《过程流体机械》课件（离心机）离心机教学课件g

1、5离心机2022/8/241第5章5.1离心机的典型结构及工作原理 2022/8/242第5章5.1.1分离的种类及离心机的典型结构 分离的方法化学法物理法电学法分离物料分为均一系混合物：见非均一系混合物机械分离：见离心力场与重力场比较：见适合处理的物料 ：见2022/8/243第5章5.1.2分离因数和离心力场的特点 一、分离因数定义注意：Fr是离心机的性能参数。Fr，分离越快越好（分离效果好）。 Fr适合分离的物料100700分离1050颗粒6001000织物脱水F更高分离粒度大，高分散度2022/8/244第5章提高Fr的途径RR太大，转鼓受力不好。一般，高速时，R小，大；大，Fr，但受

2、强度、密度的限制。比较离心力场力可变，速度快；重力场力不变，速度慢。比较离心过滤只有部分空间受力（转鼓），只要求转鼓的强度、密封。简单。压力过滤所有空间受力，要求所有部件强度高，密封好。复杂。2022/8/245第5章二、转鼓内的液体回转面转鼓转起，取一液体微元 ：见图边界条件：rro，y=0。见图2022/8/246第5章特殊地，r=r1处，得，则则 2022/8/247第5章三、离心液面压力 力平衡方程：在鼓内物料中任取一单元体或微分体积，其体积为：因其以角速度旋转运动，故旋转产生的离心力为微分体积上压力的径向平衡条件为：图：鼓内物料中任一微分体2022/8/248第5章边界条件，r=r1

3、，p=0（即回转面），得到：忽略二次项，化简得。2022/8/249第5章任意r处，鼓内壁离心压力为注意:此离心压力作用在鼓内壁上盖以及底板上。 2022/8/2410第5章四、哥氏加速度、哥氏力离心机中，质点作回转运动时所受力见表 ur=0时，则aK=0:当液体相对转鼓无运动时，（ur=0、u=0、uZ=0），aK=0。当ur=0，u0，uZ0，aK=0。注意哥氏力的离心运动，对液滴轨迹有影响，但一般忽略不计。 aK,ur2022/8/2411第5章5.1.3离心沉降的动力学基本方程和离心沉降的分离过程 一、动力学基本方程连续方程欧拉方程无粘性纳维斯托克斯方程粘性二、沉降离心机转鼓内的流体流

4、动内容流动特性（流动状态、流速分布）离心机生产能力。有关流动特性的理论有：见2022/8/2412第5章三、分离机间隙内的流动碟片间隙内液体的运动轨迹径向速度w周向速度wl数表征碟片间隙内液体质点的运动轨迹特点。其中：运动粘度见图碟片间流体的层流流动分析：见图设，在厚度内沿碟片的平均速度为wl ，则2022/8/2413第5章，则速度梯度变大，液流失去稳定，引起湍动。、Re都表征流体如何流动层流、过渡流、湍流。见图2022/8/2414第5章四、沉降分离原理离心沉降：固体的沉降介质阻止流体运动的流体力学沉渣的压实分散物质的力学规律排除分子力液体颗粒的沉降：集团沉降分散均匀，浓度大，有界限自由沉

5、降分散不均匀，浓度小，无界限单分散颗粒的沉降规律：见 离心力场中沉降分离的极限 ：见2022/8/2415第5章五、离心沉降机的生产能力生产能力要求分离的最小颗粒不被带出转鼓所对应的最大悬浮液流量。qV,m3/s。相同的Fr，若不同物料，则qV不同相同物料，分离要求不同，则qV不同。圆柱形转鼓生产能力：见锥形转鼓生产能力柱锥形转鼓生产能力碟片离心机生产能力：见生产能力计算公式的修正系数：见 2022/8/2416第5章5.1.4过滤离心机的有关计算 一、过滤机理原理转速低、滤渣水分少 2022/8/2417第5章注意：每个阶段不明显，有的自始至终在进行。 2022/8/2418第5章二、过滤计

