1、离 心 机Centrifugal Machine5 5.1.1 离心机的典型结构及工作原理 混合物种类：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
2、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（一）悬浮液 定义定义：由液
3、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：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：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 ( (二二).).乳浊液乳浊液 定义定义：由液体和悬浮于其中的一种或数种其它液体
4、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：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活塞卸料过滤离心机（1 1）三足式过滤离心机）三足
5、式过滤离心机 一种人工上部上料式离心机。广泛用于广泛用于：化工、制药、食品、轻工等行业。结构结构：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
6、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）上悬式离心机广泛用于广泛用于： 化工、医药、轻工、食品等。如：制糖、盐、葡萄糖等。结构结构： 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 上悬式离心机上悬式离心机上悬轴承结构上悬轴承结构优点： 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
7、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卧式刮刀卸料离心机工作循环工作循环：在高速运转下加料、过滤、洗涤、分离、卸料。 工作特点工作特点：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：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卧式刮刀卸料离心机广泛用于广泛用于：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：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
8、过程时间可任意调节。 运转连续，速度均匀，效率高。缺点：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卧式活塞卸料离心机（4）卧式活塞卸料离心机）卧式活塞卸料离心机工作循环工作循环：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。广泛应于广泛应于：化工、化肥、制药、制糖等行业。
9、优点：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：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） 锥篮型离心机锥篮型离心机离心惯性力卸料式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）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。工作循环工作循
10、环：全速下连续加料、分离、洗涤、甩干、卸料。工作特点工作特点：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：=32.5201FmrconwmrfNfFconwmrN211111211摩擦力：正压力：12112111sinftgconwmrfwmrFTc211sinCTmr优点： 结构简单，体积小，造价低。 效率高，耗电少。 可自动上、
11、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：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
12、三足式沉降离心机（1）螺旋卸料式沉降离心机）螺旋卸料式沉降离心机广泛用于：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：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。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
13、为负差转速。两者转差率：工作原理工作原理：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
14、要堆焊硬质合金（钴铬合金；钴镍合金； 碳化钨）%32 . 0%100bbsnnna3.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）沉降过滤式离心机过滤式离心机 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
15、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）螺旋碟片式离心机碟片式离心机机构机构：卧式螺旋卸料离心机和蝶片分离机两部分组成。 功用功用：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
16、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 5.4 分分 离离 机机 种类：种类： （1）管式分离机）管式分离机 （2）碟式分离机）碟式分离机 用来分离液用来分离液-液相的液相的乳浊液分离机械。乳浊液分离机械。分离机分离机工作原理： 依据液依据
17、液-液两相的密度差，在高速离心力场下，使液液分层，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。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：适应范围：乳浊液分离，含微量固体颗粒的乳浊液（乳浊液分离，含微量固体颗粒的乳浊液（d5 m )常见机型常见机型：管式分离机，室式分离机，碟式分离机。管式分离机，室式分离机，碟式分离机。用途用途：油料，油漆，制药，化工等油料，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 1）管式分离机）管式分离机特点特点：转速高达 15000 r/min（为高速型分离机）。 分离
18、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，转鼓内径为管状转鼓，转鼓内径为 105mm ，转鼓长转鼓长 730mm ，挠性主挠性主轴，上下轴承室，机壳，机座，制动装置等。轴，上下轴承室，机壳，机座，制动装置等。管式分离机原理图管式分离机原理图 工作原理工作原理： 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
19、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。： 球面形自对中滑球面形自对中滑动轴承，注入高压动轴承，注入高压油，形成油膜润滑。油，形成油膜润滑。此轴承的优点为对此轴承的优点为对中性好，振幅小。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。分类分类： 人工排渣型 ， 喷嘴排渣型 ， 活塞排渣型。功能功能： 分离两种密度不同的乳
20、浊液；液液固相的乳浊液；含少量细颗粒的悬浮液。优点优点：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，乳浊液从中间转鼓全速旋转，乳浊液从中间进入蝶片之间，在离心惯性力进入蝶片之间，在离心惯性力作用下，各液相按密度不同而作用下，各液相按密度不同而分离，重液相沿蝶片间隙向外分离，重液相沿蝶片间隙向外移动，从隔板外部溢流孔排出。移动，从隔板外部溢流孔排出。轻液相在内层，从隔板内部溢轻液相在内层，从隔板内部溢流孔排出。流孔排出。 固相颗粒沉降在转鼓内壁，固相颗粒沉降在转鼓内壁，经人工排渣或喷嘴、活塞排渣。经人工排渣或喷嘴、活塞排
21、渣。碟式分离机碟式分离机广泛用于广泛用于：医药，化工，食品等行业。医药，化工，食品等行业。关键部件关键部件：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和移动原理： 液珠分离：液珠分离：利用离心力场把不同密度的液珠分层。 液珠移动：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：2sinsinFFmrw分2Fmrw液珠离心力：NFF分NFcon浮力：向上分力： 摩擦力：重液珠重液珠，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()mFf NNF浮浮FN浮分离心力力分离：FFFmmFFF分浮浮力分力：Fm +浮FF分NFF分FVgV浮本章结束本章结束
