第二章離心機

第二章離心機第一頁，共二十頁，2022年，8月28日 離心機是利用離心力來分離液相非均一系（液-液、液-固、液-液-固）混合物的一種通用機械，在分離設備中，它具有結構緊湊、體積小、分離效率高、生產能力大、附屬設備少等優(yōu)點，從而廣泛應用于開發(fā)資源、化工生產、三廢處理和國防工業(yè)等部門。第二頁，共二十頁，2022年，8月28日離心機工作原理第三頁，共二十頁，2022年，8月28日重點分離介質的分類，分離機械的種類、結構、工作原理及應用。難點分離機械種類較多結構復雜，應用面廣。本章重點和難點第四頁，共二十頁，2022年，8月28日2.1離心機的典型結構及工作原理2.1.1非均一系的分離及離心機的典型結構（1）離心分離過程我們已知離心機是利用離心力來分離液相非均一系混合物的一種通用機械，那么這里所要講述的離心分離過程也就是液相非均一系混合物的分離過程。離心分離過程一般可分為離心過濾、離心沉降和離心分離三種。第五頁，共二十頁，2022年，8月28日離心過濾通常用于固相含量較高、顆粒較大的懸浮液的分離，過濾式離心機轉鼓壁上有孔，一般轉鼓內壁上襯有金屬底網及濾網。轉鼓回轉時，液體因離心力的作用透過濾渣、過濾介質（濾網）、底網及轉鼓小孔甩出鼓外，固體被截留在轉鼓內的過濾介質上形成濾渣。特點：1)轉鼓有孔2）適合用于含固量大、粒徑大的懸浮液3)懸浮液濾餅濾液第六頁，共二十頁，2022年，8月28日

離心沉降用于固相含量較少，顆粒較細的懸浮液的分離。沉降式離心機的轉鼓壁無孔，當懸浮液隨著轉鼓一起回轉時，由于離心力的作用，固體顆粒因重度較液相大而向鼓壁沉降。此過程按懸浮液中含固體量的多少分別稱為離心脫水和離心澄清過程特點:：1）轉鼓無孔

2）固相密度>液相密度

3）適合含固量低，粒徑小的懸浮液

4）懸浮液沉渣澄清液第七頁，共二十頁，2022年，8月28日

離心分離習慣上是指兩種重度不同的液體所形成的乳濁液或含有微量固體的乳濁液（液-液-固）的分離。在離心力作用下，液體按重度不同分為里外兩層，重度大的（重相）在外層，重度小的（輕相）在里層，固相（重度較兩種液相較大）沉于鼓壁，通過一定的裝置分別引出。用于這種分離過程的離心機常稱為分離機，其轉鼓也是無孔的。特點：1）轉鼓無孔；2）轉速更高3）適合乳濁液；4）乳濁液:輕液重液少量沉渣第八頁，共二十頁，2022年，8月28日（2）離心機的典型結構

①離心沉降首先必須有一個承放物料的圓筒形裝置稱為轉鼓：其次轉鼓必須回轉而需要轉軸來傳動，稱為回轉軸；最后，為了使物料能夠處在對稱的力場中，且使物料不要甩出來，再加上其他基本的結構(如攔液板、濾網等)，其裝置如圖所示。第九頁，共二十頁，2022年，8月28日轉鼓高速旋轉時，其中物料運轉在一個軸對稱的離心場中，物料中各相由于位置比重不同受到不同的場外力作用而分層沉淀，質量最大，顆粒最粗的分布在轉鼓最外層。質量最小，顆粒最細的聚集到轉鼓內層、澄清液則從機上溢流。離心沉降主要是用于分離含固體量較少，固體顆粒較細的懸浮液。乳濁液的分離也屬于沉降式的。但習慣上常叫做離心分離，相應的機器目前常叫做分離機。主要是在無孔轉鼓中放置碟片構成。在離心力作用，液體按重度不 同分為里外兩層，重量大 的在外層，重量小的在里 層，固相沉于鼓壁通過一 定的裝置分別引出。第十頁，共二十頁，2022年，8月28日

