卧式螺旋卸料沉降离心机用于化纤用二氧化钛的分级试验

进料速度, 最佳进料速度与物料的粗粒子数及卧螺
第 27 卷 第 11 期
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离心机的设计生产能力有关。
增加差速, 但也要以细组分中的粗粒子数合格为前
3 3 转速
提。
转速对分级效果的影响见表 4。 试验条件: 差速 10r/ min, 挡 板 135mm, 进料 速度 680L/ h, 进料浓度 182 0g/ L。
的, 即所谓的 活塞流 , 则
dz dt
=
Q ∀( r22-
r
2 1
)
( 2)
式中 Q # # # 浆料的体积流量
z # # # 颗粒的轴向位置
由式( 1) 与式( 2) 得:
dr r
=
!2x 2 ∀( r 22-
18
Q
r 12) dz
( 3)
图2
颗粒从图 2 中 A 点开始运动, 假设颗粒 x 在
上述条件下的实际试验结果是大于 5 m 的粗
粒子有 1 个, 这说明以上两个假设与实际情况有差
距。浆料浓度在 180g/ L 时, 颗粒间是有相互作用
的, 实际径向速度比理想情况下的径向速度小。流 体在转鼓内的实际流动并不是 活塞流 , 再加上螺 旋出料器在转鼓内的扰动, 所以, 浆料在转鼓内的 实际流动情况相当复杂。
1#
135 20
40
700
<5
700
<5
转速增加, 细组分的粗粒子减少, 有利于分级。 3#
135 15
44
840
<5
但转速增加, 粗组分浓度增加, 流量也增加, 细组分
不同物料由于水分散性、粗粒子数等性质上存
浓度降低, 流量减小, 粗细比增加, 卧螺离心机的工 在差异, 必须要对卧螺离心机的参数进行调整, 以
4 2 进料速度的影响 进料速度直接影响到物料在转鼓内的停留时 间, 在挡板高度等其它条件不变的情况下, 进料速 度大, 物料在转豉内的停留时间则短, 大颗粒还没 有来得及沉降就随小颗粒一起流出转鼓, 使大颗粒 与小颗粒分离不开。物料在转鼓内的停留时间也 不可过长, 停留时间过长, 粗组分的浓度增加, 流动 性变差, 不利于出料, 所以要选择适当的进料速度。
化纤用二氧化钛的制备分两步: 原料制备和表 面处理。表面处理步骤为: 原料干粉 ! 打浆 ! 湿磨 !分级 ! 表面处理 ! 成品。
分级就是将粒径大于 5 m 的粗粒子从浆料中 分离出来, 返回打浆槽, 细料用来做后序加工, 细料 中的粗粒子要求小于 5 个/ 5 5 ∀ 10- 4cm3。
1 卧螺离心机的结构及工作原理
关键词 卧螺离心机 分级 二氧化钛
卧式螺旋卸料沉降离心机( 以下简称 卧螺离 心机 ) 普遍被用来澄清悬浮液、回收晶体和聚合物 等, 也被用作矿浆或其它浆料的脱水, 近年来已广 泛应用于城市和工业污泥的脱水。随着超细粉体 材料科学的飞速发展, 卧螺离心机也被用来进行颗 粒的分级, 如淀粉、氧化锆等。本文将介绍卧螺离 心机在化纤用二氧化钛工业制备分级中的应用。
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卧式螺旋卸料沉降离心机用于化纤用 二氧化钛的分级试验
华东理工大学 王彦华 方图南 王庭楠
摘 要 介绍了卧式螺旋卸料沉降离心机在化纤用二氧化钛分级中的应用, 着重介 绍进料浓度、进料速度、转速、挡板尺寸、差速等参数对分级的影响, 分析了各参数对分级 影响的原因, 以便找到最佳的运行参数, 使卧螺离心机发挥更好的分级效果。
表5
粗粒子数
挡板尺 寸( mm)
进料浓 度( g/L)
变频器频 率( Hz)
( 个/5 5 ∀ 10- 4cm3)
粗组分 浓度
(g/ L)
粗细比 ( 重量)
133 182 0
40
1
326 5 1 83&1
135 182 0
42
140 163 6
50
145 163 6
50
1 > 100 > 100
409 0 1 25&1 膏状 1320 0 膏状 1320 0
表2
进料浓度
粗粒子数 ( 个/5 5
粗组分浓度
(g/ L) ∀ 10- 4cm3) ( g/ L)
细组分浓度 粗细比 ( g/ L) ( 重量)
182 0
5
430 0
115 9 0 99&1
141 7
2
123 5
