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1、何桂春编写部分4.4 离心沉降设备的结构与性能离心沉降是以固体和液体间的密度差为基础的，即在二者有密度差点固液悬浮液，在离心力场中受到离心力的作用，当颗粒密度大于液体密度时，离心力使其沿径向向外运动，当颗粒密度小于液体密度时，在离心力作用下，液体迫使固体颗粒沿径向向内运动。因此，离心沉降可视为较细颗粒重力沉降的延伸，并且能够分离通常在重力场中稳定的乳状液，这一分离过程可视为最离心力场作用下悬浮液中固体颗粒的自由沉降过程。离心沉降通常有3个过程：（1）固体的沉降；（2）沉渣的压缩；（3）从沉渣孔隙中部分清除液体。离心沉降分离过程一般是在无孔的转鼓装置中进行，用无孔转鼓所产生的离心力来分离悬浮液或
2、矿浆。离心分离设备中工业上得到了广泛应用，其形式很多，可按工作目的、操作方法、结构型式、离心力强度及卸料方式等分类。如按器身转动与否，离心沉降设备可分为器身固定的与器身旋转的两类，前者如水流旋流器，悬浮液在固定的器身内旋转；后者如各种沉降离心机，旋转的器身带动悬浮液作回旋运动。工业离心沉降设备又可按转鼓结构和卸渣方式分为五种主要类型：（1）管式离心分离机间歇操作、人工卸料；（2）室式离心分离机间歇操作、人工卸料；（3）无孔转鼓离心机半连续操作，间歇卸料（常为自动卸料）；（4）螺旋卸料离心机连续操作，连续卸料；（5）盘式（碟式）分离机，又分为：1）固体保留形间歇操作，人工卸料；2）固体抛出形（环
3、阀排渣形）断续操作、间歇卸料；3）喷嘴形连续操作，连续卸料。沉降离心机的器身（转鼓）作回转运动，进而带动机内的待分离物料一起旋转。由于机内的物料层中无显著的剪切作用，因此沉降离心机很适合于分离作业，也常用于分级过程。沉降离心机分离出的固体含湿量较高，尤其对于无孔转鼓沉降离心机和螺旋卸料沉降离心机更是如此。但一般情况下，其分离效率仍然较高。4.4.1 管式离心分离机 管式离心分离机是转鼓呈管状的高速沉降离心分离机，其转鼓直径较小，长度较大，转速较高，适于处理难以分离的低浓度悬浮液和乳浊液。图5-28所示为管式分离机示意图。操作时，悬浮液或乳浊液自转鼓下端进料管1加入，被转鼓3内的纵向肋板带动与转
4、鼓同速旋转。在离心力的作用下，乳浊液分成两层，重液层靠向转鼓壁，轻液层靠向转鼓中心，分别自转鼓顶端清夜溢流出口6和重液溢流出口5排出。分离含固体颗粒的悬浮液时，颗粒沉降到鼓壁上形成沉渣，运转一段时间后，转鼓内聚集的沉渣增多，分离液澄清度下降，当达不到要点澄清度时，需停机清除沉渣。图5-28 管式分离机示意图1-进料管；2、8-轴承装置；3-转鼓；4-机壳；5-重液出口；6-轻液出口；7-转鼓轴颈；9-皮带；10-电机；11-分离头该机为间歇操作、人工卸料。管式分离机的规格为：直径为40150mm，长径比48，分离因数可达1500065000，处理能力为0.10.4m3/h。适于处理固体颗粒浓度
5、0.01100mm，固体密度差大于0.01g/cm3，体积浓度小于1%的难分离悬浮液或乳浊液，常用于油水、细菌、微生物、蛋白质的分离及香精油、硝酸纤维素的澄清作业。4.4.2 室式离心分离机室式离心机的构造如图5-29所示。图5-29 多室型离心机的构造室式离心机的转鼓内有若干个同心圆筒组成若干个同心环状分离室，各分离室的流道串联。悬浮液自中心进料管加入转鼓内的第一分离室中，由内向外依次流经各分离室。受逐渐增大的离心力作用，悬浮液中的粗颗粒沉降到靠内的分离室壁上，细颗粒则沉降到靠外的室壁上，澄清的分离液经溢流口或由向心泵排出。运转一段时间后，当分离液澄清度达不到要求时，需停机清理沉渣。这种分离
