沉降离心机PPT课件

1、Report5.1 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 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均一系均一系：设置第二相，使分离的物质转移到该相（传质）设置第二相，使分离的物质转移到该相（传质）非均一系：非均一系：机械分离，在力场中利用机械分离，在力场中利用“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浊液的分离是非均一系分离的典型情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。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：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

2、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。实现分离。过滤：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。离。第1页/共36页Report离心沉降装置结构离心沉降装置结构第2页/共36页Report分离分离因数因数 为了表征离心机的分离能力，而又要与所处理的物料无关，为了表征离心机

3、的分离能力，而又要与所处理的物料无关，就必须把物料的固有特征就必须把物料的固有特征重力设法排除，所以采用分离因数重力设法排除，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场的特性，是代表离心机性能的重要因表示离心力场的特性，是代表离心机性能的重要因数。数。Fr值值越越大，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质黏度越大，物料越难分离，则应采用分离因数越大度越大或介质黏度越大，物料越难分离，则应采用分离因数越大的离心机。对分离固体颗粒为的离心机。对分离固体颗粒为1050m、液体黏度不超过、液体黏度

4、不超过0.01Pas、较易过滤的悬浊液，分离因数不宜过高，取、较易过滤的悬浊液，分离因数不宜过高，取Fr=100700，织物的脱水可取，织物的脱水可取Fr=6001000；对于高分散度；对于高分散度及液体黏度较大、较难过滤的悬浊液，必须取较高的分离因数。及液体黏度较大、较难过滤的悬浊液，必须取较高的分离因数。22rkFmRRFGmgg第3页/共36页Report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 基本方程基本方程（1）连续方程）连续方程关于轴对称情况，关于轴对称情况，环向变化率环向变化率 为零，为零，定定常、不可压缩流体，常、不可压缩流体，可简

5、化为可简化为ur0zrruuuzrr()()()110trzur uurrrz第4页/共36页Report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（2）欧拉方程）欧拉方程在在流体力学中，牛顿第二定律的表达式，对无黏流体流体力学中，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，还要考虑要考虑重力，还要考虑哥氏力哥氏力，对于定常流动，在柱，对于定常流动，在柱坐标系中，欧拉方程如下：坐标系中，欧拉方程如下：式中式中 L1算子，算子，22112ruPLururr 1u1

6、+2rruPLuurr 11zPLugz 1rzuLuurrz第5页/共36页Report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（3）N-S方程方程由欧拉方程右端增加表示流体黏性影响的项求得，具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：体表达式如下：式中式中 为拉普拉斯算子，为拉普拉斯算子，222122122+ ()rrruuuPLuruurrrr 2122u12+2()rrruuuPLuuurrrr 211()zzPLuguz 2222222211rrrrz 2第6页/共36页Report沉降离心机转鼓内的流体流动沉降离心机转鼓

7、内的流体流动“活塞式活塞式”理论理论层流理论；层流理论；表面层理论；表面层理论；流线理论流线理论第7页/共36页Report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过程组成，即：沉降一般由以下物理过程组成，即：固体的沉固体的沉降降，按照介质对其中物体运动阻力的流体力学进行；，按照介质对其中物体运动阻力的流体力学进行；沉渣的压实沉渣的压实，按照分散物系的力学规律进行，按照分散物系的力学规律进行；从沉渣；从沉渣中中排出部分排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：集团集团沉降沉降，固相浓度超过一定极限而且固相的分散性，固相浓

8、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），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；沉降固相与其上层沉清液之间有明显界限；自由沉降自由沉降，固相浓度低于此极限时，粗细粒子的沉降，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。速率各不相同，不出现上述的分界线。第8页/共36页Report离心机的分类离心机的分类1、按照分离因素大小、按照分离因素大小 1）常速离心机）常速离心机转速转速8000r/min, RCF1104g用途：分离细胞、细胞碎片、培养基残渣及粗结晶等较大颗粒用途：分离细胞、细胞碎片

9、、培养基残渣及粗结晶等较大颗粒 2）高速离心机）高速离心机转速转速800025000r/min ，RCF 1104g105g用途：分离各种沉淀物、细胞碎片及较大的细胞器等用途：分离各种沉淀物、细胞碎片及较大的细胞器等 3）超速离心机）超速离心机转速转速25000g80000r/min ，RCF 1105g以上以上用途用途：制备制备用用超速离心机：分离纯化生物大分子、细胞器和病毒超速离心机：分离纯化生物大分子、细胞器和病毒等等 分析分析用用超速离心机：测定样品纯度（根据紫超速离心机：测定样品纯度（根据紫外吸收率外吸收率或折光率等判或折光率等判断）、沉降系数、相对分子量断）、沉降系数、相对分子量第

