第二章離心機(jī)

第二章離心機(jī)第一頁，共二十頁，2022年，8月28日 離心機(jī)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(jī)械，在分離設(shè)備中，它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、分離效率高、生產(chǎn)能力大、附屬設(shè)備少等優(yōu)點(diǎn)，從而廣泛應(yīng)用于開發(fā)資源、化工生產(chǎn)、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(jī)工作原理第三頁，共二十頁，2022年，8月28日重點(diǎn)分離介質(zhì)的分類，分離機(jī)械的種類、結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用。難點(diǎn)分離機(jī)械種類較多結(jié)構(gòu)復(fù)雜，應(yīng)用面廣。本章重點(diǎn)和難點(diǎn)第四頁，共二十頁，2022年，8月28日2.1離心機(jī)的典型結(jié)構(gòu)及工作原理2.1.1非均一系的分離及離心機(jī)的典型結(jié)構(gòu)（1）離心分離過程我們已知離心機(jī)是利用離心力來分離液相非均一系混合物的一種通用機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)鼓壁上有孔，一般轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上襯有金屬底網(wǎng)及濾網(wǎng)。轉(zhuǎn)鼓回轉(zhuǎn)時(shí)，液體因離心力的作用透過濾渣、過濾介質(zhì)（濾網(wǎng)）、底網(wǎng)及轉(zhuǎn)鼓小孔甩出鼓外，固體被截留在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的過濾介質(zhì)上形成濾渣。特點(diǎn)：1)轉(zhuǎn)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(xì)的懸浮液的分離。沉降式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓壁無孔，當(dāng)懸浮液隨著轉(zhuǎn)鼓一起回轉(zhuǎn)時(shí)，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(diǎn):：1）轉(zhuǎn)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(xí)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(jī)常稱為分離機(jī)，其轉(zhuǎn)鼓也是無孔的。特點(diǎn)：1）轉(zhuǎn)鼓無孔；2）轉(zhuǎn)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(jī)的典型結(jié)構(gòu)

①離心沉降首先必須有一個(gè)承放物料的圓筒形裝置稱為轉(zhuǎn)鼓：其次轉(zhuǎn)鼓必須回轉(zhuǎn)而需要轉(zhuǎn)軸來傳動(dòng)，稱為回轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)(如攔液板、濾網(wǎng)等)，其裝置如圖所示。第九頁，共二十頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，其中物料運(yùn)轉(zhuǎn)在一個(gè)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(zhì)量最大，顆粒最粗的分布在轉(zhuǎn)鼓最外層。質(zhì)量最小，顆粒最細(xì)的聚集到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)層、澄清液則從機(jī)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(xì)的懸浮液。乳濁液的分離也屬于沉降式的。但習(xí)慣上常叫做離心分離，相應(yīng)的機(jī)器目前常叫做分離機(jī)。主要是在無孔轉(zhuǎn)鼓中放置碟片構(gòu)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(zhuǎn)鼓排出去，所以這種裝置的轉(zhuǎn)鼓上必須開孔。其次為了不致使固體 顆粒漏出來，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)必須設(shè)有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的材料層稱其為濾網(wǎng)或?yàn)V布。轉(zhuǎn)軸等則與離心沉降裝置類同，如圖所示。 轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(zhuǎn)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(diǎn)（1）分離因數(shù)質(zhì)量為m（㎏）的物料，旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心慣性力Fc（N）為：式中：r為旋轉(zhuǎn)半徑，ω為轉(zhuǎn)鼓的回轉(zhuǎn)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(jī)的分離因數(shù)是指離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁半徑處的值，它是離心機(jī)分離能力的主要指標(biāo)，分離因數(shù)越大，分離效果越好?，F(xiàn)代工業(yè)離心機(jī)，分離因數(shù)可達(dá)幾百、幾千、甚至上萬的數(shù)值，超高速離心機(jī)中，分離因數(shù)可大于五萬。分離因數(shù)與離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓半徑成正比，與轉(zhuǎn)速的平方也成正比，為了提高分離機(jī)的分離效果和生產(chǎn)能力，一般超高速離心機(jī)采用小直徑、高轉(zhuǎn)速、長轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)。第十三頁，共二十頁，2022年，8月28日（2）轉(zhuǎn)鼓內(nèi)液體的回轉(zhuǎn)表面 如圖所示、裝有流體物料的離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓，在繞它的轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)時(shí)，鼓內(nèi)流體就會受到離心力及重力的作用拋向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)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(zhì)點(diǎn)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(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的提高，轉(zhuǎn)鼓底逐漸露出來，以致轉(zhuǎn)鼓中間沒有液體，如圖所示。此時(shí)，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(dāng)ω2>>2gH時(shí)，根號中的第二項(xiàng)接近于零，故得r1=r0，這時(shí)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)流體表面變?yōu)榻咏娃D(zhuǎn)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(shè)計(jì)時(shí)重力可以忽略，這樣，離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓軸線在空間可以任意布置，均不影響物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的分布，而主要取決于結(jié)構(gòu)的合理和操作的方便。（3）離心液壓離心機(jī)工作時(shí)，處于轉(zhuǎn)鼓中的液體和固體物料層，在離心力場的作用下，將給轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁第十七頁，共二十頁，2022年，8月28日以相當(dāng)大的壓力，稱為離心液壓，離心液壓的計(jì)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(zhuǎn)鼓內(nèi)物料環(huán)的內(nèi)表面半徑，m。離心液壓不僅作用在鼓壁上，同時(shí)也作用在頂蓋和鼓底上。計(jì)算轉(zhuǎn)鼓的強(qiáng)度時(shí)必須把離心液壓考慮進(jìn)去。第十八頁，共二十頁，2022年，8月28日（4）哥氏力

當(dāng)研究回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的特性時(shí)，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(zhì)點(diǎn)不僅作圓周運(yùn)動(dòng)，而且也作徑向運(yùn)動(dòng)或周向運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的。由理論力學(xué)可知，當(dāng)牽連運(yùn)動(dòng)為勻角速度定軸運(yùn)動(dòng)時(shí)，哥氏力加速度的大小為式中u為質(zhì)點(diǎn)相對于轉(zhuǎn)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(dāng)于u把相對速度矢量