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5.1

離心機的典型結(jié)構(gòu)及工作原理

混合物種類：（稱非均一系；非均勻液體）

混合物的分離在多種行業(yè)中都存在，根據(jù)不同目的進行定向分離。液—固相液—液相液—液—固相氣—液相氣—液——液相氣—液—固相第一頁，共65頁。分離目的：⑴獲得有用的固相，排掉液相。（如：選煤，制藥，制糖，制堿，食品等）⑵獲得有用的液相，排掉固相。（如：造酒，制藥，榨油，食品等）⑶分離固相與液相，均收回或排掉。（如：污水處理，造紙，選煤等）⑷分離液—液相，均收回或不收回。（如：油水分離，燃料油提純等）第二頁，共65頁。

分離方法：

物理方法、化學方法、電學方法（電解與電離）。

機械分離方法（過濾；離心沉降）物理方法：比重沉淀方法（沉降；浮選）物理分離原理：在場外力作用下，混合物中各相（如液相和固相）由于質(zhì)量不同產(chǎn)生“相重差”，從而得到分離。第三頁，共65頁。物理分離種類：

離心沉降（如：沉降式離心機，分離機）沉降式：重力沉降（如：沙層自由沉降）離心過濾（如：過濾式離心機）過濾式：加壓過濾真空過濾（如：各種壓濾機）深層過濾振動篩篩分式：脫水浮選式：油水分離；固相漂浮分離。分離方法應(yīng)用：化工、石油、輕工、醫(yī)藥、食品、紡織、冶金、煤炭、水、選礦、船舶、軍工、污水處理等。第四頁，共65頁。5.1.1分離物料的特性

分離的對象：非均勻混合物（非均一系）（一）懸浮液

定義：由液體和懸浮于其中的固體顆粒組成的系統(tǒng)稱為懸浮液。其中：液相為主相，稱為連續(xù)相。

固體顆粒為副相，稱為分散相。

懸浮液乳濁液固體顆粒非均勻混合物種類第五頁，共65頁。懸浮液的特性：物理性質(zhì)：密度（濃度）、粘度、表面張力等。固相比：固液濃度比。

懸浮液分類：

按固體顆粒大小和濃度分（可用重量百分數(shù)、體積百分表示）

⑴粗顆粒懸浮液：粒徑d>50m⑵高濃度懸浮液：濃度＞10%選用過濾式離心機⑶細顆粒懸浮液：粒徑d<50m⑷低濃度懸浮液：濃度＜10%選用沉降式離心機或過濾機第六頁，共65頁。過濾式離心機沉降式離心機第七頁，共65頁。(二).乳濁液

定義：由液體和懸浮于其中的一種或數(shù)種其它液體所組成的系統(tǒng)，稱為乳濁液。其中：主液體相為連續(xù)相。其它液體相為副液相，或叫：分散相，非連續(xù)相。乳濁液主要是指液—液相組成的非均勻混合物。如：油水混合物，形成水包油時，水為主液相，油為分散相。

分散相液珠直徑：一般：0.1<d<0.4~0.5m

液珠直徑再大時會分層。

第八頁，共65頁。乳濁液兩相濃度發(fā)生變化時，主液相與副液相可以相互轉(zhuǎn)換。物理性質(zhì)：濃度，液珠大小，粘度，布朗運動系數(shù)等。乳濁液分離難度較大，一般選用高速分離機進行，依靠高速旋轉(zhuǎn)把不同比重的液體分離開來。如：管式分離機；碟片式分離機。轉(zhuǎn)速：n=4000~15000r/min第九頁，共65頁。（三）固體顆粒

定義：在懸浮液中不分解的顆粒為固體顆粒。顆粒的表示方法：顆粒尺寸，顆粒分布，顆粒形狀。1.顆粒尺寸：常用粒徑d表示

d>50m粗顆粒5<d<50m中等顆粒

d<5m細顆粒

粒徑的測量方法有：當量球徑；當量圓徑；統(tǒng)計直徑。

第十頁，共65頁。2.粒度分布：

用不同粒徑的顆粒在顆粒群中各自所占的比例或百分數(shù)表示。

粒度分布表達方式：⑴用總粒度數(shù)表示。⑵用單位長度上的粒度數(shù)表示。⑶用單位面積上的粒度數(shù)表示。⑷用單位體積內(nèi)的粒度數(shù)表示。