1
253 3
92 4
78 5
1 09&1
可以看出, 在其它条件不变的情况下, 进料浓 度增加, 细组分中的粗粒子会增加, 粗细组分的浓 度也会增加。进料浓度降低, 卧螺离心机的生产能 力会降低。对于浓度为 182 0g/ L 的浆料, 只要将 变频器频率提至 42Hz 时( 转速 4032r/ min) , 细组分 中的粗粒子数可降至 1 个。所以进料浓度一般控 制在 160~ 180g/ L 较合理。
作效率降低。转速太高也能使粗组分紧贴在转鼓 满足所需要的分级效果。
内壁上, 螺旋推料器负荷增加, 容易造成卧螺离心 机损坏, 所以只要能达到所需要的分级效果, 就不
4 卧螺离心机各参数对分级影响的分析
要将转速调得过高。 3 4 挡板尺寸
4 1 进料浓度的影响
挡板尺寸对分级效果的影响见表 5。 试验条件: 差速 10r/ min, 进料速度 800L/ h。
2 卧螺离心机分级极限粒度的预测
2 1 粒度分布 用 BI- 90 测得的粒度分布如表 1 所示。
收稿日期: 1999 # 05 # 19
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1999 年 11 月
表1
粒径( nm) < 212 < 276 < 372 < 500 < 653 累计分布( % ) 10 25 50 75 90
细组分浓度 粗细比 ( g/ L) ( 重量)
820
11
134. 6
680
5
430. 0
115. 9 0 99&1
580
2
458 7
123 6 0 78&1
在其它条件不变的情况下, 进料速度减小, 细 组分Biblioteka Baidu的粗粒子减少, 粗组分浓度增加, 流动性变 差, 粗组分的量减少, 生产能力降低; 反之, 进料速 度增大, 分级效果变差, 细组分中的粗粒子增加, 粗 组分浓度降低。对应于一定的物料有一个最佳的
图3
如图 3 所示, 物料进入离心机后, 大颗粒在离 心力的作用下, 会在小颗粒和分散介质中作沉降运 动, 这一相对运动也可以看作是分散介质夹带着小 颗粒在大颗粒间隙中运动, 物料浓度越大, 颗粒间 间隙就越小, 分散介质和小颗粒在大颗粒间隙中运 动的阻力就会增加。相反, 物料浓度越低, 分散介 质和小颗粒在大颗粒的间隙中运动的阻力就越小, 所以物料浓度越高, 越不利于物料的分级。但物料 的浓度也不可过低, 物料浓度过低, 分离效果虽然 较好, 但卧螺离心机的产量会大大降低, 所以必须 选择适当的进料浓度。
挡板尺寸增加, 卧螺离心机转鼓内沉降区域缩 短, 干燥区域增长, 粗组分浓度增加, 流动性变差, 细组分中的粗粒子增多, 分级效果变差。反之, 挡 板尺寸减小, 有利于分级, 但挡板尺寸也不可降得 太小, 降得太小, 细组分的总量会大大下降, 粗细比 大, 虽然分级效果较好, 但效率太低。所以必须适 当选择卧螺离心机的挡板高度。
5
430 0
115 9 0 87&1
表6
卧螺离心机的参数
粗粒子数
物料 挡板尺寸 差速 变频器频率进料速度 (个/ 5 5
( mm) ( r/ min) ( Hz)
( L/ h) ∀ 10- 4cm3)
41 3936
2
42 4032
1
434 7
104 7 1 12&1
0#
135 10
41
101 4 1 25&1
走完分离区后能刚好到达转鼓壁 B 点, 该颗粒就
不能流出溢流挡板。以积分限 r = r1, z = 0 和 r =
r 2, z = L, 对式( 3) 积分, 得:
ln( r 2/ r 1) =
!2x 2 ∀L( r 22- r 21)
18
Q
( 4)
永远无机会随浆料流走的最大颗粒粒度为:
xmax =
卧螺离心机的结构见图 1, 其型号为 WL220 # 930, 上海离心机研究所研制, 主要部件为转鼓和螺 旋推 料 器。转 鼓 内 径 为 220mm ( 最 大) , 长度 为 900mm, 其中圆筒部分( 沉降区) 长度 700mm, 圆锥 部分( 干 燥区) 长 度 230mm, 长 径比 为 4 23, 锥角 10∃; 螺旋推料器的外径为 218mm( 最大) , 长度和锥 度与转鼓相对应, 转鼓与螺旋推料器的间隙为 1mm。转鼓的最 大转速为 4800r/ min, 即 卧螺离心 机的分离因素为 2524。最大转速下螺旋推料器与 转鼓的速度差称为差速, 差速是通过减速机来实现 的, 差速有 10、20、30r/ min 三档可调节。卧螺离心 机的转速可通过变频器在 0~ 4800r/ min 间任意调
