, 速度场和压力场的数值模拟,旋流器各参数对其分离性能影响以及能耗降减理论等等其中我国的庞学诗,褚良银等人的研究成果已经为大多数学者接受并运用于生产实践液一液分离旋流器领域 7l的开发研究工作则是从 1967 年英格兰海南岸的/TorryeCaynon0 汕轮遇难事件后刁 -开始的当时一由于原油的大量泄漏 ,造成附近大面积海域的严重污染及大批鱼鸟的死亡为了保护生态环境,英国政府及科技界曾呼吁对被污染海域的治理进行研究,由此唤起了 osut
10、hamPotn 大学的 MartniThew 教授及其同事对液一液旋流分离技术的研究兴趣随后在 1968 年的初步研究中,他们首先突破了前人关于/液一液旋流分离难于实现 0 的认识,提出了只要结构设计合理,液一液旋流同样可以取得良好分离效果的新观点此后从 1970 年起,在有关部门的资助下,一个为期 8 年的研究计划在 osuthampton 大学开始实施以 Marit 叮 hew 教授为代表的 osuthamPtno 大学的研究人员,先后以聚丙烯与水 !尼龙与水 !煤油与水!原油与水为介质,采用 AT 一型库尔大连理_l:大学硕十学位论文特计数器!自行研制的电导实时测量系统!一维激光测速仪和
11、 ASM 湍流模型,对液一液旋流分离技术进行了多年的大量研究1978 年率先提出了液一液旋流分离的第一种芯管结构即 A 型旋流管并获英国专利 8;1983 年该旋流管开始产品化 ,同年在澳大利亚的一个海上平台应用随后 SouthamPotn 大学的研究工作,得到更多工业部门的重视和资助在此条件下,他们除不断发展和完善含油污水的静态旋流分离技术外,还努力开拓液一液旋流分离技术应用的新领域,并相继在高含水原油的旋流预分离及低含水原油的旋流脱水净化方面取得了进展继英国 southampton 大学之后 ,法国的 TOTALCEP 和Ney.rtec 联合对静态旋流分离技术又进行了发展,并于 1986
12、 年开发成功了用于含油污水净化处理的动态旋流分离技术,现该机构又转向原油动态旋流脱水技术的开发研究因此,就液液旋流分离技术来讲, 目前主要呈现两种发展趋势:一是以英国 osuthamPotn 大学为代表的静态旋流分离技术;二是以法国 NEYRTEC 和 TOTALCEP 为代表的动态旋流分离技术及其相关配套技术1.1.3 两种分离设备的比较离心机相对于旋流器来说由分离效率高!分离效果好!处理量大等优点,但是离心机工作时需要耗费额外的能量带动转鼓转动水力旋流器结构相对于离心机更加紧凑 ,并且设备生产及工作成本低,更为广泛的应用在两相预分离等工作条件下当对分离效率及分离纯度都有较高要求时,这时就必
13、须使用离心机从单位分离器体积的处理量和分离临界粒径的角度考虑,所探讨的两种分离器的优劣排序为:离心机! 水力旋流器 9l通过设计以提高两种分离器的性能是可能的当可用空间有限(如海上采油 )或极其有限(井眼分离),出于经济原因 ,所选择的分离器类型通常是水力旋流器探求更紧凑的分离器仍是大势所趋,水力旋流器和离心机在这方面都有发展潜力中国分离设备网 http:/当要分离的油滴粒径极小,如在 5 林 m 时,这只能用离心机来实现 但这种分离设备的主要缺陷是成本高1.2 离心分离装备新进展及其展望离心机发展到现在产品已经程式化,但是随着新的材料及技术的出现,离心机的发展出现了一些新的趋势(l)1 新材
14、料的应用玻璃钢材料的应用液液分离设备性能研究玻璃钢是玻璃和树脂组成的复合材料 I-/,虽然玻璃和树脂的韧性和强度都不高,玻璃钢却有很高的强度和韧性,而且耐腐蚀性能好, 重量很轻所以玻璃钢发展很迅速,己成为一种重要的工程结构材料,使机器构件不用金属成为可能由于玻璃钢有强度高!l 耐腐蚀的性能特点, 可以考虑用玻璃钢来制作离心机转鼓这是因为玻璃钢的高强度,满足了在高速旋转情况下转鼓对强度的要求;玻璃钢的耐腐蚀性保证了一般情况下转鼓直接与物料接触也不会被腐蚀用玻璃钢制作离心机转鼓不仅可行而且还具有许多金属材料所不具备的优点:由于玻璃钢的密度约只为不锈钢的 14/,同样大小的玻璃钢转鼓的质量远远小于不
15、锈钢转鼓的质量,而转鼓自身的质量所引起的应力约占总应力的一半左右, 所以玻璃钢转鼓的总应力大大降低了并且在总消耗功率中占相当大比重的离心机的启动功率也与转鼓质量(密度) 成正比, 降低了转鼓的密度,就意味着降低了功率消耗, 所以玻璃钢转鼓节省了能耗 l 川除此以外,因玻璃钢满足了离心机机壳对优良的耐磨性(以承受强力冲刷 )的需要,故它还可用来制作离心机的机壳例如在三足式离心机中 ,转鼓的转速可达750 一 200Or/mni,抛出的液体对壳体内壁有很强的冲击力 ,如果接触的介质腐蚀性不很强,可选用通用不饱和聚酷做基体材料, 增强材料外层采用表面毡,其余均采用中碱玻璃纤维布铺覆和短切玻璃纤维纱喷
16、射交替成型并在内表层加入氧化铝粉末以增加其耐磨性将按此方法制成的玻璃钢机壳用在三足离心机上,经过一年多的试运行 ,证明其综合性能优于不锈钢机壳 I.2(2)工程塑料的应用工程塑料发展历史较短,但由于质轻!节能! 强度高!耐腐蚀等特性,几十年来发展迅速如今已经出现比钢材硬,强度超过钢!钦的塑料在氟塑料品种中,产量最大,用途最广的是聚四氟乙烯(PTFE)PTFE 具有最低的摩擦系数和特异的自润滑性,有卓越的耐药品性和耐溶剂性,酸!碱! 溶剂对它均无侵蚀卧螺离心机的径向滑动轴承是一种非自润滑轴承,常用的轴承材质是 ZQSnlo 一 1,一般在有润滑条件下刁-能正常工作, 否则就会发生轴瓦一与轴颈的 /干磨 0 现象,轴瓦与轴颈都会