3.顆粒形狀：固體顆粒形狀一般不規(guī)則、多種多樣、不同物體顆粒,形狀不同。

常見有：球形，橢圓形，扁圓形，片形，雪花形等等。第十一頁，共65頁。5.1.2分離原理及離心機分類(一)分離因數(shù)離心分離原理：利用轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心慣性力，把懸浮液、乳濁液及其它物料分離或濃縮。

（1）離心慣性力Fk

第十二頁，共65頁。分離因數(shù)Fr

定義：顆粒自身離心慣性力與其重力之比，為分離因數(shù)分離因數(shù)：

分離因數(shù)Fr是表示離心機分離能力的主要指標，是一個重要性能參數(shù)。

Fr值越大，表明分離效果越好。

R↑轉(zhuǎn)鼓直徑增大

Fr↑及Fk↑方法ω↑轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速提高(當結(jié)構(gòu)一定時,ω↑效果更好)第十三頁，共65頁。(2).物料產(chǎn)生的離心壓力

任意半徑處離心壓力：轉(zhuǎn)鼓壁上離心壓力：r=R(離心壓力最大，R為轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑）第十四頁，共65頁。(二).離心機分類

分為三類：共同特點：

體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，分離效率高，生產(chǎn)能力大，附屬設(shè)備少。過濾式離心機沉降式離心機分離機第十五頁，共65頁。5.2

過濾式離心機5.2.1過濾式離心機

依靠濾網(wǎng)和離心力作用的離心機為過濾離心機。結(jié)構(gòu)特點：濾網(wǎng)、轉(zhuǎn)鼓。共有五種類型。三足式過濾離心機上懸式離心機臥式刮刀卸料離心機臥式活塞卸料離心機離心慣性力卸料式離心機范圍：固體顆粒較大的懸浮液（d>10μm)第十六頁，共65頁。過濾式離心機原理：轉(zhuǎn)鼓壁上有許多小孔，壁內(nèi)有過濾網(wǎng)（濾布），懸浮液在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)旋轉(zhuǎn)，靠離心力把液相甩出篩網(wǎng)，而固相顆粒被篩網(wǎng)截留，形成濾餅，從而實現(xiàn)固、液分離。適應(yīng)范圍：固相含量高，固體顆粒較大的懸浮液（d>10μm)。第十七頁，共65頁。第十八頁，共65頁?；钊读线^濾離心機第十九頁，共65頁。（1）三足式過濾離心機一種人工上部上料式離心機。廣泛用于：化工、制藥、食品、輕工等行業(yè)。結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓、濾網(wǎng)、主軸、軸承、底盤、外殼、三根支柱、皮帶傳動、電機等。三足式過濾離心機第二十頁，共65頁。工作順序：啟動、加料、過濾、洗滌、甩干、停車、卸料。周期性，間歇操作。

懸浮液在啟動后逐漸加入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，物料在離心力場作用下，液體經(jīng)濾布（濾網(wǎng)）及轉(zhuǎn)鼓孔甩出，固體則被截留在濾網(wǎng)內(nèi)，形成濾餅。第二十一頁，共65頁。分離原理——三足自動刮刀下部卸料式第二十二頁，共65頁。第二十三頁，共65頁。優(yōu)點：⑴對物料適應(yīng)性強，可用于固液分離、成品脫液、濾餅洗滌。⑵結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝、維修、使用成本低。⑶運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，易于實現(xiàn)密閉和防爆。缺點：卸料要停車，效率低。三足式其它種類：①三足自動刮刀下部卸料式。②三足吊出卸料式。③三足氣流卸料式。④三足活塞上部卸料式。第二十四頁，共65頁。（2）上懸式離心機廣泛用于：化工、醫(yī)藥、輕工、食品等。如：制糖、鹽、葡萄糖等。結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓固定在細長軸下端，軸上端有軸承懸掛機構(gòu)與電機相聯(lián)，軸帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)。工作循環(huán)：