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1999 年 11 月
4 3 转速的影响 根据 Stokes 定律可知, 颗粒的沉降速度与离心 加速度成正比, 转速越高, 离心加速度就越大, 颗粒 的沉降速度也越大, 这样就容易使大颗粒与小颗粒 分离。但转速太高也会使大颗粒沉降在转鼓内壁 上, 并粘附在内壁上, 使螺旋推料器的负荷加大, 容 易造成卧螺离心机保护销折断, 所以只要达到所要 求的分离效果, 转速还是低一些好。
2 2 分级极限粒度的预测
假设: 忽略颗粒间的相互作用, 则颗粒的径向
速度大小可用 Stokes 定律来估算:
dr dt
=
x 2 r!2 18
( 1)
式中 x # # # 颗粒粒度 r # # # 粒度为 x 的颗粒的径向位置
t # # # 该颗粒受到离心加速度作用的时间
# # # 固液相密度差
# # # 浆料的粘度 假设: 浆 料沿转鼓轴向 流动速度分 布是均匀
3 2 进料速度 进料速度对分级效果的影响见表 3。 试验条件: 差速 10r/ min, 挡 板 135mm, 变频 器频率 40Hz( 转速 3840r/ min) , 进料浓度 182 0g/ L。
表3
粗粒子数
进料速度 (L / h)
( 个/5 5 ∀ 10- 4cm3)
粗组分浓度 ( g/L)
3 卧螺离心机各参数对分级效果的影响
本次 工业 制备的 分级 能力 为 300t / a 二 氧化 钛, 通过调节进料浓度、进料速度、转速、挡板尺寸, 差速等来得到最佳的分级效果。
3 1 进料浓度 表 2 为进料浓度对分级效果的影响。 试验条件: 差速 10r/ min, 挡 板 135mm, 变频 器频率 40Hz( 转速 3840r/ min) , 进料速度 680L/ h。
表4
3 6 不同物料 不同的物料, 要达到所要求的分级效果, 必须 对卧螺离心机的参数进行调整, 用于不同物料分级 的卧螺离心机的参数见表 6。
粗粒子数
频率 (Hz)
转速 ( r/ min)
( 个/5 5 ∀ 10- 4cm3)
粗组分浓度 ( g/L)
细组分浓度 粗细比 ( g/ L) ( 重量)
40 3840
18 Q ln( r 2/ r 1) !2 ∀L ( r22- r12)
( 5)
当挡板尺寸为 135mm, 进料浓度为 182g/ L,
转鼓转速为 4032r/ min( 42Hz) , 求得最大颗粒粒度
xmax= 1. 2 m( r1= 0. 065m, r 2= 0. 11m, = 0. 008N% s/ m2, Q = 510L/ h, L = 0. 67m, = 2850kg/ m3) 。
节。液面在转鼓内的高度可通过挡板的尺寸来调 节, 挡板尺寸是指环形挡板内环的直径, 挡板尺寸 有 133mm、 135mm、 137mm、 140mm、 145mm。 卧螺离心机的进料速度由螺杆进料泵的转速来决 定, 进料管在沉降区内的长度为 460mm。
图1
物料从进料管进入至沉降区 2/ 3 处, 很快获得 近似于转鼓的旋转速度, 并沿转鼓壁向溢流挡板方 向流动, 颗粒在离心力的作用下, 向转鼓壁方向沉 降, 大颗粒的沉降速度比小颗粒沉降速度快。在转 鼓内形成的液体层中, 大颗粒靠近转鼓壁, 小颗粒 离转鼓壁较远, 在溢流挡板的作用下, 小颗粒溢流 出转鼓, 大颗粒留在转鼓内, 而被推料螺旋不断地 往干燥区方向推, 最终被推出转鼓, 使大、小颗粒得 以分离。
3 5 差速 差速增加有利于粗组分的出料, 但粗组分的浓 度会有所降低, 粗组分的流量会增加, 粗细比增大, 同时细组分中的粗粒子数也会增加。因为差速增
加造成卧螺离心机转鼓内液面的扰动增加, 因此影 响分级。所以在粗组分浓度不是很高、流动性不是 很差的情况下, 差速还是低一些有利于卧螺离心机 的分级。如果粗组分的浓度太高流不出来, 则必须