第五章 离心机

筛分
将含有不同粒状、片状或块状物料，通过 多孔介质（筛）进行脱水或分级。
离心机的分离过程及分类
离心机是利用转鼓旋转产生离心力，来实 现悬浮液、乳浊液及其它物料的分离或浓 缩的机器。它具有结构紧凑、体积小、分 离效率高、生产能力大及附属设备少等特 点。
离心分离过程一般分为离心过滤、离心沉降、 和离心分离三种。因此离心机也就分为过滤式 离心机、沉降式离心机和分离机。
沉降式离心机
螺旋卸料离心机 复合离心机 管式分离机及室式分离机 处理气-液-固三相混合物的沉降式离心机 蝶式分离机 螺旋卸料沉降-过滤组合离心机
5.1.3 过滤离心机的有关计算
过滤机理 （1） 滤渣的形成
滤渣和过滤介质有较大的曲率，过滤面积随半径而变化，而滤渣不仅 在液体作用下，而且还在滤渣骨架质量力作用下受到压紧。
5.3 离心机的选型
5.3.1 选型的原则
5.3.2 选型的依据
5.3.3 选型的基本方法
5.3.1 选型原则
对固-液分离流程系统有比较全面的分析和 了解。 要对被分离物料的特性有充分的了解 要满足分离任务和要求 要考虑经济性
选型的原则可归纳为：工艺流程、物料特性、分离 任务、经济性等四个需要满足和适应的方面。
离心液压
离心机工作时，处于转鼓中的液体和固体 去了层，在离心力场的作用下，将给转鼓 内壁以相当的压力，称为离心液压。 离心液压不仅作用在转鼓壁上，同时也作 用在顶盖和鼓底上。计算转鼓的强度时必 须把离心液压考虑进去。
离心机的分类
按分离因素分类：
1.常速离心机(Fr<3500) 2.高速离心机(Fr=3500~5000) 3.超高速离心机(Fr>5000)
•
d 用途
应用范围广(固相脱水，液相澄清，分离固相密度比液相轻的悬浮液， 液—液—固分离，粒度分级等)。能分离含更细颗粒的悬浮液。它广泛应 用于合成纤维树脂、聚氯乙烯、碳酸钙、滑石粉、淀粉生产和污水处理等 生产过程。
e 技术参数
固相粒度 0.005～2 mm 悬浮液容积浓度 1％～50％ 生产能力最大可达 190 m3／h(悬浮液) 转鼓直径 160～1600mm 转鼓长径比 1～4.2 转鼓半锥角 5o～18o 液池深度与直径的比 0.05～0.2 转鼓与螺旋的转差 转鼓转速的0.2％～3％
e. 技术参数 三足式离心机的主要技术参数包括转鼓直径、转 速、分离因数及转鼓容量等项。目前国内外生产 的三足式离心机参数一般范围如下: 转鼓直径：255～2000 mm 主轴转速：3500～500 r／min 分离因数：2100～225 转鼓容量：3.4～1800L
沉降离心机
螺旋卸料离心机
刮刀或其他装置的设计特点。
5.2 过滤与沉降离心机
过滤离心机
三足式离心机
a 结构
b 工作原理
c 用途
SG系列三足式离心机适用于粘度大、亲水性强、 难分离的含中细度的颗粒状或纤维状物的悬浮液介 质的分离；也适用于糊状、固状介质的分离；并广 泛应用于纺织品、食品脱水。
d 特点
SG系列离心机除具有三足式离心机的传统优点外， 还具有如下特点： • 采用手动刮刀下部卸料，提高了生产效率。 • 采用刮刀低速卸料，延长了使用寿命。 • 物料接触零部件均采用1Crl8Ni9Ti不锈钢制造， 可耐一般酸性腐蚀。
图表法：
用图表法选择离心机比较粗糙，只能根据悬浮液的固相浓 度和固相颗粒的粒子尺寸进行离心机的选择，但它可以与 前节的表格法配套使用，相互参考和补充。
综合选型及各种机种联用：
在下列情况下可以联用：材料性质特殊；对分离任务有特 殊要求的情况；有些分离机械往往对物料条件有一定要求， 才能达到其较佳分离性能。
表格法选型举例
待分离物料的处理量为8m3/h，间歇式生产，固体需洗涤，使 用表格法选分离机械。
