1、 School of chemical engineering and technology过程流体机械过程流体机械沉降式离心机沉降式离心机 School of chemical engineering and technology5.1离心机的典型结构及工作原理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非均一系的分离及离心机的典型结构5.1.2分离因数分离因数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离心机的分类离心机的分类5.2沉降离心机沉降离心机5.2.1螺旋卸料离心机螺旋卸料离心机5.2.2复合离心
2、机复合离心机5.2.3管式管式及室式分离机及室式分离机5.2.4盘式离心机盘式离心机5.3离心机的选型离心机的选型5.3.1选型的原则选型的原则5.3.2选型的依据选型的依据5.3.3选型的基本方法选型的基本方法Report5.1离心机的典型离心机的典型结构及工作原理构及工作原理 5.1.1非均一系的分离及离心机的典型非均一系的分离及离心机的典型结构构均一系均一系：设置第二相，使分离的物置第二相，使分离的物质转移到移到该相（相（传质）非均一系：非均一系：机械分离，在力机械分离，在力场中利用中利用“相重差相重差”分离分离液体非均一系液体非均一系悬浮液和乳浮液和乳浊液的分离是非均一系分离的典型情液
3、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况，其分离形式按照分离机理的不同分为沉降和沉降和过滤两种。两种。沉降：沉降：混合物在某种装置中，由于两相在力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中所受的力的大小不同而沉淀分同而沉淀分层，轻相在上相在上层形成澄清液，重相在下形成澄清液，重相在下层形成沉淀物而形成沉淀物而实现分离。分离。过滤：混合物在多孔材料混合物在多孔材料层装置中，由于受力装置中，由于受力场的作用，液体通的作用，液体通过多孔材料多孔材料层流出形成流出形成滤液，固体被留在材料液，固体被留在材料层上形成上形成滤渣而渣而实现分分离。离。Report离心沉降装
4、置离心沉降装置结构构Report5.1.2分离分离因数因数 为了表征离心机的分离能力，而又要与所了表征离心机的分离能力，而又要与所处理的物料无关，理的物料无关，就必就必须把物料的固有特征把物料的固有特征重力重力设法排除，所以采用分离因数法排除，所以采用分离因数表征离心机的分离能力表征离心机的分离能力 分离因数分离因数表示离心力表示离心力场的特性，是代表离心机性能的重要因的特性，是代表离心机性能的重要因数。数。Fr值越越大，离心机的分离能力越高，因此，分离体系的分散大，离心机的分离能力越高，因此，分离体系的分散度越大或介度越大或介质黏度越大，物料越黏度越大，物料越难分离，分离，则应采用分离因数越
5、大采用分离因数越大的离心机。的离心机。对分离固体分离固体颗粒粒为1050m、液体黏度不超、液体黏度不超过0.01Pas、较易易过滤的的悬浊液，分离因数不宜液，分离因数不宜过高，取高，取Fr=100700，织物的脱水可取物的脱水可取Fr=6001000；对于高分散度于高分散度及液体黏度及液体黏度较大、大、较难过滤的的悬浊液，必液，必须取取较高的分离因数。高的分离因数。Report5.1.3沉降离心机流体沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分力学基本方程及沉降分离离过程程5.1.3.1基本方程基本方程（1）连续方程方程关于关于轴对称情况，称情况，环向向变化率化率为零，零，定定常、不可常、不可压缩流体