6、机一般有37个分离室，分离因数为20008000，处理能力为2.510 m3/h。适于处理颗粒粒度大于0.1mm、固相浓度小于5%的悬浮液，常用于果汁、酒类、饮料及清漆的澄清作业。这种离心分离机由于清洗较为困难，清洗时间较长，且为人工卸料，因此这种离心机仅限于处理固体体积浓度45%的悬浮液。4.4.3 无孔转鼓离心分离机 无孔转鼓沉降离心机是间歇操作的。工业上常用的转鼓直径为3001200mm，转鼓长径比一般为0.50.6。分离因数最大可达1800，最大处理量为18 m3/h。通常用于处理粒度大于540mm、固体密度差大于0.05g/cm3，浓度小于10%的悬浮液。无孔转鼓离心机常用的有三足式
7、沉降离心机和卧式刮刀卸料沉降离心机两种。4.4.3.1 三足式沉降离心机图5-30所示为三足式沉降离心机转鼓截面示意图。其操作程序为：先启动到全速，然后加料进行沉降分离，待分离液澄清度不符合要求时停止加料，再停机用人工卸渣或降速后用机械刮刀卸渣，如沉渣具有流动性，可在高速下用排液管排出。图5-30 三足式沉降离心机转鼓截面示意图4.4.3.2 卧式刮刀卸料沉降离心机图5-31为卧式刮刀卸料沉降离心机示意图。其操作程序为：先启动转鼓，将悬浮液加到鼓底，分离液经转鼓挡液盖溢流入机壳后，由排液管排出，鼓壁上的沉渣逐渐增厚，液池的有效容积减小，分离澄清度降低。当分离澄清度不符合要求时停止加料，用机械刮
8、刀卸出沉渣。图5-31 卧式刮刀卸料沉降离心机示意图4.4.4 螺旋卸料离心分离机 螺旋卸料沉降离心机有立式和卧式两种，如图5-32a、b所示。通常采用卧式的较多。图5-32 卧式和立式螺旋卸料沉降离心机结构示意图1- 进料管；2-三角皮带轮；3-右轴承；4-螺旋输送器；5-进料孔；6-机壳；7-转鼓；8- 左轴承；9-行星差速器；10-过载保护装置；11-溢流孔；12-排液孔悬浮液经加料管1进入螺旋内筒后，由内筒的进料孔5进入转鼓7，沉降到鼓壁的沉渣由螺旋4输送到转鼓小端的排渣孔12排出。螺旋与转鼓同向回转。但具有一定的转速差（由差速器实现）。分离液经转鼓大端的溢流孔11排出。转鼓有圆锥形、
9、圆柱形和柱锥形三种基本形式。圆锥形有利于固相脱水，圆柱形有利于液相澄清，柱锥形则兼有二者的特点，是常用的转鼓形式。柱锥筒体的半锥角范围为518，常用的为712.螺旋卸料沉降离心机为全速运动，连续进料、分离和卸料的离心机，其最大分离因数可达6000，操作温度可高达300C，操作压力一般为常压（密闭型可从真空到0.98Mpa），处理能力0.460m3/h，适于处理颗粒粒度2mm5mm、固体密度差大于0.05g/cm3，固体浓度1%50%的悬浮液。该离心机广泛应用于石油化工、冶金、煤炭、轻工、食品、制药、环保等工业部门，如合成纤维树脂的脱水、矿砂与浸渍液的分离、煤粉、淀粉的脱水、低温提炼动物油脂中的
10、油渣分离，活性污泥的脱水等。4.4.5 碟式（盘式）离心分离机 碟式（盘式）离心分离机的构造特点是转鼓内装有一叠锥形碟片，如图5-33所示。悬浮液由中心进料管进入转鼓，从碟片外缘进入碟片间隙向碟片内流动。由于碟片相互间隙很小，形成薄层分离，固体颗粒的沉降距离极短，分离效果较好。颗粒首先沉降到碟片内表面上，随后向碟片外缘滑动，最后沉积到转鼓壁上。澄清液经溢流口由离心泵排出。图5-33 蝶式离心分离机转鼓及物料流动示意图蝶式离心分离机的分离因数较高，可达300010000，且碟片多，增大了沉降面积，又碟片相互间隙小，缩短了沉降距离，因此分离效果较好。碟片数一般为50180，视机型而定；碟片间歇通常