②離心過濾在這種分離方式中，濾液要從轉鼓排出去，所以這種裝置的轉鼓上必須開孔。其次為了不致使固體 顆粒漏出來，轉鼓內必須設有網狀結構的材料層稱其為濾網或濾布。轉軸等則與離心沉降裝置類同，如圖所示。 轉鼓旋轉時，液體由于離心力的作用，透過有孔鼓壁而泄出，固體則留在轉鼓壁上，可見，離心過濾主要可用來分離含固體量較多．固體顆粒較大的懸浮液。第十一頁，共二十頁，2022年，8月28日2.1.2分離因數(shù)和離心力場的特點（1）分離因數(shù)質量為m（㎏）的物料，旋轉時產生的離心慣性力Fc（N）為：式中：r為旋轉半徑，ω為轉鼓的回轉角速度。分離因數(shù)表示分離物料在離心力場中所受的離心慣性力與其重力的比值第十二頁，共二十頁，2022年，8月28日離心機的分離因數(shù)是指離心機轉鼓內壁半徑處的值，它是離心機分離能力的主要指標，分離因數(shù)越大，分離效果越好?，F(xiàn)代工業(yè)離心機，分離因數(shù)可達幾百、幾千、甚至上萬的數(shù)值，超高速離心機中，分離因數(shù)可大于五萬。分離因數(shù)與離心機的轉鼓半徑成正比，與轉速的平方也成正比，為了提高分離機的分離效果和生產能力，一般超高速離心機采用小直徑、高轉速、長轉鼓的結構。第十三頁，共二十頁，2022年，8月28日（2）轉鼓內液體的回轉表面 如圖所示、裝有流體物料的離心機轉鼓，在繞它的轉軸回轉時，鼓內流體就會受到離心力及重力的作用拋向轉鼓內壁，形成液面的中間部分凹陷下去，邊緣部分則上升，若在液面上任一質點A，受有離心力Fc及重力G的作用，其合力的方向與液面垂直，因而可得第十四頁，共二十頁，2022年，8月28日分離變量，積分后可得隨著轉鼓轉速的提高，轉鼓底逐漸露出來，以致轉鼓中間沒有液體，如圖所示。此時，r=r0，y=0，由上式得第十五頁，共二十頁，2022年，8月28日將c代入上式，故有：如取r=r1,y=H，則式(5-4)可寫成第十六頁，共二十頁，2022年，8月28日由式(5—5)可知，當ω2>>2gH時，根號中的第二項接近于零，故得r1=r0，這時轉鼓內流體表面變?yōu)榻咏娃D鼓壁相平行的同心圓柱。在這種狀態(tài)下，由于離心力大大超過重力，因此在設計時重力可以忽略，這樣，離心機轉鼓軸線在空間可以任意布置，均不影響物料在轉鼓內的分布，而主要取決于結構的合理和操作的方便。（3）離心液壓離心機工作時，處于轉鼓中的液體和固體物料層，在離心力場的作用下，將給轉鼓內壁第十七頁，共二十頁，2022年，8月28日以相當大的壓力，稱為離心液壓，離心液壓的計算公式如下式中：pc為離心液壓，N/㎡；ρ為分離物料的密度，㎏/m3；r1為轉鼓內物料環(huán)的內表面半徑，m。離心液壓不僅作用在鼓壁上，同時也作用在頂蓋和鼓底上。計算轉鼓的強度時必須把離心液壓考慮進去。第十八頁，共二十頁，2022年，8月28日（4）哥氏力

當研究回轉運動的特性時，除了離心力，必須注意到可能出現(xiàn)的哥氏力。哥氏加速度是哥氏力的來源，哥氏加速度是出于質點不僅作圓周運動，而且也作徑向運動或周向運動所產生的。由理論力學可知，當牽連運動為勻角速度定軸運動時，哥氏力加速度的大小為式中u為質點相對于轉鼓的徑向速度或周向速度。第十九頁，共二十頁，2022年，8月28日αk方向與u垂直，即相當于u把相對速度矢量