沉降离心机研究报告

uz ur ur 0 z r r
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5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离 过程
（2）欧拉方程
在流体力学中，牛顿第二定律的表达式，对无黏流体 是用欧拉方程。当流体与转鼓之间有相对运动时，既 要考虑重力，还要考虑哥氏力，对于定常流动，在柱 坐标系中，欧拉方程如下：
L1ur
u2 r
5.2 沉降离心机 5.2.1 螺旋卸料离心机 5.2.2 复合离心机 5.2.3 管式及室式分离机 5.2.4 盘式离心机
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
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1
P r
2r
2u
L1u
+
u u r
r
1
P
r
2ur
L1uz
1
wenku.baidu.com
P z
g
式中 L1——算子，
L1
ur
r
u
r
uz
z
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5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离 过程
（3）N-S方程
由欧拉方程右端增加表示流体黏性影响的项求得，具 体表达式如下：
L1ur
u2 r
1
P r
3）超速离心机 转速25000g——80000r/min ，RCF 1×105g以上 用途：制备用超速离心机：分离纯化生物大分子、细胞器和病毒等 分析用超速离心机：测定样品纯度（根据紫外吸收率或折光率等判 断）、沉降系数、相对分子量
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5.1.4 离心机的分类
2、按分离方式分类 1）过滤式离心机 离心转鼓周壁有孔，借离心力实现过滤分离的离心机，转速
过程流体机械
沉降式离心机
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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 5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离过程 5.1.4 离心机的分类
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5.1.4 离心机的分类
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5.1.4 离心机的分类
3、按离心机的运转方式分类 1）间歇运转式离心机 此离心机的加料、分离卸渣过程是在不同转速下间歇进行的。操作 时必须按照操作循环中的各个阶段顺序进行，一般操作循环包括空 转鼓加速、加料、加速到全速、全速运转实现分离、洗涤、甩干、 减速、卸渣等几个阶段，各个阶段的时间并不相等，如三足式沉降 离心机、刮刀卸料沉降离心机。 2）连续运转式离心机 此类离心机是在全速运转条件下，加料、分离、洗涤、卸渣等过程 连续进行，生产能力较大，如螺旋卸料沉降离心机。
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 均一系：设置第二相，使分离的物质转移到该相（传质） 非均一系：机械分离，在力场中利用“相重差”分离
液体非均一系——悬浮液和乳浊液的分离是非均一系分离的典型情 况，其分离形式按照分离机理的不同分为沉降和过滤两种。 沉降：混合物在某种装置中，由于两相在力场中所受的力的大小不 同而沉淀分层，轻相在上层形成澄清液，重相在下层形成沉淀物而 实现分离。 过滤：混合物在多孔材料层装置中，由于受力场的作用，液体通过 多孔材料层流出形成滤液，固体被留在材料层上形成滤渣而实现分 离。
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离心沉降装置结构
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5.1.3 沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离 过程
• 5.1.3.1 基本方程
（1）连续方程
1 (rur ) 1 (u ) (uz ) 0
t r r r
z
关于轴对称情况， 环向变化率 u 为零，
r
定常、不可压缩流体，
可简化为
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5.2.1 螺旋卸料离心机
3
2
1
4
悬浮液
沉
溢
渣
流
卧式螺旋卸料离心机示意图 1－螺旋送料器；2－机壳；3－转鼓；4－行星差速器
螺旋卸料沉降离心机 有卧式和立式两种。连续操作，悬 浮液经加料管由螺旋内筒进料孔进入，随同转鼓高速旋转， 固体沉降到鼓壁，由与转鼓有一定转速差的螺旋向小端输 送并排出，清液则由转鼓大端溢流而出。 分离因素可达 6000。可处理粒度 2mm~5mm，固含量小于 10%~50%，固液密度差大于 0.05g/cm3 的悬浮液。
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5.2.2 复合离心机
1、结构和原理：悬浮 液物料由加料口加入， 经加料管进入沉降转鼓， 在离心力场的作用下进 行沉降分离，沉降后的 液相由下部沉降液出口 排出。而含湿量较高固 相沉渣由沉降螺旋沿沉 降转鼓内壁刮送至上部， 经沉渣口排入过滤转鼓，进行过滤分离。
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5.1.4 离心机的分类
1、按照分离因素大小 1）常速离心机
转速<8000r/min, RCF<1×104g 用途：分离细胞、细胞碎片、培养基残渣及粗结晶等较大颗粒
2）高速离心机 转速8000——25000r/min ，RCF 1×104g——105g 用途：分离各种沉淀物、细胞碎片及较大的细胞器等
一般在1000~2000r/min范围，分离因数不大。适用于易过滤的 晶体和较大颗粒悬浮液的分离。
2）沉降式离心机 离心转鼓周壁无孔，借离心力实现沉降分离，适用于固体含 量少， 颗粒较细，不易过滤的悬浮液。 3）分离式离心机（分离机） 转速极大，一般在4000r/min以上，适用于乳浊液的分离和 悬浮液的增浓或澄清。
2r
2u + (2ur
2 r2
u
ur r2
)
L1u
+
u u r
r
1 P
r
2ur
(2u
2 ur
r2
u ) r2
L1uz
1
P z
g
(2uz )
式中
2 为拉普拉斯算子，
2
1 r
r
2 r 2
1 r2
2
2
2 z 2
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5.1.3.2 沉降离心机转鼓内的流体流动
“活塞式”理论 层流理论； 表面层理论； 流线理论
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5.1.3.3 沉降分离原理
离心沉降一般由以下物理过程组成，即：固体的沉 降，按照介质对其中物体运动阻力的流体力学进行； 沉渣的压实，按照分散物系的力学规律进行；从沉渣 中排出部分由分子力所保持的液体。
固相粒子的沉降情况有两种： 集团沉降，固相浓度超过一定极限而且固相的分散性 较均匀，可能出现集团沉降（又称阻滞沉降现象）， 沉降固相与其上层沉清液之间有明显界限； 自由沉降，固相浓度低于此极限时，粗细粒子的沉降 速率各不相同，不出现上述的分界线。