加料、旋轉(zhuǎn)分離、洗滌、脫水、卸料、沖洗濾網(wǎng)等。工作特點：低速上部加料，全速分離、洗滌、脫水，低速下部卸料。轉(zhuǎn)速連續(xù)，但周期性變化。上懸式離心機第二十五頁，共65頁。上懸式離心機第二十六頁，共65頁。上懸軸承結(jié)構(gòu)第二十七頁，共65頁。優(yōu)點：①對物料適應(yīng)性強，適應(yīng)不同濃度的懸浮液。②加料、卸料不停機，連續(xù)運轉(zhuǎn)，相對效率高。③結(jié)構(gòu)相對簡單。缺點：①加料、卸料時要減速，運轉(zhuǎn)具有周期性。②主軸較長，易產(chǎn)生撓曲變形。另有結(jié)構(gòu)類型：①上懸刮刀卸料式。②上懸自動卸料式。第二十八頁，共65頁。（3）臥式刮刀卸料離心機第二十九頁，共65頁。工作循環(huán)：在高速運轉(zhuǎn)下加料、過濾、洗滌、分離、卸料。工作特點：高速連續(xù)運轉(zhuǎn)，間歇加料和卸料。

可處理粗、中、細顆粒的懸浮液。結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓，濾網(wǎng)，加料管，刮刀機構(gòu)，卸料槽，外殼，主軸，機體，電機。臥式刮刀卸料離心機第三十頁，共65頁。廣泛用于：化工、制藥、輕工、食品等行業(yè)。如：食鹽，硫銨，碳酸氫氨，聚氯乙烯等。優(yōu)點：①對物料適應(yīng)性強?？商幚泶?、中、細顆粒的懸浮液。②對過濾、洗滌、分離、卸料過程時間可任意調(diào)節(jié)。③運轉(zhuǎn)連續(xù)，速度均勻，效率高。缺點：刮刀磨損較快，易產(chǎn)生沖擊。

刮刀片工作時受磨損、沖擊和腐蝕作用，最容易損壞，所以要選用耐磨、耐腐蝕、高強度材料制造。刮刀結(jié)構(gòu)：①上懸式刮刀。②旋轉(zhuǎn)式刮刀。第三十一頁，共65頁。（4）臥式活塞卸料離心機第三十二頁，共65頁。（4）臥式活塞卸料離心機工作循環(huán)：在全速下連續(xù)加料、分離、洗滌、甩干，活塞連續(xù)推卸料。工作特點：勻速連續(xù)運轉(zhuǎn)，自動連續(xù)加料，液壓脈動活塞卸料，可實現(xiàn)無人職守，自動操作。結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓，篩網(wǎng)，推料盤，布料斗，空心軸，推桿，復(fù)合油缸，機殼，機座，液壓系統(tǒng)等。第三十三頁，共65頁。第三十四頁，共65頁。第三十五頁，共65頁。第三十六頁，共65頁。廣泛應(yīng)于：化工、化肥、制藥、制糖等行業(yè)。優(yōu)點：①效率高，產(chǎn)量高，操作穩(wěn)定。②可自動上、卸料，實現(xiàn)無人職守。③對物料適應(yīng)性強，適應(yīng)粗、中顆粒的懸浮液。缺點：①不適應(yīng)細顆粒懸浮液。②對濃度波動比較敏感，易產(chǎn)生漏料現(xiàn)象。③結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。推料盤作往復(fù)運動，往復(fù)次數(shù)：20~30次/分；行程為轉(zhuǎn)鼓長的1/10。此離心機分類：①單級活塞推料式離心機。②多級活塞推料式離心機——每級轉(zhuǎn)鼓短，推渣容易，濾渣層薄，濾渣停留時間長，有利于脫水和洗滌。第三十七頁，共65頁。（5）

