离心机的典型结构及工作原理分析

• 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。
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。
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 n S ＜n b
为正差转速（一般机型）
为负差转速。
两者转差率：
ns nb a 100% 0.2 ~ 3% nb
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。
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。
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：
1 Fc 2 r 2 r12 2
转鼓壁上离心压力：r = R
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。
（ 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。
n
30
rቤተ መጻሕፍቲ ባይዱd
s m s
v Rw
Dn
60
（切线速度）
颗粒向心加速度： an R w 2
s2 颗粒离心惯性力： Fk m an m R w2
m
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
2 F an R • 分离因数： k Fr G g g
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）三足式过滤离心机 三足式过滤离心机
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。
• 离心惯性力： F0 mr1 2
2 T mr sin 1 • 向上分力： C1
• 筛网面上正压力及摩擦力：
2 正压力：N1 m r w con 1 2 摩擦力：F1 f1 N1 f1m r w con 1
f 1——摩擦系数，即滤渣与筛网之间摩擦。 • 自动卸料条件：
• 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
乳浊液
固体颗粒
（一）悬浮液
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。
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）。
机械分离方法 （过滤；离心沉降） 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。
• 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。
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。
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 圆周速度：
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。
（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 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
气—液相
液—液相
液—液—固相
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）
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


pa ( N
m
2
)
(离心压力最大，R为转鼓内径）
1 Fc 2 R 2 r12 2


pa
3
式中： — —物料密度 kg m 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。
•
Tc1 F1
2 2 mr w sin f m r w con 1 1 1
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）
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。
上悬式离心机 （2）上悬式离心机
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。
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。
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） 加压过滤 真空过滤 （如：各种压滤机） 深层过滤 振动筛
过滤式 ：
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。