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图文讲解各种离心机工作原理及应用

文章来源:lixinji 人气: 650 发表时间: 03-13

离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力,加快液体中颗粒的沉降速度,把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。所以需要利用离心机产生强大的离心力,才能迫使这些微粒克服扩散产生沉降运动。

实验室离心机

离心机有一个绕本身轴线高速旋转的圆筒,称为转鼓,通常由电动机驱动。悬浮液(或乳浊液)加入转鼓后,被迅速带动与转鼓同速旋转,在离心力作用下各组分分离,并分别排出。通常,转鼓转速越高,分离效果也越好。

离心就是利用离心机转子高速旋转产生的强大的离心力,加快液体中颗粒的沉降速度,把样品中不同沉降系数和浮力密度的物质分离开。离心机大量应用于化工、石油、食品、制药、选矿、煤炭、水处理和船舶等部门。离心机有哪些分类呢?

工业用离心机按结构和分离要求,可分为过滤离心机、沉降离心机和分离机三类。

离心机分类
实现离心过滤的离心机,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。

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。

过滤离心机适应范围:固相含量高,固体颗粒较大的悬浮液(d >10μm)。

几种过滤离心机的对比

离心机分类对比
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。卸料时操作原理

 

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。

 

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。
三足式离心机其它种类:

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。

 

三足式离心机是数量最多,用得最广泛的一种过滤离心机,采用离心过滤机过滤含有很小颗粒的悬浮液时,通常需用滤布作过滤介质,同时要求滤饼对滤布不发生相对运动。显然,满足这些要求的最简单的—种离心机为三足式离心机。它具有竖轴、实底和半封闭顶的圆柱状转鼓,顶部的围边称为鼓缘,转鼓支在三足架上,故名三足式离心机。

 

在一般情况下,转鼓罩面上钻有很多小孔,内侧覆有一层或多层大孔金属滤网,作为装在转鼓中的裳状滤布的支撑。在启动前或启动后,将悬浮液白顶部导入转鼓,使滤液通过罩面流出,而团体颗粒则被截留在滤布上。

 

一般情况下滤渣是在停机之后用人工移出或采用更换滤布袋的方法进行卸料的。比较先进的一种三足式离心机使用时可先将转鼓的转速降至每分钟几转,然后将一犁形刀片推入滤渣以排除固体物料。犁形刀将固体翻向转鼓轴线,使滤渣从转鼓底部开口处落出,借助于定时器,全部操作均可自动进行。

  主轴支点高于旋转部件重心的立式过滤离心机.
  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。
  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
  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。
  工作原理
  应用
  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
  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
  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。
  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。
  二、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 d<10μm 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。
  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。
  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α,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-液-固分离;对物料的适应性好,能分离的固体粒度的范围0.005mm-2mm,悬浮液的体积浓度范围2%-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;单机生产能力大(大型机可达190m3/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。
  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。
  作用: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。
  作用: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。
  三、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(d<5 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、碟式分离机
  分离机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。
  碟式分离机是立式离心机,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加入转鼓。当悬浮液(或乳浊液)流过碟片之间的间隙时,固体颗粒(或液滴)在离心力作用下沉降到碟片上形成沉(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;叠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-固也适于液-液分离,因而在化工、医药、轻工、食品、生物工程以及交通运输部门都获得广泛应用。蝶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。
  室式分离机
  室式分离机是应用比较广泛的离心沉降设备,用于分离固体含量在2%以下的悬浮液,其结构除转鼓外其余部件(如传动机构、机座、测速装置、制动器等)与叠式分离机基本相同。
  室式分离机的转鼓中,一组同心的分离圆筒将转鼓内空间分割为多个互相串联的室(即环形空间),转鼓内空间一般按照各室的径向间距相等或各室的横截面积相等的原则分离。欲澄清的悬浮液进料管加入转鼓中心,然后由中心向外逐一流过各个室,液体在各室中的流速逐渐减小(在各室的径向间距相等时)或保持不变(当各室横截面积相等时)。由中心向外由于半径不断增大,各室分离因素越来越大,故最大的固体颗粒沉积在位于中心的第一室内壁,较细的固体颗粒在外面的各室沉降。澄清后的液体用向心泵排出转鼓,排出压力可达0.28MPa。室式分离机由于转鼓内安装了同心的分离圆筒,缩短了固体颗粒的沉降距离并扩大了沉降面积。与叠式分离机相比其结构较简单,转鼓内的零件少,转鼓容纳沉渣的空间较大,可用来分离固体含量稍高的悬浮液,且排除沉渣和清洗转鼓也比碟式分离机方便。
  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。
  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。
  管式分离机的分离因素很高,一般在13200-50000;结构小巧紧凑,是应用很广的沉降式高速离心分离设备。其结构如图所示。管式分离机为立式结构,可分为澄清型和分离型两种。澄清型用于含少量固体的悬浮液的澄清,悬浮液从转鼓下部进入转鼓,在由下往上的流动过程中,所含固体颗粒沉积在转鼓内壁,清液从转鼓上部溢流排出。分离型用于乳浊液的分离,乳浊液在离心力作用下分成重液和轻液两液层。
  管式分离机适用于固体含量低于1%、固体颗粒小于5um以及固体与液体的密度差很小的悬浮液的澄清;也适用于轻液与重液的密度差小于分散性很高的乳浊液的分离。管式分离机结构较简单、体积小、运转平稳,且分离因数很高,能分离难分离的物料,因而广泛应用于化工、制药、生物制品的生产、制漆、植物油精制以及矿物油加工等工业部门。
  主要用途:分离固体含量低的粘性悬浮液,如清漆、果汁、细菌培养液等的澄清;将悬浮液中的固体颗粒按大小分级,如搪瓷原料用管式分离机分级以清除其中的杂质;分离难分离的乳浊液,例如从植物油、鱼和动物脂肪以及矿物油中分离出水分;用于高分散物系和胶体物系的分离和粒度分布。
  管式分离机主要缺点是间歇操作,转鼓容积小,为避免频繁地停机清除沉渣,用管式分离机分离的物料其固体含量不要超过1%。

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