——錐籃型離心機離心慣性力卸料式離心機第三十八頁，共65頁。（5）離心慣性力卸料式離心機又稱：錐籃離心機。此離心機種類：立式錐籃型；臥式錐籃型。工作循環(huán)：全速下連續(xù)加料、分離、洗滌、甩干、卸料。工作特點：在全速下工作，自動連續(xù)加料、卸料，無專門的卸料裝置。結(jié)構(gòu)：錐形轉(zhuǎn)鼓，濾網(wǎng)，進料管，分配器，主軸，機殼，隔振器，電機等。第三十九頁，共65頁。離心慣性力：向上分力：篩網(wǎng)面上正壓力及摩擦力：

f1——摩擦系數(shù)，即濾渣與篩網(wǎng)之間摩擦。自動卸料條件：自動卸料條件為：轉(zhuǎn)鼓半錐角α的正切必須大于摩擦系數(shù)。如：LI—800型錐籃式離心機：α=32.5°第四十頁，共65頁。優(yōu)點：①結(jié)構(gòu)簡單，體積小，造價低。②效率高，耗電少。③可自動上、卸料，無人職守。缺點：①對物料性質(zhì)、濃度變化敏感，適應(yīng)性差。②物料停留時間不易控制，易產(chǎn)生跑液。濾渣移動原理：（忽略顆粒的重力作用）廣泛應(yīng)用：化工、小化肥、制藥、食品等。

第四十一頁，共65頁。5.3沉降式離心機原理：轉(zhuǎn)鼓上無孔，也無濾網(wǎng)。懸浮液隨轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)，因固、液兩相的比重不同，則產(chǎn)生不同的離心慣性力，離心力大的固相顆粒沉積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，液相則沉降在里層，然后分別從不同的出口排出，達到分離的目的。沉降式離心機一般轉(zhuǎn)速較高：n=7000~8000rpm適應(yīng)范圍：固相含量較少，固體顆粒較?。╠<10μm)。常見機型：螺旋卸料式。第四十二頁，共65頁。分為：⑴螺旋卸料式沉降離心機（有：臥式；立式）⑵刮刀卸料臥式沉降離心機⑶三足式沉降離心機（1）螺旋卸料式沉降離心機廣泛用于：

化工、石油、冶金、制藥、輕工、食品、污水處理等用來處理顆粒粒度d<10μm的懸浮液。工作特點：連續(xù)加料、分離、卸料，全速運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速較高n=7000~8000rpm。第四十三頁，共65頁。第四十四頁，共65頁。結(jié)構(gòu)：

轉(zhuǎn)鼓，螺旋輸送器，變速器，進料管，帶輪，外殼，過載保護裝置，液位調(diào)節(jié)裝置等。

轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速為nb——由電機直接帶動，轉(zhuǎn)鼓上只有卸料口。螺旋輸送器轉(zhuǎn)速

nS——由轉(zhuǎn)鼓驅(qū)動行星差速器帶動，轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)鼓相同。

nS＞n

b

為正差轉(zhuǎn)速（一般機型）

nS＜n

b

為負差轉(zhuǎn)速。第四十五頁，共65頁。兩者轉(zhuǎn)差率：工作原理：懸浮液由中心進入，在離心力作用下，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)形成一個環(huán)行液池，重相顆粒沉降到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)表面，形成沉渣，由螺旋葉片推到轉(zhuǎn)鼓小端排除。轉(zhuǎn)鼓大端蓋上有圓形排列的溢流孔，澄清液從溢流孔排出。主要部件1.轉(zhuǎn)鼓：種類：圓筒形；圓錐形；筒錐組合形。長徑比：1~2（或1~1.5）。圓錐筒錐角10°~11°；易于輸渣錐角：5°~18°。轉(zhuǎn)鼓材料：不銹鋼，高強不銹鋼，鈦鋼，玻璃鋼。一般轉(zhuǎn)鼓為整體鑄造或焊接而成。2.螺旋輸送器：用來輸送沉渣。主要組成部件：螺旋葉片，內(nèi)管，進料室。螺旋葉片形式：整體形；帶狀形；斷開形。分單頭、雙頭，左旋式，右旋式。螺旋葉片易磨損，表面一般要堆焊硬質(zhì)合金（鈷鉻合金；鈷鎳合金；碳化鎢）第四十六頁，共65頁。3.變速器：擺線針輪行星變速器；漸開線行星齒輪變速器。