10、9页/共36页Report离心机的分类离心机的分类2、按分离方式分类、按分离方式分类 1）过滤式离心机）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，转速离心转鼓周壁有孔，借离心力实现过滤分离的离心机，转速一般在一般在10002000r/min范围，分离因数不大。适用于易过滤的范围，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。晶体和较大颗粒悬浮液的分离。 2）沉降式离心机）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，量少， 颗粒较细，不易过滤的悬浮液。颗粒较细，不易过滤的悬浮液。 3）分

11、离式离心机（分离机）分离式离心机（分离机） 转速极大，一般在转速极大，一般在4000r/min以上，适用于乳浊液的分离和以上，适用于乳浊液的分离和悬浮液的增浓或澄清。悬浮液的增浓或澄清。第10页/共36页Report离心机的分类离心机的分类第11页/共36页Report离心机的分类离心机的分类3、按离心机的运转方式按离心机的运转方式分类分类 1）间歇运转式间歇运转式离心机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时必须按照操作循环中的各个阶段顺序进行，一般操

12、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、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）连续运转式连续运转式离心机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，连续进行，生产能力较大，如螺旋卸料沉降离心机。如螺旋卸料沉降离心机。第12页/共36页Report螺旋卸料螺旋卸料离心机离心

13、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。连续操作，悬有卧式和立式两种。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，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。送并排出，清液则由转鼓大端溢流而出。分离因素可达分离因素可达 6000 6000。可处理粒度。可处理粒度 2 2mm5mmmm5mm，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 0.05 0.05g/cmg/cm3 3 的悬

14、浮液。的悬浮液。 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 1234悬浮液溢流沉渣第13页/共36页Report复合离心机复合离心机1、结构和原理结构和原理：悬浮悬浮液液物料由加料口加入物料由加料口加入，经经加料管进入沉降转鼓加料管进入沉降转鼓，在在离心力场的作用下离心力场的作用下进进行行沉降分离，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。而含湿量较高。而含湿量较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转鼓内壁刮送至上部，经经沉渣口排入过滤转鼓，进行过滤分离。沉渣口排入过滤转鼓，进行过滤分离。第14页/共3

15、6页Report复合离心机复合离心机2、主要用途、主要用途 悬浮液固相浓度为悬浮液固相浓度为5%35%、粒度大于、粒度大于0.15mm、对成品结晶形状没有特殊要求的粗结晶、对成品结晶形状没有特殊要求的粗结晶及短纤维的分离，特别是需要单机生产能力大的易及短纤维的分离，特别是需要单机生产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 结构紧凑，效率高、便于实现自动化控制。用于结构紧凑，效率高、便于实现自动化控制。用于处理固相含量少的物料时，应先经沉降浓缩，可以处理固相含量少的物料时，应先经沉降浓缩，可以提高过滤效率。提高过滤效率。第15页/共36页Report有碟片的卧有碟片的卧

16、螺离心机螺离心机转转鼓鼓主分离室、辅助分离室。主分离室、辅助分离室。主分离室主分离室是卧是卧螺离心机，螺离心机，作用是把悬浮液中的大部分固体分离出来；作用是把悬浮液中的大部分固体分离出来；辅助分离室辅助分离室内装有内装有碟片，将经过初步分离的液体进一步澄清。碟片，将经过初步分离的液体进一步澄清。第16页/共36页Report管式及室式离心机管式及室式离心机管式离心机管式离心机 特点是转鼓特点是转鼓( (管管) )直径小、长度大、转速高、直径小、长度大、转速高、分离效分离效率很高率很高，可以处理颗粒粒径为，可以处理颗粒粒径为0.010.01mmmm的悬浮液和难分离的乳浊液。的悬浮液和难分离的乳浊

17、液。可可连续操作连续操作，悬浮液或乳浊液由转，悬浮液或乳浊液由转鼓下端加入，被转鼓内的纵向肋板鼓下端加入，被转鼓内的纵向肋板带动迅速达到与转鼓同角速度旋转。带动迅速达到与转鼓同角速度旋转。在离心力作用下，颗粒或重液层甩在离心力作用下，颗粒或重液层甩向鼓壁由重液出口引出，轻液则从向鼓壁由重液出口引出，轻液则从转鼓中心部位溢出。转鼓中心部位溢出。离心分离因数可达离心分离因数可达65,00065,000，工业上，工业上可用于油水分离，实验室中可用于可用于油水分离，实验室中可用于分离微生物和蛋白质。分离微生物和蛋白质。 管式离心机示意图 重相出口轻相出口进料第17页/共36页Report管式及室式离心

18、机管式及室式离心机管式分离机的优缺点：管式分离机的优缺点：管式分离机能获得极纯的液相和密实的固相，机器管式分离机能获得极纯的液相和密实的固相，机器结构简单，运行平稳。但是，可连续加料至流出物结构简单，运行平稳。但是，可连续加料至流出物固体损失使离心不能正常进行；须定时拆卸、清洗，固体损失使离心不能正常进行；须定时拆卸、清洗，单机生产能力低单机生产能力低。发展趋势发展趋势：主要主要是制造密闭加压的机器以及增强转鼓材料以提是制造密闭加压的机器以及增强转鼓材料以提高分离因素和增加沉降面积，提高单机生产能力。高分离因素和增加沉降面积，提高单机生产能力。第18页/共36页ReportTubular bo