6、流体，可可简化化为Report5.1.3沉降离心机流体沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离力学基本方程及沉降分离过程程（2）欧拉方程）欧拉方程在在流体力学中，牛流体力学中，牛顿第二定律的表达式，第二定律的表达式，对无黏流体无黏流体是用欧拉方程。当流体与是用欧拉方程。当流体与转鼓之鼓之间有相有相对运运动时，既，既要考要考虑重力，重力，还要考要考虑哥氏力哥氏力，对于定常流于定常流动，在柱，在柱坐坐标系中，欧拉方程如下：系中，欧拉方程如下：式中式中L1算子，算子，Report5.1.3沉降离心机流体沉降离心机流体动力学基本方程及沉降分离力学基本方程及沉降分离过程程（3）N-S方程方程由欧拉方程右
7、端增加表示流体黏性影响的由欧拉方程右端增加表示流体黏性影响的项求得，具求得，具体表达式如下：体表达式如下：式中式中为拉普拉斯算子，拉普拉斯算子，Report5.1.3.2沉降离心机沉降离心机转鼓内的流体流鼓内的流体流动“活塞式活塞式”理理论层流理流理论；表面表面层理理论；流流线理理论Report5.1.3.3沉降分离原理沉降分离原理离心离心沉降一般由以下物理沉降一般由以下物理过程程组成，即：成，即：固体的沉固体的沉降降，按照介，按照介质对其中物体运其中物体运动阻力的流体力学阻力的流体力学进行；行；沉渣的沉渣的压实，按照分散物系的力学，按照分散物系的力学规律律进行行；从沉渣；从沉渣中中排出部分排
8、出部分由分子力所保持的由分子力所保持的液体液体。固相固相粒子的沉降情况有两种：粒子的沉降情况有两种：集集团沉降沉降，固相，固相浓度超度超过一定极限而且固相的分散性一定极限而且固相的分散性较均匀，可能出均匀，可能出现集集团沉降（又称阻滞沉降沉降（又称阻滞沉降现象），象），沉降固相与其上沉降固相与其上层沉清液之沉清液之间有明有明显界限；界限；自由沉降自由沉降，固相，固相浓度低于此极限度低于此极限时，粗，粗细粒子的沉降粒子的沉降速率各不相同，不出速率各不相同，不出现上述的分界上述的分界线。Report5.1.4离心机的分离心机的分类1、按照分离因素大小、按照分离因素大小1）常速离心机）常速离心机转速
9、速8000r/min,RCF1104g用途：分离用途：分离细胞、胞、细胞碎片、培养基残渣及粗胞碎片、培养基残渣及粗结晶等晶等较大大颗粒粒2）高速离心机）高速离心机转速速800025000r/min，RCF1104g105g用途：分离各种沉淀物、用途：分离各种沉淀物、细胞碎片及胞碎片及较大的大的细胞器等胞器等3）超速离心机）超速离心机转速速25000g80000r/min，RCF1105g以上以上用途用途：制制备用用超速离心机：分离超速离心机：分离纯化生物大分子、化生物大分子、细胞器和病毒胞器和病毒等等分析分析用用超速离心机：超速离心机：测定定样品品纯度（根据紫度（根据紫外吸收率外吸收率或折光率
10、等判或折光率等判断）、沉降系数、相断）、沉降系数、相对分子量分子量Report5.1.4离心机的分离心机的分类2、按分离方式分、按分离方式分类1）过滤式离心机式离心机离心离心转鼓周壁有孔，借离心力鼓周壁有孔，借离心力实现过滤分离的离心机，分离的离心机，转速一速一般在般在10002000r/min范范围，分离因数不大。适用于易，分离因数不大。适用于易过滤的晶的晶体和体和较大大颗粒粒悬浮液的分离。浮液的分离。2）沉降式离心机）沉降式离心机离心离心转鼓周壁无孔，借离心力鼓周壁无孔，借离心力实现沉降分离，适用于固体含量沉降分离，适用于固体含量少，少，颗粒粒较细，不易，不易过滤的的悬浮液。浮液。3）分离