6、算 表观流速的推导 ：见工业过滤中过滤计算，需假设：恒速恒压 2022/8/2419第5章三、过滤离心机的操作循环对于滤饼能移动连续如离心卸料离心机（锥蓝离心机）不能移动间歇（自动卸料、手动卸料）间歇式的操作循环：第一加速、加料、第二加速、（加料空运转）、洗涤、（洗涤空运转）、甩干、降速、卸料。见图 2022/8/2420第5章四、过滤离心机的生产能力推动力：离心过滤离心力普通过滤真空、正压生产能力的计算前提：见图转鼓圆柱形Rm忽略过滤介质均质2022/8/2421第5章假设：恒压过滤滤饼不可压缩滤饼内液体流动为层流生产能力过滤时间其中：固有渗透率2022/8/2422第5章思考题1过滤机械有

7、哪些种类?2哪些离心机是刚性轴离心机?3哪种离心机是柔性轴离心机?4过滤离心机有哪几种不同卸料方式?5有一个无孔带盖的转鼓,直径1000毫米,高1000毫米,转鼓静止时,水深500毫米.问当转鼓绕自身轴线转动,转速为每分钟3000转时,（1） 求水对转鼓壁的压强为多少帕斯卡？（2） 求水对转鼓盖的总压力为多少牛顿？（3）若转鼓高度变矮，其余参数不变，水对转鼓壁的压 强是增加还是减少？（4）若转鼓高度变高，其余参数不变，水对转鼓盖的总压力是增加还是减少？2022/8/2423第5章5.2过滤离心机和沉降离心机 2022/8/2424第5章2022/8/2425第5章5.2.1过滤离心机三足式离心

8、机：SS，SG：见图三足式自动卸料离心机：SXZ：见图卧式刮刀卸料离心机：WG：见图宽刮刀上提式、旋转式，窄刮刀。间歇式2022/8/2426第5章离心力卸料离心机（锥蓝离心机）：IL,IW：见图力的分析：见活塞推料离心机：H：见图卧式双级活塞推料离心机（HR）、静态预增稠器、曲筛、旋流器虹吸刮刀卸料离心机：GHK：见图振动卸料、进动卸料离心机：见图前者：轴向往复、转动后者：径向、转动。螺旋过滤离心机：见图渣大端三种螺旋整体、带式、断开式。见图连续式：全速2022/8/2427第5章5.2.2沉降离心机螺旋卸料离心机（沉降）（渣小端），螺旋卸料过滤机（渣大端）：见图沉降摆线针轮变速传动：见图中

9、心针轮、行星轮、枢轴渐开线行星齿轮变速：见图内齿轮、行星轮、中心丝轮螺旋相对转鼓的方向：见图复合离心机（沉降、过滤螺旋复合）、碟片卧螺离心机：见图沉降2022/8/2428第5章管式分离机：见图分离型：GF乳浊液澄清型：GQ悬浮液室式分离机：隔板：见图气液固三相沉降分离机：见图碟式分离机：见图分离型有中性孔澄清型分离机2022/8/2429第5章5.3离心机的选型 2022/8/2430第5章53 离心机的选型 离心机以离心力为推动力的分离机械，分过滤式和沉降式。 过滤机以重力和压力差为推动力的固液分离机械。 过滤式分离机和过滤机都需要用过滤介质拦截固相。 沉降式离心机是不同密度的物质在离心力

10、场作用下实现分离。2022/8/2431第5章2022/8/2432第5章2022/8/2433第5章53 离心机的选型 (2)离心机选型 a乳浊液的分离 由两种不同密度的液体构成的乳浊液，可选用沉降式离心机进行分离，管式分离机、室式分离机和碟式分离机均可以考虑使用。 b. 悬浮液的分离 含固量高的悬浮液都选用过滤式离心机。2022/8/2434第5章53 离心机的选型 (2)离心机选型 离心机的结构形式很多，在具体选型时还要考虑悬浮液的性质、状态及对产品的要求。 按产品要求选型。按被分离悬浮液的性质、状态选型 2022/8/2435第5章53 离心机的选型 (3)过滤机选型 过滤机选型要考虑

11、滤浆特性、滤浆物性和生产规模等因素。 a. 滤浆按过滤性能分为良好、中等、差、稀薄和极稀薄五类。与滤饼的过滤速度、滤饼孔隙率、固体颗粒沉降速度和固相浓度等因素有关。 b. 滤浆物性主要是指粘度、蒸汽压、腐蚀性、溶解度和颗粒直径等。滤浆粘度高、过滤阻力大，要选加压过滤机。温度高时蒸汽压高，宜选用加压过滤机，不宜用真空过滤机。当物料易燃、有毒或挥发性强时，要选密封性好的加压过滤机，以确保安全 c生产规模 大规模生产时选用连续式过滤机。小规模生产选间歇式过滤机2022/8/2436第5章5.3.1选型原则 工艺流程预处理、预分离？干燥脱水？渣中母液回收？洗涤？降低含湿量？物料特性固相浓度、密度、颗粒