19、wl第19页/共36页Report盘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

20、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。第20页/共36页Report盘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。这种转鼓用于处理体积浓度低于积浓度低于1%的的低浓度悬浮液低浓

21、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。第21页/共36页Report盘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分布。为了防止沉积固体积聚或发生堵塞为了

22、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底液进料溢流液第22页/共36页Report盘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，适用于处理理中

23、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。第23页/共36页Report Disc type centrifuge 碟碟片式离心机片式离心机第24页/共36页Re

24、port2021-11-175.3 5.3 离心机的选型离心机的选型选型的选型的原则原则选型的选型的依据依据选型选型的基本方法的基本方法第25页/共36页Report 中国离心机生产已经系列化、标准化，并制定了离中国离心机生产已经系列化、标准化，并制定了离心机型号的表示方法，如下图。心机型号的表示方法，如下图。选型的原则选型的原则第26页/共36页Report 在在生产过程中，有脱水、澄清、浓缩、分级、分离等不生产过程中，有脱水、澄清、浓缩、分级、分离等不同的工艺要求，选型首先要根据生产过程不同进行特殊同的工艺要求，选型首先要根据生产过程不同进行特殊考虑考虑（1）脱水过程）脱水过程 脱水过程是

25、使悬浮液中的固相从液相中分离出来，且脱水过程是使悬浮液中的固相从液相中分离出来，且要求含的液相越少越好要求含的液相越少越好。（2）澄清过程）澄清过程 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。选型的原则选型的原则第27页/共36页Report （3）浓缩过程）浓缩过程 浓缩过程是使悬浮液中含有少量固相的浓度增大的过浓缩过程是使悬浮液中含有少量固相的浓度增大的过程。常见的分离设备有蝶式外喷嘴排渣分离机、卧式螺程。常见的分离设备有蝶式外喷嘴排渣分离机、卧式螺旋卸料离心机和旋液分

26、离机等旋卸料离心机和旋液分离机等。 （4）分级过程）分级过程 随着科学技术的发展，超细颗粒在工业上具有很多随着科学技术的发展，超细颗粒在工业上具有很多用途，但是超细颗粒用途，但是超细颗粒（d2m）用常规的筛分方法很用常规的筛分方法很难分离，而需要采用湿式离心的方法加以分离，即把固难分离，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浓度的溶液（并加入适量的分散剂），相颗粒配成一定浓度的溶液（并加入适量的分散剂），在一定的分离因数下，可得到粒径不同的两组颗粒。分在一定的分离因数下，可得到粒径不同的两组颗粒。分级过程最常用的机型是卧式螺旋卸料离心机级过程最常用的机型是卧式螺旋卸料离心机。

27、选型的原则选型的原则第28页/共36页Report （5）液）液-液、液液、液-液液-固分离过程固分离过程 分离是指两种或三种不相溶相的分离，分离的原理分离是指两种或三种不相溶相的分离，分离的原理是利用相的密度差。液是利用相的密度差。液-液分离时，应确保其中一相纯液分离时，应确保其中一相纯度较高，而另一相纯度可稍低一些。液度较高，而另一相纯度可稍低一些。液-液液-固分离时，固分离时，需按固体含量多少考虑选用人工排渣还是自动排渣的机需按固体含量多少考虑选用人工排渣还是自动排渣的机型。型。选型的原则选型的原则第29页/共36页Report总之总之，想对分离机械做出明智的选择，必须，想对分离机械做出

28、明智的选择，必须依据依据下述几个原则下述几个原则: a. 对固对固液液分离流程系统分离流程系统有比较全面的分析和了解有比较全面的分析和了解。 b.要对被分离要对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、浓缩、分级、分离等分离过程的效率除与离心机的机、澄清、浓缩、分级、分离等分离过程的效率除与离心机的机型选择有关外，还与分离物料的特性，即悬浮液的特性，固体颗粒型选择有关外，还与分离物料的特性，即悬浮液的特性，固体颗粒特性，乳浊液特性等有关特性，乳浊液特性等有关。 c.要满足要满足分离任务分离任务和和要求要求分离任务包括单位时间内的处理量、需要回收的固相或液相的回收分离任务包括单位时间内的处理量、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、母液是否有挥发性而需要密率、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封型分离机械等封型分离机械等。 d.要考虑要考虑经济性经济性经济性经济性包括设备的可获得性、附属装置的多寡、设备的价格、质量包括设备的可获得性、附属装置的多寡、设备的价格、质量和可靠性、维修管理和运转费用等。和可靠性、维修管理和运转费用等。选型的原则选型的原则第30页/共36页Report 当工业生产过程的工艺操作条件已确定时，具体选当工业生产过程的工艺操