1.查图5-49中分离任务分类得： 处理量: b；操作方式：d；分离目的：h； 2.查表5-6，满足此三项要求的有：
1 带垂直滤液的加压过滤机；2 带水平滤液的加压过滤机；9 水
平带式真空过滤机；11 压滤机；12 刮刀卸料过滤离心机；14 上悬式或三足式离心机；18 带压榨隔膜的压滤机。
过滤离心机的操作循环
1.第一加速阶段 将转鼓加速到加料所需要的速度， 需用时间是制造厂选定的。 2. 加料阶段 在选择加料速度时，主要考虑需用 功率可供利用功率之间的平衡，其 次考虑滤饼的均匀分布，防止不平 衡加料的出现，为使滤饼均匀分 布。 3.第二加速阶段 在加料停止后，转鼓就可加速到最 高操作速度，以尽可能快的过滤母 液，这个加速时间是选定的，但受 电动机特性的控制。
分离因素：
5-1 为离心加速度与重力加速度之比值，它是离 心机的重要性能参数，转鼓内物料所受的离 心惯性力与物料的位置有关，即与半径有关。 分离因素通常是指内鼓最大半径处的值。分 离因数是表示离心机分离能力的主要指标。 分离因素越大，分离效果越好。
Fr R / g
2
离心力场的特点
1.物料在离心力场中所受的离心力比重力场大 几百至几万倍。 2.重力加速度为常数，故重力场强度不变，离 心力场的强度随半径R变，R增加，Fr增加。 3.装有物料的容器，在绕自身对称轴回转时中 间液面会凹下去，角速度足够大时，液面与 容器壁面平行，物料分布情况与轴线空间位 置无关，转鼓位置可任意布置。
分离机
与沉降式原理相同， 但转速高，体积小。 专指分离两相互不相 溶的乳浊液或含为量 固体的乳浊液，因液、 液两相密度差较小， 必须加强离心力场 （高转速），使液-液 两相分层，中相在外 层，轻相在内层，在 通过一定装置将重、 轻两相分别引出机外， 以达到分离的目的。
5.1.2 分离因数和离心力场的特点
5 离心机
5.1 离心机的典型结构及工作原理 5.2 过滤与沉降离心机
5.3 离心机的选型
5.1离心机的典型结构及工作原理
5.1.1 非均一系的分离及离心机的典型结构 5.1.2 分离因数和离心力场的特点
5.1.3 过滤离心机的有关计算
5.1.1 非均一系的分离及离心机的典型结构
分离物料分类 均一系
按分离原理与结构分类：
过滤式离心机
沉降式离心机 分离机
过滤式离心机
三足式离心机 三足式自动卸料离心机 卧式刮刀卸料离心机 离心力卸料离心机 卧式活塞推料离心机 卧式刮刀卸料离心机 振动卸料和进动卸料离心机 螺旋卸料离心机 螺旋卸料沉降-过滤组合离心机
3.根据被分离物料的沉降实验进一步筛选。
若实验得物料的特性为图5-50、5-51的：B、E、G、K，则从 表中再剔除1及11。
4.根据其它要求如挥发性、腐蚀性剔除9、18，根据价格选12或14，由厂家报
价及提供的服务、质量、运行情况决定一种。
本章要点
离心机的分类 分离因素与离心力场的特点 过滤分离的原理、过程 离心机典型结构（沉降与过滤） 离心机的选型原则、选型方法
沉降式离心机
转鼓内的悬浮液随转 鼓高速旋转，密度大 的离心力大沉降到转 鼓壁上，密度小的沉 降在里层，将两相分 别引出可达到分离目 的。转鼓无孔，无过 滤介质。 适用于悬浮液含固量 （浓度）较少，固体 颗粒较小的悬浮液的 分离。
Βιβλιοθήκη Baidu
过滤式离心机
高速旋转的转鼓上开有 许多小孔，并衬有多孔 过滤介质，转鼓内的悬 浮液受离心力作用液相 经过滤渣层、过滤介质、 壁上小孔连续排出，固 相沉积下来成为滤渣。 适用于含固量较高、固 体颗粒较大的悬浮液的 分离。悬浮液在离心力 场中所受离心惯性力比 重力大千百倍，加速了 过滤的速度，可得到较 干的滤渣。
过滤
使悬浮液通过多孔性介质（过滤介质）而 使固、液两相分离的操作。根据推动力的 不同可将过滤分为真空过滤、加压过滤、 离心过滤及深层过滤。