12、特性（直径、体积、形状、表面积）；液相密度、粘度、PH、腐蚀性、毒性、挥发性。2022/8/2437第5章分离任务单位时间内处理量回收率固相含湿量，液相含固量母液是否有挥发性，若有，需密闭分离机械经济性设备可获得性附属设备的多少价格质量、可靠性维修、管理、运转费2022/8/2438第5章5.3.2选型的依据 分离任务aI。见图物料特性见图见图2022/8/2439第5章5.3.3选型的方法 表格法：表56图表法粗糙各种离心机适用范围表57各种离心机Fr、卸料方式、结构形式表58，图552，图553沉降离心机适用范围图554过滤离心机适用范围 图5552022/8/2440第5章各种机种联用，

13、综合选型各种机种联用：物料性质特殊浓度很小，固体粒子尺寸范围大。分离要求特殊特干净的分离液，特干的渣。分离机械对物料有条件要求一定浓度才可以，活塞式分离。例如：见综合选型见表59全部结束2022/8/2441第5章均一系混合物：分离方法溶液中设置第二相，使要分离的该物质转移到该项中来。力学过程内力（分子力），微观。溶液指一种或几种物质分散到另一种物质里，形成均一、稳定的混合物；组成溶质被溶解的物质；溶剂能溶解其他物质的物质。如水；特征：均一性，稳定性。举例2022/8/2442第5章非均一系混合物液固，液液滴，液液滴固分离方法将混合物置于某一力场中（重力场、离心力场），利用各相在力场中所受力的

14、不同，产生“相重差”，使其分离。力学过程场外力，宏观。悬浊液指固体小颗粒悬浮在液体中而形成的混合物。乳浊液指小液滴分散到液体里。举例2022/8/2443第5章沉降利用液固两相，或液液两相密度差来分离。重力沉降离心力沉降过滤使悬浮液通过多孔介质（过滤介质），而固、液分离。重力过滤离心力过滤加压过滤浮选气泡粘附于固体颗粒，借浮力升起，刮去颗粒。筛分通过多孔介质（筛子）进行脱水、分级。2022/8/2444第5章离心力场与重力场比较离心力场速度快，分离效果好重力场速度慢，分离效果差另：人工力场（真空、加压）只适合于过滤，不适合于沉降。本章只讲离心力场2022/8/2445第5章典型结构代表机器处理

15、物料物料特点离心沉降沉降式离心机悬浮液浓度小、颗粒小分离机乳浊液悬浮液浓度小、颗粒小离心过滤过滤式离心机悬浮液浓度大、颗粒小适合处理的物料 见图见图见图2022/8/2446第5章aK,ur所受力加速度方向力的大小重力gG=mg离心力（向外）哥氏力忽略不计aK,ur离心机中质点作回转运动时所受力2022/8/2447第5章流动状态理论流动状态模型速度特点活塞式流动理论层流流动理论：见2022/8/2448第5章层流流动理论长转鼓内轴对称稳定流动的状态进料有加速度时：见进料无加速时：见有螺旋的长转鼓内的轴对称稳定流动液体沿螺旋流道流动：见流体沿转鼓流动：见2022/8/2449第5章进料有加速度

16、时物料与转鼓转速相同，则 即其中： 见图2022/8/2450第5章见图2022/8/2451第5章进料无加速时物料转速滞后于转鼓转速，则即见图 2022/8/2452第5章液体沿螺旋流道流动：见图不考虑螺旋影响即其中：2022/8/2453第5章流体沿转鼓流动（液体充满流道）：见图流动模型沿转鼓轴向作层流流动。边界条件螺旋内外壁的液体，有与螺旋一样的相对与转鼓的角速度，轴向速度。（点）。即 其中：uZ螺旋的轴向分速， 2022/8/2454第5章单分散颗粒的沉降规律属于自由沉降不考虑颗粒形状、浓度影响认为是球形颗粒 重力场中重力阻力，加速阻力重力，恒速最终速度，随遇平衡离心力场中R离心力沉降

