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离心机工作原理

发布时间:2020-09-18 12:37  

  离心机工作原理_六年级其它课程_其它课程_小学教育_教育专区。5 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) 液—固相 液—液相 液—液—固相 气—液相 气—液—

  5 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) 液—固相 液—液相 液—液—固相 气—液相 气—液——液相 气—液—固相 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。 ? 分离目的: ⑴ 获得有用的固相,排掉液相。 (如:选煤,制药,制糖,制碱,食品等) ⑵获得有用的液相,排掉固相。 (如:造酒,制药,榨油,食品等) ⑶分离固相与液相,均收回或排掉。 (如:污水处理,造纸,选煤等) ⑷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)。 物理方法: 机械分离方法 (过滤;离心沉降) 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) 非均匀混合物种类 悬浮液 (一)悬浮液 乳浊液 固体颗粒 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) ⑴ 粗颗粒悬浮液:粒径 d 50 ?m ⑵ 高浓度悬浮液:浓度 >10% ⑶ 细颗粒悬浮液:粒径 d 50 ?m ⑷ 低浓度悬浮液:浓度 <10% 选用过滤式离心机 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 0.4~0.5 ?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=4000~15000 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:⑴ 用总粒度数表示。 ⑵ 用单位长度上的粒度数表示。 ⑶ 用单位面积上的粒度数表示。 ⑷ 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 转鼓角速度:w ? ?n 30 rad s 圆周速度: v ? R ? w ? ?Dn 60 m (切线速度) s 颗粒向心加速度:an ? ?R ? w2 m s2 颗粒离心惯性力:Fk ? m ? an ? m ? R ? w2 N 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: Fr ? Fk G ? R? 2 g ? an g 分离因数Fr是表示离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 ω↑ 转鼓转速提高(当结构一定时, ω↑ 效果更好) (2) .物料产生的离心压力 任意半径处离心压力: ? ? Fc ? 1 ?? 2 2 r2 ? r12 pa ( N m2 ) 转鼓壁上离心压力:r = R (离心压力最大,R为转鼓内径) ? ? Fc ? 1 2 ?? 2 R2 ? r12 pa 式中:? — —物料密度 kg m3 r1 — —物料环内径,m. ? (二) .离心机分类 过滤式离心机 分为三类: 沉降式离心机 分离机 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。 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 离心惯性力卸料式离心机 范围: 固体颗粒较大 的悬浮液 (d 10μm) 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 10μm)。 活塞卸料过滤离心机 (1)三足三式足过式滤过离滤心离机心机 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。 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: ⑴ 对物料适应性强,可用于固液分离、成品脱液、滤饼洗涤。 ⑵ 结构简单,制造、安装、维修、使用成本低。 ⑶ 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: ① 三足自动刮刀下部卸料式。 ② 三足吊出卸料式。 ③ 三足气流卸料式。 ④ 三足活塞上部卸料式。 (2)上悬上式悬离式心离机心机 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 上悬轴承结构 优点:① 对物料适应性强,适应不同浓度的悬浮液。 ② 加料、卸料不停机,连续运转,相对效率高。 ③ 结构相对简单。 缺点:①加料、卸料时要减速,运转具有周期性。 ②主轴较长,易产生挠曲变形。 另有结构类型:① 上悬刮刀卸料式。 ② 上悬自动卸料式。 ? (3) 卧式刮刀卸料离心机 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。 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: ① 对物料适应性强。可处理粗、中、细颗粒的悬浮液。 ② 对过滤、洗涤、分离、卸料过程时间可任意调节。 ③ 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:① 上悬式刮刀。 ② 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:① 效率高,产量高,操作稳定。 ② 可自动上、卸料,实现无人职守。 ③ 对物料适应性强,适应粗、中颗粒的悬浮液。 缺点:① 不适应细颗粒悬浮液。 ② 对浓度波动比较敏感,易产生漏料现象。 ③ 结构相对复杂。 推料盘作往复运动,往复次数:20~30次/分;行程为转鼓长的 1/10。 此离心机分类:① 单级活塞推料式离心机。 ②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) 离心惯性力卸料式离心机 ——锥篮型离心机 (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: F0 ? mr1? 2 ? 向上分力: TC1 ? mr1? 2 sin ? ? 筛网面上正压力及摩擦力: 正压力:N1 ? mr1w2con? 摩擦力:F1 ? f1N1 ? f1mr1w2con? ? f 1——摩擦系数,即滤渣与筛网之间摩擦。 ? 自动卸料条件: Tc1 ? F1 mr1w2 sin? ? f1mr1w2con? ?tg? ? f1 ? 自动卸料条件为:转鼓半锥角α的正切必须大于摩擦系数。 ? 如:LI—800型锥篮式离心机:α=32.5° 优点:① 结构简单,体积小,造价低。 ② 效率高,耗电少。 ③ 可自动上、卸料,无人职守。 缺点:① 对物料性质、浓度变化敏感,适应性差。 ② 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=7000~8000rpm 适应范围:固相含量较少,固体颗粒较小(d 10 μm )。 常见机型:螺旋卸料式。 ? 分为:⑴ 螺旋卸料式沉降离心机(有:卧式;立式) ? ⑵ 刮刀卸料卧式沉降离心机 ? ⑶ 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 d10μm 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=7000~8000rpm。 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: a ? ns ? nb 100 % ? 0.2 ~ 3% nb 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:1~2(或1~1.5)。圆锥筒锥角10°~11°; 易于输渣锥角:5°~18°。 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; 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7—36 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 μm ) 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=0.01~1.0μm 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。 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)碟式分离机 碟式分离机 高速分离机中应用最广泛的一种。 分类:⑴ 人工排渣型 ,⑵ 喷嘴排渣型 ,⑶ 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:0.4~1.5mm, 蝶片数:40~160 , 蝶片厚度:0.4mm,直径:70~600mm, 蝶片半锥角:30°~ 50°。 转鼓转速:n = 4000~14000 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:α=30°~ 50° 液珠质量:m 液珠离心力:F ? mrw2 向下的分力: F分 ? F sin? ? mrw2 sin? 液珠的正压力: N ? Fcon? N α F F分 浮力: F浮 ? ? ?V ? ? gV 向上分力: F浮 ? F浮con? 正压力:N ? F浮 sin? F浮 N F浮 N 摩擦力: Fm ? f (N ? N) F F分 Fm + F浮 重液珠,离心力分力大于摩擦力与 F分 浮力分力的和,则液珠向下移动。 离心力力分离: F分 ? Fm ? F浮 轻液珠:浮力的分力大于离心力分力加摩擦力时,液珠上浮。 浮力分力: F浮 ? F分 ? Fm 由此可见:轻重液体将分层逆向流动,从不同排出口卸出。