11、式离心机（分离机）分离式离心机（分离机）转速极大，一般在速极大，一般在4000r/min以上，适用于乳以上，适用于乳浊液的分离和液的分离和悬浮液的增浮液的增浓或澄清。或澄清。Report5.1.4离心机的分离心机的分类Report5.1.4离心机的分离心机的分类3、按离心机的运按离心机的运转方式方式分分类1）间歇运歇运转式式离心机离心机此离心机的加料、分离卸渣此离心机的加料、分离卸渣过程是在不同程是在不同转速下速下间歇歇进行的。操作行的。操作时必必须按照操作循按照操作循环中的各个中的各个阶段段顺序序进行，一般操作循行，一般操作循环包括空包括空转鼓加速、加料、加速到全速、全速运鼓加速、加料、加速
12、到全速、全速运转实现分离、洗分离、洗涤、甩干、甩干、减速、卸渣等几个减速、卸渣等几个阶段，各个段，各个阶段的段的时间并不相等，如并不相等，如三足式沉降三足式沉降离心机、刮刀卸料沉降离心机。离心机、刮刀卸料沉降离心机。2）连续运运转式式离心机离心机此此类离心机是在全速运离心机是在全速运转条件下，加料、分离、洗条件下，加料、分离、洗涤、卸渣等、卸渣等过程程连续进行，生行，生产能力能力较大，大，如螺旋卸料沉降离心机。如螺旋卸料沉降离心机。Report5.2.1螺旋卸料螺旋卸料离心机离心机螺旋卸料沉降离心机螺旋卸料沉降离心机有卧式和立式两种。有卧式和立式两种。连续操作，操作，悬浮浮液液经加料管由螺旋内
13、筒加料管由螺旋内筒进料孔料孔进入，随同入，随同转鼓高速旋鼓高速旋转，固，固体沉降到鼓壁，由与体沉降到鼓壁，由与转鼓有一定鼓有一定转速差的螺旋向小端速差的螺旋向小端输送并送并排出，清液排出，清液则由由转鼓大端溢流而出。鼓大端溢流而出。分离因素可达分离因素可达60006000。可。可处理粒度理粒度22mm5mm，固含量小于固含量小于 10%50%10%50%，固液密度差大于，固液密度差大于0.050.05g/cm3的的悬浮液。浮液。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 Report5.2.2复合离心机复合离心机1、结构和原理构和原理：悬浮浮液液物料由加料口加入物料由加
14、料口加入，经加料管加料管进入沉降入沉降转鼓鼓，在在离心力离心力场的作用下的作用下进行行沉降分离，沉降后沉降分离，沉降后的的液液相由下部沉降液相由下部沉降液出口出口排出排出。而含湿量。而含湿量较高高固固相相沉渣由沉降螺旋沿沉渣由沉降螺旋沿沉沉降降转鼓内壁刮送至上部鼓内壁刮送至上部，经沉渣口排入沉渣口排入过滤转鼓，鼓，进行行过滤分离。分离。Report5.2.2复合离心机复合离心机2、主要用途、主要用途悬浮液固相浮液固相浓度度为5%35%、粒度大于、粒度大于0.15mm、对成品成品结晶形状没有特殊要求的粗晶形状没有特殊要求的粗结晶晶及短及短纤维的分离，特的分离，特别是需要是需要单机生机生产能力大的
15、易能力大的易脱液的固液分离。脱液的固液分离。3、主要特点、主要特点结构构紧凑，效率高、便于凑，效率高、便于实现自自动化控制。用于化控制。用于处理固相含量少的物料理固相含量少的物料时，应先先经沉降沉降浓缩，可以提，可以提高高过滤效率。效率。Report有碟片的卧有碟片的卧螺离心机螺离心机转鼓鼓主分离室、主分离室、辅助分离室。助分离室。主分离室主分离室是卧是卧螺离心机，螺离心机，作用是把作用是把悬浮液中的大部分固体分离出来；浮液中的大部分固体分离出来；辅助分离室助分离室内装有内装有碟片，将碟片，将经过初步分离的液体初步分离的液体进一步澄清。一步澄清。Report5.2.3管式及室式离心机管式及室式