11、为0.51.5mm，由被处理物料的性质而定；锥形碟片的半锥角大多为3045，此角度应大于固体颗粒与碟片表面的摩擦角。蝶式分离机按卸渣方式可分为三种形式。4.4.5.1 固体保留型（人工卸渣）蝶式分离机这种蝶式分离机是间歇操作、人工卸料的，其转鼓及物料流动示意图如图5-33所示。操作运转一段时间后，转鼓壁上聚集的沉渣增多，致使分离液澄清度逐渐下降，当澄清度不符合生产要求时，停机拆开转鼓，人工清除沉渣后再投入生产运转。该分离机适于处理固相体积浓度小于1%的悬浮液，能分离的颗粒可小到0.1 mm，最大处理能力可达45m3/h。4.4.5.2 固体抛出型（环阀（活塞）排渣）蝶式分离机这种蝶式分离机利用
12、活塞启、闭排渣孔进行断续自动排渣，其示意图如图5-34所示。位于转鼓底部的环板状阀门在操作时可上下移动，位置在上升时，关闭排渣口，停止卸渣；其位置下降时，则开启排渣口，沉渣被抛出排渣口而卸渣，排渣时可不停车。该分离机的分离因数范围为50009000，最大处理能力可达40 m3/h，适于处理颗粒直径0.1500mm、固液密度差大于0.010.1mm、固相浓度小于10%的悬浮液。图5-34 环阀（活塞）排渣蝶式分离机示意图图5-35 喷嘴型排渣蝶式分离机示意图4.4.5.3 喷嘴型排渣蝶式分离机喷嘴型排渣蝶式分离机为连续操作、连续卸料型分离机，其转鼓呈双锥形，其示意图如图5-35所示。转鼓周边具有
13、若干个（一般为1224个）喷嘴，喷嘴孔径0.53.2mm。由于排渣（底流）的含液量较高，具有流动性，故喷嘴型蝶式分离机多用于浓缩过程，浓缩比可达520.该分离机的转鼓直径可达900mm，最大处理量300 m3/h，适于处理颗粒直径0.1100mm、固相浓度小于25%的悬浮液。4.4.6 沉降离心机的选型选用沉降离心机时，首先可参考拉范奇（Lavanchy）等提出的各种沉降离心机的性能范围如图5-36所示进行设备选型。该图给出了各类沉降离心机的处理能力及沉降能力范围，它是按固液密度差为g/cm3、液相黏度PaS的条件作出的。若需分离悬浮液的性质与条件不符时，可按下式予以换算：图5-36 各种沉降
14、离心机的性能范围沉降离心机的选型，还需考虑其他物料特性和工艺要求，如进料的固相浓度、粒度组成、液体性质（如腐蚀性、与空气接触的敏感性等）、爆炸的可能性、间歇或连续操作的必要性等。如果这些因素已知，还需查阅所选择的每一类设备的有关资料（包括制造厂家提供的样本、操作说明书等技术性文件），对基本满足所有要求的被选用设备作出综合分析比较后，再予以确定设备选型。此外，在工业生产中也可根据以下几方面来进行离心分离机的选型。4.4.6.1 对分离的任务和要求生产中对分离的任务和要求，主要是指生产规模的大小、操作方式及分离目的，回收产品是固体、液体或是两者都需要等，可分别编号为a、b、c、d、e、f、g、h、
15、i示于图5-37中。a分离任务和要求生产规模操作方式大100m3/h中10m3/h小1m3/h间歇操作连续操作澄清的液体无其他要求要求洗涤现场干燥回收液体回收固体要求bcdefghi图5-37 分离任务和要求4.4.6.2 根据物料的性质和要求要了解待分离的悬浮液性质：如固体颗粒粒度组成、固体密度、固体亲水性和疏水性；液体的密度、黏度、pH值、腐蚀性；悬浮液的浓度等，这些性质对设备选型有直接的关系。在初选分离设备时，还需了解物料的沉降特性。以上这些都要在实验室中对物料进行测定和试验，为选型提供依据。悬浮液的沉降特性是通过沉降试验而获得。沉降试验一般采样1000mL，加入量筒内，测定沉降速度，至少取值0.5h，观察上面液层的澄清度；待静止24h后测定沉渣容积比，即沉渣视容积占总容积的百分比。悬浮液的沉降特性按图5-38划分。其中沉降速度分低、中、高三级以编号A、B、C表示；澄清度分差、好两类以D、E表示；沉渣容积比分低、中、高三等以F、G、H表示。低5cm/h低20%差好沉降速度预处理再作