真空过滤、加压过滤：悬浮液中的液相在压强差推动下 通过过滤介质达到固液分离。 离心过滤：悬浮液中的液相在离心惯性力的作用下通过 过滤介质达到固液分离。 深层过滤：用厚层粒状介质（如沙）的大量孔隙来捕集 液相中微量固体颗粒。
非均一系 均一系混合物的分离基本属于传质的内容，其基本方法 就是在均一系溶液中设置第二个相，使要分离的物质转 移到该相中来。其力学过程是微观的内力作用过程。 非均一系混合物的分离，一般采用机械方法，其基本原 理就是将混合物置于一定的力场之中，利用混合物的各 个相在力场中受到不同的力从而到较大的“相重差”使 其分离，其力学过程是宏观的“场外力”作用过程。
（2） 滤渣的压紧
被离心分离的物料实际上是两相物系，而且开始时固体颗粒排列并不 紧凑，彼此间有极少的接触点。
（3） 滤渣的机械干燥
在颗粒接触处和颗粒的表面上保留有毛细管力和分子力所保持的液体。 其中一部分在离心力、惯性和流经滤渣的空气流的作用下向滤网方向 从一个接头处移向另一个接头处。
过滤计算
(1)过滤基本方程
浮选 沉降 机 械 分 离
重力沉降 离心沉降 真空过滤 加压过滤 离心过滤 深层过滤
过滤 筛分
浮选
是在悬浮液内释放出足够的空气（或其 它气体），并以气泡形式粘附于固体颗 粒表面，使颗粒籍气体浮力升到液面， 再将固体颗粒加以刮离。
产生气体气泡的方法有：分散法、溶入法和电解法。 浮选在矿物分离方面早已应用，在造纸、炼油和污水处 理等方面也是一种有效的固液分离方法。
a 结构
由一柱锥形转鼓、螺旋推 料器、行 星差速器、 机壳和机 座等零部 件组成
b 原理
c 特点
具有自动、连续操作，无滤网和滤布，能长期运转,维修方便； • 应用范围广(固相脱水，液相澄清，分离固相密度比液相轻的悬浮液， 液—液—固分离，粒度分级等)； • 对物料的适应性较大，结构紧凑，易于密封； • 单机生产能力大。
过滤离心机的操作循环
4.洗涤阶段 目的为了获得纯净的固体产物，由 于洗涤紧接在过滤之后进行，对固 定的滤饼层来说，洗涤液穿过滤饼 的路线基本上沿着原来过滤时形成
的孔隙结构流出。 5.甩干阶段 目的是尽量降低离心过滤或洗涤后 的滤饼中最终含液量或称残留液量 6.减速阶段 减速阶段的操作线斜率与驱动系统 的类别和使用特性有关，与制动系 统吸收能量的速率也有关 7.卸料阶段 决定于在卸料速度时可供转动转鼓的 扭矩，所卸滤饼的特性以及卸料用的
p2 dV q Adt ( m Rm )
m/s
(5-73)
q—滤液的表观流速； Rm—介质阻力； α—滤饼比阻； m—滤渣重； μ—液体的粘度； V—滤液总容积； t—时间； P2—过滤饼上游表面处压力。 (2)影响因数分析
介质阻力Rm : 假设介质阻力Rm是常量。 滤饼比阻α :与固粒的形状和粒度分布，刚度以及滤饼结构、进料料浆固相 浓度和过滤初速度有关。 过滤压力: 对可压缩滤饼，增加压力可使颗粒受压缩而变形，随之过滤阻力 变大，α值随之改变。
沉降
是利用固-液两相或液-液两相密度差来进 行分离的操作，根据力场的不同分为重 力沉降和离心沉降；
重力沉降：在重力场中利用固、液相密度差进行固、 液分离。它分为澄清和浓缩。在澄清器中可以得到固 量很少的澄清液，在浓缩机中可以得到含液两很少的 浓缩物。 离心沉降：有密度差的固、液或液、液混合物在离心 惯性力的作用下进行的沉降分离。它分为旋流器和沉 降离心机。
5.3.2 选型的依据
分离任务：
包括处理量的规模，操作方式和分离目的等。
物料特性：
包括固相颗粒、密度，液相密度、粘度，悬浮液浓度等。
5.3.3 选型的基本方法
表格法：
为满足生产任务的要求，必须根据分离物料的性质和分离 任务，即依据各项的实际情况，按所给表格根据一些特殊 要求以及其他条件逐步筛选。