16、离心机管式离心机管式离心机特点是特点是转鼓鼓(管管)直径小、直径小、长度大、度大、转速高、速高、分离效分离效率很高率很高，可以，可以处理理颗粒粒径粒粒径为0.010.01mm的的悬浮液和浮液和难分离的乳分离的乳浊液。液。可可连续操作操作，悬浮液或乳浮液或乳浊液由液由转鼓下端加入，被鼓下端加入，被转鼓内的鼓内的纵向肋板向肋板带动迅速达到与迅速达到与转鼓同角速度旋鼓同角速度旋转。在离心力作用下，在离心力作用下，颗粒或重液粒或重液层甩甩向鼓壁由重液出口引出，向鼓壁由重液出口引出，轻液液则从从转鼓中心部位溢出。鼓中心部位溢出。离心分离因数可达离心分离因数可达65,00065,000，工，工业上上可用于
17、油水分离，可用于油水分离，实验室中可用于室中可用于分离微生物和蛋白分离微生物和蛋白质。管式离心机示意图 Report5.2.3管式及室式离心机管式及室式离心机管式分离机的管式分离机的优缺点：缺点：管式分离机能管式分离机能获得极得极纯的液相和密的液相和密实的固相，机器的固相，机器结构构简单，运行平，运行平稳。但是，可。但是，可连续加料至流出物加料至流出物固体固体损失使离心不能正常失使离心不能正常进行；行；须定定时拆卸、清洗，拆卸、清洗，单机生机生产能力低能力低。发展展趋势：主要主要是制造密是制造密闭加加压的机器以及增的机器以及增强转鼓材料以提鼓材料以提高分离因素和增加沉降面高分离因素和增加沉降面
18、积，提高，提高单机生机生产能力。能力。ReportTubular bowlReport5.2.4盘式离心机式离心机盘式离心机又称碟片式离心机，在其盘式离心机又称碟片式离心机，在其转鼓中有一组转鼓中有一组锥形盘锥形盘，如图，如图5-52所示：所示：在操作中，进料悬浮液沿转鼓中心引在操作中，进料悬浮液沿转鼓中心引入，并向下通过这组锥形盘进入锥形入，并向下通过这组锥形盘进入锥形盘和转鼓壁之间的空间。然后，盘和转鼓壁之间的空间。然后，液体液体以薄层在盘间沿径向向内流动以薄层在盘间沿径向向内流动，并流，并流向位于转鼓顶部中心处的环状空隙入向位于转鼓顶部中心处的环状空隙入口。口。颗粒沉积在颗粒沉积在所谓的
19、所谓的“盘状通道盘状通道”的的两个锥形盘的上盘的下表面上两个锥形盘的上盘的下表面上。颗。颗粒的粒的沉降沉降运动，是分离过程的第一个运动，是分离过程的第一个而且往往是决定性的阶段；分离过程而且往往是决定性的阶段；分离过程的第二阶段，则是盘表面上的颗粒向的第二阶段，则是盘表面上的颗粒向下向外往盘边下向外往盘边滑动滑动，然后沉降到转鼓，然后沉降到转鼓壁上。壁上。Report5.2.4盘式离心机式离心机（1）固体保留型）固体保留型图图5-52所示为最简单的一种盘式离所示为最简单的一种盘式离心机转鼓，特点是其壁与转轴平行心机转鼓，特点是其壁与转轴平行的无孔转鼓。这种转鼓用于处理体的无孔转鼓。这种转鼓用于
20、处理体积浓度低于积浓度低于1%的的低浓度悬浮液低浓度悬浮液，以避免进行频繁的人工清洗。有时以避免进行频繁的人工清洗。有时还采用易于处理的纸衬里，使清洗还采用易于处理的纸衬里，使清洗操作简化。典型的固体容量约为操作简化。典型的固体容量约为520L。最广泛的应用场合是从牛。最广泛的应用场合是从牛奶中分离奶油，应用通常限于无毒奶中分离奶油，应用通常限于无毒液体。液体。Report5.2.4盘式离心机式离心机（2）喷嘴喷嘴型型喷嘴式离心机固体按泥浆形式喷嘴式离心机固体按泥浆形式连续连续卸料卸料。改进转鼓后，存留面积增大，。改进转鼓后，存留面积增大，抛出的泥浆具有良好的液流分布。抛出的泥浆具有良好的液流