功用：實現(xiàn)轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸送器之間的差速（變速），傳遞大扭矩。驅(qū)動方法：電機經(jīng)三角帶輪，帶動轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速

n

b)，由行星輪變速器變速后，帶動螺旋輸送器轉(zhuǎn)動（轉(zhuǎn)速ns)。一般：n

b<n

S。

特點：行星輪變速器可是現(xiàn)同軸傳動，轉(zhuǎn)向相同，任意傳動比，大扭矩。4.過載保護裝置：分電控機械式；機械液壓式；機械式。

圖7—36為電控機械式。

第四十七頁，共65頁。（2）沉降—過濾式離心機轉(zhuǎn)鼓：分為：沉降段和過濾段1.沉降段：形式有圓柱與圓錐形；全圓錐形兩種。功用：懸浮液進入沉降段，進行沉降分離，澄清液從大端溢流孔溢出；沉渣由螺旋輸送器輸送到過濾段，進行過濾和脫水。

2.過濾段：形式為圓柱形，有濾網(wǎng)和篩孔。功用：沉渣在此段經(jīng)篩網(wǎng)過濾，液體被分離，濾渣由左端大孔排出。濾渣若要求洗滌或干燥處理，則中心孔通入洗滌液或蒸汽，在過濾段洗滌濾渣。篩網(wǎng)反新：由反吹管通入壓縮空氣或清水，反吹篩網(wǎng)，使之反新。第四十八頁，共65頁。（3）螺旋—碟片式離心機機構(gòu)：臥式螺旋卸料離心機和蝶片分離機兩部分組成。

功用：螺旋卸料離心機把固、液分離；蝶片分離機把液體進一步處理，可獲得澄清度很高的液相產(chǎn)品。轉(zhuǎn)鼓：由主分離室和輔助分離室兩部分組成。主分離室：為臥式螺旋離心機，主要進行固、液分離，大部分固體顆粒被分離出來，由螺旋輸送器排出。輔助分離室：為蝶片式分離機，對液體進一步分離，分離出更細小的顆粒。工作原理：懸浮液由中心管進入螺旋離心機段，靠高速下的離心力固體顆粒與液體分離開來，沉渣由輸送器從小端排出孔排出。液體由離心機大端溢流孔進入蝶片式分離機，再次進行固液分離，細小顆粒由周邊孔排出，高澄清度液體由中部溢流孔（9）排出。

第四十九頁，共65頁。第五十頁，共65頁。5.4分離機

種類：

（1）管式分離機（2）碟式分離機用來分離液-液相的乳濁液分離機械。第五十一頁，共65頁。分離機工作原理：

依據(jù)液-液兩相的密度差，在高速離心力場下，使液液分層，重相在外層，輕相在內(nèi)層，然后分別排出，達到分離目的。適應(yīng)范圍：乳濁液分離，含微量固體顆粒的乳濁液（d<5μm)常見機型：管式分離機，室式分離機，碟式分離機。用途：油料，油漆，制藥，化工等。

如：油水分離，蛋白質(zhì)，青霉素，香精油等分離。第五十二頁，共65頁。（1）管式分離機特點：轉(zhuǎn)速高達15000r/min（為高速型分離機）。分離因數(shù)Fr=13205。分離兩相密度大于10

的乳濁液；也可分離固相顆粒d=0.01~1.0μm或固相濃度小于1%的懸浮液。結(jié)構(gòu)：管狀轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)徑為105mm，轉(zhuǎn)鼓長730mm，撓性主軸，上下軸承室，機殼，機座，制動裝置等。第五十三頁，共65頁。管式分離機原理圖工作原理：

乳濁液由底部進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在高速離心力作用下將兩種液體分離。重相液體在外層，輕相液體在里層。重相液體經(jīng)轉(zhuǎn)鼓上噴口卸出，輕相液體經(jīng)分離頭中心到流道排出。第五十四頁，共65頁。管式分離機轉(zhuǎn)鼓與軸的轉(zhuǎn)速較高，要克服因轉(zhuǎn)鼓不平衡而產(chǎn)生的振動，則上下軸承必須采用減振性能良好的撓性軸承。第五十五頁，共65頁。下部軸承：

用酚醛夾布樹脂制造，成為撓性滑動軸承，可降低臨界轉(zhuǎn)速，達到自動對中。滑動軸承與軸套可上下滑動。第五十六頁，共65頁。上部軸承：

球面形自對中滑動軸承，注入高壓油，形成油膜潤滑。此軸承的優(yōu)點為對中性