17、速度，离心力阻力，加速，短暂；随后，阻力，离心力，达到平衡，即处于动态平衡变化的随遇平衡。因此，在离心力场中有：则得到球形颗粒自由沉降速度，即：2022/8/2455第5章球形颗粒自由沉降速度：2022/8/2456第5章已知区域（层、过、湍流区）则采用得到： 2022/8/2457第5章考虑颗粒形状的影响不规则形状，dde各种形状颗粒：当量直径其中Vp体积;A表面积 2022/8/2458第5章考虑颗粒浓度影响已知，不考虑形状、浓度的球形颗粒，其自由沉降速度（离心沉降）：其中： 重力沉降速度 vg(v0)2022/8/2459第5章考虑浓度，颗粒离心沉降速度：其中：浓度修正系数1，粒子容积浓

18、度0 考虑形状，颗粒离心沉降速度（d=de） 2022/8/2460第5章考虑形状、浓度，颗粒离心沉降速度（d=de）：结论：计算vc的方法：物料性质Ar判明区域vgvc2022/8/2461第5章离心力场中沉降分离的极限极限粒子直径dl在一定的离心力场中，当某一尺寸的固体颗粒不能被分离时，该颗粒的粒子直径。极限粒子直径dl ，即离心沉降分离极限。离心力场的强度，则dl 。布朗运动高分散粒子悬浮于液体中。布朗运动扩散现象扩散使悬浮颗粒不沉降原因：扩散现象（即颗粒由高浓度低浓度运动）。 推导极限粒子直径的计算公式：2022/8/2462第5章推导极限粒子直径的计算公式：在h沉降距离内，花了t时间

19、，沉降速度，假设为层流，则：又扩散距离，得到： 2022/8/2463第5章见图，又由于反过来结论：计算de计算Fr离心机选型2022/8/2464第5章圆柱形转鼓生产能力的公式推导：见图对于最小颗粒：径向：颗粒沉降速度轴向：设颗粒与液体无滑动，即2022/8/2465第5章若使最小颗粒不被液体带出转鼓，则t2t1，即：则，最大生产能力：若t1t2，则最小颗粒被带出转鼓。颗粒离心沉降速度vc=vgFr，只考虑颗粒形状（d=de）2022/8/2466第5章碟片离心机生产能力离心澄清悬浮液离心澄清型碟片离心机的生产能力的公式推导：见图悬浮液在微分容积内停留时间为：因固体颗粒由AB，所走的径向距离

20、为s，则沉降速度。另，由斯托克斯定律得：2022/8/2467第5章T，t应相等，即dT=dt，则（式）（式），即： 2022/8/2468第5章离心分离重相、轻相，乳浊液见图其中：中性层半径rm。2022/8/2469第5章生产能力计算公式的修正系数由活塞式理论计算的偏大，采用修正系数：其中2022/8/2470第5章表观流速的推导 ：见图比阻，m/kg；颗粒形状粒度分布刚度滤饼结构物料浓度过滤初始速度压力（可压缩滤饼）见表2022/8/2471第5章滤渣重量单位面积，kg/m2；Rm介质阻力；u表观流速；过滤面积，滤饼层表面积；p22022/8/2472第5章受三个力作用：G、Fr、F摩2

21、022/8/2473第5章 玉米淀粉旋流器、碟片分离机精选矿石浮选、浓缩、脱水、振动床 污水处理预处理（加药）浓缩沉降离心机脱水带式压榨过滤机变压器油分离机（管式、碟片机）（除固体杂质、大部分水）真空滤油机（除其余水） 纯水自来水厂聚凝消毒沉降池除泥砂澄清槽深层过滤器超滤（膜分离）纯净水2022/8/2474第5章2022/8/2475第5章2022/8/2476第5章2022/8/2477第5章2022/8/2478第5章2022/8/2479第5章2022/8/2480第5章2022/8/2481第5章2022/8/2482第5章2022/8/2483第5章2022/8/2484第5章20

22、22/8/2485第5章2022/8/2486第5章2022/8/2487第5章2022/8/2488第5章2022/8/2489第5章2022/8/2490第5章2022/8/2491第5章2022/8/2492第5章2022/8/2493第5章2022/8/2494第5章2022/8/2495第5章2022/8/2496第5章2022/8/2497第5章2022/8/2498第5章SGZ型三足式刮刀下卸料自动离心机2022/8/2499第5章2022/8/24100第5章2022/8/24101第5章2022/8/24102第5章2022/8/24103第5章SD型离心机(吊袋式)结构图2022/8/24104第5章SSC型三足式人工上卸料