21、分布。为了防止沉积固体积聚或发生堵塞为了防止沉积固体积聚或发生堵塞现象，可对这些喷射小孔的直径及现象，可对这些喷射小孔的直径及数目进行最优化处理。数目进行最优化处理。该盘式离心机的重要应用有高岭土该盘式离心机的重要应用有高岭土的脱水、焦油的脱水以及湿法磷酸的脱水、焦油的脱水以及湿法磷酸的澄清。的澄清。喷嘴型盘式离心机转鼓Report5.2.4盘式离心机式离心机（2）固体抛出型）固体抛出型固体抛出型结构如图固体抛出型结构如图5-54所示，它所示，它可将固体可将固体间歇抛出间歇抛出，因为其带有用，因为其带有用阀进行关闭的边缘孔。阀进行关闭的边缘孔。固体抛出型盘式离心机，适用于处固体抛出型盘式离心机
22、适用于处理理中等固体浓度中等固体浓度（2%6%）的悬浮）的悬浮液。此外，这种离心机还可用以处液。此外，这种离心机还可用以处理在喷嘴卸料剪切力作用下理在喷嘴卸料剪切力作用下容易破容易破碎或散开的固体碎或散开的固体，也能使，也能使压实较慢压实较慢的固体得到较好的浓缩。根据转鼓的固体得到较好的浓缩。根据转鼓边缘开启时间的不同，可进行全卸边缘开启时间的不同，可进行全卸料和部分固体卸料。料和部分固体卸料。用于各种汁液和食物提取液的澄清用于各种汁液和食物提取液的澄清以及船用燃料净化。以及船用燃料净化。ReportDisctypecentrifuge碟碟片式离心机片式离心机Report2025/7/105
23、3离心机的离心机的选型型5.3.1选型的型的原原则5.3.2选型的型的依据依据5.3.3选型型的基本方法的基本方法Report 中国离心机生中国离心机生产已已经系列化、系列化、标准化，并制定了离准化，并制定了离心机型号的表示方法，如下心机型号的表示方法，如下图。5.3.1选型的原型的原则Report在在生生产过程中，有脱水、澄清、程中，有脱水、澄清、浓缩、分、分级、分离等不、分离等不同的工同的工艺要求，要求，选型首先要根据生型首先要根据生产过程不同程不同进行特殊行特殊考考虑（1）脱水）脱水过程程脱水脱水过程是使程是使悬浮液中的固相从液相中分离出来，且浮液中的固相从液相中分离出来，且要求含的液
24、相越少越好要求含的液相越少越好。（2）澄清）澄清过程程澄清是指大量的液相中含有少量的固相，希望把少量澄清是指大量的液相中含有少量的固相，希望把少量的固相从液相中除去，使液相得到澄清。的固相从液相中除去，使液相得到澄清。5.3.1选型的原型的原则Report（3）浓缩过程程浓缩过程是使程是使悬浮液中含有少量固相的浮液中含有少量固相的浓度增大的度增大的过程。常程。常见的分离的分离设备有蝶式外有蝶式外喷嘴排渣分离机、卧式螺嘴排渣分离机、卧式螺旋卸料离心机和旋液分离机等旋卸料离心机和旋液分离机等。（4）分）分级过程程随着科学技随着科学技术的的发展，超展，超细颗粒在工粒在工业上具有很多用上具有很多用途，
25、但是超途，但是超细颗粒粒（d2m）用常用常规的的筛分方法很分方法很难分离，而需要采用湿式离心的方法加以分离，即把固相分离，而需要采用湿式离心的方法加以分离，即把固相颗粒配成一定粒配成一定浓度的溶液（并加入适量的分散度的溶液（并加入适量的分散剂），在），在一定的分离因数下，可得到粒径不同的两一定的分离因数下，可得到粒径不同的两组颗粒。分粒。分级过程最常用的机型是卧式螺旋卸料离心机程最常用的机型是卧式螺旋卸料离心机。5.3.1选型的原型的原则Report（5）液）液-液、液液、液-液液-固分离固分离过程程分离是指两种或三种不相溶相的分离，分离的原理是分离是指两种或三种不相溶相的分离，分离的原理是利
26、用相的密度差。液利用相的密度差。液-液分离液分离时，应确保其中一相确保其中一相纯度度较高，而另一相高，而另一相纯度可稍低一些。液度可稍低一些。液-液液-固分离固分离时，需，需按固体含量多少考按固体含量多少考虑选用人工排渣用人工排渣还是自是自动排渣的机型。排渣的机型。5.3.1选型的原型的原则Report总之之，想，想对分离机械做出明智的分离机械做出明智的选择，必，必须依据依据下述几个原下述几个原则:a.对固固液液分离流程系分离流程系统有比有比较全面的分析和了解全面的分析和了解。b.要要对被分离被分离物料的特性物料的特性有有充分了解充分了解脱水脱水、澄清、澄清、浓缩、分、分级、分离等分离、分离等
27、分离过程的效率除与离心机的机程的效率除与离心机的机型型选择有关外，有关外，还与分离物料的特性，即与分离物料的特性，即悬浮液的特性，固体浮液的特性，固体颗粒粒特性，乳特性，乳浊液特性等有关液特性等有关。c.要要满足足分离任分离任务和和要求要求分离任分离任务包括包括单位位时间内的内的处理量、需要回收的固相或液相的回收理量、需要回收的固相或液相的回收率、固相含湿量和液相含固量的要求、母液是否有率、固相含湿量和液相含固量的要求、母液是否有挥发性而需要密性而需要密封型分离机械等封型分离机械等。d.要考要考虑经济性性经济性性包括包括设备的可的可获得性、附属装置的多寡、得性、附属装置的多寡、设备的价格、的价
28、格、质量量和可靠性、和可靠性、维修管理和运修管理和运转费用等。用等。5.3.1选型的原型的原则Report 当工当工业生生产过程的工程的工艺操作条件已确定操作条件已确定时，具体，具体选择何种分离机械主要依据何种分离机械主要依据分离任分离任务和和物料特性物料特性而定而定。(1)分离任分离任务包括包括处理量的理量的规模，模，操作方式和分离目的操作方式和分离目的等。如等。如图5-57所示，所示，分分为9种。种。5.3.2选型的依据型的依据Report(2)物料特性物料特性包括固相包括固相颗粒、密度、液相密度、粘度、粒、密度、液相密度、粘度、悬浮液浮液浓度度等。等。对于离心机和于离心机和过滤机的机的选
29、型而言，需要的是型而言，需要的是综合合性，即物料的沉降性和性，即物料的沉降性和过滤特性。特性。5.3.2选型的依据型的依据Reporta表格法表格法：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。b图表法表法：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。例如滤饼含液量、洗涤程度、滤液澄清度等是前节表格法所没有的。c综合合选型及各种机种型及各种机种联用用：以下情况采用各机种联用：（1）材料性质特殊；（2）分离任务有特殊要求的情况；（3）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
30、能。5.3.2选型的基本方法型的基本方法Report一般一般离心机的离心机的选型：型：1.一般物料，一般物料，预算算较少少，选普通三足式离心机普通三足式离心机2.处理量大，人力耗理量大，人力耗费小小选用用刮刀离心机刮刀离心机3.淀粉淀粉类物料物料选卧式刮刀离心机卧式刮刀离心机4.颗粒粒较松散，固体粒度松散，固体粒度较大大，选用用吊袋式离心机吊袋式离心机5.物料粘度大，固体物料粘度大，固体颗粒粒细微的微的物料物料选用用沉降型离心沉降型离心机机6.医用、生物及食品医用、生物及食品领域域选用用GMP标准的准的洁净型离心型离心机机7.易燃易爆易燃易爆场合合选用用防爆型离心机防爆型离心机5.3.2选型的基本方法型的基本方法Report谢谢！谢谢！
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